-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
-
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Thermotintenstrahldrucker
und insbesondere auf die Steuerung der Druckkopfabfeuerungsenergie.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Thermotintenstrahlpapierausdruckvorrichtungen,
wie beispielsweise Drucker, Graphikplotter, Faxmaschinen und Kopiergeräte stoßen mittlerweile
auf breite Akzeptanz. Diese Papierausdruckvorrichtungen werden von
W.J. Lloyd und H.T. Taub in „Ink
Jet Devices", Kapitel
13 von Output Hardcopy Devices (Ed. R.C. Durbeck und S. Sherr, San
Diego: Academic Press, 1988) beschrieben. Die Grundlagen dieser
Technologie sind ferner in verschiedenen Artikeln in mehreren Ausgaben
des Hewlett-Packard Journal [Vol. 36, Nr. 5, (Mai 1985), Vol. 39,
Nr. 4 (August 1988), Vol. 39, Nr. 5 (Oktober 1988), Vol. 43, Nr.
4 (August 1992), Vol. 43, Nr. 6 (Dezember 1992) und Vol. 45, Nr.
1 (Februar 1994)] offenbart. Tintenstrahlpapierausdruckvorrichtungen
erzeugen Drucke von hoher Qualität,
sind kompakt und tragbar, drucken schnell und leise, da nur Tinte
das Papier berührt.
-
Ein
Tintenstrahldrucker erzeugt ein gedrucktes Bild durch Drucken eines
Musters einzelner Punkte an bestimmten Stellen eines für das Druckmedium
definierten Arrays. Die Stellen stellt man sich zweckmäßigerweise
als kleine Punkte in einem geradlinigen Array vor. Die Stellen sind
manchmal „Punktstellen", „Punktpositionen" oder „Pixel". Somit kann der
Druckvorgang als das Auffüllen
eines Musters von Punktstellen mit Tintenpunkten angesehen werden.
-
Tintenstrahlpapierausdruckvorrichtungen drucken
Punkte durch Ausstoßen
sehr kleiner Tintentropfen auf das Druckmedium und umfassen in der Regel
einen beweglichen Wagen, der einen oder mehrere Druckköpfe trägt, die
jeweils Tintenausstoßdüsen aufweisen.
Der Wagen überquert
die Oberfläche
des Druckmediums, und die Düsen
sind gesteuert, um zu passenden Zeitpunkten gemäß einem Befehl eines Mikrocomputers
oder einer anderen Steuerungseinrichtung Tintentropfen auszustoßen, wobei die
Zeitsteuerung der Aufbringung der Tintentropfen dem Muster von Pixeln
des Bildes, das gerade gedruckt wird, entsprechen soll.
-
Der
typische Tintenstrahldruckkopf (d.h. das Siliziumsubstrat, auf dem
Substrat aufgebaute Strukturen und Verbindungen mit dem Substrat)
verwendet flüssige
Tinte (d.h. aufgelöste
Farbstoffe oder in einem Lösungsmittel
dispergierte Pigmente). Er weist ein Array von präzise geformten Öffnungen oder
Düsen auf,
die an einem Druckkopfsubstrat befestigt sind, das ein Array von
Tintenausstoßkammern
beinhaltet, die flüssige
Tinte von dem Tintenreservoir empfangen. Jede Kammer ist gegenüber der Düse angeordnet,
so dass sich Tinte zwischen ihr und der Düse sammeln kann. Der Ausstoß von Tintentröpfchen erfolgt
in der Regel unter der Steuerung eines Mikroprozessors, dessen Signale
durch elektrische Leitbahnen zu den Widerstandselementen befördert werden.
Wenn elektrische Druckpulse den Tintenstrahl abschusskammerwiderstand
erwärmen, verdampft
ein kleiner Teil der neben demselben befindlichen Tinte und stößt einen
Tropfen Tinte aus dem Druckkopf aus. Ordnungsgemäß angeordnete Düsen bilden
ein Punktmatrixmuster. Ordnungsgemäßes Sequenzieren des Funktionierens
jeder Düse bewirkt,
dass Schriftzeichen oder Bilder auf das Papier gedruckt werden,
während
sich der Druckkopf an dem Papier vorbeibewegt.
-
Bei
einem Tintenstrahldruckkopf wird die Tinte von einem Tintenreservoir,
das einstückig
mit dem Druckkopf gebildet ist, oder einem außeraxialen Tintenreservoir
zugeführt,
das dem Druckkopf über Schläuche, die
den Druckkopf und das Reservoir verbinden, Tinte zuführt. Dann
wird Tinte den verschiedenen Verdampfungskammern entweder durch
ein längliches
Loch, das in der Mitte der Unterseite des Substrats gebildet ist,
zugeführt, „mittige
Zufuhr", oder sie
wird denselben um die Außenränder des Substrats
herum zugeführt, „Randzufuhr".
-
Die
Tintenkassette, die die Tintenausstoßelemente enthält, wird
wiederholt über
die gesamte Breite des Mediums, auf dem gedruckt werden soll, bewegt.
An jedem einer bezeichneten Anzahl von Inkrementen dieser Bewegung über das
Medium hinweg wird jeder der Widerstände veranlasst, gemäß der Programmausgabe
des steuernden Mikroprozessors entweder Tinte auszustoßen oder
es zu unterlassen, Tinte auszustoßen. Jede beendete Bewegung
quer über
das Medium kann ein Band drucken, das ungefähr so breit ist wie die Anzahl
von Düsen, die
in einer Säule
der Tintenkassette angeordnet sind, mal dem Abstand zwischen Düsenmitten.
Nach einer jeden derartigen beendeten Bewegung oder nach einem derartigen
Band wird das Medium um die Breite des Bandes vorwärtsbewegt,
und die Tintenkassette beginnt das nächste Band. Durch richtige Auswahl
und Zeitsteuerung der Signale wird der gewünschte Druck auf dem Medium
erhalten.
-
Thermotintenstrahldruckköpfe erfordern
einen elektrischen Antriebspuls von einem Drucker, um einen Tintentropfen auszustoßen. Die
Spannungsamplitude, Gestalt und Breite des Pulses beeinflussen die
Leistungsfähigkeit
des Druckkopfes. Es ist wünschenswert,
den Druckkopf unter Verwendung von Pulsen zu betreiben, die eine
festgelegte Energiemenge liefern. Die gelieferte Energie hängt von den
Pulscharakteristika (Breite, Amplitude, Gestalt) sowie von dem Widerstand
des Druckkopfes ab.
-
Ein
Thermotintenstrahldruckkopf erfordert eine gewisse Minimalenergie,
um Tintentropfen des ordnungsgemäßen Volumens
abzufeuern (hier als Einschaltenergie bezeichnet). Die Einschaltenergie kann
für unterschiedliche
Druckkopfentwürfe
unterschiedlich sein und variiert auf Grund von Herstellungstoleranzen
in der Tat zwischen verschiedenen Mustern eines gegebenen Druckkopfentwurfs.
Bei einem Druckkopf vom Typ eines integrierten Treibers besteht
der Gesamtwiderstand aus dem Druckerwiderstand in Reihe mit einem
Feldeffekttransistor und anderen Bahnwiderständen, von denen jeder eine zugeordnete
Herstellungstoleranz aufweist. Diese Toleranzen erhöhen die
Unsicherheit in Bezug darauf, wie viel Energie jeglichem gegebenen
Druckkopf bereitgestellt wird. Deshalb ist es notwendig, dem durchschnittlichen
Druckkopf mehr Energie bereitzustellen, als erforderlich ist, um
ihn abzufeuern (als „Überenergie" bezeichnet), um
diese Unsicherheit zu berücksichtigen.
Folglich sind Thermotintenstrahldrucker konfiguriert, um eine festgelegte
Tintenabfeuerungsenergie zu liefern, die größer ist als die erwartete niedrigste
Einschaltenergie für
die Druckkopfkassetten, die sie versorgen kann. Eine Überlegung beim
Verwenden einer feststehenden Tintenabfeuerungsenergie besteht darin,
dass Abfeuerungsenergien, die wesentlich größer sind als die tatsächliche Einschaltenergie
einer jeweiligen Druckkopfkassette, zu einer kürzeren Betriebslebensdauer
für die
Heizwiderstände
und zu einer verschlechterten Druckqualität führen.
-
Die
an einen Abfeuerungswiderstand angelegte Energie wirkt sich auf
die Leistungsfähigkeit, Haltbarkeit
und Effizienz aus. Es ist hinreichend bekannt, dass die Abfeuerungsenergie über einer
bestimmten Abfeuerungsschwelle liegen muss, um zu bewirken, dass
eine Dampfblase entsteht. Über
dieser Abfeuerungsschwelle liegt ein Übergangsbereich, in dem ein
Erhöhen
der Abfeuerungsenergie das Volumen an ausgestoßener Tinte erhöht. Über diesem Übergangsbereich
liegt ein höherer
optimaler Bereich, bei dem die Tropfenvolumen nicht zunehmen, wenn
die Abfeuerungsenergie erhöht
wird. In diesem optimalen Bereich über der optimalen Abfeuerungsschwelle
sind Tropfenvolumen auch bei moderaten Schwankungen der Abfeuerungsenergie
stabil. Da Schwankungen des Tropfenvolumens Ungleichmäßigkeiten
bei der gedruckten Ausgabe bewirken, findet das Drucken im Idealfall
in diesem optimalen Bereich statt. Wenn Energiepegel in diesem optimalen
Bereich zunehmen, wird die Gleichmäßigkeit nicht beeinträchtigt,
jedoch wird auf Grund des übermäßigen Erhitzens
und des Ansammelns von Tintenrückständen Energie
verschwendet, und der Druckkopf altert vorzeitig.
-
Bei
existierenden Druckköpfen,
die eine zweckgebundene Verbindung für jeden Abfeuerungswiderstand
oder für
eine als Grundelement bezeichnete Gruppe von Widerständen aufweisen, kompensiert
eine einmalige Kalibrierung jeder Verbindung durch entweder den
Drucker oder eine Produktionsschaltungsanordnung, die sich außerhalb der
Druckkassette befindet, auch jeglichen parasitären Widerstandswert oder jegliche
parasitäre
Impedanz in dem eindeutigen Pfad, der zu jedem Widerstand führt. Bei
der Herstellung können
Druckköpfe dahingehend
charakterisiert sein, diese Betriebsparameter einzustellen. Der
Drucker verwendet dann diese Betriebsparameter.
-
Bei
Druckköpfen
mit einem neuen intelligenten Antrieb, bei denen nicht jeder Abfeuerungswiderstand
oder jedes Grundelement eine zweckgebundene Verbindung aufweist,
können
jedoch Schwankungen auf Grund anderer Faktoren vorliegen. Eine große Anzahl
von Widerständen
wird durch eine einzige Spannungsleitung mit Leistung versorgt,
die Leistung über eine
elektrische Kontaktanschlussfläche
zwischen der Druckerelektronik und der entfernbaren Druckkassette
empfängt.
Folglich kann, während sich
die Datenlast, die gedruckt wird, verändert, der durch die Leitung
gezogene Strom und die Spannung, wie sie an dem Abfeuerungswiderstand
gemessen wird, unerwünschtermaßen schwanken. Wenn
beispielsweise viele oder alle Widerstände gleichzeitig abgefeuert
werden, kann die Druckkassettenspannung durch parasitäre Effekte
stark verringert werden, was eine niedrigere Abfeuerungsspannung
ergibt als wenn lediglich ein oder wenige Widerstände abgefeuert
werden.
-
Bei
typischen Tintenstrahldruckern wird, während jedes Tintentröpfchen aus
dem Druckkopf ausgestoßen
wird, ein Teil der Wärme,
die dazu verwendet wird, die das Tröpfchen treibende Tinte zu verdampfen,
in dem Druckkopf gehalten, und um hohe Strömungsraten zu erzielen, kann
ein Leiten die Tinte in der Nähe
des Substrats erhitzen. Diese Vorgänge können zu einer Überhitzung
des Druckkopfs führen,
was die Druckqualität
verringern kann, eine Fehlabfeuerung der Tintenausstoßelemente
bewirken kann oder bewirken kann, dass der Druckkopf gänzlich aufhört, abzufeuern.
Eine Überhitzung
des Druckkopfes beeinträchtigt
den Tintenstrahldruckvorgang und schränkt ein Drucken mit hohem Durchsatz ein.
Außerdem
weisen derzeitige Tintenstrahldruckköpfe nicht die Fähigkeit
auf, ihre eigenen Abfeuerungs- und Zeitgebungsentscheidungen zu
treffen, da sie von Fernvorrichtungen gesteuert werden. Folglich
ist es schwierig, wichtige thermische und Energieaspekte des Druckkopfes
auf effektive Weise zu steuern.
-
Deshalb
werden ein neues Drucksystem und ein neues Druckprotokoll benötigt, die
einen Druckkopf mit einem integrierten Verteilungsprozessor und einem
Tintentreiberkopf zum Liefern einer effizienten thermischen und
Energiesteuerung des Druckkopfes verwenden.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Ein
Temperatursteuersystem für
eine Tintenstrahldruckkopfanordnung, das folgende Merkmale aufweist:
eine Druckkopfanordnung, die Tintenausstoßelemente aufweist, die mittels
eines elektrischen Pulses, der eine Amplituden und Pulsbreite aufweist, mit
Energie versorgbar ist, einen mit der Druckkopfanordnung gekoppelten
Sensor zum Erzeugen eines Signals, das für die Temperatur des Druckkopfes
repräsentativ
ist. Einen Datenprozessor zum Lesen einer Nennbetriebspulsbreite,
von Pulsbreite-Kalibrierungsdaten und des Signals von dem Sensor.
Der Datenprozessor ist dahin gehend angepasst, unter Verwendung
der Nennbetriebspulsbreite, der Pulsbreite-Kalibrierungsdaten und
des Signals von dem Sensor eine eingestellte Pulsbreite zu berechnen. Der
Datenprozessor ist dahin gehend angepasst, die eingestellte Pulsbreite
zum Steuern der Temperatur des Druckkopfes zu verwenden. Der Datenprozessor befindet
sich an der Druckkopfanordnung.
-
Ein
Verfahren zum Steuern der Temperatur eines Tintenstrahldruckkopfes,
das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Temperatursteuersystems
gemäß Anspruch
1, Lesen einer Nennbetriebstemperatur des Druckkopfes, einer Nennbetriebspulsbreite
und von Pulsbreite-Kalibrierungsdaten, Erhalten
einer aktuellen Betriebstemperatur des Druckkopfes unter Verwendung
eines Sensors an dem Druckkopf, und Verwenden des Datenprozessors,
um (a) auf der Basis der Pulsbreite-Kalibrierungsdaten und der gemessenen
Temperatur des Druckkopfes einen Pulsbreite-Einstellfaktor zu ermitteln, (b) auf
der Basis des Pulsbreite-Einstellfaktors und der Nennbetriebspulsbreite
eine eingestellte Betriebspulsbreite zu berechnen; und (c) die eingestellte
Betriebspulsbreite auf den Druckkopf anzuwenden, um die Temperatur
des Druckkopfes zu steuern. Der Datenprozessor befindet sich an
der Druckkopfanordnung.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung wird ferner durch Bezugnahme auf die folgende
Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen, die das bevorzugte
Ausführungsbeispiel
veranschaulichen, näher
verständlich.
Andere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, die in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen zu sehen ist, die die Prinzipien der
Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
-
1A zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtdrucksystems, das die vorliegende
Erfindung beinhaltet.
-
1B zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtdrucksystems, das ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
-
2 ist
ein exemplarischer Drucker, der die Erfindung beinhaltet und lediglich
zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist.
-
3 zeigt
lediglich zu Veranschaulichungszwecken eine perspektivische Ansicht
einer exemplarischen Druckkassette, die die vorliegende Erfindung
beinhaltet.
-
4 ist
eine detaillierte Ansicht des Treiberkopfes einer integrierten Verarbeitung
der 3, die das Layout des Verteilungsprozessors und
des Widerstands und des Grundelements des Treiberkopfes der Druckkopfanordnung
zeigt.
-
5 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm der 1,
das die dynamische Pulsbreitensteuervorrichtung der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
6 ist
ein Flussdiagramm, das eine durch die Vorrichtung der 5 verwendete
Prozedur zeigt.
-
7 ist
eine exemplarische Auftragung, die einen Pulsbreiteneinstellfaktor
gegenüber
einer gemessenen Temperatur zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
-
In
der folgenden Beschreibung der Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, die einen Bestandteil derselben bilden und in denen
veranschaulichungshalber ein spezifisches Beispiel gezeigt ist,
bei dem die Erfindung praktiziert werden kann. Es versteht sich,
dass andere Ausführungsbeispiele
verwendet und strukturelle Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
1A zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtdrucksystems, das die vorliegende
Erfindung beinhaltet. Das Drucksystem 100 kann zum Drucken eines
Materials, z.B. Tinte, auf ein Druckmedium, das Papier sein kann,
verwendet werden. Das Drucksystem 100 ist mit einem Hostsystem 106,
das ein Computer oder Mikroprozessor zum Erzeugen von Druckdaten
sein kann, elektrisch gekoppelt. Das Drucksystem 100 umfasst
eine Steuerung 110, die mit einer Tintenvorratsvorrichtung 112 gekoppelt
ist, eine Leistungsversorgung 114 und eine Druckkopfanordnung 116.
Die Tintenvorratsvorrichtung 112 umfasst eine Tintenvorratsspeichervorrichtung 118 und
ist mit der Druckkopfanordnung 116 fluidisch gekoppelt,
um der Druckkopfanordnung 116 selektiv Tinte bereitzustellen.
Die Druckkopfanordnung 116 umfasst einen Verarbeitungstreiberkopf 120 und
eine Druckkopfspeichervorrichtung 122. Der Verarbeitungstreiberkopf 120 ist
aus einem Datenprozessor 124, z.B. einem Verteilungsprozessor,
und einem Treiberkopf 126, beispielsweise einem Array von
Tinten strahltintenausstoßelementen
oder Tropfengeneratoren 416, gebildet.
-
Während des
Betriebs des Drucksystems 100 liefert die Leistungsversorgung 114 der
Steuerung 110 und dem Verarbeitungstreiberkopf 120 eine gesteuerte
Spannung. Ferner empfängt
die Steuerung 110 die Druckdaten von dem Hostsystem und verarbeitet
die Daten zu Druckersteuerinformationen und Bilddaten. Die verarbeiteten
Daten, Bilddaten und andere statische und dynamisch erzeugte Daten (nachfolgend
ausführlich
erläutert)
werden zum effizienten Steuern des Drucksystems mit der Tintenvorratsvorrichtung 112 und
der Druckkopfanordnung 116 ausgetauscht.
-
Die
Tintenvorratsspeichervorrichtung 118 kann diverse tintenvorratsspezifische
Daten speichern, einschließlich
Tintenidentifizierungsdaten, Tintencharakterisierungsdaten, Tintenverwendungsdaten
und dergleichen. Die Tintenvorratsdaten können zur Zeit der Herstellung
der Tintenvorratsvorrichtung 112 oder während des Betriebs des Drucksystems 100 in
die Tintenvorratsspeichervorrichtung 118 geschrieben und
in derselben gespeichert werden. Desgleichen kann die Druckkopfspeichervorrichtung 122 diverse
druckkopfspezifische Daten speichern, einschließlich Druckkopfidentifizierungsdaten,
Garantiedaten, Druckkopfcharakterisierungsdaten, Druckkopfverwendungsdaten
usw. Diese Daten können
zur Zeit der Herstellung der Druckkopfanordnung 116 oder
während
des Betriebs des Drucksystems 100 in die Druckkopfspeichervorrichtung 122 geschrieben
und in derselben gespeichert werden.
-
Obwohl
der Datenprozessor 124 mit den Speichervorrichtungen 118, 122 kommunizieren kann,
kommuniziert der Datenprozessor 124 vorzugsweise vorwiegend
auf bidirektionale Weise mit der Steuerung 110. Die bidirektionale
Kommunikation befähigt
den Datenprozessor 124, seine eigenen Abfeuerungs- und Zeitgebungsoperationen
auf der Basis von erfassten und gegebenen Betriebsinformationen
zum Regeln der Temperatur des Verarbeitungstreiberkopfes 120 und
der an denselben gelieferten Energie dynamisch zu formulieren und
durchzuführen.
Diese formulierten Entscheidungen beruhen vorzugsweise u.a. auf
erfassten Druckkopftemperaturen, einer erfassten Menge an bereitgestellter Leistung,
Echtzeittests und vorprogrammierten, bekannten optimalen Betriebsbandbreiten,
z.B. Temperatur- und Energiebandbreiten. Folglich ermöglicht der
Datenprozessor 124 einen effizienten Betrieb des Verarbeitungstreiberkopfes 120 und
erzeugt Tintentröpfchen,
die auf ein Druckmedium gedruckt werden, um ein gewünschtes
Muster bilden, um verbesserte gedruckte Ausgaben zu erzeugen.
-
1B zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtdrucksystems 100, das das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verkörpert. Der
Datenprozessor 124 der vorliegenden Erfindung umfasst ferner
eine Abfeuerungssteuerung 130, eine Energiesteuervorrichtung 132,
eine Digitalfunktionsvorrichtung 134 und eine Thermosteuervorrichtung 136.
Der Treiberkopf 126 umfasst ferner eine Erwärmungsvorrichtung 138 und
Sensoren 140. Obwohl die Abfeuerungssteuerung 130,
die Energiesteuervorrichtung 132, die Digitalfunktionsvorrichtung 134, die
Thermosteuervorrichtung 136, die Erwärmungsvorrichtung 138 und
die Sensoren 140 Unterkomponenten anderer Komponenten,
beispielsweise der Steuerung 110, sein könnten, sind
sie bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
jeweilige Unterkomponenten des Datenprozessors 124 und
des Treiberkopfes 126, wie in 1B gezeigt
ist.
-
Die
Abfeuerungssteuerung 130 kommuniziert mit der Steuerung 110 und
dem Treiberkopf 126 (bei einem anderen Ausführungsbeispiel
kommuniziert sie ferner mit der Druckkopfanordnungsspeichervorrichtung 122),
um das Abfeuern von Tintenausstoßelementen 416 zugeordneter
Düsen 142 des Düsenbauglieds 144 zu
regeln. Die Abfeuerungssteuerung 130 umfasst eine Abfeuerungssequenzuntersteuerung 150 zum
selektiven Steuern der Sequenz von Abfeuerungsimpulsen, eine Abfeue rungsverzögerungsuntersteuerung 152 zum
Verringern der elektromagnetischen Störung in dem Verarbeitungstreiberkopf 120 sowie
eine Teilverzögerungsuntersteuerung 154 zum
Kompensieren von Bewegungsachse-Richtwirkungsfehlern des Treiberkopfes 126.
-
Die
Energiesteuervorrichtung 132 kommuniziert mit der Steuerung 110 und
den Sensoren 140 des Treiberkopfes 126, um die
dem Treiberkopf 126 gelieferte Energie zu regeln. Desgleichen
kommuniziert die Thermosteuervorrichtung 136 mit der Steuerung 110 und
den Sensoren 140 sowie der Erwärmungsvorrichtung 138 des
Treiberkopfes 126, um die thermischen Charakteristika des
Treiberkopfes 126 zu regeln. Die Thermosteuervorrichtung 136 bewerkstelligt
dies, indem sie die Erwärmungsvorrichtung 138 aktiviert,
wenn die Sensoren 140 anzeigen, dass sich der Treiberkopf 126 unter
einer Schwellentemperatur befindet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
kommunizieren die Energie- und Thermosteuervorrichtungen 132, 136 ferner
mit der Druckkopfanordnungsspeichervorrichtung 122. Die
Digitalfunktionsvorrichtung 134 verwaltet interne Registeroperationen
und Verarbeitungsaufgaben des Datenprozessors 124.
-
2 ist
ein exemplarischer Hochgeschwindigkeitsdrucker, der die Erfindung
beinhaltet und lediglich zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist. Allgemein
kann der Drucker 200 das Drucksystem 100 der 1A beinhalten
und ferner ein Fach 222 zum Halten von Druckmedien umfassen.
Wenn ein Druckvorgang eingeleitet wird, wird ein Druckmedium, z.B.
Papier, vorzugsweise unter Verwendung einer Blattzufuhrvorrichtung 226 von
dem Fach 222 dem Drucker 200 zugeführt. Das
Blatt wird dann in einer U-Richtung herumgedreht und bewegt sich
in eine entgegengesetzte Richtung auf das Ausgabefach 228 zu.
Es können
auch andere Papierwege, z.B. ein gerader Papierweg, verwendet werden.
Das Blatt wird in einer Druckzone 230 angehalten, und ein Bewegungswagen 234,
der eine oder mehr Druckkopfanordnungen 236 (ein Beispiel
einer Druckkopfanordnung 116 der 1)
trägt,
wird an schließend über das
Blatt bewegt, um ein Band Tinte auf dasselbe zu drucken. Nach einem
einzigen Durchlauf oder mehreren Durchläufen wird das Blatt anschließend beispielsweise
unter Verwendung eines Schrittmotors und Zufuhrrollen inkremental
zu einer nächsten
Position in der Druckzone 230 verschoben. Der Wagen 234 bewegt
sich wieder über
das Blatt, um ein nächstes
Band Tinte zu drucken. Der Vorgang wiederholt sich, bis das gesamte
Blatt bedruckt ist, wobei es zu diesem Zeitpunkt dann in das Ausgabefach 228 ausgestoßen wird.
-
Die
vorliegende Erfindung ist gleichermaßen auf (nicht gezeigte) alternative
Drucksysteme anwendbar, die alternative Medien- und/oder Druckkopfbewegungsmechanismen
verwenden, beispielsweise diejenigen, die eine Splittrad-, Rollenzufuhr- oder
Trommeltechnologie beinhalten, um das Druckmedium relativ zu den
Druckkopfanordnungen 236 zu tragen und zu bewegen. Bei
einem Splittradentwurf bewegen ein Splittrad und eine Andruckrolle
das Medium entlang einer Achse hin und her, während sich ein Wagen, der eine
oder mehr Druckkopfanordnungen trägt, entlang einer orthogonalen
Achse an dem Medium vorbeibewegt. Bei einem Trommeldruckerentwurf
ist das Medium an einer Drehtrommel angebracht, die sich entlang
einer Achse dreht, während
sich ein Wagen, der eine oder mehr Druckkopfanordnungen trägt, entlang
einer orthogonalen Achse an dem Medium vorbeibewegt. Sowohl bei
dem Trommel- als auch bei dem Splittradentwurf erfolgt das Bewegen
normalerweise nicht auf eine hin und her verlaufende Weise, wie
das bei dem in 2 gezeigten System der Fall
ist.
-
Die
Druckanordnungen 236 können
entfernbar oder dauerhaft an dem Bewegungswagen 234 angebracht
sein. Ferner können
die Druckkopfanordnungen 236 in sich abgeschlossene Tintenreservoire als
Tintenvorrat 112 der 1 aufweisen
(beispielsweise kann das Reservoir in dem Druckkopfkörper 304 der 3 angeordnet
sein). Die in sich abgeschlossenen Tintenreservoire können erneut
mit Tinte aufgefüllt
werden, um die Druckanordnungen 236 erneut zu verwenden.
Alternativ dazu kann jede Druckkassette 236 über eine
flexible Leitung 240 mit einem einer Mehrzahl von feststehenden
oder entfernbaren Tintenbehältern 234,
die als der Tintenvorrat 112 der 1A fungieren,
fluidisch gekoppelt sein. Als weitere Alternative können die
Tintenvorräte 112 ein
oder mehr Tintenbehälter
sein, die von den Druckkopfanordnungen 116 getrennt oder
trennbar sind und auf entfernbare Weise an dem Wagen 234 anbringbar
sind.
-
Lediglich
zu Veranschaulichungszwecken zeigt 3 eine perspektivische
Ansicht einer exemplarischen Druckkopfanordnung 300 (ein
Beispiel der Druckkopfanordnung 116 der 1),
die die vorliegende Erfindung beinhaltet. Eine ausführliche
Beschreibung der vorliegenden Erfindung folgt nun unter Bezugnahme
auf eine typische Druckkopfanordnung, die bei einem typischen Drucker,
z.B. dem Drucker 200 der 2, verwendet
wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung bei einer beliebigen
Druckkopf- und Druckerkonfiguration verkörpert sein. Unter Bezugnahme
auf 1A und 2 zusammen mit 3 besteht
die Druckkopfanordnung 300 aus einer Thermotintenstrahlkopfanordnung 302,
einem Druckkopfkörper 304 und
einer Druckkopfspeichervorrichtung 306, die ein Beispiel
der Speichervorrichtung 122 ist und nachstehend in 5 ausführlich erläutert wird.
Die Thermokopfanordnung 302 kann ein flexibles Material
sein, das üblicherweise
als TAB-Anordnung (TAB = Tape Automated Bonding, automatische Folienbondtechnologie)
bezeichnet wird, und kann einen Verarbeitungstreiberkopf 310 (ein
Beispiel des Verarbeitungstreiberkopfes 120 der 1) und Verbindungskontaktanschlussflächen 312 enthalten.
Die Verbindungskontaktanschlussflächen 312 sind geeignetermaßen an der
Druckkassette 300 befestigt, beispielsweise anhand eines
haftenden Materials. Die Kontaktanschlussflächen 312 sind mit
(nicht gezeigten) Elektroden an dem Wagen 234 der 2 ausgerichtet
und stehen in elektrischem Kontakt mit denselben.
-
Der
Verarbeitungstreiberkopf 310 weist einen Verteilungsprozessor 314 (ein
Beispiel des Datenprozessors 124 der 1)
auf, der vorzugsweise einstückig
mit einem Düsenbauglied 316 (ein
Beispiel des Treiberkopfes 126 der 1)
gebildet ist. Das Düsenbauglied 316 enthält vorzugsweise
mehrere Öffnungen
oder Düsen 318,
die beispielsweise durch eine Laserablation hergestellt werden können, um
eine Erzeugung von Tintentropfen auf einem Druckmedium zu bewirken.
-
Der
Verteilungsprozessor 314 umfasst vorzugsweise eine digitale
Schaltungsanordnung und kommuniziert über elektrische Signale mit
der Steuerung 110, dem Düsenbauglied 316 und
diversen analogen Vorrichtungen, beispielsweise Temperatursensoren,
die an dem Düsenbauglied 316 angeordnet sein
können.
Der Verteilungsprozessor 314 kommuniziert über eine
bidirektionale Datenleitung auf bidirektionale Weise mit der Steuerung.
Die Steuerung sendet Befehle an den Verteilungsprozessor und empfängt und
verarbeitet Signale von dem Verteilungsprozessor.
-
Der
Verteilungsprozessor 314 trifft auf Grundlage seiner Eingangssignale
Entscheidungen und führt
auf dieser Grundlage Aktionen aus. Beispielsweise erfolgen durch
den Verteilungsprozessor ein Steuern von Abfeuerungs-, Zeitgebungs-,
thermischen und Energieaspekten und ein Treffen von Entscheidungen
bezüglich
der Pulsbreite der Zeitgebung der Druckkopfanordnung 300 und
des Düsenbauglieds 316.
Der Verteilungsprozessor 314 empfängt ferner Sensorsignale von
Sensoren 140, die sich an dem Treiberkopf 310 befinden.
Die Sensoren 140 können
auch über
eine Direktverbindung oder durch die Speichervorrichtung des Druckers
mit der Steuerung 110 verbunden sein, um die Steuerung ständig zu
aktualisieren.
-
4 ist
eine detaillierte Ansicht eines beispielhaften integrierten Verarbeitungstreiberkopfes der 3,
die den Verteilungsprozessor und den Treiberkopf der Druckkopfan ordnung
zeigt. Die Elemente der 4 sind nicht maßstabsgetreu
und der Vereinfachung halber übertrieben.
Unter Bezugnahme auf 1–3 zusammen
mit 4 sind, wie oben erörtert, (nicht gezeigte) Leiter
auf der Rückseite
der TAB-Kopfanordnung 302 gebildet und enden in Kontaktanschlussflächen 312 zum
Kontaktieren von Elektroden auf dem Wagen 234. Die Elektroden
auf dem Wagen 234 sind mit der Steuerung 110 und
der Leistungsversorgung 114 gekoppelt, um eine Kommunikation
mit der Thermokopfanordnung 302 zu liefern. Die anderen
Enden der Leiter sind über
Anschlüsse
oder Elektroden auf dem Substrat 410 mit dem Verarbeitungstreiberkopf 310 verbunden.
Das Substrat 410 weist Tintenausstoßelemente 416 auf, die
auf demselben gebildet und mit den Leitern elektrisch gekoppelt
sind. Die Steuerung 110 und der Verteilungsprozessor 314 versorgen
die Tintenausstoßelemente 416 mit
elektrischen Betriebssignalen.
-
Eine
(nicht gezeigte) Barrierenschicht ist auf der Oberfläche des
Substrats 410 gebildet, um Tintenausstoßkammern zu definieren, vorzugsweise
unter Verwendung von photolithographischen Techniken, und kann eine
Schicht eines Photoresists oder eines anderen Polymers sein. Die
(nicht gezeigte) Tintenausstoßkammer
enthält
ein Tintenausstoßelement 416 und
befindet sich vorzugsweise hinter einer einzelnen Düse 318 des
Düsenbauglieds 316.
Ein Abschnitt der Barriereschicht isoliert die Leiterbahnen gegen
das darunter liegende Substrat 410.
-
Jedes
Tintenausstoßelement 416 stößt Tinte aus,
wenn es durch einen oder mehr Pulse, die sequentiell oder gleichzeitig
an eine oder mehr der Kontaktanschlussflächen 312 angelegt
werden, selektiv mit Energie versorgt wird. Die Tintenausstoßelemente 416 können Heizwiderstände oder
piezoelektrische Elemente sein. Jedes Tintenausstoßelement 416 ist
einer spezifischen Gruppe von Tintenausstoßelementen 416 zugeordnet,
hiernach als Grundelement 420 bezeichnet. Der Verarbeitungstreiberkopf 310 kann
zu einer beliebigen Anzahl mehrerer Unterabschnitte angeordnet sein, wobei
jeder Unterabschnitt eine bestimmte Anzahl von Grundelementen aufweist,
die eine bestimmte Anzahl von Tintenausstoßelementen 416 enthalten.
Die Düsen 318 können eine
beliebige Größe, Anzahl
und Struktur aufweisen, und die verschiedenen Figuren sind entworfen,
um die Merkmale der Erfindung auf einfache und deutliche Weise zu
zeigen. Die relativen Abmessungen der verschiedenen Merkmale wurden
der Übersichtlichkeit
halber stark angepasst.
-
Im
Fall der 4 weist der Verarbeitungstreiberkopf 310 192
Düsen mit
192 zugeordneten abfeuernden Tintenausstoßelementen 416 auf.
Es liegen vorzugsweise 24 Grundelemente in zwei Spalten von jeweils
12 Grundelementen vor. Die Grundelemente in jeder Spalte weisen
jeweils acht Widerstände
auf, so dass insgesamt 192 Widerstände vorliegen. Die Tintenausstoßelemente 416 auf
einer Seite weisen alle ungerade Zahlen auf, wobei sie bei dem ersten Widerstand
(R1) beginnen und zu dem dritten Widerstand (R3), dem fünften Widerstand
(R5) usw. fortschreiten. Die Tintenausstoßelemente 416 auf
der anderen Seite weisen alle gerade Zahlen auf, wobei sie bei dem
zweiten Widerstand (R2) beginnen und zu dem vierten Widerstand (R4),
dem sechsten Widerstand (R6) usw. fortschreiten.
-
Um
eine Druckkopfanordnung bereitzustellen, bei der die Tintenausstoßelemente 416 einzeln adressierbar
sind, bei der jedoch eine begrenzte Anzahl von Leitungen zwischen
dem Drucker 200 und der Druckkassette 236 vorliegt,
werden die Verbindungen zu den Tintenausstoßelementen 416 in
einem integrierten Treiberdruckkopf multiplexiert. Die Drucktreiberschaltungsanordnung
umfasst ein Array von Grundelementleitungen, Grundelement-Gemeinsam-Leitungen
und Adressauswahlleitungen, um die Tintenausstoßelemente 416 zu steuern.
Ein Spezifizieren einer Adressleitung und einer Grundelementleitung
identifiziert ein bestimmtes Tintenausstoßelement 416 auf eindeutige
Weise. Die Anzahl von Tintenausstoßelementen 416, die
innerhalb eines Grundelements vorliegen, ist gleich der Anzahl von Adressleitungen.
Jegliche Kombination von Adressleitungen und Grundelementauswahlleitungen
könnte
verwendet werden, es ist jedoch sinnvoll, die Anzahl von Adressleitungen
zu minimieren, um die Zeit, die benötigt wird, um einen Zyklus
durch die Adressleitungen abzuschließen, zu minimieren.
-
Jedes
Tintenausstoßelement 416 wird
durch seinen eigenen Treibertransistor gesteuert, der seine Steuereingangsadressauswahl
mit der Anzahl von Ausstoßelementen 416 in
einem Grundelement teilt. Jedes Tintenausstoßelement 416 ist durch
eine gemeinsame Knoten-Grundelement-Auswahl mit anderen Tintenausstoßelementen 416 verbunden.
Folglich erfordert ein Abfeuern eines bestimmten Tintenausstoßelements 416 ein
Anlegen einer Steuerspannung an seinen Adressauswahlanschluss, und
einer elektrischen Leistungsquelle an seinen Grundelementauswahlanschluss.
Ansprechend auf Druckbefehle von dem Drucker wird jedes Grundelement
selektiv mit Energie versorgt, indem die zugeordnete Grundelementauswahlverbindung
mit Leistung versorgt wird. Um pro Heizvorrichtungstintenausstoßelement 416 eine
gleichmäßige Energie
bereitzustellen, wird pro Grundelement zu jeglichem Zeitpunkt immer
nur ein Tintenausstoßelement
mit Energie versorgt. Jedoch können
beliebig viele der Grundelementauswahlen gleichzeitig aktiviert
werden. Jede aktivierte Grundelementauswahl liefert dem Treibertransistor
somit sowohl Leistung als auch eines der Freigabesignale. Das andere
Freigabesignal ist ein Adresssignal, das durch jede Adressauswahlleitung bereitgestellt
wird, von denen zu jeglichem Zeitpunkt immer nur eine aktiv ist.
Jede Adressauswahlleitung ist mit allen Schalttransistoren verbunden,
so dass alle derartigen Schaltvorrichtungen leitfähig sind, wenn
die Verbindung freigegeben ist. Dort, wo sowohl eine Grundelementauswahlverbindung
als auch eine Adressauswahlleitung für ein Tintenausstoßelement 416 gleichzeitig
aktiv sind, wird dieses bestimmte Heizvorrichtungstintenausstoßelement 416 mit
Energie versorgt. Zu einem Zeitpunkt wird immer nur jeweils eine
Adressauswahlleitung freigegeben. Dies gewährleistet, dass die Grundelementauswahl- und Gruppenrückführungsleitungen
zu jeglichem Zeitpunkt höchstens
immer nur einem Tintenausstoßelement 416 Strom
liefern. Andernfalls wäre
die an ein Heizvorrichtungstintenausstoßelement 416 gelieferte
Energie eine Funktion der Anzahl von Tintenausstoßelementen 416,
die zur selben Zeit mit Energie versorgt werden.
-
Der
Verarbeitungstreiberkopf 120 besteht aus einem Datenprozessor 124,
z.B. einem Verteilungsprozessor 314, und einem Treiberkopf 126,
z.B. einem Array von Tintenstrahltintenausstoßelementen zum Ausstoßen von
Tintentropfen. Die Sensoren 140 können Temperatursensoren zum
Steuern der Energie, die an die Druckkopfanordnung 116 geliefert wird,
und zum Steuern der Temperatur derselben sein.
-
Während des
Betriebs des Drucksystems 100 liefert die Leistungsversorgung 114 eine
gesteuerte Spannung oder gesteuerte Spannungen an die Druckersteuerung 110 und
den Verarbeitungstreiberkopf 120. Der Datenprozessor 124 kann
mit der Steuerung 110 auf bidirektionale Weise mit seriellen
Datenkommunikationen kommunizieren. Die bidirektionale Kommunikation
ermöglicht
es dem Datenprozessor 124, 314, seine eigenen
Abfeuerungs- und Zeitgebungsoperationen auf der Basis von erfassten und
gegebenen Betriebsinformationen zum Regeln der Temperatur der Druckkopfanordnung 116 und
der an dieselbe gelieferten Energie dynamisch formulieren und ausführen. Diese
formulierten Entscheidungen beruhen auf Druckkopftemperaturen, die
durch die Sensoren 140 erfasst werden, auf der erfassten Menge
an bereitgestellter Leistung und auf vorprogrammierten bekannten
optimalen Betriebsbandbreiten, z.B. Temperatur- und Energiebandbreiten, Bewegungsachsenrichtwirkungsfehlern
usw. Überdies
ermöglichen
serielle Kommunikationen die Hinzufügung von Tintenausstoßelementen 416 ohne
das inhärente
Erfordernis, Anschlussleitungen und Verbindungen zu erhöhen. Dies
verringert die Kosten und Komplexität der Bereitstellung von internen Kommunikationen
für die
Druckkopfanordnung.
-
Die
Druckkopfanordnung der vorliegenden Erfindung umfasst sowohl komplexe
analoge als auch digitale Vorrichtungen (z.B. eine mikroelektronische
Schaltungsanordnung), die mit dem Verteilungsprozessor kommunizieren.
Eine Kommunikation zwischen den digitalen und analogen Vorrichtungen
und dem Verteilungsprozessor ermöglicht
eine ordnungsgemäße Steuerung
und Überwachung
des Verarbeitungstreiberkopfes 120, 310, z.B.
wird ermöglicht,
dass Tests durchgeführt
werden, dass erfasste Daten interpretiert werden und dass der Verarbeitungstreiberkopf 120 kalibriert
wird usw. Beispielsweise kann der Verteilungsprozessor 124, 314 der Druckkopfanordnung 116, 300 gespeicherte
oder erfasste Daten von anderen Vorrichtungen zum Steuern und Regulieren
von Abfeuerungspulscharakteristika, Registeradressierung (sowie
das Laden von Abfeuerungsdaten in diese Register), Fehlerkorrektur der
Tintentropfenbahn, Temperatur des Verarbeitungstreiberkopfes 120,
elektromagnetische Störung, Düsenenergie,
optimale Betriebsspannung und andere elektrische Tests der Druckkopfanordnung
empfangen.
-
Der
Verteilungsprozessor 124 kann ferner die richtigen Betriebsenergiepegel
für die
Druckkopfanordnung bestimmen. Mehrere Komponenten und Systeme in
der Druckkopfanordnung weisen minimale sowie maximale Betriebstemperaturen
und -spannungen auf, und der Verteilungsprozessor trägt dazu
bei, die Druckkopfanordnung innerhalb dieser Grenzen zu halten.
Maximale Betriebstemperaturen werden eingerichtet, um die Zuverlässigkeit
des Druckkopfes zu gewährleisten
und Defekte bei der Druckqualität
zu vermeiden. Desgleichen werden maximale Leistungsversorgungsspannungen
eingerichtet, um die Lebensdauer des Druckkopfes zu maximieren.
-
Eine
Art der Bestimmung des Energiepegels ist die Bestimmung der Betriebsspannung
der Druckkopfanordnung. Vorzugsweise wird die Betriebsspannung zum
Zeitpunkt der Herstellung bestimmt und in der Anordnungsspeichervorrichtung
codiert. Jedoch ist, nachdem die Druckkopfanordnung in einem Drucksystem
installiert wurde, eine etwas höhere Spannung
der Leistungsversorgung 114 nötig, um auf Grund eines zusätzlichen
parasitären
Widerstands, der durch eine Verbindung mit dem Drucksystem eingeführt wird,
die Druckkopfanordnung mit der richtigen Betriebsspannung zu versorgen.
Diese Spannung muss hoch genug sein, um die Druckkopfanordnung mit
der richtigen Spannung zu versorgen, muss jedoch unter der maximalen
Spannung der Leistungsversorgung 114 liegen. Somit ist
es wichtig, dass die Leistungsversorgungsspannung in dem Drucker
einstellbar ist.
-
Die
optimale Betriebsspannung wird bestimmt, indem zunächst die
Einschaltenergie der Druckkopfanordnung festgestellt wird. Die Einschaltenergie
ist die Energiemenge, die gerade ausreichend ist, um einen Tropfenausstoß aus den
Düsen der
Druckkopfanordnung zu bewirken. Zur Zeit der Herstellung wird die
Einschaltenergie bestimmt, indem eine hohe Energiemenge angelegt
und ein Tropfenausstoß beobachtet
wird. Die Einschaltenergie wird anschließend allmählich verringert, bis der Tropfenausstoß aufhört. Der
Einschaltenergiepunkt ist die Energie, die sich gerade über dem
Punkt, an dem der Tropfenausstoß aufhört, befindet.
Diese Einschaltenergie wird dann zusammen mit einer Überenergiereserve
verwendet, um die Betriebsspannung zu finden, und diese Spannung
wird in die Druckkopfanordnungsspeichervorrichtung geschrieben.
-
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die optimale Betriebsspannung eingestellt, um einen etwa 20 % über der
Einschaltenergie liegenden Energiepegel zu erzielen. Dieser Energiepegel
ist durch Folgendes gegeben: Energie = Leistung·Zeitwobei
die Pulsbreite des Abfeuerungspulses das Zeitmaß ist. Die Leistung ist durch
Folgendes gegeben: Leistung = V2/r wobei
r der Widerstand der Druckkopfanordnung ist und V die Betriebsspannung
ist. Bei diesem Beispiel kann die optimale Betriebsspannung festgestellt
werden, indem der Energiewert 20 % höher als die Einschaltenergie
eingestellt wird.
-
Einzelheiten über Verfahren
zum Bestimmen der Betriebsenergie für eine Druckkassette finden sich
in der
US-Patentschrift Nr. 5,418,558 mit
dem Titel „Determining
the Operating Energy of a Thermal Ink Jet Printhead Using an Onboard
Thermal Sense Resistor",
in der
US-Patentschrift Nr. 5,428,376 mit dem
Titel „Thermal
Turn-on Energy Test for an Inkjet Printer"; und in der
US-Patentschrift Nr. 5,682,185 mit
dem Titel „Energy
Management Scheme for an Ink Jet Printer".
-
Vor
der Lieferung und Verwendung wird die Druckkopfanordnung 116 vorzugsweise
einem einmaligen Werkskalibrierungsprozess unterzogen, um Schwankungen
der Abschnitte der Druckkopfanordnung zu kompensieren. Diese Schwankungen
umfassen Schwankungen zwischen Tintenausstoßelementen 416 und
inneren Spur- und parasitären
Widerständen.
Somit werden Schwankungen, die in einer gegebenen Druckkopfanordnung
vorliegen, vorzugsweise während
des Herstellungsvorgangs identifiziert und kompensiert. Eine ordnungsgemäße Kalibrierung
gewährleistet
die richtige Energie für
die Tintenausstoßelemente 416 und
verlängert
die Lebensdauer der Tintenausstoßelemente.
-
Im
Einzelnen kann die Werkskalibrierung zuerst die Einschaltspannung
bestimmen und dann eine Betriebsspannung und nominelle Pulsbreite,
die eine ausreichende Überenergie
liefert, berechnen. Diese Spannung wird in die Speichervorrichtung
der Druckkopfanordnung geschrieben. Nun da die Speichervorrichtung
auf diese Weise programmiert ist, kann die Druckkopfanordnung an
einen Benutzer geliefert werden, entweder in Verbindung mit einem Drucker
oder als Ersatzdruckkopfanordnung. Bei der Inbetriebnahme oder Installation
kann die Kalibrierung durch das Drucksystem genutzt werden, um die Betriebseinstellungen,
die durch das Drucksystem verwendet werden sollen, zu bestimmen.
Im Betrieb wird das System kalibriert, um eine nominelle Betriebsspannung
und Pulsbreite einzustellen, die geeignet sind, um geeignete Abfeuerungsenergiepegel für eine Volles-Tropfenvolumen-Abfeuerung
bei „Ausfallbedingungen" zu gewährleisten.
-
Ein
kontinuierliches Abfeuern eines Tintenstrahldruckkopfes mit einer
hohen Frequenz und schweren Nutzleistung kann bewirken, dass sich
der Druckkopf nach ein paar Seiten abschaltet und aufhört, abzufeuern,
je nach der Abfeuerungsspannung (Überenergie). Das Problem ist
darauf zurückzuführen, dass
die Temperatur des Gesamtsubstrats 410 von der normalen
Betriebstemperatur von etwa 45 Grad Celsius auf 60 bis 85 Grad Celsius
ansteigt. Bei diesen Substrattemperaturen kann der örtliche
Bereich des Tintenausstoßelements 416 so
heiß sein (mehr
als 100 Grad C betragen), dass die erzeugte Blase niemals in sich
zusammenfällt,
was einen Tintentropfenausstoß stoppt
und zu einer weiteren Erhitzung und einer thermischen Instabilität führt. Ohne die
Druckgeschwindigkeit zu verlangsamen, wurden Lösungen gesucht, indem die Energieanforderungen bewertet
und die an die Abfeuerungstintenausstoßelemente 416 gelieferte
Energie unter Verwendung einer dynamischen Pulsbreiteneinstellung
gesteuert wurde.
-
In
der Vergangenheit bestanden die einzigen Lösungen der thermischen Probleme,
die durch die übermäßige Erhitzung
des Druckkopfes verursacht wurden, darin, Dünnfilmveränderungen an dem Substrat vorzunehmen
oder das Drucken zu verlangsamen. Der Dünnfilm-Lösungsansatz verwendete entweder
dünnere
Passivierungsschichten (Tantal), um die Einschaltenergie zu verringern,
oder er verwendete eine metallische Unterschicht (Gold oder Aluminium),
um die Hitze abzuführen,
die letztlich in der Tinte endet, die sich in Kontakt mit diesen
Schichten befindet. Diese Lösungsansätze, Dünnfilmänderungen
vorzunehmen, sind teuer und verrin gern außerdem die Zuverlässigkeit
aufgrund der Lebensdauer des Tintenausstoßelements 416. Der
vorliegende Lösungsansatz
liefert ein schnelleres Drucken und gleichzeitig eine höhere Zuverlässigkeit
des Druckens und eine bessere Lebensdauer des Tintenausstoßelements 416,
da die an den Treiberkopf 126 gelieferte Überenergie
durch eine Verwendung der Pulsbreiteneinstellung dynamisch gesteuert
wird.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst ein Thermosteuersystem, das die Stabilität, Zuverlässigkeit und
Druckqualität
des Drucksystems verbessert. Das System erhält und steuert die Temperatur
der Druckkopfanordnung bei der gewünschten optimalen Temperatur,
indem es eine digitale Rückmeldung
der Druckkopftemperatur an das Drucksystem verwendet. Allgemein
empfängt
das Thermosteuersystem eine Temperatur von dem Sensor 140 des
Treiberkopfes 126 und erzeugt einen digitalen Befehl, der
zu dieser erfassten Temperatur proportional ist. Das Thermosteuersystem
analysiert die erfasste Temperatur und trifft auf der Basis der
Analyse Steuerentscheidungen. Als solches ist das Thermosteuersystem
in der Lage, die Temperatur des Treiberkopfes ständig nahe der optimalen Temperatur
zu halten.
-
Allgemein
werden Analog/Digital-Wandler (ADCs) und Digital/Analog-Wandler
(DACs) verwendet (nicht in 1A und 1B gezeigt).
Ein analoger Temperatursensor 140 misst die Temperatur
des Treiberkopfes 126, und der ADC wandelt die Messung
in ein digitales Wort um. Der DAC empfängt das digital umgewandelte
Signal und nimmt entsprechende Anpassungen der Energie- und Temperatureinstellung
vor. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst der Verarbeitungstreiberkopf 126 einen Temperatursensor 140 und
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines digitalen Wortes, das mit
der erfassten Temperatur korreliert. Dieses digitale Wort wird durch
eine zusätzliche
Temperaturüberwachungs- und Steuerschaltungsanordnung
verwendet, die sich entweder auf dem Verarbeitungstreiberkopf 120 oder der
Drucksystemsteuerung 110 befindet. Ein Analog/Digital-Wandler
(ADC) dient zum Umwandeln eines analogen Temperatureingangssignals
in ein digitales Ausgangssignal, das zu der gemessenen Temperatur
proportional ist. Als Nächstes
empfängt
ein Digital/Analog-Wandler (DAC) das digitale Ausgangssignal und
wandelt das digitale Ausgangssignal in ein im Wesentlichen äquivalentes
analoges Spannungssignal um. Ein Entscheidungselement, z.B. ein
digitaler Komparator, kann verwendet werden, um das analoge Eingangssignal
mit dem analogen Spannungssignal von dem DAC zu vergleichen, um
zu bestimmen, wann die digitale Darstellung des analogen Signals
erreicht wurde, um auf der Grundlage dieser gemessenen Temperatur
Steuerentscheidungen zu treffen. Folglich liefert das Thermosteuersystem
eine geschlossene Regelung, um den Verarbeitungstreiberkopf 126 bei
oder in der Nähe
einer optimalen, programmierbaren Temperatur zu halten, und um zu
bestimmen, ob ein festgelegter oberer Grenzpunkt überschritten
wurde.
-
Im
Einzelnen befindet sich ein Temperatursensor 140 auf dem
Verarbeitungstreiberkopf 120, wobei ein Sensorspannungsausgangssignal
proportional zu einer erfassten Temperatur ist. Der ADC wandelt
die erfasste Temperatur in ein digitales Wort um und sendet das
digitale Wort an den DAC. Der DAC weist einen digitalen Eingang
und eine Ausgangsspannung, die zu dem Wert eines durch den digitalen
Eingang empfangenen digitalen Wortes proportional ist, auf. Der
digitale Komparator weist einen mit dem Sensorspannungsausgang verbundenen ersten
Eingang und einen mit dem Wandlerspannungsausgang verbundenen zweiten
Eingang auf. Der Komparator erzeugt auf der Basis der Wandlerausgangsspannung
ein Äquivalenzsignal.
Der Druckkopf kann eine Temperatursteuerung 136 aufweisen, die
das digitale Wort mit einem vorgewählten Temperaturschwellenwert
vergleicht, um zu bestimmen, ob die Temperatur innerhalb einer gewählten Bandbreite liegt.
-
Die
vorliegende Erfindung verbessert die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit
des Verarbeitungstreiberkopfes 120, indem sie die an den
Treiberkopf 126 gelieferte Energie steuert, um die Temperatur
des Treiberkopfes 126 zu regulieren. Unter erneuter Bezugnahme
auf 1A und 1B kann
der Verteilungs- bzw. Datenprozessor 124 Energiesteuervorrichtungen 132 und
Thermosteuervorrichtungen 136 in seiner eigenen Schaltungsanordnung
beinhalten, wie in 1B gezeigt ist. Die Energiesteuervorrichtung 132 kann
verwendet werden, um Schwankungen der Grundelementversorgungsspannung,
die auf Grund eines parasitären
Verbindungswiderstands zwischen dem Druckerwagen und der Verbindungsanschlussfläche 312 der
Treiberkopf126-Anordnung 116 entstehen, zu kompensieren.
Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass die
Abfeuerungspulsbreite so eingestellt wird, dass sie eine konstante
Energiezufuhr gewährleistet
oder die Temperatur des Treiberkopfes 126 reguliert.
-
5 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm der 1,
das die dynamische Pulsbreitensteuerungsvorrichtung der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das Drucksystem 100 umfasst eine Steuerung 110, die
mit einer Druckkopfanordnung 116 gekoppelt ist. Die Druckkopfanordnung 116 umfasst
einen Verarbeitungstreiberkopf 120 und eine Druckkopfspeichervorrichtung 122 (in 1 gezeigt), die Druckkassettenkalibrierungsinformationen
enthalten kann. Der Verarbeitungstreiberkopf 120 (in 1 gezeigt) besteht aus einem Datenprozessor 124,
z. B. einem Verteilungsprozessor, und einem Treiberkopf 126,
z. B. einem Array von Tintenstrahltintenausstoßelementen oder Tropfengeneratoren 416.
Der Treiberkopf 126 umfasst ferner Sensoren 140 zum
dynamischen Messen der Druckkopftemperatur. Die Sensoren 140 können analoge
oder digitale Sensoren sein. Vorzugsweise sind die Sensoren 140 um
den Treiberkopf herum verteilt, so dass eine „globale" Temperatur erfasst wird.
-
Obwohl
der Datenprozessor 124 mit der Speichervorrichtung 122 kommunizieren
kann, kommuniziert der Datenprozessor 124 vorzugsweise
auf eine bidirektionale Weise mit der Steue rung 110. Die bidirektionale
Kommunikation ermöglicht
es dem Datenprozessor 124, seine eigenen Abfeuerungs- und Zeitgebungsoperationen
auf der Basis von erfassten und gegebenen Betriebsinformationen
zum Regeln der Temperatur des Verarbeitungstreiberkopfes 120 und
der an denselben gelieferten Energie dynamisch zu formulieren und
durchzuführen.
Diese formulierten Entscheidungen beruhen vorzugsweise u.a. auf einer
Inaktivität
bestimmter Düsen
an einem Druckkopf, Druckkopfwartungsvorgängen, erfassten Druckkopftemperaturen,
einer erfassten Menge an gelieferter Energie, Echtzeittests und
vorprogrammierten bekannten optimalen Betriebsbereichen, z. B. Temperatur-
und Energiebereichen. Folglich ermöglicht der Datenprozessor 124 einen
effizienten Betrieb des Verarbeitungstreiberkopfes 120.
-
Der
Verteilungsprozessor 124 kann ausgehend von der Nennpulsbreite
für die
Druckkassette unter Verwendung eines Pulsbreiteneinstellfaktors eine
eingestellte Pulsbreite berechnen. Der Pulsbreiteneinstellfaktor
kann unter Verwendung der erfassten Temperatur zusammen mit entweder
einer Gleichung oder einer Nachschlagtabelle ermittelt werden. Unter
Verwendung der erfassten aktuellen Temperatur und einer Nenntemperatur
des Verarbeitungstreiberkopfes 126 (der sich in der Speichervorrichtung 122 der
Druckkopfanordnung 116 oder in dem Druckerspeicher befinden
kann) ermittelt der Verteilungsprozessor 124, ob der Druckvorgang
die Temperatur des Substrats in einem akzeptablen Temperaturbereich
halten wird. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Nennpulsbreite
auf der Basis der erfassten Temperatur auf eine geeignete Pulsbreite eingestellt.
-
6 ist
ein Flussdiagramm, das die durch die Vorrichtung der 5 verwendete
Prozedur zeigt. Bei Schritt 602 werden die Nennsubstratbetriebstemperatur,
die Nennbetriebspulsbreite und die Pulsbreitenkalibrierungsdaten
aus dem Druckkopf oder dem Druckerspeicher ausgelesen. Schritt 602 wird
bei der Inbetriebnahme durchgeführt
oder dann, wenn eine Druckkassette in dem Drucker ausgetauscht wird.
-
Bei
Schritt 604 wird die aktuelle Substratbetriebstemperatur
unter Verwendung des Substrattemperatursensors gelesen. Bei Schritt 606 wird
auf der Basis der Nennbetriebstemperatur, der gemessenen Temperatur
des Druckkopfes und der Pulsbreitenkalibrierungsdaten ein Pulsbreiteneinstellfaktor ermittelt.
Bei Schritt 608 wird auf der Basis des Pulsbreiteneinstellfaktors
und der Nennbetriebspulsbreite eine eingestellte Betriebspulsbreite
berechnet. Bei Schritt 610 wird die eingestellte Betriebspulsbreite auf
den Betrieb des Druckkopftreibers angewendet. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
werden die Schritte 604–610 während eines
Druckens kontinuierlich wiederholt, um die Pulsbreite dynamisch
zu steuern. Alternativ dazu können
die Schritte 604–610 lediglich
am Anfang einer Druckbahn durchgeführt werden. Die vorstehende
Prozedur wird für
jede Druckkassette gleichzeitig und unabhängig durchgeführt. Der
Verteilungsprozessor 124 kann die Schritte 600–610 durchführen.
-
7 ist
eine exemplarische Auftragung eines Einstell- oder Kalibrierungsfaktors für die Pulsbreite
gegenüber
der gemessenen Druckkopftemperatur. Die Einstell- oder Kalibrierungskurve
beruht auf dem Thermoansprechverhaltensmodell der Druckkopfanordnung.
Obwohl die Einstellkurve in 5 als gerade
Linie gezeigt ist, kann die Kurve eine beliebige Form aufweisen.
Die korrigierte Pulsbreite ist eine Funktion der Nennpulsbreite
und des Kalibrierungsfaktors auf der Basis der gemessenen Temperatur.
Auf der Basis einer Kalibrierungskurve oder Nachschlagtabelle wird
die Pulsbreite unter Verwendung der folgenden eingestellt: PBeingestellt = (Einstellfaktor)·PBNenn,wobei PB die Pulsbreite ist.
-
Demgemäß ermöglicht es
die vorliegende Erfindung dem Treiberkopf 126, ein schnelles
Drucken von Flächenausfällungen
mit hoher Dichte fortzusetzen, ohne Probleme bezüglich der Druckzuverlässigkeit
oder der Zuverlässigkeit
der Tinten ausstoßelemente
aufgrund einer übermäßigen Druckkopftemperatur
zu bewirken. Die vorliegende Erfindung steuert die Pulsbreite an
den Treiberkopf 126 ansprechend auf die durch den Sensor 140 gemessene Druckkopftemperatur
zu Beginn jeder Druckbahn oder kontinuierlich während der Druckbahnen. Die Einschaltenergie
für die
Tintenausstoßelemente 416 nimmt
ab, wenn der Treiberkopf 126 aufgrund eines fortdauernden
Druckens heißer
wird. Deshalb nimmt die Pulsbreite ab, wenn sich der Treiberkopf 126 erwärmt und
die dynamische Einschaltenergie abnimmt. Desgleichen nimmt die Pulsbreite
zu, wenn sich der Treiberkopf 126 abkühlt und die dynamische Einschaltenergie
zunimmt. Somit ist die Erfindung effektiv darin, die Überenergie
an einen einzelnen Treiberkopf 126 zu steuern, indem sie
eine dynamische Steuerung der Überenergie
an den Treiberkopf 126 durch ein dynamisches Einstellen
der Pulsbreite vorsieht.
-
Im
Vorstehenden wurden die Prinzipien, bevorzugte Ausführungsbeispiele
und Betriebsmodi der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung sollte
jedoch nicht so ausgelegt werden, als sei sie auf die bestimmten
erörterten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Somit
sollten die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele vielmehr als
veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen werden, und
man sollte erkennen, dass seitens von Fachleuten Variationen an
diesen Ausführungsbeispielen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die folgenden
Patentansprüche
definiert ist, abzuweichen.