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FELD DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drucksysteme. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Verwendung räumlich kontrollierter
Kühlprofile,
um eine gleichförmige
Temperatur der Tinte über
die aktive Zone eines akustischen Druckkopfs zu erhalten.
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HINTERGRUND
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Da
Computerprodukte ständig
im Preis fallen, während
ihre Leistung zunimmt, wird die Drucktechnologie durch die Notwendigkeit
angetrieben, die Preise zu reduzieren, während die Druckerauflösung verbessert
wird. Eine sich in der Entwicklung befindliche Technologie ist das
akustische Tintendrucken (acoustic ink printing: AIP). AIP fokussiert
akustische Energie, um Tropfen eines Fluids von einer freien Oberfläche auf
ein Aufzeichnungsmedium auszustoßen. Das Fluid ist typischerweise
Tinte, wenngleich bei spezialisierten Anwendungen das Fluid ein
geschmolzenes Lötzinn,
ein heiß schmelzendes Wachs,
ein Farbfiltermaterial, ein Photolack, und verschiedene andere chemische
und biologische Verbindungen sein kann.
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Bei
AIP-Anwendungen schließt
ein Druckkopf Tropfenquellen ein, die Tropfen ausstoßen und auf
einem Empfangsmedium in einer vorbestimmten kontrollierten Art ablegen.
Jede Tropfenquelle schließt
eine Tinten enthaltende Quelle und einen Wandler ein, der die Tinte
anregt und das Ausstoßen der
Tropfen aus Tinte aus der Quelle verursacht. Eine Vielzahl von Herstelltechniken,
wie etwa Halbleiterverarbeitungstechniken, können verwendet werden, um die
Wandler, die Quelle und die Schaltung auszubilden, die den Wandler
antreibt.
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Die 9 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht einer typischen Tropfenquelle 90 kurz
nach dem Ausstoßen
eines Tropfens 104 aus Markierungsfluid 108 und
bevor sich eine Ausstülpung 112 auf
einer freien Oberfläche 116 des
Markierungsfluids 108 entspannt hat. Eine Radiofrequenzquelle (RF) 120 stellt
eine RF-Antriebsenergie von ungefähr 100 bis 200 Megahertz (MHz)
für ein
Antriebselement, wie etwa einen Wandler 124 über die
Bodenelektrode 128 und die Deckseitenelektrode 132 bereit. In
einer Ausführung
ist der Wandler ein piezoelektrischer Wandler. Die akustische Energie
von dem Wandler läuft
durch eine Basis 136 in eine akustische Linse 140.
Die akustische Linse 140 ist häufig eine Fresnel-Linse, die
die empfangene akustische Energie in einen fokussierten akustischen
Strahl 138 fokussiert, der in einem kleinen Fokusgebiet
nahe der freien Oberfläche 116 zusammenläuft. Wenn
ausreichend akustische Energie geeignet auf der freien Oberfläche 116 fokussiert
wird, wird eine Ausstülpung 112 ausgebildet
und ein Tropfen 104 wird ausgestoßen. Eine eingehende Beschreibung
einer Tropfenquelle oder „Tropfenejektor" wird in US-Patent
Nr. 5,565,113 von Hadimioglu et al. mit dem Titel „Lithographically
Defined Ejection Units",
erteilt 15. Oktober 1996, bereitgestellt.
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Ein
typischer Druckkopf, wie etwa ein AIP Druckkopf, schließt Felder
von Tropfenquellen ein. Eine strenge Kontrolle der Tropfengröße und Tropfengeschwindigkeit
für jede
Tropfenquelle ist wesentlich, um ein genaues Bild von hoher Auflösung zu
erhalten. Änderungen
in der Tropfengröße und/oder -geschwindigkeit
von den Tropfenquellen auf dem gleichen Druckkopf verringern die
Genauigkeit und Gleichförmigkeit
der Bilder, die durch das AIP-System erzeugt werden. Daher sollten
solche Änderungen
minimiert werden.
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EP 07736390 beschreibt
eine Temperatursteuerung für
eine Druckvorrichtung einschließlich der
Merkmale des Druckkopfsystems, wie es im Oberbegriff von Anspruch
1 festgelegt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein Druckkopfsystem insbesondere
in Bezug auf Änderungen
in der Tropfengröße und der
Tropfengeschwindigkeit zu verbessern. Dieses Ziel wird durch Bereitstellen
eines Druckkopfsystems gemäß Anspruch
1 und eines Verfahrens zum Verbessern der Ausgabe eines Druckkopfs
zum Ausstoßen
von Markierungsfluid gemäß Anspruch
7 erreicht. Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.
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Um
mit einem akustischen Tintendrucker (AIP) ein Bild von hoher Qualität zu erzeugen,
sollte jede Tropfenquelle auf dem AIP-Druckkopf so aufgebaut sein,
dass diese Tropfen von gleichförmiger Größe und Geschwindigkeit
ausgibt. Es wurde herausgefunden, dass, wenn Tinte durch den Druckkopf hindurch
von einem Tintenvorrat oder „Quelle" zu einem Tintenauslass
oder „Senke" fließt, die
Tinte Leistung von den vielen Wandler absorbiert, die über einen
Druckkopf verteilt sind. Die absorbierte Leistung erhitzt die Tinte
und erzeugt eine ungleichmäßige Temperaturverteilung
in der Tinte. Ungleichmäßige Tintentemperaturen
bedingen die Ausgabe von nicht gleichförmigen Tropfengrößen und
-geschwindigkeiten. Insbesondere bewirkt wärmere Tinte an den Tropfenquellen
nahe des Tintenauslasses in der Ausgabe von größeren Tropfen und höheren Tropfengeschwindigkeiten
verglichen mit der Ausgabe von Tropfen durch Tropfenquellen, die über den
Druckkopf hinweg nahe der Tintenquelle angeordnet sind. Die wärmere Tinte
nahe dem Tintenauslass resultiert von Energie der Wandlerenergie,
die sowohl akustisch als auch thermisch durch die Tinte absorbiert wird,
während
diese von dem Tintenvorrat zu dem Auslass fließt. AIP-Druckköpfe, die
beheizt werden, um phasenändernde
Tinten auszustoßen,
sind besonders empfindlich für
diese Effekte aufgrund der relativ hohen Viskosität (4 bis
20 cp) derselben, die eine hohe Leistungsdissipation, verglichen
mit wässrigen
Tinten bedingen. Die nicht gleichmäßigen Tropfengrößen und
-geschwindigkeiten verschlechtern die Qualität.
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Um
gleichförmige
Tropfengrößen und
-geschwindigkeiten aus unterschiedlichen Tropfenquelle, die über einen
AIP-Druckkopf verteilt sind, zu erzeugen, wird ein System für die Einhaltung
der Gleichförmigkeit
der Tintentemperatur über
den Druckkopf beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Eine
vollständigere
Würdigung
der Erfindung wird sofort erreicht und verstanden durch Bezug auf die
nachfolgende eingehende Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen.
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1 veranschaulicht
eine Seitenansicht eines Beispiels eines Druckkopfs.
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2 veranschaulicht
eine Draufsicht eines Beispiels eines Druckkopfs.
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3 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines Systems, das ein Elastomer von veränderlicher
Dicke verwendet, um die Temperatur der Tinte, die über den
AIP-Druckkopf hinweg fließt,
konstant zu halten.
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4 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines Systems, das einen Kanal von veränderlicher
Breite verwendet, der ein Kühlfluid
trägt,
um die Temperatur der Tinte, die über einen AIP-Druckkopf hinweg
fließt,
konstant zu halten.
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5 ist
eine grafische Darstellung des maximalen Temperaturunterschieds
der Tinte über
einen Druckkopf hinweg, als eine Funktion von verschiedenen Kühlkonstanten,
die auf eine Rückseite des
Druckkopfs angewandt werden.
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6 veranschaulicht
ein typisches Kanalprofil für
das System der 3, um eine bestimmte Temperatur über einen
Druckkopf hinweg zu erhalten.
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7 veranschaulicht
die Verwendung eines verteilten Luftflusses, um eine konstante Temperatur über den
Druckkopf hinweg aufrechtzuerhalten.
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8 veranschaulicht
eine Draufsicht auf Öffnungen,
die verwendet werden können,
um einen Luftfluss zu verteilen.
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9 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines akustischen Tropfenejektors, der
gezeigt wird, wie er einen Tropfenmarkierungsfluid nach dem Stand
der Technik ausstößt.
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EINGEHENDE
BESCHREIBUNG
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2 veranschaulicht
eine Unterseitenansicht 200 und 1 ist eine
Seitenansicht 250 eines Druckkopfs. In der in 1 veranschaulichten
Ausführung
ist eine Metallplatte 204 über einer Glasschicht 208 aufgebaut.
Ein erster Durchbruch 210 dient als eine Tintenquelle.
Die Tinte fließt
von dem ersten Durchbruch 210 zu einem zweiten Durchbruch 212,
der als ein Tintenauslass dient. Der Tintenfluss von dem ersten
Durchbruch 210 zu dem zweiten Durchbruch 212 wird
durch eine Druckdifferenz zwischen den zwei Durchbrüchen aufrechterhalten.
Die Geschwindigkeit des Tintenflusses von dem ersten Durchbruch 210 zu
dem zweiten Durchbruch 212 ist durch den Abstand zwischen
der Platte 204 und dem Glas 280, den Druckunterschied
entlang des Tintenflusses und ebenso durch Eigenschaften der Tinte 244,
wie etwa Viskosität,
festgelegt.
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Wenn
Tinte 224 sich von der Tintenquelle wie etwa dem ersten
Durchbruch 210 zu einem Tintenauslass, wie etwa dem zweiten
Durchbruch 212 bewegt, unterliegt die Tintenkopfstruktur
und die Tinte der Erwärmung
durch akustische Energie und RF-Verluste (nachfolgend zusammenfassend
als Erwärmung
bezeichnet). Die Erwärmung
findet in den Wandlern 228, 232, 236, 240, 244 und
ebenso durch akustische Dissipation in der Glasschicht 208 und durch
die Tinte statt. Erwärmen
der Tinte kann ebenso durch thermische Energie stattfinden, die
durch die Wandler selbst durch Widerstand oder andere Verluste erzeugt
wird. Die thermische Energie kann sich ebenso durch die Glasschicht 208 übertragen. Wenn
keine Kompensation stattfindet, bedingt der Aufheizeffekt eine wärmere Tinte
nahe dem Tintenauslass und eine kältere Tinte nahe der Tintenquelle.
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Bei
der Verwendung von wässrigen
Tinten von geringer Viskosität
können
die Temperaturunterschiede durch Aufrechterhaltung einer hohen Tintengeschwindigkeit
zwischen der Tintenquelle und dem Tintenauslass minimiert werden.
Wenn jedoch viskosere Fluide, wie etwa phasenändernde Tinten verwendet werden,
kann eine derartig hohe Geschwindigkeit nicht erreicht werden. Versuche,
die die Tintengeschwindigkeit durch Vergrößern des Druckunterschiedes
zwischen der Tintenquelle und dem Tintenauslass zu vergrößern, bedingen
unakzeptable Unterschiede in der Meniskus-Position 254, 258 an den
Tropfenquellen 216, 220, wie in 1 veranschaulicht.
Der Meniskus 254 ist die freie Oberfläche der Tinte in der Öffnung 216.
Die Form des Meniskus wird durch den Druck in der Tinte und in der
Luft, und durch die Eigenschaften der Tinte, der Luft und der Platte 208 bestimmt.
Große
Unterschiede im Meniskus beeinflussen die Gleichförmigkeit
der Tropfen, die von den Tropfenquellen 216, 220 ausgegeben werden,
ungünstig.
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Um
eine konsistente Meniskusgröße und Tintengeschwindigkeit
für eine
phasenändernde
Tinte aufrechtzuerhalten, wird der mittlere Druck der Tinte 224 ungefähr 3 Torr
unterhalb des atmosphärischen
Druckes gehalten. Der tatsächliche
Druck liegt im Bereich von ungefähr
1,7 Torr unterhalb des atmosphärischen
Druckes nahe der Tropfenquelle 216, die der Tintenquelle
am nächsten
ist, bis zu einem Druck von ungefähr 4,3 Torr unterhalb des atmosphärischen
Druckes bei der Tropfenquelle 220, die dem Tintenauslass
am nächsten
ist. Die Strömungsrate einer
typischen, phasenändernden
Tinte ist ungefähr 18
bis 35 Millimeter pro Minute pro Inch der Druckkopflänge. Die
nachstehend beschriebene Kühlvorrichtung 260 minimiert
die Temperaturdifferenz in der Tinte 224.
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Die 3 veranschaulicht
einen Druckkopf 300, der eine Wärmesenke 342 als eine
Ausführung der
vorstehend erwähnten
Kühlvorrichtung
verwendet. Der Druckkopf 300 schließt ein Elastomer 304 von
veränderlicher
Dicke ein, das mit der Wärmesenke 342 verbunden
ist, um die Tinte 308 über
der Glasschicht 208 bei einer konstanten Temperatur zu
halten. Die Tinte 308 fliesst von einer Tintenquelle 316 an
einem ersten Ende des Druckkopfs 300 zu einem Tintenauslass 318,
der an einem zweiten Ende des Druckkopfs angeordnet ist.
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Eine
Folge von Fresnel-Linsen, sind auf einem Glassubstrat wie etwa der
Glasschicht 208 aufgebracht und gemustert. Die Fresnel-Linsen
empfangen Energie von entsprechenden Wandlern 228, 232, 236, 240, 244,
die ebenso auf einer Glasschicht 208 ange bracht sind. Eine
Brücke 327 schließt Drähte ein,
die das Wandlerfeld zu einer Treiberelektronik (nicht gezeigt) verbinden.
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Wenn
die Treiberelektronik feststellt, dass ein Tropfen ausgestoßen werden
muss, veranlasst die Treiberelektronik, dass ein entsprechender Wandler
vibriert. Jeder vibrierende Wandler, wie etwa der Wandler 228 erzeugt
Wellen 326, die sich durch die Glasschicht 208 ausbreiten.
Eine Fresnel-Linse 320 fokussiert die Wellen. Die Wellen
fokussieren sich zu einem Punkt und stoßen einen Tintentropfen von
der Tintenoberfläche
innerhalb einer Öffnung
wie etwa der Öffnung 328 aus.
Ein Teil der akustischen Energie wird durch die Tinte 308 absorbiert.
Die absorbierte Energie erwärmt
die Tinte.
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In
einer Ausführung
der Erfindung ist die Tinte eine phasenändernde Tinte. Erwärmungseffekte sind
besonders ungünstig
bei phasenändernden
Tinten, weil die niedrigen maximalen Strömungsraten von ungefähr 18–35 Millimeter
pro Minute pro Inch der Druckkopflänge über das Glas 312 hinweg
kein schnelles Entfernen der erwärmten
Tinte ermöglichen.
Die geringen Strömungsraten
sind durch die hohe Viskosität
(4–20
cp) und geringe Oberflächenspannung
(20–30
Dyne/cm) der phasenändernden Tinten
bedingt. Die hohe Viskosität
bedingt ebenso höhere
Wellenabschwächungen
und daher höhere Leistungsabsorption
der akustischen Energie. Höhere
Leistungsabsorption vergrößert die
Tintenerwärmung.
Die Kombination der höheren
Tintenerwärmung
und niedriger Strömungsraten
macht die Erfindung besonders nützlich,
wenn phasenändernde
Tinten in einem Druckkopf verwendet werden, wenngleich anzumerken
ist, dass die Erfindung ebenso für wässrige Tinten
wie auch andere abzuscheidende Materialien anwendbar ist, die Eigenschaften ändern, wie
etwa die Viskosität
abhängig
von der Temperatur.
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Wenn
eine Wärmesenke
verwendet wird, koppelt das Elastomer 304 die Glasschicht 208 thermisch
mit der Wärmesenke 342.
Das Elastomer ist typischerweise ein elektrischer Isolator und stellt
daher eine schützende
Passivierungsschicht für
die Drahtverbindungen und die Wandler bereit. Ein Beispiel für ein derartiges
Elastomer ist Slygard 165, hergestellt von Dow Corning
Corp. Die Dicke des Elastomers wird als ein „z-Parameter 344" angegeben. Die Dicke
oder „z" bestimmt den effektiven
Kühlungsparameter
heff der Kombination von Wärmesenke 324 und
Elastomer 304. In einer ersten Ordnung ist der Kühlparameter
heff proportional zu der thermischen Leitfähigkeit „K" des Elastomers geteilt
durch die Dicke „Z" des Elastomers.
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Durch
Einstellen der Dicke des Elastomers wird die Kühlungseffektivität der Kombination
der Wärmesenke 342 und
des Elastomers so eingestellt, dass die Erwärmung über den Druckkopf hinweg ausgeglichen
wird. Wenn der Wärmeverlust
von dem aktiven Gebiet des Druckkopfs zu der Umgebung gleichförmig ist,
und wenn die Wandler über
den Druckkopf hinweg die Tinte gleichmäßig erwärmen, dann ist der ideale z-Parameter
eine Konstante. Die meisten Druckköpfe verlieren jedoch Wärme in einer lateralen
Richtung angedeutet durch die Pfeile 345. Diese natürlichen,
thermischen Verluste von den Rändern
des Druckkopfs verringern das Ausmaß der Kühlung, die nahe dem Rand der
Glasschicht 208 benötigt
wird. Um den Kühlungsparameter
heff nahe dem Rand der Glasschicht 208 zu
reduzieren, wird der z-Parameter nahe dem Rand der Glasschicht 208 vergrößert um,
einen konvexen Wärmesenkenboden zu
erzeugen. Ein angenähertes
z-Profil ist durch die gestrichelte Linie 362 veranschaulicht.
Eine eingehendere Erörterung
des Kühlungsparameters
heff wird bei der Erörterung in Zusammenhang mit
der 5 bereitgestellt.
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Die 4 veranschaulicht
eine Ausführung der
Erfindung, die ein flüssiges
Kühlmittel
anstelle der Wärmesenke
verwendet, um eine konstante Tintentemperatur über den AIP-Druckknopf zu erreichen. Wie hier verwendet,
kann ein Fluid entweder eine Flüssigkeit
oder ein Gas sein. In 4 tritt das Kühlfluid 404 in
den Kühlmitteleinlass 408 und
fließt entlang
einer Kühlleitung
oder -kanal 412, bevor diese den Druckkopf durch den Kühlauslass 416 verlässt. In
der veranschaulichten Ausführungsform
ist eine Seite des Kühlkanals 412,
eine Rückseite
der Glasschicht 420, dieselbe Fläche auf denen die Wandler 424 angebracht
sind. Tinte fließt über eine entgegengesetzte
oder Tintentropfenseite 428 der Glasschicht 420.
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Rückseitige
Elektroniken, einschließlich
der Brücke 432 können entlang
dem Weg der Fluidströmung
verteilt sind. Wie vorher angemerkt, schließt die Brücke 423 typischerweise
Drähte
und Kontaktpunkte ein, die die Wandler 424 mit der Kontrollelektronik
verbinden. Um elektrische Probleme zu vermeiden, ist das ausgewählte Kühlmittel
ein inertes Material, das die rückseitigen
Elektroniken und die Wandler nicht angreift. Ein Beispiel für ein derartiges Kühlmittel
ist Fluorinert, hergestellt durch 3M Corp. of St. Paul, Minnesota.
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Wenn
ein Kühlfluid über eine
wärmere
Oberfläche
läuft,
kühlt das
Kühlfluid
die Fläche
proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der wärmeren Fläche und
dem kälteren
Kühlmittelfluid.
Wenn diese Temperaturdifferenz abnimmt, wird das Kühlpotential reduziert.
Wenn andere Parameter konstant gehalten werden, ist die Kühlungseffektivität proportional
zu dem Kühlpotential.
Nahe dem Kühlmitteleinlass 408 weist
das Kühlmittel ein
maximales Kühlpotential
auf. Wenn das Kühlmittel
entlang Kanal 412 fließt,
wächst jedoch
eine warme Grenzschicht von der warmen Oberfläche her auf. Nahe dem Kühlmittelauslass 416 ist
das Kühlmittel
am Wärmsten
und das Kühlpotential
bei einem Minimum.
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Um
das Kühlmittelpotential
aufgrund der Kühlmittelerwärmung und
einer vergrößerten Grenzschicht
auszugleichen, wird die Kühlmittelgeschwindigkeit
erhöht,
während
dieses durch den Kanal 412 läuft. Eine Vergrößerung der
Kühlmittelgeschwindigkeit
wird durch Verengung der Querschnittsfläche des Kühlkanals 412 erreicht.
Eine Vergrößerung der Kühlmittelgeschwindigkeit
vergrößert den
Wärmeübertragungskoeffizienten
heff des Kühlmittels. Die Rate, mit der
sich der Kühlkanal 412 verengt,
wird derart ausgewählt,
dass die Zunahme der Geschwindigkeit des Kühlmittels die erhöhte Temperatur
des Kühlmittels
und den erhöhten
Grenzschichtaufbau ausgleichen, um eine nahezu gleichförmige Abkühlung der Flächen zu
erreichen, wodurch eine ungefähr
isotherme Fläche über eine
Rückseite
erreicht wird. Ein genaueres Profil des Kühlmittelkanals wird mit Bezug auf 6 erörtert.
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Die 5 ist
eine graphische Darstellung, die den Temperaturunterschied (delta
T) der Tinte zwischen der Tintenquelle und dem Tintenauslass als eine
Funktion eines Kühlkoeffizienten
(heff in Watt pro Quadratzentimeter pro
Grad Kelvin) veranschaulicht, der auf eine Rückseite des Druckkopfs angewandt wird.
Die Kurve 504 zeigt den Unterschied in der mittleren Temperatur
zwischen dem Einlaß und
dem Auslaß der
aktiven Ejektorzone. Die mittlere Temperatur ist der integrierte
Mittelwert der Temperatur durch die Tintenschicht. Die Kurve 508 zeigt
den Temperaturunterschied für
die Oberfläche
der Tintenströmung
nahe den Meniskuspositionen 254, 258. Die in 5 bereitgestellten
Kurven sind veranschaulichend, wobei tatsächliche Kurven in Abhängigkeit
von einer Anzahl von Faktoren, einschließlich der Temperatur der Tinte,
der Rate der Tintenströmung
und der Dissipation der Leistung in der Tintenströmung variieren
können.
In dem veranschaulichten Beispiel beträgt die Tintentemperatur ungefähr 150 Grad
Celsius, die dissipierte Leistung ist ungefähr 12 Watt und die Tintengeschwindigkeit
beträgt ungefähr 3,65
cm/sek.
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Um
eine gleichmäßige Tropfenausgabe
aus dem Druckkopf zu erhalten, sollte der Tintentemperaturunterschied über den
Druckkopf hinweg so nah wie möglich
bei Null sein. In dem Beispiel der 5 erreicht
die Kurve 504 eine Temperaturdifferenz von Null, wenn heff ungefähr
0,03 Watt/cm2K ist, während die Kurve 508 die
Temperaturdifferenz von Null erreicht, wenn heff ungefähr 0,02
Watt/cm2K ist. Daher beträgt ein gewünschter
Wert für
die Kühlungskonstante
heff unter den besonderen, beschriebenen
Bedingungen zwischen 0,02 und 0,03 Watt/cm2K.
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Die 6 zeigt
ein Beispiel eines detaillierten Kanalprofils für eine Ausführung des Fluidkühlungssystems
der 4. Die Kanalhöhe „z" in Meter ist entlang
der vertikalen Achse 602 der 6 aufgetragen.
Die horizontale Achse 604 zeigt den Abstand von dem Eintrittspunkt
des Kühlfluids.
In dem veranschaulichten Beispiel, ändert die Form des Kanals die
Strömungsgeschwindigkeit
und daher „h" derart, dass die
sich ergebende Oberflächentemperatur konstant
ist. In diesem Beispiel ist die resultierende Wandtemperatur 168
Grad Celsius und die höchste Kühlgeschwindigkeit
ist ungefähr
60 cm/sek. Die Veranschaulichung der 6 ist für einen
bestimmten Satz von Spezifikationen und wird ausschließlich als ein
Beispiel angegeben. Änderungen
in den Parametern werden das Kanalprofil verändern.
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Die 7 und 8 zeigen
alternative Systeme zum Kühlen
der Rückfläche eines
Druckkopfs. In der 7 werden Fluidströmungen,
typischerweise Luft, verwendet, um eine konstante Temperatur über den
Druckkopf hinweg zu erhalten. Das System der Düsen 702, 704, 706 verteilt
Fluid, typischerweise eine Kühlgas
wie etwa Helium oder eine Flüssigkeit, über die
Rückseite
eines Druckkopfs 708. Die Strahlen verlassen die Kammer 710 durch Öffnungen in
einer Düsenplatte 712.
In der veranschaulichten Ausführung
schließt
die Düsenplatte
Düsen oder Öffnungen 714 ein,
die es Luft ermöglichen,
aus der Kammer 710 in einer kleinen Anzahl von getrennten Strahlen
auszutreten. In einer alternativen Ausführung kann die Düsenplatte
aus einem porösen
Material bestehen, um eine diffuse Luftströmung zu ermöglichen. Beispiele für geeignete
poröse
Materialien schließen
Cordiorite von Corning oder gesintertes Metall ein.
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Das
Muster der Düsen
von der Kammer 710 kann über die Düsenplatte variiert werden,
um Änderungen
in den Drucken und Temperaturen des Kühlfluids zu berücksichtigen.
In der veranschaulichten Ausführung
richtet die Düsenplatte
Strahlungen wie etwa Luftstrahl 706 aus, so dass diese
bei einem nichtrechtwinkligen Einfallswinkel auf die Druckkopfrückfläche auftreffen.
Der nichtrechtwinklige Einfall erhöht die Kühlungseffektivität des Luftstromes.
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Typischerweise
wird ein Kühlsystem
so aufgebaut, dass es eine mittlere oder eine mediane Rate der Tropfenausgabe
ausgleicht. Das Drucken eines dunkeln Bildes kann jedoch die Anzahl
der benötigten
Tropfen erhöhen,
was eine lokalisierte Vergrößerung in der
Wandleraktivität
und eine entsprechende Vergrößerung in
der lokalen Erwärmung
bedingt. Um die erhöhte
Erwärmung
auszugleichen, kann es notwendig sein, die Kühleffizienzen zu vergrößern.
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In
einer Implementierung der Erfindung kann die Kammer 710 als
eine Baugruppe oder Gehäuse für Versorgungselektroniken,
wie etwa die Elektroniken 722 dienen. Wie gezeigt, können die
Elektroniken 722 die Treiberelektronik für die Wandler
des AIP-Druckkopfs
einschließen.
Der Pogo-Stift 726 veranschaulicht ein Verfahren zur Verbindung
der Elektroniken 722 mit den Wandlern.
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Ein
Verfahren zur Feststellung, wann vergrößerte Kühleffizienzen notwendig sind,
besteht darin, die Wandleraktivität zu überwachen. Um erhöhte Wandleraktivität zu detektieren,
schließt
eine Ausführung
der Erfindung die Komponente 724 ein, die den Datenstrom
in einem Drucksignal empfängt
und überprüft. Das
Drucksignal teilt die Anzahl der Wandler mit, die aktiviert werden.
Wenn hohe Anzahlen von Wandlern aktiviert werden, kann die Komponente 724 die
Luftströmungen
vergrößern oder
die Düsen
anpassen, um die zusätzlichen
Kühlanforderungen
zu erfüllen.
In einer alternativen Ausführung
wird der Datenstrom verwendet, um die Wandleraktivität vorherzusagen,
bevor die Wandleraktivität
tatsächlich
stattfindet. Daraufhin kann der Kühlmittelfluss in Vorausschau
auf die vergrößerte Wandleraktivität angepasst
werden.
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In
einer Ausführung
kann die Komponente 724 ein mikroelektromechanisches Ventil
nahe der Düse
sein, das sich weiter öffnet,
um den Kühlmittelfluss
zu vergrößern, wenn
das Drucksignal anzeigt, dass mehr Wandler aktiviert werden. In
einer alternativen Ausführung
kann die Komponente 724 ein Heizer sein, der lokal die
Kühlmitteltemperatur
einstellt. In einem dritten Beispiel ist die Komponente 724 eine nichtelektrische
Komponente, wie etwa ein Bimetallstreifen oder eine Legierung mit
Formgedächtnis,
die auf Temperatur reagiert.
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Die 7 zeigt
ein mögliche
Position eines Bimetallstreifens 728 in enger Nachbarschaft
zu einer Düse 730.
Der Bimetallstreifen 728 absorbiert die Strahlungswärme von
dem Druckkopf 708 und ändert
entsprechend die Form oder Abmessungen. Die Änderungen verändern die
Größe der Öffnung der Düse 730,
um den Kühlmittelfluss
von der Düse 730 zu ändern. In
einer alternativen Ausführung
kann der Bimetallstreifen 728 durch einen Temperatursensor und
ein Rückkopplungssystem
ersetzt werden, das das Ausmaß der
benötigten
Kühlung
feststellt und dementsprechend dem Kühlmittelfluss anpasst.
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Wenngleich
die vorstehende Darstellung beschreibt, dass die Strahlen von der
Kammer 710 übertragen
oder „gestoßen" werden könnte die
Luft in einer alternativen Ausführung
in die Kammer 710 „gezogen" werden. Das Ziehen
der Luft in die Kammer 710 erzeugt eine unterschiedliche
Kühlungseffizienz,
weil die Fluidgeschwindigkeiten und -temperaturen sich unterschiedlich
verhalten, wenn das Fluid angezogen oder angesaugt wird, statt ausgestoßen oder
ausgeblasen zu werden.
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Verschiedene
Luftdurchlassmuster können ebenso
verwendet werden, um den Luftfluss zu ändern. In 8 ist
beispielsweise das Luftdurchlassmuster 750 so aufgebaut,
dass man erkennt, dass laterale Kühlung des Druckkopfs entlang
der Richtung der Pfeile 754 die Kühlanforderungen entlang eines Umfangs
des Druckkopfs verringert. Dementsprechend stellt eine größere Öffnung der
Luftauslässe
in der Mitte des Luftauslassmusters 750 einen vergrößerten Luftfluss
in der Mitte und einen verkleinerten Luftfluss entlang des Umfang
des Druckkopfs bereit.
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Wenngleich
die vorstehende Erörterung
verwendet wurde, um die Kühlung
eines Druckkopfs zu beschreiben, können die vorstehend beschriebenen Kühlsysteme
ebenso verwendet werden, um Tinte aufzuheizen. Das Aufheizen von
Tinte kann durch Ändern
der relativen Temperatur des Kühlmittels
und der Tinte derart erreicht werden, dass das Kühlfluid oder die Wärmesenke
wärmer
ist als die Tinte. Das Erhitzen der Tinte kann während des Aufwärmens/Anlaufens
des Druckkopfs besonders nützlich sein.
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Obwohl
die Erfindung in Bezug auf eine Anzahl von Ausführungen beschrieben worden
ist, wird es dem Fachmann klar sein, dass viele Alternativen, Modifikationen
und Abwandlungen im Umfang der hier enthaltenen Leere sind. Änderungen,
beispielsweise in den Parametern, wie etwa der Kühlungskoeffizient können fluktuieren
in Abhängigkeit
der Rate des Tintenflusses, der Viskosität der Tinte, der Temperatur
der Tinte und des verwendeten Tintentyps. Der beschriebene Druckkopf
ist ebenso für
das Ausstoßen
von anderen Materialien als Tinte nützlich.