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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Thermotintenstrahldrucker und spezieller
auf die Steuerung der Druckkopf-Abfeuerungsenergie.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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 Tintenstrahlabschusskammerwiderstand
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.
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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 Re servoir 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".
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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.
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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.
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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.
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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 bewir ken, 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.
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Bei
Druckköpfen
mit einem neuen intelligenten Antrieb, bei denen nicht jeder Abfeuerungswiderstand
oder jedes Grundelement eine zweckgebundene Verbindung aufweist,
können
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.
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Tintenstrahldruckkassetten
können
Tröpfchenausstoßprobleme
aufweisen, die durch eine Bildung von Blasen in der Abfeuerungskammer
verursacht werden und die einen fehlgeleiteten Ausstoß oder überhaupt
keinen Ausstoß bewirken
können. Sie
treten auf, wenn eine bestimmte Düse über einen gewissen Zeitraum
hinweg inaktiv war. Wenn eine Seite gedruckt wird, werden nicht
unbedingt alle Düsen
auf einer Druckkassette genutzt. Während dieser Zeit der Inaktivität weisen
diese Düsen
oft hohe Temperaturen auf. Insbesondere bei Systemen mit pigmentierter
Tinte treten Zuverlässigkeitsprobleme
auf Grund von Blasen in der Abfeuerungskammer auf. Diese Blasen
können
Tröpfchenbahnfehler
bewirken oder können
bewirken, dass eine Düse
völlig
ausfällt. Blasen
bilden sich während einer
Druckpause für eine
bestimmte Düse.
Die Empfindlichkeit eines jeweiligen Tintenstrahlsystems in Bezug
auf Blasen hängt
stark von der Tintenformulierung, der Geometrie der Düse und der
Abfeuerungskammer sowie der Temperatur ab.
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Deshalb
wird ein Verfahren zum Verhindern oder Beseitigen von Zuverlässigkeitsproblemen
benötigt,
die durch eine Bildung von Blasen in der Abfeuerungskammer, die
auf Grund einer Düseninaktivität entstehen,
verursacht werden.
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In
der
US 4,266,232 ist
ein Verfahren zum Steuern einer Tintenstrahldruckkopfanordnung beschrieben,
bei dem die Tintenausstoßelemente
durch elektrische Pulse einer höheren
Energie als einer normalen Energie mit Energie versorgt werden,
um Tropfen zu erzeugen, wenn der Tropfen auf einen fehlenden Tropfen
folgt. Dies gewährleistet,
dass ein Tropfen der gewünschten
Größe gebildet
wird, der eine ausreichende Geschwindigkeit aufweist, um die zusätzliche
aerodynamische Zug- und Meniskusdynamik zu kompensieren.
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In
der
US 5,896,142 ist
ein Verfahren zum Steuern einer Tintenstrahldruckkopfanordnung beschrieben,
bei dem die Tintenausstoßelemente
nach einer vorbestimmten Periode, während der keines der Tintenausstoßelemente
mit Energie versorgt wird, durch elektrische Pulse einer höheren Energie als
einer normalen Energie mit Energie versorgt werden, um Tropfen zu
erzeugen. Dies gewährleistet eine
gleichmäßige Tropfengröße.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
ist ein Verfahren zum Steuern einer Tintenstrahldruckkopfanordnung
gemäß Anspruch
1 vorgesehen.
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Gemäß der Erfindung
ist ferner ein Verfahren zum Steuern einer Tintenstrahldruckkopfanordnung gemäß Anspruch
6 vorgesehen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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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.
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1A zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtdrucksystems, das die vorliegende
Erfindung beinhaltet.
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1B zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtdrucksystems, das ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
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2 ist
ein exemplarischer Drucker, der die Erfindung beinhaltet und lediglich
zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist.
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3 zeigt
lediglich zu Veranschaulichungszwecken eine perspektivische Ansicht
einer exemplarischen Druckkassette, die die vorliegende Erfindung
beinhaltet.
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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.
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5 zeigt
die Auswirkungen von durch Blasen bewirkten Düsenausfällen, wenn die Energie erhöht wird.
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6 ist
ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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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.
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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
Tintenstrahltintenausstoßelementen
oder Tropfengeneratoren 416, gebildet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Abfeuerungsverzögerungsuntersteuerung 152 zum
Verringern der elektromagnetischen Störung in dem Verarbeitungstreiberkopf 120 sowie
eine Teilverzögerungsuntersteuerung 154 zum
Kom pensieren von Bewegungsachse-Richtwirkungsfehlern des Treiberkopfes 126.
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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.
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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 anschließend über das
Blatt bewegt, um ein Band Tinte auf dasselbe zu drucken. Nach einem
einzigen Durchlauf oder mehreren Durchläufen wird das Blatt anschließend beispiels weise
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.
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In 2 ist
ferner ein Auswurfbecken 250 gezeigt, in das Druckkassetten 236 nicht-druckende Tintentropfen
während
Druckvorgängen
und während
einer routinemäßigen Wartung
der Druckkassetten 236 ausstoßen, d.h. „auswerfen" bzw. „ausspucken". Wie in 2 gezeigt
ist, befindet sich das Auswurfbecken 250 auf der rechten
Seite direkt außerhalb
der Druckzone des Druckers 200. Wenn während eines Druckvorgangs ein
Auswerfen erforderlich ist, bewegt der Wagen 234 die Druckkassetten 236 über die
Druckzone hinaus, so dass die Druckkassetten 236 über das
Auswurfbecken 250 auswerfen können. Während das Auswurfbecken 250 in 2 lediglich
auf der rechten Seite der Druckzone gezeigt ist, kann ein Auswurfbecken
auf beiden Seiten der Druckzone platziert sein, so dass die Druckkassetten 236 auf
beide Seiten der Druckzone auswerfen können, wenn der Wagen 234 die
Kassetten 236 auf beiden Seiten über die Druckzone hinaus bewegt.
Ebenfalls gezeigt ist die Abdeckstation 252, bei der die Druckkassetten 236 einzeln
durch Abdeckungen 254 abgedeckt werden, wenn sie nicht
drucken.
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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.
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Die
Druckanordnungen 236 können
entfernbar oder dauerhaft an dem Bewegungswagen 234 angebracht
sein. Ferner können
die Druckkopfanordnungen 236 in sich abgeschlossene Tintenreservoire aufweisen
(beispielsweise kann das Reservoir in dem Druckkopfkörper 304 der 3 angeordnet sein).
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.
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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 nachste hend 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.
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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.
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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.
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Der
Verteilungsprozessor 314 trifft auf Grundlage seiner Eingangssignale
Entscheidungen und führt
auf dieser Grundlage Aktionen aus. Beispielsweise können durch
den Vertei lungsprozessor ein Steuern von Abfeuerungs-, Zeitgebungs-,
thermischen und Energieaspekten erfolgen sowie Entscheidungen bezüglich der
Pulsbreite der Zeitgebung der Druckkopfanordnung 300 und
des Düsenbauglieds 316 getroffen
werden. Diese Entscheidungen können alternativ
durch die Steuerung 110 des Drucksystems getroffen werden.
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.
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4 ist
eine detaillierte Ansicht eines beispielhaften integrierten Verarbeitungstreiberkopfes der 3,
die den Verteilungsprozessor und den Treiberkopf der Druckkopfanordnung
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Grundelementaus wahlen 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.
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Zusätzliche
Einzelheiten bezüglich
der Architektur und Steuerung von Tintenstrahldruckköpfen sind
in der am 19. Februar 1999 eingereichten US-Patentanmeldung 09/253,417
mit dem Titel „A System
and Method for Controlling Thermal Characteristics of an Inkjet
Printhead"; in der
am 30. Januar 1998 eingereichten US-Patentanmeldung Seriennummer
09/016,478 mit dem Titel „Hybrid
Multi-Drop/Multi-Pass Printing System" und in der am 31. Oktober 1997 eingereichten
US-Patentanmeldung Seriennummer 08/962,031 mit dem Titel „Ink Delivery System
for High Speed Printing" beschrieben.
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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.
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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.
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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 Druckkopf anordnung 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.
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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.
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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.
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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.
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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·Zeit wobei
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. Weitere Einzelheiten finden sich in der US-Patentanmeldung
Seriennummer 09/253,411, die am 19. Februar 1999 eingereicht wurde
und den Titel „A
High Performance Printing System and Protocol" trägt.
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Einzelheiten über Verfahren
zum Bestimmen der Betriebsenergie für eine Druckkassette finden sich
in der US-Patentanmeldung
Seriennummer 09/071,138, die am 30. April 1998 eingereicht wurde und
den Titel „Energy
Control Method for an Inkjet Print Cartridge" trägt,
in der US-Patentanmeldung Seriennummer
08/958,951, die am 28. Oktober 1997 eingereicht wurde und den Titel „Thermal
Ink Jet Print Head and Printer Energy Control Apparatus and Method" trägt, 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".
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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.
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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 Installati on
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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Drucksystem 100 umfasst eine mit einer Druckkopfanordnung 116 gekoppelte
Steuerung 110. Die Druckkopfanordnung 116 umfasst
einen Verarbeitungstreiberkopf 120 und eine Druckkopfspeichervorrichtung 122,
die Druckkassettenkalib rierungsinformationen enthalten kann. Der
Verarbeitungstreiberkopf 120 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 verteilt, so dass eine „globale" Temperatur erfasst wird.
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Die
vorliegende Erfindung verbessert die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit
des Verarbeitungstreiberkopfes 120, indem sie die an den
Treiberkopf 126 gelieferte Energie steuert. 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. Alternativ dazu
kann die Steuerung 110 diese Vorrichtungen beinhalten. Die
Energiesteuervorrichtung 132 kann verwendet werden, um
Schwankungen der Grundelementversorgungsspannung, die auf Grund
eines parasitären Verbindungswiderstands
zwischen dem Druckerwagen und der Verbindungsanschlussfläche 312 des Treiberkopfes 126 der
Druckkopfanordnung 116 entstehen, zu kompensieren. Dies
kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass die Abfeuerungspulsbreite
so eingestellt wird, dass sie die Energiezufuhr an den Treiberkopf 126 variiert.
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Obwohl
der Datenprozessor 124 mit der Speichervorrichtung 122 kommunizieren
kann, kommuniziert der Datenprozessor 124 vorzugsweise
auf eine bidirektionale Weise mit der Steuerung 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 an den Verarbeitungstreiberkopf 120 gelieferten Energie
dynamisch zu formulieren und durchzuführen. Diese formulierten Entscheidungen
können
u.a. auf einer Inaktivität
bestimmter Düsen an
einem Druckkopf, Druckkopfwartungsvorgängen, erfassten Druckkopftemperaturen,
Auftragungsdichte bzw. Druckdichte, Abstand vom Rand des Bandes
oder Kombinationen mancher oder aller der obigen Szenarios beruhen.
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Wie
oben erörtert
wurde, können
Tintenstrahldruckkassetten den Nachteil der Entstehung von Blasen
in der Abfeuerungskammer aufweisen, die einen fehlgeleiteten Ausstoß oder überhaupt
keinen Ausstoß bewirken
können.
Dies tritt auf, wenn eine bestimmte Düse über einen bestimmten Zeitraum
hinweg inaktiv und nicht abgedeckt war. Wenn eine Seite gedruckt
wird, werden nicht unbedingt alle Düsen an einem Druckkopf benutzt.
Während
dieser Zeit der Inaktivität
weisen diese Düsen
oft hohe Temperaturen auf. Besonders bei Systemen mit pigmentierter
Tinte entstehen auf Grund von Blasen in der Abfeuerungskammer Zuverlässigkeitsprobleme.
Diese Blasen können
Fehler bezüglich
der Tröpfchenbahn
bewirken oder können
bewirken, dass eine Düse
vollständig
ausfällt.
Blasen entstehen während einer
Druckpause für
eine bestimmte Düse.
Die Empfindlichkeit eines bestimmten Tintenstrahlsystems in Bezug
auf Blasen hängt
stark von der Tintenformulierung, der Geometrie der Düse und der
Abfeuerungskammer sowie der Temperatur ab. Man entdeckte, dass ein
Erhöhen
der an die Druckkassette gelieferten Überenergie über die normale Überenergie
von 20 % während
eines Ausstoßens
eines Tintentröpfchens
Probleme, die auf Blasen in der Abfeuerungskammer zurückzuführen sind,
verbessert. Diese erhöhte Überenergie
kann irgendwo im Bereich zwischen 30 bis 100 % Überenergie liegen. Wie oben
erörtert
wurde, verhalten sich Energie, Leistung und Spannung wie folgt: Energie
= Leistung·Zeit wobei die
Pulsbreite des Abfeuerungspulses das Zeitmaß ist. Die Leistung ist durch
Folgendes gegeben: Leistung = V2/r
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Somit
gilt: Energie = V2/r·Zeit, wobei r der Widerstand
der Druckkopfanordnung ist und V die Betriebsspannung ist. Dementsprechend
kann die Energie des Abfeuerungspulses erhöht werden, indem entweder die
Spannung oder die Pulsbreite erhöht wird. Überdies
ist es oft vorteilhaft, sowohl die Spannung als auch die Pulsbreite
zu variieren, um einen gewünschten
Energiepegel zu erzielen. Wenn beispielsweise gewünscht wird,
eine Druckkassette bei 40 % Überenergie
abzufeuern, kann es je nach der Tintenformulierung, der Geometrie
der Düse
und der Abfeuerungskammer sowie der Temperatur wünschenswert sein, die Pulsbreite
in der Tat zu vermindern, so dass die Spannung auf einen höheren Pegel erhöht werden
kann, um die 40%ige Überenergie
zu erzielen. Wenn demgemäß eine Spannung
von 10,7 Volt und eine Pulsbreite von 1,6 Mikrosekunden eine 20%ige Überenergie
für eine
Druckkassette ergeben, könnte
eine 40%ige Überenergie
erzielt werden, indem eine Spannung von 14,5 Volt und eine Pulsbreite
von 1,0 Mikrosekunden verwendet wird. Die der Druckkassette gelieferte
Energie wird durch die Steuerung 110 und die Leistungsversorgung 114,
die die Spannung und Pulsbreite steuern, gesteuert. Die Steuerung 110 kann
die Wirkung der Energiesteuervorrichtung 132 aufheben.
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Jedoch
kann ein konstanter Betrieb bei einer hohen Energie eine Verringerung
der Lebensdauer des Heizwiderstands, der das Tintentröpfchen ausstößt, nach
sich ziehen. Ferner wird die überschüssige Energie
zu Wärme,
die die Temperatur des Druckkopfes erhöht, was andere Druck- und Zuverlässigkeitsdefekte
bewirkt. Auf Grund dieser Einschränkungen variiert die vorliegende
Erfindung die Energie derart, dass die Vorteile bei einer minimalen
Auswirkung auf den Rest des Systems erzielt werden. Der Temperatursensor 140 wird
verwendet, um die Druckkopftemperatur zu überwachen, bis eine vorbestimmte
Temperatur für
diese Druckkassette erreicht wird. Wenn die vorbestimmte Temperatur
erreicht ist, verringert die Steuerung 110 die gerade verwendete Überenergie
auf die normale Überenergie. 5 zeigt
die Ergebnisse für
(einen) durch Blasen bewirkte(n) Ausfall bzw. Ausfälle von
Tintenausstoßelementen/-düsen als
Funktion der Energie des Abfeuerungspulses. Mit zunehmender Energie
werden die Auswirkungen eines bzw. von durch Blasen bewirkte(n)
Ausfalls bzw. Ausfällen
von Tintenausstoßelementen/-düsen verringert.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die an die Druckkassette gelieferte Überenergie
immer dann, wenn ein(e) Tintenausstoßelement/-düse an einer Druckkassette über einen
vorbestimmten maximalen Zeitraum nicht benutzt wurde, über die
normale Überenergie
angehoben. Die Steuerung 110 überwacht jede Druckkassette
einzeln, um zu bestimmen, wann ein oder mehr Tintenausstoßelemente
an jeder Druckkassette über einen
vorbestimmten maximalen Zeitraum für jede Druckkassette nicht
genutzt wurde. Dieser vorbestimmte maximale Zeitraum hängt von
der Tintenformulierung, der Geometrie der Düse und der Abfeuerungskammer
ab. Dementsprechend kann der vorbestimmte maximale Zeitraum für die schwarzen
und die verschiedenfarbigen Druckkassetten unterschiedlich sein. Überdies
kann der vorbestimmte maximale Zeitraum für zähflüssige Düsenpfropfen und durch Blasen
bewirkte Tintenausstoßprobleme
unterschiedlich sein. Dieser maximale Zeitraum kann lediglich drei
Sekunden für
durch Blasen bewirkte Tintenausstoßprobleme und fünf Sekunden
für eine nicht
abgedeckte zähflüssige Verstopfung
betragen.
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Wenn
eine oder mehr Druckkassetten über einen
vorbestimmten maximalen Zeitraum nicht benutzt wurden, verwendet
die Steuerung 110 ein Auswerfen bei hoher Überenergie,
während
sich die Druckkassetten über
dem Auswurfbecken befinden. Jegliches Auswerfen bei einer Überenergie
findet über
dem Auswurfbecken statt. Wenn ein tatsächliches Drucken erfolgt, wird
eine normale Abfeuerungsenergie verwendet, da die Steuerung 110 die Abfeuerungsenergie
nicht für
jede einzelne Abfeuerungskammer einstellen kann. 6 ist
ein Flussdiagramm, das das Vorstehende veranschaulicht.
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Die
Chance, dass eine Düse
oder Düsen
inaktiv ist bzw. sind, erhöht
sich bei einer Auftragung einer niedrigen Dichte. Da bei einer Auftragung
einer geringen Dichte ferner der Arbeitszyklus des Druckkopfes geringer
ist, wird weniger Wärme
erzeugt. Demgemäß wird bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung die der Druckkassette bereitgestellte Überenergie
immer dann, wenn ein Bild gedruckt wird, das eine Druckdichte aufweist, die
niedriger ist als eine bestimmte maximale Schwelle, über die
normale Überenergie
erhöht.
Die Steuerung 110 überwacht
jede Druckkassette einzeln, um zu bestimmen, wann eine oder mehr
Druckkassetten unter ihrer vorbestimmten maximalen Bilddichte für jede Druckkassette
druckt. Diese vorbestimmte minimale Bilddichte hängt von der Tintenformulierung,
der Geometrie der Düse
und der Abfeuerungskammer ab. Dementsprechend kann die vorbestimmte
minimale Bilddichte für
die schwarzen und die verschiedenfarbigen Druckkassetten unterschiedlich
sein. Diese minimale Bilddichte kann anhand der prozentualen Dichte
ausgedrückt
werden. Wenn eine oder mehr Druckkassetten unter ihrer vorbestimmten
minimalen Bilddichte drucken, verwendet die Steuerung 110 ein
Auswerfen bei hoher Überenergie,
während
sich die Druckkassetten über
dem Auswurfbecken befinden. Jegliches Auswerfen bei einer Überenergie
findet über
dem Auswurfbecken statt. Wenn ein tatsächliches Drucken erfolgt, wird eine
normale Abfeuerungsenergie verwendet, da die Steuerung 110 die
Abfeuerungsenergie nicht für
jede einzelne Abfeuerungskammer einstellen kann. 6 ist
ein Flussdiagramm, das das Vorstehende veranschaulicht.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine hohe Überenergie für alle Wartungsauswürfe in das
Auswurfbecken verwendet, z.B. wenn Druckkassetten unter Verwendung
einer hohen Energie für
Startauswürfe, routinemäßige Wartungsauswürfe, jegliches
Auswerfen in das Auswurfbecken und Simultanbetrieb-Auswürfe von
einer Abdeckstation entfernt werden.
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Die
Anzahl erforderlicher auswerfender Tintentropfen hängt von
dem Zweck des Auswerfens und der Tintenformulierung, der Geometrie
der Düse und
der Abfeuerungskammer ab. Diese erforderliche Anzahl von auswerfenden
Tintentropfen liegt irgendwo zwischen nur fünf Auswürfen und bis zu 300 Auswürfen.
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Bei
den oben beschriebenen Szenarios zur Verwendung einer hohen Überenergie
wird die Abfeuerung bei hoher Energie lediglich verwendet, bis die
durch den Sensor 140 gemessene Druckkopftemperatur eine
vorbestimmte Temperatur für
die Druckkassetten überschreitet.
Wenn diese vorbestimmte Temperatur erreicht ist, wird eine dynamische
Pulsbreiteneinstellung verwendet, um die Temperatur zu verringern.
Siehe US-Patentanmeldung Seriennummer 09/416,800, die am 13. Oktober
1999 eingereicht wurde und den folgenden Titel trägt: „Method
for Controlling the Over-energy Applied to an Inkjet Print Cartridge
Using Dynamic Pulse Width Adjustment Based on Printhead Temperature".
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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.