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Die
Erfindung betrifft ein Tintenstrahldrucksystem mit einem Druckkopf,
einem auswechselbaren Tintenbehälter,
einem Tintenzufuhrsystem, das den Tintenbehälter mit den Düsen des
Druckkopfes verbindet, und einem Temperatursteuersystem, das die
Temperatur der Tinte im Tintenzufuhrsystem steuert.
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Aus
dem Stand der Technik für
das Tintenstrahldrucken ist es bekannt, daß die Viskosität der verwendeten
Tinte einen kritischen Einfluß auf
die Leistung des Druckkopfes und auf die Qualität des gedruckten Bildes hat,
hauptsächlich
deshalb, weil die Viskosität
der Tinte die Größe der Tintentröpfchen beeinflußt, die
von dem Druckkopf erzeugt und dann auf dem Aufzeichnungsmedium abgelagert
werden. Da die Viskosität
von der Temperatur der Tinte abhängig
ist, sind Drucksysteme der oben genannten Art mit einem Temperatursteuersystem
ausgerüstet, das
die Betriebstemperatur der Tinte und damit indirekt die Viskosität der Tinte
steuert.
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In
einem Tintenstrahldrucksystem, das für den Betrieb bei einer Temperatur
in der Nähe
der Zimmertemperatur vorgesehen ist, kann die Tinte durch die Wärmeenergie,
die von dem Druckkopf bei der Tröpfchenerzeugung
abgegeben wird, über
zulässige
Grenzen hinaus erhitzt werden. Im Hinblick auf dieses Problem beschreibt
US-A-5 168 284 ein Temperatursteuersystem, bei dem der Druckkopf veranlagt
wird, nicht druckende Impulse zu erzeugen, deren Energie nicht ausreicht,
ein Tintentröpfchen
zu erzeugen, und die nur den Zweck haben, an die Tinte eine Wärmemenge
abzugeben, die der Wärmemenge
vergleichbar ist, die im Prozeß der Tropfenerzeugung
entsteht. So kann das Gleichgewicht zwischen der Wärmeerzeugung
im Druckkopf und der Wärmeableitung
an eine Wärmesenke
stabilisiert werden, unabhängig
von der Anzahl der Tröpfchen,
die pro Zeiteinheit erzeugt werden. Durch Steuerung der Anzahl und/oder
Energie der nicht druckenden Impulse ist es dann möglich, die
Temperatur der Tinte entweder in einer offenen Steuerstrecke oder
in einer geschlossenen Regelschleife zu regulieren.
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In
einem Tintenstrahldrucker für
heißschmelzende
Tinte, bei dem die Betriebstemperatur der Tinte in der Größenordnung
von 100° C
oder mehr liegt, ist im allgemeinen ein Temperatursteuersystem erforderlich,
um die Tinte auf der Betriebstemperatur zu halten. EP-A-O 416 557
beschreibt ein Temperatursteuersystem, das dazu benutzt wird, die
Betriebstemperatur und damit die Viskosität der Tinte an den Typ des
verwendeten Aufzeichnungsmediums anzupassen. Die optimale Viskosität der Tinte
wird vorab für
eine Anzahl unterschiedlicher Typen von Aufzeichnungspapier bestimmt.
Dann wird die Solltemperatur eines Temperatursteuersystems auf einen Wert
eingestellt, bei dem die Viskosität der Tinte der optimalen Viskosität für das Aufzeichnungspapier entspricht,
das gegenwärtig
verwendet wird. Da natürlich
die Viskosität
der Tinte nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der chemischen
Zusammensetzung der Tinte abhängig
ist, setzt ein solches System voraus, daß die chemische Zusammensetzung
der Tinte bekannt ist.
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In
der Tintenstrahldrucktechnik ist es ein allgemeines Prinzip, daß ein bestimmter
Druckkopf nur mit einem bestimmten Typ von Tinte verwendet werden
sollte. Wenn ein anderer Tintentyp verwendet wird, der nicht an
den speziellen Druckkopf angepaßt ist,
so kann die Abweichung der Viskosität der Tinte von dem Wert, für den der
Druckkopf ausgelegt ist, zu einer schlechten Qualität des gedruckten
Bildes oder sogar zu einer Schädigung
des Druckkopfes führen. Es
war deshalb stets ein Anliegen der Hersteller von Tintenstrahldruckern,
sicherzustellen, daß die
Drucker nur mit dem spezifizierten Tintentyp verwendet werden. Zu
diesem Zweck ist z.B. in US-A-5 049 898 und DE-A-34 05 164 vorgeschlagen
worden, daß der Tintenbehälter mit
einem Speicherelement versehen wird, z.B. einem Magnetstreifen,
einem Bar-Code oder
einem elektronischen Speicherchip, dessen Inhalt gelesen werden
kann, wenn der Behälter
am Druckkopf montiert wird. Das Speicherelement kann u.a. Informationen über den
Tintentyp enthalten, der in dem Behälter enthalten ist, und wenn
der aus dem Speicherelement gelesene Tintentyp nicht zu den Typ
der Tinte paßt,
die für
den Druckkopf vorgeschrieben ist, so wird der Druckvorgang blockiert.
In diesem Fall kann das Speicherelement auch Information über die
Menge an Tinte enthalten, die anfänglich oder aktuell in dem
Tintenbehälter
vorhanden ist, und durch Überwachung
des Verbrauchs an Tinte in dem Drucker ist es möglich, den Benutzer zu warnen,
wenn der Vorrat an Tinte in dem Behälter zu Ende geht. Dieses System
kann auch dazu verwendet werden, ein nicht autorisiertes Nachfüllen des Tintenbehälters zu
verhindern und dadurch sicherzustellen, daß der Behälter stets den Typ an Tinte
enthält,
der im Speicherelement spezifiziert ist.
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US-A-5
502 467 beschreibt einen Tintenstrahldruckkopf, der einen Viskositätsdetektor
aufweist, mit dem Viskosität
der Tinte direkt gemessen werden kann, und das Resultat dieser Messung
wird dann an das Temperatursteuersystem zurückgemeldet, so daß die Temperatur
der Tinte variiert wird, um die Viskosität der Tinte auf einen gegebenen
Sollwert zu regeln. Dieses System hat jedoch den Nachteil, daß ein teurer
Viskositätsdetektor
benötigt
wird, um die Viskosität
mit hinreichender Genauigkeit zu messen. In der Praxis wird der
Viskositätsdetektor
durch eine fluidische Brückenschaltung
gebildet, die nur die Abweichung der Viskosität von einem voreingestellten
Sollwert mißt.
Infolgedessen wäre
es schwierig, die Viskosität
der Tinte in Übereinstimmung
mit den Eigenschaften des Aufzeichnungsmediums zu variieren. Außerdem kann
die optimale Viskosität
der Tinte für
verschiedene Typen von Tinte unterschiedlich sein, z.B. für verschiedene
Tintenfarben in einem Mehrfarben-Drucker. Selbst wenn die Viskosität direkt
im Druckkopf gemessen wird, ist es somit schwierig, die Viskosität von Tinten
unterschiedlicher Typen auf dem optimalen Wert zu Erzielung einer
hohen Qualität
der gedruckten Bilder zu halten.
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US-A-6
019 461 beschreibt ein Tintenstrahldruckksystem mit einer Tintenpatrone,
die eine Speichereinrichtung aufweist, in der Information über die Tintenpatrone
gespeichert ist. Diese Information umfaßt u.a. die Viskosität und den
Temperaturkoeffizienten der Tinte. Wenn die Patrone in einen Tintenstrahldrucker
eingesetzt wird, kann eine Steuereinheit des Druckers automatisch
den Inhalt des Speichers der Patrone lesen und entscheiden, ob die
in dem Speicher abgelegten Spezifikationen zu den Tintenspezifikationen
für den
Drucker passen. Wenn die Spezifikation nicht paßt, wird die Patrone als für diesen
Drucker unbrauchbar zurückgewiesen.
Die Steuereinheit bestimmt weiterhin die Treiberspannung für die Druckelemente
des Druckers in Übereinstimmung mit
der Umgebungstemperatur und den Werten der Viskosität und des
Temperaturkoeffizienten der Tinte, die aus dem Speicher gelesen
wurden.
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US-A-5
689 297 und EP-A-816 085 beschreiben Thermodrucker, bei denen ein
Steuersystem Druckparameter steuert, die die optimale Dichte des gedruckten
Bildes bestimmen, in Übereinstimmung mit
der Temperatur, der Viskosität
und dergleichen der Tinte.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tintenstrahldrucksystem
zu schaffen, bei dem ungeachtet von Schwankungen in der Zusammensetzung
der verwendeten Tinte ein zuverlässiger Betrieb
des Druckkopfes und eine hohe Qualität des gedruckten Bildes sichergestellt
werden kann.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß eine
Information, die es gestattet, eine optimale Temperatur für die Tinte
zu bestimmen, in der Weise physikalisch auf dem Tintenbehälter codiert
ist, daß sie
vom Temperatursteuersystem gelesen werden kann. Die Information,
die es gestattet, eine optimale Betriebstemperatur zu bestimmen, kann
im einfachsten Fall in einem Sollwert bestehen, auf den die Temperatur
der Tinte in dem Zufuhrsystem geregelt werden soll. Allgemeiner
kann diese Information eine Vielzahl von Sollwerten umfassen, unter
denen ein spezieller Sollwert ausgewählt werden kann, abhängig von
anderen Druckparametern, z. B. dem Typ des Druckkopfes und/oder
dem Typ des Aufzeichnungsmediums. In noch einer anderen Ausführungsform
kann diese Information einen oder mehrere Sollwerte für die Tinte
umfassen, zusammen mit einer Tabelle oder Funktion, die eine Beziehung
zwischen der Temperatur und der Viskosität der in dem Behälter enthaltenen
speziellen Tinte angibt. Die Information kann weiterhin die Zeitabhängigkeit des
optimalen Sollwertes einschließen,
z. B. im Hinblick auf die Alterung der Tinte. In dem Fall kann, wenn
der Tintenbehälter
in den Drucker eingesetzt wird, das Temperatursteuersystem den Sollwert
für die
Temperatur aus der auf dem Behälter
codierten Information herleiten, so daß die Betriebstemperatur der
Tinte optimal an die Zusammensetzung der Tinte und gegebenenfalls
andere Druckparameter angepaßt
wird. Dies stellt selbst in den Fällen, in denen die Zusammensetzung
der verwendeten Tinte nicht immer genau die gleiche ist, eine sehr
hohe Druckqualität
sicher.
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Es
ist somit ein bemerkenswerter Vorteil der Erfindung, daß ein und
derselbe Drucker unterschiedliche Typen von Tinte akzeptieren kann,
weil die Viskosität
der Tinte durch angemessene Temperatursteuerung automatisch an die
Anforderungen des Druckkopfes angepaßt werden kann. Dies reduziert
signifikant die Kosten für
die Herstellung, Lagerung, Verwaltung und Verteilung geeigneter
Typen von Tintenbehältern
an eine große
Anzahl von Kunden, die unterschiedliche Typen von Druckern verwenden.
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Wenn
andererseits nur ein spezifischer Tintentyp für einen gegebenen Drucker verwendet
werden soll, hat die Erfindung den Vorteil, daß eine höhere Qualität der gedruckten Bilder erreicht
werden kann. Der Grund besteht darin, daß aufgrund leichter Variationen
in den Herstellungsbedingungen die chemischen und physikalischen
Eigenschaften der Tinte selbst dann variieren können, wenn der Typ der Tinte nicht
verändert
wird. Dies gilt vor allem dann, wenn Tintenbehälter desselben Typs in verschiedenen Chargen
hergestellt worden sind. Dann kann der Hersteller der Tinte die
Eigenschaften der Tinte für
jede einzelne Charge messen, und die optimale Betriebstemperatur
oder Viskosität
der Tinte wird aus dieser Messung abgeleitet und auf den Tintenbehältern codiert,
die mit der Tinte aus der betreffenden Charge gefüllt werden.
Infolge dessen können
sich leichte Änderungen
in den Eigenschaften der Tinte von Charge zu Charge in entsprechenden Änderungen der
Information wiederspiegeln, die auf den Tintenbehältern angegeben
ist.
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Nützliche
Einzelheiten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
physikalische Codierung auf dem Tintenbehälter erfolgt vorzugsweise in
der Form eines digitalen elektronischen Speichers, z. B. eines integrierten
Speicherchips (z. B. ein EPROM), der auf Seiten des Tintenherstellers
geeignet programmiert worden ist. Wie auf diesem Gebiet der Technik
allgemein bekannt ist, kann dieser Baustein auch andere nützliche Information
enthalten, etwa eine Seriennummer des Tintenbehälters, das Herstellungsdatum,
die Menge an Tinte, die in dem Behälter enthalten ist, und dergleichen.
Falls es erwünscht
ist, kann dieser Chip auch zum Schutz gegen Wiederbefüllen benutzt
werden, z. B. indem der Chip so programmiert wird, daß er ein
Sperrsignal an den Drucker sendet, wenn der Inhalt des Behälters erschöpft ist.
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Die
Spannungsversorgung für
den Chip und der Austausch von Signalen zwischen dem Chip und dem
Drucker können
sichergestellt werden durch eine Vielzahl zueinander passender elektrischer
Kontakte am Tintenbehälter
und an einem Sockel des Druckkopfes, in welchen der Behälter eingesetzt
werden kann. Als eine Alternative kann der elektronische Chip Teil
eines Transponders sein, der für
drahtlose Spannungsversorgung und drahtlosen Datenaustausch ausgebildet
ist, wie allgemein in der Technik bekannt ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nun im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben,
in denen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Drucksystems gemäß der Erfindung;
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2 ein
Diagramm, das eine Zeitabhängigkeit
der Betriebstemperatur einer Tinte angibt;
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3 eine
Tabelle von Inhalten eines Speicherchips eines Tintenbehälters; und
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4 ein
Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung von Tintenbehältern illustriert.
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Das
in 1 gezeigte Tintenstrahldrucksystem hat einen Vierfarben-Druckkopf 10 mit
vier Düsenblöcken 12,
nämlich
einen für
jede Farbe, und jeder Düsenblock
hat eine Zeile von Düsen 14,
durch welche Tintentröpfchen
ausgestoßen
werden, während
der Druckkopf 10 die Oberfläche eines (nicht gezeigten)
Aufzeichnungsmediums abtastet. Jeder Düsenblock 12 hat einen
Sockel (nicht gezeigt), in den ein Tintenbehälter 18 eingesetzt
ist oder an den ein Tintenbehälter über eine
Leitung angeschlossen ist. Die in 1 gezeigten
Tintenbehälter 18 haben
im Vergleich zu den Düsenblöcken 12 relativ
kleine Abmessungen. Es versteht sich jedoch, daß in der Praxis die Größe der Tintenbehälter 18 beträchtlich
größer sein
kann, so daß die
Menge an Tinte, mit der sie ursprünglich befällt sind, sogar 350 ml oder
500 ml betragen kann.
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Jeder
der Düsenblöcke 12 hat
ein Tintenzufuhrsystem, das den entsprechenden Tintenbehälter 18 mit
jeder der Düsen 14 verbindet.
Das Tintenzufuhrsystem ist hier als ein Reservoir 20 dargestellt, das
in jedem Düsenblock 12 ausgebildet
ist. Jede Düse 14 ist
an das Tintenreservoir 20 über einen Tintenkanal angeschlossen,
der in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht dargestellt worden
ist. Jedem der Tintenkanäle
ist ein Aktormechanismus zur Tropfenerzeugung zugeordnet, so daß jede Düse 14 einzeln
erregt werden kann. Die Aktormechanismen können von irgend einer bekannten
Art sein, z.B. ein Bubble-Jet Mechanismus, ein piezoelektrischer
Mechanismus und dergleichen.
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Jedes
der Tintenreservoirs 20 hat ein Heizelement 22 und
einen Temperatursensor 24, die elektrisch an eine Steuereinheit 26 angeschlossen
sind, die die Temperatur der in dem Tintenreservoir 20 enthaltenen
Flüssigkeit
steuert. Der Temperatursensor 24 ist in der Nähe der Düsenseite
des Tintenreservoirs 20 angeordnet, so daß er die
Temperatur mißt, mit
der die Tinte den Düsen
zugeführt
wird.
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Als
Beispiel kann angenommen werden, daß der Druckkopf 10 ein
Druckkopf für
heißschmelzende Tinte
ist. Damit können
die Tintenbehälter 18 feste Tintenpellets
enthalten, die nach Bedarf eines nach dem anderen in die Tintenreservoirs 20 fallen
gelassen werden, und die Tinte wird dann mit Hilfe des Heizelements 22 in
den Tintenreservoirs 20 erhitzt und geschmolzen.
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Es
versteht sich jedoch, daß die
Erfindung auch auf Tintensysteme anwendbar ist, die bei Zimmertemperatur
arbeiten. In diesem Fall enthalten die Tintenbehälter 18 flüssige Tinte.
In dem Fall, daß die Behälter so
hergestellt sind, daß sie
in einen Sockel auf dem Druckkopf passen, ist der Behälter mit
einem (nicht gezeigten) Siegel versiegelt, das automatisch gebrochen
wird, wenn der Behälter
in den Sockel 16 eingesteckt wird, wie im Stand der Technik
bekannt ist. Wenn die Tinte bei Zimmertemperatur flüssig ist, wird
das Heizelement 22 nur dazu benutzt, die Tinte auf eine
Betriebstemperatur zu erhitzen, die etwas oberhalb der Zimmertemperatur
liegen mag. Wahlweise kann das Heizelement 22 durch ein
Kühlelement
oder ein Heiz- und Kühlelement
wie ein Peltier-Element ersetzt werden, so daß die Betriebstemperatur der
Tinte auf einen Wert reguliert werden kann, der bei oder sogar leicht
unterhalb der Umgebungstemperatur liegt.
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Jeder
Tintenbehälter
hat einen Speicherchip 28, d. h. einen Halbleiterchip mit
einer integrierten Schaltung, der im gezeigten Beispiel in die Kunststoffwand
des Tintenbehälters 18 eingebettet
ist und (nicht gezeigte) Kontakte aufweist, die an der Außenseite
frei liegen, so daß sie
von einem Lesekopf 30 kontaktiert werden können. Jeder
Lesekopf 30 ist mit der Steuereinheit 26 verbunden.
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Jeder
Speicherchip 28 enthält
Information, die in der Steuereinheit 26 verarbeitet wird,
um einen Sollwert zu bestimmen, auf den die Temperatur der Tinte
in den Tintenreservoirs 20 geregelt wird, wenn der Druckkopf 20 in
Betrieb ist. Im einfachsten Fall kann diese Information nur aus
dem Sollwert selbst bestehen, und dieser Sollwert ist speziell an
den Typ der in dem Tintenbehälter 18 enthaltenen
Tinte angepaßt,
so daß die
Betriebstemperatur und Viskosität der
Tinte in dem Reservoir 20 auf einem Wert gehalten wird,
der für
den spezifischen Tintentyp optimal ist. Da die vier in 1 gezeigten
Tintenbehälter 18 Tinte
in unterschiedlichen Farben aufnehmen, versteht es sich, daß die in
jedem der Speicherchips 28 gespeicherten Sollwerte voneinander
verschieden sein können
und individuell an den Typ und die Farbe der Tinte angepaßt sein
können.
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Eine
weiter ausgearbeitete Ausführungsform der
Erfindung wird nun im Zusammenhang mit 2 und 3 beschrieben
werden.
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Je
nach verwendetem Tintensystem kann die Tinte einer Alterung unterliegen,
und infolge dessen kann die optimale Betriebstemperatur der Tinte zeitabhängig sein.
Der in 2 gezeigte Graph 30 illustriert eine
lineare Beziehung zwischen der optimalen Betriebstemperatur T der
Tinte und der Zeit t. Wenn der Tintenbehälter 18 auf Seiten
des Herstellers zur Zeit t = 0 mit frischer Tinte gefüllt wird,
so ist die entsprechende optimale Betriebstemperatur T(0). Mit dem
Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls Δt (das in der Größenordnung
von einigen Monaten oder Jahren liegen kann) nimmt die optimale
Betriebstemperatur T um einen Betrag ΔT zu. Somit ist die optimale
Betriebstemperatur (T(t)) zu irgendeiner gegebenen Zeit t durch
die folgende Formel gegeben: T(t) = T(0) + (ΔT/Δt)·t.
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3 illustriert
ein Beispiel für
die Inhalte, die im Speicherchip 28 abgelegt sein können. Diese Inhalte
umfassen eine Seriennummer mit 64 Bit und 256 Bit zusätzliche
Information. Diese zusätzliche
Information umfaßt
die Farbe der Tinte, den Tintentyp (der die chemische Zusammensetzung
der Tinte spezifiziert), die ursprüngliche Menge an Tinte, die
auf Seiten des Herstellers in den Tintenbehälter eingefüllt wurde, das Fülldatum
und die Parameter T(0) und ΔT/Δt, deren
Bedeutung oben erläutert
wurde. Diese Parameter sind, in der Form einer Tabelle, für zwei unterschiedliche
Typen von Druckern A und B gegeben. Unter der Voraussetzung, daß der Drucker A
oder B eine interne Uhr hat oder über ein Netzwerk Zugriff auf
das aktuelle Datum hat, ist somit die Steuereinheit 26 in
der Lage, die zeitabhängige
optimale Tintentemperatur T auf der Grundlage der oben angegebenen
Formel zu berechnen, wobei t die Zeitdifferenz zwischen dem aktuellen
Datum und dem auf dem Speicherchip gespeicherten Fülldatum
ist und die Parameter T(0) und ΔT/Δt in der
betreffenden Spalte der Tabelle nachgeschlagen werden.
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4 illustriert
ein Verfahren zum Präparieren
der Tintenbehälter 18,
d. h. zum Befüllen
der Tintenbehälter
mit Tinte und zum Programmieren des Speicherchips 28.
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In
einem ersten Schritt wird in einem Tank 34 eine Charge 32 von
Tinte zubereitet, die ausreicht, eine große Anzahl von Tintenbehältern 18 zu
befüllen.
Dann wird in einer Füllstation 36 die
Tinte 32 in die verschiedenen Behälter 18 gefüllt, und
die Behälter
werden versiegelt. Ein kleiner Anteil der Tinte 32 wird
als eine Probe 38 aus dem Tank 34 entnommen und
einem Viskosimeter 40 zugeführt. Die Temperatur der Probe 38 im
Viskosimeter 40 wird variiert, so daß die Viskosität der Tinte
für einen
Temperaturbereich gemessen wird, der den Bereich möglicher
Betriebstemperaturen der Druckköpfe 10 abdeckt.
Die Meßergebnisse
werden einer Programmiereinheit 42 zugeführt. Auf
der Grundlage der bekannten optimalen Viskosität der Tinte 32 für den Druckkopf 10 bestimmt
die Programmiereinheit 42 die Solltemperatur T, bei der
die Tinte 32 diese optimale Viskosität hat. Der so erhaltene Temperaturwert
T wird in den Speicherchips 28 jedes der Tintenbehälter 18 gespeichert,
entweder bevor oder nachdem sie in der Füllstation 36 befüllt worden
sind.
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Wenn
im Tank 34 eine weitere Charge zubereitet wird, so wird
die gleiche Prozedur für
die neue Charge wiederholt, und die für die neue Charge erhaltene
optimale Temperatur T kann von der für die vorherige Charge erhaltenen
Temperatur verschieden sein.
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Dieses
Verfahren stellt sicher, daß die
in den Speicherchips 28 der Tintenbehälter 18 gespeicherten
Solltemperaturen präzise
an die physikalischen Eigenschaften der Tinte angepaßt sind,
die in einer Charge hergestellt wurde. Im Ergebnis kann ungeachtet
leichter Fluktuationen in den physikalischen Eigenschaften der Tinte
von Charge zu Charge eine gleichförmig hohe Druckqualität erreicht
werden.