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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet digital gesteuerter
Druckvorrichtungen und insbesondere auf kontinuierlich arbeitende
Tintenstrahldrucker, bei denen ein flüssiger Tintenstrom in Tropfen
aufbricht, von denen einige selektiv umgelenkt werden.
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Heute
ist der Tintenstrahldruck als herausragende Option im Bereich des
digital gesteuerten elektronischen Drucks anerkannt, zum Beispiel
wegen seiner berührungsfreien
Arbeitsweise, geringen Geräuschentwicklung,
der Verwendung von Normalpapier und weil keine Tonerübertragung
und Fixierung stattfindet. Tintenstrahldruckmechanismen lassen sich
unterteilen in solche, die mit einem kontinuierlichen Tintenstrahl
arbeiten, und solche, bei denen Tintentropfen nach Bedarf abgegeben
werden.
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Bei
herkömmlichen
kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern sind elektrostatische
Ladeeinrichtungen in der Nähe
des Punkts angeordnet, an dem die Tropfen in einem Strom ausgebildet
werden. Auf diese Weise können
einzelne Tropfen geladen werden. Anschließend können die geladenen Tropfen
durch vorgesehene Umlenkplatten umgelenkt werden, die zwischen sich
einen großen
Potentialunterschied aufweisen. Mittels einer Auffangeinrichtung (gelegentlich
auch "Auffangrinne", "Abfangeinrichtung" oder "Sammler" genannt) können entweder
die geladenen oder die nicht geladenen Tropfen abgefangen werden,
während
die nicht abgefangenen Tropfen frei auf ein Empfangs- oder Aufzeichnungsmedium
auftreffen könne.
US-A-3 878 519, erteilt am 15. April 1975 an Eaton, und US-A-4 050
077, erteilt am 20. September 1977 an Yamada et al., beschreiben
Vorrichtungen zum Synchronisieren der Tintentropfenausbildung in
einem Flüssigkeitsstrom
durch elektronische Umlenkung mittels Ladetunnels und Umlenkplatten.
Bei diesen Vorrichtungen sind jedoch zwischen Druckkopf und Aufzeichnungsmedium
große
räumliche
Abstände
erforderlich (gelegentlich auch "Länge der
Tintenflugbahn" genannt), weil
der Ladetunnel und die Umlenkplatten in der Vorrichtung untergebracht
werden müssen.
Da der Betrag der Umlenkung der Tintentropfen nur gering ist, müssen die
Tintentropfen sich über
diese großen
räumlichen Abstände hinweg
bewegen, um so stark abgelenkt zu werden, dass sie auf das Aufzeichnungsmedium (oder
die Auffangeinrichtung) auftreffen. Wenn die Tintentropfen jedoch
lange Flugbahnen überwinden müssen, beeinträchtigt dies
die Platzierungsgenauigkeit der Tintentropfen, da dann eine größere Gefahr besteht,
dass die Tintentropfen in einer Weise beeinflusst werden, die ihre
Flugbahn verändert.
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US-A-3
596 275, erteilt am 27. Juli 1971 an Sweet, beschreibt ein direkt
druckendes Signalaufzeichnungssystem. Zum Aufzeichnen auf einem
Aufzeichnungsmedium wird ein Strom einer Druckflüssigkeit in Form einer Folge
gleichmäßig beabstandeter
Tropfen ausgestoßen.
Die Tropfen werden entsprechend den momentanen Signalwerten elektrostatisch
geladen und dann entsprechend der jeweiligen Ladung der Tropfen
elektrostatisch abgelenkt. Dabei können Tropfen auf ein Abfangmedium
gelenkt werden, so dass sie nicht auf das Aufzeichnungsmedium auftreffen.
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US-A-4
520 366, erteilt am 28. Mai 1985 an Cragin Jr., beschreibt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Starten und Stoppen des aus einem Tintenstrahldrucker
austretenden Tintenstroms. Der Drucker weist eine Vielzahl von Tintenstrahldüsen auf, durch
die kontinuierlich Tintentropfenströme austreten, ferner Ladeelektroden,
Umlenkelektroden und eine Tropfenauffangeinrichtung. Eine lang gestreckte Düse erstreckt
sich über
die gesamte Länge
der Düsenöffnungen
und richtet einen aus der Düse
austretenden Luftstrom gegen die aus den Düsenöffnungen austretenden Tintenströme, um den
Strom in die Auffangeinrichtung zu lenken und zu verhindern, dass Tintentropfen
auf das zu bedruckende Medium auftreffen.
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Alternativ
können
bei kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern der Ladetunnel
und die Umlenkplatten auch in anderen Druckerkomponenten integriert
sein. Vorrichtungen dieser Art sind in US-A-5 105 205, erteilt am
14. April 1992 an Fagerquist, und US-A-5 469 202, erteilt am 21.
November 1995 an Stephens, beschrieben. Dabei werden einzelne Tintentropfen
elektrisch geladen. Eine entgegengesetzte elektrische Ladung wird
auf die Oberfläche
einer Auffangeinrichtung aufgebracht, die sich parallel zur normalen
Flugbahn des Tintenstroms erstreckt. Die entgegengesetzten Polaritäten erzeugen eine
Anziehungskraft, durch die die Tropfen in Richtung der Oberfläche der
Auffangeinrichtung und auf diese angezogen werden. Dabei ist der
Betrag der Umlenkung jedoch gering. Außerdem erfordert diese Ausbildung
auch große
räumliche
Abstände
zwischen dem Druckkopf und dem Aufzeichnungsmedium. Dies wiederum
hat, wie weiter oben bereits beschrieben, nachteilige Auswirkungen
auf die Tintentropfen-Flugbahnlänge.
Um Bilder hoher Qualität
zu garantieren, besteht daher ein Bedarf, den Abstand zu minimieren,
den ein Tintentropfen zurücklegen muss,
bevor er auf das Druckmedium auftrifft.
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In 2A weist
ein Druckkopf 200 eine unter Druck stehende Tintenquelle 202 und
eine Auswahlvorrichtung 204 auf. Der Druckkopf 200 kann
so betrieben werden, dass er ausgewählte Tintentropfen 206 und
nicht ausgewählte
Tintentropfen 208 erzeugt. Die ausgewählten Tintentropfen 206 bewegen sich
entlang einer ausgewählten
Tintentropfenbahn 210 und treffen schließlich auf
ein Aufzeichnungsmedium 212 auf, während die nicht ausgewählten Tintentropfen 208 sich
entlang einer nicht ausgewählten Tintentropfenbahn 214 bewegen
und schließlich
auf eine Auffangeinrichtung 216 auftreffen. Die nicht ausgewählten Tintentropfen 208 werden über einen
in der Auffangeinrichtung 216 ausgebildeten Tintenableitkanal 218 recycelt
oder beseitigt. Ein Tintenstrahldrucker dieser Art ist in US-A-6
079 821, erteilt am 27. Juni 2000 an Chwalek et al., beschrieben.
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Der
bei Chwalek et al. beschriebene Tintenstrahldrucker ist für seinen
beabsichtigten Verwendungszweck zwar außerordentlich gut geeignet,
die allgemein auch als Tintentropfen-Divergenzwinkel (allgemein
mit dem Winkel A bezeichnet) oder Tintentropfentrennung bezeichnete
Tintentropfenbahn-Divergenz (allgemein mit 220 bezeichnet)
zwischen den ausgewählten
Tintentropfen 206 und den nicht ausgewählten Tintentropfen 208 ist
jedoch gering. In Verbindung mit anderen den Druckkopf betreffenden
funktionellen Faktoren (ungleichmäßige Tintentropfen-Umlenkung 221 durch
Ansammlung von Tintenrückständen um
das Heizelement 204 herum, usw.) verstärkt dies jedoch die Gefahr
der Ansammlung von Tinte 222 auf der Auffangeinrichtung 216.
Wenn sich Tinte 222 auf der Auffangeinrichtung 216 ansammelt,
kann dies die Bewegung der ausgewählten Tintentropfen 206 entlang
der Flugbahn 210 für
die ausgewählten
Tintentropfen beeinflussen und dadurch die Bildqualität mindern.
Es besteht daher ein Bedarf, die Tintentropfenbahn-Divergenz zu
erhöhen,
um Bilder hoher Qualität
zu gewährleisten.
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Auch
bei kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern (seitenbreiten,
abtastenden Druckern, usw.), bei denen die Tintentropfen-Bewegungsbahn elektrostatisch
beeinflusst wird, baut sich Tinte auf den Oberflächen der Auffangeinrichtung
auf. Tinte, die sich auf der Auffangeinrichtung aufgebaut hat, kann
durch Papierstaub, Schmutz, Abfälle,
usw. aus dem Arbeitsumfeld des Druckers verunreinigt werden. Dadurch
kann die Auffangeinrichtung verstopfen. In diesem Fall muss die
Auffangeinrichtung vor der Inbetriebnahme des Tintenstrahl-Drucksystems sorgfältig gereinigt
werden. Auch die verunreinigte Tinte muss gereinigt werden, bevor
sie wieder verwendet werden kann, was die Kosten und den Aufwand
eines Tintenstrahl-Drucksystems insgesamt erhöht. Es besteht daher ein Bedarf,
die Tintentropfenbahn-Divergenz zu vergrößern, um den Wartungsaufwand
für den
Druckkopf und den Reinigungsaufwand der Tinte zu verringern.
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US-A-3
709 432, erteilt an Robertson, beschreibt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Stimulieren eines Strahls einer Arbeitsflüssigkeit,
wobei die Arbeitsflüssigkeit
durch Einsatz von Wandlern in gleichmäßig beabstandete Tropfen aufgebrochen wird.
Die Länge
der Strahlen vor dem Aufbrechen in Tropfen wird durch Steuerung
der den Wandlern zugeführten
Stimulationsenergie geregelt, wobei eine Stimulierung mit hohen
Amplituden zu kurzen Strahlen und geringe Amplituden zu langen Strahlen
führen.
An einem Punkt zwischen den Enden der langen und der kurzen Strahlen
wird ein Luftstrom quer zur Bewegungsbahn der Flüssigkeit erzeugt. Der Luftstrom
beeinflusst die Bewegungsbahnen der Strahlen, bevor sie in Tropfen
aufbrechen, stärker
als die Bewegungsbahnen der Tropfen selbst. Durch Steuerung der
Strahlenlänge
können
so die Flugbahnen der Tropfen gesteuert oder von einer Bahn in eine
andere umgelenkt werden. Auf diese Weise können einige Tropfen in eine
Auffangrichtung gelenkt, andere auf ein Aufzeichnungsmedium aufgebracht
werden.
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Dieses
Verfahren beruht nicht auf elektrostatischen Mitteln zur Beeinflussung
der Flugbahn der Tropfen, sondern auf der präzisen Steuerung der Aufbrechpunkte
der Strahlen und der Positionierung des Luftstroms zwischen diesen
Aufbrechpunkten.
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Ein
System dieser Art ist schwer herzustellen. Außerdem ist der physische Abstand
bzw. die Trennung zwischen den beiden Tropfenbahnen nur klein, was
die Schwierigkeit der Steuerung der zu druckenden und nicht zu druckenden
Tintentropfen verstärkt
und zumindest zu dem vorstehend besprochenen Problemn des Ansammelns
von Tintentropfen führt.
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US-A-4
190 844, erteilt am 26. Februar 1980 an Taylor, beschreibt einen
kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker mit einer ersten
Druckluft-Umlenkeinrichtung zum Umlenken nicht druckender Tintentropfen
zu einer Auffangeinrichtung und einer zweiten Druckluft-Umlenkeinrichtung,
die die druckenden Tintentropfen in Schwingungen versetzt. Die erste Druckluft-Umlenkeinrichtung
ist eine solche mit zwei Zuständen,
d.h. "ein/aus" oder "offen/geschlossen", bei der eine Membran
eine Düse
in Abhängigkeit
von einem oder zwei getrennten elektrischen Signalen, die sie von
einer zentralen Steuereinheit erhält, entweder öffnet oder
schließt.
Dadurch wird bestimmt, ob der Tintentropfen gedruckt oder nicht
gedruckt wird. Die zweite Druckluft-Umlenkeinrichtung arbeitet kontinuierlich
und weist eine Membran auf, die in Abhängigkeit von einem sich verändernden
elektrischen Signal, das sie von der zentralen Steuereinheit erhält, den Öffnungsgrad
einer Düse
bestimmt. Dadurch werden die druckenden Tintentropfen in Schwingungen
versetzt, so dass Zeichen jeweils einzeln gedruckt werden können. Wird
nur die erste Druckluft-Umlenkeinrichtung eingesetzt, werden die
Zeichen zeilenweise erzeugt und durch wiederholte Durchgänge des
Druckkopfs aufgebaut.
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Dieses
Verfahren beruht nicht auf elektronischen Mitteln zur Beeinflussung
der Bewegungsbahn der Tropfen, sondern auf der präzisen Steuerung
und dem präzisen
Timing der ersten Druckluft-Ablenkeinrichtung
("offen/geschlossen") für die Erzeugung
der druckenden und der nicht druckenden Tintentropfen. Ein solches
System ist schwer herzustellen und präzise zu steuern, was zumindest
zu dem vorstehend besprochenen Aufbau von Tintentropfen führt. Außerdem ist
die physische Trennung bzw. der Abstand zwischen den beiden Tropfenbahnen
wegen des erforderlichen präzisen
Timings unbeständig,
was die Schwierigkeit der Steuerung von druckenden und nicht druckenden
Tintentropfen erhöht
und zu einer schlechten Kontrolle der Tintentropfen-Flugbahn und zumindest
zu dem vorstehend besprochenen Aufbau von Tintentropfen führt.
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Darüber hinaus
führt die
Verwendung zweier Druckluft-Ablenkeinrichtungen zu einem komplizierteren
Aufbau des Druckkopfs und zu einer größeren Anzahl von Komponenten.
Die zusätzlichen
Komponenten und der komplizierte Aufbau erfordern sehr viel Platz
zwischen dem Druckkopf und dem Medium und verlängern damit die Tintentropfen-Flugbahn. Die
Verlängerung
der Tintentropfen-Flugbahn vermindert jedoch die Platzierungsgenauigkeit
des Tropfens und damit die Qualität des gedruckten Bildes. Auch
hier besteht ein Bedarf, die Länge
der Flugbahn, die der Tropfen zurücklegen muss, bevor er auf das
Druckmedium auftrifft, zu minimieren, wenn man Bilder hoher Qualität erhalten
will.
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Aus
Vorstehendem ist ersichtlich, dass ein Bedarf an einer einfach aufgebauten,
verbesserten Tintentropfen-Umlenkvorrichtung besteht, die den Wartungsaufwand
für den
Druckkopf vermindert, den Tintentropfenabstand vergrößert, die
Bildqualität
verbessert, die Flugbahnlänge
der Tintentropfen verringert und den für die Ableitung nicht gedruckter
Tintentropfen erforderlichen Unterdruck senkt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Tintentropfen-Umlenkverstärker bereitzustellen,
der die Tintentropfenbahn-Divergenz zwischen ausgewählten und
nicht ausgewählten
Tintentropfen vergrößert.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Tintentropfen-Umlenkverstärker bereitzustellen,
der den Abstand verringert, den ein ausgewählter Tintentropfen überwinden
muss, bevor er auf ein Aufzeichnungsmedium auftrifft.
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Gemäß einer
weiteren Aufgabe der Erfindung soll ein Tintentropfen-Umlenkverstärker einfacher
Bauweise bereitgestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren Aufgabe der Erfindung soll ein Tintentropfen-Umlenkverstärker bereitgestellt
werden, der den Wartungsaufwand für den Druckkopf verringert.
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Gemäß einer
weiteren Aufgabe der Erfindung soll ein Tintentropfen-Umlenkverstärker bereitgestellt
werden, der die Verunreinigung der Tinte vermindert.
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Gemäß einer
weiteren Aufgabe der Erfindung soll ein Tintentropfen-Umlenkverstärker bereitgestellt
werden, der die Druckqualität
der Bilder verbessert.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung werden ein Tintentropfen-Umlenkverstärker und
ein Verfahren zur Vergrößerung der
Tintentropfen-Divergenz bereitgestellt. Diese Merkmale werden erreicht durch
die in den beiliegenden Ansprüchen
definierte Erfindung.
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Die
Erfindung, ihre Aufgaben und Vorteile werden anhand der detaillierten
Beschreibung der nachstehend dargestellten bevorzugten Ausführungsformen
besser verständlich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Blockdiagramm einer beispielhaften Druckvorrichtung
gemäß der Erfindung;
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2A eine
Querschnittsansicht einer bekannten Düse mit Umlenkung durch asymmetrische Heizung
im Betriebszustand;
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2B eine
Draufsicht einer bekannten Düse
mit einem auf gegenüber
liegenden Seiten vorgesehenen Paar von Heizelementen;
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3 eine
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Tintentropfen-Umlenkvorrichtung;
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4A eine
Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 3;
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4B eine
Ansicht, von unten gesehen, einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung gemäß 4A;
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5A eine
Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 3;
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5B eine
Ansicht, von unten gesehen, der alternativen Ausführungsform
der Erfindung gemäß 5A;
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6A eine
Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 3;
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6B eine
Ansicht, von unten gesehen, der alternativen Ausführungsform
der Erfindung gemäß 6A;
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7A eine
Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 3;
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7B eine
Ansicht, von unten gesehen, der alternativen Ausführungsform
der Erfindung gemäß 7A;
und
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8 eine
schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Beschreibung richtet sich insbesondere auf jene Elemente, die Teil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind oder direkter mit ihre zusammenwirken. Es versteht sich, dass
hier nicht besonders dargestellte oder beschriebene Elemente in
unterschiedlicher, dem Fachmann bekannter Art ausgebildet sein können.
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In 1 weist
ein kontinuierlich arbeitendes Tintenstrahldrucksystem 10 mit
asymmetrischem Heizelement eine Bildquelle 11 auf, etwa
einen Scanner oder Computer, der Rasterbilddaten, Umrißbilddaten
in Form einer Seitenbeschreibungssprache oder andere digitale Bilddaten
liefert. Die Bilddaten werden in einer Bildverarbeitungseinheit 12,
die die Bilddaten auch in einem Speicher speichert, in Raster-Bitmap-Bilddaten
umgewandelt. Eine Heizelement-Steuerschaltung 14 liest
Daten aus dem Bildspeicher aus und legt elektrische Impulse an ein
Heizelement 50 an, das Wärme an eine zum Druckkopf 16 gehörende Düse anlegt.
Diese Impulse werden jeweils derart zum richtigen Zeitpunkt an die
richtige Düse
angelegt, dass aus einem kontinuierlichen Tintenstrom gebildete
Tropfen an der richtigen, durch die Daten im Bildspeicher bestimmten
Position Punkte auf einem Aufzeichnungsmedium 18 ausbilden.
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Das
Aufzeichnungsmedium 18 wird mittels eines Aufzeichnungsmedium-Transportsystems 20 bezüglich des
Druckkopfs 16 bewegt, wobei das Transportsystem durch ein
Steuersystem 22 für
den Transport des Aufzeichnungsmediums elektronisch gesteuert wird,
das seinerseits von einer Mikrosteuerung 24 gesteuert wird.
In 1 ist das Transportsystem für das Aufzeichnungsmedium nur
schematisch dargestellt, wobei zahlreiche unterschiedliche mechanische
Ausführungsformen
möglich
sind. Zum Beispiel könnte
eine Übertragungswalze
als Transportsystem 20 für das Aufzeichnungsmedium dienen, um
die Übertragung
der Tintentropfen auf das Auf zeichnungsmedium 18 zu erleichtern.
Diese Übertragungswalzentechnologie
ist dem Fachmann bekannt. Bei seitenbreiten Druckköpfen ist
es jedoch am zweckmäßigsten,
das Aufzeichnungsmedium 18 an einem stationären Druckkopf
entlang zu führen. Bei
abtastenden Drucksystemen ist es dagegen normalerweise zweckmäßiger, den
Druckkopf in einer relativen Rasterbewegung entlang einer Achse
(der Nebenabtastrichtung) und das Aufzeichnungsmedium entlang einer
dazu orthogonalen Achse (der Hauptabtastrichtung) zu bewegen.
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In
einem Behälter 28 befindet
sich unter Druck stehende Tinte. Im nicht druckenden Zustand können die
kontinuierlichen Tintenstrahl-Tropfenströme das Aufzeichnungsmedium 18 nicht
erreichen, weil der Tropfenstrom von einer Auffangrinne 17 blockiert
wird, die auch das Recyceln der Tinte mittels einer Rückführeinheit 19 ermöglicht.
Die Tintenrückführeinheit 19 arbeitet
die Tinte auf und führt
sie in den Behälter 28 zurück. Tintenrückführeinheiten
dieser Art sind dem Fachmann bekannt. Der für den optimalen Betrieb geeignete
Tintendruck ist abhängig von
einer Reihe von Faktoren, unter anderem der Geometrie und den thermischen
Eigenschaften der Düsen
und den thermischen Eigenschaften der Tinte. Durch Anlegen eines
durch den Tintendruckregler 26 gesteuerten Drucks an den
Tintenbehälter 28 kann ein
konstanter Tintendruck erreicht werden.
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Die
Tinte wird der Rückseite
des Druckkopfs 16 über
eine Tintenkanaleinrichtung 30 zugeführt. Die Tinte fließt vorzugsweise
durch in ein Siliciumsubstrat des Druckkopfs 16 geätzte Schlitze
bzw. Löcher
zu dessen Vorderseite, wo sich eine Vielzahl von Düsen und
Heizelementen befinden. Da der Druckkopf 16 aus Silicium
hergestellt ist, können
im Druckkopf auch Heizelement-Steuerschaltungen 14 integriert
sein.
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2A zeigt
eine Querschnittsansicht einer Spitze einer bekannten Düse im Betriebszustand. Der
kontinuierlich arbeitende Tintenstrahl-Druckkopf 16 gemäß 1 besteht
aus einer Anordnung derartiger Düsen.
In ein Substrat 42, das im Beispiel aus Silicium besteht,
sind ein Tintenförderkanal 40 sowie eine
Vielzahl von Düsenöffnungen 46 geätzt. Der Förderkanal 40 und
die Düsenöffnungen 46 können durch
anisotropes Silicium-Nassätzen
hergestellt sein, wobei zur Ausbildung der Düsenöffnungen eine p+-Ätzsperrschicht
verwendet wird. Die Tinte 70 im Förderkanal 40 steht
unter einem über
atmosphärischem
Druck liegenden Druck und bildet einen Tintenstrom 60 aus.
In einem Abstand über
der Düsenöffnung 46 bricht
der Strom 60 aufgrund der von der Auswahleinrichtung 204 gelieferten
Wärme in
eine Vielzahl von Tropfen 66 auf.
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Gemäß 2B kann
die Auswahleinrichtung 204 ein Heizelement 50 aufweisen.
Das Heizelement 50 besitzt ein Paar sich gegenüber liegender, halbkreisförmiger Heizelemente 51a, 51b,
die annähernd
den gesamten Düsenumfang überdecken.
Mittels einer Vielzahl von Stromanschlüssen 59a, 59b, 61a und 61b werden
elektrische Impulse von der Heizelement-Steuerschaltung 14 an
die Heizelemente 51a bzw. 51b übermittelt. Die Heizelemente 51a, 51b der
Heizeinrichtung 50 können
aus mit 30 Ohm/Quadrat dotiertem Polysilicium bestehen.
Allerdings sind auch andere Widerstandsheizungs-Materialien denkbar.
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Die
Heizelemente-Steuerschaltung 14 führt der Heineinrichtung 50 den
elektrischen Strom in Form einer Folge elektrischer Impulse zu.
Dabei kann die Heizelemente-Steuerschaltung 14 derart programmiert
sein, dass sie zur Durchführung
der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
den halbkreisförmigen
Heizelementen 51a, 51b der Heizeinrichtung den
Strom getrennt in Form von Impulsen gleicher Amplitude, Breite und
Frequenz zuführt.
Jedesmal, wenn einem der Elemente 51a und 51b des
Heizelements 50 ein elektrischer Stromimpuls zugeführt wird,
wird ein Tintentropfen umgelenkt.
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Betrachtet
man nochmals 2A, so ist zu erkennen, dass
die Heizeinrichtung 50 von dem Substrat 42 durch
eine thermisch und elektrisch isolierende Schicht 56 getrennt
ist, um die Wärmeabgabe
an das Substrat zu minimieren. Die Düsenbohrung 46 kann
derart geätzt
sein, dass die Düsenaustrittsöffnung von
Isolierschichten 56 begrenzt wird. Die mit der Tinte in
Berührung
stehenden Schichten können zum
Schutz mittels einer Dünnfilmschicht 64 passiviert
sein. Um die ungewollte Ausbreitung von Tinte über die Vorderseite des Druckkopfs
zu vermeiden, kann die Druckkopfoberfläche mit einer hydrophobisierenden
Schicht 68 beschichtet sein.
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Während eines
Druckvorgangs wird der Strom 60 durch asymmetrisches Anlegen
von auf der linken Seite der Düsenbohrung
durch den Heizelementeabschnitt 51a erzeugter Wärme periodisch
umgelenkt. Diese Technik unterscheidet sich von der Technik kontinuierlich
arbeitender Drucker mit elektrostatischer Stromumlenkung, bei der
geladene Tropfen, die zuvor von ihren jeweiligen Tropfenströmen abgetrennt
wurden, umgelenkt werden. Durch die Umlenkung des Stroms 60 können nicht
umgelenkte Tropfen 67 durch eine Unterbrechungseinrichtung,
etwa eine Auffangeinrichtung 17, daran gehindert werden,
das Aufzeichnungsmedium 18 zu erreichen. Bei einem alternativen
Druckschema kann die Auffangeinrichtung 17 so platziert
werden, dass sie die umgelenkten Tropfen 66 abfängt und
die nicht umgelenkten Tropfen 67 das Aufzeichnungsmedium 18 erreichen
können.
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Im 3 ist
ein Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 dargestellt.
der Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 (ein
System) weist eine Gasquelle 81 mit einem einen Strom erzeugenden
Mechanismus 82 (Kraft-Erzeugungseinrichtung) und einem
Gehäuse 84 auf,
in dem ein Gasstromkanal 86 ausgebildet ist. Der Gasstromkanal 86 gibt
einen Gasstrom 88 (Kraft) ab. Dabei entsprechen die Dimensionen
des Gasstroms 88 zunächst
im Wesentlichen jenen des Gasstromkanals 86. Zum Beispiel
hat ein von einem Gasstromkanal 86 mit rechteckigem Querschnitt
abgegebener Gasstrom 88 eine im Wesentlichen rechteckige
Form. Der Gasstrom 88 ist laminar und bewegt sich entlang
einer ursprünglichen
Bahn (ebenfalls allgemein mit 88 angedeutet). Schließlich verliert
der Gasstrom 88 seine Kohärenz und beginnt, von der ursprünglichen
Bahn abzuweichen (allgemein bei 90 dargestellt). Unter "Kohärenz" ist in diesem Fall
der Zustand des Gasstroms 88 an dem Punkt zu verstehen,
an dem er beginnt, sich von seiner ursprünglichen Bahn aus auszubreiten
oder zu divergieren.
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Mit
Hilfe der Auswahleinrichtung 204 als erster, gemäß obiger
Beschreibung arbeitender Auswahleinrichtung kann der Druckkopf 16 einen
Strom von Tintentropfen 91 abgeben, die sich entlang einer Vielzahl
von divergierenden Tintentropfenbahnen bewegen. Dabei können nicht
ausgewählte
Tintentropfen 92 sich entlang einer (ersten) Bahn 94 für nicht ausgewählte Tintentropfen
bewegen, während
ausgewählte
Tintentropfen 96 sich entlang einer (zweiten) Bahn 98 für ausgewählte Tintentropfen
bewegen. Grundsätzlich
stehen die ausgewählten
Tintentropfen 96 und die nicht ausgewählten Tintentropfen 92 in
Wechselwirkung mit dem laminaren Gasstrom 88, während dieser – wie allgemein
bei 90 dargestellt – seine
Kohärenz
verliert. Im Ergebnis verändern
dadurch die nicht ausgewählten
Tintentropfen 92 und die ausgewählten Tintentropfen 96 ihre
ursprünglichen
Bewegungsbahnen und bewegen sich entlang einer sich ergebenden Bahn 100 für nicht
ausgewählte
Tintentropfen bzw. einer sich ergebenden Bahn 102 für ausgewählte Tintentropfen.
Die nicht ausgewählten
Tintentropfen 94 bewegen sich entlang der Bahn 100 für nicht
ausgewählte
Tintentropfen, bis sie auf eine Oberfläche 104 der Auffangeinrichtung 106 auftreffen.
Dann werden die nicht ausgewählten
Tintentropfen 92 von der Auffangeinrichtung 106 aufgefangen
und einer Tintenrückführeinheit 19 zugeführt. Die
ausgewählten
Tintentropfen 96 können
ihre Bewegung entlang der sich ergebenden Bahn 102 für ausge wählte Tintentropfen
fortsetzen, bis sie auf eine Oberfläche 108 eines Aufzeichnungsmediums 18 auftreffen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform können die
ausgewählten
Tintentropfen 96 auf das Aufzeichnungsmedium 18 auftreffen,
während
die nicht ausgewählten
Tintentropfen 92 schließlich auf die Auffangeinrichtung 106 auftreffen.
Es ist jedoch ausdrücklich
auch vorgesehen und liegt deshalb im Rahmen der Erfindung, dass
die ausgewählten
Tintentropfen 96 schließlich auf die Auffangeinrichtung 106 auftreffen
und die nicht ausgewählten
Tintentropfen 92 auf das Aufzeichnungsmedium 18 auftreffen können.
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Gemäß 3 wird
die Divergenz 110 der Tintentropfenbahn zwischen ausgewählten Tintentropfen 96 und
nicht ausgewählten
Tintentropfen 92 nochmals vergrößert (im Vergleich zur Divergenz 220 der
Tintentropfenbahnen gemäß 2A).
Darüber hinaus
wird auch der so erhaltene Tintentropfen-Divergenzwinkel (als Winkel
D dargestellt) zwischen ausgewählten
Tintentropfen 96 und nicht ausgewählten Tintentropfen 92 vergrößert (im
Vergleich zum Winkel A gemäß 2A).
Es besteht dadurch eine geringere Gefahr, dass die ausgewählten Tintentropfen 96 ungewollt
auf die Auffangeinrichtung 106 auftreffen, wodurch das
Ansammeln von Tinte auf der Auffangeinrichtung 106 verringert
wird. Durch die geringere Tintenansammlung wird der Aufwand für Druckkopfwartung
und Tintenreinigung verringert. Aufgrund der Vergrößerung des
erhaltenen Tintentropfen-Divergenzwinkels D kann die Strecke, die
die ausgewählten
Tintentropfen 96 zurücklegen
müssen, bevor
sie auf das Aufzeichnungsmedium 18 auftreffen, verkürzt werden,
da keine räumlichen
Abstände mehr
erforderlich sind, um den ausgewählten
Tintentropfen 92 ausreichend Raum für die Änderung ihrer Bahn und das
Verlassen des Druckkopfs 16 zu geben, bevor sie auf das
Aufzeichnungsmedium 18 auftreffen. Dadurch wird auch die
Platzierungsgenauigkeit der Tintentropfen verbessert.
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Da
keine Ladetunnels oder Umlenkplatten benötigt werden, weist der Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 eine
einfache Bauweise auf. Denn der Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 benötigt jetzt
keine großen
räumlichen
Abstände
für die
Unterbringung dieser Komponenten. Dies trägt auch zu einer Verkürzung der
Strecke bei, die die ausgewählten
Tintentropfen 96 zurücklegen
müssen,
bevor sie auf das Aufzeichnungsmedium 18 auftreffen können, was wiederum
zu verbesserter Tropfenplatzierungsgenauigkeit führt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 mit der Auffangeinrichtung 106 einstückig ausgebildet.
Es ist jedoch ausdrücklich
auch vorgesehen und liegt deshalb im Rahmen der Erfindung, den Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 als
besondere Einheit auszubilden und diese mit der Auffangeinrichtung 106 zu verbinden
oder sie in der Nähe
der Auffangeinrichtung 106 anzuordnen. Ferner ist bei einer
bevorzugten Ausführungsform
das Gehäuse 84 starr
ausgebildet. Es ist jedoch auch vorgesehen und liegt deshalb im
Rahmen der Erfindung, das Gehäuse
mit gleichem Ergebnis flexibel auszubilden (flexibler Kunststoff,
Schlauch, nachgiebige Polymer-Rohre, usw.). Ferner ist es auch vorgesehen
und liegt deshalb im Rahmen der Erfindung, dass ein flexibel ausgebildetes
Gehäuse 84 mit
gleichem Ergebnis entweder mit der Auffangeinrichtung 106 einstückig ausgebildet sein
oder mit der Auffangeinrichtung 106 verbunden werden kann.
Außerdem
ist es vorgesehen und liegt deshalb im Rahmen dieser Erfindung,
dass das Gehäuse 84 aus
einer Kombination starrer und flexibler Material bestehen kann.
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In 4–7B sind
alternative Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt. 4A und 4B zeigen
einen Tintentropfen-Umlenkverstärker 80,
der mittels beliebiger bekannter Befestigungsmittel 112 mit
der Auffangeinrichtung 106 verbunden ist. Die Befestigungsmittel 112 können aus Schrauben,
Klammern, Bolzen, Nägeln,
Klebern, Leimen, Epoxydharzen, usw., bestehen. In 5A und 5B ist
eine Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 aus
starrem, unflexiblem Material dargestellt, die mittels beliebiger
Befestigungsmittel 112 mit der Auffangeinrichtung 106 verbunden
ist. 6A und 6B zeigen
einen Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 aus
flexiblem Material, der mit der Auffangeinrichtung 106 einstückig ausgebildet
ist. In 7A und 7B ist
ein im Inneren der Auffangeinrichtung 106 angeordneter
Tintentropfen-Umlenkverstärker 80 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Gasstromkanal 86 mittels beliebiger bekannter Befestigungsmittel 112 angrenzend
an eine Innenoberfläche
der Auffangeinrichtung 106 angeordnet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der laminare Gasstrom 88 aus Luft. Es ist jedoch
ausdrücklich
auch vorgesehen und liegt deshalb im Rahmend dieser Erfindung, dass
auch andere Gase mit gleichem Ergebnis eingesetzt werden können, etwa
Stickstoff, Gase anderer Dichten und Viskositäten, usw. Ferner ist der Gasstrom 88 als
laminarer Gasstrom dargestellt. Es ist jedoch ausdrücklich vorgesehen
und liegt deshalb im Rahmen der Erfindung, dass der Gasstrom 88 mit
gleichem Ergebnis auch in anderen Formen austreten kann, etwa mittels
einer Reihe runder Rohre, eines durchgehenden rechteckigen Kanals,
einer Reihe einzelner Kanäle,
usw.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der Mechanismus 82 zum Erzeugen des Gasstroms aus
einem Gebläse.
Es ist jedoch ausdrücklich
vorgesehen und liegt daher im Rahmen dieser Erfindung, dass mit
gleichem Ergebnis auch Gasstrom-Erzeugungsmechanismen 82 beliebiger
Art eingesetzt werden können,
zum Beispiel ein Gebläse,
eine Turbine, elektrostatische Luftbewegungseinrichtungen oder andere
Einrichtungen zum Bewegen von Luft, usw.
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In 8 ist
eine alternative Ausführungsform eines
Tintentropfen-Umlenkverstärkers 80 dargestellt.
Mittels einer Auswahleinrichtung 204 der vorstehend beschriebenen
Art kann der Druckkopf 16 einen Tintentropfenstrom abgeben,
der sich entlang einer Vielzahl divergierender Tintentropfenbahnen
bewegt. Dabei bewegen sich die nicht ausgewählten Tintentropfen 92 entlang
einer (ersten) Bahn 94 für nicht ausgewählte Tintentropfen,
während
die ausgewählten
Tintentropfen 96 sich entlang einer (zweiten) Bahn 88 für ausgewählte Tintentropfen
bewegen. Eine im Tintenkanal 40 angeordnete erste Elektrode 114 bringt
in bekannter Weise eine positive Ladung auf die Tinte 70 auf,
bevor die Tinte 70 aus der Düsenöffnung 46 ausgestoßen wird.
Während
die ausgewählten
Tintentropfen 96 sich entlang der Bahn 98 für ausgewählte Tintentropfen
bewegen; passieren sie eine zweite, negativ geladene Elektrode 116.
Bei ihrer Bewegung entlang der zweiten Elektrode 116 werden
die ausgewählten
Tintentropfen 96 an die zweite Elektrode 116 angezogen.
Dabei ändern
die ausgewählten
Tintentropfen 96 ihre Bahn und beginnen, sich entlang einer
daraus resultierenden Bahn 102 für ausgewählte Tintentropfen zu bewegen.
Dadurch wird die Tropfenbahn-Divergenz 110 zwischen ausgewählten Tintentropfen 96 und
nicht ausgewählten
Tintentropfen 92 wiederum vergrößert (im Vergleich zur Tintentropfenbahn-Divergenz 220 gemäß 2A).
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Ferner
vergrößert sich
auch der entstehende Tintentropfen-Divergenzwinkel (als Winkel D
dargestellt) zwischen den ausgewählten
Tintentropfen 96 und den nicht ausgewählten Tintentropfen 92 (im Vergleich
zum Winkel A gemäß 2A).
Dies ist auf die an die veränderten
ausgewählten
Tintentropfen 96 angelegte Anziehungskraft der entgegengesetzt geladenen
zweiten Elektrode 116 zurückzuführen.
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Bei
dieser Ausführungsform
können
gemäß der Darstellung
die ausgewählten
Tintentropfen 96 auf das Aufzeichnungsmedium 18 auftreffen,
während
die nicht ausgewählten
Tintentropfen 92 schließlich auf die Auffangeinrichtung 106 auftreffen. Es
ist jedoch ausdrücklich
vorgesehen und liegt deshalb im Rahmen dieser Erfindung, dass die
ausgewählten
Tintentropfen 96 schließlich auch auf die Auffangeinrichtung 106 und
die nicht ausgewählten Tintentropfen 92 auf
das Aufzeichnungsmedium 18 auftreffen können. Ferner können die
Ladungen der ersten und zweiten Elektroden 114 und 116 mit
gleichem Ergebnis auch umgekehrt werden.