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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenstrahldrucker
und insbesondere auf einen Druckkopf, der mehrere Typen von Tropfenerzeugern
aufweist.
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Hintergrund
der Erfindung
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Tintenstrahldrucker
sind in der Technik gut bekannt. Ein typischer Tintenstrahldruckkopf
weist ein Siliziumsubstrat, Strukturen, die auf dem Substrat gebildet
sind, und Verbindungen zu dem Substrat auf, um ein Array von Tropfenerzeugern
bereitzustellen. Ein derartiger Druckkopf verwendet typischerweise
flüssige
Tinte (d. h. gelöste
Farbmittel oder Pigmente, die in einem Lösungsmittel dispergiert sind). Jeder
Tropfenerzeuger weist eine präzise
geformte Öffnung
oder Düse
auf, die an dem Substrat angebracht ist, das eine Tintenausstoßkammer
beinhaltet, die flüssige
Tinte aus einem Tintenreservoir aufnimmt. Jede Kammer befindet sich
gegenüber
von einer Düse,
so dass sich Tinte zwischen derselben und der Düse sammeln kann. Der Ausstoß von Tintentröpfchen geschieht
typischerweise unter der Steuerung eines Mikroprozessors, dessen
Signale durch elektrische Leiterbahnen zu Tintenausstoßern (üblicherweise
Widerstandselementen) auf dem Substrat befördert werden. Wenn elektrische
Druckpulse die Tintenausstoßer
aktivieren (d. h. ein Widerstandselement erwärmen), verdampft ein kleiner
Teil der Tinte neben demselben und stößt einen Tintentropfen aus dem
Druckkopf aus. Ordnungsgemäß angeordnete Tropfenerzeuger
bilden ein Punktmatrixmuster. Ein ordnungsgemäßes Sequenzieren des Betriebs
jedes Tropfenerzeugers bewirkt, dass Zeichen oder Bilder auf Papier
gedruckt werden, wenn sich der Druckkopf an dem Papier vorbeibewegt.
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Unter
Vorgabe einer gegenwärtigen
Herstellungstechnologie sind Tropfenerzeuger, die auf Druckköpfen des
oben beschriebenen Typs auf Siliziumbasis bereitgestellt sind, gegenwärtig in
der Lage, nur ein einzelnes Tropfengewicht zu erzeugen. Dies bedeutet,
dass die Charakteristika jedes Tropfenerzeugers (d. h. Kammervolumen, Öffnungsschichtdicke,
usw.) auf einem Druckkopf im Wesentlichen identisch sind. Als ein
Ergebnis ist das Tropfengewicht oder Tropfenvolumen, das durch jeden
Tropfenerzeuger bereitgestellt wird, im Wesentlichen identisch.
Ferner weisen unterschiedliche Tintentypen unterschiedliche Punktgewinne
auf, d. h. die Menge an Abdeckung, die für ein äquivalentes Tintentropfenvolumen
bereitgestellt wird. Unterschiedliche Tintenfarben z. B. erfordern
typischerweise unterschiedliche Tropfengewichte zur Erzeugung äquivalenter
Mengen einer Abdeckung. Insbesondere erfordern allgemein schwarze
Tinten ein Tropfengewicht, das ungefähr zweimal das von Farbtinten
ist, dahingehend, dass sie sehr unterschiedliche Verteilungscharakteristika
aufweisen, um im Wesentlichen eine gleiche Pixelabdeckung zu erzielen.
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Angesichts
dieser Umstände
ist es momentan nicht möglich,
Schwarz- und Farbarchitekturen auf einem einzelnen Druckkopf zu
kombinieren. Eine mögliche
Lösung
für dieses
Problem wäre, äquivalente
Tropfenerzeugerstrukturen für
schwarze und farbige Tinten bereitzustellen und die Schwarztropfenerzeuger
häufiger
zu aktivieren (d. h. doppelt so oft) als die Farbtropfenerzeuger,
wodurch eine ähnliche
Abdeckung bereitgestellt wird. Dieser Ansatz würde jedoch effektiv die erwartete
Zuverlässigkeit von
Schwarztropfenerzeugern relativ zu Farbe halbieren. So besteht der
gegenwärtige
Ansatz einer Kombination von farbiger und schwarzer Tinte in einem
einzelnen Drucker darin, mehrere Druckkassetten bereitzustellen
eine für
jede Farbe (typischerweise: Cyan, Gelb und Magenta) und eine für Schwarz. Während dieser
Ansatz funktioniert, würde
ein Kosten- und Wettbewerbsvorteil geschaffen werden, wenn Schwarz-
und Farbar chitekturen in einen einzelnen Druckkopf und so eine einzelne
Kassette kombiniert werden könnten.
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Die
EP-A-0958924 beschreibt einen Druckkopf, von dem angegeben ist,
dass er in der Lage ist, in einer Mehrzahl dynamischer Bereiche
von Tintentröpfchenvolumen
zu drucken, und dass er eine Mehrzahl erster Düsen, die jeweils eine Öffnung einer
ersten Größe zum Ausstoßen eines
Tintentröpfchens
mit einem ersten Volumen aufweisen, und eine Mehrzahl zweiter Düsen, die
jeweils eine Öffnung
einer zweiten unterschiedlichen Größe zum Ausstoßen eines
Tintentröpfchens
mit einem zweiten Volumen, das größer als das erste Volumen ist,
aufweisen, aufweist.
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Die
US-A-5521622 beschreibt einen Druckkopf, in dem die Düsen, die
zum Ausstoßen
schwarzer Tinte verwendet werden, einen größeren Durchmesser aufweisen
als diejenigen, die zum Ausstoßen farbiger
Tinten verwendet werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung, wie durch die Ansprüche 1 und 6 definiert, stellt
einen Druckkopf bereit, der mehrere Typen von Tropfenerzeugern aufweist,
wobei diese Typen gemäß zumindest
den jeweiligen Tropfengewichten, die durch dieselben bereitgestellt
werden, unterschieden werden. Vorzugsweise weist der zweite Typ
von Tropfenerzeuger eine einzelne Düse auf. Für den ersten Typ von Tropfenerzeuger
werden die Tintenausstoßer
vorzugsweise durch ein einzelnes Abfeuerungssignal gesteuert. Vorzugsweise
weist jede Düse
des ersten Typs von Tropfenerzeuger einen eindeutig entsprechenden Tintenausstoßer auf.
Bei einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung stößt der erste
Typ von Tropfenerzeugern einen ersten Typ von Tinte aus und der
zweite Typ von Tropfenerzeugern stößt einen zweiten Typ von Tinte
aus. Vorzugsweise ist der erste Typ von Tinte schwarze Tinte und
der zweite Typ von Tinte ist farbige Tinte, wie z. B. cyanfarbige,
gelbe oder magentafarbige Tinte. Sätze von Tropfenerzeugern werden
bereitgestellt, die sowohl den ersten Typ als auch zumindest den
zweiten Typ aufweisen. Um ein unerwünschtes Mischen der schwarzen
und der farbigen Tinten zu verhindern, ist eine erste Öffnungsschicht separat
und von einer zweiten Öffnungsschicht
entfernt vorgesehen. Die erste und die zweite Öffnungsschicht definieren zumindest
einen ersten Satz von Tropfenerzeugern des ersten Typs bzw. zumindest einen
zweiten Satz von Tropfenerzeugern des zweiten Typs. Auf diese Weise
könnte
ein einzelner Druckkopf für
die Lieferung von sowohl schwarzer als auch farbigen Tinten verwendet
werden. Der Druckkopf der vorliegenden Erfindung könnte als
Teil einer Tintenstrahlkassette und/oder Druckvorrichtung bereitgestellt
werden, wodurch ein Wettbewerbsvorteil gegenüber Vorrichtungen des Stands
der Technik geschaffen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
eine perspektivische Ansicht (Teilwegschnitt) einer Tintenstrahldruckvorrichtung (Abdecktafel
entfernt), in der die vorliegende Erfindung beinhaltet sein könnte, dar.
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2 stellt
eine isometrische Ansicht einer Tintenstrahlkassettenkomponente
aus 1 dar.
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3 stellt
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
eines Druckkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung
dar.
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4 stellt
eine Querschnittsansicht des Druckkopfs aus 3 entlang
einer Linie A-A dar.
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5 stellt
eine Draufsicht eines Tintenausstoßers und zugeordnete Signalpfade,
die einem Tropfenerzeu ger eines zweiten Typs entsprechen, gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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6 stellt
eine Draufsicht von Tintenausstoßern und zugeordnete Signalpfade,
die einem Tropfenerzeuger eines ersten Typs entsprechen, gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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7 stellt
eine Draufsicht von Tintenausstoßern und eine alternative Anordnung
zugeordneter Signalpfade, die einem Tropfenerzeuger des ersten Typs
entsprechen, gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung könnte
Bezug nehmend auf die 1 bis 7 vollständiger beschrieben
werden. Ein exemplarischer Tintenstrahldrucker 101 ist
in rudimentärer
Form in 1 gezeigt. Ein Druckergehäuse 103 beinhaltet
eine Auflage 105, zu der Eingangsdruckmedien 107 durch
Mechanismen transportiert werden, die in der Technik bekannt sind.
Ein Wagen 109 hält
einen Satz einzelner Druckkassetten, z. B. 111. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist eine einzelne Tintenkassette in der Lage, verschiedene Farben
von Tinte bereitzustellen, z. B. cyanfarbige Tinte, magentafarbige Tinte,
gelbe Tinte und schwarze Tinte, wobei zu erkennen ist, dass andere
Tintenfarben möglich
sind und nicht von einer Verwendung durch die vorliegende Erfindung
ausgeschlossen. Ferner können
alternative Ausführungsbeispiel
semipermanente Druckkopfmechanismen umfassen, die zumindest eine
Tintenkammer mit kleinem Volumen, eingebaut, aufweisen, die gelegentlich
von fluidisch gekoppelten, externen, Tintenreservoirs oder Druckkassetten
nachgefüllt
werden, die zwei oder mehr Farben von Tinte innerhalb der Druckkassette
und Tintenausstoßdüsen verfügbar haben,
die spezifisch für
jede Farbe bestimmt sind; die vorliegende Erfindung ist auf Tintenstrahlkassetten
von beliebigen der Alternativen anwendbar. Die Kassette 109 ist
typischerweise an einem Gleitbalken 113 befestigt, was
es erlaubt, dass der Wagen 109 über das Druckmedium 107 vor
und zurück
bewegt werden kann. Die Bewegungsachse, „X", ist durch einen Pfeil 115 angezeigt.
Wenn sich der Wagen 109 bewegt, werden selektiv Tintentropfen
in vorbestimmten Druckbandmustern aus dem Satz von Tintenkassetten
auf das Medium 107 ausgestoßen, was Bilder oder alphanumerische
Zeichen unter Verwendung einer Punktmatrixmanipulation bildet. Allgemein
wird die Punktmatrixmanipulation durch einen externen Computer (nicht
gezeigt) bestimmt und Instruktionen werden herkömmlich zu einer mikroprozessorbasierten
Elektroniksteuerung (nicht gezeigt) innerhalb des Druckers 101 übertragen.
Die Tintentropfenbahnachse, „Z", ist durch einen Pfeil 117 angezeigt.
Wenn ein Druckband abgeschlossen wurde, wird das Medium 107 in
Vorbereitung für
das Drucken des nächsten
Bandes um eine geeignete Entfernung entlang der Druckmedienachse, „Y", die durch einen
Pfeil 119 angezeigt ist, bewegt.
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Eine
exemplarische thermische Tintenstrahlkassette 111 ist in 2 gezeigt.
Ein Kassettengehäuse
oder eine Schale 219 beinhaltet zumindest ein internes
Tintenreservoir (nicht gezeigt). Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist eine einzelne Kassette mehrere interne Tintenreservoirs für mehrere
Tintenfarben, z. B. Cyan, Gelb, Magenta und Schwarz, auf. Die Kassette
ist mit einem Druckkopf 214 versehen, der eine Öffnungsplatte 216 umfasst, die
eine Mehrzahl von Miniaturdüsen
aufweist, die in Kombination mit darunter liegenden Abfeuerungskammern
und Tintenausstoßerstrukturen
aufgebaut sind, um jeweilige Tropfenerzeuger bereitzustellen, sowie
elektrische Kontakte zu Kopplung mit dem Drucker 101. Verwandte
Sätze von
Tropfenerzeugern zusammengenommen bilden ein Druckkopfarray. Es wird
angemerkt, dass das in 2 dargestellte Druckkopfarray
lediglich dem Zweck einer Darstellung der Struktur einer Tintenstrahlkassette
dient und nicht notwendigerweise ein Druckkopfarray gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Ein Druckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in 3 dargestellt.
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Bezug
nehmend auf 3 ist zu sehen, dass der Druckkopf 300 ein
Siliziumsubstrat 302 aufweist, mit einer ersten Öffnungsschicht 304 und
einer zweiten Öffnungsschicht 306,
die durch dasselbe getragen werden. Es wird angemerkt, dass der
Druckkopf 300 nicht maßstabsgetreu
gezeigt ist. In der Praxis liegen die erste und die zweite Öffnungsschicht 304, 306 auf
einer Trägerschicht
(nicht gezeigt) und sind mit derselben verbunden, wobei diese Trägerschicht unten
detaillierter beschrieben ist. Das Substrat weist vorzugsweise eine
Dicke gemäß Industriestandards auf,
typischerweise 675 μm.
Jede Öffnungsschicht 304, 306 ist
vorzugsweise unter Verwendung eines Polymers mit einem Aufschleuder-,
Laminations- oder Extrudierpolymerdünnfilmvorgang mit einer Dicke
von etwa 10 bis 30 μm
gebildet. Ein beliebiger geeigneter photoabbildbarer Polymerfilm
könnte
verwendet werden, z. B. Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat,
Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat oder Mischungen derselben.
Alternativ könnten
die Öffnungsschichten
aus einem mit Metall plattierten Bauteil oder Keramiken gebildet sein,
wie z. B. den Oxiden von Silizium, die durch herkömmliche
Elektroaufbringungstechniken hergestellt werden. Eine Mehrzahl elektrisch
leitfähiger
Signalverbindungsanschlussflächen 308 ist
ebenso vorgesehen. Wie in der Technik bekannt ist, koppeln die Verbindungsanschlussflächen 308 elektrische
Signale von einer Elektroniksteuerung zur Steuerung des Betriebs
einzelner Tropfenerzeuger.
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Ein
erster Satz von Tropfenerzeugern 310, der einen ersten
Typ von Tropfenerzeugern 320 aufweist, ist gezeigt. Der
erste Satz von Tropfenerzeugern 310 ist teilweise durch
die erste Öffnungsschicht 304 definiert.
In einer ähnlichen
Weise sind ein zweiter Satz von Tropfenerzeugern 312, ein
dritter Satz von Tropfenerzeugern 314 und ein vierter Satz
von Tropfenerzeugern 316 gezeigt, die teilweise durch die zweite Öffnungsschicht 306 definiert
sind und einen zweiten Typ von Tropfenerzeuger 317 aufweisen.
Es wird angemerkt, dass die Anzahl von Tropfenerzeugern, die in 3 dargestellt
ist, nicht die tatsächliche
Anzahl, die üblicherweise
vorgesehen ist, widerspiegelt; für
eine leichte Darstellung wurde die Anzahl gezeigter Tropfenerzeuger
absichtlich minimiert. Es wird ebenso angemerkt, dass die erste und
die zweite Öffnungsschicht 304, 306 vorzugsweise
separat und voneinander entfernt sind, wie durch eine Unterbrechung 307 zwischen
den Schichten definiert ist. Obwohl die erste und die zweite Öffnungsschicht 304, 306 aus
einer einzelnen Einheitssturktur gebildet sein könnten, dient die Unterbrechung 307 dazu,
ein Mischen unterschiedlicher Tintentypen zu verhindern, insbesondere
das Mischen von cyanfarbiger, gelber und magentafarbiger Tinte mit
schwarzer Tinte, wenn der Druckkopf 300 zur Bereitstellung mehrerer
Farben verwendet wird. Obwohl ein Satz von Tropfenerzeugern 310 des
ersten Typs 320 und drei Sätze von Tropfenerzeugern 312 bis 316 des zweiten
Typs 317 dargestellt sind, wird darauf verwiesen, dass
variierende Anzahlen von Tropfenerzeugersätzen beider Typen gleichermaßen als
Gegenstand einer Entwurfsauswahl vorgesehen sein könnten. In
sechs farbigen Anwendungen z. B. wären sechs Tropfenerzeugersätze vorgesehen.
Ferner ist es, obwohl zwei unterschiedliche Typen von Tropfenerzeugern 317, 320 gezeigt
sind, möglich,
dass eine größere Anzahl
von Tropfenerzeugertypen eingesetzt werden könnte. Unabhängig davon ist jeder Satz von
Tropfenerzeugern vorzugsweise angeordnet, um im Wesentlichen identische
Grade an Auflösung
bereitzustellen, z. B. 600 Punkte pro Zoll (dpi) oder mehr. In der
Praxis ist eine große
Anzahl von Tropfenerzeugern in einem Druckkopf gruppiert, um ein
Druckband mit vernünftiger
Größe bereitzustellen,
derart, dass ein Text- oder Bildband in einem Durchlauf des Druckwagens über das
Druckmedium auf das Druckmedium aufgebracht werden kann. Logisch
könnte
der Druckkopfe eine derartige Größe aufweisen,
dass eine vollständige
Seitenbreite an Tinte ohne Hin- und Herbewegung des Druckkopfs aufgebracht
werden könnte.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch
ist der Druckkopf in der Größenordnung
von 1,25 cm breit, wodurch eine Hin- und Herbewegung des Druckkopfs über das
Medium erforderlich ist.
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Die
verschiedenen Typen von Tropfenerzeugern 317, 320 unterscheiden
sich hauptsächlich durch
die jeweiligen Tropfengewichte, die diese liefern können. Aus
Einfachheitsgründen
konzentriert sich die im Folgenden bereitgestellte Erläuterung
auf nur zwei Typen von Tropfenerzeugern mit der Übereinkunft, dass die vorliegende
Erfindung nicht notwendigerweise auf diese Zahl eingeschränkt ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die unterschiedlichen Tropfengewichte des ersten und des zweiten
Tropfenerzeugers ein Ergebnis der Anzahl von Düsen, die jedem Typ zugeordnet
sind. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
weisen Tropfenerzeuger des ersten Typs zwei Düsen auf, während Tropfenerzeuger des zweiten
Typs nur eine einzelne Düse
aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist diesbezüglich jedoch nicht eingeschränkt; Mehrdüsen-Tropfenerzeuger
könnten
eine beliebige Anzahl von Düsen
aufweisen. Ferner sind die Düsen
in einem Mehrdüsen-Tropfenerzeuger
vorzugsweise angeordnet, um so nahe wie möglich aneinander zu sein, derart,
dass die resultierenden Tropfen als einer erscheinen, wenn sie auf
ein geeignetes Medium geführt
werden.
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Unabhängig von
der Anzahl von Düsen
funktioniert jeder Tropfenerzeuger beider Typen von Tropfenerzeugern,
um eine im Wesentlichen identische Abdeckung bereitzustellen. Dies
bedeutet, dass abhängig
von der verwendeten Tinte ein einzelner Tropfen, der durch einen
Tropfenerzeuger mit einer einzelnen Düse abgefeuert wird, im Wesentlichen
die gleiche Abdeckung bereitstellt wie eine Tropfenerzeuger mit
mehreren Düsen.
Dies ist möglich,
da bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
angenommen wird, dass jede Düse,
die in die vorliegende Erfindung eingebaut ist, in Bezug auf die
Tropfengewichtsfähigkeit
im Wesentlichen identisch zu allen anderen Düsen ist. So ist trotz der Tatsache,
dass der erste Satz von Tropfenerzeugern tatsächlich die doppelte Anzahl
von Düsen
beinhaltet wie die anderen Sätze
von Tropfenerzeugern die durch den ersten Satz bereitgestellte Auflösung im
Wesentlichen identisch zu den anderen Sätzen. Indem Gruppen von Düsen als
ein einzelner Tropfenerzeuger behandelt werden, stellt die vorliegende
Erfindung dadurch die Fähigkeit
bereit, Tropfen, die unterschiedliche Tropfengewichte aufweisen,
aus einem einzelnen Druckkopf zu liefern, ohne an den Einschränkungen
früherer
Techniken zu leiden. Dies ist in Bezug auf 4 weiter
dargestellt.
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4 ist
eine Querschnittsansicht des Druckkopfs aus 3 entlang
einer Linie A-A. Strukturelemente, die in den 3 und 4 dargestellt sind,
weisen gleiche Bezugszeichen auf. Es wird angemerkt, dass die Abmessungen
der in 4 dargestellten Struktur nicht maßstabsgetreu
sind. Wie gezeigt ist, liegen die erste und die zweite Öffnungsschicht 304, 306 auf
einer Trägerschicht 410 auf
und sind an derselben befestigt, die wiederum an dem Siliziumsubstrat 302 befestigt
ist. Die Trägerschicht 410 ist
aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, wie z. B. Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Tantal, Polysiliziumglas oder einem
weiteren funktionsmäßig äquivalenten
Material. Die Trägerschicht 410 trägt außerdem Tintenausstoßer 425.
Allgemein könnten
die Tintenausstoßer 425 einen
beliebigen Mechanismus aufweisen, der geeignet zum Ausstoßen von
Tinte aus einer Abfeuerungskammer ist, in der Tinte durch den Boden
der Abfeuerungskammer an die Abfeuerungskammer geliefert wird. Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weisen die Tintenausstoßer 425 Dünnfilmheizerwiderstände auf,
die herkömmliche
Aufbringungstechniken verwenden, wie in der Technik bekannt ist.
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Abfeuerungskammern 424–432 sind
im Wesentlichen horizontal mit den Tintenausstoßern ausgerichtet, d. h. dem
Tintenausstoßer
mit dem Bezugszeichen 425. Eine horizontale Ausrichtung
der Abfeuerungskammern 424 bis 432 mit den Tintenausstoßern ist
Gegenstand einer Entwurfsauswahl und ist unter Umständen nicht
in allen Fällen
erwünscht.
Wie in der Technik bekannt ist, definieren die Abfeuerungskammern 424 – 432 teilweise
die Tropfengewichtcharakteristika der resultierenden Tropfenerzeuger.
In dem Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bilden, wenn ein
Tintenausstoßer 425 aktiviert
ist, um Tinte aus einer Abfeuerungskammer 424–432 auszustoßen, diese
einen Tropfenerzeuger. Wie gezeigt ist, weisen Tropfenerzeuger des ersten
Typs 320 zumindest zwei Abfeuerungskammern 430–432 auf,
die vertikal mit entsprechenden Tintenausstoßern ausgerichtet sind. Ähnlich weisen Tropfenerzeuger
des zweiten Typs, z. B. der Tropfenerzeuger mit dem Bezugszeichen 317b,
eine einzelne Abfeuerungskammer 426 auf, die vertikal mit
einem Tintenausstoßer
ausgerichtet ist. Jede der Abfeuerungskammern 424–432 definiert
eine Basisperipherie und eine Düsenöffnung,
z. B. die Basisperipherie und die Düsenöffnung mit den Bezugszeichen 405 bzw. 411.
Es wird angemerkt, dass, obwohl die Düsenöffnungen gezeigt sind, um einen
kleineren Durchmesser zu besitzen als die Basisperipherien für jede der
Abfeuerungskammern 424–432,
die vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise diesbezüglich eingeschränkt ist.
Wie unten beschrieben ist, sind die Tintenausstoßer, die jeder Abfeuerungskammer
des ersten Typs von Tropfenerzeugern 320 zugeordnet sind,
elektrisch miteinander gekoppelt, so dass ein koordinierter Ausstoß von zwei
Tintentröpfchen
auftritt, wenn der Tropfenerzeuger aktiviert wird.
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Jede
der Abfeuerungskammern 424–432 ist außerdem mit
speziellen Tintendurchgangslöchern 412–422 versehen,
die eine Fluidkommunikation mit einem jeweiligen sich verjüngenden
Tintenzufuhrgraben 402, 404, 406, 408 bereitstellen.
Die Tintendurchgangslöcher 412–422 sind
durch die Basisperipherien umfasst, so dass die Tinte, die dieselben
zuführen,
ausschließlich
durch ihre entsprechenden Abfeuerungskammern verwendet wird, und
so dass ein bestimmter Druck, der innerhalb einer bestimmten Abfeuerungskammer
erzeugt wird, nicht bewirkt, dass Tinte in andere Kammern fließt, mit
Ausnahme der eingeschränkten
Menge, die unter Umständen durch
die Durchgangslöcher
unter der oberen Oberfläche
des Substrats zurückfließt. Mehrere
Durchgangslöcher
sind für
jede Abfeuerungskammer gezeigt; dies stellt einen redundanten Tintenfluss
bereit und verhindert eine Tintenerschöpfung, die aus einem einzelnen
Verunreinigungsteilchen in der Tinte resultiert. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
wird die obere Oberfläche
der Trägerschicht 410 strukturiert
und geätzt,
um die Durchgangslöcher 412–422 zu
bilden, bevor die Öffnungsschichten 304, 306 angebracht
werden und bevor die sich verjüngenden
Tintenzuführgräben 402, 404, 406, 408 in das
Substrat geätzt
werden, wie in der Technik bekannt ist.
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Die
sich verjüngenden
Tintenzuführgräben 402, 404, 406, 408 (in
Endansicht gezeigt) sind vorzugsweise an der unteren Oberfläche des
Substrats 302 breiter, um Tinte von einem Tintenreservoir
aufzunehmen, und verjüngen
sich auf eine Breite, die ausreichend ist, um den Bereich der Tintendurchgangslöcher der
zugeordneten Tropfenerzeuger 317, 320 zu umfassen.
So umfasst für
Tropfenerzeuger des ersten Typs 320 der entsprechende Graben 408 die
Tintendurchgangslöcher 420, 422,
die den beiden Abfeuerungskammern 430, 432 entsprechen.
Umgekehrt umfassen für
Tropfenerzeuger des zweiten Typs 317 die entsprechenden
Gräben 402, 404, 406 nur
die Tintendurchgangslöcher,
die den zugeordneten Abfeuerungskammern 424–428 entsprechen.
In allen Fällen
ist die Querschnittsfläche
jedes Grabens 402, 404, 406, 408 viele
Male größer als
die Querschnittsfläche
der Tintendurchgangslöcher,
die den entsprechenden Tropfenerzeugern 317, 320 zugeordnet
sind, so dass eine Mehrzahl von Tropfenerzeugern ohne wesentlichen
Tintenflusswiderstand in dem Graben beliefert werden könnten.
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Eine
Fluidtinte, die in einem Reservoir des Kassettengehäuses 212 gespeichert
ist, fließt
durch Kapillarkraft durch jeden Graben 402, 404, 406, 408, der
in dem Substrat 302 gebildet ist, und durch die Durchgangslöcher, um
die Abfeuerungskammern zu füllen.
Jeder Graben ist ausgerichtet, um Tinte zu einem entsprechenden
Satz von Tropfenerzeugern zu liefern, d. h. der erste Graben 408 liefert
Tinte an den ersten Satz von Tropfenerzeugern 310 und der
zweite bis vierte Graben 402, 404, 406 liefert
Tinte an den zweiten bis vierten Satz von Tropfenerzeugern 312–316.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich jeder Graben 402, 404, 406, 408, um
eine Verbindung zu einem separaten Tintenspeicherreservoir für die Speicherung
unterschiedlicher Farben von Tinte herzustellen, wie z. B. Cyan,
Gelb, Magenta bzw. Schwarz. Das Substrat 302 ist mit einer
Kassettenhäusungsoberfläche verbunden,
wobei diese Oberfläche
deshalb untere Grenzen der Gräben 402, 404, 406, 408 definiert.
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Düsenkonfigurationen
und Ausrichtungen sind Entwurfsfaktoren, die eine Tröpfchengröße, Geschwindigkeit
und Bahn der Tintentröpfchen
in der Z-Achse (in Richtung des Mediums, auf das gerade gedruckt
wird) steuern. Die herkömmliche
Tropfenerzeugerkonfiguration (d. h. der zweite Typ von Tropfenerzeuger)
besitzt eine Öffnung
und wird entweder in einem Druckmodus mit einem einzelnen Tropfen pro
Pixel oder mehreren Tropfen pro Pixel abgefeuert. Bei dem Einzeltropfenmodus
wird ein Tintentropfen selektiv aus jeder Düse jedes der Sätze von
Tropfenerzeugern 312–316 in
Richtung eines jeweiligen Zielpixels auf dem Druckmedium abgefeuert.
Wo z. B. die Sätze
von Tropfenerzeugern 312–316 Tröpfchen cyanfarbiger,
gelber bzw. magentafarbiger Tinte bereitstellen, könnte ein
Zielpixel einen Tropfen Gelb und Magenta aus separaten Düsen und
zwei Tropfen Cyan aus einer weiteren Düse bei aufeinanderfolgenden
Bewegungen des Wagens erhalten, um einen erwünschten Farbton zu erzielen.
In einem Mehrtropfenmodus könnten
zur Verbesserung einer Sättigung oder
Auflösung
zwei aufeinanderfolgende Tröpfchen von
sowohl Gelb als auch Magenta und vier von Magenta für einen
bestimmten Ton verwendet werden, der bei einem Durchlauf des Wagens
durchgeführt werden
könnte.
Zu dem Zweck dieser Beschreibung ist ein Zielpixel ein Pixel, das
ein Tropfenerzeuger überquert,
wenn ein Tintenstrahldruckkopf über
ein benachbartes Druckmedium bewegt wird, unter Be rücksichtigung
der Physik eines Richtens eines Tropfens auf einen erwünschten
Ort, d. h. das Pixel, auf das dieser bestimmte Tropfenerzeuger zielt.
Der resultierende Punkt auf dem Druckmedium besitzt in etwa die
gleiche Größe und Farbe
wie Punkte aus der gleichen und anderen Düsen auf dem gleichen Druckwagen.
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Die
obige Erläuterung
in Bezug auf Einzel- und Mehrtropfenmodi in Bezug auf Tropfenerzeuger des
zweiten Typs ist allgemein auf Tropfenerzeuger des ersten Typs anwendbar,
d. h. Tropfenerzeuger mit mehreren Düsen. Für Mehrdüsentropfenerzeuger arbeiten
die Düsen
vorzugsweise in einer koordinierten Weise, um eine Einzelpixelabdeckung
bei jeder Instanz einer Aktivierung bereitzustellen, d. h. um bei jeder
Aktivierung nur ein einzelnes Pixel anzuvisieren. Es ist z. B. bekannt,
dass schwarze Tinten typischerweise etwa das doppelte Tropfengewicht
von farbigen Tinten (Cyan, Gelb und Magenta) benötigen, um die gleiche Menge
einer Pixelabdeckung bereitzustellen. So kann der erste Typ von
Mehrdüsen-Tropfenerzeugern
beim Ausstoßen
schwarzer Tinte im Wesentlichen eine identische Abdeckung bereitstellen
wie Tropfenerzeuger des zweiten Typs, die farbige Tinte ausstoßen.
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Wie
zuvor erwähnt
wurde, verfolgen die Tintenausstoßer die Position der Düsenöffnungen.
Eine Aktivierung der Tintenausstoßer wird durch die Verwendung
elektrischer Verbindungen erzielt, die als Signaleingaben wirken.
Diese elektrischen Verbindungen sind typischerweise metallisierte
Dünnfilmleiter,
die elektrisch die Tintenausstoßer
auf dem Druckkopf mit Kontaktanschlussflächen verbinden, und so einem
Druckkopfschnittstellenschaltungsaufbau in dem Drucker. Eine Technik,
die üblicherweise
als „Integrierter-Treiberkopf"- oder IDH-Multiplexen
bekannt ist, wird herkömmlicherweise
verwendet, um elektrische Zwischenverbindungen zwischen einem Drucker
und seinen zugeordneten Druckkassetten zu reduzieren. Beispiele
eines IDH-Multiplexens sind z. B. in dem U.S.-Patent Nr. 5,541,629
zu finden. Bei einem IDH-Entwurf sind die Tintenausstoßer in Gruppen
angeordnet, die als Grundelemente bekannt sind. Jedes Grundelement
besitzt seine eigene Leistungsversorgungszwischenverbindung (Grundelementauswahl)
und Rückführungszwischenverbindung
(Grundelementrückführung oder
Grundelement gemeinsam). Zusätzlich
wird eine Anzahl von Steuerleitungen (Adressleitungen) verwendet,
um bestimmte Tintenausstoßer
zu aktivieren. Diese Adressleitungen werden unter allen Grundelementen
gemeinschaftlich verwendet. Diesen Ansatz kann man sich als eine
Matrix vorstellen, bei der die Zeilen die Anzahl von Grundelementen
sind und die Spalten die Anzahl von Widerständen pro Grundelement. Die
Energieversorgung jedes Tintenausstoßers wird durch eine Grundelementauswahl
und durch einen Transistor, wie z. B. einen MOSFET, der als ein
Schalter wirkt, der in Serie zu jedem Widerstand geschaltet ist, gesteuert.
Durch Anlegen einer Spannung über
eines oder mehrere Grundelementauswahlen und die Grundelementrückführung und
eine Aktivierung des zugeordneten Gatters eines ausgewählten Transistors
könnten
mehrere unabhängig
adressierte Tintenausstoßer
gleichzeitig abgefeuert werden. Als ein alternativer Ansatz könnten so
genannte schlaue Druckköpfe,
bei denen der Druckkopf ein Signal entschlüsselt, das von einem Drucker
gesendet wird, und die geeigneten Tintenausstoßer aktiviert, ebenso zu diesem
Zweck eingesetzt werden.
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Die
oben beschriebenen elektrischen Verbindungen sind Bezug nehmend
auf die 5 bis 7 weiter
dargestellt. 5 stellt eine Oben-Unten-Ansicht
eines Tintenausstoßers
(Heizerwiderstand) 502 gemäß dem zweiten Typ von Tropfenerzeugern,
d. h. einen Einzeldüsen-Tropfenerzeuger,
dar. Die Tintendurchgangslöcher 504, 506,
die dem Tintenausstoßer 502 zugeordnet
sind, sind ebenso gezeigt. Die Signaleingänge 508 sind mit dem
Tintenausstoßer 502 derart
gekoppelt, dass ein Signal (Spannung), das über den Tintenausstoßer 502 angelegt
wird, die Aktivierung des Tintenausstoßers bewirkt. Eine exemplarische
Peripheriebasis 405 ist in gestrichelten Linien gezeigt,
um die Weise darzustellen, in der der Tintenausstoßer 502 und
Durchgangslöcher 504, 506 durch
eine Abfeuerungskammer umfasst sind, die in einer Öffnungsschicht
gebildet ist.
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6 stellt
eine Oben-Unten-Ansicht von Tintenausstoßern (Heizerwiderständen) 602, 604 gemäß dem ersten
Typ von Tropfenerzeugern, d. h. einen Mehrdüsen-Tropfenerzeuger, dar. Wie
gezeigt ist, sind jeder der Tintenausstoßer 602, 604 und
deren zugeordnete Durchgangslöcher 606–612 durch eine
exemplarische entsprechende Abfeuerungskammer-Basisperipherie 407, 409 umfasst.
Elektrische Serienverbindungen 614 sind derart gezeigt, dass
das Anlegen eines Abfeuerungssignals über die Eingänge 614a bis
b bewirkt, dass die Tintenausstoßer 602, 604,
im Wesentlichen gleichzeitig aktiviert werden. Ein alternatives
elektrisches Ausführungsbeispiel,
das im Wesentlichen das gleiche Ergebnis erzielt, ist in 7 dargestellt.
Insbesondere sind parallele elektrische Verbindungen 714 gezeigt.
Wieder bewirkt das Anlegen eines Abfeuerungssignals über die
parallelen Eingänge,
dass die Tintenausstoßer
im Wesentlichen gleichzeitig aktiviert werden. Die Parallelimplementierung
könnte
bevorzugt werden, wenn eine konstante Spannung über dem gesamten Druckkopf
benötigt
wird, und die Parallelimplementierung besitzt den Vorteil der Bereitstellung
einer gewissen Redundanz, wenn einer der Tintenausstoßer 602, 604 ausfällt, wodurch
eine Unterbrechung in dem elektrischen Pfad bewirkt wird. Wie in
der Technik bekannt ist, sind weitere Anordnungen möglich, wodurch
Kombinationen von Tintenausstoßern
in einer kombinierten Seriell-Parallel-Weise verbunden sind. Die vorliegende
Erfindung ist diesbezüglich nicht
eingeschränkt.
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So
stellt die vorliegende Erfindung einen Druckkopf bereit, der mehrere
Typen von Tropfenerzeugern aufweist, wobei diese Typen gemäß zumindest
den jeweiligen Tropfengewichten, die jeweils bereitgestellt werden,
unterschieden werden. Als ein Ergebnis könnten Mehrfarbarchitekturen
in einen einzelnen Druckkopf eingebaut werden, wodurch ein Wettbewerbsvorteil
geschaffen wird.