DE602004004459T2

DE602004004459T2 - Flüssigkeitausstossvorrichtung und Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE602004004459T2
Application number: DE602004004459T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Kodama
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: EP1514685A1; US7316465B2; EP1514685B1; DE602004004459D1; US20050052486A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, insbesondere betrifft sie eine Struktur für einen Ausstoßkopf, der sich zum Realisieren eines stabilen Flüssigkeitsausstoßes eignet, und eine Technologie zum Treiben eines solchen Kopfs.
Beschreibung des Standes der Technik
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen bringen Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium dadurch auf, daß ein Aufzeichnungspapier oder ein anderes Aufzeichnungsmedium relativ zu einem Aufzeichnungskopf bewegt wird, der mit Tintenausstoßdüsen ausgestattet ist, während Tinte von dem Aufzeichnungskopf abhängig von einem Drucksignal ausgestoßen wird, wodurch auf dem Druckmedium durch Tintentröpfchen ein Bild erzeugt wird. Die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen hören mit dem Ausstoßen von Tinten auf oder zeigen andere Ausstoß-Fehler, wenn die Viskosität der Tinte im Inneren der Düsen aufgrund von Austrocknung oder dergleichen zunimmt. Die Nachführleistung (Wiederauffüll-Leistung) von Tinte zu den Düsen wird schlechter, wenn die Tinten-Viskosität zunimmt.
Im Hinblick auf das oben Gesagte ist in der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 11-10878 in einer sogenannten Thermostrahl-(insbesondere einer seitlich ausstoßenden) Tintenstrahldruckvorrichtung eine Wärmeausdehnungs-Heizeinrichtung zum Erzeugen der für den Ausstoßvorgang erforderlichen Wärmeenergie in einen Tintenströmungskanal vorgesehen, wobei eine Technologie zum Verbessern der Ausstoß- und Nachführ-Leistung vorgeschlagen ist, wozu an einer Stelle nahe der Ausstoßöffnung im Inneren des Tintenströmungskanals eine erste Thermo-Heizvorrichtung angeordnet ist, an einer Stelle weiter weg von der Ausstoßöffnung als die Wärmeausdehnungs-Heizvorrichtung eine zweite Wärmeheizung angeordnet ist, und die Viskosität der Tinte mit Hilfe dieser beiden Thermo-Heizvorrichtungen gesteuert wird.
Die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 6-91893 zeigt einen Tintenstrahldrucker mit einer Kopf-Heizvorrichtung zum Erhitzen des gesamten Kopfs, wobei eine Tintenkammer-Heizung zum individuellen Erhitzen jeder Tintenkammer dient.
Das Verfahren nach der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 6-91893 konzentriert sich auf die Tintentemperatur in der Ausstoßrichtung und steuert die Viskosität und das Volumen der Tinte. Allerdings muß bei diesem Verfahren der gesamte Kopf erwärmt werden, um Flüssigkeits-Eigenschaften zu erzielen, die für den Ausstoßvorgang angemessen sind, so daß ein beträchtlicher Energieaufwand erförderlich ist. Insbesondere ist eine Anfangs-Erwärmung nach dem Netz-Einschalten erforderlich, bis der erste Druckvorgang möglich ist.
Nach dem Verfahren gemäß der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 11-10878 ist diesbezüglich nicht der gesamte Kopf zu erwärmen, weil die Struktur eine individuelle Heizung für die Strömungskanäle vorsieht. Dennoch besitzt das Verfahren nach der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 11-10878 eine Struktur, bei der thermische Heizungen sich in enger Nachbarschaft in Abständen von einigen zehn Mikrometern auf der Ausstoßseite und der Zuführseite in bezug auf den Tintenströmungskanal innerhalb derselben Ebene befinden, so daß sich der Nachteil ergibt, daß mit zunehmender Anzahl von Ausstoßvorgängen die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Heizungen kleiner wird und der Effekt der größeren Ausstoß-Stärke nachläßt. Außerdem handelt es sich bei der Struktur nach der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 11-10878 um einen Ausstoßtyp, der von einer durch einen thermischen Widerstand hervorgerufenen Ausdehnung Gebrauch macht und eine Wärmeausdehnungs-Heizung für eine Hochtemperaturerhitzung benötigt, die leistungsfähiger ist als eine reine Wärmehei zung. Die Wärmeheizung befindet sich in enger Nachbarschaft vor und hinter der Heizvorrichtung, so daß sich der Nachteil ergibt, daß die Temperaturdifferenz zwischen den Heizungen noch geringer ist.
Die EP-A-0 81 490 zeigt eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung, die ein Fluid aus einer Öffnung eines Düsenabschnitts mit Hilfe eines Aktuators zum Erzeugen einer Ausstoßkraft ausstößt. Eine Düsenteil-Heizeinrichtung erhitzt den Düsenteil. Eine Steuereinrichtung steuert die Aufheiz-Zeit beim Aufheizen durch die Düsenteil-Heizeinrichtung.
Die JP 11 010878 zeigt eine ähnliche Flüssigkeitsausstoßvorrichtung.
Die US 2002/097300 zeigt einen Tintenstrahl-Druckkopf mit einer als Aktuator für den Tintenausstoß arbeitenden Heizung.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht, wobei es ein Ziel der Erfindung ist, eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung anzugeben, die einen stabilen Flüssigkeitsausstoß dadurch erzielt, daß die physikalischen Flüssigkeitseigenschaften in der Nähe der Düsen gesteuert werden, die ein rasches Nachführen von Tinte selbst bei großer Tinten-Viskosität ermöglicht, und die außerdem die Ausstoß- und Nachführleistungen aufrecht erhält. Außerdem soll eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung geschaffen werden, die von dieser Flüssigkeitsausstoßvorrichtung Gebrauch macht.
Um das obige Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird die Temperatur des Düsenteils, der einen Fluidkanal bildet, um eine Tröpfchengröße der auszustoßenden Flüssigkeit zu begrenzen, im Verein mit der zeitlichen Lage für das Ausstoßen von Flüssigkeit aus der Düsenöffnung derart einge stellt, daß die Viskosität der Flüssigkeit im Inneren der Düse mit einem minimalen erforderlichen Energieaufwand verringert werden kann. Die Ausstoßleistung läßt sich auf diese Weise mit weniger Energie als im Stand der Technik stabilisieren, wenn eine Tinte hoher Viskosität vorhanden ist.
Die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält weiterhin eine Berechnungseinrichtung, die eine Temperaturanstiegszeit ermittelt, die benötigt wird, um eine Viskosität der Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils auf einen vorbestimmten Wert oder einen darunter liegenden Wert zu bringen, abhängig von der temperaturabhängigen Kennlinie der Viskosität der auszustoßenden Flüssigkeit, und der Temperaturanstiegskennlinie der Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils, außerdem eine Zeiteinstelleinrichtung, die eine Treiberzeit für die Düsenteil-Heizeinrichtung abhängig von der von der Berechnungseinrichtung berechneten Temperaturanstiegszeit einstellt.
Gemäß diesem Aspekt wird eine geeignete Aufheizzeit berechnet, um eine vorbestimmte Viskosität während des Ausstoßvorgangs zu erreichen, abhängig vom Typ der verwendeten Flüssigkeit. Hierdurch läßt sich die Temperatur zuverlässig so erhöhen, daß die Flüssigkeit im Inneren der Düsen eine Viskosität erreicht, die ein Ausstoßen ermöglicht.
Dabei gibt es einen Aspekt, bei dem die Berechnungseinrichtung außerdem aufweist: eine erste Berechnungsverarbeitungseinheit, die eine Beziehung zwischen einer Soll-Viskosität und einer erforderlichen Heiztemperatur der Flüssigkeit abhängig von der Temperaturkennlinie der Viskosität der Flüssigkeit ermittelt, und eine zweite Berechnungsverarbeitungseinheit, die die Temperaturanstiegszeit ermittelt, die benötigt wird, um die Flüssigkeit auf die erforderliche Heiztemperatur abhängig von der Temperaturanstiegskennlinie der Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils aufzuheizen.
Es gibt einen Aspekt, gemäß dem die erste Berechnungsverarbeitungseinheit eine erste Tabelle besitzt, die die Temperaturkennlinie für die Viskosität der Flüssigkeit darstellt, und die zweite Berechnungsverarbeitungseinheit eine zweite Tabelle aufweist, die die Temperaturanstiegskennlinie der Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils darstellt. Man kann mehrere Typen von Flüssigkeiten dadurch handhaben, daß man eine erste Tabelle schafft, die in Beziehung zu den mehreren Flüssigkeitstypen steht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung steuert die Düsen-Heizsteuereinrichtung die Düsenteil-Heizeinrichtung derart, daß sie die Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils in einer vorbestimmten Heiz-Eindringtiefe bezüglich einer Wandfläche des Düsenteils bis auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Flüssigkeit kann aus der Öffnung der Düse ausgestoßen werden, wenn zumindest die Flüssigkeit in der Nähe der Wandfläche der Düsen so aufgeheizt wird, daß ihre Viskosität verringert ist. Deshalb sollte die Heizsteuerung in der Weise durchgeführt werden, daß sie ausreicht, um lediglich die Flüssigkeit in der Nähe der Wandfläche der Düsen zu erhitzen.
Gemäß einem speziellen Aspekt genügt die Heiz-Eindringtiefe δd vorzugsweise folgender Formel: 0,05 ≤ δd/D ≤ 0,15, wobei D der Düsenteil-Durchmesser ist.
Der Aspekt, gemäß dem ausschließlich die Flüssigkeit in der Nähe der Wandfläche der Düsen aufgeheizt wird, ermöglicht eine Energieeinsparung im Vergleich zu der Situation, in der die gesamte Tinte innerhalb des Düsenteils erwärmt wird.
Die Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält außerdem: einen Ausstoßkopf, beinhaltend: eine Mehrzahl von Düsen, eine Mehrzahl von Druckkammern, die den mehreren Düsen zugeordnet sind, und einen gemeinsamen Strömungskanal, der die Flüssigkeit den mehreren Druckkammern über mehrere Zuführkanäle zuführt, die zu den jeweiligen Druckkammern führen, wobei die Düsenteil-Heizeinrichtung an dem Düsenteil jeder der mehreren Düsen des Ausstoßkopfs vorgesehen ist und für jeden der mehreren Zuführkanäle eine Zuführkanal-Heizeinrichtung vorhanden ist.
Die von der Flüssigkeitsvorratsquelle dem Ausstoßkopf zugeleitete Flüssigkeit läuft durch den gemeinsamen Strömungskanal im Inneren des Kopfs und wird an die einzelnen Druckkammern geliefert. Ein Aktuator, eine Heizung zur Expansions-Erhitzung, oder eine andere Einrichtung (ein Ausstoßtreiberelement) zum Erzeugen einer Ausstoßkraft für die Flüssigkeit, befindet sich innerhalb der Druckkammern. In anderen Worten: Flüssigkeit läuft aus einem gemeinsamen Strömungskanal durch die Zuführkanäle, sie strömt in die einzelnen Druckkammern, und sie wird aus den Druckkammern über die Düsen nach außen ausgestoßen.
Betrachtet man den gesamten Strömungskanal im Inneren des Kopfs, so erhöht sich die Querschnittsfläche des gemeinsamen Strömungskanals oder die Anzahl der Strömungskanäle in den Druckkammern, so daß die Querschnittsfläche der Zuführkanäle (des Zuführlochs) und des Düsenteils relativ klein ist. Damit ist ein Ausstoßen auch mit einer Flüssigkeit relativ hoher Viskosität dadurch möglich, daß man den Düsenteil und die Zuführkanäle, die einen relativ großen Strömungswiderstand besitzen, erhitzt, um lokal die Viskosität der Flüssigkeit zu verringern. Weil gemäß diesem Aspekt bei der lokalen Erwärmung die Ansprechgeschwindigkeit groß ist, läßt sich die Ausstoßfrequenz steigern, während gleichzeitig die verbrauchte Energiemenge im Vergleich zu dem Verfahren des Erwärmens der gesamten Tinte verringert wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfaßt eine Zuführkanal-Zeitsteuereinrichtung, die eine Aufheizzeit durch die Zuführkanal-Heizvorrichtung abhängig von der Ausstoßtreiberzeit zum Ausstoßen der Flüssigkeit aus der Öffnung des Düsenteils steuert.
Eine Verbesserung der Ausstoß-Kennwerte und Nachführ-Kennwerte läßt sich dadurch erreichen, daß man die Zuführkanal-Heizeinrichtung zum Erwärmen der Zuführkanäle auf der stromaufwärtigen Seite auf beiden Seiten der Druckkammern steuert, und die Düsenteil-Heizeinrichtung zum Erwärmen des Düsenteils auf der stromaufwärtigen Seite in Verbindung mit der Ausstoßtreiberzeit steuert.
Beispielsweise läßt sich der Ausstoßdruck der Druckkammern wirksam in Ausstoßrichtung dadurch aufbringen, daß man die Temperatur des Düsenteils allein während des Ausstoßvorgangs erhöht, um die Viskosität der Tinte im Düsenteil zu senken, und die Viskosität der Flüssigkeit in der Nähe der Zuführkanäle ohne Erwärmung der Zuführkanäle re lativ erhöht. Der Flüssigkeitsstrom von den Zuführkanälen wird erleichtert, und das Nachführen erfolgt in rascher Weise, indem die Temperatur in dem Bereich um die Zuführkanäle während des Nachführvorgangs erhöht wird. Nachdem die Nachführung im wesentlichen abgeschlossen ist, wird das Erwärmen des Düsenteils beendet, und die Viskosität der Flüssigkeit in dem Bereich um die Düsen herum ist erhöht. Die Schwingung des Meniskus, der durch den Nachführvorgang oder Nachfüllvorgang erzeugt wird, kann damit zu einem raschen Konvergieren gebracht werden.
Ein bevorzugter Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die mehreren Düsen, die mehreren Druckkammern, der gemeinsame Strömungskanal und die mehreren Zuführkanäle in Schichten ausgebildet sind, und daß in jeder der mehreren Düsen die Düse und der Zuführkanal aus Teilen unterschiedlicher Schichten zusammengesetzt sind, wobei die Düsenteil-Heizeinrichtung und die Zuführkanal-Heizeinrichtung sich in voneinander verschiedenen Schichten befinden.
Gemäß diesem Aspekt werden die Düsenteil-Heizeinrichtung und die Zuführkanal-Heizeinrichtung in voneinander verschiedenen Schichten in einem Bett angeordnet, in welchem Düsen, Druckkammern, ein gemeinsamer Strömungskanal und Zuführkanäle durch eine Schichtstruktur aus einem Plattenelement (einer Strömungskanalplatte) gebildet werden, so daß diese Heizeinrichtungen in voneinander getrennter Lagebeziehung angeordnet werden können und damit die gegenseitige Temperaturbeeinflussung ausgeschaltet wird. Aus diesem Grund lassen sich die jeweiligen Genauigkeiten der Temperatureinstellung verbessern, und Ausstoß- und Nachführleistung lassen sich über einen langen Zeitraum hinweg aufrechterhalten.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt besteht darin, daß eine Wärmeisolierschicht zwischen einer Strömungskanalplatte (Düsenschicht), in welcher die Düse ausgebildet ist, und einer weiteren Strömungskanalplatte (Zuführkanalschicht), in welcher der Zuführkanal ausgebildet ist, vorgesehen ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, in der die oben beschriebene Flüssigkeitsausstoßvorrichtung gemäß der Erfindung als Ausstoßvorrichtung für Tintentröpfchen eingesetzt wird. In anderen Worten: die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt ein Bild auf einem Aufzeichnungsmedium, indem sie Tinte aus der Öffnung der Düse ausstößt, während das Aufzeichnungsmedium relativ zu dem Aufzeichnungskopf mit der oben angesprochenen Düsenöffnung bewegt wird.
Bei der Implementierung der vorliegenden Erfindung ist der Aspekt des Aufzeichnungskopfs nicht speziell beschränkt, es ist auch möglich, daß ein sogenannter Shuttle-Scan-Druckkopf, also ein hin- und hergehender Druckkopf zum Ausführen des Druckvorgangs während der Bewegung des Druckkopfs in hin- und hergehender Weise etwa rechtwinklig zur Transportrichtung des Druckmediums verwendet wird, oder ein Vollzeilen-Druckkopf mit einer oder mehreren Reihen von Düsen, in denen eine Mehrzahl von Düsen zum Ausstoßen von Tinte aufgereiht sind über die gesamte Breite eines Druckmediums in einer Richtung etwa rechtwinklig zur Transportrichtung des Druckmediums.
Wenn der Vollzeilen-Druckkopf ein Langkopf ist, so können möglicherweise während des Druckvorgangs nicht verwendete Düsen vorhanden sein. Herkömmliche Verfahren, nach denen der gesamte Kopf erwärmt wird, neigen zu Ausstoßfehlern, weil die Tinte in den nicht benutzten Düsen während der Erwärmung austrocknet. Aus diesem Grund ist das Unterbinden der Austrocknung der Düsen eine besondere kritische Herausforderung. Erfindungsgemäß wird ein Düsenabschnitt lokal durch eine Düsenteil-Heizeinrichtung erwärmt, so daß nicht der gesamte Kopf erwärmt werden muß, und die nicht benutzten Düsen können vor einem Austrocknen bewahrt werden. Deshalb ist die vorliegende Erfindung besonders wirksam, wenn sie bei einem Vollzeilen-Druckkopf angewendet wird.
Das Düsenarray des „Vollzeilen-Druckkopfs" verläuft normalerweise entlang einer Richtung orthogonal zur Relativ-Transportrichtung (der Richtung der Relativbewegung) des Druckmediums, es ist jedoch auch ein Aspekt möglich, bei dem der Aufzeichnungskopf sich entlang einer diagonalen Richtung unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Richtung orthogonal zur Richtung der relativen Bewegung befindet. Die Array-Form der Düsen im Aufzeichnungskopf ist nicht beschränkt auf ein Einzelreihen-Array in Form einer Linie, möglich ist auch ein Matrix-Feld(-Array) aus einer Mehrzahl von Reihen. Außerdem ist ein Aspekt möglich, gemäß dem eine Mehrzahl von kurze Längenabschnitte bildenden Aufzeichnungskopfeinheiten mit einer Reihe von Düsen vorhanden sind, die keine Längen entsprechend der gesamten Breite des Druckmediums besitzen und miteinander kombiniert sind, wobei die Düsen-Reihen so konfiguriert sind, daß sie der gesamten Breite des Druckmediums entsprechen und diese Einheiten als Gesamtstruktur arbeiten.
Der Begriff „Druckmedium" bezieht sich auf ein Medium (auf Medien) das von einem Aufzeichnungskopf bedruckt wird. Es kann ein Bilderzeugungsmedium, ein Druckmedium, ein Bildaufnahmemedium oder dergleichen sein. Das Medium beinhaltet eine Papierbahn, geschnittene Papierbögen, Siegelpapier, OHP-Bögen und andere Kunstharz-Flachstücke ebenso wie Filme, Tuch und verschiedene andere Medien ungeachtet von Werkstoffen oder Formen.
Die Transporteinrichtung zur relativen Bewegung des Aufzeichnungsmediums gegenüber dem Aufzeichnungskopf enthält einen Aspekt, gemäß dem das Druckmedium gegenüber einem ortsfesten (fixierten) Aufzeichnungskopf transportiert wird, einen Aspekt, gemäß dem der Aufzeichnungskopf gegenüber einem ortsfesten Druckmedium bewegt wird, oder einen Aspekt, gemäß dem sowohl der Aufzeichnungskopf als auch das Druckmedium bewegt werden. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet der Begriff „Drucken" das Konzept nicht nur der Ausbildung von Zeichen, sondern auch der Erzeugung von Bildern in breitem Sinn, der Zeichen beinhaltet.
Erfindungsgemäß ist eine Düsenteil-Heizeinrichtung an dem Düsenteil vorgesehen, der die Größe der Ausstoß-Tröpfchen bestimmt, und es erfolgt eine Heizsteuerung für den Düsenteil abhängig von der Ausstoß-Treiberzeit derart, daß die Viskosität der Flüssigkeit in einem Bereich um die Düsen herum auf einen vorbestimmten Viskositätswert mit geringer Menge Heizenergie vermindert werden kann und die Flüssigkeit sich einfach aus der Düsenöffnung austragen läßt.
Erfindungsgemäß wird die Temperatur des Düsenteils lokal einjustiert, so daß die Heizzeit kurz ist im Vergleich zum herkömmlichen Betrieb, bei dem die Temperatur des gesamten Kopfs eingestellt wird, wobei außerdem die Anfangs-Anlaufzeit nach dem Netz-Einschalten bis zu einem möglichen ersten Druckvorgang verkürzt werden kann. Außerdem kann die vorliegende Erfindung das Austrocknen nicht benutzter Düsen verhindern und läßt sich folglich äußerst wirksam bei solchen Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen einsetzen, die mit einem gestreckten Ausstoßkopf ausgestattet sind, der eine große Anzahl von Düsen besitzt.
Eine relativ große Distanz kann zwischen den Heizeinrichtungen vorhanden sein, wobei die einander beeinflussenden Temperatureffekte durch eine Maßnahme vermieden werden können, gemäß der die Düsen, die Druckkammern, der gemeinsame Strömungskanal und die Zuführkanäle, die notwendige Komponenten für den Flüssigkeitsausstoß gemäß der Erfindung sind, in einer geschichteten Struktur ausgebildet sind, und eine Düsenteil-Heizeinrichtung und eine Zuführkanal-Heizeinrichtung in einem Plattenelement (einer Strömungskanalplatte) mit verschiedenen Schichten vorgesehen sind. Deshalb läßt sich Wärme auf ausschließlich dem Bereich um die Düsen herum und den Bereich um die Zuführkanäle herum (den Bereich um die individuellen Strömungskanäle) übertragen, so daß die Wirkung der Temperatureinstellung der Flüssigkeit beibehalten werden kann.
Als Nebeneffekt der Erfindung können ausgestoßene Tröpfchen wirksam im Einklang mit der Treiberaktion eines Aktuators oder eines anderen Ausstoß-Treiberelements in einem Steuervorgang separiert werden, bei dem die Düsenteil-Heizeinrichtung direkt vor dem Ausstoßen eingeschaltet wird oder etwa zu der Zeit ausgeschaltet wird, nachdem der Ausstoß erfolgt ist, so daß die zeitliche Lage zum Einstellen der Temperatur des Düsenteils im Verein mit der Ausstoßzeit der Flüssigkeit gesteuert wird. Dadurch läßt sich die Entstehung von Nebentröpfchen und Spritzern vermeiden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Wesen der Erfindung sowie weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen ähnliche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile in sämtlichen Figuren stehen. Es zeigen:
1 eine allgemeine schematische Darstellung einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Draufsicht auf die Hauptkomponenten eines Bereichs um eine Druckeinheit der in 1 gezeigten Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung;
3 eine Querschnittansicht der schematischen Struktur eines in dem Druckkopf ausgebildeten Tintenströmungskanals;
4 eine Draufsicht auf ein Strukturbeispiel einer Düsen-Heizvorrichtung;
5 eine vergrößerte Querschnittansicht der Nähe der Düsen;
6 ein Blockdiagramm der Hauptkomponenten der Systemkonfiguration der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung;
7A bis 7J schematische Darstellungen des Ausstoßverfahrens für Tintentröpfchen aus einer Düse;
8 ein Impulsdiagramm der Treiber-Zeitsteuerung der Düsen-Heizung und der Zuführkanal-Heizung;
9 ein Diagramm, welches die Berechnungsbedingungen für die Wärmeleitung beschreibt;
10 eine graphische Darstellung der Berechnungsergebnisse der Temperaturverteilung im Inneren der Düsen;
11 eine graphische Darstellung der Berechnungsergebnisse der Temperaturverteilung im Inneren der Düsen;
12 ein Diagramm der Aktuator-Treiberwellenform und der Korrelation zwischen der Bewegung der Tinte während des Ausstoßvorgangs, und ein Impulsdiagramm der Treiber-Zeitsteuerung der Düsenheizung und der Zuführkanalheizung;
13A und 13B Diagramme weiterer Wellenform-Beispiele für den Aktuator-Treiberimpuls;
14 eine graphische Darstellung der Berechnungsergebnisse der erforderlichen Wärmemenge;
15 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Oberflächenspannung und der Temperatur für eine gewisse Tinte;
16 eine graphische Darstellung der temperaturabhängigen Kennlinie für die jeweiligen Tinten-Viskositäten mehrerer (von vier Typen von) Tinten;
17 eine vergrößerte Querschnittansicht der Hauptkomponenten der Düsen, die dazu dienen, die Heiz-Eindringtiefe zu beschreiben;
18 eine graphische Darstellung eines Beispiels der Temperaturabhängigkeits-Kennlinie der Tinten-Viskosität;
19 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur und der Tintentiefe (der Distanz) gegenüber der Düsenwand (der Heizungsgrenze) mit der verstrichenen Zeit als Parameter;
20 ein Verarbeitungs-Blockdiagramm bezüglich der Verarbeitung zum Einstellen der Heizungs-Ansteuerung;
21 ein Diagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Berechnen der erforderlichen Heiztemperatur, um eine vorbestimmte Viskosität zum Ermöglichen eines Ausstoßvorgangs zu erhalten, wozu die Tabelle die Temperaturabhängigkeit der Tinten-Viskosität darstellt; und
22 ein Diagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Berechnen der erforderlichen Temperaturzunahme zum Steigern der geforderten Heiz-Eindringtiefe δd bis auf die erforderliche Aufheiztemperatur, wozu die Tabelle die Temperaturverteilung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Allgemeiner Aufbau einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung
1 ist eine allgemeine schematische Darstellung einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, enthält die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10: eine Druckeinheit 12 mit mehreren Druckköpfen 12K, 12C, 12M und 12Y für die Tinten mit den Farben Schwarz (K), Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y); eine Tintenspeicher-/Ladeeinheit 14 zum Speichern von Tinten, die den Druckköpfen 12K, 12C, 12M und 12Y zuzuführen sind; eine Papierzuführeinheit 18 zum Zuführen von Aufzeichnungspapier 16, eine Entkräuselungseinheit 20 zum Beseitigen von Kräuseln oder Wölbungen in dem Aufzeichnungspapier 16; eine Saugband-Transporteinheit 22 gegenüber der Düsenfläche (der Tintentröpfchen-Ausstoßfläche) der Druckeinheit 12, um das Aufzeichnungspapier 16 zu transportieren und dabei das Aufzeichnungspapier 16 flach zu halten; eine Druckbestimmungseinheit 24 zum Lesen des von der Druckeinheit 12 erzeugten Druckergebnisses; und eine Papierausgabeeinheit 26 zum Austragen eines mit einem Bild bedruckten Aufzeichnungspapiers (Druckmaterial) nach außen.
In 1 ist ein Magazin für aufgerolltes (bahnförmiges) Papier als Beispiel für die Papierzuführeinheit 18 dargestellt; allerdings können auch mehrere Magazine mit unterschiedlichen Papiermaterialien, die sich in der Papierbreite und der Qualität unterscheiden, gemeinsam vorgesehen sein. Darüber hinaus kann Papier mit Hilfe einer Kassette zugeführt werden, die Papierbögen in Schichten beinhaltet und gemeinsam mit oder anstelle eines Magazins für aufgerolltes Papier eingesetzt wird.
Im Fall einer Konfiguration, in der mehrere Typen von Aufzeichnungspapier verwendet werden können, ist es bevorzugt, wenn ein Informationsaufzeichnungsmedium wie beispielweise ein Strichcode oder ein drahtloses Etikett mit Information über den Papiertyp an dem Magazin angebracht ist, wobei die Information, die in dem Informationsaufzeichnungsmedium enthalten ist, mit einem vorbestimmten Lesegerät gelesen wird, um daraus automatisch den zu verwendenden Papiertyp zu bestimmten, wobei ein Tintentröpfchen-Ausstoß derart gesteuert wird, daß die Tintentröpfchen abhängig vom Papiertyp in passender Weise ausgestoßen werden.
Das von dem Papiervorrat 18 gelieferte Aufzeichnungspapier 16 beinhaltet aufgrund der Unterbringung in dem Magazin eine Kräuselung oder Wölbung. Um diese Kräuselung zu beseitigen, wird in der Entkräuselungseinheit 20 mit Hilfe einer Heiztrommel 30 in der der Wölbungsrichtung im Magazin entgegengesetzten Richtung Wärme auf das Aufzeichnungspapier 16 aufgebracht. Die Erwärmungstemperatur hierbei wird vorzugsweise so gesteuert, daß das Aufzeichnungspapier 16 eine Wölbung erhält, gemäß der die zu bedruckende Fläche etwas nach außen gerundet ist.
Im Fall der Konfiguration mit Rollpapier ist nach 1 eine (erste) Schneidvorrichtung 28 vorhanden, und die Papierbahn wird von der Schneidvorrichtung 28 auf die gewünschte Größe geschnitten. Die Schneidvorrichtung 28 besitzt eine ortsfeste Klinge 28A mit einer Länge gleich oder größer als der Breite des Transportwegs für das Aufzeichnungspapier 16, und eine runde Klinge 28B, die sich entlang der ortsfesten Klinge 28A bewegt. Die ortsfeste Klinge 28A befindet sich auf der Rückseite der bedruckten Oberfläche des Aufzeichnungspapiers 16, und die runde Klinge 28B befindet sich quer zu dem Trans portweg auf der Seite der bedruckten Oberfläche. Wenn geschnittenes Papier verwendet wird, ist die Schneidvorrichtung 28 nicht erforderlich.
Das entkräuselte und geschnittene Aufzeichnungspapier 16 wird der Saugriemen-Transporteinheit 22 zugeleitet, deren Aufbau einen Endlosriemen 33 aufweist, der um Walzen 31 und 32 geschlungen ist, so daß ein Teil des Endlosriemens 33 zumindest der Düsenseite des Druckkopfs 12 zugewandt ist und die Sensorfläche der Druckbestimmungseinheit 24 eine horizontale Ebene (flache Ebene) bildet.
Der Riemen 33 besitzt eine Breite, die größer ist als die Breite des Aufzeichnungspapiers 16, wobei auf der Riemenoberfläche mehrere (nicht gezeigte) Saugöffnungen gebildet sind.
An einer der Sensorfläche der Druckbestimmungseinheit 24 und der Düsenfläche der Druckeinheit 12 zugewandten Stelle befindet sich auf der Innenseite des Riemens 33, der um die Walzen 31 und 32 gemäß 1 geschlungen ist, eine Saugkammer 34. Die Saugkammer 34 erzeugt mit Hilfe eines Gebläses 35 einen Unterdruck, und das Aufzeichnungspapier 16 wird durch Ansaugen an dem Riemen 33 gehalten. Angetrieben wird der Riemen 33 im Uhrzeigersinn nach 1 mit Hilfe einer Antriebskraft eines (in 1 nicht gezeigten, jedoch in 6 bei 100 gezeigten) Motors, wobei die Antriebskraft mindestens einer der Walzen 31 und 32, um die der Riemen 33 geschlungen ist, zugeführt wird. Dabei wird das Aufzeichnungspapier 16, während es von dem Riemen 33 gehalten wird, in 1 von links nach rechts transportiert.
Da an dem Riemen 33 Tinte haftet, wenn ein randfreier Druckvorgang oder dergleichen durchgeführt wird, befindet sich an einer vorbestimmten Stelle (an einer geeigneten Stelle außerhalb des Druckbereichs) auf der Außenseite des Riemens 33 eine Riemen-Reinigungseinheit 36. Obschon die Einzelheiten des Aufbaus der Riemen-Reinigungseinheit 36 nicht dargestellt sind, beinhalten Beispiele der Einheit einen Aufbau, bei dem der Riemen 33 von einer Reinigungswalze, zum Beispiel eine Bürstenwalze, und einer wasserabsorbierenden Walze eingefaßt wird, wobei eine Gebläseeinheit vor handen ist, die Reinigungsluft auf den Riemen 33 bläst, oder wobei eine Kombination dieser Maßnahmen gewählt ist. Im Fall des Aufbaus, bei dem der Riemen 33 von der Reinigungswalze erfaßt wird, ist es bevorzugt, die Lineargeschwindigkeit der Reinigungswalze verschieden zu machen von derjenigen des Riemens 33, um den Reinigungseffekt zu steigen.
Die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10 kann einen Walzenspalt-Transportmechanismus aufweisen, in welchem das Aufzeichnungspapier 16 von den Walzen eingeklemmt und transportiert wird, anstatt von der Saugriemen-Transporteinheit 22 Gebrauch zu machen. Allerdings ergibt sich hier der Nachteil, daß der Walzenspalt-Transportmechanismus das Verschmieren des Druckguts begünstigt, wenn der Druckbereich durch das Einklemmen durch die Walze transportiert wird, weil die Walze Berührung mit der bedruckten Fläche des Papiers unmittelbar nach dem Druckvorgang hat. Aus diesem Grund ist der Saugriemen-Transport bevorzugt, bei dem nichts mit der Bildfläche im Druckbereich in Berührung gelangt.
Auf der stromabwärtigen Seite der Druckeinheit 12 befindet sich im Transportweg, der durch die Saugriemen-Transporteinheit 22 gebildet wird, ein Heizgebläse 40, welches erhitzte Luft auf das Aufzeichnungspapier 16 bläst, um dieses unmittelbar vor dem Druckvorgang zu erwärmen, damit die auf dem Aufzeichnungspapier 16 aufgebrachte Tinte leichter trocknet.
Wie in 2 gezeigt ist, bildet die Druckeinheit 12 einen sogenannten Vollzeilen-Kopf, bei dem ein Zeilenkopf mit einer der maximalen Papierbreite entsprechenden Länge sich in der Hauptabtastrichtung rechtwinklig zur Transportrichtung des Aufzeichnungspapiers 16 erstreckt (im folgenden als Papiertransportrichtung bezeichnet), wie in 2 durch einen Pfeil dargestellt ist. Die Transportrichtung verläuft im wesentlichen rechtwinklig zur Breitenrichtung des Aufzeichnungspapiers 16. Obschon die Einzelheiten des Aufbaus nicht dargestellt sind, besteht jeder der Druckköpfe 12K, 12C, 12M und 12Y aus einem Zeilenkopf, in welchem eine Mehrzahl von Tintentröpfchen-Ausstoßöffnungen (Düsen) über eine Länge angeordnet sind, die sich über mindestens eine Seite des Aufzeichnungs papiers 16 maximaler Größe erstrecken, welche zur Verwendung bei der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10 vorgesehen ist, wie aus 2 hervorgeht.
Die Druckköpfe 12K, 12C, 12M und 12Y sind in dieser Reihenfolge ausgehend von der stromaufwärtigen Seite entlang der Transportrichtung des Papiers angeordnet. Auf dem Aufzeichnungspapier 16 läßt sich ein Farbdruck dadurch erzeugen, daß die Tinten aus den Druckköpfen 12K, 12C, 12M und 12Y auf das Aufzeichnungspapier 16 ausgestoßen werden, während dieses transportiert wird.
Obschon in Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform der Aufbau mit den vier Standardfarben KCMY beschrieben wurde, sind die Kombinationen der Tintenfarben und der Anzahl der Farben nicht auf dieses Beispiel beschränkt, falls erforderlich, können helle und/oder dunkle Tinten hinzugefügt werden. Beispielsweise ist ein Aufbau möglich, bei dem die Druckköpfe zum Ausstoßen der hellfarbigen Tinten wie zum Beispiel hellem Cyan und hellem Magenta, zusätzlich vorgesehen sind.
Die Druckeinheit 12, in welcher die Vollzeilen-Köpfe, die die gesamte Breite des Papiers überdecken, für die einzelnen Farben vorgesehen sind, kann ein Bild über die gesamte Oberfläche des Aufzeichnungspapiers 16 dadurch aufbringen, daß das Aufzeichnungspapier 16 und die Druckeinheit 12 relativ zueinander in der Nebenabtastrichtung einmal bewegt werden (das heißt in Verbindung mit einem einzelnen Nebenabtastvorgang). Hierdurch ist ein Drucken mit höherer Geschwindigkeit bei verbesserter Produktivität möglich, verglichen mit einem vor- und rücklaufenden Kopfaufbau, bei dem ein Druckkopf in der Hauptabtastrichtung hin- und herfährt.
Wie in 1 zu sehen ist, besitzt die Tintenspeicher-/Ladeeinheit 14 Tanks zum Speichern der den Druckköpfen 12K, 12C, 12M und 12Y zuzuführenden Tinten, und die Tanks sind mit diesen Druckköpfen 12K, 12C, 12M und 12Y über (nicht gezeigte) Kanäle verbunden. Die Tintenspeicher-/Ladeeinheit 14 besitzt eine Warneinrichtung (zum Beispiel eine Anzeige oder einen Alarmtongenerator), um eine Warnung zu erzeugen, wenn die Restmenge irgendeiner Tinte niedrigen Pegel hat, wobei ein Mechanismus zum Verhindern von Ladefehlern unter den einzelnen Farben vorhanden ist.
Die Druckbestimmungseinheit 24 besitzt einen Bildsensor zum Erfassen eines Bilds, welches durch die Tintentröpfchen-Ablagerung durch die Druckeinheit 12 entstanden ist, und sie fungiert als Einrichtung zum Prüfen von Ausstoß-Fehlern wie beispielsweise Verklumpungen der Düsen in der Druckeinheit 12 anhand der Ergebnisse des Tintentröpfchen-Niederschlags, der durch den Bildsensor ausgewertet wird.
Die Druckbestimmungseinheit 24 dieser Ausführungsform ist mit mindestens einem Zeilensensor ausgestattet, der Reihen photoelektrischer Wandlerelemente mit einer Breite aufweist, die größer ist als die Tintentröpfchen-Ausstoßbreite (der Bild-Aufzeichnungsbreite) der Druckköpfe 12K, 12C, 12M und 12Y. Dieser Zeilensensor enthält einen Farbseparierungs-Zeilen-CCD-Sensor mit einer roten (R) Sensorreihe aus photoelektrischen Wandlerelementen (Pixeln), die in einer Zeile angeordnet sind und mit einem R-Filter ausgestattet sind, einer grünen (G) Sensorreihe mit einem G-Filter, und einer blauen (B) Sensorreihe mit einem B-Filter. Anstelle eines Zeilensensors besteht die Möglichkeit, einen Flächensensor einzusetzen, der aus photoelektrischen Wandlerelementen besteht, die zweidimensional angeordnet sind.
Die Druckbestimmungseinheit 24 liest ein mit den Druckköpfen 12K, 12C, 12M und 12Y für die jeweiligen Farben gedrucktes Testmuster, und es wird der Ausstoß für jeden Kopf ermittelt. Das Ermitteln des Ausstoßvorgangs beinhaltet das Vorhandensein des Ausstoßvorgangs, die Messung der Punktgröße und die Messung der Punkt-Niederschlagsstelle.
Eine Nachtrocknungseinheit 42 schließt sich an die Druckbestimmungseinheit 24 an. Die Nachtrocknungseinheit 42 ist eine Einrichtung zum Trocknen der gedruckten Bildfläche und enthält beispielsweise ein Heizgebläse. Es ist bevorzugt, eine Berührung mit der bedruckten Fläche solange zu vermeiden, bis die gedruckte Tinte trocknet, wobei eine Einrichtung bevorzugt wird, die erwärmte Luft auf die bedruckte Fläche bläst.
In solchen Fällen, in denen ein Druck mit einer Farbstoff-Tinte auf porösem Papier erfolgt, verhindert ein Blockieren der Poren des Papiers durch Aufbringen von Druck, daß die Tinte in Berührung mit Ozon oder einer anderen Substanz kommt, die eine Auflösung der Farbstoff-Moleküle verursacht, was Einfluß auf die Erhöhung der Haltbarkeit des Drucks hat.
Eine Heiz-/Druckaufbringeinheit 44 schließt sich an die Nachtrocknungseinheit 42 an. Die Heiz-/Druckaufbringeinheit 44 ist eine Einrichtung zum Steuern des Glanzes der Bildfläche, wobei die Bildfläche mit einer Andrückwalze 45 angedrückt wird, die eine vorbestimmte unebene Oberflächenform hat, während die Bildfläche erwärmt wird, so daß sich die ungleichmäßige Form auf die Bildfläche überträgt.
Das auf diese Weise hergestellte Druckgut wird über die Papierausgabeeinheit 36 ausgegeben. Der Zieldruck (das heißt das Ergebnis des Druckens des Zielbilds) und der Testdruck werden vorzugsweise separat ausgegeben. In der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10 befindet sich eine (nicht gezeigte) Sortiereinrichtung zum Umschalten des Ausgabewegs, um das Druckgut mit dem Zieldruck und das Druckgut mit dem Testdruck zu sortieren und die Materialien in Papierausgabeeinheiten 26A bzw. 26B auszutragen. Wenn der Zieldruck und der Testdruck gleichzeitig parallel auf gleich großem Papierbogen erfolgen, wird der Testdruckteil von einer (zweiten) Schneidvorrichtung 48 abgeschnitten und abgetrennt. Die Schneidvorrichtung 48 befindet sich direkt vor der Papierausgabeeinheit 26 und dient zum Abschneiden des Testdruckteils von dem Zieldruckteil, wenn im freien Bereich des Zieldrucks ein Testdruck erfolgt ist. Der Aufbau der Schneidvorrichtung 48 ist der gleiche wie der der oben beschriebenen ersten Schneidvorrichtung 28. Die Vorrichtung besitzt eine ortsfeste Klinge 48A und eine runde Klinge 48B.
Obschon in 1 nicht dargestellt, ist an der Papierausgabeeinheit 26A für Zieldrucke ein Sortierer zum Sammeln von Drucken (Abzügen) nach Druckaufträgen vorhanden.
Querschnittsstruktur des Bereichs um die Düsen herum
3 ist eine Querschnittansicht, die den schematischen Aufbau eines Tintenströmungskanals zeigt, der in jedem der Druckköpfe 12K, 12C, 12M und 12Y ausgebildet ist (im folgenden werden sämtliche Druckköpfe mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet). In 3 bezeichnet 51 eine Düse zum Ausstoßen von Tinte, 52 eine Druckkammer, 53 einen gemeinsamen Strömungskanal, 54 eine Schwingungsplatte und 55 einen Aktuator.
Die für die Düse 51 vorgesehene Druckkammer 52 ist mit dem gemeinsamen Strömungskanal 53 über einen Zuführkanal 56 gekoppelt. Die von der Tintenspeicher-/Ladeeinheit 14 gelieferte Tinte gelangt durch den gemeinsamen Strömungskanal 53 und wird der Druckkammer 52 zugeleitet. Der Aktuator 55 ist mit einer (nicht gezeigten) diskreten Elektrode ausgestattet und mit der Schwingungsplatte 54 verbunden, die die Bodenfläche der Druckkammer 52 bildet. Durch Anlegen einer Treiberspannung an die diskrete Elektrode wird der Aktuator 55 verformt, und es wird Druck auf die im Inneren der Druckkammer 52 befindliche Tinte ausgeübt, um die Tinte aus der Düse 51 auszutreiben. In anderen Worten: ein Verfahren, mit dem Tintentröpfchen durch Verformung des Aktuators 55 in Gestalt eines Piezoelements (eines piezoelektrischen Elements) ausstößt, findet bei der vorliegenden Ausführungsform Anwendung.
Wie in dem Diagramm gezeigt ist, ist der Druckkopf 50 dieser Ausführungsform derart ausgestaltet, daß ein Tintenströmungskanal in Form einer Schichtstruktur aus Plattenelementen gebildet wird, in denen Löcher und Nuten durch Ätzen oder dergleichen in SUS-Plättchen oder anderen dünnen Plattenelementen ausgebildet sind. Eine Struktur, in der vier Plattenelemente in Schichten auf der Schwingungsplatte 54 angeordnet sind, ist in 3 dargestellt. In anderen Worten: die Plattenelemente besitzen einen Aufbau, bei dem folgende Schichtungen vorhanden sind: eine erste Strömungskanalplatte (Düsenschicht) 61 mit der Ausstoßöffnung der Düse 51, eine zweite Strömungskanalplatte 62, die die Seitenfläche des gemeinsamen Strömungskanals 53 bildet, eine dritte Strömungskanalplatte (eine Zuführkanalschicht) 63 mit dem Zuführkanal 56, und eine vierte Strömungskanalplatte 64, die die Seitenfläche der Druckkammer 52 bildet.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist, befindet sich in dem den Strömungskanal der Düse 51 in der ersten Strömungskanalplatte (Düsenschicht) 61 zur Bildung des Strömungskanals, der die Ausstoßöffnung der Düse 51 anschließt, umgebenden Bereich eine erste Heizung (im folgenden als „Düsenheizung" bezeichnet) 66. Eine zweite (im folgenden als „Zuführkanalheizung" bezeichnete) Heizung 67 befindet sich in dem Bereich um den Zuführkanal 56 herum innerhalb der dritten Strömungskanalplatte 63, die den Zuführkanal 56 bildet, der die Druckkammer 52 mit dem gemeinsamen Strömungskanal 53 verbindet.
4 ist eine Draufsicht auf ein Strukturbeispiel der Düsenheizung 66. Die Düsenheizung 66 setzt sich zusammen aus mehreren Heizblöcken (drei Blöcken in 4) 66A, 66B und 66C, wobei diese Heizblöcke 66A bis 66C so ausgestaltet sind, daß sie sich entlang dem Umfang erstrecken, der den Bereich um den Strömungskanal der Düse 51 umgibt. Jeder Heizblock 66A bis 66C hat einen Aufbau, bei dem die Elektroden 68A, 68B und 68C, die den Grundlinien entsprechen, mit den Elektroden 69A, 69B und 69C verbunden sind, die den Signalleitungen entsprechen. Diese Blöcke 66A bis 66C erzeugen Wärme durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung an diese Elektroden.
5 ist eine vergrößerte Ansicht (eine vergrößerte Ansicht des in 3 mit dem Bezugszeichen 5 bezeichneten Ausschnitts) der Nähe der Spitze der Düse. Wie in der Zeichndung dargestellt ist, besteht der Bereich um den Strömungskanal der Düse 51 herum aus einer Isolierschicht 70. Eine Isolierschicht 73 befindet sich auf der obersten Schicht einer Ausstoßfläche 72. Unterhalb einer Signalleitungsschicht 74 befinden sich eine Heizung 75 und eine Masseleitung 76. Unterhalb der Masseleitung 76 befindet sich eine Isolierschicht 77.
Der Verdrahtungsteil der Signalleitung 74 und der Masseleitung 76 besteht beispielsweise aus einer Aluminium-(Al-)Schicht mit einer Dicke von 0,8 μm, einer Verdrahtungsbreite von 5 μm und einem Verdrahtungsabstand von ebenfalls 5 μm. Es ist ersichtlich, daß der Aufbau das Verdrahtungsteil nicht auf diese eine Option beschränkt ist, sondern daß die Möglichkeit besteht, von einem anderen Metall als Aluminium Gebrauch zu machen.
Die Heizung 75 besteht aus einer ternären Legierung Ta-Si-O, kann sich aber auch aus einer Einzelschicht aus Ta, TaN oder dergleichen zusammensetzen. Die Isolierschichten 70, 73 und 77 können aus einem anorganischen Film aus SiO₂ mit einer Dicke von 0,5 μm bestehen, möglich ist aber auch ein Material wie Cytop (Produktname, hergestellt von Asahi Glass Company) oder einem anderen Fluorharz. Auch in diesem Fall beträgt die Dicke vorzugsweise etwa 0,5 μm oder weniger.
Die Struktur der Düsenheizung 66 ist in den 4 und 5 dargestellt, allerdings ist die Struktur der Zuführkanalheizung 67 bei dem Bezugszeichen 67 in 3 die gleiche wie die Struktur der Düsenheizung 66, so daß auf eine Beschreibung verzichtet wird.
Sytemaufbau
Figur ist ein Blockdiagramm der Hauptkomponenten des Systemaufbaus der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10, die eine Kommunikationsschnittstelle 80, eine Systemsteuerung 82, einen Bildspeicher 84, einen Motortreiber 86, einen Heizungstreiber 88, eine Drucksteuerung 90, einen Bildpufferspeicher 92, einen Kopftreiber 94, einen Kopfheizungstreiber 96 und weitere Komponenten enthält.
Die Kommunikationsschnittstelle 80 ist eine Schnittstelleneinheit zum Empfangen von Bilddaten, die von einem Host-Computer 98 geliefert werden. Als Kommunikationsschnittstelle 80 dient eine serielle Schnittstelle, beispielsweise USB, IEEE1394, Ethernet, ein drahtloses Netzwerk oder eine Parallel-Schnittstelle, wie zum Beispiel eine Centronics-Schnittstelle. Ein (nicht gezeigter) Pufferspeicher kann in diesem Teil angeordnet sein, um die Übertragungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die von dem Host-Computer 98 gesendeten Bilddaten werden von der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10 über die Kommunikationsschnittstelle 80 empfangen und vorübergehend in dem Bildspeicher 84 abgespeichert. Der Bildspeicher 84 ist eine Speichereinrichtung zur Zwischenspeicherung von Bildern, die über die Kommunikationsschnittstelle 80 eingegeben wurden, wobei die Daten in den Bildspeicher 84 über die Systemsteuerung 82 eingeschrieben und auch darüber ausgelesen werden. Der Bildspeicher 84 ist nicht beschränkt auf einen Halbleiter speicher, möglich ist auch ein Festplattenlaufwerk oder ein anderes magnetisches Aufzeichnungsmedium.
Die Systemsteuerung 82 steuert die Kommunikationsschnittstelle 80, den Bildspeicher 84, den Motortreiber 86, den Heizungstreiber 88 und weitere Komponenten. Die Systemsteuerung 82 besitzt eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), Peripherieschaltungen hierzu und dergleichen. Die Systemsteuerung 82 steuert die Kommunikation zwischen sich selbst und dem Host-Computer 98, sie steuert das Lesen und das Schreiben aus dem und in den Bildspeicher 84, und sie führt weitere Funktionen aus, außerdem erzeugt sie Steuersignale zum Steuern einer Heizung 102 und des Motors 100 des Transportsystems.
Der Motortreiber (die Treiberschaltung) 86 treibt den Motor 100 abhängig von Befehlen seitens der Systemsteuerung 82. Der Heizungstreiber (die Treiberschaltung) 88 treibt die Heizung 102 der Nachtrocknungseinheit 42 oder dergleichen abhängig von Befehlen aus der Systemsteuerung 82.
Die Drucksteuerung 90 enthält eine Signalverarbeitungsfunktion zum Ausführen unterschiedlicher Aufgaben, Kompensationen und anderen Arten von Verarbeitungen zum Erzeugen von Drucksteuersignalen aus den Bilddaten, die in dem Bildspeicher 84 gespeichert sind, abhängig von Befehlen aus der Systemsteuerung 82, um die erzeugten Drucksteuersignale (Druckdaten) an den Kopftreiber 94 zu geben. Die erforderliche Signalverarbeitung erfolgt in der Drucksteuerung 90, und die zeitliche Lage des Ausstoßens und die Ausstoßmenge der Tintentröpfchen aus dem Druckkopf 50 werden von dem Kopftreiber 94 auf der Grundlage der Bilddaten gesteuert. Die gewünschten Punktgrößen und die Punktplazierung können auf diese Weise erreicht werden.
Die Drucksteuerung 90 ist mit dem Bildpufferspeicher 92 ausgestattet. Bilddaten, Parameter und andere Daten werden vorübergehend in dem Bildpufferspeicher 92 gespeichert, während die Bilddaten in der Drucksteuerung 90 verarbeitet werden. Der in 6 dargestellte Aspekt sieht vor, daß der Bildpufferspeicher 92 die Drucksteuerung 90 begleitet. Allerdings kann der Bildspeicher 84 auch als der Bildpufferspeicher 92 dienen. Ebenfalls möglich ist ein Aspekt, bei dem die Drucksteuerung 90 und die Systemsteuerung 82 in Form eines einzelnen Prozessors zusammengefaßt sind.
Der Kopftreiber 94 treibt Aktuatoren für die Druckköpfe 12K, 12C, 12M und 12Y der jeweiligen Farben auf der Grundlage der von der Drucksteuerung 90 empfangenen Druckdaten. Ein Rückkopplungssystem zum Konstanthalten der Treiberbedingungen für die Druckköpfe kann in dem Kopftreiber 94 enthalten sein.
Der Kopfheizungstreiber 96 erzeugt ein Signal zum Treiben der Düsenheizung 66 und der Zuführkanalheizung 67 abhängig von einem Befehl aus der Drucksteuerung 90. Die Steuerung der zeitlichen Lage beim Treiben des Ausstoßvorgangs für die Tinte und der zeitlichen Lage des Aufheizens für die Düsenheizung 66 und die Zuführkanalheizung 67 wird später erläutert.
Die zu druckenden Bilddaten werden von außen über die Kommunikationsschnittstelle 80 eingegeben und in dem Bildspeicher 84 angesammelt. In diesem Stadium werden in dem Bildspeicher 84 RGB-Bilddaten gespeichert.
Die in dem Bildspeicher 84 angesammelten Bilddaten werden an die Drucksteuerung 90 über die Systemsteuerung 82 geliefert und werden für jede Farbe mit Hilfe eines bekannten Zufall-Ditheralgorithmus oder nach einer anderen Methode innerhalb der Drucksteuerung 90 in die Punktdaten umgewandelt. In anderen Worten: die Drucksteuerung 90 führt eine Routine zum Umwandeln der eingegebenen RGB-Bilddaten in Punktdaten für die vier Farben YCMK aus. Die von der Drucksteuerung 90 erzeugten Druckdaten werden in einem Bildpufferspeicher 92 angesammelt.
Der Kopftreiber 94 erzeugt ein Treibersteuerungssignal für den Druckkopf 50 auf der Grundlage der in dem Bildpufferspeicher 92 gespeicherten Punktdaten. Tinte wird aus der Düse 51 in dem Druckkopf 50 dadurch ausgestoßen, daß das von dem Kopftreiber 94 erzeugte Drucksteuersignal an den Druckkopf 50 gelegt wird. Auf dem Aufzeichnungspa pier 16 wird ein Bild erzeugt, indem der Tintenausstoß aus dem Druckkopf 50 synchron mit der Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungspapiers 16 gesteuert wird.
Die Druckbestimmungseinheit 24 ist ein Block, der den oben in Verbindung mit 1 beschriebenen Zeilensensor enthält, der das auf dem Aufzeichnungspapier 16 gedruckte Bild liest, der die Druckbedingungen durch Ausführen einer angemessenen Signalverarbeitung oder dergleichen ermittelt (das Vorhandensein des Ausstoßes, die Schwankung in der Punktlage und dergleichen), und der die Ermittlungsergebnisse über die Druckbedingungen an die Drucksteuerung 90 liefert.
Als nächstes wird die zeitliche Steuerung zum Einstellen der Temperatur der Tinte in der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert.
Zeitliche Steuerung der Temperatur mit Betonung des Fluid-Phänomens
7A bis 7J sind schematische Diagramme, die ein Beispiel für den Ausstoßvorgang für Tintentröpfchen mit Hilfe der Pull-Push-Pull-Meniskussteuerung veranschaulichen. Die Folge von Ausstoßvorgängen, die in dem Diagramm dargestellt sind, wird realisiert durch die Treibersteuerung des Aktuators 55. Als erstes erfolgt eine sanfte Zugwirkung (Pull), um den Druck vor dem Tintenausstoß zu verringern, und der Meniskus 120 (die Grenze zwischen der Tinte 122 im Inneren der Düse 51 und der Außenluft) erhält eine vorbestimmte Form (7A und 7B). Die Ausstoßwirkung wird dann ausgehend von diesem Zustand energisch vorgenommen (7C bis 7H), es wird erneut eine Zugwirkung (Pull) nach dem Ausstoßen erzeugt, und das Tintentröpfchen 126 wird mit vorbestimmten Größen separiert, und die Schwingung des Meniskus 120 wird gehemmt (7I bis 7J).
Der in 7D dargestellte Zustand eines solchen Fluid-Phänomens, das heißt die Zeit t = Tn, zu der die Tinte 122 die Ausstoßfläche (die Düsenfläche) 124 verläßt, wird als Referenzgröße für die Temperatur-Zeitsteuerung eingestellt.
8 ist ein Beispiel für ein Impulsdiagramm, welches die Treiber-Zeitsteuerung der Düsenheizung 66 und der Zuführkanalheizung 67 veranschaulicht. In diesem Abschnitt ist der in 7D gezeigte Zustand als „Ausstoßen" definiert.
Der Treiber-Startzeitpunkt T1 der Düsenheizung 66 liegt 1 μs bis 100 μs vor Tn. Wenn ΔTn1 = T1 – Tn, dann –100 μs ≤ ΔTn1 ≤ –1 μs. Die Bedingung ΔTn1 ≤ –1 μs bedeutet, daß 1 μs oder mehr notwendig ist, um die Tinte in dem Bereich um die Düse herum zu erwärmen und die Temperatur zu erhöhen.
Der Treiber-Endzeitpunkt T1' für die Düsenheizung 66 liegt 20 μs vor Tn bis 50 μs danach. Wenn ΔTn1' = T1' – Tn, dann –20 μs ≤ ΔTn1' ≤ 50 μs. Der Grund für das Ausschalten der Düsenheizung 66 unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem Ausstoß (–20 μs bis +20 μs) besteht darin, die Aufheizzeit zu verkürzen und die Wärmemenge zu verringern. Ein bevorzugter Aspekt, wonach die Düsenheizung 66 nach dem Ausstoßvorgang (+20 μs bis +50 μs) ausgeschaltet wird, besteht darin, die Viskosität der Tinte auch während des Nachfüllens zu reduzieren, so daß das Nachfüllen im Anschluß an den Ausstoßvorgang rasch abläuft.
Der Treiber-Startzeitpunkt T2 für die Zuführkanalheizung 67 liegt 1 μs bis 100 μs nach Tn. Wenn ΔTn2 = T2 – Tn, so gilt 1 μs ≤ ΔTn1 ≤ 100 μs. Die Bedingung, daß ΔTn1 ≥ 1 μs bedeutet, daß 1 μs oder mehr erforderlich ist, um die Temperatur der Tinte in dem Zuführkanal 56 zu erhöhen.
Das Nachfüllen oder -führen nach dem Ausstoßen beginnt 0 bis 100 μs oder häufig 0 bis 50 μs später, so daß das Treiben der Zuführkanalheizung 67 mit dem oben angegebenen zeitlichen Ablauf gestartet wird. Der Treiber-Endzeitpunkt T2' für die Zuführkanalheizung 67 bestimmt sich auf der Grundlage der Treiberfrequenz des Aktuators 55.
Der Umstand, daß mindestens 1 μs Heizzeit erforderlich ist, um die Temperatur der Tinte innerhalb der Düsenheizung 66 und der Zuführkanalheizung 67 zu erhöhen, leitet sich aus der Berechnung der Temperaturverteilung im Inneren der Düse ab, wie im folgenden gezeigt wird.
Bei der Berechnung erfolgt eine Approximation durch die Wärmeübertragung (ein Modell ohne Konvektion) eines semi-infiniten Fluids. Die Koordinatenachse der Position x wird auf die Grenzfläche 144 als die Referenzgröße für ein Niedertemperatur-Fluid (das semi-infinite Fluid 142) eingestellt, die in Berührung mit einer Temperaturquelle 140 steht, wie in 9 gezeigt ist. Als Anfangsbedingung soll das semi-infinite Fluid 142 gleichmäßig eine Anfangstemperatur T0 haben, wobei Ts die Temperatur der Ebene x = 0 zur Zeit τ = 0 sei. Anschließend bleibt Ts konstant.
Was die Temperatur T(τ, x) zur Zeit τ an der Stelle x angeht, so gilt folgende Formel (1) für die oben genannten Bedingungen:
wobei erf(β) eine Fehlerfunktion ist, ausgedrückt durch folgende Formel (2):
wobei β durch folgende Formel (3) gegeben ist:
In der Formel (3) ist a eine Wärmeleitfähigkeit (m²/s), ausgedrückt durch folgende Formel (4):
wobei λ die Wärmeleitfähigkeit (W/m·K)) ist, ρ die Dichte (kg/m³) ist und C_P die spezifische Wärmekapazität (J/kg·K)) ist. Im Fall von Wasser gelten λ = 0,61, ρ = 1000 und C_P = 4180, so daß a = 1,46 × 10^–7.
Die Temperatur T zur Zeit τ an einer Stelle, die um x von der Temperaturquelle beabstandet ist, läßt sich mit Hilfe der obigen Formeln (1) bis (4) errechnen.
Die Wärmemenge Q(J/m²), die von der Einheitsfläche der Oberfläche während der Zeit τ = 0 bis τ eintritt, drückt sich durch folgende Formel (5) aus:
Die erforderliche Wärmemenge läßt sich aus der Formel (5) errechnen.
Die Zusammensetzung einer üblichen Tinte auf Wasserbasis enthält 80 % oder mehr Wasser, so daß unter der Annahme, daß es sich bei der Flüssigkeit um Wasser handelt, die Temperaturverteilung berechnet werden kann. Die Berechnung gilt für den Fall, daß die Anfangstemperatur T₀ = 300K beträgt und die Grenztemperatur T_S = 350K gemäß 10 beträgt. Die Berechnungsergebnisse für die Anfangstemperatur T₀ = 300K und die Grenztemperatur T_S = 400K sind in 11 gezeigt.
Aus diesen graphischen Darstellungen läßt sich entnehmen, daß die Temperatur der Tinte (von Wasser, für Berechnungszwecke) bei einer Dicke von 1 μm von der Heizungsgrenze in einer Aufheizzeit von 1 μs erhöht werden kann. Außerdem beträgt der Bereich von Entfernungen, in denen eine Temperaturerhöhung innerhalb von einigen zehn Mikrosekunden beobachtet werden kann, einige Mikrometer gegenüber der Heizungsgrenze. Un ter der Annahme eines Düsendurchmessers von etwa 30 μm läßt sich die Temperatur an einem Außenumfang von etwa 10 % in bezug auf den Düsendurchmesser erhöhen.
Zeitliche Steuerung der Temperatur mit Betonung auf der Aktuator-Treiberwellenform
12 ist ein Diagramm, welches die Korrelation zwischen der Bewegung der Tinte während des Ausstoßvorgangs zeigt, außerdem ein Impulsdiagramm, welches die zeitliche Treibersteuerung der Düsenheizung 66 und der Zuführkanalheizung 67 mit Betonung auf der Aktuator-Treiberwellenform veranschaulicht. In dem Diagramm entspricht die horizontale Achse der Zeit, die vertikale Achse entspricht der Spannung.
Ta ist die Aktuator-Treiberzeit, wenn Tinte 122 aus der Düsenfläche 124 gemäß 12 ausgestoßen wird, und Ta ist der Referenzwert für die Heizungssteuerung. Der Vorgang, mit dem die Tinte 122 dazu gebracht wird, aus der Düsenfläche 124 ausgestoßen zu werden, wird dadurch realisiert, daß man den Aktuator treibt, damit er das Volumen der Druckkammer 52 verringert. In anderen Worten: der Zeitpunkt, zu dem die Tinte 122 die Düsenfläche 124 nach außen hin verläßt, liegt innerhalb des Treiberintervalls zum Versetzen des Aktuators 55 in die Richtung zum Reduzieren des Volumens der Druckkammer, und wenn es mehrere solche Treiberintervalle gibt, so ist die Abweichung unter diesen Intervallen dasjenige Intervall, bei dem es die maximale Differenz des elektrischen Potentials oder die größte Steigung des Treiberimpulses gibt.
Damit liegt die Betonung auf der Stelle, an der die Spannungsänderung am größten ausfällt, oder der Stelle, an der die zeitliche Ableitung der Spannungsänderung innerhalb einer Folge von Spannungssignalen am größten ist, und der Zeitpunkt zum Treiben des Aktuators zwecks Realisierung eines Ausstoßvorgangs wird als Referenzwert Ta eingestellt. Außerdem werden der Treiberzeitpunkt für die Düsenheizung und die Zuführkanalheizung annähernd auf den Referenzwert Ta eingestellt.
Speziell wird der Treiberzeitpunkt für jede Heizung dadurch eingerichtet, daß Tn mit Ta in der gleichen Weise ersetzt wird wie bei dem in 8 beschriebenen Beispiel.
Die Aktuator-Treiberwellenform ist nicht auf das Beispiel nach 12 begrenzt. 13A und 13B zeigen weitere Wellenform-Beispiele für den Aktuator-Treiberimpuls. Eine Vielfalt von Typen von Aktuator-Treiberwellenform ist möglich, in jedem Fall jedoch entscheidet sich eine passende Zeit als Referenzzeit Ta unter den Zeitspannen, in denen die Differenz des elektrischen Potentials und die Steigung maximal sind. Die Zeit ist nicht auf Ta nach 12 und 13 begrenzt, möglich ist auch ein Aspekt, bei dem die Zeit, zu der die Spannung den Wert Null hat, als Referenzzeit Ta eingerichtet wird.
Auswertung der thermostatischen Wärmemenge
Die erforderliche Wärmemenge wird mit der obigen Formel (5) berechnet. Angenommen, daß es sich bei der Flüssigkeit um Wasser handelt, beträgt die Anfangstemperatur T₀ 300K. Die Form der Düse sei eine zylindrische Form mit einem Radius von 15 μm, einer Höhe von 50 μm und einer inneren Oberfläche von 4,7 × 10^–9 m². Die Berechnungsergebnisse für die Heiztemperatur von 350K und 400K sind in 14 gezeigt.
Wie außerdem in 14 gezeigt ist, beträgt die erforderliche Wärmemenge in einem Bereich von einigen zehn Mikrosekunden mehrere Mikrojoules. Selbst dann, wenn der Kopf genauso warm ist wie die Tinte, beträgt die Wärmemenge der Heizung etwa 10 μJ, und beträgt 20 μJ oder weniger selbst dann, wenn eine hohe Schätzung vorliegt. Aus diesem Gesichtspunkt wird die Temperatureinstellzeit durch die Düsenheizung 66 und die Zuführkanalheizung 67 auf 100 μs oder weniger eingestellt.
Temperaturabhängigkeits-Charakteristik der physikalischen Eigenschaften der Tinte
Temperaturbedingte Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Tinte schwanken abhängig vom Typ der Tinte. 15 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Oberflächenspannung und der Temperatur für eine gewisse Tinte. 16 ist eine graphische Darstellung der Temperaturabhängigkeit der Tinten-Viskositäten für vier Typen von Tinten. Wenn die Temperatur der Tinte zunimmt, verringert sich die Oberflä chenspannung, und die Viskosität neigt zum Abnehmen, wie aus diesen Diagrammen entnehmbar ist.
Durch Experimente wurde erkannt, daß Tinte dann ausgestoßen werden kann, wenn es möglich ist, die Viskosität im Bereich der Tinte innerhalb der Düse 51 zu verringern, der sich in der Nähe der Kontaktfläche mit der Düsenwand befindet. In anderen Worten: wenn D der Durchmesser der Düse 51 ist und die Heiz-Eindringtiefe gegenüber der Düsenwand δd beträgt, wie in 17 gezeigt ist, so läßt sich die Tinte dann in zufriedenstellender Weise ausstoßen, wenn die Heiz-Eindringtiefe der Bedingung 0,05 ≤ δd/D genügt, und die Heizenergie läßt sich um die Hälfte verringern, wenn die Heiz-Eindringtiefe der Bedingung δd/D ≤ 0,15 entspricht.
Die nachstehende Tabelle 1 zeigt die Auswertungsergebnisse für die Tinten-Ausstoßbedingungen, das relative Verhältnis der Heizenergie, und die Auswertungsergebnisse der Energieeinsparungseffekte für die Experimente, die ausgeführt wurden, während die Bedingungen für δd/D geändert wurden. Tabelle 1
Wie aus den Versuchsergebnissen in Tabelle 1 ersichtlich ist, sind sowohl die Tintenausstoßbedingungen als auch die Energieeinsparungseffekte dann zufriedenstellend, wenn die Heiz-Eindringtiefe die Bedingung 0,05 ≤ δd/D ≤ 0,15 erfüllt.
Beispiel fü die Temperatursteuerung unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften der Tinte
Im folgenden wird die Temperatursteuerung dieser Ausführungsform anhand eines spezifischeren Beispiels erläutert. Aus einer Simulation durch numerische Berechnung wurde ermittelt, daß Tinte dann ausgestoßen werden kann, wenn die Tinte eine geringe Viskosität von 5 cP oder weniger in einem Abstand von 1 μm gegenüber der Düsenwand besitzt, oder wenn die Tinte eine hohe Viskosität besitzt.
Wie bereits beschrieben, ist es ersichtlich, daß als ein Merkmal der Tinte deren Viskosität bei zunehmender Temperatur abnimmt. Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität ist in 18 gezeigt. Für die in der graphischen Darstellung dargestellte Tinte erreicht die Viskosität 5 cP oder weniger bei 40°C oder mehr.
Die Zunahme der Tintentemperatur im Düsenbereich aufgrund der Düsenheizung 66 wird erhalten durch Berechnung der Wärmeleitung. 19 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur der Tintentiefe (des Abstands) von der Düsenwand (der Heizungsgrenze), wenn die Düsenwand auf 350K gehalten wird, wobei die verstrichene Zeit (μs) ein Parameter ist. Nach diesem Diagramm ist ersichtlich, daß 3 μs oder mehr erforderlich sind, um eine Temperaturzunahme der Tinte in einem Abstand von 1 μm von der Düsenwand auf 40°C oder mehr (5 cP oder weniger) zu erreichen. Bei dieser Tinte muß folglich der Treiber-Startzeitpunkt T1 für die Düsenheizung 66 auf 3 μs oder mehr vor Ta oder Tn eingestellt werden.
Damit werden die erforderliche Heiztemperatur und Temperaturanstiegszeit aus den physikalischen Eigenschaften der zu verwendenden Tinte, den Düsenbedingungen und weiteren Faktoren berechnet, und die Treiberzeit der Düsenheizung 66 wird abhängig von den Berechnungsergebnissen eingestellt. Die Treiberzeit der Zuführkanalheizung 67 wird ebenfalls nach den gleichen Berechnungen eingestellt.
20 ist ein Verarbeitungs-Blockdiagramm für die Verarbeitung zum Einstellen der Heizungs-Treiberzeit. Die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10 besitzt eine Tinteninformations-Erfassungseinheit 160 zum Erfassen von Information über die zu verwendende Tinte, eine erste Berechnungsverarbeitungseinheit 62 zum Berechnen der Temperaturabhängigkeit der Tintenviskosität, eine erste Tabellenspeichereinheit 164 zum Speichern von Tabellendaten, die die Temperaturabhängigkeit der Viskosität von mindestens einem Tintentyp (vorzugsweise von mehreren Typen) speichert, eine zweite Berechnungsverarbeitungseinheit 166 zum Berechnen der Tintentemperatur-Anstiegscharakteristik innerhalb der Düse, eine zweite Tabellenspeichereinheit 168 zum Speichern von Tabellendaten, die die Temperaturabhängigkeit der Temperaturverteilung in der Tinte darstellt, und Zeiteinstelleinheiten 170 und 172 zum Einstellen der jeweiligen Treiberzeiten für die Düsenheizung 66 und die Zuführkanalheizung 67 anhand der Berechnungsergebnisse von der ersten Berechnungsverarbeitungseinheit 162 und der zweiten Berechnungsverarbeitungseinheit 166.
Die in 20 gezeigte Verarbeitungsfunktion kann von der Systemsteuerung 82 nach 6 ausgeführt werden, von der Drucksteuerung 90 oder von einer Kombination dieser Komponenten.
Information über die zu verwendete Tinte wird von der Tinteninformations-Erfassungseinheit 160 erhalten, und die Temperaturabhängigkeit der Viskosität der zu verwendenden Tinte wird in der ersten Berechnungsverarbeitungseinheit 162 gemäß 20 berechnet. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die erste Berechnungsverarbeitungseinheit 162 Bezug auf Tabellendaten in der ersten Tabellenspeichereinheit 164, und es wird die Heiztemperatur (die erforderliche Heiztemperatur) zum Gewinnen einer Viskosität, die ein Ausstoßen ermöglicht, für die entsprechende Tinte berechnet, wie in 21 gezeigt ist.
Die Berechnungsergebnisse der ersten Berechnungsverarbeitungseinheit 162 nach 20 werden an die zweite Berechnungsverarbeitungseinheit 166 gegeben, die auf die in der zweiten Tabellenspeichereinheit 164 gespeicherten Tabellendaten Bezug nimmt, um die Temperaturanstiegszeit anhand der erforderlichen Heiztemperaturinformation und der erforderlichen Heiz-Eindringtiefe δd zu berechnen, die erforderlich ist, um die Temperatur in der erforderlichen Heiz-Eindringtiefe δd auf die erforderliche Heiztemperatur anzuheben, wie aus 22 ersichtlich ist.
Die Temperaturanstiegsinformation, die auf diese Weise berechnet wurde, wird an die Zeiteinstelleinheiten 170 und 172 in 20 gesendet, und die jeweiligen Treiberzeiten für die Düsenheizung 66 und die Zuführkanalheizung 67 werden abhängig von der Temperaturanstiegszeit eingerichtet.
Bei dieser Ausführungsform werden die Düsen im Verein mit der Tintenausstoßzeit so einjustiert, daß hochviskose Tinte bei minimaler Heizenergie ausgestoßen werden kann. Durch Speichern von Information für mehrere Tintentypen innerhalb der ersten Tabellenspeichereinheit 164 können mehrere Tintentypen behandelt werden, und die Temperatur läßt sich so einstellen, daß eine passende Tintenviskosität erreicht wird, damit abhängig von dem Typ der zu verwendenden Tinte ein Ausstoßen möglich ist.
Die Heiz-Ansprechkennlinie liegt auf einem hohen Wert, die Ausstoßfrequenz wird verbessert, und die verbrauchte Energie läßt sich reduzieren als Ergebnis einer Struktur, in der nur solche Stellen, an denen ein relativ starker Fluidwiderstand für die Tinte herrscht, aufgeheizt werden, und die Viskosität der Tinte lokal reduziert wird, wie in 3 gezeigt ist.
Außerdem werden die Düsenheizung 66 und die Zuführkanalheizung 67 getrennt in den Strömungskanalplatten verschiedener Schichten vorgesehen, so daß gegenseitige Temperaturbeeinflussungen verringert werden, Wärme in wirksamer Weise zu ausschließlich den Bereichen um die Düsen herum und zu den individuellen Strömungskanälen (Zuführkanälen) gelangt, und die Effekte der Temperatursteuerung beibehalten werden können.
Noch effektiver ist die Verwendung von 62 in 3 als beispielsweise Wärmeisolierschicht.
In Verbindung mit den obigen Ausführungsformen wurde eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung 10 beschrieben, der Schutzumfang der Erfindung ist aber nicht auf diese Option allein beschränkt, sondern es ist auch möglich, die vorliegende Erfindung bei unterschiedlichen Flüssigkeits-Ausstoßvorrichtungen anzuwenden, so zum Beispiel einer Auftragvorrichtung, mit der ein Behandlungsfluid oder eine andere Flüssigkeit auf ein Medium aufgebracht wird.
Es versteht sich jedoch, daß keine Absicht besteht, die Erfindung auf die offenbarten spezifischen Formen zu beschränken, sondern daß die Erfindung vielmehr sämtliche Modifikationen, alternativen Ausgestaltungen und Äquivalente abdeckt, die im Schutzumfang der Erfindung liegen, wie er durch die beigefügten Ansprüche zum Ausdruck gebracht wird.

Claims

Flüssigkeitsausstoßvorrichtung (10), die Flüssigkeit aus einem Düsenöffnungsteil (59) mit Hilfe eines eine Ausstoßkraft erzeugenden Aktuators (55) ausstößt, umfassend: eine Düsenteil-Heizeinrichtung (66), die das Düsenteil (51) aufheizt; und eine Düsen-Heizsteuereinrichtung (90), die eine Aufheizzeit durch die Düsenteil-Heizeinrichtung (66) abhängig von einer Ausstoßtreiberzeit zum Ausstoßen der Flüssigkeit aus der Öffnung des Düsenteils (51) steuert; eine Berechnungseinrichtung (90), die eine Temperaturanstiegszeit berechnet, die benötigt wird, um die Viskosität der Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils (51) auf einen vorbestimmten Wert oder einen unter diesem liegenden Wert bringen, abhängig von der Temperaturkennlinie der Viskosität der auszustoßenden Flüssigkeit und der Temperaturanstiegskennlinie der im Inneren des Düsenteils (51) befindlichen Flüssigkeit; eine Zeiteinstelleinrichtung (90), die eine Treiberzeit für die Düsenteil-Heizeinrichtung (66) abhängig von der von der Berechnungseinrichtung (90) berechneten Temperaturanstiegszeit einstellt, eine erste Berechnungsverarbeitungseinheit (90), die eine Beziehung zwischen einer Soll-Viskosität und einer erforderlichen Heiztemperatur der Flüssigkeit abhängig von der Temperaturkennlinie der Viskosität der Flüssigkeit ermittelt; und eine zweite Berechnungsverarbeitungseinheit (90), die die Temperaturanstiegszeit ermittelt, die benötigt wird, um die Flüssigkeit auf die erforderliche Heiztemperatur abhängig von der Temperaturanstiegskennlinie der Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils (51) aufzuheizen, wobei die erste Berechnungsverarbeitungseinheit (90) eine erste Tabelle besitzt, die die Temperaturkennlinie für die Viskosität der Flüssigkeit darstellt; und die zweite Berechnungsverarbeitungseinheit (90) eine zweite Tabelle aufweist, die die Temperaturanstiegskennlinie der Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils (51) darstellt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der die Düsen-Heizsteuereinrichtung (90) die Düsenteil-Heizeinrichtung (66) derart steuert, dass sie die Flüssigkeit im Inneren des Düsenteils (51) in einer vorbestimmten Heiz-Eindringtiefe von einer Wandfläche des Düsenteils (51) bis auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, bei der die Heiz-Eindringtiefe δd folgender Formel genügt: 0.05 ≤ δd/D ≤ 0.15, wobei D der Durchmesser des Düsenteils (51) ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: einen Ausstoßkopf (50), beinhaltend: eine Mehrzahl von Düsen (51), eine Mehrzahl von Druckkammern (52), die den mehreren Düsen (51) entsprechen, und einen gemeinsamen Strömungskanal (53), der die Flüssigkeit den mehreren Druckkammern (52) über mehrere Zuführkanäle (56) zuführt, die zu den jeweiligen Druckkammern (52) führen, wobei die Düsenteil-Heizeinrichtung (66) an dem Düsenteil jeder der mehreren Düsen (51) des Ausstoßkopfs (50) vorgesehen ist und für jeden der mehreren Zuführkanäle (56) eine Zuführkanal-Heizeinrichtung (67) vorhanden ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, weiterhin umfassend eine Zuführkanal-Zeitsteuereinrichtung (90), die eine Aufheizzeit durch die Zuführkanal-Heizvorrichtung (67) abhängig von der Ausstoßtreiberzeit zum Ausstoßen der Flüssigkeit aus der Öffnung des Düsenteils (51) steuert.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, bei der die mehreren Düsen (51), die mehreren Druckkammern (52), der gemeinsame Strömungskanal (53) und die mehreren Zuführkanäle (56) in Schichten ausgebildet sind; und in jeder der mehreren Düsen (51) die Düse (51) und der Zuführkanal (56) sich aus Teilen unterschiedlicher Schichten zusammensetzen, und die Düsen teil-Heizeinrichtung (66) und die Zuführkanal-Heizeinrichtung (67) in voneinander verschiedenen Schichten angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, bei der eine Wärmeisolierschicht (62) zwischen einer Düsenschicht (61), in welcher die Düse (51) ausgebildet ist, und einer Zuführkanalschicht (63), in welcher der Zuführkanal (56) ausgebildet ist, vorgesehen ist.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung (10), umfassend: eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei auf einem Aufzeichnungsmedium (16) ein Bild erzeugt wird durch Ausstoßen von Tinte aus der Öffnung der Düse (51), während das Aufzeichnungsmedium (16) relativ zu einem Aufzeichnungskopf (50) mit der Öffnung der Düse (51) bewegt wird.