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Die
Erfindung betrifft allgemein das Gebiet digital gesteuerter Druckvorrichtungen
und insbesondere Tintenstrahldrucker, bei denen Tintentropfen in einem
kontinuierlichen Strahl aus einem Druckkopf ausgestoßen werden,
wobei einige der Tropfen wahlweise umgelenkt werden.
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Nach
dem Stand der Technik gibt es für
den digital gesteuerten Mehrfarben-Tintenstrahldruck zwei verschiedene
Verfahren. Beide erfordern unabhängige
Tintenvorräte
für jede
vorgesehene Tintenfarbe. Die Tinte wird durch im Druckkopf ausgebildete
Kanäle
zugeführt.
Jeder Kanal weist eine Düse auf,
aus der Tintentropfen wahlweise gespritzt und auf ein Empfangsmedium
aufgebracht werden können.
Beide Verfahren erfordern typischerweise getrennte Tintenfördersysteme
für jede
zum Drucken verwendete Tintenfarbe. In der Regel werden die drei subtraktiven
Grundfarben Cyan, Gelb und Magenta verwendet, weil diese Farben
im Allgemeinen bis zu mehrere Millionen wahrnehmbare Farbkombinationen
erzeugen können.
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Das
erste, allgemein als "Drop-on-Demand"- Tintenstrahldruck
bezeichnete Verfahren arbeitet zum Aufbringen von Tintentropfen
auf eine Aufzeichnungsfläche
in der Regel mit einer Druck erzeugenden Betätigungsvorrichtung (thermisch,
piezoelektrisch usw.). Durch wahlweise Aktivierung der Betätigungsvorrichtung
wird ein fliegender Tintentropfen gebildet und ausgestoßen, der
den Raum zwischen dem Druckkopf und dem Druckmedium durchquert und
auf das Druckmedium auftrifft. Zur Ausbildung gedruckter Bilder
wird die Bildung einzelner Tintentropfen so gesteuert, wie dies
zur Erzeugung des gewünschten
Bildes erforderlich ist. Typisch für dieses Verfahren ist, das
ein leichter Unterdruck in jedem Kanal verhindert, dass die Tinte
ungewollt durch die Düse
entweicht.
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Das
zweite, allgemein als "kontinuierlicher" Tintenstrahldruck
oder Tintenstrahldruck "mit
kontinuierlichem Strahl" bezeichnete
Verfahren arbeitet mit einer druckbeaufschlagten Tintenquelle, die
einen kontinuierlichen Strom von Tintentropfen erzeugt. Herkömmliche
kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker arbeiten mit elektrostatischen
Ladevorrichtungen, die in der Nähe
der Stelle angebracht werden, an der sich ein Tintenstrang in einzelne
Tintentropfen auflöst.
Die Tintentropfen werden elektrisch geladen und dann von Umlenkelektroden
zu einer entsprechenden Stelle gelenkt. Wenn nicht gedruckt werden
soll, werden die Tintentropfen in eine Tintenauffangeinrichtung
(häufig
als Fänger,
Abfangvorrichtung oder Rinne bezeichnet) gelenkt. Wenn gedruckt
werden soll, werden die Tintentropfen auf ein Druckmedium gelenkt.
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Kontinuierlich
arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtungen sind in der Regel schneller
als Drop-on-Demand-Vorrichtungen und erzeugen gedruckte Bilder und
Grafiken höherer
Qualität.
Jede gedruckte Farbe erfordert jedoch ein eigenes Tropfenbildungs-,
-umlenk- und -auffangsystem.
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US-A-1 941 001 ,
Hansell, 26. Dezember 1933 und
US-A-3 373 437 , Sweet u. a., 12. März 1968
offenbaren jeweils eine Anordnung kontinuierlich arbeitender Tintenstrahldüsen, bei
denen die zu druckenden Tintentropfen wahlweise geladen und zu dem
Aufzeichnungsmedium umgelenkt werden. Diese Technik ist als kontinuierlicher
Tintenstrahldruck mit binärer
Umlenkung bekannt.
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US-A-3 416 153 ,
Hertz u. a., 6. Oktober 1963 offenbart ein Verfahren zum Verändern der
optischen Dichte gedruckter Punkte beim kontinuierlichen Tintenstrahldrucken
durch Ausnutzung der elektrostatischen Auflösung eines Stroms geladener
Tropfen zum Modulieren der Anzahl der durch eine kleine Öffnung fallenden
Tropfen.
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Herkömmliche
kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker nutzen die von einem
Ladetunnel und Umlenkblechen erzeugte elektrostatische Umlenkung.
US-A-4 346 387 ,
Hertz, 24. August 1982 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Steuern der elektrischen Ladung an Tropfen, die durch Auflösen eines
mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsstroms
an einer Tropfenbildungsstelle im elektrischen Feld mit einem elektrischen
Potentialgradienten gebildet werden. Die Tropfenbildung erfolgt
an einer Stelle im Feld, die der an die Tropfen am Punkt ihrer Entstehung
anzulegenden gewünschten
vorbestimmten Ladung entspricht. Damit die Tropfen auch wirklich
umgelenkt werden, werden zusätzlich
zu Ladetunneln Umlenkbleche eingesetzt.
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US-A-3 709 432 ,
Robertson, 9. Januar 1973 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Stimulieren eines Arbeitsflüssigkeitsstrangs,
der unter Verwendung von Wandlern veranlasst wird, sich in gleichförmig beabstandete
Tintentropfen aufzulösen. Die
Länge der
Stränge
vor deren Auflösung
in Tintentropfen wird gesteuert, sodass kurze Stränge und längere Stränge entstehen.
Ein an einem Punkt zwischen den Enden der langen und kurzen Stränge quer
zu den Flüssigkeitsbahnen
angreifender Luftstrom beeinflusst die Flugbahnen der Stränge, bevor diese
sich in Tropfen auflösen.
Durch Steuern der Stranglängen
können
die Flugbahnen der Tintentropfen gesteuert oder von einer Bahn zu
einer anderen umgeschaltet werden. Auf diese Weise können einige
Tintentropfen in einen Fänger
gelenkt werden, während
andere Tintentropfen auf ein Empfangselement aufgebracht werden
können.
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US-A-6 079 821 ,
Chwalek u. a., 27. Juni 2000 offenbart einen kontinuierlich arbeitenden
Tintenstrahldrucker, bei dem durch Betätigung asymmetrischer Heizeinrichtungen
aus einem Arbeitsflüssigkeitsstrang
einzelne Tintentropfen erzeugt und umgelenkt werden. Ein Druckkopf
ist mit einer unter Druck stehenden Tintenquelle und einer asymmetrischen
Heizeinrichtung versehen, mit der gedruckte Tintentropfen und nicht
gedruckte Tintentropfen gebildet werden können. Die gedruckten Tintentropfen bewegen
sich entlang einer Bahn für
gedruckte Tintentropfen und gelangen schließlich zu einem Empfangsmedium,
während
die nicht gedruckten Tintentropfen sich entlang einer Bahn für nicht
gedruckte Tintentropfen bewegen und schließlich zu einer Fängerfläche gelangen.
Die nicht gedruckten Tintentropfen werden in den Kreislauf zurückgeführt oder
durch einen im Fänger
ausgebildeten Tintenablaufkanal entsorgt.
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US-A-4 068 241 ,
Yamada offenbart einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker,
aus dem Tropfen mit großem
Durchmesser und Tropfen mit kleinem Durchmesser ausgestoßen werden.
Die Tropfen können
elektrostatisch oder mittels einer laminaren Gasströmung umgelenkt
werden.
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EP 0782936B1 beschreibt
einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker mit Umlenkung durch
elektrische Ladung. Die Düsen
werden so aktiviert, dass sich zwischen den bedruckten Tropfen jeweils
ein oder zwei Schutztropfen befinden. Mit anderen Worten, zwei benachbarte
Düsen stoßen niemals zwei
Drucktropfen gleichzeitig aus. Dadurch wird ein Übersprechen zwischen den elektrischen
Feldern benachbarter Tropfen vermieden.
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US-A-4 427 986 ,
Iyoda u. a. beschreibt einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker
mit Umlenkung durch elektrische Ladung. Die Düsen werden so aktiviert, dass
jeder Drucktropfen von einer Vielzahl von Schutztropfen umgeben
ist. Auf diese Weise stoßen
zwei benachbarte Düsen
niemals gleichzeitig zwei Drucktropfen aus. Dadurch wird ein Übersprechen
zwischen den elektrischen Feldern benachbarter Tropfen vermieden.
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US-A-4 251 823 ,
Sagae beschreibt eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einer
Vielzahl von Düsen,
bei der einer Vielzahl von benachbarten Tintenkammern zugeordnete
elektrorestriktive Vibratoren zum Einsatz kommen, wobei die Steuerspannungssignale
phasenverschoben an die elektrorestriktiven Vibratoren benachbarter
Tintenkammern angelegt werden, um störende Einwirkungen der in benachbarten
Tintenkammern eingeschlossenen Tinte zu minimieren.
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EP 1060889 B1 beschreibt
einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker mit Heizwiderständen an
den Düsenbohrungen,
bei dem sich die oberen Flächen
der Heizwiderstände über der
oberen Fläche
des Substrats befinden, um mit einer symmetrisch radial nach außen gerichteten
Heizeinrichtungsumfangskante den Tintenmeniskus an der oberen Fläche der
Heizeinrichtung zu bilden.
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US-A-6 474 781 ,
Jeanmaire beschreibt einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker mit
einer Gas-Umlenkeinrichtung, der kleinvolumige Tropfen und großvolumige
Tropfen ausstoßen
kann. Die großvolumigen
Tropfen können
aus benachbarten Düsen
gleichzeitig ausgestoßen
werden, wobei die großvolumigen
Tropfen sich im Flug berühren und
zu größeren Drucktropfen
zusammenwachsen.
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EP 1232864 A2 beschreibt
einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker mit einer Gas-Umlenkeinrichtung
und einer zweidimensionalen Düsenanordnung.
Es werden Tropfen mit zwei unterschiedlichen Volumina ausgestoßen, wobei
die Flugbahnen der kleineren Tropfen von der Gas-Umlenkeinrichtung
umgelenkt werden.
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Zum
Trennen von Tintentropfen mit einer Vielzahl von Volumina in räumlich verschiedene
Flugbahnen wurde die Verwendung eines Luftstroms vorgeschlagen.
Nicht bilderzeugende Tropfen mit einer Volumengruppe werden daran
gehindert, das Bildempfangsmaterial zu erreichen, während bilderzeugende
Tropfen mit einem deutlich anderen Volumenbereich das Empfangsmaterial
bedrucken können.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine gute Unterscheidung zwischen großvolumigen
Tropfen und kleinvolumigen Tropfen im Allgemeinen dann erreicht wird,
wenn das Volumen der großen
Tropfen etwa dreimal größer ist
als das Volumen der kleinen Tropfen. Bei zunehmender Packungsdichte
der Düsen auf
einem Druckkopf (wenn die Düsen
näher aneinander
rücken)
können
benachbarte große
Tropfen sich während
des Fluges tatsächlich
berühren.
Wenn dies geschieht, wachsen die Tropfen zusammen. Dies hätte natürlich eine
negative Auswirkung auf das gedruckte Bild, wenn die großen Tropfen
dazu bestimmt waren, das Empfangsmedium zu erreichen. Andererseits
könnte
Koaleszenz den Auffangvorgang erschweren, wenn die großen Tropfen
nicht drucken sollen.
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Es
ist wünschenswert,
eine große
Vielzahl eng beabstandeter Düsen
in einen Druckkopf zu integrieren. Dies bietet die Möglichkeit,
einen modifizierten Tintenstrahldruckkopf und drucker zu schaffen, bei
dem die einzelnen Tintentropfen mit zunehmender physischer Trennung
zwischen den großen
Tropfen leicht zu steuern sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die physische Trennung zwischen
großen
Tintentropfen zu maximieren.
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Nach
einem Merkmal der Erfindung weist ein Tintenstrahldrucker mit einer
Anordnung von Düsen, aus
denen Tintentropfen mit einem veränderbaren Volumen ausstoßbar sind,
außerdem
einen Mechanismus auf, der das Volumen der ausgestoßenen Tintentropfen
einzeln zu ändern
vermag. Der Mechanismus weist einen ersten Zustand auf, in dem die aus
ausgewählten
Düsen ausgestoßenen Tropfen ein
vorbestimmtes kleines Volumen haben, und einen zweiten Zustand,
in dem die aus ausgewählten Düsen ausgestoßenen Tropfen
ein vorbe stimmtes großes
Volumen haben. Eine Gas-Umlenkeinrichtung (42) trennt ausgestoßene Tropfen
mit dem vorbestimmten kleinen Volumen von den ausgestoßenen Tropfen
mit dem vorbestimmten großen
Volumen. Eine Steuereinrichtung schaltet den Mechanismus wahlweise
zwischen seinem ersten und seinem zweiten Zustand hin und her, um
zu verhindern, dass Tintentropfen mit dem vorbestimmten großen Volumen
gleichzeitig aus benachbarten Düsen
der Anordnung ausgestoßen
werden, wobei die Anordnung eine Düsendichte aufweist, derart,
dass benachbarte Tropfen mit dem vorbestimmten großen Volumen sich
während
des Fluges berühren.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Grundriss eines nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hergestellten Druckkopfs;
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2 eine
schematische Schnittansicht der aus einer Düse in dem Druckkopf in 1 ausgestoßenen Tinte;
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3 eine
schematische Ansicht eines nach der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hergestellten Tintenstrahldruckers;
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4 eine
Querschnittsansicht eines nach dem Stand der Technik betriebenen
Tintenstrahldruckkopfs;
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5 eine
Querschnittsansicht eines nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung betriebenen Tintenstrahldruckkopfs;
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6 die
Steuerungsfrequenz von in 4 dargestellten
Heizeinrichtungen; und
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7 die
zum Erzeugen der in 5 dargestellten Tropfen verwendeten
Wellenformen.
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Die
folgende Beschreibung konzentriert sich auf Elemente, die Bestandteil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind oder mit dieser unmittelbar zusammenwirken. Hier im Einzelnen
nicht dargestellte oder beschriebene Elemente können verschiedene Formen annehmen,
die dem Fachmann bekannt sind.
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In 1 weist
ein Tintentropfenbildungsmechanismus 19 einen Druckkopf 17,
mindestens einen Tintenvorrat 14 und eine Steuereinrichtung 13 auf.
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Der
Tintentropfenbildungsmechanismus 19 ist zwar schematisch
und der besseren Übersichtlichkeit
halber nicht maßstabsgetreu
dargestellt, die jeweilige Größe und die
Verbindungen zwischen den Elementen eines praktischen Mechanismus
wird ein Fachmann mit durchschnittlichen Fachkenntnissen jedoch
problemlos bestimmen können.
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Die
Düsen 7 stehen über einen
ebenfalls im Druckkopf 17 ausgebildeten Tintendurchlass
(nicht dargestellt) in Flüssigkeitsverbindung
mit dem Tintenvorrat 14. Für den Mehrfarbendruck mit drei
oder mehr Tintenfarben kann der Druckkopf 17 weitere Tintenvorräte nach
Art des Tintenvorrats 14 und entsprechende Düsen 7 aufweisen.
Wenn nur ein Tintenvorrat verwendet wird, ist Einfarbendruck möglich.
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Eine
Heizeinrichtung 3 ist mindestens teilweise in dem Druckkopf 17 ausgebildet
oder um eine entsprechende Düse 7 herum
auf diesem angebracht. Die Heizeinrichtungen können zwar mit radialem Abstand
zu einem Rand der entsprechenden Düse 7 angeordnet werden,
die Heizeinrichtungen 3 werden jedoch vorzugsweise konzentrisch
in der Nähe
der entsprechenden Düse 7 angeordnet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Heizeinrichtungen im Wesentlichen kreis- oder ringförmig ausgebildet.
Es ist jedoch ausdrücklich
vorgesehen und liegt daher im Umfang dieser Offenbarung, dass die
Heizeinrichtungen 3 teilweise ringförmig, rechteckig usw. ausgebildet
werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
bestehen die Heizeinrichtungen 3 vor allem aus elektrischen
Widerstandsheizelementen, die über
Leiter 18 mit elektrischen Kontaktflecken 11 elektrisch
verbunden sind.
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Die
Leiter 18 und die elektrischen Kontaktflächen 11 können mindestens
teilweise in dem Druckkopf 17 ausgebildet oder auf diesem
angebracht werden und stellen die elektrische Verbindung zwischen der
Steuereinrichtung 13 und den Heizeinrichtungen 3 her.
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Stattdessen
kann die elektrische Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 13 und
den Heizeinrichtungen 3 auch auf eine beliebige andere
bekannte Weise hergestellt werden. Ferner kann die Steuereinrichtung 13 eine
verhältnismäßig einfache
Vorrichtung (eine Stromversorgung für die Heizeinrichtungen 3 usw.)
oder eine verhältnismäßig komplexe
Vorrichtung (Anpasssteuerung, programmierbarer Mikroprozessor usw.),
mit der viele Komponenten gesteuert werden können, sein.
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Der
Druckkopf 17 kann Tropfen mit einer Vielzahl von Volumina
erzeugen. Bei der bevorzugten Verwirklichung dieser Erfindung werden
größere Tropfen
zum Drucken verwendet, während
kleinere Tropfen daran gehindert werden, auf ein Bildempfangsmaterial
zu gelangen. Zur Erzeugung von Tintentropfen muss die einer Düse zugeordnete
Heizeinrichtung aktiviert werden. Dies geschieht mit einer geeigneten
Wellenform, die bewirkt, dass sich ein Tintenstrahl in Tropfen mit
einer Vielzahl von Volumina auflöst.
Diese Wellenformen können
für unterschiedliche
Tropfenvolumina usw. unterschiedliche Amplituden und/oder unterschiedliche
Frequenzen aufweisen.
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In 2 wird
unter Druck stehende Tinte 94 aus dem Tintenvorrat 14 durch
die Düse 7,
die zu einer Düsengruppe
in dem Druckkopf 17 gehört,
ausgestoßen.
Dadurch wird ein Arbeitsflüssigkeitsstrang 96 erzeugt.
Durch wahlweise Aktivierung der Heizeinrichtung 3 mit verschiedenen
Amplituden und/oder Frequenzen in Abhängigkeit von Bilddaten wird
erreicht, dass sich der Arbeitsflüssigkeitsstrang 96 in
einen Strom einzelner Tintentropfen auflöst. In dem Abstand vom Druckkopf 17,
in dem ein Diskriminator angreift, liegen die Tropfen im Wesentlichen
in zwei Größenklassen
vor: kleine, nicht druckende Tropfen 23 und große, druckende
Tropfen 27. Bei der bevorzugten Verwirklichung der Erfindung
stellt der Diskriminator eine Kraft 46 einer Gasströmung in
der Tropfen-Umlenkeinrichtung 42 rechtwinklig zur Achse
X bereit. Die Kraft 46 wirkt über die Strecke L. Die großen, druckenden
Tropfen 27 haben eine größere Masse und mehr Bewegungsenergie
als die kleinen, nicht druckenden Tropfen 23. Infolge der
Einwirkung der Gaskraft 46 auf den Tintentropfenstrom trennen sich
die einzelnen Tintentropfen entsprechend ihrem Volumen und ihrer
Masse.
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Dementsprechend
kann die Gasströmungsgeschwindigkeit
in der Tropfen-Umlenkeinrichtung 42 so eingestellt werden,
dass sich zwischen der Bahn S kleiner Tropfen und der Bahn P großer Tropfen
eine ausreichende Differenzierung D ergibt, sodass die großen, druckenden
Tropfen 27 auf das Druckmedium (nicht dargestellt) gelangen,
während
die kleinen, nicht druckenden Tropfen 23 unterwegs umgelenkt und
von einer im Folgenden beschriebenen Tintenrinnenkonstruktion aufgefangen
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine Gasströmung
mit Unterdruck an einem Ende der Tropfen-Umlenkeinrichtung 42 bestrebt,
die Tintentropfen zu trennen und umzulenken. Die Differenzierung
zwischen den großen,
druckenden Tropfen 27 und den kleinen, nicht druckenden
Tropfen 23 (in 2 als D dargestellt) hängt nicht
nur von deren relativer Größe, sondern
auch von der Geschwindigkeit, Dichte und Viskosität des Gases
an der Tropfen-Umlenkeinrichtung 42, der Geschwindigkeit
und Dichte der großen,
druckenden Tropfen 27 und der kleinen, nicht druckenden
Tropfen 23 sowie der Strecke (in 2 als L
dargestellt), über
welche die großen,
druckenden Tropfen 27 und die kleinen, nicht druckenden
Tropfen 23 der Einwirkung des mit der Kraft 46 aus
der Tropfen-Umlenkeinrichtung 42 strömenden Gases ausgesetzt sind. Ähnliche
Ergebnisse können
auch mit Gasen, die andere Dichten und Viskositäten aufweisen, einschließlich Luft,
Stickstoff usw. erzielt werden.
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Die
großen,
druckenden Tropfen 27 und die kleinen, nicht druckenden
Tropfen 23 können
jede beliebige geeignete relative Größe aufweisen. Die Tropfengröße wird
jedoch primär
von der Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Tinte durch die Düse 7 strömt, und
von der Frequenz, mit der die Heizeinrichtung 3 getaktet
wird. Die Strömungsgeschwindigkeit
hängt primär von den
geometrischen Eigenschaften der Düse 7, wie zum Beispiel
Düsendurchmesser
und -länge,
dem Druck, mit dem die Tinte beaufschlagt wird, und den strömungstechnischen
Eigenschaften der Tinte, wie zum Beispiel Viskosität, Dichte
und Oberflächenspannung,
ab.
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3 zeigt
eine Druckvorrichtung 12, die in der Regel als Tintenstrahldrucker
ausgeführt
wird. Große,
druckende Tropfen 27 und kleine, nicht druckende Tropfen 23 werden
aus dem Druckkopf 17 im Wesentlichen entlang der Ausstoßbahn X
ausgestoßen.
Eine Tropfen-Umlenkeinrichtung 42 übt auf die Tintentropfen 27 und 23 auf
deren Weg entlang der Bahn X eine Kraft aus (als Ganzes bei 46 dargestellt). Die
Kraft 46 wirkt entlang der Bahn X auf die Tintentropfen 27 und 23 so
ein, dass diese ihren Kurs ändern.
Da die großen,
druckenden Tropfen 27 andere Volumina und andere Massen
aufweisen als die kleinen, nicht druckenden Tropfen 23,
bewirkt die Kraft 46, dass sich die kleinen, nicht druckenden
Tropfen 23 von den großen,
druckenden Tropfen 27 trennen, wobei die kleinen, nicht
druckenden Tropfen 23 entlang der Bahn S für kleine
Tropfen von der Bahn X abweichen. Obwohl die großen druckenden Tropfen 27 von
der Kraft 46 in geringem Maße beeinflusst werden können, werden
die großen
druckenden Tropfen 27 nur geringfügig von der Bahn X zur Bahn P
umgelenkt.
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Die
Tropfen-Umlenkeinrichtung 42 kann eine Gasquelle 85 aufweisen,
die mit der oberen Sammelkammer 120 in Verbindung steht,
um die Kraft 46 bereitzustellen. Zusätzlich begünstigt eine mit einer Unterdruckkammer 65 verbundene
Unterdruckleitung 40 die laminare Gasströmung und
erhöht
die Kraft 46. Typisch für
diese Ausführung
ist, dass die Kraft 46 in einem Winkel zu dem Tintentropfenstrom
angreift, sodass die Tintentropfen wahlweise in Abhängigkeit
von ihrem Volumen umgelenkt werden können. Tintentropfen mit einem
kleineren Volumen werden stärker
umgelenkt als Tintentropfen mit einem größeren Volumen.
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Die
Gasquelle 85 und die obere Kammer 120 machen es
außerdem
möglich,
dass Gas durch die Kammer 125 strömt. Das Ende der Kammer 125 befindet
sich in der Nähe
der Tropfenbahnen S und P. Eine dem Ende der Kammer 125 gegenüber angeordnete
Rückgewinnungsleitung 70 begünstigt die
laminare Gasströmung
und schützt
den sich entlang der Bahnen S und P bewegenden Tropfenstrom vor Störungen durch
Außenluft.
Eine Tintenrückgewinnungsleitung 70 beinhaltet
eine Tintenrinnenkonstruktion 60, die dazu dient, die Bahn
S kleiner, nicht druckender Tropfen 23 abzufangen, während große, druckende
Tropfen 27 entlang der Bahn P für große Tropfen nach wie vor auf
das Aufzeichnungsmedium W auf der Druckwalze 80 gelangen
können.
Die Tintenrückgewinnungsleitung 70 steht
mit einem Tintenrückgewinnungsbehälter 90 in
Verbindung, damit nicht gedruckte Tintentropfen über eine Tintenrückführleitung 100 für eine spätere Wiederverwendung rückgewonnen
werden können.
Der Tintenrückgewinnungsbehälter ist
mit offenporigem Schwamm oder Schaumstoff 130 ausgekleidet,
der verhindert, dass die Tinte bei Anwendungen, bei denen der Druckkopf 17 in
rascher Folge abgetastet wird, schwappt. Eine mit einer Unterdruckquelle (nicht
dargestellt) verbundene Unterdruckleitung 110 kann mit dem
Tintenrückgewinnungsbehälter 90 kommunizieren,
um in der Tintenrückgewinnungsleitung 70 einen Unterdruck
zu erzeugen, der die Trennung und Ableitung der Tintentropfen verbessert.
Bei einer bevorzugten Verwirklichung der Erfindung werden der Gasdruck
in der Tropfen-Umlenkeinrichtung 42, in der Kammer 125 und
in der Tintenrückgewinnungsleitung 70 in
Kombination mit der Auslegung der Tintenrückgewinnungsleitung 70 so
eingestellt, dass der Gasdruck in der Tintenkopf-Baugruppe in der
Nähe der
Tintenrinnenkonstruktion 60 höher ist als der Umgebungsluftdruck
in der Nähe
der Druckwalze 80. Staub und Papierfasern aus der Umgebung
können sich
dann der Tintenrinnenkonstruktion 60 nicht so leicht nähern und
an dieser kleben und werden außerdem
daran gehindert, in die Tintenrückgewinnungsleitung 70 einzudringen.
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In
dem in 4 dargestellten Querschnitt des Druckkopfs 17 und
der zugehörigen
Tintenstrahlen aus Arbeitsflüssigkeit 96,
wird unter Druck stehende Tinte 94 aus dem Tintenvorrat 14 (1) durch
die Düsen 7 entlang
den Achsen K ausgestoßen,
die im Wesentlichen rechtwinklig zur Vorderseite des Druckkopfs 17 verlaufen.
Die den Düsen 7 zugeordneten
Heizeinrichtungen 3 werden im Wesentlichen auf die gleiche
Weise aktiviert. Das in 4 schematisch dargestellte Beispiel
zeigt die Aktivierung der Heizeinrichtungen für abwechselnd nicht druckende
und druckende Pixel. Die Arbeitsflüssigkeit 96 zerfällt in eine
Reihe kleiner, nicht druckender Tropfen 21 gleicher Größe, die
sich entlang den Achsen K bewegen. In Abhängigkeit von dem zu druckenden
Bild kann jede der Vielzahl von Düsen 7 so aktiviert
werden, dass sie mit einem beliebigen Druckintervall große, druckende
Tropfen 23 erzeugt. Dies ist in 4 durch
wechselnde Linien nicht druckender Tropfen 21 und druckender
Tropfen 23 dargestellt.
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Wie
oben erwähnt,
ist es wünschenswert, eng
beabstandete Düsen
mit hoher Dichte in den Druckkopf zu integrieren. Schwierig wird
dies, wenn benachbarte große
Tropfen erzeugt werden müssen. Bei
zunehmender Packdichte der Düsen
auf einem Druckkopf (wenn die Düsen
enger zusammenrücken)
können
benachbarte große
Tropfen sich während
des Fluges berühren.
Wenn dies geschieht, wachsen die Tropfen zusammen. Dies hätte natürlich eine
negative Auswirkung auf das gedruckte Bild, wenn die großen Tropfen
dazu bestimmt waren, das Empfangsmedium zu erreichen. Andererseits
könnte Koaleszenz
den Auffangvorgang erschweren, wenn die großen Tropfen nicht drucken sollen.
Selbst wenn benachbarte Tropfen sich nicht berühren, könnte von den Tropfen auf ihrem
Weg durch die Luft mitgerissene Luft in der Umgebung eines Tropfens
Störungen verursachen,
die sich störend
auf benachbarte Tropfen auswirken können.
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Um
eng beabstandete Düsen
mit hoher Dichte in einen Druckkopf zu integrieren, schafft die
Erfindung einen modifizierten Tintenstrahldruckkopf und –drucker,
der sich durch eine einfache Steuerung einzelner Tintentropfen mit
einer größeren physischen Trennung
zwischen den großen
Tropfen auszeichnet. In 5 wird der Druckkopf so gesteuert,
dass bei Aktivierung benachbarter Kanäle große Tropfen erzeugt werden,
die gegenüber
ihren nächsten
Nachbarn versetzt oder phasenverschoben angeordnet sind, derart,
dass zwei am nächsten
benachbarte Düsen
niemals gleichzeitig große
Tropfen erzeugen. Wie aus 5 ersichtlich,
sind die großen
Tropfen mit den kleinen Tropfen vernetzt.
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6 veranschaulicht
die Frequenzsteuerung der zum Erzeugen der in 4 dargestellten nicht
druckenden Tropfen 23 und druckenden Tropfen 27 verwendeten
Heizeinrichtungen. 6(a)-(c) zeigen
die an die Heizeinrichtungen 3, welche die drei in 4 dargestellten
Düsen 7 umgeben,
angelegte Spannung als Funktion der Zeit. Die Wellenform besteht
aus zwei durch eine Verzögerungszeit 72 getrennten
Heizeinrichtungsaktivierungsimpulsen 65 und 66.
Die Verzögerung 72 wird
so gewählt,
dass sie kürzer
ist als die Verzögerung 68,
vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 4, wie in den
Vorveröffentlichungen
erörtert.
Die Aktivierung der Heizeinrichtung 3 mit dieser Wellenform
ergibt zwei Tropfen, einen kleineren druckenden Tropfen 23 und
einen größeren nicht
druckenden Tropfen 27, wie schematisch in 4 dargestellt.
Zu beachten ist hier, dass die Impulse für alle Düsen zeitgleich auftreten.
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7 veranschaulicht
die zum Erzeugen der in 5 dargestellten nicht druckenden
Tropfen 23 und druckenden Tropfen 21 verwendeten
Wellenformen. In diesem Fall werden die Spannungsimpulse bezüglich der
nächsten
benachbarten Düsen
zeitversetzt angelegt. Dies führt
zu dem in 7 dargestellten räumlichen
Versatz der Tropfen. In dem in 7 dargestellten
Fall würde
die Zeitverzögerung
zwischen den nächsten
benachbarten Düsen
dann optimal sein, wenn der Beginn des Impulses 65 in 7(b) gegenüber dem Beginn des in 7(a) dargestellten Impulses 65 um
die Hälfte
der Summe der Verzögerungen 72 und 68 verzögert würde. In
Abhängigkeit
von dem zu druckenden Bild können
die druckenden Trop fen 23 mit jedem beliebigen Zeitintervall
ausgestoßen
werden, sodass die optimale Zeitverzögerung von Fall zu Fall verschieden
sein kann.
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Die
druckenden Tropfen können
zu einem Zeitpunkt ankommen, der von der für die beste Auflösung optimalen
Zeit geringfügig
abweicht, wobei der Auflösungsverlust
je nach Papiergeschwindigkeit jedoch nur gering sein würde. Andererseits
hat der versetzte phasenverschobene Effekt den Vorteil, dass er die
Gefahr eines Ineinanderlaufens der Tropfen beim Auftreffen auf dem
Empfangsmaterial verringert.
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Im Übrigen sollen
die in dieses Beschreibung enthaltenen zahlreichen Einzelheiten
und Besonderheiten die Erfindung nur erläutern und nicht als Einschränkungen
verstanden werden. Zahlreiche Modifikationen der oben beschriebenen
Ausführungsformen
können
verwirklicht werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, der von
den folgenden Ansprüchen
und deren rechtlichen Äquivalenten
abgegrenzt werden soll, zu verlassen.