DE60224149T2

DE60224149T2 - Thermischer Tintenstrahldrucker zum Drucken von Bildern auf einem Medium und Montageverfahren

Info

Publication number: DE60224149T2
Application number: DE60224149T
Authority: DE
Inventors: James A. San Diego Mott
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2022-10-12
Also published as: EP1302321A2; EP1302321B1; JP2003118123A; EP1302321A3; US6705716B2; DE60224149D1; US20030071882A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckervorrichtungen und -Verfahren und bezieht sich insbesondere auf einen thermischen Tintenstrahldrucker zum Drucken eines Bilds an einem Empfänger und ein Verfahren zum Zusammenfügen des Druckers, wobei der Drucker für ein Hochgeschwindigkeitsdrucken und eine erhöhte Wärmewiderstandslebensdauer angepasst ist.
Ein Tintenstrahldrucker erzeugt Bilder an einem Empfängermedium durch ein Ausstoßen von Tintentröpfchen auf das Empfängermedium auf eine bildweise Art. Die Vorteile eines Betriebs ohne Aufschlag, mit geringem Rauschen, niedrigem Energieverbrauch und geringen Kosten zusätzlich zu der Fähigkeit des Druckers, auf einfachem Papier zu drucken, sind größtenteils für die breite Akzeptanz von Tintenstrahldruckern auf dem Markt verantwortlich.
In dem Fall von Tintenstrahldruckern wird an jeder Öffnung ein Druckbeaufschlagungsbetätiger verwendet, um das Tintentröpfchen zu erzeugen. In dieser Hinsicht kann einer von zwei Arten von Betätigern verwendet werden. Diese zwei Arten von Betätigern sind Wärmebetätiger und piezoelektrische Betätiger. Mit Bezug auf piezoelektrische Betätiger wird ein piezoelektrisches Material verwendet. Das piezoelektrische Material besitzt piezoelektrische Eigenschaften, wie beispielsweise, dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, wenn eine mechanische Belastung angelegt wird. Das Umgekehrte gilt ebenfalls; d. h. ein angelegtes elektrisches Feld erzeugt eine mechanische Belastung in dem Material. Einige natürlich vorkommende Materialien, die diese Charakteristik besitzen, sind Quarz und Turmalin. Die am häufigsten piezoelektrischen Keramiken sind Bleizirkonattitanat, Bleimethaniobat, Bleititanat und Bariumtitanat. Mit Bezug auf Wärmebetätiger erwärmt ein Heizer, der an einer zweckmäßigen Position platziert ist, die Tinte und eine Menge der Tintenphase verändert sich zu einer gasförmigen Dampfblase. Die Dampfblase erhöht den internen Tintendruck ausreichend, damit ein Tintentröpfchen zu dem Aufzeichnungsmedium hin ausgestoßen wird.
In dem Fall von wärmebetätigten und piezoelektrisch betätigten Tintenstrahldruckern wird eine Druckwelle in der Tinte, die in dem Druckkopf beinhaltet ist, erstellt. Das heißt in dem Fall von piezoelektrisch betätigten Druckköpfen bewirkt die vorhergehend erwähnte mechanische Belastung, dass sich das piezoelektrische Material biegt, wodurch die Druckwelle erzeugt wird. In dem Fall von wärmebetätigten Druckköpfen erzeugt die vorhergehend erwähnte Dampfblase die Druckwelle. Wie beabsichtigt quetscht diese Druckwelle einen Abschnitt der Tinte in der Form des Tintentröpfchens aus dem Druckkopf. Falls natürlich die Zeit zwischen Betätigungen des Druckkopfs ausreichend lang ist, klingt die Druckwelle vor jeder aufeinanderfolgenden Betätigung des Druckkopfs ab. Es ist erwünscht, zu ermöglichen, dass jede Druckwelle zwischen aufeinanderfolgenden Betätigungen des Druckkopfs abklingt. Das heißt, eine Betätigung des Druckkopfs, bevor die vorhergehende Druckwelle abstirbt, stört einen präzisen Ausstoß von Tintentröpfchen aus dem Druckkopf, was zu Tintentröpfchenplatzierungsfehlern und Tropfengrößenvariationen führt. Derartige Tintentröpfchenplatzierungsfehler und Tropfengrößenvariationen wiederum erzeugen Bildartefakte, wie beispielsweise eine Bandbildung, eine reduzierte Bildschärfe, Fremdtintenpunkte, eine Tintenkoaleszenz und ein Farbverlaufen.
Deshalb ist in dem Fall von piezoelektrischen und thermischen Tintenstrahldruckern eine Druckergeschwindigkeit ausgewählt, derart, dass der Druckkopf lediglich in Intervallen aktiviert wird, nachdem jede aufeinanderfolgende Druckwelle abgeklungen ist. Ein derartiger verzögerter Druckerbetrieb ist erforderlich, um eine Störung einer neu gebildeten Druckwelle mit einer vorexistierenden Druckwelle in dem Druckkopf zu vermeiden. Ein Ermöglichen, dass die vorexistierende Druckwelle die neu gebildete Druckwelle stört, führt im übrigen zu den zuvor erwähnten Tintentröpfchenplatzierungsfehlern und Tropfengrößenvariationen. Ein Betreiben des Druckers auf diese Weise jedoch reduziert eine Druckergeschwindigkeit, weil ein Ausstoß eines einzelnen Tintentröpfchens darauf warten muss, dass die vorexistierende Druckwelle, die durch einen Ausstoß eines vorhergehenden Tintentröpfchens bewirkt wurde, auf eine natürliche Weise abklingt. Deshalb besteht ein Problem auf dem Gebiet sowohl für wärmebetätigte Drucker als auch für piezoelektrische Drucker in einer verringerten Druckergeschwindigkeit, die durch die Zeit hervorgerufen wird, die benötigt wird, um zu ermöglichen, dass eine vorexistierende Druckwelle in dem Druckkopf auf natürliche Weise abklingt, bevor eine neue Druckwelle eingebracht wird, um ein weiteres Tintentröpfchen auszustoßen.
In dem Fall von wärmebetätigten Tintenstrahldruckern befindet sich ferner ein Heizelement, das allgemein auf dem Gebiet als ein „Widerstand" bezeichnet wird, in direktem Kontakt mit der Tinte in dem Druckkopf, um die Tinte zu erwärmen. Wie es vorhergehend erwähnt ist, verändert sich in dem Fall von wärmebetätigten Tintenstrahldruckern eine Menge der Tintenphase zu einer gasförmigen Dampfblase, die den internen Tintendruck ausreichend erhöht, damit ein Tintentröpfchen auf das Aufzeichnungsmedium ausgestoßen wird. Es wurde jedoch beobachtet, dass das Tintentröpfchen sich mit der Zeit „verlangsamt" oder abbremst und nach einer relativ geringen Anzahl von Druckkopfabfeuerungszyklen eine vorübergehende Verringerung einer Geschwindigkeit und/oder eines Tröpfchenvolumens erfährt. Bei Wiederaufnahme eines Abfeuerns nach einer Pause erholt sich eine Tröpfchengeschwindigkeit und/oder ein Tröpfchenvolumen, nur um sich in der gleichen Weise wieder zu verlangsamen. Obwohl dieses Phänomen nicht vollständig verstanden wird, ist das Ergebnis einer „Verlangsamung" eine Störung einer ordnungs gemäßen Bilderzeugung. In dem Fall von wärmebetätigten Tintenstrahldruckern wurde ferner beobachtet, dass eine Widerstandsleistungsfähigkeit durch ein Phänomen verringert wird, das auf dem Gebiet als „Kogation" bezeichnet wird. Die Terminologie „Kogation" bezieht sich auf den permanenten Aufbau eines verbrannten Rests einer Tintenkomponente an dem Widerstand. Dieser Rest begrenzt die Energieübertragungseffizienz des Widerstands auf die Tinte und bewirkt, dass der Druckkopf permanent Tröpfchen mit niedrigerer Geschwindigkeit oder niedrigerem Tröpfchenvolumen ausstößt. Deshalb sind ganz abgesehen von dem Problem einer reduzierten Druckergeschwindigkeit andere Probleme auf dem Gebiet eines Tintenstrahldruckens eine Verlangsamung und eine Kogation.
In dem Fall von wärmebetätigten Tintenstrahldruckern kann ferner ein Blasenzusammenfall zu einer Erosions- und Kavitationsbeschädigung an dem Widerstand führen. Mit anderen Worten erzeugt der wiederholte Zusammenfall der Dampfblase mit relativ hoher Geschwindigkeit aufeinanderfolgende akustische Wellen, die auf den Widerstand aufschlagen. Mit der Zeit korrodieren diese aufeinanderfolgenden Aufschläge in Kombination mit der Aussetzung des Widerstands gegenüber einer chemischen Zusammensetzung der Tintenkomponenten den Widerstand. Eine derartige Kavitation führt zu einer reduzierten Betriebslebensdauer für den Widerstand. Deshalb ist ein weiteres Problem auf dem Gebiet eine Kavitationsbeschädigung an dem Widerstand.
In dem Fall von wärmebetätigten Tintenstrahldruckern müssen zusätzlich Tinten innerhalb einer Wärme- oder Verdampfungseinschränkung funktionieren. Das heißt, die Tinte muss bei einer vorbestimmten Temperatur verdampfen, um die Dampfblase zu bilden, wenn es erforderlich ist. Aber für die Verdampfungseinschränkung, die durch wärmebetätigte Tintenstrahldrucker benötigt wird, könnten verschiedene Tintenkomponenten in der Tintenformulierung enthalten sein, um Druckcharakteristika zu verbessern. Mit anderen Worten könnten weniger lösliche Komponenten, wie beispielsweise Pigmente, Polymere oder bestimmte oberflächenaktive Mittel, in höheren Konzentrationen in der Tinte enthalten sein. Im Allgemeinen liefern weniger lösliche Komponenten in der Tinte eine bessere Tintenhaltbarkeit auf Papier, weil die Tinte nicht ohne weiteres wieder aufgelöst wird, sobald die Tinte auf Papier aufgebracht ist. Ein Erhöhen einer Viskosität oder Oberflächenspannung kann ferner Tinte/Medien-Wechselwirkungen verbessern, die eine Druckqualität (z. B. Punktgewinn, Verlaufen, „Federbildung" oder dergleichen), eine Trocknungszeit und eine Haltbarkeit beeinflussen. Deshalb besteht noch ein anderes Problem auf dem Gebiet in Einschränkungen bei Tintenarten, die bei wärmebetätigten Tintenstrahldruckern verwendbar sind, wobei diese Einschränkungen durch Begrenzungen bewirkt sind, die auf Verdampfungsgrenzen der Tinte platziert sind.
Es sind Techniken, um die oben angegebenen Probleme anzusprechen, bekannt. Zum Beispiel ist ein Tintenstrahldrucker mit einer flexiblen Membran zwischen Tinte und einem Arbeitsfluid in dem US-Patent Nr. 4,480,259 mit dem Titel „Ink Jet Printer With Rubble Driven Flexible Membrane", erteilt am 30. Oktober 1984 im Namen von William P. Kruger u. a. und an die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen, offenbart. Das Patent an Kruger u. a. offenbart einen Tinte enthaltenden Kanal mit einer Öffnung zum Ausstoßen von Tinte und einen benachbarten Kanal, der eine andere Flüssigkeit enthält, die lokal verdampft werden soll. Zwischen den zwei Kanälen befindet sich eine flexible Membran zum Übertragen einer Druckwelle von einer Dampfblase in dem benachbarten Kanal auf den Tinte enthaltenden Kanal, wodurch ein Ausstoß eines Tropfens oder von Tröpfchen von Tinte aus der Öffnung bewirkt wird. Gemäß dem Patent an Kruger u. a. ist ein Hauptvorteil der Vorrichtung gemäß Kruger u. a. eine Trennung des Fluids, das verdampft werden soll, von der Tinte. Auf diese Weise gestattet gemäß dem Patent an Kruger u. a. diese Trennung eine Verwendung herkömmlicher Tintenformulierungen, während zur gleichen Zeit ermöglicht wird, spezielle Formulierungen eines nicht-reaktiven Fluids und/oder einem Fluid mit hohem Molekulargewicht in der Blasenbildungskammer zu verwenden, um eine Widerstandslebensdauer zu verlängern. Wie es kurz in dem Patent an Kruger u. a. angegeben ist, ist zudem eine Verwendung der Membran, die die Tinte und das Arbeitsfluid trennt, vorgesehen, um eine Erosionsbeschädigung an dem Widerstand zu vermeiden. Das Patent an Kruger u. a. spricht jedoch nicht das Problem einer verringerten Druckergeschwindigkeit an, die durch die Zeit hervorgerufen wird, die erforderlich ist, um zu ermöglichen, dass eine vorexistierende Druckwelle in dem Druckkopf natürlich abklingt, bevor eine neue Druckwelle eingebracht wird, um ein Tintentröpfchen auszustoßen.
Eine Technik zum Dämpfen einer Druckwelle, um eine erhöhte Druckergeschwindigkeit zu erreichen und um eine Satellitentintentröpfchenbildung bei einem piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf zu vermeiden, ist in dem US-Patent Nr. 6,186,610 mit dem Titel „Imaging Apparatus Capable Of Suppressing Inadvertent Ejection Of A Satellite Ink Droplet Therefrom And Method Of Assembling Same", erteilt am 13. Februar 2001 in dem Namen von Thomas E. Kocher u. a., offenbart. Eine Aufgabe des Patents an Kocher u. a. besteht darin, eine Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, die zum Unterdrücken eines unbeabsichtigten Ausstoßes eines Satellitentintentröpfchens in der Lage ist, während eine Druckergeschwindigkeit beibehalten wird. Gemäß dem Patent an Kocher u. a. definiert ein Druckkopf eine Kammer mit einem Tintenkörper in derselben. Ein Wandler (d. h. ein piezoelektrischer Wandler) befindet sich in Fluidkommunikation mit dem Tintenkörper zum Bewirken einer ersten Druckwelle in dem Tintekörper. Die erste Druckwelle quetscht ein Tintentröpfchen von dem Tintenkörper für einen Ausstoß des Tintentröpfchens aus dem Druckkopf. Die erste Druckwelle wird jedoch von den Wänden der Tintenkammer reflektiert. Somit bildet die erste Druckwelle einen unerwünschten reflektierten Abschnitt der ersten Druckwelle. Dieser reflektierte Abschnitt der ersten Druckwelle kann Amplituden aufweisen, die ausreichend sind, um so genannte „Satelliten"-Tröpfchen nach einem Ausstoß des beabsichtigten Tintentröpfchens in unbeabsichtigter Weise auszustoßen. Zudem muss ein ordnungsgemäßer Ausstoß eines weiteren Tintentröpfchens darauf warten, dass der reflektierte Abschnitt auf natürliche Weise abklingt. Deshalb umfasst die Vorrichtung gemäß Kocher u. a. einen dünnen piezoelektrischen Sensorwafer, der den Tintenkanal überspannt, zum Erfassen des reflektierten Abschnitts der ersten Druckwelle. Sobald der Sensorwafer den reflektierten Abschnitt erfasst, wird bewirkt, dass eine zweite Druckwelle in dem Tintenkanal erzeugt wird. Gemäß dem Patent an Kocher u. a. weist die zweite Druckwelle eine Amplitude und eine Phase auf, die den reflektierten Abschnitt dämpft, so dass keine Satellitentröpfchen gebildet werden und so dass eine Druckergeschwindigkeit nicht reduziert ist. Das Patent an Kocher u. a. spricht jedoch die Druckwelledämpfung bei einem wärmebetätigten (d. h. nicht piezoelektrischen) Tintenstrahldrucker nicht an. Zusätzlich spricht das Patent an Kocher u. a. eine Trennung eines Arbeitsfluids von der Tinte, die ausgestoßen werden soll, nicht an.
Was deshalb benötigt wird, ist ein thermischer Tintenstrahldrucker zum Drucken eines Bilds an einem Empfänger und ein Verfahren zum Zusammenfügen des Druckers, wobei der Drucker für ein Hochgeschwindigkeitsdrucken und eine erhöhte Wärmewiderstandslebensdauer angepasst ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Tintenstrahldrucker zum Drucken eines Bilds an einem Empfänger vorgesehen. Der Drucker weist einen Druckkopf auf, der eine erste Kammer und eine zweite Kammer in demselben definiert. Eine flexible Membran trennt die erste Kammer und die zweite Kammer. Ein erster Wandler befindet sich in Kommunikation mit der Membran. Ein zweiter Wandler befindet sich ebenfalls in Kommunikation mit der Membran. Eine Steuerung ist angepasst, um den ersten Wandler mit Energie zu versorgen, um eine erste Druckwelle zu bewirken, die die Membran in die zweite Kammer biegt, so dass die Membran die erste Druckwelle in die zweite Kammer überträgt. Die Steuerung ist ferner angepasst, um den zweiten Wandler mit Energie zu versorgen, um eine zweite Druckwelle zu bewirken, die die Membran in die zweite Kammer biegt, so dass die Membran die zweite Druckwelle in die zweite Kammer überträgt, um die erste Druckwelle, die in die zweite Kammer übertragen wurde, zu dämpfen.
Die Wandler selbst können Wärmewiderstände, Elektromagneten, piezoelektrische Betätiger oder ähnliche Vorrichtungen zum Übertragen einer Energieeingabe einer Form (d. h. Wärme oder Elektrizität) in eine Energieausgabe einer anderen Form (d. h. hydraulische oder mechanische Bewegung) sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Zusammenfügen eines Tintenstrahldruckers zum Drucken eines Bilds an einem Empfänger vorgesehen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bereitstellen eines Druckkopfs, der eine erste Kammer und eine zweite Kammer definiert; Trennen der ersten Kammer und der zweiten Kammer mit einer Membran; Anordnen eines ersten Wandlers in Kommunikation mit der Membran; Anordnen eines zweiten Wandlers in Kommunikation mit der Membran; Versorgen des ersten Wandlers mit Energie, um eine erste Druckwelle zu bewirken, die die Membran in die zweite Kammer biegt, so dass die Membran die erste Druckwelle in die zweite Kammer überträgt; und Versorgen des zweiten Wandlers mit Energie nach einer vorbestimmten Zeit, um eine zweite Druckwelle zu bewirken, die die Membran in die zweite Kammer biegt, so dass die Membran die zweite Druckwelle in die zweite Kammer überträgt, wobei die zweite Druckwelle die erste Druckwelle dämpft, die zu der zweiten Kammer übertragen wurde.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Druckergeschwindigkeit erhöht wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Wirkung einer „Verlangsamung" reduziert wird.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Verwendung derselben das Phänomen reduziert, das als eine Widerstands-„Kogation” bekannt ist.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Widerstandskavitationsbeschädigung aufgrund der kombinierten Wirkungen eines Blasenzusammenfalls und korrosiver Tinten reduziert ist.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine breitere Vielfalt von Tinten zum Drucken verwendet werden kann.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet auf ein Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich, in denen darstellende Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Während die Beschreibung mit Ansprüchen schließt, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung speziell herausstellen und deutlich beanspruchen, ist man der Ansicht, dass die Erfindung aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser verstanden wird, bei denen:
1 eine Aufrissansicht eines thermischen Tintenstrahldruckers ist, wobei Teile der Klarheit halbe entfernt sind;
2 eine perspektivische Ansicht des thermischen Tintenstrahldruckers ist, der ein Bild an einem Empfänger druckt;
3 eine Aufrissfragmentansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines thermisch betätigten Tintenstrahldruckkopfs ist, der zu dem Drucker gehört, wobei das erste Ausführungsbeispiel des Druckkopfs eine Mehrzahl von Druckkopfkassetten aufweist, die je eine erste Kammer und eine zweite Kammer definieren, die durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Membran getrennt sind, wobei die erste Kammer ein erstes Ausführungsbeispiel eines ersten Wandlers und ein erstes Ausführungsbeispiel eines zweiten Wandlers aufweist, die in derselben angeordnet sind;
4 eine Aufrissfragmentansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Tintenstrahldruckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch das erste Ausführungsbeispiel des ersten Wandlers und das erste Ausführungsbeispiel des zweiten Wandlers zeigt, die aktiviert sind, um das erste Ausführungsbeispiel der Membran zu verformen;
5A eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch das erste Ausführungsbeispiel des ersten Wandlers und das erste Ausführungsbeispiel des zweiten Wandlers zeigt;
5B eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch eine erste Druckwelle zeigt, die durch eine Aktivierung des ersten Ausführungsbeispiels des ersten Wandlers bewirkt ist;
5C eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch die erste Druckwelle, die durch eine Aktivierung des ersten Ausführungsbeispiels des ersten Wandlers erzeugt ist, und eine zweite Druckwelle zeigt, die durch eine Aktivierung des ersten Ausführungsbeispiels des zweiten Wandlers bewirkt ist, wobei die zweite Druckwelle die erste Druckwelle stört, um die erste Druckwelle zu dämpfen;
5D eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch die zweite Druckwelle zeigt, nachdem dieselbe die erste Druckwelle gedämpft hat;
5E eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch Tinte zeigt, die die zweite Kammer nachfüllt, nachdem der erste und der zweite Wandler aktiviert wurden und nachdem die erste Druckwelle gedämpft wurde;
6 eine Fragmentaufrissansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Membran zeigt;
7 eine Fragmentaufrissansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Membran zeigt und ferner ein zweites Ausfüh rungsbeispiel des ersten Wandlers und ein zweites Ausführungsbeispiel des zweiten Wandlers zeigt;
8 eine perspektivische Aufrissschnittansicht einer Druckkopfkassette ist, die zu einem zweiten Ausführungsbeispiel des Druckkopfs gehört;
9 eine auseinandergezogene Aufrissansicht der Druckkopfkassette ist, die zu dem zweiten Ausführungsbeispiel des Druckkopfs gehört;
10A eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des zweiten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch das erste Ausführungsbeispiel des ersten Wandlers und das erste Ausführungsbeispiel des zweiten Wandlers zeigt;
10B eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des zweiten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch eine erste Druckwelle zeigt, die durch eine Aktivierung des ersten Ausführungsbeispiels des ersten Wandlers bewirkt ist;
10C eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des zweiten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch die erste Druckwelle, die durch eine Aktivierung des ersten Ausführungsbeispiels des ersten Wandlers erzeugt ist, und eine zweite Druckwelle zeigt, die durch eine Aktivierung des ersten Ausführungsbeispiels des zweiten Wandlers bewirkt ist, wobei die zweite Druckwelle die erste Druckwelle stört, um die erste Druckwelle zu dämpfen;
10D eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des zweiten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch die zweite Druckwelle zeigt, nachdem dieselbe die erste Druckwelle gedämpft hat;
10E eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des zweiten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch Tinte zeigt, die die zweite Kammer nachfüllt, nachdem der erste und der zweite Wandler aktiviert wurden und nachdem die erste Druckwelle gedämpft wurde;
11 eine auseinandergezogene Aufrissansicht einer Tintenstrahlkassette ist, die zu einem dritten Ausführungsbeispiel des Druckkopfs gehört, wobei die Druckkopfkassette einen „Einengungspunkt" aufweist;
12A eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des dritten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch eine erste Druckwelle zeigt, die durch eine Aktivierung des ersten Ausführungsbeispiels des ersten Wandlers bewirkt ist;
12B eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des dritten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch die erste Druckwelle und eine zweite Druckwelle zeigt, die durch eine Aktivierung des ersten Ausführungsbeispiels des zweiten Wandlers bewirkt ist;
12C eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des dritten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch die zweite Druckwelle und den „Einengungspunkt" zeigt, die die erste Druckwelle stören, um die erste Druckwelle zu dämpfen;
12D eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des dritten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch die zweite Druckwelle zeigt, nachdem dieselbe die erste Druckwelle gedämpft hat;
12E eine Fragmentansicht in horizontalem Schnitt des dritten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist, wobei diese Ansicht auch Tinte zeigt, die die zweite Kammer nachfüllt, nachdem der erste und der zweite Wandler aktiviert wurden und nachdem die erste Druckwelle gedämpft wurde;
13 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist; und
14 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht des vierten Ausführungsbeispiels des Druckkopfs ist.
Detaillierte Beschreibung des (der) bevorzugten Ausführungsbeispiels(-e)
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf Elemente gerichtet, die einen Teil einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bilden oder direkt mit derselben zusammenwirken. Es ist klar, dass Elemente, die nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben sind, verschiedene Formen annehmen können, die Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt sind.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist deshalb dort ein thermischer Tintenstrahldrucker, allgemein als 10 bezeichnet, zum Drucken eines Bilds 20 an einem Empfänger 30 gezeigt. Der Empfänger 30 kann Papier oder eine Transparentfolie oder ein anderes Material sein, das zum Empfangen des Bilds 20 geeignet ist. Der Drucker 10 weist eine Einga bequelle 40 auf, die Rasterbilddaten oder eine andere Form digitaler Bilddaten liefert. In dieser Hinsicht kann die Eingabequelle 40 ein Computer, ein Scanner oder eine Faksimilemaschine sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 2 erzeugt die Eingabequelle 40 ein Ausgangssignal, das durch eine Steuerung 50 empfangen wird, die mit der Eingabequelle 40 gekoppelt ist. Die Steuerung 50 verarbeitet das Ausgangssignal, das von der Eingabequelle 40 empfangen wird, und erzeugt ein Steuerungsausgangssignal, das durch einen thermischen Tintenstrahldruckkopf 60 empfangen wird, der mit der Steuerung 50 gekoppelt ist. Die Steuerung 50 steuert einen Betrieb des Druckkopfs 60, um einen Tintentropfen 70 aus demselben ansprechend auf das Ausgangssignal auszustoßen, das von der Eingabequelle 40 empfangen wird. Zudem kann der Druckkopf 60 zum Erzeugen einer Vollfarbenversion des Bilds 20 eine Mehrzahl von Druckkopfkassetten 75a, 75b, 75c und 75d aufweisen, die unterschiedlich farbige Tinten enthalten, die Magenta, Gelb, Cyan bzw. Schwarz sein können.
Immer noch unter Bezugnahme auf 1 und 2 werden einzelne Blätter des Empfängers 30 von einem Vorratsbehälter, wie beispielsweise einer Blattvorratsablage 70, mittels eines Aufnehmermechanismus 80 zugeführt. Der Aufnehmermechanismus 80 nimmt die einzelnen Blätter des Empfängers 30 aus der Ablage 70 auf und führt die einzelnen Blätter des Empfängers 30 auf eine Führu ng 100 zu, die zwischen dem Druckkopf 60 und dem Aufnehmermechanismus 80 angeordnet und mit denselben ausgerichtet ist. Die Führung 100 führt jedes Blatt des Empfängers 30 in eine Ausrichtung mit dem Druckkopf 60. Gegenüber dem Druckkopf 60 ist eine drehbare Auflagerolle 110 zum Tragen des Empfängers 30 an derselben und zum Transportieren des Empfängers 30 an dem Druckkopf 60 vorbei angeordnet, so dass der Druckkopf 60 das Bild 20 an dem Empfänger 30 drucken kann. In dieser Hinsicht transportiert die Auflagerolle 110 den Empfänger 30 in die Richtung eines Pfeils 112.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 und 2 wird während eines Druckens der Druckkopf 60 quer mit Bezug zu dem Empfänger 30 vorzugsweise mittels einer motorisierten Kontinuierlich-Riemen- und Scheibenanordnung, allgemein als 120 bezeichnet, angetrieben. Die Riemen- und Scheibenanordnung 120 weist einen kontinuierlichen Riemen 130, der an dem Druckkopf 60 angebracht ist, und einen Motor 140 auf, der mit dem Riemen 130 in Eingriff steht. Der Riemen 130 erstreckt sich quer über den Empfänger 30, wie es gezeigt ist, und der Motor 140 steht mit dem Riemen 130 mittels zumindest einer Scheibe 150 in Eingriff. Wenn der Motor 140 die Scheibe 150 dreht, dreht sich auch der Riemen 130. Wenn sich der Riemen 130 dreht, überquert der Druckkopf 60 den Empfänger 30, weil der Druckkopf 60 an dem Riemen 130 angebracht ist, der sich quer über den Empfänger 30 erstreckt. Zudem ist der Druckkopf 60 selbst durch Gleitstäbe 160a und 160b getragen, die den Druckkopf 60 verschiebbar in Eingriff nehmen und tragen, wenn der Druckkopf 60 den Empfänger 30 überquert. Die Gleitstäbe 160a und 160b wiederum sind durch eine Mehrzahl von Rahmenbaugliedern 170a und 170b getragen, die mit Enden der Gleitstäbe 160a und 160b verbunden sind. Natürlich kann die Steuerung 50 mit dem Aufnehmermechanismus 80, der Auflagerolle 110 und dem Motor 140 sowie mit dem Druckkopf 60 zum synchronen Steuern eines Betriebs des Druckkopfs 60, des Aufnehmermechanismus 80, der Auflagerolle 110 und des Motors 140 gekoppelt sein. Jedes Mal, wenn der Druckkopf den Empfänger 30 überquert, wird eine Zeile von Bildinformationen auf den Empfänger 30 gedruckt. Nachdem jede Zeile von Bildinformationen auf den Empfänger 30 gedruckt ist, wird die Auflagerolle 110 gedreht, um den Empfänger 30 um einen vorbestimmten Abstand in die Richtung des Pfeils 120 zu inkrementieren. Nachdem der Empfänger 30 um den vorbestimmten Abstand inkrementiert ist, wird erneut bewirkt, dass der Druckkopf 60 den Empfänger 30 überquert, um eine weitere Zeile von Bildinformationen zu drucken. Das Bild 20 ist erzeugt, nachdem alle erwünschten Zeilen von gedruckten Informationen an dem Empfänger 30 gedruckt sind. Nachdem das Bild 20 an dem Empfänger 30 gedruckt ist, tritt der Empfänger 30 aus dem Drucker 10 aus, um in einem Ausgabebehälter (nicht gezeigt) für eine Wiedererlangung durch eine Bedienperson des Druckers 10 abgelegt zu werden.
In dem Fall von thermischen Tintenstrahldruckern bewirkt ein Heizerelement ein Kochen der Tinte in dem Druckkopf, um eine Dampfblase zu erzeugen, die wiederum eine Druckwelle in der Tinte erzeugt. Diese Druckwelle quetscht einen Abschnitt der Tinte in der Form eines Tintentröpfchens aus dem Druckkopf, um eine Markierung an dem Empfänger zu erzeugen. Die Dampfblase fällt dann zusammen. Falls natürlich die Zeit zwischen Betätigungen des Heizerelements ausreichend lang ist, klingt die Druckwelle vor jeder aufeinanderfolgenden Betätigung des Heizerelements auf natürliche Weise ab. Im Stand der Technik wird somit ermöglicht, dass jede Druckwelle vor aufeinanderfolgenden Betätigungen des Heizerelements abklingt. Dies ist so, weil bekannt ist, dass eine Betätigung des Heizerelements, bevor die vorhergehende Druckwelle abgeklungen ist, einen präzisen Ausstoß von Tintentröpfchen aus dem Druckkopf stört, was zu Tintentröpfchenplatzierungsfehlern und Tropfengrößenfehlervariationen führt. Ein Betreiben des Druckers auf diese Weise jedoch reduziert eine Druckergeschwindigkeit, weil ein Ausstoß eines einzelnen Tintentröpfchens darauf warten muss, dass die vorexistierende Druckwelle auf natürliche Weise abklingt. Deshalb ist es erwünscht, die Druckwelle zu dämpfen, ohne darauf warten zu müssen, dass die Druckwelle auf natürliche Weise abklingt, so dass sich eine Druckergeschwindigkeit erhöht.
In dem Fall von thermoplastischen Tintenstrahldruckern des Stands der Technik befindet sich zudem das Heizerelement typischerweise in direktem Kontakt mit der Tinte in dem Druckkopf, um die Dampfblase zu bilden. Es wurde jedoch beobachtet, dass sich mit der Zeit das Tintentröpfchen „verlangsamt", was dadurch zu einer vorübergehenden Verringerung bei einer Geschwindigkeit und/oder einem Tröpfchen volumen führt. Ferner verringert sich eine Heizerelementleistungsfähigkeit aufgrund eines Phänomens, das auf dem Gebiet als „Kogation" bezeichnet wird und das die Energieübertragungseffizienz des Heizerelements auf die Tinte begrenzt und ferner die Betriebslebensdauer des Heizerelements begrenzt. Zusätzlich kann das Blasenzusammenfallen zu einer Kavitationsbeschädigung an dem Heizerelement führen.
Falls die Anforderung, dass die Tinte verdampft werden soll (d. h. Verdampfungseinschränkung), nicht bestünde, könnten ferner verschiedene Tintenkomponenten in der Tintenformulierung enthalten sein, um Druckcharakteristika zu verbessern.
Es ist deshalb erwünscht, die hierin oben genannten Probleme des Stands der Technik durch ein Schaffen eines thermischen Tintenstrahldruckers zu lösen, der eine Druckergeschwindigkeit erhöht, ein Auftreten einer „Verlangsamung" reduziert, eine Kogation reduziert, eine Kavitationsbeschädigung an dem Heizerelement verbessert, und der keine Verdampfung der Tinte erfordert.
Unter jetziger Bezugnahme auf 3 und 4 ist deshalb dort ein erstes Ausführungsbeispiel des Druckkopfs 60 gezeigt, der die zuvor erwähnten Druckkopfkassetten 75a/b/c/d aufweist (wobei lediglich die Kassetten 75a/b gezeigt sind), die Seite an Seite im Tandem gekoppelt sind. Jede der Kassetten 75a/b/c/d, die zu dem Druckkopf 60 gehören, definiert eine längliche erste Kammer 180 und eine längliche zweite Kammer 190 in derselben. Aus Gründen, die hierin unten ausführlicher offenbart sind, ist die erste Kammer 180 zum Aufnehmen eines Arbeitsfluids in der Lage, das eine wässrige Flüssigkeit sein kann, wie beispielsweise Wasser. Zudem kann das Arbeitsfluid ein so genanntes „technisiertes" Fluid sein, das Nukleationsfaktoren optimiert, wie beispielsweise eine Dampfblasentemperatur, eine Blasenbildungsgeschwindigkeit und eine Kraft, die auf den Wärmewiderstand aufgrund eines Blasenzusammenfalls ausgeübt wird.
Die zweite Kammer 190 jedoch ist zum Aufnehmen eines Tintenkörpers in der Lage, aus dem das Bild 20 erzeugt wird. Zusätzlich weist die zweite Kammer 190 einen Auslass 195 für einen Austritt des Tintentropfens 70 aus dem Druckkopf 60 auf. Der Auslass 195 ist vorzugsweise in einer Öffnungsstirnplatte 197 gebildet, die die zweite Kammer 190 überspannt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 und 4 trennt ein erstes Ausführungsbeispiel einer allgemein rechteckigen flexiblen ersten Membrane oder ersten Membran 200 die erste Kammer 180 und die zweite Kammer 190. Die Membran 200 ist aus Gründen, die hierin unten geliefert werden, elastisch. In dieser Hinsicht kann die Membran 200 aus irgendeinem geeigneten korrosionsbeständigen elastischen Material hergestellt sein, wie beispielsweise einem Natur- oder Silikongummi, und kann in einem Querdurchschnitt näherungsweise 0,5 bis 1,5 Mikrometer dick sein. Die Membran 200 ist vorzugsweise korrosionsbeständig, um Korrosionswirkungen des Arbeitsfluids und des Tintenkörpers zu widerstehen. Die Membran 200 ist abdichtend entlang einem Kantenabschnitt derselben an einem länglichen Tragebauglied 210 angebracht, das sich zwischen der ersten Kammer 180 und der zweiten Kammer 190 erstreckt. Das Tragebauglied 210 trägt die Membran 200 und dient ferner dazu, die erste Kammer 180 und die zweite Kammer 190 abdichtend zu trennen. Die Membran 200 kann durch irgendeine geeignete Einrichtung, wie beispielsweise durch ein geeignetes wärmebetätigtes und korrosionsbeständiges Haftmittel, abdichtend an dem Tragebauglied 210 angebracht sein. Zudem ist die Membran 200 abdichtend entlang anderer Kanten derselben an einer länglichen unteren Leiste 215 angebracht, die vorzugsweise die zweite Kammer 190 erzeugt, um die Tintenkörperabfeuerungskammer zu definieren. Zusätzlich ist die Membran 200 entlang Kanten derselben an einer länglichen oberen Leiste 216 abdichtend angebracht, die vorzugsweise die erste Kammer 180 erzeugt, um so die Arbeitsfluidabfeuerungskammer zu definieren. Das Material, das die obere Leiste 216 bildet, kann das gleiche Material sein, das die untere Leiste 215 bildet. Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel des Druckkopfs 60 ist die Membran 200 über dem Auslass 195 positioniert, aber ist von demselben beabstandet, um einen Raum zum Biegen der Membran 200 zu ermöglichen. Die Leiste 216 ist abdichtend mit einem horizontal angeordneten Halbleiterstück oder Sparrenbauglied 220 verbunden. Das Sparrenbauglied 220, das in der ersten Kammer 180 angeordnet ist, weist aus Gründen, die hierin unten offenbart sind, eine Unterseite 225 auf. Somit ist aus der Beschreibung hierin oben ersichtlich, dass die Membran 200, das Tragebauglied 210 und die Leisten 215/216 zusammenwirken, um die erste Kammer 180 und die zweite Kammer 190 abdichtend zu trennen und die Abfeuerungskammern für das Arbeitsfluid bzw. die Tinte zu definieren. Mit anderen Worten wirken die Membran 200, das Tragebauglied 210 und die Leisten 215/216 zusammen, um das Arbeitsfluid und den Tintenkörper aus Gründen, die hierin unten offenbart sind, abdichtend zu trennen.
Mit Bezug auf 3, 4, 5A, 5B, 5C, 5D und 5E befindet sich an der Unterseite 225 des Sparrenbauglieds 220 angebracht und deshalb in der ersten Kammer 180 angeordnet ein erstes Ausführungsbeispiel eines ersten Wandlers, der ein erstes Heizerelement oder ein erster Widerstand 240 zum lokalen Kochen des Arbeitsfluids sein kann. Der erste Widerstand 240 ist elektrisch mit der Steuerung 50 verbunden, so dass die Steuerung 50 einen Fluss elektrischer Energie zu dem ersten Widerstand 240 ansprechend auf Ausgangssignale steuert, die von der Eingabequelle 40 empfangen werden. Der erste Widerstand 240 befindet sich in Fluidkommunikation mit dem Arbeitsfluid und somit der Membran 200 zum Bewirken einer ersten Druckwelle 245 in dem Arbeitsfluid, um die Membran 200 zu biegen. In dieser Hinsicht erwärmt, wenn elektrische Energie momentan zu dem ersten Widerstand 240 fließt, der erste Widerstand 240 das Arbeitsfluid lokal, wobei bewirkt wird, dass sich eine erste Dampfblase 250 benachbart zu dem ersten Widerstand 240 bildet. Die Dampfblase 250 beaufschlagt die erste Kammer 180 mit Druck durch ein Verlagern des Arbeitsfluids und bewirkt eine Erzeugung der ersten Druckwelle 245 in der ersten Kammer 180. Wenn die erste Druckwelle 245 in der ersten Kammer 180 erzeugt wird, biegt sich die Membran 200 oder dehnt sich aus, um den Tintentropfen 70 aus dem Tintenkörper zu quetschen, der in der zweiten Kammer 190 resident ist, und den Tintentropfen 70 durch den Auslass 190 zu zwingen, so dass der Tintentropfen 70 auf dem Empfänger 30 landet. Mit anderen Worten biegt die erste Druckwelle 145, die in der ersten Kammer 180 erzeugt wird, die Membran 200, so dass die erste Druckwelle 245 in die zweite Kammer 190 übertragen wird, um die zweite Kammer 190 mit Druck zu beaufschlagen. Nach einer vorbestimmten Zeit und wenn der Tintentropfen 70 den Auslass 195 durchläuft, beendet die Steuerung 50 das Liefern elektrischer Energie an den Widerstand 240. Die Dampfblase 250 wird danach aufgrund der Abwesenheit einer Energieeingabe zu dem Arbeitsfluid zusammenfallen. Wenn die Dampfblase 250 zusammenfällt, neigt die elastische Membran 200 dazu, zu der ungebogenen Stellung derselben zurückzukehren, um auf die erneute Energieversorgung des Widerstands 240 zu warten, um einen weiteren Tintentropfen 70 auszustoßen. Wenn die Dampfblase 250 zusammenfällt, bereitet sich ferner die erste Druckwelle 245 entlang der länglichen zweiten Kammer 190 in dem Arbeitsfluid sowie entlang der ersten Kammer 180 in dem Tintenkörper aus.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3, 4, 5A, 5B, 5C, 5D und 5E befindet sich an der Unterseite 225 des Sparrenbauglieds 220 angebracht und deshalb in der ersten Kammer 180 angeordnet ein erstes Ausführungsbeispiel eines zweiten Wandlers, der ein zweites Heizerelement oder ein zweiter Widerstand 270 sein kann, zum lokalen Kochen des Arbeitsfluids. Der erste Widerstand 240 und der zweite Widerstand 270 sind voneinander versetzt, wie es gezeigt ist. Der Zweck des zweiten Widerstands 270 besteht darin, die erste Druckwelle 245, die sowohl in der ersten Kammer 180, die das Arbeitsfluid enthält, sowie in der zweiten Kammer 190 erzeugt wird, die den Tintenkörper enthält, zu dämpfen. Es ist wichtig, die erste Druckwelle 245 zu dämpfen. Dies ist wichtig, weil der erste Widerstand 240, wie es zuvor erwähnt ist, die erste Druckwelle 245 in der ersten Kammer 180 und die „mitschwingende" Druckwelle 245 in der zweiten Kammer 190 mittels der Membran 200 erzeugt, wobei die erste Druckwelle 245 gedämpft werden sollte, um durch ein Verringern einer Zeit zwischen einem Ausstoß von Tintentropfen 70 eine Druckergeschwindigkeit zu erhöhen. In dieser Hinsicht wird der zweite Widerstand 270 durch die Steuerung 50 eine vorbestimmte Zeit nach der Energieversorgung des ersten Widerstands 240 mit Energie versorgt. Um dieses Ergebnis zu erreichen, ist der zweite Widerstand 270 elektrisch mit der Steuerung 50 verbunden, so dass die Steuerung 50 einen Fluss elektrischer Energie zu dem zweiten Widerstand 270 steuert. Der zweite Widerstand 270 befindet sich in Fluidkommunikation mit dem Arbeitsfluid und somit der Membran 200 zum Bewirken einer zweiten Druckwelle 275 in dem Arbeitsfluid, um die Membran 200 zu biegen. In dieser Hinsicht erwärmt, wenn elektrische Energie momentan zu dem zweiten Widerstand 270 fließt, der zweite Widerstand 270 lokal das Arbeitsfluid, wobei bewirkt wird, dass sich eine zweite Dampfblase 280 benachbart zu dem zweiten Widerstand 270 bildet. Die zweite Dampfblase 280 beaufschlagt die erste Kammer 180 durch ein Verdrängen des Arbeitsfluids mit Druck und bewirkt eine Erzeugung der zweiten Druckwelle 275 in der ersten Kammer 180. Wenn die zweite Druckwelle 275 in der ersten Kammer 180 erzeugt wird, biegt sich die Membran 200 oder dehnt sich aus. Mit anderen Worten biegt die zweite Druckwelle 275, die in der ersten Kammer 180 erzeugt wird, die Membran 200, so dass die zweite Druckwelle 275 in die zweite Kammer 190 übertragen wird, um die zweite Kammer 190 mit Druck zu beaufschlagen. Eine vorbestimmte Zeit, nachdem die zweite Kammer 190 mit Druck beaufschlagt ist, beendet die Steuerung 50 das Liefern elektrischer Energie zu dem zweiten Widerstand 270. Die zweite Dampfblase 280 wird danach aufgrund der Abwesenheit einer Energieeingabe zu dem Arbeitsfluid zusammenfallen. Wenn die zweite Dampf blase 280 zusammenfällt, neigt die elastische Membran 200 dazu, zu der ungebogenen Stellung derselben zurückzukehren, um auf eine erneute Energieversorgung des zweiten Widerstands 270 zu warten, um eine weitere erste Druckwelle 245 zu dämpfen. Wie es aus der Beschreibung hierin oben ersichtlich ist, stört die zweite Druckwelle 275 eine Ausbreitung der ersten Druckwelle 245 entlang sowohl der ersten Kammer 180 als auch der zweiten Kammer 190. Wenn die zweite Druckwelle 275 die erste Druckwelle 245 stört, wird die erste Druckwelle 245 wesentlich abgeschwächt und Kraft, Impuls und Geschwindigkeit der ersten Druckwelle 245 werden reduziert (d. h. gedämpft). Somit muss eine erneute Energieversorgung des Widerstands 240 nicht darauf warten, dass die erste Druckwelle 245 auf natürliche Weise abklingt. Vielmehr dämpft die hydraulische Kraft der zweiten Druckwelle 275 die hydraulische Kraft der ersten Druckwelle 245, so dass der Widerstand 240 früher mit Energie versorgt werden kann, wodurch eine Druckergeschwindigkeit erhöht wird. Nach einem Ausstoß des Tintentropfens 70 wird die zweite Kammer 190 mit Tinte aus einem Tintenvorrat (nicht gezeigt) nachgefüllt, wie es durch einen Pfeil 285 dargestellt ist.
Mit Bezug auf 6 ist dort ein zweites Ausführungsbeispiel einer elastischen Membran 287 gezeigt. Die Membran 287 weist eine Mehrzahl von Schichten 290a und 290b auf, die aus vorbestimmten elastischen Materialien aufgebaut sind. In dieser Hinsicht können die Schichten 290a und 290b aus einem elastischen Natur- oder Silikongummi hergestellt sein, wobei jede Schicht 290a und 290b einen unterschiedlichen Elastizitätskoeffizienten zum Erreichen einer erwünschten Größe eines asymmetrischen Biegens der Membran 280 aufweist.
Unter Bezugnahme auf 7 ist dort ein drittes Ausführungsbeispiel einer Membran 300 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist zudem eine Mehrzahl von Wandlern eines zweiten Ausführungsbeispiels vorgesehen. Jeder Wandler des zweiten Ausführungsbeispiels weist einen ersten Elektromagneten 310 und einen zweiten Elektromagneten 312 auf, die beide mit einer Spannungsquelle 315 verbunden sind. Die Spannungsquelle 315 ist wiederum mit der Steuerung 40 zum Steuern eines Betriebs der Elektromagneten 310/312 verbunden. Jeder Elektromagnet 310/312 umfasst einen Metallkern 317. Jeder Elektromagnet 310/312 umfasst ferner einen elektrischen Leiterdraht 318, der zum Tragen einer elektrischen Ladung in der Lage ist und der um den Kern 317 herum gewickelt ist. Die Membran 300 umfasst ein flexibles Substrat 320, das aus Natur- oder Silikongummi hergestellt sein kann, mit dem eine metallische Schicht 330 gekoppelt ist, die auf eine elektromagnetische Kraft anspricht, die durch die Elektromagneten 310/312 erzeugt wird. Das Material und die Dicke der metallischen Schicht 330 sind gewählt, so dass die metallische Schicht 330 sich nach außen zu dem Auslass 75 hin biegt, wenn eine elektromagnetische Kraft an die metallische Schicht 330 angelegt ist. Wenn sich die metallische Schicht 330 biegt, biegt sich jedoch das elastische Substrat 320 simultan in die gleiche Richtung und um den gleichen Betrag, weil das Substrat 320 mit der metallischen Schicht 330 gekoppelt ist. Wenn der erste Elektromagnet 310 mit Energie versorgt ist, bewirkt das Biegen der Membran 300, dass die erste Druckwelle 245 in dem Tintenkörper, der in der zweiten Kammer 190 resident ist, bewirkt wird, um zu bewirken, dass der Tintentropfen 70 aus dem Auslass 195 austritt. Zudem werden die elastische Schicht 320, sowie die metallische Schicht 330, die mit derselben gekoppelt ist, nach einem Ausstoß des Tintentropfens 70 aufgrund der elastischen Beschaffenheit des Substrats 320 in den ungebogenen Zustand desselben zurückgebracht. Wenn der zweite Elektromagnet 312 mit Energie versorgt ist, bewirkt das Biegen der Membran 300 zusätzlich, dass die zweite Druckwelle 275 in dem Tintenkörper, der in der zweiten Kammer 190 resident ist, bewirkt wird, um die erste Druckwelle 245 auf die zuvor erwähnte Weise zu dämpfen. Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfordert natürlich nicht, dass das Arbeitsfluid vorhanden ist. Somit besteht ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung darin, dass ein Bedarf nach einem Arbeitsfluid beseitigt ist.
Mit Bezug auf 8, 9, 10A, 10B, 10C, 10D und 10E ist dort eine Tintenkassette 75a gezeigt, die zu einem zweiten Ausführungsbeispiel des Druckkopfs gehört, der allgemein als 340 bezeichnet ist. In dieser Hinsicht sind der erste Widerstand 240 und der zweite Widerstand 270 kollinear angeordnet und an der Unterseite 225 des Sparrenbauglieds 220 angebracht. Das kollineare Ausrichten des ersten Widerstands 240 und des zweiten Widerstands 270 kann einen Aufbau des Druckkopfs 340 erleichtern. Zudem umfasst der Druckkopf 340 ein oberes Barrierebauglied 350, das in demselben die erste Kammer 180 definiert. Das obere Barrierebauglied 350 definiert ferner einen ersten Einlass 355 in Kommunikation mit der ersten Kammer 180 für einen Eintritt des Arbeitsfluids in die erste Kammer 180. Zusätzlich umfasst der Druckkopf 340 ferner ein unteres Barrierebauglied 360, das die zweite Kammer 190 in demselben definiert. Das untere Barrierebauglied 360 definiert ferner einen zweiten Einlass 365 in Kommunikation mit der zweiten Kammer 190 für einen Eintritt der Tinte in die zweite Kammer 190. Die erste Kammer 180 ist vertikal und kollinear mit der zweiten Kammer 190 ausgerichtet. Zudem ist die Membran 200 zwischen dem oberen Barrierebauglied 350 und dem unteren Barrierebauglied 360 angeordnet.
Mit Bezug auf 11, 12A, 12B, 12C, 12D und 12E ist dort eine Tintenkassette 75a gezeigt, die zu einem dritten Ausführungsbeispiel eines Druckkopfs gehört, der allgemein als 370 bezeichnet ist. In dieser Hinsicht befindet sich eine erste Nische oder ein erster Blindhohlraum 380 in Kommunikation mit der ersten Kammer 180, aber ist von der ersten Kammer 180 versetzt. Ferner befindet sich eine zweite Nische oder ein zweiter Blindhohlraum 390 in Kommunikation mit der zweiten Kammer 190, aber ist von der zweiten Kammer 190 versetzt. Der vorhergehend erwähnte erste Widerstand 240 ist in der ersten Kammer 180 angeordnet, während der zweite Widerstand 270 in dem ersten Blindhohlraum 380 angeordnet ist. Somit sind der erste Widerstand 240 und der zweite Widerstand 270 voneinander versetzt. Wenn der erste Widerstand 240 das Arbeitsfluid in der ersten Kammer 180 erwärmt, bildet sich die Dampfblase 250, um die Membran 200 zu biegen, um einen Tintentropfen 70 aus dem Auslass 195 auszustoßen. Wenn sich die Membran 200 biegt, breitet sich natürlich die erste Druckwelle 245 entlang der zweiten Kammer 190 aus. Zudem ist ferner der zweite Widerstand 270 in dem ersten Hohlraum 380 zum Biegen der Membran 200 angeordnet, die sich in Fluidkommunikation mit dem zweiten Hohlraum 390 befindet. Der zweite Widerstand 270 wird betätigt, um die zweite Druckwelle 275 in dem zweiten Hohlraum 390 zu erzeugen, um die erste Druckwelle 245 zu dämpfen. Vorzugsweise wird der zweite Widerstand 270 betätigt, bevor die erste Druckwelle 245 den zweiten Blindhohlraum 390 durchläuft, so dass die erste Druckwelle 245 an einem Eintreten in den Hohlraum 390 gehindert ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind zudem sowohl die erste Kammer 180 als auch die zweite Kammer 190 mit einem „Einengungspunkt" 400a bzw. 400b versehen. In dieser Hinsicht sind die Einengungspunkte 400a/b in der oberen Barriere 350 bzw. dem unteren Barrierebauglied 360 gebildet. Der Zweck der Einengungspunkte 400a/b besteht darin, ein Hindernis in dem Weg der ersten Druckwelle 245 zu erzeugen, um die erste Druckwelle 245 weiter zu dämpfen. Es ist somit ersichtlich, dass das dritte Ausführungsbeispiel eines Druckkopfs 370 im Wesentlichen ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel des Druckkopfs 340 ist, mit Ausnahme des Versatzes der Blindhohlräume 380/390, des Vorhandenseins der Widerstände 270 und der Hinzufügung der Einengungspunkte 400a/b.
Mit Bezug auf 13 und 14 ist eine Tintenkassette 75a gezeigt, die zu einem vierten Ausführungsbeispiel eines Druckkopfs gehört, der allgemein als 410 bezeichnet ist. Das vierte Ausführungsbeispiel des Druckkopfs 410 ist im Wesentlichen ähnlich dem dritten Ausführungsbeispiel des Druckkopfs 370. Gemäß diesem vierten Ausführungsbeispiel des Druckkopfs 410 jedoch sind der erste Widerstand 240 und der zweite Widerstand 270 von dem Auslass 195 versetzt und die zweite Kammer 190 umfasst einen Einengungspunkt 420 zum Behindern der ersten Druckwelle 245, um die erste Druckwelle 245 in der zweiten Kammer 190 zu dämpfen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Druckkopf 410 zum Steuern eines Tintentröpfchenvolumens sowie Dämpfen der ersten Druckwelle 245 in der Lage. Einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass dieses vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung abhängig von der Anzahl und Größe von vorhandenen Widerständen und den möglichen Abfeuerungskombinationen eine Mehrzahl unterschiedlicher Tintentropfenvolumen (d. h. Tintentropfengrößen) erzeugt. Größere Tropfengewichte können durch ein zeitliches Steuern der Widerstandsabfeuerereignisse erzeugt werden, um die Druckwellen zu verstärken, anstatt dieselben auszudämpfen, wie es bei vorhergehend erwähnten Ausführungsbeispielen hierin beschrieben ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Druckergeschwindigkeit erhöht wird. Dies ist so, weil kein Bedarf mehr besteht, darauf zu warten, dass die erste Druckwelle auf natürliche Weise abklingt, bevor der Wandler (z. B. Widerstand oder Elektromagnet) wieder betätigt wird, der verwendet wird, um Tintentropfen aufeinanderfolgend auszustoßen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Wirkung einer „Verlangsamung" reduziert wird. Dies ist so, weil, obwohl die Wirkung einer „Verlangsamung" nicht vollständig klar ist, beobachtet wurde, dass eine Trennung des Tintenkörpers von dem Widerstand durch ein Vorhandensein der Membran die Wirkung einer „Verlangsamung" reduziert.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Verwendung derselben das Phänomen reduziert, das als Widerstands-„Kogation” bekannt ist. Dies ist so, weil der Tintenkörper von dem Widerstand getrennt ist und deshalb nicht chemisch mit dem Widerstand reagieren kann.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Widerstandskavitationsbeschädigung aufgrund der kombinierten Wirkungen eines Blasenzusammenfalls und korrosiver Tinten reduziert ist. Dies ist so, weil der Tintenkörper vom Widerstand getrennt ist.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine breitere Vielfalt von Tinten verwendet werden kann. Dies ist so, weil die Tintenverdampfungsbeschränkung entspannt werden kann, so dass weniger lösliche Komponenten, wie beispielsweise Pigmente oder Polymere, in höheren Konzentrationen in der Tinte enthalten sein können. Zudem kann ein Entspannen der Wärme- oder Verdampfungseinschränkung eine Verwendung von Tinten mit erheblich unterschiedlichen Volumeneigenschaften (Bulk-Eigenschaften) ermöglichen.
Während die Erfindung mit spezieller Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, ist Fachleuten auf dem Gebiet klar, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen und Elemente der bevorzugten Ausführungsbeispiele durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist die Erfindung für eine Verwendung bei einem piezoelektrischen Tintenstrahldrucker sowie bei einem thermischen Tintenstrahldrucker geeignet. Um dieses Ergebnis zu bewirken, kann einer oder können mehrere piezoelektrische Wandler anstelle von Wärmewiderständen oder Elektromagneten verwendet werden, um die erste Druckwelle und die zweite Druckwelle zu erzeugen.
Was deshalb vorgesehen ist, ist ein thermischer Tintenstrahldrucker zum Drucken eines Bilds an einem Empfänger und ein Verfahren zum Zusammenfügen des Druckers, wobei der Drucker für ein Hochgeschwindigkeitsdrucken und eine erhöhte Wärmewiderstandslebensdauer angepasst ist.

10: thermischer Tintenstrahldrucker
20: Bild
30: Empfänger
40: Eingabequelle
50: Steuerung
60: thermischer Tintenstrahldruckkopf
70: Blattvorratsablage
75a/b/c/d: Druckkopfkassetten
80: Aufnehmermechanismus
100: Führung
110: Auflagerolle
112: Pfeil (Richtung von Empfängervorschub)
120: Riemen und Scheibenanordnung
130: Riemen
140: Motor
150: Scheibe
160a/b: Gleitstäbe
170a/b: Rahmenbauglieder
180: erste Kammer
190: zweite Kammer
195: Auslass
197: Stirnplatte
200: erstes Ausführungsbeispiel der ersten Membran
210: Tragebauglied
215: obere Leiste
216: untere Leiste
220: Sparrenbauglied
225: Unterseite von Sparrenbauglied
240: erstes Ausführungsbeispiel des ersten Wandlers (d. h. erstes Heizerelement oder erster Widerstand)
245: erste Druckwelle
250: erste Dampfblase
270: erstes Ausführungsbeispiel des zweiten Wandlers (d. h. zweiter Heizer oder zweiter Widerstand)
275: zweite Druckwelle
280: zweite Dampfblase
285: Pfeil (der Tintennachfüllrichtung darstellt)
287: zweites Ausführungsbeispiel der Membran
290a/b: Schichten des zweiten Ausführungsbeispiels der Membran
300: drittes Ausführungsbeispiel der Membran
310: erster Elektromagnet
312: zweiter Elektromagnet
315: Spannungsquelle
317: Metallkern
318: elektrischer Leiter
320: Substrat
330: metallische Schicht
340: zweites Ausführungsbeispiel des Druckkopfs
350: oberes Barrierebauglied
355: erster Einlass
360: unteres Barrierebauglied
370: drittes Ausführungsbeispiel des Druckkopfs
380: erster Blindhohlraum
390: zweiter Blindhohlraum
400a/b: Einengungspunkte
410: viertes Ausführungsbeispiel des Druckkopfs
420: Einengungspunkt

Claims

Ein Tintenstrahldrucker (10) zum Drucken eines Bilds (20) an einem Empfänger (30), der folgende Merkmale aufweist: a. einen Druckkopf (60; 340; 370; 410), der eine erste Kammer (180) und eine zweite Kammer (190) in demselben definiert; b. eine flexible Membran (200, 287, 300), die die erste Kammer und die zweite Kammer trennt; c. einen ersten Wandler (240; 310) in Kommunikation mit der Membran (200, 287, 300); gekennzeichnet durch d. einen zweiten Wandler (270; 312) in Kommunikation mit der Membran (200, 287, 300); und e. eine Steuerung (50), die angepasst ist, um den ersten Wandler (240; 310) mit Energie zu versorgen, um eine erste Druckwelle (245) zu bewirken, die die Membran (200, 287, 300) in die zweite Kammer (190) biegt, so dass die Membran die erste Druckwelle (245) in die zweite Kammer (190) überträgt, und um den zweiten Wandler (270; 312) mit Energie zu versorgen, um eine zweite Druckwelle (275) zu bewirken, die die Membran (200, 287, 300) in die zweite Kammer (190) biegt, so dass die Membran die zweite Druckwelle (275) in die zweite Kammer (190) überträgt, um die erste Druckwelle (245) zu dämpfen, die in die zweite Kammer übertragen wurde.
Der Drucker gemäß Anspruch 1, bei dem der erste Wandler einen Widerstand (240) in Kommunikation mit der Membran (200, 287) aufweist.
Der Drucker gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der zweite Wandler einen Widerstand (270) in Kommunikation mit der Membran (200, 287) aufweist.
Der Drucker gemäß Anspruch 1, bei dem der erste Wandler einen Elektromagneten (310) in Kommunikation mit der Membran (300) aufweist.
Der Drucker gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 4, bei dem der zweite Wandler einen Elektromagneten (312) in Kommunikation mit der Membran (300) aufweist.
Der Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen Einengungspunkt (400b; 420) aufweist, der in die -zweite Kammer (190) vorsteht.
Der Drucker gemäß Anspruch 6, der ferner einen Einengungspunkt (400a) aufweist, der in die erste Kammer (180) vorsteht und angepasst ist, um die erste Druckwelle (245) weiter zu dämpfen.
Ein Verfahren zum Zusammenfügen eines Tintenstrahldruckers (10) zum Drucken eines Bilds (20) an einem Empfänger (30), das folgende Schritte aufweist: a. Bereitstellen eines Druckkopfs (60; 340; 370; 410), der eine erste Kammer (180) und eine zweite Kammer (190) definiert; b. Trennen der ersten Kammer (180) und der zweiten Kammer (190) mit einer Membran (200; 287; 300); c. Anordnen eines ersten Wandlers (240; 310) in Kommunikation mit der Membran (200; 287; 300); d. Anordnen eines zweiten Wandlers (270; 312) in Kommunikation mit der Membran (200, 287, 300); e. Bereitstellen einer Steuerung (50) zum Versorgen des ersten Wandlers (240; 310) mit Energie, um eine erste Druckwelle (245) zu bewirken, die die Membran in die zweite Kammer (190) biegt, so dass die Membran die erste Druckwelle (245) in die zweite Kammer (190) überträgt; und f. Versorgen des zweiten Wandlers (270; 312) mit Energie nach einer vorbestimmten Zeit, um eine zweite Druckwelle (275) zu bewirken, die die Membran in die zweite Kammer (190) biegt, so dass die Membran die zweite Druckwelle (275) in die zweite Kammer (190) überträgt, wobei die zweite Druckwelle (275) die erste Druckwelle (245) dämpft, die zu der zweiten Kammer (190) übertragen wurde.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, das ferner die Schritte eines Bildens eines Einengungspunkts (400b; 420), der in die zweite Kammer (190) vorsteht, und eines Hemmens der ersten Druckwelle (245), um die erste Druckwelle (245) in der zweiten Kammer (190) weiter zu dämpfen, aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner die Schritte eines Bildens eines Einengungspunkts (400a), der in die erste Kammer (180) vorsteht, und eines Hemmens der ersten Druckwelle (245) aufweist, um die erste Druckwelle (245) weiter zu dämpfen.