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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Tintenstrahldruckvorrichtungen.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den kontinuierlichen
Tintenstrahldruck, bei dem die Tintentropfen während des Druckvorgangs mittels
eines Flüssigkeitsvorhangs
gesteuert werden.
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Heute
ist der Tintenstrahldruck wegen verschiedener Vorteile, zum Beispiel
seiner berührungsfreien
Arbeitsweise, geringen Geräuschentwicklung und
der Einfachheit seiner Systeme, als herausragende Option im Bereich
des digital gesteuerten elektronischen Drucks anerkannt. Aus diesen
Gründen
sind Tintenstrahldrucker im Privat- und Büroeinsatz und in anderen Bereichen
sehr erfolgreich.
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Für den Farb-Tintenstrahldruck
werden herkömmlicherweise
zwei Technologien eingesetzt, die so genannte Drop-on-Demand-Technik
(DOD-Technik) und der kontinuierliche Tintenstrahldruck. Beide erfordern
für jede
der vorgesehenen Tintenfarben jeweils eigene Tintenvorräte. Die
Tinte wird durch im Druckkopf ausgebildete Kanäle zugeführt. Dabei weist jeder Kanal
eine Düse
auf, aus der selektiv Tintentropfen ausgestoßen und auf ein Medium aufgebracht
werden. Normalerweise werden die drei Subtraktionsfarben, d.h. Cyan,
Gelb und Magenta, verwendet, weil man mit diesen Farben bis zu mehreren Millionen
wahrnehmbarer Farbkombinationen erzielen kann.
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Beim
DOD-Tintenstrahldruck werden mittels eines (thermischen, piezoelektrischen,
usw.) Druckbetätigungselements
Tintentropfen erzeugt, die auf ein Printmedium aufgebracht werden.
Eine selektive Aktivierung des Betätigungselements bewirkt die Ausbildung
und das Ausstoßen
eines Tintentropfens, der dann den Abstand zwischen dem Druckkopf
und dem Printmedium überwindet
und auf ein Printmedium auftrifft. Die Druckbilder werden dadurch
erzeugt, dass man die Ausbildung der einzelnen Tintentropfen während der
Bewegung des Printmediums relativ zum Druckkopf steuert. Ein geringfügiger Unterdruck in
jedem Kanal verhindert, dass die Tinte ungewollt aus der Düse austritt,
und sorgt für
die Ausbildung eines leicht konkaven Meniskus an der Düse, was
dazu beiträgt,
die Düse
sauber zu halten.
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Der
Dauerstrom- oder kontinuierliche Tintenstrahldruck arbeitet mit
einem unter Druck stehenden Tintenvorrat, der einen kontinuierlichen
Strom von Tintentropfen erzeugt. Bei herkömmlichen kontinuierlich arbeitenden
Tintenstrahldruckern sind elektrostatische Ladeeinrichtungen in
der Nähe
des Punkts angeordnet, an dem ein Strahl der Arbeitsflüssigkeit
in einzelne Tintentropfen ausbricht. Die Tintentropfen werden elektrisch
geladen und dann durch Ablenkelektroden mit hoher Potentialdifferenz
auf eine gewünschte
Position gerichtet. Soll der Tropfen nicht drucken, wird er in einen
Tintenauffangmechanismus (Auffang-, Abfangeinrichtung, Rinne, usw.)
gerichtet und entweder in den Prozess zurückgeführt oder entsorgt. Soll der
Tropfen drucken, wird er nicht abgelenkt, so dass er auf ein Aufzeichnungsmedium
auftreffen kann. Alternativ ist es auch möglich, abgelenkte Tintentropfen
auf das Aufzeichnungsmedium auftreffen zu lassen, während die
nicht abgelenkten Tintentropfen im Auffangmechanismus gesammelt
werden. Kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtungen
sind zwar normalerweise schneller als DOD-Vorrichtungen und erzeugen
Druckbilder und Grafiken höherer
Qualität,
ihre elektrostatischen Ablenkmechanismen sind aber teuer in der
Herstellung und im Betrieb relativ empfindlich.
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US-A-4
350 986 beschreibt einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker
mit einem Druckkopf mit einer Düse,
die kontinuierlich einen Strahl wahlweise größerer oder kleinerer Tintentropfen
ausstößt, und
mit Ablenkelektroden, die die kleineren Tropfen in eine Auffangrinne
lenken.
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In
jüngster
Zeit wurde ein neuartiges Tintenstrahldrucksystem entwickelt, das
die vorstehend beschriebenen elektrostatischen Ladeeinrichtungen
unnötig
macht und eine besseren Steuerung der Tropfenausbildung ermöglicht.
Dieses System ist in der gemeinsam abgetretenen US-A-6 079 821 beschrieben,
wo durch periodisches Anlegen schwacher Wärmeimpulse an den Tintenstrahl
durch ein Heizelement der Tintenstrahl synchron mit den angelegten Wärmeimpulsen
in einer von der Düse
beabstandeten Position in eine Vielzahl von Tropfen aufgebrochen
wird. Die Tropfen werden dann durch von einem Heizelement in einer
Düsenöffnung kommende
stärkere Wärmeimpulse
abgelenkt. Man bezeichnet dies als asymmetrisches Anlegen von Wärmeimpulsen. Die
Wärmeimpulse
lenken die Tintentropfen zwischen einer "druckenden" Richtung (die auf ein Aufzeichnungsmedium
gerichtet ist) und einer "nicht
druckenden" Richtung
(die in eine "Auffangeinrichtung" gerichtet ist) ab.
Tinten auf Lösungsmittelbasis,
etwa auf Alkoholbasis, weisen gute Ablenkungsmuster auf und ergeben
bei kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern mit asymmetrisch
angelegter Wärme Bilder
hoher Qualität,
während
Tinten auf Wasserbasis sich nicht so stark ablenken lassen und infolgedessen
kein so robustes Ergebnis erbringen.
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Bei
anderen kontinuierlichen Tintenstrahldruckverfahren wird in der
Nähe der
Tintenströme eine
Luftströmung
für verschiedene
Zwecke eingesetzt. Zum Beispiel beschreibt US-A-3 596 275 den Einsatz
sowohl zum Tintentropfenstrom gleichgerichteter als auch rechtwinklig
zu ihm gerichteter Luftströme,
die die Wirkung der Nachlaufturbulenz in der Bewegungsbahn der aufeinander
folgenden Tropfen eliminieren sollen. Diese Entwicklungen wurden
auf US-A-3 972 051, 4 097 872 und 4 297 712 ausgeweitet, die sich
auf die Konstruktion von Saugeinrichtungen zum Minimieren des Tropfennachlaufs
beziehen. US-A-4 106 032 und 4 728 969 setzen zur Unterstützung der
Ausstoßwirkung
eines DOD-Druckkopfs einen koaxialen Luftstrom ein.
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Ein
mit Tintenstrahldruckern im Allgemeinen und mit Druckern, die mit
Gas- oder Luftströmen
arbeiten, im Besonderen verbundenes Problem besteht im Trocknen
der Tinte. Wenn die Tinte in der Nähe der Druckkopfdüsen trocknet,
kann dies zu fehlerhaften Flugbahnen der Tropfen und zum Verstopfen
der Düse
führen,
was wiederum die korrekte Ablenkung der Tintentropfen kompliziert.
Darüber
hinaus kann das Verdampfen des Lösungsmittels
der Tinte aus den Tropfen während
deren Bewegung durch die Luft die Viskosität der in der Auffangrinne aufgefangenen
Tinte erhöhen
und dadurch Schwierigkeiten beim Rückführen verursachen, wenn die rückgeführte Tinte
durch einen Filter geleitet wird.
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Es
besteht eindeutig ein Bedarf an einem kontinuierlichen Tintenstrahldruckverfahren
und Tintenstrahldrucker mit einem billigeren und robusteren Tintenablenk-
oder Steuermechanismus, bei dem keine Luftströme in der Nähe der Düsen verwendet werden. Um die
mit jeder dieser verschiedenen Technologien verbundenen Kosten,
Einschränkungen
und Nachteile auszuschalten, wären
insbesondere ein kontinuierliches Tintenstrahldruckverfahren und
eine kontinu ierliche Druckvorrichtung wünschenswert, deren Ablenkung
nicht auf elektrostatischen Heizeinrichtungen beruht und bei denen
keine Luftströmung zum
Einsatz kommt.
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Die
Erfindung richtet sich auf eine Tintenstrahldruckvorrichtung, die
die vorstehend beschriebenen, mit dem Stand der Technik verbundenen
Probleme überwindet.
Hierzu weist die erfindungsgemäße Tintenstrahldruckvorrichtung
einen Tintentropfen-Erzeugungsmechanismus auf, der einen Strom von
Tintentropfen eines aus mindestens zwei unterschiedlichen Volumen
ausgewählten
Volumens auslöst,
sowie einen Tropfenfilter zum Erzeugen eines Flüssigkeitsvorhangs, der es zulässt, dass
Tintentropfen mit einem vorgegebenen Volumen durch den Tropfenfilter
hindurch auf das Printmedium gelangen, der aber Tintentropfen mit
einem kleineren als dem vorgegebenen Volumen auffängt und
dadurch verhindert, dass sie durch den Flüssigkeitsvorhang hindurch auf
das Printmedium gelangen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein mit einem kontinuierlichen Tintenstrom arbeitender
Tintenstrahldrucker bereitgestellt mit einem Druckkopf, der eine Öffnung zum
kontinuierlichen Ausstoßen
eines Strom von Tintentropfen einer größeren Größe und einer kleineren Größe aufweist, und
mit einem Tropfenfilter zum Erzeugen eines Flüssigkeitsvorhangs zwischen
der Öffnung
und einem Printmedium, der die kleineren Tropfen auffängt und
absorbiert, aber zulässt,
dass die größeren Tropfen
durch den Flüssigkeitsvorhang
hindurch auf das Printmedium gelangen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung bewegt sich der Flüssigkeitsvorhang
im Wesentlichen orthogonal zum Strom der Tintentropfen. Bei einer anderen
Ausführungsform
erzeugt der Tropfenfilter den Flüssigkeitsvorhang
aus der gleichen Art von Tinte, aus der auch die Tintentropfen bestehen.
Hierzu weist der Tropfenfilter einen Vorrat an unter Druck stehender
Tinte und eine mit diesem in Verbindung stehende Düse zum Erzeugen
eines Flüssigkeitsvorhangs
zwischen der Druckkopföffnung
und dem Printmedium auf. Der Tropfenfilter des mit einem kontinuierlichen
Tintenstrom arbeitenden Tintenstrahldruckers kann ferner eine Tinten-Rückführeinrichtung
zum Auffangen und Rückführen der
zur Herstellung des Flüssigkeitsvorhangs
verwendeten Tinte aufweisen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des mit einem kontinuierlichen Tintenstrom arbeitenden Tintenstrahldruckers
weist die Tropfenfilterdüse
eine schlitzförmige Öffnung für den Ausstoß flüssiger Tinte
in Form eines Vorhangs auf. Bei einer Ausführungsform ist die Düse nach
unten gerichtet, so dass der Flüssigkeitsvorhang
in der gleichen Richtung fällt,
in der die Schwerkraft wirkt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern des
Aufbringens von Tintentropfen eines mit einem kontinuierlichen Tintenstrom
arbeitenden Tintenstrahldruckers auf ein Printmedium bereitgestellt,
das die folgenden Schritte aufweist: Kontinuierliches Ausstoßen eines Stroms
von Tintentropfen einer wahlweise größeren und kleineren Größe aus einer Öffnung,
Erzeugen eines Flüssigkeitsvorhangs
zwischen der Öffnung
und einem Printmedium und Auffangen und Absorbieren der kleineren
Tropfen, wobei gleichzeitig zugelassen wird, dass die größeren Tropfen
durch den Flüssigkeitsvorhang
hindurch auf das Printmedium gelangen.
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Bei
einer Ausführungsform
erstreckt sich der Flüssigkeitsvorhang
vorzugsweise orthogonal zum Strom der Tintentropfen. Bei einer anderen
Ausführungsform
wird der Flüssigkeitsvorhang
aus der gleichen Art von Tinte erzeugt, aus der auch die Tintentropfen
bestehen. Hierzu wird der Flüssigkeitsvorhang
aus einem Vorrat unter Druck stehender Tinte mittels einer mit dem
Vorrat in Verbindung stehenden Düse
zwischen der Öffnung
und einem Printmedium erzeugt. Bei einer anderen Ausführungsform
weist das Verfahren ferner den Schritt auf, den Flüssigkeitsvorhang
wieder aufzufangen und der Wiederverwendung zuzuführen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des beschriebenen Verfahrens weist die Düse eine schlitzförmige Öffnung für den Ausstoß von flüssiger Tinte in
Form eines Vorhangs auf. Bei noch einer weiteren Ausführungsform
weist das Verfahren den Schritt auf, die Düse abwärts zu richten, so dass der
Flüssigkeitsvorhang
in der gleichen Richtung erzeugt wird, in der auch die Schwerkraft
wirkt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht eines Druckkopfs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2A–D die Beziehung
zwischen der Schaltfrequenz der Heizelemente des Druckkopfs und
dem Volumen der von den an die Heizelemente angrenzenden Düsen erzeugten
Tintentropfen;
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3 eine
schematische Darstellung der Funktion eines Tintenstrahldruckkopfs
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung, in der der Tropfenfilter für das Erzeugen eines Flüssigkeitsvorhangs
zwischen der Düsenöffnung und
einem Printmedium zu erkennen ist; und
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4 eine
schematische Seitenansicht eines Tintenstrahldruckers gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Beschreibung richtet sich insbesondere auf jene Elemente, die Teil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
oder direkter mit ihnen zusammenwirken. Es versteht sich, dass hier
nicht besonders dargestellte oder beschriebene Elemente in unterschiedlicher, dem
Fachmann bekannter Art ausgebildet sein können.
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In 1 und 4,
in denen gleiche Elemente in allen Figuren mit gleichen Referenzziffern bezeichnet
sind, weist der erfindungsgemäße kontinuierlich
arbeitende Drucker 1 allgemein einen Mechanismus zur Ausbildung
von Tintentropfen in Form eines Druckkopfs 2 auf. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Druckkopf 2 mittels bekannter Halbleiter-Fertigungstechniken,
etwa Fertigungstechniken für
CMOS-Schaltungen, Fertigungstechniken für mikromechanische Strukturen (MEMS),
usw., aus einem Halbleitermaterial (Silizium, usw.) hergestellt.
Es ist jedoch auch ausdrücklich vorgesehen
und liegt daher im Rahmen dieser Beschreibung, dass der Druckkopf 2 unter
Einsatz aller dem Fachmann normalerweise bekannten Fertigungstechniken
aus beliebigen Materialien hergestellt sein kann.
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In 1 ist
insbesondere zu erkennen, dass eine Vielzahl ringförmiger Heizelemente 3 zumindest teilweise
auf dem Siliziumsubstrat 6 des Druckkopfs 2 um entsprechende
Düsen oder Öffnungen 7 herum ausgebildet
oder angeordnet sind. Zwar können
die einzelnen Heizelemente 3 auch in radialem Abstand von
einem Rand der entsprechenden Öffnungen 7 angeordnet
sein, vorzugsweise sind die Heizelemente 3 jedoch dicht
an den entsprechenden Öffnungen 7 und
konzentrisch dazu angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Heizelemente 3 im Wesentlichen kreisförmig oder
ringförmig
ausgebildet. Es ist jedoch auch ausdrücklich vorgesehen, dass die
Heizelemente 3 auch in Form eines Teils eines Rings, Quadrats
oder in anderer Form angrenzend an die Öffnungen 7 ausgebildet
sein können. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
bestehen die Heizelemente 3 jeweils im Wesentlichen aus
einem elektrischen Widerstandsheizelement, das über Leiter 18 mit
elektrischen Kontaktflecken 11 verbunden ist. Die Öffnungen 7 stehen
jeweils über
einen ebenfalls im Druckkopf 2 ausgebildeten (nicht dargestellten)
Tintenkanal mit dem Tintenvorrat 51 in Flüssigkeitsverbindung.
Um den Farbdruck mit drei oder mehr Tintenfarben zu ermöglichen,
ist ausdrücklich vorgesehen,
dass der Druckkopf 2 ebenso wie den Tintenvorrat 51 noch
weitere Tintenvorräte
sowie entsprechende weitere Öffnungen 7 aufweisen
kann. Darüber
hinaus ist unter Verwendung eines Tintenvorrats 51 und
einer Öffnung 7 der Schwarz-Weiß-Druck
oder der Einfarbendruck möglich.
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Die
Leiter 18 und die elektrischen Kontaktflecke 11 können zumindest
teilweise am Druckkopf 2 ausgebildet oder angebracht sein
und stellen eine elektrische Verbindung zwischen einer Steuerung 13 und
den Heizelementen 3 her. Alternativ kann die elektrische
Verbindung zwischen der Steuerung 13 und dem Heizelement 3 auch
in jeder anderen bekannten Weise hergestellt werden. Die Steuerung 13 kann
eine relativ einfache Einrichtung (eine schaltbare Stromversorgung
für das
Heizelement 3, usw.) oder eine relativ komplexe Vorrichtung
(logische Steuerung oder programmierbarer Mikroprozessor in Verbindung
mit einer Stromversorgung) sein und zahlreiche weitere Komponenten
des Druckers in einer gewünschten
Weise steuern.
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In 2(a)–2(f) sind Beispiele der während mehreren
Pixelzeiten 31 von der Steuerung 13 an das elektrische
Heizelement 22 übermittelten
elektrischen Aktivierungs-Kurvenformen dargestellt, wobei die Pixelzeit 31 sich
auf die Dauer der für
die Erzeugung eines Pixels erforderlichen Zeit bezieht. Grundsätzlich führt eine
hohe Aktivierungsfrequenz des Heizelements 3, bei der das
Heizelement innerhalb einer gegebenen Pixelzeit 31 mehrmals
aktiviert wird und die Akti vierungen jeweils durch eine Verzögerungszeit 32 getrennt
sind, zu einem Tropfen 23 mit kleinem Volumen, wie dies
in 2(c) und 2(d) dargestellt
ist. während
eine niedrige Aktivierungsfrequenz zu Tropfen 21 großen Volumens
führt,
wie dies in 2(a) und 2(b) dargestellt
ist. Erfindungsgemäß sollen
große
Tintentropfen zum Bedrucken des Printmediums dienen, während kleinere
Tropfen in der nachstehend noch zu beschreibenden Weise zur Wiederverwertung
aufgefangen werden. Außerdem wird
bei diesem Beispiel nur jeweils ein Drucktropfen je Bildpixel verwendet,
so dass es zwei Aktivierungszustände
des Heizelements gibt, nämlich "drucken" oder "nicht drucken".
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Die
elektrische Aktivierungswellenform des Heizelements 3 für große Tintentropfen 21 ist
in 2(a) schematisch dargestellt, während die
einzelnen großen
Tintentropfen 21, die durch das Ausstoßen von Tinte aus der Öffnung 7 infolge
Aktivierung des Heizelements mit niedriger Frequenz erzeugt werden,
in 2(b) schematisch dargestellt sind.
Die Aktivierungszeit 25 des Heizelements beträgt normalerweise
0,1 bis 5 Mikrosekunden, im vorliegenden Beispiel 1,0 Mikrosekunden.
Die Verzögerungszeit 28 zwischen
aufeinander folgenden Betätigungen
des Heizelements beträgt
42 Mikrosekunden.
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Die
elektrische Aktivierungswellenform des Heizelements 3 im
nicht druckenden Zustand ist schematisch in 2(c) wiedergegeben.
Die Dauer des elektrischen Impulses 25 beträgt 1,0 Mikrosekunden,
die Verzögerungszeit 32 zwischen
den Aktivierungsimpulsen beträgt
6,0 Mikrosekunden. Das Ergebnis der Aktivierung des Heizelements 3 mit
dieser nicht druckenden Wellenform sind die in 2(d) dargestellten
kleinen Tropfen 23.
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2(e) zeigt eine schematische Darstellung
einer elektrischen Aktivierungswellenform des Heizelements bei gemischten
Bilddaten mit einem Übergang
vom nicht druckenden Zustand zum druckenden Zustand und wieder zurück zum nicht
druckenden Zustand. In 2(f) ist der
so ausgebildete Tintentropfenstrom wiedergegeben. Zu erkennen ist, dass
die Aktivierung des Heizelements unabhängig auf der Grundlage der
erforderlichen und durch die entsprechende Öffnung 7 ausgestoßenen Tintenfarbe,
der Bewegung des Druckkopfs 17 relativ zu einem Printmedium
W und einem zu druckenden Bild gesteuert werden kann. Dabei ist
ausdrücklich
vorgesehen, dass das absolute Volumen der kleinen Tropfen 23 und
der großen
Tropfen 21 entsprechend den jeweiligen Druckerfordernissen,
etwa der Art der Tinte und des Mediums oder dem Format und der Größe des Bildes,
angepasst werden kann.
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In 3,
die eine vergrößerte Darstellung
einer Öffnung 7 gemäß 1 zeigt,
wird Tinte durch eine Öffnung 7 im
Druckkopf 2 ausgestoßen,
wodurch ein Strahl einer Arbeitsflüssigkeit 22 erzeugt wird,
der sich im Wesentlichen im rechten Winkel zum Druckkopf 2 entlang
der Achse X bewegt. Der physische Bereich, in dem der Strahl der
Arbeitsflüssigkeit
intakt ist, wird mit r1 bezeichnet. Das
Heizelement 3 wird entsprechend den Bilddaten selektiv
mit unterschiedlichen Frequenzen aktiviert, wodurch der Strahl der
Arbeitsflüssigkeit 22 in
einen Strom einzelner Tintentropfen aufbricht. Wie bereits weiter
oben unter Bezugnahme auf 2(a)–2(f) beschrieben wurde, führen die
elektrischen Aktivierungs-Wellenformen, die den Heizelementen 3 gemäß vorstehender
Beschreibung durch die Steuerung 13 zugeführt werden,
zur Erzeugung sowohl kleinvolumiger Tropfen 23 als auch
großvolumiger
Tropfen 21. Dieser Bereich, in dem die Tinte aufgebrochen
ist und sich Tropfen formen, ist mit r2 bezeichnet.
Nach dem Bereich r2 ist die Tropfenausbildung
abgeschlossen, so dass Tropfen im Wesentlichen in zwei Größenklassen
vorliegen: Kleine, nicht druckende Tropfen 23 und große, druckende
Tropfen 21.
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Wie
ebenfalls in 3 zu erkennen ist, weist der
erfindungsgemäße kontinuierlich
arbeitende Drucker 1 ferner einen Tropfenfilter 41 (von
dem nur ein Teil zu sehen ist) auf, der einen Flüssigkeitsvorhang 43 erzeugt,
der im rechten Winkel oder orthogonal zur Strömungsrichtung der Tintentropfenachse
X fließt.
Dabei weist der Tropfenfilter 41 vorzugsweise einen (nicht
dargestellten) Vorrat unter Druck stehender Tinte und eine mit dieser
in Verbindung stehende Düse
45 zum Erzeugen des Flüssigkeitsvorhangs 43 zwischen
der Öffnung 7 und
einem Printmedium, etwa Papier, auf. Zum Ausstoßen der Flüssigkeit in der gewünschten
Vorhangform kann die Düse 45 des Tropfenfilters 41 ferner
als schlitzförmige Öffnung ausgebildet
sein. Dabei kann die Düse 45 aus
einem Schlitz von etwa 10 Mikron Breite bestehen, durch den die
unter Druck stehende Tinte ausgestoßen wird. Selbstverständlich ist
diese Abmessung nur als ein Beispiel zu verstehen, und es können je
nach der besonderen Anwendung der Erfindung unterschiedlich große Düsen eingesetzt
werden. Bei einer Düse dieser
Art ist der Flüssigkeitsvorhang 43 flach
und eben und weist im Vergleich zu den kleinen und großen Tropfen
einen großen
Oberflächenbereich
auf, der sicherstellt, dass die kleinen Tropfen 23 in der
im Folgenden noch zu beschreibenden Weise aufgefangen werden.
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Erfindungsgemäß erlaubt
der Flüssigkeitsvorhang 43 es
Tintentropfen mit einem vorgegebenen Volumen, den Flüssigkeitsvorhang 43 zu
passieren, fängt
aber Tintentropfen mit einem kleinerem als dem vorgegebenen Volumen
im Wesentlichen auf und verhindert damit, dass sie den Flüssigkeitsvorhang 43 passieren.
Im einzelnen erlaubt es der durch den Tropfenfilter 41 erzeugte
Flüssigkeitsvorhang 43, wie
in 3 dargestellt, dass die mindestens ein vorgegebenes
Volumen aufweisenden Tropfen 21 den Flüssigkeitsvorhang 43 passieren,
während
er die kleinen Tropfen 23, die ein kleineres Volumen aufweisen
als das vorgegebene Volumen, auffängt. Dabei veranschaulicht 3 durch
die Tropfen 23', 23'' und 23''', die die Auflösung des
kleinen Tropfens 23 im Flüssigkeitsvorhang
illustrieren, wie ein kleiner Tropfen 23 vom Flüssigkeitsvorhang 43 aufgefangen
und darin absorbiert wird. Dieses Filtern der Flüssigkeitstropfen wird dadurch
möglich,
dass große
Tropfen 21 eine wesentlich größere Masse und einen stärkeren linearen
Impuls haben als die kleinen Tropfen 23. Infolgedessen
können
die großen
Tropfen 21 den Flüssigkeitsvorhang 43 durchdringen,
während
die kleinen Tropfen 23 daran gehindert, absorbiert und durch
den Flüssigkeitsvorhang 43 abtransportiert werden.
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Die
Größe der Tintentropfen,
die den Flüssigkeitsvorhang 43 passieren
können,
ist abhängig von
zahlreichen Faktoren, unter anderem der Größe und Geschwindigkeit der
Tropfen sowie der Zusammensetzung, Dicke und Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsvorhangs 43.
Zwar können
für die
Erzeugung des Flüssigkeitsvorhangs
verschiedene unterschiedliche Flüssigkeiten
verwendet werden, vorzugsweise besteht der Flüssigkeitsvorhang 43 jedoch
aus einer Tinte der gleichen Art, aus der auch die großen und
kleinen Tintentropfen gebildet sind. Dadurch können die aufgefangenen kleinen
Tropfen 23 in das Verfahren zurückgeführt und erneut zum Erzeugen
des Flüssigkeitsvorhangs 43 und/oder
der Tintentropfen verwendet werden, was den mit kontinuierlichem
Flüssigkeitsstrom
arbeitenden Drucker 1 vereinfacht. Dabei kann der mit kontinuierlichem Flüssigkeitsstrom
arbeitende Drucker 1 auch eine Tintenrückführeinrichtung (nicht dargestellt)
zum Auffangen und Zurückführen der
für die
Ausbildung des Flüssigkeitsvorhangs 43 gebrauchten
Tinte aufweisen.
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Wie
ebenfalls aus 3 ersichtlich ist, können die
großen
Tropfen 21, die den Flüssigkeitsvorhang 43 passieren,
durch die auf die großen
Tropfen 21 auftreffende Strömung des Flüssigkeitsvorhangs 43 etwas
abgelenkt werden. Diese Ablenkung ist daran besonders gut zu erkennen,
dass die Bewegungsbahn K in einem geringen Winkel α zur Achse X
verläuft.
Das Print medium, etwa das Papier, sollte daher entsprechend positioniert
werden, um die leichte Ablenkung der als druckende Tintentropfen dienenden
großen
Tropfen 21 auszugleichen. Der Ausgleich dieser Ablenkung
kann natürlich
in jeder geeigneten Weise erfolgen. Anders als bei den bekannten
Verfahren und kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahlgeräten werden
erfindungsgemäß die kleinen
und großen
Tropfen aber nicht abgelenkt, um die druckenden und nicht druckenden
Tropfen zu trennen; vielmehr dient der Flüssigkeitsvorhang 43 in der
beschriebenen Weise dazu, die kleinen nicht druckenden Tropfen aus
den großen
nicht druckenden Tropfen herauszufiltern.
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4 zeigt
in schematischer Darstellung einen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung arbeitenden kontinuierlichen Drucker 1 (typischerweise
einen Tintenstrahldrucker oder Druckkopf). Aus Tinte, die in der
vorstehend beschriebenen Weise aus einer Öffnung 7 im Druckkopf 2 ausgestoßen wird,
werden – wie
in 3 zu sehen ist – großvolumige Tintentropfen 21 und
kleinvolumige Tintentropfen 23 gebildet. Der mit kontinuierlichem
Flüssigkeitsstrom
arbeitende Drucker 1 weist einen Tropfenfilter 41 zum
Erzeugen eines Flüssigkeitsvorhangs 43 auf,
der vorzugsweise orthogonal zur Strömungsrichtung der Tintentropfen
entlang der in 3 dargestellten Achse 1 fließt. Wie
in der Ausführungsform der 4 zu
erkennen ist, erzeugt der Tropfenfilter 41 einen Flüssigkeitsvorhang 43,
der in Strömungsrichtung
abwärts
fließt
und zwischen dem Druckkopf 2 und dem auf der Druckwalze 60 aufliegenden
Printmedium W liegt, damit druckende und nicht druckende Tintentropfen
gefiltert werden können.
Wie ebenfalls bereits beschrieben wurde, weist der Tropfenfilter 41 eine
Düse 45 auf,
die als schlitzartige Öffnung mit – in einem
Beispiel – einer
Breite von 10 Mikron ausgebildet sein kann, durch die ein Flüssigkeitsvorhang 43 ausgestoßen wird,
der es erlaubt, dass die großen
Tropfen 21 den Flüssigkeitsvorhang 43 entlang
der Bewegungsbahn passieren und zum Drucken auf dem Printmedium
W auftreffen, der aber kleine Tropfen 21 auffängt.
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Im
Betrieb wird das Printmedium W durch die Druckwalze 60 in
geeigneter Weise quer zur Druckbahn K transportiert. Der Transport
des Printmediums W wird mit der Bewegung des Druckkopfs 2 koordiniert.
Dies kann in bekannter Weise mit Hilfe einer Steuerung 13 bewerkstelligt
werden. Das Printmedium W kann aus einer Vielzahl von Materialien, unter
anderem Papier, Vinyl, Stoff, anderen Fasermaterialien, usw., ausgewählt werden.
Der Tropfenfilter 41 weist eine Quelle unter Druck stehender
Tinte auf, die bei der vorliegenden Ausführungsform eine Tintenquelle 51 mit
einem Tintenvorrat 52 für
die Erzeugung des Flüssigkeitsvorhangs 43 umfasst.
Dabei ist ersichtlich, dass der Tintenvorrat 51 wesentlich größer ist
als herkömmliche
Tintenvorräte,
da der erfindungsgemäße Tintenvorrat 51 den
Flüssigkeitsvorhang 43 in
der vorstehend beschriebenen Weise speist. Dabei hat sich gezeigt,
dass für
die Erzeugung des Flüssigkeitsvorhangs 43 ein
Tintenvorrat mit dem zehnfachen Fassungsvermögen herkömmlicher Tintenvorräte ausreicht.
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Der
dargestellte Tintenvorrat 51 ist ferner mit einem offenzelligen
Schwamm oder Schaumstoff 54 ausgestattet, der bei Anwendungen,
bei denen der Druckkopf 2 sich schnell bewegt, das Spritzen
der Tinte verhindert. Eine Tintenpumpe 53 setzt die Tinte im
Tintenvorrat 51 unter Druck, und für das Zuführen der unter Druck stehenden
Tinte zum Tropfenfilter 41 sind Kanäle 55 vorgesehen.
Natürlich
sollte die Tintenpumpe 53 eine wesentlich höhere Leistung
aufweisen als herkömmliche
Tintenpumpen, da sie ja einen ausreichenden Druck und eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit
erzeugen muss, um den Flüssigkeitsvorhang 43 in
der beschriebenen Weise zu erzeugen. Gegenüber dem Tropfenfilter 41 ist
eine Tintenrückführeinrichtung 57 vorgesehen,
die den Flüssigkeitsvorhang 43 auffängt, so
dass er wieder verwendet werden kann.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform,
bei der der Flüssigkeitsvorhang 43 aus
der gleichen Tinte besteht, wie sie zur Ausbildung der kleinen und großen Tropfen
verwendet wird, wird die Tinte der kleinen Tropfen 23,
die vom Flüssigkeitsvorhang 43 aufgefangen
werden, und die Tinte des Flüssigkeitsvorhangs 43 durch
die Rückführeinrichtung 57 wieder
aufgefangen und in den Tintenvorrat 51 zurückgeführt. Diese
zurückgeführte Tinte
im Tintenvorrat 51 wird dann erneut zur Ausbildung des
Flüssigkeitsvorhangs 45 eingesetzt.
Dabei zeigt die in 4 dargestellte vorliegende Ausführungsform
noch einen weiteren Vorteil der Verwendung der gleichen Tinte für den Flüssigkeitsvorhang 43 und
für die
kleinen und großen
Tropfen insofern, als die Tinte 52 aus dem Tintenvorrat 51 über einen
Tintenkanal 59 auch dem Druckkopf 2 zur Erzeugung
der kleinen Tropfen 23 und der zum Drucken dienenden großen Tropfen 21 zugeführt werden
kann. Dabei sollten der Tintenvorrat 51 und die Tintenpumpe 53 ein
größeres Fassungsvermögen bzw.
eine höhere
Leistung aufweisen, da sie den Flüssigkeitsvorhang 43 sowie
die kleinen und die großen
Tintentropfen bereitstellen müssen.
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Angesichts
dieses Umstandes ist offenbar, dass ein weiterer Aspekt der Erfindung
darin besteht, ein Verfahren zur Steuerung des Aufbringens von Tintentropfen
eines mit kontinuierlichem Flüssigkeitsstrom
arbeitenden Tintenstrahldruckers auf ein Printmedium bereitzustellen.
Wie vorstehend bereits beschrieben wurde, umfasst das Verfahren
die Schritte des kontinuierlichen Ausstoßens eines Stroms von Tintentropfen
einer größeren oder
kleineren Größe aus einer Öffnung,
des Erzeugens eines Flüssigkeitsvorhangs
zwischen der Öffnung
und einem Printmedium und des Auffangens und Absorbierens der kleineren
Tropfen, während
größere Tropfen
durch den Flüssigkeitsvorhang
hindurch auf das Printmedium gelangen können. Außerdem dürfte ersichtlich sein, dass
das vorstehend beschriebene Verfahren ferner die Schritte umfassen
kann, dass der Flüssigkeitsvorhang
aus der gleichen Tinte erzeugt wird, aus der auch die Tintentropfen
bestehen, und dass ferner der Flüssigkeitsvorhang
aufgefangen und rückgewonnen wird.
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Während die
vorstehende Beschreibung zahlreiche Details und Besonderheiten enthält, versteht
es sich, dass diese nur zum Zwecke der Erläuterung hierin aufgenommen
wurden und in Bezug auf die Erfindung nicht einschränkend zu
verstehen sind.