DE69009208T2

DE69009208T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, Tintenstrahlaufzeichnungskopf, welcher für den Einsatz darin adaptiert ist, und Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren für die Verwendung in diesem Gerät.

Info

Publication number: DE69009208T2
Application number: DE69009208T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Arai; Hiromitsu Hirabayashi; Noribumi Koitabashi; Hiroshi Tajika
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-01-28
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2010-01-27
Also published as: KR930011863B1; JPH02198865A; EP0381395A1; DE69009208D1; JP2675851B2; ES2053096T3; KR900011580A; US5179389A; EP0381395B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zur Bildaufzeichnung durch Austragen von Aufzeichnungsflüssigkeit(-tinte) aus einer Austrittsöffnung eines Aufzeichnungskopfes, ein zur Anwendung einer solchen Vorrichtung geeignetes Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren und einen zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung geeigneten Tintenstrahlaufzeichnungskopf.
Die Figuren 6, 7A und 7B zeigen ein Beispiel für eine herkömmliche Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die einen ein tintenabsorbierendes Teil enthaltenden Tintentank verwendet.
Das in dieser Vorrichtung verwendete Aufzeichnungsmittel ist vom Kartuschen-Typ, wobei ein Aufzeichnungskopf 100 und ein Tintentank 200 zusammenhängend aufgebaut und abnehmbar an einem Wagen angebracht sind. Der Tintentank 200 der Kartusche beherbergt ein tintenabsorbierendes Teil 202, und die darin aufgesogene und enthaltene Tinte wird dem Aufzeichnungskopf 100 zugeführt.
in Fig. 7B weist ein Aufzeichnungskopf-Chip 100 eine Austrageinheit 102, einen Zufuhrtank 104 etc. auf. Die Austrageinheit 102 ist mit Austrittsöffnungen 102A an einer dem Aufzeichnungsmedium gegenüberliegenden Fläche, sich von dieser nach innen erstreckenden Flüssigkeitswegen, jeweils in den Flüssigkeitswegen als Austragenergie-Erzeugungsteile vorgesehenen Aufzeichnungs-Heizern und einer mit den Flüssigkeitswegen in Verbindung stehenden gemeinsamen Flüssigkeitskammer versehen. Der Zufuhrtank 104 dient als Hilfstank zur Aufnahme der Tinte vom Tintentank 200 und zum Zuführen der Tinte zur gemeinsamen Flüssigkeitskammer der Austrageinheit 102.
Das tintenabsorbierende Teil 202, das im Tintentank 200 vorgesehen und mit Tinte vollgesogen ist, kann aus porösem Material oder faserigem Material bestehen. Ein Abdeckteil 204 ist für den Tintentank 200 vorgesehen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 sind Aufzeichnungskopf-Kartuschen 14 der in Fig. 7A gezeigten Form mittels Andruckteilen 41 auf einem Wagen 14 positioniert und befestigt und zu einer Hin-und- Her-Bewegung längs Führungswellen 21 in longitudinaler Richtung, senkrecht zur Vorschubrichtung des Aufzeichnungsmaterials, in der Lage. Die Positionierung auf dem Wagen 15 kann beispielsweise durch gegenseitigen Eingriff oder gegenseitigen Andruck der auf der Aufzeichnungskopf-Kartusche 14 gebildeten Positionierungsteile und des Wagens 15 erreicht werden. Die elektrische Verbindung kann durch Verbinden einer Anschlußfläche einer (nicht gezeigten) gedruckten Leiterplatte für die Austrageinheit 102 mit einem Verbinder auf dem Wagen 15 hergestellt werden.
Die aus den Austrittsöffnungen der Aufzeichnungskopf-Kartusche 14 ausgetragene Tinte erreicht das Aufzeichnungsmaterial 18, das durch eine Transportvorrichtung transportiert wird und auf dem durch eine Walze 15 in kleinem Abstand von der Austragfläche der Aufzeichnungskopf-Kartusche 14 eine Austragfläche bestimmt ist, und ein gewünschtes Bild kann durch die Relativbewegung des Transportierens des Aufzeichnungsmaterials 18 und der Abtastbewegung der Aufzeichnungskopf-Kartusche 14 aufgezeichnet werden. Das Transportieren des Aufzeichnungsmaterials kann durch einen bekannten Transportmechanismus, entweder einen unabhängigen Motor oder einen zum Antrieb des Wagens oder zum Antrieb einer Rückholeinheit für den Aufzeichnungskopf verwendeten Motor, ausgeführt werden.
Die Aufzeichnungskopf-Rartusche 14 empfängt Austragsignale, die Bilddaten entsprechen, von einer geeigneten Datenquelle über ein Kabel 16 und dessen Anschlüsse. Es können eine oder mehrere Aufzeichungskopf-Kartuschen 14 (in der Abbildung sind zwei Kartuschen 14 vorgesehen) vorgesehen sein - je nach den bei der Aufzeichnung geforderten Eigenschaften, beispielsweise einfarbige Aufzeichnung, Aufzeichnung mit kontinuierlicher Dichte oder Vollfarbaufzeichnung.
In Fig. 6 sind weiter ein Wagenmotor 17 zum Bewegen des Wagens 15 längs der Wellen 21, ein Seil 22 zum übertragen der Antriebskraft des Motors 17 auf den Wagen 15 und ein Vorschubmotor 20, der mit dem Walzenzylinder 19 gekoppelt ist, zum Transportieren des Aufzeichnungsmaterials 18 gezeigt.
Bei der oben erklärten Aufzeichnungsflüssigkeit-Kartusche, bei der der Tintentank und der Aufzeichnungskopf miteinander verbunden sind, wirkt infolge der Kapillarwirkung des tintenabsorbierenden Teils im Tintentank ein Unterdruck auf die Tinte im Aufzeichnungskopf, womit eine Kraft erzeugt wird, die die Tinte von der Aufzeichnungskopfseite zum absorbierenden Teil im Tintentank saugt. Somit gibt es ein Gleichgewicht zwischen dem negativen Druck und der sich aus der Kapillarwirkung der Flüssigkeitswege ergebenden Saugwirkung bei den aufzeichnungskopfseitigen Menisken der Tinten-Oberflächen in den Austrittsöffnungen.
In einer solchen Aufzeichnungsvorrichtung, in der der Tinten- Meniskus durch das Gleichgewicht der Kapillarwirkung der mit dem tintenabsorbierenden Teil versehenen Tintentank-Seite und der Kapillarwirkung der Tintenwege der Aufzeichnungskopf-Seite aufrechterhalten wird, schwankt der Flüssigkeits-Kopfdruck an den Austrittsöffnungen infolge der Veränderung des von der Tintentank-Seite zu den mit den Austrittsöffnungen kommunizierenden Tintenwegen anliegenden Unterdrucks entsprechend der Tintenmenge im Tintentank.
Die im Tintentank verbliebene Tintenmenge und der Kopfdruck der Tinte an der Austrittsöffnung hängen allgemein so miteinander zusammen, wie in Fig. 8 angegeben. Genauer gesagt, wird der Kopfdruck an der Austrittsöffnung mit dem Absinken der im Tintentank verbliebenen Tintenmenge verringert.
In Fig. 8 bezeichnen die Kurven a und b das Verhalten des Kopfdrucks mit absorbierenden Materialien unterschiedlichen Absorptionsvermögens, wobei die Kurve b ein größeres Absorptionsvermögen darstellt. Es ist einzusehen, daß die Änderung im Kopfdruck größer wird, wenn das Absorptionsvermögen ansteigt.
Fig. 9 zeigt des weiteren die Beziehung zwischen dem Kopfdruck und der Tintenaustrittsmenge (Menge pro Tintentröpfchen) aus der Austrittsöffnung des Aufzeichnungskopfes. Die Tintenaustrittsmenge fällt graduell mit dem Absinken des Kopfdrucks ab und kann bei einem bestimmten Kopfdruck Null werden. Diese Erscheinung wird durch das Abfallen des Kopfdrucks an der Austrittsöffnung, das sich aus einem Anwachsen des negativen Drucks an der Tintentankseite ergibt, welches durch das Absinken der im Tintentank verbliebenen Tintenmenge bewirkt wird, verursacht. Dies liegt daran, daß ein Anwachsen des Unterdrucks auf der Tintentankseite das Druck-Gleichgewicht zwischen der Tintentank-Seite und der Austrittsöffnungs-Seite zerstört, womit sich die Saugwirkung auf die Tinte zur Tintentank-Seite hin erhöht. Eine solche erhöhte Saugkraft auf die Tinte zur Tintentank-Seite verringert die Tintenaustrittsmenge, wenn die dein Aufzeichnungskopf gegebene Tintenaustragskraft konstant gehalten wird. Mit einem weiteren Absinken des Tintenkopfdrucks wird die aufsaugende Kapillarkraft der Tintenwege dem negativen Druck vergleichbar, so daß der Fluß in die Tintenkanäle nach dem Tintenaustrag verzögert wird, was die zur Erneuerung der aus getragenen Tinte benötigte Tintennachfüllzeit verlängert. Da somit mit einer konstanten Ansteuerfrequenz ein hinreichend schnelles Nachfüllen nicht erreicht werden kann, fällt die Tintenaustragmenge schnell ab, und ein Tintenaustrag kann unter Umständen unmöglich werden, obwohl Tinte im Tintentank verblieben ist.
Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Kopfdruck und der Nachfüllfrequenz.
Wie vorstehend erklärt, kann in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die eine Kartusche verwendet, bei der ein ein tintenabsorbierendes Teil enthaltender Tintentank und ein Aufzeichnungskopf zusammenhängend gebildet sind, eine von der im Tintentank verbliebenen Tintenmenge abhängende Änderung der Tintenaustragmenge vorkommen. Eine solche Änderung der Tintenaustragmenge widerspiegelt sich direkt in der Dichte des gedruckten Bildes und wird oft als technisches Problem betrachtet, das bei Bildausgabevorrichtungen zu lösen ist, die für Halbtondarstellungen verwendet werden.
Wie aus den Kurven in Fig. 8 zu verstehen ist, führt die Verwendung eines tintenabsorbierenden Materials mit einem größeren Absorptionsvermögen zum Zwecke des Erhöhens der im Tintentank enthaltenen Tintenmenge - um dadurch die Betriebskosten zu verringern - zu einer größeren Änderung in der Tintenaustragmenge, was zu einem größeren Einfluß auf die Dichte oder den Kontrast des gedruckten Bildes führt.
Bevor die Tinte im Tintentank effizient aufgebraucht werden kann, kann der Unterdruck auf der Tintentank-Seite ansteigen und einen Tintenaustrag unmöglich machen, womit der Wirkungsgrad der Ausnutzung der Tinte verschlechtert wird.
Das erwähnte Problem der Verringerung der Austraginengeneinheit mit dem Aufbrauchen der Tinte ist bekannt. Dem gleichen Problem wendet sich die europäische Patentanmeldung EP-A-0229978 zu. Dieses Dokument beschreibt eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des anhängenden Anspruchs 1, die insbesondere einen Drucksensor zum Fühlen des Tintendrucks am Kopf enthält. Durch dynamisches Verändern des Druck der dem Tintenstrahldurckkopf zugeführten Tinte wird eine Korrektur erreicht.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine alternative Lösung dieses Problems ebenso wie der oben beschriebenen zusätzlichen Probleme gerichtet.
Entsprechend der Erfindung wird eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung bereitgestellt, die ein aufzuzeichnende Information repräsentierendes Aufzeichnungssignal zu erzeugen vermag, wobei die Vorrichtung aufweist:
ein Trageteil,
eine Tintenkartusche, die einen integrierten Tintentank zum Aufnehmen von Tinte und einen Aufzeichnungskopfabschnitt zum Austragen von Tinte aus dem Tintentank hat, wobei der Aufzeichnungskopfabschnitt eine Austrittsöffnung und ein Energieerzeugungsteil zum Austragen von Tinte durch die Austrittsöffnung in Reaktion auf das Aufzeichnungssignal enthält, wobei die Tintenkartusche zu einer auswechselbaren Befestigung am Tragteil ausgebildet ist, und
eine Sensoreinrichtung zum Nachweis des Kopfdrucks der Tinte nahe der Austrittsöffnung, wobei die Sensoreinrichtung ein Kopfdruck-Signal erzeugt.
Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung zum Einstellen des Aufzeichnungssignals, um eine im wesentlichen konstante Austragmenge der Tinte in Reaktion auf das durch die Sensoreinrichtung erzeugte Kopfdrucksignal aufrechtzuerhalten.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereitgestellt, das die Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die ein aufzuzeichende Information repräsentierendes Aufzeichnungssignal zu erzeugen vermag, wobei die Vorrichtung ein Trageteil und eine Tintenkartusche hat, die einen integrierten Tintentank zum Aufnehmen von Tinte und einen Aufzeichnungskopfabschnitt zum Austragen von im Tintentank aufgenommener Tinte hat, wobei der Aufzeichnungskopfabschnitt eine Austrittsöffnung und ein Energieerzeugungsteil zum Austragen von Tinte durch die Austrittsöffnung in Reaktion auf das Aufzeichnungssignal enthält, wobei die Tintenkartusche zu einer auswechselbaren Befestigung am Tragteil ausgebildet ist,
Nachweisen des Kopfdrucks der Tinte nahe der Austrittsöffnung unter Verwendung einer Sensoreinrichtung, wobei die Sensoreinrichtung ein Kopfdrucksignal erzeugt,
wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch
das Einstellen des Aufzeichnungssignals derart, daß eine im wesentlichen konstante Austrittsmenge von Tinte in Reaktion auf das durch die Sensoreinrichtung erzeugte Kopfdrucksignal aufrechterhalten wird.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit:
einem Grundteil, das eine Austrittsöffnung hat, einem Energieerzeugungsteil zum Bewirken eines Tintenaustrags aus der Austrittsöffnung in Reaktion auf ein Eingangs- Informationssignal und
einer Sensoreinrichtung zum Nachweis eines Kopfdruckes nahe der Austrittsöffnungund zur Erzeugung eines Kopfdrucksignals in Reaktion darauf, wobei der Kopf gekennzeichnet ist durch eine Einstellvorrichtung zum Einstellen des Eingangs-Informationssignals in Reaktion auf das Kopfdrucksignal zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen konstanten Tintenaustragsmenge bereitgestellt.
Bei der obigen Vorrichtung, die den oben erwähnten Kopf verwendet, und bei Befolgung des definierten Verfahrens wird der Betrieb des Energieerzeugungsteils durch das justierte Aufzeichnungssignal in Abhängigkeit von registrierten Änderungen des Kopfdrucks gesteuert, die entweder in der uninittelbaren Nachbarschaft der Austrittsöffnung oder alternativ innerhalb des Tintentanks abgefühlt werden. Somit ist es möglich, Tintentröpfchen auszutragen, die dieselbe Tintenaustragsmenge aufweisen, womit unabhängig von der im Tintentank verbliebenen Tintenmenge eine gleichmäßige Bilddichte realisiert wird. Auch der Wirkungsgrad der Ausnutzung der Tinte kann erhöht werden, da eine größere Tintenmenge aus dem Tintentank entnommen werden kann, bevor eine Verschlechterung der gleichmäßigen Bilddichte auftritt.
In den begleitenden Zeichnungen sind
Figuren 1, 3 und 5 Teilansichten einer Ausführungsform der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
Figuren 2 und 4 Blockdiagramme, die Beispiele des Verfahrens zum Steuern der Ansteuerbedingung des Aufzeichnungskopfes entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung,
Fig. 7A eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines mit einem Tintentank verbundenen Aufzeichnungkopfes, der zur Verwendung in der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung geeignet ist,
Fig. 7B eine Querschnittsdarstellung des in Fig. 7A gezeigten Aufzeichnungskopfes und
Figuren 8 bis 13 Darstellungen, die die Einflüsse verschiedener Parameter auf den Kopfdruck der Tinte an den Austrittsöffnungen zeigen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung durch eine Beschreibung ihrer Ausführungsformen, die in den beigefügten Abbildungen gezeigt sind, detaillierter erklärt. Die folgende Beschreibung wird nur im Sinne eines Beispiels gegeben.

(1. Ausführungsform)

Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Kartusche, in der ein Tintentank und ein Aufzeichnungskopf zusammenhängend vorgesehen sind, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Bei dieser Ausführungsform ist ein Drucksensor 3 vorgesehen, der ein in einer vorbestimmten Position eines Zufuhrtanks 104 derart angeordnetes piezoelektrisches Material enthält, daß dieses in Kontakt mit der Tinte steht. Der Drucksensor dient als Drucknachweisvorrichtung zum Nachweis des Tintendrucks im Zufuhrtank 104 und zum Umwandeln des Drucks in ein elektrisches Signal. So kann der Tintendruck an den Austrittsöffnungen 102a durch Vorab-Korrelieren des Ausgangssignals des Sensors mit dem Kopfdruck indirekt nachgewiesen werden. Fig. 11 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Drucksensors 3 und dem Kopfdruck der Tinte an den Austrittsöffnungen 102A. Das Ausgangssignal des Drucksensors 3 wird einer nicht dargestellten Vorrichtung zum Verändern der Ansteuerimpulsbreite zugeführt.
Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau - mit Ausnahme des Drucksensors 3 - ist derselbe wie der in Fig. 7B gezeigte.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung werden die Ansteuerbedingungen des Aufzeichnungskopfes - beispielsweise die Impulsdauer oder -frequenz des Aufzeichnungssignals, das an die die Austragenergie erzeugenden Elemente (beispielsweise elektrothermische Umwandlungselemente) zum Erzeugen thermischer Energie zum Bewirken eines Tintenaustrag aus dem Aufzeichnungskopf 100 geliefert wird - entsprechend dem durch den Drucksensor 3 indirekt nachgewiesenen Kopfdruck variiert, wodurch ein gewünscht er Austrag-Zustand mit einem der Änderung des Kopfdrucks entsprechenden Austragdruck erhalten wird.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm zur Veränderung der Dauer der Ansteuerimpulse für den Aufzeichnungskopf bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin der oben erwähnte Drucksensor 30, eine Impulsbreiten-Schaltvorrichtung 33 und eine Aufzeichnungsheizer-Ansteuervorrichtung 32 gezeigt sind. Das Ausgangssignal des Drucksensors, das den Kopfdruck dar Tinte an den Austragöffnungen repräsentiert, wird durch einen A/D-Konverter in der Schaltvorrichtung 31 digitalisiert, und die Breite der Ansteuerimpulse wird mittels einer vorbestimmten umwandlungstabelle zwischen dem Ausgangssignals des Drucksensors und der Impulsbreite so bestimmt, daß eine konstante Tintenaustragmenge aufrechterhalten wird.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Ansteuerimpulsbreite und der Tintenaustragmenge. Die Umwandlungstabelle des Ausgangssignals des Drucksensors und der Ansteuerimpulsbreite kann aus den in den Figuren 9, 11 und 12 gezeigten Beziehungen gewonnen werden. (Es ist jedoch zu beachten, daß die vorliegende Ausführungsform auf einen Fall anwendbar ist, bei dem der Kopf mit einem Null nicht übersteigenden Kopfdruck verwendet wird.) Ein elektrisches Signal wird auf der Basis des Ausgangssignals des Drucksensors mit einer solchen Impulsbreite erzeugt, daß eine konstante Tintenaustragmenge aufrechterhalten wird, und wird nach Verstärkung in der Aufzeichnungsheizer- Ansteuervorrichtung den Aufzeichnungsheizern zugeführt.
Die Tintenaustragmenge (Menge pro Tintentröpfchen) kann daher durch Einstellen der Ansteuerimpulsbreite für den Aufzeichnungskopf entsprechend dem Kopfdruck der Tinte an den Austragöffnungen, der indirekt durch den Drucksensor 3 nachgewiesen wird, konstant gehalten werden.
Bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit dem in den Figuren 6 und 7A, 7B gezeigten Aufbau (die elektrothermische Umwandlungsvorrichtungen zum Erzeugen der Austragenergie verwendet), die eine Änderung der Tintenaustragmenge von 25 auf 18 pl/Tüpfel bei einem Tintenrestverhältnis (verbliebene Tintenmenge/anfängliche Tintenmenge im Tintentank) von 100 zu 30 % zeigt, wurde der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Aufbau hinzugefügt, und die Ansteuerimpulsbreite wurde entsprechend dem in Fig. 2 gezeigten Blockschaltbild gesteuert. Im Ergebnis dessen konnte die Veränderung in der Tintenaustragmenge auf eine Änderung von 25 - 23 pl/Tüpfel innerhalb des gleichen Bereiches des Tintenrestverhältnisses verringert werden.
Das im Tintentank enthaltene tintenabsorbierende Teil kann so aufgebaut sein, daß es einen leichten Tintenfluß zum Aufzeichnungskopf gewährleistet, wodurch der Wirkungsgrad der Tintenausnutzung und die Tintenaustrageigenschaften verbessert werden. Dieser Effekt kann beispielsweise durch ungleichmäßiges Komprimieren des tintenabsorbierenden Teils oder durch Kombinieren eines anderen Teils in einer Weise erreicht werden, daß die Porendichte des absorbierenden Teils zum Aufzeichnungskopf hin ansteigt.

(2. Ausführungsform)

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Tintentanks und des Aufzeichnungskopfes bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Detektorstifte 4, die ein Paar Elektroden zum Nachweisen der Tintenrestmenge bilden, sind in das tintenabsorbierende Teil 200 im Tintentank eingesetzt. Der elektrische Widerstand zwischen den Detektorstiften 4 ändert sich entsprechend der Abnahme der Tintenmenge im absorbierenden Teil 200. Fig. 13 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der im absorbierenden Teil verbliebenen Tintenmenge und dem Widerstand zwischen den Detektorstiften. Da der Widerstand zwischen den Detektorstiften 4 init der Abnahme der verbliebenen Tintenmenge schnell ansteigt, kann der Kopfdruck der Tinte aus dem Widerstand abgeschätzt werden. Mit Ausnahme der Detektorstifte 4 ist der Aufbau derselbe wie in Fig. 7B gezeigte. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Tintenaustragmenge aus den Austrittsöffnungen durch Variation der Ansteuerbedingungen des Aufzeichnungskopfes - beispielsweise der Ansteuerfrequenz oder der Impulsbreite für die die Austragenergie erzeugenden Elemente - entsprechend dem Kopfdruck der Tinte an den Austragöffnungen reguliert werden.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild zum Steuern der Ansteuerfrequenz des Aufzeichnungskopfes und der Bewegungsgeschwindigkeit des Wagens bei der zweiten Ausführungsform, in der eine Nachweisvorrichtung 40 für den Widerstand zwischen den Detektorstiften, eine Ansteuerfrequenz-Schaltvorrichtung 41, eine Kopfansteuersignal-Erzeugungsvorrichtung 42, eine Aufzeichnungsheizer- Ansteuervorrichtung 43, eine Wagenmotor-Ansteuersignalerzeugungsvorrichtung 44 und eine Wagenmotor-Ansteuervorrichtung 45 gezeigt sind. Der Widerstand zwischen den Detektorstiften wird durch die Nachweisvorrichtung 40 in ein Signal umgewandelt, das der Frequenzschaltvorrichtung 41 zugeführt wird. Die Vorrichtung 41 vergleicht den Widerstand entsprechend dem Eingangssignal mit einem vorbestimmten Referenzwiderstand und übermittelt ein Frequenzumschaltsignal an die Signalerzeugungsvorrichtungen 42, 44, falls der dem Eingangssignal entsprechende Widerstand größer ist. Der Referenzwiderstand kann aus dem Widerstand zwischen den Detektorstiften, der dem Kopfdruck an den Austrittsöffnungen entspricht, unmittelbar vor dem schnellen Abfallen der Tintennachfüllfrequenz ebenso wie aus den in den Figuren 8, 10 und 13 gezeigten Beziehungen bestimmt werden. In Reaktion auf das Frequenzschaltsignal erzeugen die Kopfansteuersignal-Erzeugungsvorrichtung 42 und die Wagenmotoransteuersignal-Erzeugungsvorrichtung 44 jeweils Ansteuersignale zum Ansteuern der die Austragenergie erzeugenden Elemente mit einer solchen Frequenz, daß eine im wesentlichen konstante Tintenaustragmenge aufrechterhalten wird und daß die Umdrehungszahl des Wagenmotors in Reaktion auf die Frequenz so verringert wird, daß eine ein normales Bild liefernde Wagengeschwindigkeit erhalten wird, und senden die jeweiligen Ansteuersignale an die Ansteuervorrichtungen 43, 45. Das Ansteuersignal wird nach geeigneter Verstärkung in der Aufzeichnungsheizer-Ansteuervorrichtung den Aufzeichnungsheizern zugeführt. Das andere Ansteuersignal wird nach Umwandlung in ein Schrittmotor-Ansteuersignal in der Wagenmotor-Ansteuervorrichtung dem Wagenmotor zugeführt. Auf diese Weise werden die Aufzeichnungsheizer und die Wagenbewegung in einen vorbestimmten Zustand - beispielsweise zum Erreichen einer konstanten Tintenaustragmenge - umgeschaltet.
Die oben erwähnte Steuerung der Kopf-Ansteuerfrequenz und der Wagen-Ansteuergeschwindigkeit entsprechend dem durch einen die Tintenrestmenge nachweisenden Sensor indirekt ermittelten Tintenkopfdruck erlaubt es, den Fehlern beim Tintenaustrag vorzubeugen, die aus dem Absinken der Nachfüllfrequenz resultieren, den Wirkungsgrad der Tintenausnutzung zu verbessern und eine Bildaufzeichnung ohne eine wesentliche Änderung der Tintenaustragmenge zu erreichen. Zudem können die Kosten für die Vorrichtung verringert werden, da der Kopfdruck der Tinte durch den Sensor für die Tintenrestmenge anstatt durch einen gesonderten Sensor für den Kopfdruck nachgewiesen wird.
Der in den Figuren 3 und 4 gezeigte Aufbau wurde einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung des in den Figuren 6 und 7A, 7B gezeigten Aufbaus (die elektrothermische Umwandlungselemente zum Erzeugen der Energie für den Tintenaustrag verwendet) hinzugefügt, die eine Änderung der Tintenaustragmenge von 20 auf 10 pl/Tüpfel bei Änderung des oben definierten Tintenrestverhältnisses von 40 auf 20 % zeigte und bei einem Tintenrestverhältnis von 20 % oder weniger keinen Tintenaustrag liefert. Das Umschalten der Frequenz zur Ansteuerung der energieerzeugenden Elemente und der Wagenbewegungsgeschwindigkeit (durch Verringerung der Frequenz auf 2/3 beim Tintenrestverhältnis von 40 %) konnte die Tintenaustragmenge innerhalb eines Bereiches von 20 bis 15 pl/Punkt steuern und einen Tintenaustrag bis hInab zu einem Tintenrestverhältnis von 10 % gewährleisten.
Bei der obigen ersten und zweiten Ausführungsform sind der Tintentank und der Aufzeichnungskopf integral verbunden, aber die vorliegende Erfindung ist gleichermaßen auf einen Fall anwendbar, bei dem sie getrennt und miteinander durch Verbindungsmittel wie eine Röhre 300 verbunden sind, wie in Fig. 5 gezeigt. Bei der ersten Ausführungsform kann zudem ein ähnlicher Effekt erreicht werden, wenn nicht die Ansteuerimpulsbreite für die die Austragenergie erzeugenden Elemente gesteuert wird, sondern die Ansteuerspannung, Aufzeichnungskopftemperatur etc. einzeln oder in Kombination entsprechend dem Kopfdruck der Tinte an den Austrittsöffnungen umgeschaltet werden. Weiterhin kann der Effekt der ersten Ausführungsform durch Kombination mit der Frequenzumschaltung der zweiten Ausführungsform weiter verstärkt werden. Es ist weiterhin bei der ersten und zweiten Ausführungsform wünschenswert, zur Verbesserung der Nachweisgenauigkelt eine Kombination mehrerer unterschiedlicher Sensoren zum Nachweis des Kopfdrucks der Tinte - wie des in Fig. 1 gezeigten Drucksensors und der in Fig. 3 gezeigten Detektorstifte - einzusetzen. Ein zusätzlicher Vorteil wird bei der ersten oder zweiten Ausführungsform durch Anwendung des umschaltens der Ansteuerbedingungen entsprechend dem Lageunterschied des Tintentanks erreicht.
Wie oben erklärt, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Ansteuerbedingungen des Aufzeichnungskopfes entsprechend der Änderung im Kopfdruck der Tinte an den Austragöffnungen und einen Aufbau zur Anwendung des Verfahrens bereit.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, eine konstante Tintenaustragmenge unabhängig von der Anderung der im Tintentank verbliebenen Tintenmenge zu erreichen und dadurch eine Tintenstrahlaufzeichnung mit gleichmäßiger Bilddichte zu realisieren. Außerdem erlaubt es die vorliegende Erfindung, das Aussetzen im Tintenaustrag zu verhindern, das aus dem Absinken des Kopfdrucks der Tinte an den Austrittsöffnungen resultiert, wodurch es ermöglicht wird, mehr Tinte im Tintentank auszunutzen und die laufenden Kosten der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die einen ein tintenabsorbierendes Teil enthaltenden Tintentank verwendet, zu verringern.
Unter verschiedenen Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren ist die vorliegende Erfindung für den Aufzeichnungskopf und die Aufzeichnungsvorrichtung beim "Bubble-jet"-Aufzeichnungsverfahren von besonderem Vorteil.
Der Grundaufbau und das Wirkprinzip dieses Aufzeichnungsverfahrens sind beispielsweise in den US-Patenten 4,723,129 und 4,740,796 beschrieben. Dieses Aufzeichnungsverfahren ist sowohl für das sogenannte Auf-Anforderung ("On-demand")-Aufzeichnen als auch das kontinuierliche Aufzeichnen anwendbar, aber es ist in der Anwendung auf die "On-demand"-Aufzeichnung besonders nützlich, da einem in einem Flüssigkeitskanal oder auf einer eine Flüssigkeit (Tinte) tragenden Oberfläche vorgesehenen elektrothermischen Umwandlungselement mindestens ein Ansteuersingnal zugeführt wird, das der Aufzeichnungsinformation entspricht und einen schnellen Temperaturanstieg, bei dem der Siedepunkt der Flüssigkeit überschritten wird, induziert, wodurch thermische Energie im Umwandlungselement erzeugt und die Flüssigkeit auf einer thermischen Wirkfläche des Aufzeichnungskopfes zum sieden veranlaßt wird und wodurch in 1:1-Entsprechung zum Ansteuersignal eine Blase in der Flüssigkeit erzeugt wird. Die Expansion und Kontraktion der Blase werden dazu verwendet, die Flüssigkeit (Tinte) durch die Austragöffnung auszutragen, wodurch mindestens ein Tröpfchen gebildet wird. Das Ansteuersignal ist vorzugsweise als Impuls gebildet, da die Expansion und Kontraktion der Blase sofort bewirkt werden kann, wodurch ein Tintenaustrag mit überlegener Ansprechgeschwindigkeit erreicht wird. Ein solches impulsförmiges Ansteuersignal ist vorzugsweise das in den US-Patenten 4,463,359 und 4,345,262 beschriebene. Eine verbesserte Aufzeichnung kann auch durch Anwendung der im US-Patent 4,313,124 beschriebenen Bedingungen bezüglich der Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit der thermischen Wirkfläche erreicht werden.
Der Aufbau des Aufzeichnungskopfes ist nicht auf die Kombination von Austragöffnungen, Flüssigkeitskanälen und elektrothermischen Umwandlungsteilen unter Einschluß von linearen oder rechteckigen Flüssigkeitskanälen - wie in den oben erwähnten Patenten beschrieben - beschränkt, sondern schließt auch einen Aufbau ein, bei dem die thermischen Wirkflächen in gebogenen Flächen angeordnet sind, wie in den US-Patenten 4,558,333 und 4,459,600 beschrieben. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auch für einen Aufbau anwendbar, bei dem ein den mehreren elektrothermischen Umwandlungsteilen gemeinsamer Schlitz Austrittsötffnungen für die Umwandlungselemente bildet, wie in der JP-A-Sho 59-123670 beschrieben, oder auf Aufbauten, bei denen Öffnungen für sich aus thermischer Energie entwickelnden Absorptionsdruckwellen entsprechend den Austrittöffnungen vorgesehen sind, wie in der JP-A-Sho 59-138461 beschrieben.
Weiterhin kann durch die Kombination mehrerer Aufzeichnungsköpfe, wie sie in den oben erwähnten Patenten beschrieben sind, oder durch einen einzigen zusammenhängenden Aufzeichnungskopf ein Vollzeilen-Aufzeichnungskopf mit einer Länge, die der Breite des größten in der Aufzeichnungsvorrichtung beschreibbaren Aufzeichnungsmediums entspricht, realisiert werden, und die vorliegende Erfindung kann noch wirksamer auf solche Aufzeichnungsköpfe angewandt werden.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin anwendbar auf einen austauschbaren Aufzeichnungskopf vom Chip-Typ, der elektrisch mit der Vorrichtung verbunden werden kann und dem durch Anbringen auf der Aufzeichnungsvorrichtung Tinte zugeführt werden kann, oder auf einen Aufzeichnungskopf vom Typ der integrierten Kartusche.
Weiterhin ist beim Aufbau der Aufzeichnungsvorrichtung das Vorhandensein einer Rückholvorrichtung oder von vorbereitenden Hilfsmitteln für den Aufzeichnungskopf von Vorteil, da sie die Wirkung der vorliegenden Erfindung weiter stabilisieren, Noch spezieller ist für eine stabile Aufzeichnung die Verwendung von Abdeckmitteln für den Aufzeichnungskopf, von Reinigungsmitteln, Druck- oder Unterdruckerzeugungsmitteln, elektrothermischen Umwandlungselementen oder anderen Heizelementen oder Vorheizelementen, die aus Kombinationen daraus gebildet sind, oder die Ausführung eines vom Aufzeichnungsvorgang getrennten Vorab-Tintenaustragvorganges von Vorteil.
Des weiteren ist die vorliegende Erfindung nicht nur für den Aufzeichnungsbetrieb mit einer Hauptfarbe wie Schwarz extrem wirksam, sondern auch für eine Aufzeichnungsvorrichtung mit mehreren Farben, für die ein einziger, zusammenhängender Aufzeichnungskopf oder mehrere Aufzeichnungsköpfe vorgesehen sein können.

Claims

1. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die ein aufzuzeichnende Information repräsentierendes Aufzeichnungssignal zu erzeugen vermag, wobei die Vorrichtung aufweist:

ein Tragteil 15,

eine Tintenkartusche (110, 200), die einen integrierten Tintentank (200) zum Aufnehmen von Tinte und einen Aufzeichnungskopfabschnitt (100) zum Austragen von Tinte aus dem Tintentank hat, wobei der Aufzeichnungskopfabschnitt (100) eine Austrittsöffnung (102A) und ein Energieerzeugungsteil (-) zum Austragen von Tinte durch die Austrittsöffnung (102A) in Reaktion auf das Aufzeichnungssignal enthält, wobei die Tintenkartusche (100, 200) zu einer auswechselbaren Befestigung am Tragteil (15) ausgebildet ist, und

eine Sensoreinrichtung (3, 4) zum Nachweis des Kopfdrucks der Tinte nahe der Austrittsöffnung (102A), wobei die Sensoreinrichtung ein Kopfdruck-Signal erzeugt,

wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch

eine Einstellvorrichtung (31, 41) zum Einstellen des Aufzeichnungssignals, um eine im wesentlichen konstante Austragmenge der Tinte in Reaktion auf das durch die Sensoreinrichtung (3, 4) erzeugte Kopfdrucksignal aufrechtzuerhalten.

2. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (3) einen Drucknachweissensor (3) aufweist und das durch diesen erzeugte Kopfdrucksignal den Kopfdruck an der Austrittsöffnung (102A) repräsentiert.

3. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (4) einen Tintenmengendetektor (4) zum Nachweis der im Tintentank (200) verbliebenen Tintenmenge aufweist, wobei die durch den Tintenmengendetektor (4) nachgewiesene Tintenmenge den Kopfdruck an der Austrittsöffnung repräsentiert.

4. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, die in dem Tintentank (200) ein absorbierendes Teil (202) mit vorbestimmtem Tintenabsorptionsvermögen enthält, wobei das Absorptionsvermögen des absorbierenden Teils (202) einen Tintenfluß vom Tintentank (200) zum Aufzeichnungskopfabschnitt ermöglicht.

5. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einstellvorrichtung (31, 41) so ausgebildet ist, daß eine der Größen Impulsbreite, Ansteuerfrequenz oder Ansteuerspannung des Aufzeichnungssignals eingestellt wird, um die aus der Austrittsöffnung (102A) ausgetragene Tintenmenge in einem Bereich von 15 bis 25 pl zu halten.

6. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem jagen (15), der in der Lage ist, die Kartusche (100, 200) zu tragen und eine abrasternde Bewegung auszuführen, wobei die Einstellvorrichtung (31, 41) Mittel (41) zum Einstellen der Ansteuerfrequenz des Aufzeichnungssignals aufweist, sowie Mittel (44) rum Regulieren der Abrasterungsschwindigkeit des Wagens (15) entsprechend der der Ansteuerfrequenz entsprechenden Tintennahfüllfrequenzcharakteristik.

7. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren mit den Schritten:

Bereitstellen einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die ein aufzuzeichnende Information repräsentierendes Aufzeichnungssignal zu erzeugen vermag, wobei die Vorrichtung ein Trageteil (15) und eine Tintenkartusche (100, 200) hat, die einen integrierten Tintentank (200) zum Aufnehmen von Tinte und einen Aufzeichnungskopfabschnitt (100) zum Austragen von im Tintentank (200) aufgenommener Tinte hat, wobei der Aufzeichnungskopfabschnitt (100) eine Austrittsöffnung (102A) und ein Energieerzeugungsteil (-) zum Austragen von Tinte durch die Austrittsöffnung (102A) in Reaktion auf das Aufzeichnungssignal enthält, wobei die Tintenkartusche (100, 200) zu einer auswechselbaren Befestigung am Tragteil (15) ausgebildet ist, und

Nachweisen des Kopfdruckes der Tinte nahe der Austrittsöffnung (102) unter Verwendung einer Sensoreinrichtung (3, 4), wobei die Sensoreinrichtung (3, 4) ein Kopfdrucksignal erzeugt,

wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch

das Einstellen des Aufzeichnungssignals derart, daß eine im wesentlichen konstante Austrittsmenge von Tinte in Reaktion auf das durch die Sensoreinrichtung (3, 4) erzeugte Kopfdrucksignal aufrechterhalten wird.

8. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Sensoreinrichtung (3) einen Drucknachweissensor (3) aufweist und das durch diesen erzeugte Kopfdrucksignal den Kopfdruck an der Austrittsöffnung (102A) repräsentiert.

9. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Sensoreinrichtung (4) einen Tintenmengendetektor zum Nachweis der im Tintentank (200) verbliebenen Tintenmenge aufweist, wobei die durch den Tintenmengendetektor (4) nachgewiesene Tintenmenge den Kopfdruck an der Austrittsöffnung repräsentiert.

10. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 7, bei dem der Einstellschritt den Schritt des Einstellens einer der Größen Impulsbreite, Ansteuerfrequenz oder Ansteuerspannung des Aufzeichnungssignals, um die aus der Austrittsöffnung (102A) ausgetragene Tintenmenge in einem Bereich von 15 bis 25 pl zu halten, umfaßt.

11. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 7, weiter umfassend den Schritt des Regulierens der Abrasterungsgeschwindigkeit eines die Kartusche (100, 200) tragenden Wagens (15), wobei der Einstellschritt und der Schritt des Regulierens der Abrasterungsgeschwindigkeit entsprechend der Tintennachfüllfrequenzcharakteristik des Tintentanks (200) ausgeführt werden.

12. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Energieerzeugungsteil ein elektrothermisches Umwandlungsteil zum Erzeugen thermischer Energie, die als die Austragungsenergie für die Tinte genutzt wird, aufweist.

13. Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit:

einem Grundteil, das eine Austrittsöffnung (102A) hat,

einem Energieerzeugungsteil zum Bewirken eines Tintenaustrags aus der Austrittsöffnung (102A) in Reaktion auf ein Eingangs-Informationssignal und

einer Sensoreinrichtung (3, 4) zum Nachweis eines Kopf druckes nahe der Austrittsöffnung (102A) und zur Erzeugung eines Kopfdrucksignals in Reaktion darauf,

wobei der Kopf gekennzeichnet ist durch eine Einstellvorrichtung (31, 41) zum Einstellen des Eingangs-Informationssignals in Reaktion auf das Kopfdrucksignal zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen konstanten Tintenaustragsmenge.