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QUERVERWEIS
AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung ist verwandt mit der US-Patentanmeldung mit der Seriennr.
08/960,927 und dem Titel „Multi-Drop
Merge on Media Printing System",
die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde;
mit der US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 08/960,928 und dem
Titel „Apparatus
for Generating Small Volume, High Velocity Ink Droplets in an Inkjet
Printer", die gleichzeitig
mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde; und mit der US-Patentanmeldung
mit der Seriennr. 08/796,835 und dem Titel „Fractional Dot Column Correction
for Scan Axis Alignment During Printing", nun US-Patent Nr. 5,923,344, die am
6. Februar 1997 eingereicht wurde. Die vorstehenden, gemeinschaftlich übertragenen
Patentanmeldungen sind durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument
aufgenommen.
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenstrahldrucker
und spezieller auf Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen von
Bildern einer photographischen Qualität auf einem Farbtintenstrahldrucker.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Thermotintenstrahl-Druckkopievorrichtungen
wie z. B. Drucker, Großformatplotter/-Drucker,
Faxgeräte
und Kopierer stoßen
mittlerweile auf breite Akzeptanz. Diese Ausdruckvorrichtungen werden
bei W. J. Lloyd und H. T. Taub in "Ink Jet Devices", Kapitel 13 von Output Hardcopy Devices
(Ed. R. C. Durbeck und S. Sherr, San Diego: Academic Press, 1988)
und in den US-Patenten 4,490,728 und 4,313,684 beschrieben.
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Die
Grundlagen dieser Technologie sind ferner in verschiedenen Artikeln
in mehreren Ausgaben des Hewlett-Packard Journal [Bd. 36, Nr. 5,
(Mai 1985), Bd. 39, Nr. 4, (August 1988), Bd. 39, Nr. 5, (Oktober
1988), Bd. 43, Nr. 4 (August 1992), Bd. 43, Nr. 6 (Dezember 1992)
und Bd. 45, Nr. 1 (Februar 1994)], näher offenbart. Tintenstrahl-Druckkopievorrichtungen
erzeugen qualitativ hochwertige Drucke, sind kompakt und tragbar
und drucken schnell und leise, da nur Tinte das Papier berührt.
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Ein
Tintenstrahldrucker erzeugt ein gedrucktes Bild durch Drucken eines
Musters einzelner Punkte an bestimmten Stellen eines für das Druckmedium
definierten Arrays. Die Stellen stellt man sich zweckmäßigerweise
als kleine Punkte in einem geradlinigen Array vor. Die Stellen werden
manchmal als „Punktstellen", „Punktpositionen" oder „Pixel" bezeichnet. Somit
kann der Druckvorgang als das Füllen
eines Musters von Punktstellen mit Tintenpunkten angesehen werden.
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Tintenstrahl-Druckkopievorrichtungen
drucken Punkte durch Ausstoßen
sehr kleiner Tintentropfen auf das Druckmedium und umfassen in der
Regel einen beweglichen Wagen, der einen oder mehrere Druckköpfe trägt, die
jeweils Tintenausstoßdüsen aufweisen.
Der Wagen überquert
die Oberfläche
des Druckmediums, und die Düsen
sind gesteuert, um zu passenden Zeitpunkten gemäß einem Befehl eines Mikrocomputers
oder einer anderen Steuerungseinrichtung Tintentropfen auszustoßen, wobei
die Zeitsteuerung der Aufbringung der Tintentropfen dem Muster von
Pixeln des Bildes, das gerade gedruckt wird, entsprechen soll.
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Der
typische Tintenstrahldruckkopf (d. h. das Siliziumsubstrat, auf
dem Substrat aufgebaute Strukturen und Verbindungen mit dem Substrat)
verwendet flüssige
Tinte (d. h. aufgelöste
Farbmittel oder in einem Lösungsmittel
dispergierte Pigmente). Er weist ein Array von präzise gebildeten Öffnungen
oder Düsen
auf, die an einem Druckkopfsubstrat befestigt sind, das ein Array
von Tintenausstoßkammern
be inhaltet, die flüssige
Tinte von dem Tintenreservoir empfangen. Jede Kammer ist gegenüber der
Düse angeordnet,
so daß sich Tinte
zwischen ihr und der Düse
sammeln kann. Der Ausstoß von
Tintentröpfchen
erfolgt in der Regel unter der Steuerung eines Mikroprozessors,
dessen Signale durch elektrische Leitbahnen zu dem Tintenausstoßelement
befördert
werden. Wenn elektrische Druckpulse das Tintenausstoßelement
aktivieren, verdampft ein kleiner Teil der neben demselben befindlichen
Tinte und stößt einen
Tropfen Tinte aus dem Druckkopf aus. Ordnungsgemäß angeordnete Düsen bilden
ein Punktmatrixmuster. Ordnungsgemäßes Sequenzieren des Funktionierens
jeder Düse
bewirkt, daß Schriftzeichen
oder Bilder auf das Papier gedruckt werden, während sich der Druckkopf an
dem Papier vorbeibewegt.
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Die
Tintenkassette, die die Düsen
enthält,
wird wiederholt über
die Breite des Mediums, auf dem gedruckt werden soll, bewegt. An
jedem einer bezeichneten Anzahl von Inkrementen dieser Bewegung über das Medium
wird jede der Düsen
veranlaßt,
gemäß der Programmausgabe
des steuernden Mikroprozessors entweder Tinte auszustoßen oder
es zu unterlassen, Tinte auszustoßen. Jede beendete Bewegung
quer über
das Medium kann ein Band drucken, das ungefähr so breit ist wie die Anzahl
von Düsen,
die in einer Säule
der Tintenkassette angeordnet sind, mal dem Abstand zwischen Düsenmitten.
Nach jeder derartigen beendeten Bewegung oder nach jedem derartigen
Band wird das Medium um die Breite des Bandes vorwärtsbewegt,
und die Tintenkassette beginnt das nächste Band. Durch die richtige
Auswahl und Zeitsteuerung der Signale wird der gewünschte Druck
auf dem Medium erhalten.
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Bei
einem Tintenstrahldruckkopf wird Tinte von einem Tintenreservoir,
das in den Druckkopf integriert ist, oder von einem „außeraxialen" Tintenreservoir,
das über
Leitungen, die den Druckkopf und das Reservoir verbinden, dem Druckkopf
Tinte zuführt,
zugeführt.
Anschließend
wird Tinte entweder durch ein in der Mitte der Unterseite des Substrats
gebildetes längliches
Loch, „mittige
Zufuhr" oder um
die Außenkanten
des Substrats herum, „Kantenzufuhr", den verschiedenen
Tintenausstoßkammern
zugeführt.
Bei der mittigen Zufuhr fließt
die Tinte dann durch einen mittigen Schlitz in dem Substrat in einen
mittigen Verteilerbereich, der in einer Barriereschicht zwischen
dem Substrat und einem Düsenbauglied
gebildet ist, dann in eine Mehrzahl von Tintenkanälen und
schließlich
in die verschiedenen Tintenausstoßkammern. Bei der Kantenzufuhr
fließt
Tinte von dem Tintenreservoir um die Außenkanten des Substrats herum
in die Tintenkanäle
und schließlich
in die Tintenausstoßkammern.
Sowohl bei der mittigen Zufuhr als auch bei der Kantenzufuhr liefert
der Strömungsweg von
dem Tintenreservoir und dem Verteiler auf inhärente Weise Einschränkungen
des Tintenflusses zu den Tintenausstoßkammern.
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Farbtintenstrahl-Druckkopievorrichtungen
verwenden in der Regel eine Mehrzahl von Druckkassetten, üblicherweise
zwei bis vier, die in dem Druckerwagen angebracht sind, um ein vollständiges Spektrum
an Farben zu erzeugen. Bei einem Drucker mit vier Kassetten enthält jede
Druckkassette eine Tinte einer anderen Farbe, wobei die üblicherweise
verwendeten Grundfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz sind. Bei
einem Drucker mit zwei Kassetten kann eine Kassette schwarze Tinte
enthalten, wobei die andere Kassette eine Dreizellenkassette ist,
die cyan-, magentafarbene und gelbe Tinten enthält, oder es können alternativ
dazu zwei Zweizellenkassetten verwendet werden, um die vier farbigen
Tinten zu enthalten. Ferner können
zwei Dreizellenkassetten verwendet werden, um sechs Grundfarbentinten
zu enthalten, z. B. Schwarz, Cyan, Magenta, Gelb, helles Cyan und
helles Magenta. Außerdem
können
je nach der Anzahl von unterschiedlichen Grundfarbentinten, die
verwendet werden sollen, auch andere Kombinationen eingesetzt werden.
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Die
Grundfarben werden durch Aufbringen eines Tropfens der erforderlichen
Farbe auf eine Punktstelle auf dem Medium erzeugt, während Sekundärfarben
oder schattierte Farben durch Aufbringen mehrerer Tropfen verschiedener
Grundfar bentinten auf dieselbe oder eine benachbarte Punktstelle
gebildet werden, wobei das Überdrucken
zweier oder mehrerer Grundfarben die Sekundärfarben gemäß anerkannten optischen Prinzipien
erzeugt.
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Beim
Farbdrucken werden die diversen farbigen Punkte, die durch jede
der Druckkassetten erzeugt werden, selektiv überlappt, um scharf konturierte
Bilder zu erzeugen, die aus praktisch jeder beliebigen Farbe des
sichtbaren Spektrums bestehen. Um einen einzelnen Punkt auf einem
Papier zu erzeugen, der eine Farbe aufweist, welche eine Mischung
von zwei oder mehr der Farben erfordert, die durch verschiedene
Druckkassetten geliefert werden, müssen die Düsenplatten an jeder der Kassetten
genau ausgerichtet sein, so daß ein von
einer ausgewählten
Düse in
einer Kassette ausgestoßener
Punkt einen Punkt, der von einer entsprechenden Düse in einer
anderen Kassette ausgestoßen
wird, überlappt.
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Die
von einer Tintenstrahlvorrichtung erzeugte Druckqualität ist abhängig von
der Zuverlässigkeit
ihrer Tintenausstoßkammern.
Ein Mehrfachdurchlauf-Druckmodus kann die Wirkung der defekten Tintenausstoßelemente
auf die Druckqualität
teilweise lindern. Das Konzept der Druckmodi ist eine nützliche
und hinreichend bekannte Technik, bei jedem Durchlauf des Druckkopfes
lediglich einen Bruchteil der in jedem Abschnitt des Bildes erforderlichen
gesamten Tinte aufzubringen, so daß jegliche Bereiche, die bei
jedem Durchlauf weiß belassen
werden, durch einen oder mehrere spätere Durchläufe ausgefüllt werden. Durch ein Verringern
der Flüssigkeitsmenge,
die sich zu jeglichem beliebigen Zeitpunkt auf der Seite befindet,
tendiert dies dazu, ein Zerfließen,
Blockieren und Welligwerden zu begrenzen.
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Das
bei jedem Durchlauf eingesetzte spezifische Teilweise-Tinteneinfärbung-Muster
sowie die Art und Weise, auf die diese verschiedenen Muster zusammen
ein einziges, vollständig
mit Tinte eingefärbtes
Bild ergeben, ist als „Druckmo dus" bekannt. Druckmodi
erlauben einen Kompromiß zwischen
Geschwindigkeit und Bildqualität.
Beispielsweise liefert der Entwurfsmodus eines Druckers dem Benutzer
so schnell wie möglich
einen lesbaren Text. Präsentation,
auch als bester Modus bekannt, ist langsam, aber erzeugt die höchste Bildqualität. Ein normaler
Modus ist ein Kompromiß zwischen
Entwurfs- und Präsentationsmodi.
Druckmodi ermöglichen
dem Benutzer, zwischen diesen Kompromissen zu wählen. Ferner ermöglichen
sie dem Drucker, während
des Druckens mehrere Faktoren, die die Bildqualität beeinflussen,
zu steuern, einschließlich:
1) der Menge an Tinte, die pro Punktstelle auf dem Medium plaziert
wird, 2) der Geschwindigkeit, mit der die Tinte plaziert wird und
3) der Anzahl an Durchläufen,
die erforderlich sind, um das Bild zu vervollständigen. Eine Bereitstellung
verschiedener Druckmodi, um ein Plazieren von Tintentropfen in mehreren
Bändern
zu ermöglichen,
kann dazu beitragen, Düsendefekte
zu vertuschen. Verschiedene Druckmodi werden auch abhängig von dem
Medientyp eingesetzt.
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Für einen
erhöhten
Durchsatz auf einfachem Papier wird ein Einfachdurchlauf-Modus-Betrieb
verwendet. Eine Verwendung dieses Modus auf anderen Papieren führt zu zu
großen
Punkten auf beschichteten Papieren und zu einem Zerfließen von
Tinte auf Polyestermedien. Bei einem Einfachdurchlaufmodus werden
alle Punkte, die auf eine gegebene Reihe von Punkten abzuschießen sind,
in einem Band des Druckkopfes auf dem Medium plaziert, wonach das
Druckmedium in die richtige Position für das nächste Band vorgeschoben wird.
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Ein
Zweifachdurchlauf-Druckmodus ist ein Druckmuster, bei dem eine Hälfte der
Punkte, die für
eine gegebene Reihe an verfügbaren
Punkten pro Band zur Verfügung
stehen, bei jedem Durchlauf des Druckkopfes gedruckt wird, so daß zwei Durchläufe benötigt werden,
um den Druck für
eine gegebene Reihe abzuschließen.
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Dementsprechend
ist ein Vierfachdurchlaufmodus ein Druckmuster, bei dem ein Viertel
der Punkte für eine
gegebene Reihe bei jedem Durchlauf des Druckkopfes gedruckt wird.
Ein Mehrfachdurchlauf-Thermotintenstrahldrucken ist beispielsweise
in den gemeinschaftlich übertragenen
US-Patentschriften
Nrn. 4,963,882 und 4,965,593 beschrieben. Im allgemeinen ist es
wünschenswert,
pro vollständigem
Bandbereich die minimale Anzahl von Durchläufen zu verwenden, um das Drucken
abzuschließen,
um den Druckerdurchsatz zu maximieren und unerwünschte sichtbare Druckartefakte
zu verringern.
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Die
Fähigkeit,
eine gute Tonskala zu erreichen, ist für ein Erzielen eines Bildes
einer photographischen Qualität
von wesentlicher Bedeutung. In der Helligkeitsregion der Tonskala
sind fast unsichtbare Punkte und ein Fehlen von Körnigkeit
erforderlich. Bereiche einer vollständigen Ausfüllung erfordern gesättigte Farben, eine
hohe optische Dichte und keinen Weißraum. Ferner ist die Fähigkeit,
mehr als einen Tropfen von einem gegebenen Druckkopf in ein Pixel
zu plazieren, für
diese photographische Bildqualität
wesentlich. Ein weiteres wichtiges Attribut eines Bilderzeugungssystems
ist ein hoher Durchsatz.
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Vorherige
Methoden wie beispielsweise das vorher beschriebene Mehrdurchlauf-Drucken,
geben mehr als einen Tropfen von einem gegebenen Druckkopf in ein
Pixel, dies geschieht jedoch in verschiedenen Durchläufen. Die
Nachteile dieses Lösungsansatzes
sind: (1) der Durchsatz wird beeinträchtigt, da für jeden Tropfen,
der von einem gegebenen Druckkopf auf ein Pixel plaziert wird, ein
separater Durchlauf erforderlich ist, (2) in Bereichen eines Hochdichte-Druckens werden bei
jedem Durchlauf Tropfen in jedes Pixel gegeben, was zu einem Punktzerfließen führt, das
die Bildqualität
verschlechtert, und (3) ist dies eine ineffiziente Art und Weise,
Weißraum
in den Mitteltonregionen der Tonskala abzudecken, wo leichte Variationen
einer Tropfenplazierung erforderlich sind, um Weißraum auszufüllen, was schwierig
ist, wenn mehrere Tropfen in getrennten Durchläufen auf einem Pixel plaziert
werden.
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Eine
weitere Lösung
für ein
Erzielen von guten Tonskalen besteht darin, ein Sechstinten-Drucksystem zu
verwenden. Dieser Lösungsansatz
verwendet schwarze Tinte, gelbe Tinte, helle cyanfarbene Tinte,
dunkle cyanfarbene Tinte, helle magentafarbene Tinte und dunkle
magentafarbene Tinte. Eine gute Bildqualität wird in Helligkeitsregionen
dadurch erreicht, daß lediglich
die gelbe, helle cyanfarbene und helle magentafarbene Tinte verwendet
wird. Die schwarze, dunkle cyanfarbene und dunkle magentafarbene
Tinte wird in stärker
gesättigten
Bereichen des Bildes verwendet. Die Nachteile dieses Systems sind
(1) die Komplexität,
ein Sechstintensystem aufzuweisen (mehr Tinten, kompliziertere Farbtabellen,
höhere
Produktkosten sowie eine größere Produktgröße und (2) Übergänge, die
die Bildqualität
verschlechtern, werden in der Tonskala beobachtet, wenn dunkel-cyan
und dunkel-magenta, die sehr deutlich sichtbar sind, zuerst verwendet
werden.
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Ein
weiterer Lösungsansatz
in bezug darauf, unterschiedliche Punktgrößen zu bilden, besteht darin, Mehrtropfenvolumen
auf demselben Druckkopf zu verwenden (siehe US-Patentschrift Nr. 4,746,935). Der Hauptnachteil
dieses Lösungsansatzes
ist das Erfordernis von Mehrtropfengeneratoren, was zusätzliche
Kosten und Komplexität
bedeutet.
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Die
US-Patentschrift Nr. 5,604,519 bezieht sich auf ein Tintenzufuhrsystem
zum Bilden von Punkten bei einer hohen Frequenz, bei dem bei jedem
Durchlauf des Druckkopfes über
ein Druckmedium ein einziger Tropfen an jeder Pixelstelle plaziert
wird. Ein Nachteil dieses Lösungsansatzes
besteht darin, daß,
um unterschiedliche Punktgrößen zu bilden,
mehrere Durchläufe
des Druckkopfes erforderlich sind, um mehr als einen Punkt auf die
Oberfläche
eines Druckmediums zu plazieren.
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Die
US-Patentschrift Nr. 5,657,060 lehrt ein Verfahren zum Eingeben
eines Satzes von Treiberimpulsen in ein Tintenstrahlheizelement,
so daß das
Heizelement wiederholt durch die Treiberimpulse bei hoher Frequenz
aktiviert wird. Bei hohen Punktdichten und hohen Treiberpulsraten
wird jedoch ein Übersprechen
zwischen benachbarten Tintenausspritzöffnungen zu einem schwerwiegenden
Problem.
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Auch
wenn die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen verwendet
werden, so wird die Herstellung von klaren und kraftvollen Bildern
mit einem genauen Ton, die gleich denjenigen sind, die mittels herkömmlicher
Silberhalogenidphotographie hergestellt wurden, noch nicht erreicht.
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Aufgrund
der zunehmenden Verwendung von Digitalkameras, um Digitalbilder
zu erzeugen, und der Verwendung von Scannern, um herkömmliche
Photographien in Personal-Computer einzugeben, nimmt die Nachfrage
nach Druckern, die ausgehend von diesen Bildern Drucke einer photographischen
Qualität
bei einem hohen Durchsatz erzeugen können, rasch zu.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Tintenstrahldruckkassette, die einen
Tintenvorrat und ein Substrat umfaßt, das eine Mehrzahl von einzelnen
Tintenausstoßkammern
aufweist, die durch eine auf einer ersten Oberfläche des Substrats gebildete
Barriereschicht definiert sind, und bei dem in jeder der Tintenausstoßkammern
ein Tintenausstoßelement
zum Ausstoßen
von Tintentropfen angeordnet ist. Die Tintenausstoßkammern sind
in einem Array angeordnet, das beabstandet ist, um ein Drucken von
mehr als 500 Punkten pro Zoll zu liefern. Ein Düsenbauglied, in dem eine Mehrzahl
von Tintenöffnungen
gebildet ist, ist so positioniert, daß es über der Barriereschicht liegt,
wobei die Öffnungen
ausgerichtet und den Tintenausstoßkammern zugeordnet sind. Ein
Tintenkanal verbindet den Tintenvorrat mit dem Einlaßkanal.
Eine Gruppe der Tintenausstoßkammern
in benachbarter Beziehung bildet ein Grundelement, bei dem maximal
lediglich eine Ausstoßkammer
in dem Grundelement zu einem Zeitpunkt mit Energie versorgt wird,
und das Grundelement ist eines einer Mehrzahl von Grundelementen
auf dem Substrat. Eine erste Schaltungseinrichtung auf dem Substrat
ist mit den Ausstoßelementen
verbunden, und eine zweite Schaltungseinrichtung auf der Kassette
ist mit der ersten Schaltungseinrichtung verbunden, zum Senden von
Ausstoßsignalen
an die Tintenausstoßelemente
bei hoher Frequenz. Die erste Schaltungseinrichtung legt Grundelementauswählsignale
an, um eines oder mehrere der Grundelemente auszuwählen, und
legt Adreßleitungsauswählsignale
an, um Vorrichtungen freizugeben, die Ausstoßelementen in einem oder mehreren
ausgewählten
Grundelementen zugeordnet sind, derart, daß maximal eine Ausstoßkammer
in jeglichem ausgewählten
Grundelement zu einem Zeitpunkt aktiviert wird. Die Anzahl von Adreßleitungsauswählsignalen
beträgt
weniger als die Hälfte
der Anzahl der Grundelementauswählsignale.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische
Ansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Tintenstrahldruckers, der die vorliegende Erfindung verkörpert.
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2 ist eine perspektivische
Draufsicht einer einzelnen Druckkassette.
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3 ist eine perspektivische
Unteransicht einer einzelnen Druckkassette.
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4 ist eine schematische
perspektivische Ansicht der Rückseite
einer vereinfachten Druckkopfanordnung.
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5 ist eine teilweise weggeschnittene
perspektivische Draufsicht eines Abschnittes der TAB- Kopfanordnung (TAB – tape-automated
bonding, automatisches Folienbondverfahren), die die Beziehung einer Öffnung bezüglich einer
Tintenausstoßkammer,
eines Heizvorrichtungstintenausstoßelements und einer Kante des
Substrats zeigt.
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6 ist eine Querschnittsansicht
der Druckkopfanordnung, die den Tintenfluß zu den Tintenausstoßkammern
in dem Druckkopf zeigt.
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7 ist eine Draufsicht eines
vergrößerten Abschnitts
eines Druckkopfs, die zwei Tintenausstoßkammern und die zugeordnete
Barrierenstruktur und Tintenausstoßelemente zeigt.
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8 ist ein Querschnittsaufriß der Druckkopfanordnung
der 7, der die Dicke
der Barriereschicht und des Düsenbauglieds
zeigt.
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9 ist eine schematische
Draufsicht einer Anordnung aus Grundelementen und den zugeordneten Tintenausstoßelementen
und Düsen
auf einem Druckkopf, wobei die Längsachse
des Arrays senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Druckkopfes ist.
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10 ist eine Draufsicht eines
Druckkopfdüsenarrays
mit einer geraden Linie von Düsen,
wobei das Array senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Druckkopfes
ist.
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11 ist ein vergrößertes schematisches
Diagramm der Adreßauswählleitungen
und eines Abschnitts der zugeordneten Tintenausstoßelemente,
Grundelementauswählleitungen
und Masseleitungen.
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12 ist ein schematisches
Diagramm eines Tintenausstoßelements
der 11 und seiner bzw.
seines zugeordneten Adreßleitung,
Treibertransistors, Grundelementauswählleitung und Masseleitung.
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13 ist ein schematisches
Zeitgebungsdiagramm für
das Einstellen der Adreßauswähl- und
Grundelementauswählleitungen.
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14 ist ein schematisches
Diagramm der Abfeuerungssequenz für die Adreßauswählleitungen, wenn sich der
Druckerwagen von links nach rechts bewegt.
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15 zeigt die Unterspalten
für 4 Tropfen
und 8 Tropfen pro Spalte oder Pixel.
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16 zeigt, wie die Druckkopfarchitektur
der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Druckqualität ermöglicht.
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17 zeigt, wie die Druckkopfarchitektur
der vorliegenden Erfindung Hochfrequenz-Bursts ermöglicht,
um das Tropfenvolumen zu modulieren.
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18 zeigt den Unterschied
beim Herstellen einer Punktabdeckung mit einem Aufbringen von Mehrtropfen
beim Einfachdurchlauf-Drucken und Mehrfachdurchlauf-Drucken, bei
dem Tropfen in separaten Durchläufen
aufgebracht werden.
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19 zeigt ein Beispiel eines
Mehrtropfen- gegenüber
einem Einfachtropfen-Mehrfachdurchlauf-Drucken, wobei ein bis vier
Tropfen unter Verwendung desselben Druckkopfes und Mediums verwendet werden,
wobei lediglich der Druckmodus geändert wird.
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20 zeigt ein effizienteres
Punktdurchmesserwachstum bei einem Mehrtropfen-Drucken als bei einem
Mehrfachdurchlauf-Drucken.
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21 zeigt den Durchmesser
für Mehrtropfen-Punkte,
die dadurch gebildet werden, daß ein
bis acht Tropfen auf dem Medium miteinander verschmelzen, um Punkte
zu bilden.
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22 zeigt ein Punktgrößenwachstum
von ein bis acht Tropfen für
zwei unterschiedliche Tintensysteme.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Während die
vorliegende Beschreibung unten im Kontext eines außeraxialen
Druckers beschrieben wird, der eine externe Tintenquelle aufweist,
sollte es einleuchten, daß die
vorliegende Erfindung auch bei einem Tintenstrahldrucker nützlich ist,
der Tintenstrahldruckkassetten verwendet, die ein in die Druckkassette integriertes
Tintenreservoir aufweisen.
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1 ist eine perspektivische
Ansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Tintenstrahldruckers 10, der zum Verwenden der vorliegenden
Erfindung geeignet ist, wobei seine Abdeckung entfernt ist. Allgemein
umfaßt
der Drucker 10 ein Fach 12A zum Halten von unbedrucktem
Papier. Wenn ein Druckvorgang eingeleitet wird, wird ein Blatt Papier
von dem Fach 12A unter Verwendung einer Blattzufuhrvorrichtung
dem Drucker 10 zugeführt,
daraufhin in einer U-Richtung herumgedreht, so daß es sich
nun in die entgegengesetzte Richtung auf das Fach 12B zubewegt.
Das Blatt wird in einer Druckzone 14 angehalten, und ein
Bewegungswagen 16, der eine oder mehrere Druckkassetten 18 trägt, wird
anschließend
zum Drucken eines Tintenbandes auf dem Blatt über dasselbe bewegt. Nach einer
einzigen Wagenbewegung oder mehreren Wagenbewegungen wird das Blatt
unter Verwendung eines herkömmlichen
Schrittmotors und von Zufuhrrollen zu einer nächsten Position in der Druckzone 14 inkremental
verschoben, und der Wagen 16 bewegt sich wiederum über das
Blatt, um ein nächstes
Band Tinte zu drucken. Wenn das Drucken auf dem Blatt abgeschlossen
ist, wird das Medium zu einer Position oberhalb des Fachs 12B weitergeleitet,
in dieser Position gehalten, um sicherzustellen, daß die Tinte
trocken ist, und dann freigegeben.
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Der
Wagenbewegungsmechanismus des Wagens 16 kann herkömmlich sein
und umfaßt
allgemein einen Gleitstab 22, an dem der Wagen 16 entlanggleitet,
eine flexible Schaltung (in 1 nicht
gezeigt) zum Senden elektrischer Signale von dem Mikroprozessor
des Druckers an den Wagen 16 und Druckkassetten 18 und
einen codierten Streifen 24, der durch einen Photodetektor
in dem Wagen 16 zum genauen Positionieren des Wagens 16 optisch
erfaßt
wird. Ein Schrittmotor (nicht gezeigt), der unter Verwendung einer
herkömmlichen
Anordnung aus Treibriemen und Antriebsrolle mit dem Wagen 16 verbunden
ist, wird zum Transportieren des Wagens 16 über die
Druckzone 14 verwendet.
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Die
Merkmale des Tintenstrahldruckers 10 umfassen ein Tintenzufuhrsystem
zum Liefern von Tinte an die Druckkassetten 18 und letztendlich
an die Tintenausstoßkammern
in den Druckköpfen
von einer außeraxialen
Tintenvorratsstation 30, die austauschbare Tintenvorratskassetten 31, 32, 33 und 34 enthält, die
mit Druck beaufschlagt sein oder einen atmosphärischen Druck aufweisen können. Bei
Farbdruckern ist in der Regel eine separate Tintenvorratskassette
für schwarze
Tinte, gelbe Tinte, magentafarbene Tinte und cyanfarbene Tinte vorhanden.
Vier Rohrleitungen 36 führen
Tinte von den vier austauschbaren Tintenvorratskassetten 31–34 zu
den Druckkassetten 18.
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Unter
Bezugnahme auf 2 und 3 ist ein flexibles Band 80,
das Kontaktanschlußflächen 86 enthält, die
zu (nicht gezeigten) Elektroden 87 auf dem Druckkopfsubstrat 88 führen, an
der Druckkassette 18 befestigt. Diese Kontaktanschlußflächen 86 sind
mit (nicht gezeigten) Elektroden auf dem Wagen 16 ausgerichtet
und berühren
diese elektrisch.
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Ein
Integrierte-Schaltung-Chip oder Speicherelement 78 liefert
dem Drucker in bezug auf gewisse Parameter wie beispielsweise Düsenflugbahnen
und Tropfenvolumen der Druckkassette 18 eine Rückmeldung. Das
Band 80 weist ein Düsenarray
bzw. ein Düsenbauglied 79 auf,
das aus zwei Reihen von Düsen 82 besteht, die
durch das Band 80 laserabladiert werden. Ein Tintenfülloch (nicht
numeriert) wird verwendet, um die Druckkassette 18 anfänglich mit
Tinte zu füllen.
Eine (nicht gezeigte) Anschlagvorrichtung soll das Tintenfülloch nach dem
anfänglichen
Füllen
permanent abdichten.
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Ein
(nicht gezeigtes) Regelventil in den Druckkassetten 18 regelt
den Druck, indem es ein Einlaßloch zu
einer in den Druckkassetten 18 gelegenen Tintenkammer öffnet und
schließt.
Wenn das Regelventil geöffnet
ist, befindet sich eine Kanüle 60 in
Fluidkommunikation mit einer (nicht gezeigten) Tintenkammer, die
sich in der Kassette 18 befindet, und dem außeraxialen
Tintenvorrat. Wenn sie in dem Drucker 10 in Betrieb sind, befinden
sich die Druckkassetten 18 in Fluidkommunikation mit einem
vom Wagen getrennten Tintenvorrat 31–34, der in einer
Tintenvorratsstation 30 lösbar angebracht ist.
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Unter
Bezugnahme auf 3 und 4 ist eine Druckkopfanordnung 83 vorzugsweise
ein flexibles Polymerband 80, das ein Düsenbaugliedarray 79 aufweist,
das Düsen 82 enthält, die
durch Laserablation in demselben gebildet sind. Leiter 84 sind
auf der Rückseite
des Bandes 80 gebildet und enden in Kontaktanschlußflächen 86 zum
Kontaktieren von elektrischen Kontakten auf dem Wagen 16.
Die anderen Enden der Leiter 84 sind mit Elektroden 87 des
Substrats 88 verbunden, auf dem die verschiedenen Tintenausstoßkammern
und Tintenausstoßelemente
gebildet sind. Die Tintenausstoßelemente
können
Heizvorrichtungstintenausstoßelemente
oder piezoelektrische Elemente sein.
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Auf
dem Substrat 88 kann ein (nicht gezeigter) Demultiplexer
zum Demultiplexieren der ankommenden multiplexierten Signale, die
an die Elektroden 87 angelegt sind, und zum Verteilen der
Adreß-
und Grundelementsignale an die verschiedenen Tintenausstoßelemente 96 gebildet
sein, um die Anzahl von erforderlichen Kontaktanschlußflächen 86 zu
verringern. Die ankommenden multiplexierten Signale umfassen Adreßleitungs-
und Grundelementabfeuerungssignale. Der Demultiplexer ermöglicht die
Verwendung von weniger Kontaktanschlußflächen 86 und somit
Elektroden 87 als Tintenausstoßelemente 96. Der
Demultiplexer kann ein beliebiger Decodierer zum Decodieren von
an die Elektroden 87 angelegten codierten Signalen sein.
Der Demultiplexer weist Eingangsanschlußleitungen (der Einfachheit
halber nicht gezeigt), die mit den Elektroden 87 verbunden
sind, und Ausgangsanschlußleitungen
(nicht gezeigt), die mit den verschiedenen Tintenausstoßelementen 96 verbunden
sind, auf. Der Demultiplexer demultiplexiert die ankommenden elektrischen
Signale, die an die Kontaktanschlußflächen 86 angelegt sind,
und versorgt die verschiedenen Tintenausstoßelemente 96 selektiv
mit Energie, um Tintentröpfchen
aus den Düsen 82 auszustoßen, während sich
das Düsenarray 79 über die
Druckzone bewegt. Weitere Einzelheiten in Bezug auf ein Multiplexieren
finden sich in der US-Patentschrift Nr. 5,541,629 mit dem Titel „Printhead
with Reduced Interconnections to a Printer", die am 30. Juli 1996 erteilt wurde.
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Vorzugsweise
sollte statt des Demultiplexers eine Integrierte-Schaltung-Logik
unter Verwendung von CMOS-Technologie
auf das Substrat 88 plaziert werden, um komplexere ankommende
Datensignale als nur multiplexierte Adreßsignale und Grundelementsignale
zu decodieren und somit die Anzahl von erforderlichen Kontaktanschlußflächen 86 weiter
zu verringern. Die ankommenden Datensignale werden in den Integrierte-Logik-Schaltungen
auf dem Druckkopf zu Adreßleitungs-
und Grundelementabfeuerungssignalen decodiert. Ein Durchführen dieser
Operation in den Integrierte-Logik-Schaltungen auf dem Druckkopf erhöht die Signalverarbei tungsgeschwindigkeit
und die Burstfrequenz, die nachstehend erörtert werden.
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Ferner
ist unter Verwendung herkömmlicher
photolithographischer Techniken auf der Oberfläche des Substrats 88 die
Barriereschicht 104 gebildet, die eine Schicht aus Photoresist
oder einem anderen Polymer sein kann und in der die Tintenausstoßkammern 94 und
Tintenkanäle 132 gebildet
sind.
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5 ist eine vergrößerte Ansicht
einer einzelnen Tintenausstoßkammer 94,
von Tintenausstoßelementen 96 und
einer kegelstumpfförmigen Öffnung 82,
nachdem die Substratstruktur über
die dünne
Haftschicht 106 an der Rückseite der flexiblen Schaltung 80 befestigt
wurde. Eine Seitenkante des Substrats 88 ist als Kante 114 gezeigt.
Im Betrieb fließt
Tinte von dem Tintenreservoir 12 um die Seitenkante 114 des
Substrats 88 und in den Tintenkanal 132 und die
zugeordnete Tintenausstoßkammer 94,
wie durch den Pfeil 92 gezeigt ist. Auf ein Versorgen des
Tintenausstoßelements 96 mit
Energie hin wird eine dünne
Schicht der benachbarten Tinte überhitzt,
was einen Tintenausstoß bewirkt
und folglich bewirkt, daß ein
Tintentröpfchen durch
die Öffnung 82 ausgestoßen wird.
Die Tintenausstoßkammer 94 wird
anschließend
durch eine Kapillarwirkung wieder aufgefüllt.
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6 veranschaulicht den Fluß von Tinte 92 von
der Tintenkammer 61 in der Druckkassette 18 zu
Tintenausstoßkammern 94.
Eine Versorgung der Tintenausstoßelemente 96 mit Energie
bewirkt, daß ein
Tintentröpfchen 101, 102 durch
die zugeordneten Düsen 82 ausgestoßen wird.
Eine Photoresist-Barriereschicht 104 definiert
die Tintenkanäle
und -kammern, und eine Haftschicht 106 befestigt das flexible
Band 80 an der Barriereschicht 104. Ein weiteres
Haftmittel 108 liefert eine Abdichtung zwischen dem Band 80 und
dem Druckkassettenkörper 110 aus
Kunststoff.
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Die
Anordnung des Druckkopfes kann ähnlich
derjenigen sein, die in der US-Patentschrift Nr. 5,278,584 von Brian
Keefe et al. mit dem Titel „Ink
Delivery System for an Inkjet printhead", die an den vorliegenden Anmelder übertragen
ist, beschrieben ist.
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Die
Frequenzgrenze eines Thermotintenstrahlstiftes ist durch den Widerstand
in dem Tintenfluß zur Düse begrenzt.
Jedoch ist ein gewisser Widerstand des Tintenflusses notwendig,
um eine Meniskusoszillation zu dämpfen,
ein zu großer
Widerstand begrenzt jedoch die obere Frequenz, bei der eine Druckkassette
arbeiten kann. Die Geometrie des Einlaßkanals, die Schichtdicke,
die Schelflänge
oder Einlaßkanallänge, die
die Entfernung zwischen den Tintenausstoßelementen und der Kante des
Substrats ist, müssen
ordnungsgemäß bemessen
sein, um ein rasches Wiederauffüllen
von Tinte in die Tintenkammer 94 zu ermöglichen und dabei auch eine
Empfindlichkeit gegenüber
Herstellungsvariationen zu minimieren. Folglich ist die Fluidimpedanz verringert,
was zu einer einheitlicheren Frequenzantwort für alle Düsen führt. Eine zusätzliche
Komponente zu der Fluidimpedanz ist der Eingang in die Tintenausstoßkammer 94.
Der Eingang weist eine dünne
Region zwischen dem Düsenbauglied 82 und
dem Substrat 88 auf, und seine Höhe ist im wesentlichen eine
Funktion der Dicke der Barriereschicht 104. Diese Region
weist eine hohe Fluidimpedanz auf, da ihre Höhe gering ist.
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Um
die Auflösung
und die Druckqualität
zu erhöhen,
müssen
die Druckkopfdüsen
näher beieinander plaziert
sein. Dies erfordert, daß sowohl
Heizvorrichtungstintenausstoßelemente
als auch die zugeordneten Öffnungen
näher beieinander
plaziert werden müssen.
Um den Druckerdurchsatz zu erhöhen,
muß die
Abfeuerungsfrequenz der Tintenausstoßelemente erhöht werden.
Wenn die Tintenausstoßelemente
bei hohen Frequenzen abgefeuert werden, ermöglichen herkömmliche
Tintenkanalbarriere-Entwürfe
entweder nicht, daß die Tintenausstoßkammern
auf geeignete Weise wiederaufgefüllt
werden, oder sie ermöglichen
einen extremen Rückschlag
oder ein katastrophisches Überschwingen
und eine Pfützenbildung
außerhalb
des Düsenbauglieds.
Ferner verursacht die engere Beab standung der Tintenausstoßelemente
Raumprobleme und eingeschränkte
mögliche
Barrierelösungen
aufgrund von Herstellungsüberlegungen.
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7 und 8 zeigen eine Druckkopfarchitektur, die
vorteilhaft ist, wenn ein Drucken einer sehr hohen Punktdichte,
eines geringen Tropfenvolumens, einer hohen Tropfengeschwindigkeit
und eines Hochfrequenz-Tintenausstoßes erforderlich ist. Bei hohen
Punktdichten und bei hohen Tintenausstoßraten wird jedoch ein Übersprechen
zwischen benachbarten Ausstoßkammern
zu einem ernsthaften Problem. Während
des Ausstoßes
eines einzelnen Tintentropfens verschiebt ein Tintenausstoßelement
Tinte in Form eines Tropfens aus der Düse 82 heraus. Zur
selben Zeit wird auch Tinte zurück
in den Tintenkanal 132 verschoben. Die auf diese Weise
verschobene Tintenmenge wird oft als „Rückstoßvolumen" beschrieben. Das Verhältnis von
ausgestoßenem
Volumen zu Rückstoßvolumen
gibt einen Hinweis auf die Ausstoßeffizienz. Zusätzlich dazu,
daß ein
Rückstoßvolumen
ein inertes Hindernis bezüglich
eines Wiederauffüllens
darstellt, bewirkt es Verschiebungen in den Menisken benachbarter
Düsen.
Wenn diese benachbarten Düsen
abgefeuert werden, bewirken derartige Verschiebungen ihrer Menisken
Abweichungen des Tropfenvolumens von der nominell ausgeglichenen
Situation, was dazu führt,
daß ungleichmäßige Punkte
gedruckt werden. Ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, das in der Architektur der Druckkopfanordnung
der 7 gezeigt ist, ist
entworfen, um derartige Übersprech-Effekte
zu minimieren.
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Die
Tintenausstoßkammern 94 und
Tintenkanäle 132 sind
in einer Barriereschicht 104 gebildet gezeigt. Die Tintenkanäle 132 liefern
einen Tintenweg zwischen der Tintenquelle und den Tintenausstoßkammern 94.
Der Fluß von
Tinte in die Tintenkanäle 132 und
in die Tintenausstoßkammern 94 erfolgt über einen Tintenfluß um die
Seitenkanten 114 des Substrats 88 und in die Tintenkanäle 132.
Die Tintenausstoßkammern 94 und
Tintenkanäle 132 können unter
Verwendung herkömmlicher photolithographischer
Techniken in der Barriereschicht 104 gebildet sein. Die
Barriereschicht 104 kann einen beliebigen Photoresist einer
hohen Qualität,
beispielsweise VacrelTM oder ParadTM, umfassen.
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Tintenausstoßelemente 96 sind
auf der Oberfläche
des Siliziumsubstrats 88 gebildet. Wie zuvor erwähnt wurde,
können
die Tintenausstoßelemente 96 hinreichend
bekannte piezoelektrische Tintenausstoßelemente vom Pumpentyp oder
beliebige andere herkömmliche
Tintenausstoßelemente
sein. Halbinseln 149 erstrecken sich bis zur Kante des
Substrats und liefern eine fluidische Isolierung der Tintenausstoßkammern 94 voneinander,
um ein Übersprechen
zu verhindern. Der Abstand D der Tintenausstoßkammern 94, unten
in Tabelle II gezeigt, liefert ein Drucken bei 600 Punkten pro Zoll
(dpi – dots
per inch) unter Verwendung von zwei Reihen von Tintenausstoßkammern 94.
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Während die
Tintenausstoßelemente
und Tintenausstoßkammern
in 7 im wesentlichen
quadratisch gezeigt sind, wird man erkennen, daß sie auch eine rechteckige
oder kreisförmige
Gestalt aufweisen können.
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Die
Definition der Abmessungen der in 7 und 8 gezeigten verschiedenen
Elemente ist in Tabelle I geliefert.
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TABELLE
I
DEFINITIONEN FÜR
ABMESSUNGEN DER DRUCKKOPFARCHITEKTUR
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Die
Tabelle II führt
die Nennwerte, sowie ihre bevorzugten Bandbreiten, mancher der Abmessungen der
Druckkopfanordnungsstruktur der 7 und 8 auf. Man sollte erkennen,
daß die
bevorzugten Bandbreiten und Nennwerte eines tatsächlichen Ausführungsbeispiels
von der beabsichtigten Betriebsumgebung der Druckkopfanordnung abhängen, einschließlich der
Art der verwendeten Tinte, der Betriebstemperatur, der Druckgeschwindigkeit
und der Punktdichte.
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TABELLE
II
ABMESSUNGEN DER TINTENKAMMER IN MIKROMETERN
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Die
obigen 7 und 8 sowie die Tabelle II zeigen
die Entwurfsmerkmale und Abmessungscharakteristika von Druckköpfen, die
verwendet werden können,
um Bilder einer photographischen Qualität bei einer sehr hohen Tropfenausstoßfrequenz
und einem konstanten geringen Tropfenvolumen von weniger als 10
Pikolitern erfolgreich zu drucken. Der Druckkopfarchitekturentwurf
ist ein Schlüsselfaktor
der vorliegenden Erfindung. Die Dicke einer flexiblen Schaltung 80 muß auf die
Abmessungen des Tintenkanals 132, der Ausstoßkammer 94,
des Tintenausstoßelements 96,
die Dicke und den Entwurf der Barriere 104 sowie auf die
Tintenformulierung abgestimmt werden. Ein einfaches Verringern der
horizontalen Abmessungen F, G, H, I, J und K der Tintenkammer 94 verringert
das Volumen der ausgestoßenen
Tropfen, er zeugt jedoch eine geringe Tropfenausstoßgeschwindigkeit.
Unter Bezugnahme auf Tabelle III erzeugen eine standardmäßige Flex-Schaltung 80 von
zwei Millizoll (50,8 Mikrometer) und ein Düsenauslaßdurchmesser von 14 Mikrometern
eine lange Düse mit
einem C/I von etwa 4,0. Folglich werden Tropfen bei einer Geschwindigkeit
von etwa 3,5–7,5
Metern/Sekunde ausgestoßen,
was zu niedrig ist. Diese Tropfen mit der geringen Geschwindigkeit
können
zu Düsenverstopfungen,
einer Fehlleitung und einer thermischen Ineffizienz führen.
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-
Unter
erneuter Bezugnahme auf Tabelle III kann die Tintenausstoßkammer 94 kleine
Tropfen in Hochfrequenz-Bursts ausstoßen, wenn die Dicke de Düse 82 auf
die Größe des Tintenausstoßelements 96,
die Dicke der Barriere 104 und den Austrittsdurchmesser
der Düse 82 abgestimmt
ist. Wie in Tabelle III gezeigt ist, wird die Tropfengeschwindigkeit
nahezu verdoppelt, wenn die Dicke der Düse 82 oder der Flex-Schaltung 80 von
50,8 Mikrometer auf 25,4 Mikrometer verringert wird. Die überraschende
Konsequenz einer Verwendung einer flexiblen Schaltung 80 oder
einer Düse 82 von
25,4 Mikrometern führt
zu einem robusten, verläßlichen Entwurf,
der thermisch effizient ist.
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Die
vorliegende Erfindung weist im Vergleich zu vorherigen Drucksystemen
und -verfahren mehrere Vorteile auf. Das Tropfenvolumen und die
Geschwindigkeit der einzelnen Tropfen in Hochfrequenz-Bursts im Bereich
von 15 bis 60 kHz bleiben nahezu konstant bei etwa 3–5 Pikolitern
(pl) bzw. Geschwindigkeiten von mehr als 10 Metern pro Sekunde (m/s).
Bei bisherigen Druckkopfarchitekturen war der erste Tropfen, der
aus der Tintenausstoßkammer 94 ausgestoßen wurde,
der größte und
langsamste Tropfen. Nachfolgende Tropfen nach dem ersten ausgestoßenen Tropfen
wiesen ein beträchtlich
kleineres Volumen auf. Um jedoch eine glatte Graupegelrampe zu erzeugen,
ist es wünschenswert,
genau den entgegengesetzten Effekt zu haben, d. h. einen kleineren,
fast nicht wahrnehmbaren ersten Tropfen, auf den nachfolgende Tropfen
eines größeren kumulativen
Volumens folgen. Ferner sind Tropfen mit einer geringen Geschwindigkeit
nicht wünschenswert,
da sie leichte Düsenverstopfungen
nicht lösen
können
und durch Pfützen
auf der Düsenbaugliedoberfläche leicht fehlgeleitet
werden können.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Entwurf
der Tintenausstoßkammer
und des Tinteneinlaßkanals
ein hochfrequentes Tintenwiederauffüllen der Tintenausstoßkammer
ermöglicht.
Die Wiederauffüllfrequenz
der Tintenausstoßkammer
muß zumindest
gleich den Tintenausstoßfrequenzen
von 15 bis 60 kHz sein.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Tropfengeschwindigkeit
und das Volumen in bezug auf die Tintenviskosität und Oberflächenspannung
viel unempfindlicher sind. Bisherige Mehrtropfenarchitekturen erforderten
eine Tinte einer höheren
Viskosität
(etwa 10 Centipoise) und einer höheren
Oberflächenspannung
(etwa 50 Dyn/cm), z. B. ein Gemisch aus 70% Diethylenglycol/30%
H2O. Derartige Tinten erforderten ferner
die Verwendung von Papier, das für
eine Bilderzeugung einer photographischen Qualität nicht akzeptabel ist. Die
vorliegende Erfindung kann Tinten verwenden, die eine Viskosität von etwa
1,5 Centipoise und eine Oberflächenspannung
von etwa 25 Dyn/cm aufweisen. Dies ermöglicht die Verwendung eines
Gelatine- oder mit
Hohlräumen
versehenen Mediums, das dem Papier, das in der 35-mm-Film-/Photoindustrie
verwendet wird, stark ähnelt.
Eine geringere Empfindlichkeit in bezug auf Tinteneigenschaften
ermöglicht
ferner eine Flexibilität
beim Entwerfen einer Tinte, die relativ schnell trocknet, die Gesamtzuverlässigkeit jedoch
nicht beeinträchtigt.
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind: (1) einzelne Tropfen weisen
für Bursts
von ein bis acht Tropfen bei hohen Frequenzen ein nahezu konstantes
Volumen auf (dies ermöglicht
glatte Graupegelrampen, was ein grundlegendes Erfordernis beim qualitativ
hochwertigen Bilderzeugen ist); (2) sie erfordert keine Tintenviskosität und dynamische
Oberflächenspannung,
die mit Bilderzeugungsmedien, Lichtechtheits-, Wasserechtheits-
und Trocknungszeitzielen nicht kompatibel sind; (3) sie erfordert
nicht, daß mehrere
Tropfen im Flug miteinander verschmelzen, um einen einzigen größeren Tropfen
zu bilden; und (4) sie erfordert keine variierenden Pulsbreiten
und keine variierende Zeitgebung zwischen einzelnen Tropfen.
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Unter
Bezugnahme auf 9 und 10 sind die Öffnungen 82 und
die Tintenausstoßelemente 96 in
dem Düsenbauglied 79 der
Druckkopfanordnung allgemein in zwei Hauptspalten angeordnet. Die
192 Öffnungen 82 und
Tintenausstoßelemente 96 sind
ferner in benachbarten Gruppierungen von acht angeordnet, um 24 Grundelemente
zu bilden. Jedes Tintenausstoßelement
kann durch eine Adreßleitung
und eine Grundelementleitung eindeutig identifiziert werden. Wenn
alle 192 Düsen
verwendet werden, beträgt
die Bandbreite in der Richtung der Papierachse 0,320 Zoll. Andere
Betriebsmodi erlauben die Verwendung von 160 Düsen in 20 Grundelementen und
eine Bandbreite von 0,267 Zoll, 128 Düsen in 16 Grundelementen und
eine Bandbreite von 0,213 Zoll und 96 Düsen in 12 Grundelementen und
eine Bandbreite von 0,160 Zoll. Die Verwendung dieser alternativen
Betriebsmodi ermöglicht
höhere
Ausstoßfrequenzen.
Des besseren Verständnisses
halber ist den Öffnungen 82 und
den Tintenausstoßelementen 96 und
den Grundelementen herkömmlicherweise
eine Zahl zugewiesen, wie in 9 gezeigt
ist. Beginnend oben rechts an der Druckkopfanordnung, von der Außenoberfläche des
Düsenbauglieds 79 betrachtet,
und links unten endend, sind die ungeraden Zahlen in einer Spalte
und die geraden Zahlen in der zweiten Spalte angeordnet. Selbstverständlich können auch
andere Numerierungskonventionen eingehalten werden, die Beschreibung
der Abfeuerungsreihenfolge der Öffnungen 82 und
Tintenausstoßelemente 96,
die diesem Numerierungssystem zugeordnet ist, weist jedoch Vorteile
auf. Die Öffnungen/Tintenausstoßelemente
in jeder Spalte sind in der Längsrichtung
des Düsenbauglieds
1/300 Zoll voneinander beabstandet. Die Öffnungen und Tintenausstoßelemente
in einer Spalte sind in der Längsrichtung
des Düsenbauglieds
um 1/600 Zoll von der Öffnung/den
Tintenausstoßelementen
in der anderen Spalte versetzt, wodurch ein Druck von 600 Punkten
pro Zoll (dpi) geliefert wird, wenn mit beiden Düsenspalten gedruckt wird.
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Aus
verschiedenen Gründen
können
nicht alle Düsen 82 gleichzeitig
mit Energie versorgt werden. Das heißt, daß zwei benachbarte Düsen zu leicht
unterschiedlichen Zeiten mit Energie versorgt werden. Das Ziel besteht
darin, ein rechteckiges Array von Punkten, die auf das Druckmedium
gedruckt werden, zu erhalten. Falls jedoch die Zeitgebung zweier
Düsen (um
die normale Verzögerung)
versetzt ist, so findet ein Plazierungsfehler v*t statt, wobei v
die Bewegungsgeschwindigkeit und t die Verzögerung zwischen einem Abfeuern
zweier benachbarter Düsen
ist. Falls v*t gleich einer Ganzzahl von Punktbeabstandungen ist,
so kann dies korrigiert werden, indem ein zusätzlicher anfänglicher
Punkt für
die „verspätete" Düse abgefeuert
wird. Jedoch ist v*t normalerweise ein Bruchteil der Punktbeabstandung.
Es gibt mehrere Verfahren zum Lösen
dieses Zeitgebungsproblems.
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Eine
Lösung
des Zeitgebungsproblems besteht darin, den Druckkopf leicht zu drehen,
wie nachstehend ausführlicher beschrieben
wird. Diese Architektur ermöglicht,
daß eine
Mehrzahl von Tintenausstoßelementen 96 alle
parallel zu und im wesentlichen im gleichen Abstand von der Kante 114 des
Substrats 88 plaziert werden. Demgemäß ist die Schelflänge bzw.
die Länge
des Einlaßkanals,
U, für
alle Tintenausstoßelemente
dieselbe. Dies bedeutet, daß die
Wiederauffüllzeit
für alle
Tintenausstoßkammern
ungefähr
dieselbe ist.
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Der
Drehwinkel ω des
Substrats 88 ist gleich dem durch die Düsenstaffelung definierten Winkel ω. Falls
die Düsenbeabstandung
D ist, so ist der Sinus des Winkels ω gleich (v*t)/D. Der Winkel
der Kassettendrehung ist der Winkel ω, wobei ω Arkussinus (v*t)/D ist.
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Es
gibt zumindest zwei Möglichkeiten,
diese Drehung zu liefern. Eine besteht darin, die Form 88 auf der
Druckkassette 18 zu drehen. Dies hat den Nachteil, daß zum Herstellen
einer Kassette mit einer gedrehten Form ein spezielles Druckkopffließband vorgesehen
sein muß.
Ein einfacher zu implementierendes Verfahren besteht einfach darin,
die gesamte Kassette 18 zu drehen, indem der Wagen 16 umkonfiguriert
wird, um die Druckkassetten 17 in der richtigen winkelmäßigen Ausrichtung
zu halten, wobei die Kassetten 17 von der Seite des Wagens 16,
um eine Rotationsachse gedreht werden, und zwar gleich dem Winkel ω.
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Eine
weitere Lösung
des Zeitgebungsproblems besteht darin, zwischen Tintenausstoßkammern 94 in einem
Grundelement einen kleinen Versatz oder eine kleine Staffelung zu
liefern. Die Öffnungen 82,
die, wie beschrieben wurde, allgemein in zwei Hauptspalten ausgerichtet
sind, sind ferner in einem versetzten oder gestaffelten Muster in
jeder Spalte und in jedem Grundelement angeordnet. In einer einzelnen
Reihe oder Spalte von Tintenausstoßelementen ist zwischen den
Tintenausstoßelementen
ein kleiner Versatz vorgesehen. Die Staffelungsentfernung D zwischen
zwei Düsen
ist gleich v*t. Dieser kleine Versatz ermöglicht, daß benachbarte Tintenausstoßelemente 96 zu
leicht unterschiedlichen Zeiten mit Energie versorgt werden, wenn
die Druckkopfanordnung über
das Aufzeichnungsmedium bewegt wird. Es gibt verschiedene Versatzstellen,
eine für jede
der nachstehend erörterten
Adreßleitungen.
Diese Staffelung trägt
dazu bei, Strom-/Leistungserfordernisse,
die den abfeuernden Tintenausstoßelementen zugeordnet sind,
zu minimieren, indem die Tintenausstoßelemente zu unterschiedlichen
Zeiten mit Energie versorgt werden. Obwohl die Tintenausstoßelemente
zu unterschiedlichen Zeiten mit Energie versorgt werden, ermöglicht es
der Versatz, daß die
ausgestoßenen
Tintentropfen aus unterschiedlichen Düsen in derselben horizontalen
Position auf dem Druckmedium plaziert werden. Bei diesem Versatz
bzw. dieser Staffelung ist die Länge
des Einlaßkanals,
U, jedoch nicht für
alle Tintenausstoßelemente
dieselbe. Dies bedeutet, daß die
Wiederauffüllzeit
für alle
Tintenausstoßkammern
ebenfalls nicht dieselbe ist.
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Weitere
Einzelheiten bezüglich
der oben beschriebenen Verfahren sind in der US-Patentanmeldung Seriennummer
08/608,376 mit dem Titel „Reliable
High Performance Drop Generator For an Inkjet Printhead", die am 28. Februar
1996 eingereicht wurde und durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument
aufgenommen ist, beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein verbessertes Verfahren zum Lösen des
Zeitgebungsproblems, indem Burst-Ausstoßfrequenzen
geliefert werden, die viel höher
sind als die durch die Geschwindigkeit des Druckerwagens und die
Punkt- oder Pixelbeabstandung erforderliche Grundfrequenz. Wie nachstehend
ausführlich
erläutert
wird, ist es für
ein qualitativ hochwertiges Drucken unter Verwendung eines Mehrtropfen-Verschmelzen-Auf-Medium-Druckens
sehr wichtig, daß jeder
der in dem Burst von Pulsen ausgestoßene Tropfen dasselbe Tropfenvolumen
aufweist. Der wichtigste Faktor beim Erhalten dieses gleichen Tropfenvolumens
für jeden
der Tropfen ist das schnelle Tintenwiederauffüllen der Ausstoßkammer
und sind minimale Variationen der Tintenwiederauffüllgeschwindigkeit
für die
verschiedenen Tintenausstoßkam mern 94 in
bezug auf die Kammern untereinander. Dieses schnelle Wiederauffüllen mit
minimalen Variationen kann am besten dadurch bewerkstelligt werden,
daß eine
gerade Linie von Tintenausstoßelementen/Düsen ohne
Staffelung vorliegt. Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung
nicht notwendig, das Substrat zu drehen, wie oben erläutert wurde,
da der Staffelungsfehler aufgrund der raschen Zykluszeit durch die
Adreßleitungen
sehr klein ist. Diese hohe Abfeuerungsfrequenz ermöglicht ferner,
daß die
Plazierung mehrerer Tropfen auf einem Pixel und eine Einstellung
der Ausstoßzeit
Punktplazierungsfehler korrigiert. Weitere Einzelheiten finden sich
in der US-Patentanmeldung Nr. 5,923,344 mit dem Titel „Fractional
Dot Column Correction for Scan Axis Alignment During Printing", die am 6. Februar
1997 eingereicht wurde.
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Unter
Bezugnahme auf das elektrische Diagramm der 11 umfassen die Verbindungen zum Steuern
der Druckkopfanordnung-Treiberschaltungsanordnung separate Adreßauswähl-, Grundelementauswähl- und
Grundelement-Gemeinsam-Verbindungen.
Die Treiberschaltungsanordnung dieses bestimmten Ausführungsbeispiels
weist ein Array von 24 Grundelementauswählleitungen, 24 Grundelement-Gemeinsam-Leitungen und acht
Adreßauswählleitungen
zum Steuern von 192 Tintenausstoßelementen auf. Die Tintenausstoßelemente 96 sind
als vierundzwanzig Grundelemente (siehe 9) und acht Adreßleitungen organisiert. Ein Spezifizieren
einer Adreßleitung
und einer Grundelementleitung identifiziert eindeutig eine bestimmte
Tintenausstoßkammer 94 und
ein Tintenausstoßelement 96 der
192 Möglichen.
In 11 sind alle acht
Adreßleitungen
(A1–A8),
jedoch lediglich sechs (PS1–PS6)
der 24 Grundelementauswählleitungen
und nur sechs (G1–G6)
der 24 Grundelement-Gemeinsam-Leitungen gezeigt. Die Anzahl von
Düsen in
einem Grundelement ist gleich der Anzahl von Adreßleitungen,
oder, in diesem bestimmten Ausführungsbeispiel,
acht. Es könnte auch
jegliche andere Kombination von Adreßleitungen und Grundelementauswählleitungen
verwendet werden, es ist jedoch wichtig, die Anzahl von Adreßleitungen
zu minimieren, um die Zeit zu minimieren, die erforderlich ist,
um die Adreßleitungen
zyklisch zu durchlaufen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel verwendet ein
Array von 11 Adreßauswählleitungen,
28 Grundelementleitungen und 28 Grundelement-Gemeinsam-Leitungen, um
308 Tintenausstoßelemente
zu steuern.
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Jedes
Tintenausstoßelement 96 wird
durch seinen eigenen FET-Treibertransistor gesteuert, der seine Steuerungseingangsadreßauswahl
(A1–A8)
mit dreiundzwanzig anderen Tintenausstoßelementen teilt. Jedes Tintenausstoßelement
ist durch eine Gemeinsam-Knoten-Grundelement-Auswahl (PS1–PS24) mit
anderen Tintenausstoßelementen
verknüpft.
Folglich erfordert ein Abfeuern eines bestimmten Tintenausstoßelements ein
Anlegen einer Steuerspannung an seinem Adreßauswählanschluß und einer elektrischen Leistungsquelle an
seinem Grundelementauswählanschluß. Zu einem
Zeitpunkt wird lediglich eine Adreßauswählleitung aktiviert. Dies gewährleistet,
daß die
Grundelementauswähl-
und Gruppenwiedergabeleitungen zu einem Zeitpunkt an höchstens
ein Tintenausstoßelement
Strom liefern. Andernfalls wäre
die einem Heizvorrichtungstintenausstoßelement zugeführte Energie
eine Funktion der Anzahl von Tintenausstoßelementen 96, die
zur selben Zeit mit Energie versorgt werden.
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12 ist ein schematisches
Diagramm eines einzelnen Tintenausstoßelements und seines FET-Treibertransistors.
Wie gezeigt ist, enthalten Adreßauswähl- und
Grundelementauswählleitungen
ferner Transistoren zum Ableiten einer unerwünschten elektrostatischen Entladung
und einen Pull-Down-Widerstand
zum Plazieren aller nicht ausgewählten
Adressen in einem Aus-Zustand.
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Die
Adreßauswählleitungen
werden über
eine Druckkopfanordnungsschnittstellenschaltungsanordnung gemäß einer
Abfeuerungsreihenfolge-Zählvorrichtung,
die in dem Drucker angeordnet ist, sequentiell eingeschaltet und
(unabhängig
von den Daten, die lenken, welches Tintenausstoßelement mit Energie versorgt
werden soll) von A1 nach A8 sequenziert, wenn von links nach rechts
gedruckt wird, und von A8 nach A1 sequenziert, wenn von rechts nach
links gedruckt wird. Die aus dem Druckerspeicher wiedergewonnenen Druckdaten
schalten jegliche Kombination der Grundelementauswählleitungen
ein. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden zum Steuern der Pulsbreite Grundelementauswählleitungen
(statt Adreßauswählleitungen)
verwendet. Ein Sperren von Adreßauswählleitungen,
während
die Treibertransistoren einen Hochstrom führen, kann einen Lawinendurchschlag
und einen daraus folgenden physischen Schaden bei MOS-Transistoren bewirken.
Demgemäß werden
die Adreßauswählleitungen „eingestellt", bevor an die Grundelementauswählleitungen
eine Leistung angelegt wird, und umgekehrt wird die Leistung abgeschaltet,
bevor die Adreßauswählleitungen
gewechselt werden, wie in 13 gezeigt
ist.
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Ansprechend
auf Druckbefehle von dem Drucker wird jedes Grundelement selektiv
mit Energie versorgt, indem die zugeordnete Grundelementauswählverbindung
mit Leistung versorgt wird. Um pro Heizvorrichtungstintenausstoßelement
eine gleichmäßige Energie
bereitzustellen, wird zu einem Zeitpunkt immer nur ein Tintenausstoßelement
pro Grundelement mit Energie versorgt. Jedoch kann eine beliebige
Anzahl der Grundelementauswahlen gleichzeitig freigegeben werden.
Jede freigegebene Grundelementauswahl liefert somit Leistung und
eines der Freigabesignale an den Treibertransistor. Das andere Freigabesignal
ist ein Adreßsignal,
das durch jede Adreßauswählleitung
bereitgestellt wird, von denen zu einem Zeitpunkt immer nur eine
aktiv ist. Jede Adreßauswählleitung
ist mit allen der Schalttransistoren verknüpft, so daß alle derartigen Schaltbauelemente
leitfähig
sind, wenn die Verbindung freigegeben ist. Dort, wo eine Grundelementauswählverbindung
und eine Adreßauswählleitung
für ein
Heizvorrichtungstintenausstoßelement
beide gleichzeitig aktiv sind, wird dieses bestimmte Heizvorrichtungstintenausstoßelement
mit Energie versorgt. Somit erfordert ein Abfeuern eines bestimmten
Tintenausstoßelements
ein Anlegen einer Steuerspannung an seinen Adreßauswählanschluß und einer elektrischen Leistungsquelle
an seinen Grundelementauswählanschluß. Zu einem Zeitpunkt
ist immer nur eine Adreßauswählleitung
freigegeben. Dies gewährleistet,
daß die
Grundelementauswähl-
und Gruppenwiedergabeleitungen zu einem Zeitpunkt höchstens
an ein Tintenausstoßelement
Strom liefern. Andernfalls wäre
die an ein Heizvorrichtungstintenausstoßelement gelieferte Energie
eine Funktion der Anzahl von Tintenausstoßelementen 96, die
zur selben Zeit mit Energie versorgt werden.
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Die
Fähigkeit,
mehrere einzelne Tintentropfen bei einer hohen Frequenz auszustoßen, wird
durch folgendes bestimmt: (1) die minimale Zeit zum Sequenzieren
durch Adreßleitungen,
(2) Ausstoßkammer-Wiederauffüllzeit,
(3) Tropfenstabilität
und (4) maximale Datenübertragungsraten
zwischen dem Drucker und der Druckkassette. Ein Entwurf des Druckkopfes
mit einer geringen Anzahl von Adreßleitungen ist ein Schlüssel zu
einem Tintenausstoß bei
hoher Geschwindigkeit, indem die Zeit, die benötigt wird, um die Sequenz durch Adreßleitungen
abzuschließen,
verringert wird. Da in jedem Grundelement weniger Düsen vorhanden
sind als bei früheren
Druckkopfentwürfen,
kann die Ausstoßfrequenz
einer einzelnen Düse
viel höher
sein. Wie oben erläutert
wurde, kann die Breite eines Bandes ferner programmiert sein, weniger
Düsen zu
verwenden und noch höhere
Ausstoßraten
oder -frequenzen zu ermöglichen.
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Einem
Mehrtropfen-Drucken sind zwei Frequenzen zugeordnet. Sie sind als
Grundfrequenz (F) und als Burstfrequenz (f) definiert. Die Grundfrequenz
wird durch die Bewegungswagengeschwindigkeit in Zoll pro Sekunde,
multipliziert mit der Auflösung
oder Pixelgröße in Punkten
pro Zoll festgestellt. Die Grundperiode für ein Pixel ist gleich 1/F.
Bei einer Wagengeschwindigkeit von 20 Zoll/Sek. und einem Drucken
mit 600 Punkten pro Zoll (dpi) gilt beispielsweise: Grundfrequenz
= F = (20 Zoll/Sek.) × 600
dpi = 12.000 Punkte/Sek. = 12 kHzGrundperiode = 1/F = 1/12.000
= 83,33 Mikrosekunden
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Die
Burstfrequenz f ist immer gleich der Grundfrequenz F oder größer als
dieselbe. Die Burstfrequenz bezieht sich auf die maximale Anzahl
von Tropfen, die bei einem einzigen Durchlauf des Bewegungswagens auf
ein beliebiges einzelnes Pixel aufgebracht werden sollen. Die maximale
Anzahl von Tropfen, die bei einem Durchlauf auf ein Pixel aufgebracht
werden können
(siehe nachfolgende Erläuterung
von Unterspalten) ist gleich der Anzahl von Adreßleitungen. Somit ist die Burstfrequenz
gleich der Grundfrequenz multipliziert mit der maximalen Anzahl
von Tropfen, die bei einem einzigen Durchlauf in einem gegebenen
Pixel plaziert werden sollen. Somit müßte die Burstfrequenz für die Grundfrequenz
von 12 kHz bei dem obigen Beispiel, falls 4 Tropfen in einem Pixel
plaziert werden sollen, ungefähr
48 kHz betragen, und für
8 Tropfen müßte sie
ungefähr 96
kHz betragen. Falls die Frequenz von 96 kHz zu hoch ist, als daß die Tintenausstoßkammer
bei derselben arbeiten könnte,
könnte
die Wagengeschwindigkeit auf 10 Zoll pro Sekunde verringert werden,
was die Grundfrequenz auf 6 kHz und die Burstfrequenz für 8 Tropfen
auf 48 kHz verringert.
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Die
ungefähre
maximale Burstfrequenz wird aus der folgenden Gleichung ermittelt:
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Mit
abnehmender Anzahl von Adreßleitungen
und abnehmender Ausstoßpulsbreite
nimmt die maximale Frequenz zu. Eine minimale Burstfrequenz von
50 kHz ist garantiert, wenn acht Adreßleitungen und Ausstoßpulsbreiten
von weniger als 2,125 Mikrosekunden vorliegen.
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14 zeigt die Abfeuerungssequenz,
wenn sich der Druckwagen von links nach rechts bewegt. Die Abfeuerungssequenz
ist umgekehrt, wenn sich der Druckwagen von rechts nach links bewegt.
Eine Grundperiode ist die Gesamtzeit, die erforderlich ist, um alle
Adreßleitungen
zu aktivieren und sich darauf vorzubereiten, den Prozeß zu wiederholen.
Jede Adreßperiode
erfordert eine Pulsbreitenzeit und eine Verzögerungszeit, die Zeit zum Vorbereiten
auf einen Empfang der Daten sowie eine variable Verzögerungszeit,
die an den Datenstrom angelegt wird, umfassen kann. Das Ergebnis
der Anzahl von Adreßleitungen
mal der Pulsbreite plus Verzögerungszeit
nimmt im allgemeinen einen Großteil
der gesamten zur Verfügung
stehenden Grundperiode ein. Etwaige übrige Zeit wird als die Adreßperiodenspanne
bezeichnet.
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Unter
Bezugnahme auf 14 und 15 wird, wie oben erläutert, die
Grundperiode (1/F) durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Wagens
und die Grundauflösung
oder Pixel pro Zoll bestimmt. Die Anzahl von Unterspalten pro Pixel
wird durch die Gesamtanzahl von auf das Pixel ausgestoßenen Tropfen
definiert. Beispielsweise bedeutet eine Wagenbewegungsgeschwindigkeit
von 20 Zoll/Sekunde, daß für alle 600
dpi Pixel die Basisperiode, 1/F, (1/20 Zoll/Sek.) × (1/600
Punkte/Zoll) = 83,33 Mikrosekunden ist. Falls 4 Unterspalten für jede 600
dpi Pixel oder „Spalte" (d. h. die Anzahl
von Tropfen pro 600 dpi Pixel) vorliegen, sind insgesamt (83,33
Mikrosekunden)/(4 Ausstoßperioden)
= 20,83 Mikrosekunden für
jede Burstperiode 1/f verfügbar.
Wenn man diese Zeit durch die Anzahl von Adreßleitungen teilt, (20,83 Mikrosekunden)/(8
Adreßleitungen)
= 2,60 Sekunden/Adreßleitung,
so ergibt dies die für
jede der 8 Adreßleitungen
verfügbare
maximale Zeit. Die Gesamtheit der Pulsbreite und Verzögerungszeiten
muß geringer
sein als diese Zeitperiode. Die in 14 gezeigte
Adreßperiodenspanne
soll verhindern, daß Adreßauswählzyklen
einander überlappen,
indem ein gewisses Maß an
Wagengeschwindigkeitsinstabilität
berücksichtigt
wird. Die Adreßperiodenspanne
ist auf einen akzeptablen Minimalwert eingestellt.
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Unter
Bezugnahme auf 15 sind
die Unterspalten für
4 Tropfen/Spalte und 8 Tropfen/Spalte gezeigt, die virtuellen Auflösungen von
2400 bzw. 4800 dpi oder Burstfrequenzen von 48 bzw. 96 kHz für eine Wagengeschwindigkeit
von 20 Zoll pro Sekunde entsprechen. Für 4 Tropfen/Spalte und 8 Tropfen/Spalte
werden die 8 Adreßleitungen
4 bzw. 8 mal durchlaufen. Andere Anzahlen von Unterspalten und die
entsprechenden virtuellen Auflösungen
sind ebenfalls möglich,
beispielsweise: 1 Tropfen/Spalte (600 dpi), 2 Tropfen/Spalte (1200
dpi), 3 Tropfen/Spalte (1800 dpi), 5 Tropfen/Spalte (3000 dpi),
6 Tropfen/Spalte (3600 dpi) und 7 Tropfen/Spalte (4200 dpi), wobei
sich eine Spalte auf ein 600-dpi-Pixel
bezieht. Die virtuellen Auflösungen
von 1200, 1800, 2400, 3000, 3600, 4200 und 4800 dpi entsprechen
für eine
Grundfrequenz von 12 kHz Burstfrequenzen von 24, 36, 48, 60, 72,
84 bzw. 96 kHz. Falls die Wagenbewegungsgeschwindigkeit verringert
wird, verringern sich auch die Grundfrequenz und die Burstfrequenz
entsprechend. Somit wird die virtuelle Auflösung des Druckers durch die
Anzahl von Tropfen bestimmt, die in jedem 600-dpi-Pixel in einem
physischen Raum oder innerhalb der Grundzeitperiode (1/F) im zeitlichen
Raum ausgestoßen
werden.
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Bei
früheren
Druckköpfen
ist eine ganze Datenspalte in einer Druckerlogik angeordnet, und
der Drucker selbst steuert die Sequenz des Abfeuerns der Druckkopfadreß- und Grundelementleitungen,
die wie oben beschrieben demultiplexiert wurden. Bei dem vorliegenden
Druckkopf, der eine integrierte Logik auf dem Druckkopf aufweist,
werden Daten an den Druckkopf übertragen,
und der Druckkopf decodiert diese Daten zu einer Adreß- und Grundelementausstoßsteuerung.
Für jede
Unterspalte müssen
Daten für
alle 8 Adreßleitungen
sequentiell an den Druckkopf gesandt werden. In der Zeitdomäne ist dies
eine Ausstoßperiode,
wie sie in 14 gezeigt
ist. In der Domäne
der physischen Position wird dies als eine Unterspalte, wie sie
in 15 gezeigt ist, bezeichnet.
Die Bandgeschwindigkeit des Druckkopfes über das Medi um wird durch die
Anzahl von Tintentropfen, die auf jedes Pixel aufgebracht werden
sollen, bestimmt.
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16 zeigt die große Verbesserung
der Druckqualität
aufgrund des neuartigen Druckkopfentwurfs der vorliegenden Erfindung,
der ein Düsenbauglied
mit verringerter Dicke verwendet. Wie in 17 gezeigt ist, erzeugt der Druckkopfentwurf
der vorliegenden Erfindung ein nahezu konstantes Tropfenvolumen
für jedes der
Hochfrequenz-Bursts, im Gegensatz zu früheren Bemühungen, eine sinnvolle Mehrtropfen-Architektur zu entwickeln,
bei der der erste Tropfen der größte Tropfen
war und nachfolgende Tropfen kleiner wurden. Da das kumulative Tropfenvolumen
linear mit dem Burstzählwert
zunimmt, können
Hochfrequenz-Bursts das kumulative Tropfenvolumen auf dem Medium
modulieren, indem die Anzahl von Tropfen, die auf jegliches Pixel
plaziert werden sollen, ausgewählt
wird.
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Frühere Verfahren
wie beispielsweise ein Mehrfachdurchlauf-Drucken bringen mehr als einen Tropfen von
einem gegebenen Druckkopf auf ein Pixel auf, diese Tropfen werden
jedoch in getrennten Durchläufen
auf dem Pixel plaziert. Die Nachteile dieses Lösungsansatzes sind folgende:
(1) der Durchsatz wird beeinträchtigt, da
für jeden
Tropfen, der von einem gegebenen Druckkopf auf ein Pixel plaziert
wird, ein separater Durchlauf erforderlich ist, (2) in Bereichen
eines Druckens hoher Dichte werden bei jedem Durchlauf Tropfen in
jedes Pixel gegeben, was zu einem Zerfließen von Punkten führt, was
die Bildqualität
verschlechtert, und (3) er ist eine ineffiziente Art und Weise,
Weißraum
in den Mitteltonregionen der Tonskala abzudecken, wo zum Auffüllen von Weißraum leichte
Tropfenplazierungsvariationen erforderlich sind. Dies ist schwierig,
wenn in separaten Durchläufen
mehrere Tropfen auf einem Pixel plaziert werden, da die durch jeden
Durchlauf gebildeten Punkte aufeinander landen können.
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Die
Druckkopfarchitektur der vorliegenden Erfindung ermöglicht die
Verwendung eines Mehrtropfen-Verschmelzen-Auf-Medium-Druckens. Die Fähigkeit,
eine gute Tonskala zu erzielen, ist für ein Erzielen einer photographischen
Bildqualität
wesentlich. In der Helligkeitsregion der Tonskala sind fast unsichtbare
Punkte und ein Fehlen von Körnigkeit
erforderlich. Bereiche einer vollständigen Ausfüllung erfordern größere sichtbare
Punkte mit gesättigten
Farben, einer hohen optischen Dichte und keinem Weißraum.
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Beim
Mehrtropfen-Drucken verschmelzen einzelne Tropfen auf dem Medium,
um einen zusammengesetzten Tropfen der einzelnen Tropfen zu bilden.
Dieses Druckverfahren ist eine effiziente Art und Weise, qualitativ
hochwertige Bilder bei einem hohen Durchsatz zu erzeugen. Helligkeitsregionen
werden durch Verwenden von jeweils einem einzigen Tropfen zum Bilden
eines Punktes gebildet. Einzelne Tropfen sind fast unsichtbar und
können
verwendet, um helle Punkte mit einer niedrigen Körnigkeit zu bilden. Mit zunehmender
Dichte des Bildes werden Mehrtropfen-Punkte gebildet, wobei zwei
oder mehr Tropfen auf dem Medium verschmelzen. Durch ein Ermöglichen,
daß Tropfen
bei einem gegebenen Durchlauf auf einem Medium miteinander verschmelzen,
wird Weißraum
effizienter abgedeckt als bei vorherigen Lösungsansätzen. 18 zeigt den Unterschied beim Aufbauen
einer Punktabdeckung durch ein Ablegen mehrerer Tropfen in einem
Durchlauf und einem Mehrdurchlauf-Drucken, bei dem die Tropfen in
separaten Durchläufen
abgelegt werden.
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Beim
Mehrtropfen-Drucken wird ein Burst von Tropfen mit hoher Frequenz
aus einem Druckkopf ausgestoßen.
Diese Tropfen verschmelzen auf dem Medium, um einen größeren kumulativen
Tropfen oder Punkt zu bilden. Die Größe eines Punktes wird durch
die Anzahl von Tropfen, die in dem Burst aufgebracht werden, und
durch Wechselwirkungen von Tinte und Medium be= stimmt. 19 zeigt ein Beispiel des
Volumens, der Größe und Gestalt
des zusammengesetzten Tropfens auf dem Medium bei einem Mehrtropfen-
und einem Einzeltropfen- Mehrfachdurchlauf-Drucken.
Dieses Beispiel verwendete von einem bis vier Tropfen auf einem
Pixel und verwendete denselben Druckkopf und dasselbe Medium, wobei
lediglich der Druckmodus und die Abfeuerungsfrequenz verändert wurden.
Wie in 20 zu sehen ist,
wird bei einem Mehrtropfen-Drucken
im Gegensatz zu einem Mehrdurchlauf-Drucken ein viel effizienteres
Punktwachstum auf dem Medium erreicht. 21 zeigt ein weiteres Beispiel des Volumens,
der Größe und Gestalt
des zusammengesetzten Tropfens oder von Mehrtropfen-Punkten, die
durch ein bis acht einzelne Tropfen, die unter Verwendung von 5,5
Pikoliter einzelner Tropfen verschmelzen, gebildet werden. 22 zeigt das Punktgrößenwachstum
von einem bis acht Tropfen für
zwei verschiedene Tintensysteme. Die durchgezogene obere Linie bezieht
sich auf eine farbstoffbasierte Tinte mit einem Einzeltropfenvolumen
von 5,5 Pikolitern. Die unteren Linie bezieht sich auf eine pigmentbasierte
Tinte mit einem Einzeltropfenvolumen von 3,0 Pikolitern. Das wesentliche
Erfordernis beim Mehrtropfen-Drucken ist eine hohe Tintenausstoßfrequenz.
Helligkeitsregionen der Tonskala werden durch Verwenden eines einzelnen
Tropfens zum Bilden eines Punktes gebildet. Mit zunehmender Dichte
des Bildes werden Mehrtropfen-Punkte verwendet, wobei zwei oder
mehr Tropfen auf dem Medium verschmelzen.
