DE69837797T2

DE69837797T2 - Tintenstrahldrucker und Tintenstrahldruckverfahren

Info

Publication number: DE69837797T2
Application number: DE69837797T
Authority: DE
Inventors: Robert Wilson Lexington Cornell; Bruce David Lexington Gibson
Original assignee: Lexmark International Inc
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: EP0867286A3; KR19980080614A; US6296350B1; EP1514687A2; EP0867286B1; JPH10291315A; CN1083333C; CN1194206A; EP1514687A3; DE69837797D1; TW419423B; EP0867286A2

Description

Diese Erfindung betrifft Tintenstrahldrucker und ein Verfahren zum Drucken durch Ausschleudern eines Tröpfchens von Tinte aus einer Durchtrittsöffnung einer Tinte enthaltenden Kammer.
Tropfen-auf-Anforderung-Tintenstrahldrucker verwenden Wärmeenergie, um eine Dampfblase in einer mit Tinte gefüllten Kammer zu erzeugen, um ein Tröpfchen auszustoßen. Ein Wärmeenergieerzeuger oder Heizelement, normalerweise ein Widerstand, ist in der Nähe einer Ausstoßdurchtrittsöffnung in der Kammer angeordnet. Eine Mehrzahl von Kammern, die jeweils mit einem einzigen Heizelement versehen sind, sind im Druckkopf des Druckers vorgesehen. Die Widerstände werden einzeln mit einem Energieimpuls adressiert, um die Tinte augenblicklich zu verdampfen und eine Blase zu bilden, die ein Tintentröpfchen ausstößt. Vorzugsweise bewegt sich jedes Tintentröpfchen entlang einem im Wesentlichen geradlinigen Pfad, während es sich von der Durchtrittsöffnung zum Aufzeichnungsmedium, wie z.B. Papier, bewegt. Der geradlinige Pfad verläuft im Allgemeinen senkrecht zum Druckkopf. Dann und wann sammelt sich eine kleine Menge von Tinte auf der äußeren Oberfläche des Druckkopfs um eine oder mehrere der Durchtrittsöffnungen an. Während sich die Tröpfchen aus den Durchtrittsöffnungen heraus fortbewegen, können sie durch diese überschüssige Tinte berührt werden, wobei bewirkt wird, dass sie von ihren beabsichtigten geradlinigen Bewegungspfaden abgelenkt werden.
Es würde wünschenswert sein, einen Tintenstrahldrucker bereitzustellen, der Tröpfchen erzeugt, die sich entlang im Wesentlichen geradlinigen Pfaden fortbewegen, selbst wenn sich um die Druckkopfdurchtrittsöffnungen Tinte ansammelt und sie die ausgeschleuderten Tröpfchen berührt.
Gemäß einem Aspekt liefert die Erfindung eine Tintenstrahldruckvorrichtung, umfassend:
eine Druckpatrone, umfassend mindestens ein Widerstandsheizelement in mindestens einer Tinte enthaltenden Kammer mit einer Durchtrittsöffnung; und
eine Treiberschaltung, die mit der Druckpatrone elektrisch gekoppelt ist, die angeordnet ist, um einen Erwärmungsimpuls und einen Feuerimpuls, die durch eine Verzögerungszeit voneinander getrennt sind, auf das Widerstandsheizelement aufzubringen, wobei der Erwärmungsimpuls bewirkt, dass das Widerstandsheizelement einen zu dem Heizelement benachbarten Teil der Tinte auf eine Temperatur erwärmt, die unter der Überhitzungsgrenze der Tinte liegt, und wobei der Feuerimpuls bewirkt, dass das Widerstandsheizelement eine Dampfblase in der Kammer erzeugt, die bewirkt, dass ein Tröpfchen von Tinte aus der Kammerdurchtrittsöffnung ausgeschleudert wird, wobei der Feuerimpuls eine Impulsbreite von zwischen 1,0 μs und 3,0 μs aufweist; und
wobei die Verzögerungszeit zwischen 0,5 μs und 2,0 μs ist; dadurch gekennzeichnet, dass
der Erwärmungsimpuls eine Impulsbreite von zwischen 0,1 μs und 0,5 μs aufweist; und wobei
eine Energiedichte von zwischen 3000 J/m² und 5000 J/m² und eine Leistungsdichte größer als 2 GW/m² auf das mindestens eine Widerstandsheizelement aufgebracht werden.
Eine Druckpatrone nach Anspruch 14 wird auch bereitgestellt.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Ausschleudern eines Tröpfchens von Flüssigkeit aus einer Durchtrittsöffnung einer Flüssigkeit enthaltenden Kammer bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Heizen eines Teils der Flüssigkeit, der zu einem Widerstandsheizelement in der Flüssigkeit enthaltenden Kammer benachbart ist, auf eine Temperatur, die unter der Überhitzungsgrenze der Flüssigkeit liegt, indem ein Erwärmungsimpuls durch das Widerstandsheizelement hindurchgeschickt wird; und
Erzeugen einer Dampfblase in der Kammer, um ein Tröpfchen von Flüssigkeit aus der Durchtrittsöffnung auszuschleudern, indem ein Feuerimpuls durch das Widerstandsheizelement hindurchgeschickt wird, der Feuerimpuls um eine Verzögerungszeit von zwischen 0,5 μs und 2,0 μs nach dem Erwärmungsimpuls verzögert wird, und wobei der Feuerimpuls eine Impulsbreite von zwischen 1,0 μs und 3,0 μs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Erwärmungsimpuls eine Impulsbreite von zwischen 0,1 μs und 0,5 μs aufweist; und wobei
eine Energiedichte von zwischen 3000 J/m² und 5000 J/m² und eine Leistungsdichte größer als 2 GW/m² auf das mindestens eine Widerstandsheizelement aufgebracht werden.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Tintenstrahldruckvorrichtung gerichtet, die einen Erwärmungsimpuls und einen Feuerimpuls, die durch eine Verzögerungszeit voneinander getrennt sind, auf jedes Heizelement aufbringt. Eine erste Menge von Wärmeenergie wird auf eine dünne Schicht von Tinte, die direkt über der Oberfläche des Heizelements angeordnet ist, infolge des Erwärmungsimpulses aufgebracht. Es wird ermöglicht, dass diese Energie während der Verzögerungszeit in die Tinte eindiffundiert oder "einsickert". Eine zweite Menge von Wärmeenergie wird zur Tinte direkt über dem Heizelement übertragen, wenn ein Feuerimpuls am Ende der Verzögerungszeit auf das Heizelement aufgebracht wird. Unter der Voraussetzung, dass die Verzögerungszeit nicht zu lang oder zu kurz ist, führen die erste und zweite Menge von Wärmeenergie zur Bildung einer Ausschleuderblase mit einem erhöhten Moment. Eine solche Blase bewirkt, dass das resultierende ausgeschleuderte Tintentröpfchen desgleichen ein erhöhtes Moment aufweist. Das erhöhte Moment ist jedoch in einem signifikanten Maß auf eine Zunahme in der Geschwindigkeit statt Tröpfchenmasse zurückzuführen. Die Tröpfchen, die durch die Druckvorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgeschleudert werden, werden wegen ihrer erhöhten Geschwindigkeit weniger wahrscheinlich von ihren beabsichtigten geradlinigen Pfaden durch Tinte, die sich auf der äußeren Oberfläche des Druckkopfs angesammelt hat, abgelenkt.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun nur als Beispiel und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine teilweise weggebrochene Perspektivansicht einer Druckvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
2 ist eine schematische Darstellung von Erwärmungs- und Feuerimpulsen, die durch die Treiberschaltung der vorliegenden Erfindung auf ein Heizelement aufgebracht werden;
3 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines ersten Druckkopfs, wobei dargestellt ist: eine äußere Oberfläche eines Abschnitts der ersten Platte, ein anderer Abschnitt der ersten Platte mit einem Teil, der teilweise entfernt ist, und die Oberfläche eines Teils des ersten Heizchip, wobei der Abschnitt der ersten Platte über diesem Chipteil vollständig entfernt ist;
4 ist eine Ansicht, die entlang der Ansichtslinie 4-4 in 3 aufgenommen ist;
5 ist eine bei zwei unterschiedlichen Tiefen teilweise weggebrochene Draufsicht auf einen Teil eines zweiten Druckkopfs;
die 6 und 6A-6C sind Ansichten von Simulationsdaten;
die 7-14 sind Ansichten von Datenauftragungen; und
15 ist ein schematisches Diagramm, das die Treiberschaltung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Mit Bezug nun auf 1 ist dort eine Tintenstrahldruckvorrichtung 10 dargestellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Sie umfasst eine erste Druckpatrone 20 zum Ausschleudern von ersten Tröpfchen und eine zweite Druckpatrone 30 zum Ausschleudern von zweiten Tröpfchen. Die Patronen 20 und 30 werden in einem Träger 40 getragen, der wiederum auf einer Führungsschiene 42 verschiebbar getragen wird. Ein Antriebsmechanismus 44 ist vorgesehen, um eine Hin- und Herbewegung des Trägers 40 hin und her entlang der Führungsschiene 42 zu bewerkstelligen. Der Antriebsmechanismus 44 umfasst einen Motor 44a mit einer Antriebsriemenscheibe 44b und einem Treibriemen 44c, der sich um die Antriebsriemenscheibe 44b und eine Mitläuferriemenscheibe 44d erstreckt. Der Träger 40 ist mit dem Treibriemen 44c fest verbunden, so dass er sich mit dem Treibriemen 44c bewegt. Ein Betrieb des Motors 44a bewerkstelligt eine Hin- und Herbewegung des Treibriemens 44c und folglich eine Hin- und Herbewegung des Trägers 40 und der Druckpatronen 20 und 30. Während sich die Druckpatronen 20 und 30 hin- und herbewegen, schleudern sie Tintentröpfchen auf ein Papiersubstrat 12 aus, das unter ihnen vorgesehen ist.
Die erste Druckpatrone 20 umfasst ein erstes Reservoir 22, das mit Tinte gefüllt ist, und einen ersten Druckkopf 24, siehe die 3 und 4, der haftend oder anders mit dem Reservoir 22 verbunden ist. Die zweite Druckpatrone 30 umfasst ein zweites Reservoir 32, das mit Tinte gefüllt ist, und einen zweiten Druckkopf 34, siehe 5. Das erste und zweite Reservoir 22 und 32 umfassen vorzugsweise polymere Behälter. Die Reservoire 22 und 32 können mit Tinte nachgefüllt werden.
Der erste Druckkopf 24 umfasst einen ersten Heizerchip 50 mit einer Mehrzahl von ersten Widerstandsheizelementen 52. Der erste Druckkopf 24 umfasst weiter eine erste Platte 54 mit einer Mehrzahl von ersten Öffnungen 56, die sich durch sie erstrecken, die eine Mehrzahl von ersten Durchtrittsöffnungen 56a begrenzen, durch die erste Tröpfchen von einer ersten Größe ausgeschleudert werden. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die ersten Tröpfchen schwarz.
Die erste Platte 54 kann mittels einer beliebigen im Fachgebiet bekannten Technik am ersten Chip 50 gebunden werden, einschließlich eines Thermokompressionskontaktierungsprozesses. Wenn die erste Platte 54 und der Heizerchip 50 miteinander verbunden sind, begrenzen Abschnitte 54a der ersten Platte 54 und Abschnitte 50a des ersten Heizerchip 50 eine Mehrzahl von ersten Blasenkammern 55. Durch das Reservoir 22 zugeführte Tinte fließt durch Tintenzufuhrkanäle 58 in die Blasenkammern 55. Die ersten Widerstandsheizelemente 52 sind auf dem Heizerchip 50 so positioniert, dass jede Blasenkammer 55 nur ein Heizelement 52 aufweist. Jede Blasenkammer 55 kommuniziert mit einer ersten Durchtrittöffnung 56a, siehe 4.
Der zweite Druckkopf 34 umfasst einen zweiten Heizerchip 60 mit einer Mehrzahl von zweiten Widerstandsheizelementen 62. Der zweite Druckkopf 34 umfasst weiter eine zweite Platte 64 mit einer Mehrzahl von zweiten Öffnungen 66, die sich durch sie erstrecken, die eine Mehrzahl von zweiten Durchtrittsöffnungen 66a begrenzen. In der veranschaulichten Ausführungsform werden zweite Farbtröpfchen von entweder cyanfarbener, magentafarbener oder gelber Tinte durch die zweiten Durchtrittsöffnungen 66a ausgeschleudert. Die zweiten Tröpfchen weisen eine zweite Größe auf, die im Allgemeinen kleiner als diejenige der ersten Tröpfchen ist. Es wird auch erwogen, dass die ersten und zweiten Tröpfchen von derselben Größe sein können.
Die zweite Platte 64 kann am zweiten Chip 60 auf dieselbe Weise gebunden sein, auf die die erste Platte 54 am ersten Chip 50 gebunden ist. Wenn die zweite Platte 64 und der zweite Heizerchip 60 miteinander verbunden sind, begrenzen Abschnitte 64a der zweiten Platte 64 und Teile 60a des zweiten Heizerchip 60 eine Mehrzahl von zweiten Blasenkammern 65, siehe 5. Die cyanfarbene, magentafarbene und gelbe Tinte, die durch das Reservoir 22 zugeführt werden, das separate mit Tinte gefüllte Kammern (nicht dargestellt) aufweist, fließen durch Tintenzufuhrkanäle 68 in die Blasenkammern 65. Jede Blasenkammer 65 ist mit einem einzigen Heizelement 62 versehen und kommuniziert mit einer einzigen zweiten Durchtrittsöffnung 66a.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden das erste und zweite Widerstandsheizelement 52 und 62 einzeln durch Erwärmungs- und Feuerspannungsimpulse P₁ und P₂, die durch eine Verzögerungszeit t₂ getrennt sind, adressiert, siehe 2. Der Erwärmungsimpuls P₁ weist eine Impulsbreite t₁ und eine Spannungsamplitude A auf, und der Feuerimpuls P₂ weist eine Impulsbreite t₃ und in der veranschaulichten Ausführungsform dieselbe Spannungsamplitude wie der Erwärmungsimpuls P₁ auf. Wie ausführlicher unten erörtert wird, werden diese Impulse durch eine Treiberschaltung 70 geliefert, siehe 15.
Während einer Anlegung eines Feuerimpulses an eines von den Heizelementen 52 und 62, steigt die Tintenheizelementgrenzflächentemperatur mit einer Geschwindigkeit an, die 100 Millionen °C pro Sekunde überschreitet. Wenn die Tinte die Überhitzungsgrenze (etwa 330°C) erreicht, bildet sie Blasenkeime oder explodiert in Dampf. Siehe Robert Cornell, "A Theoretical and Experimental Examination of Thermal Ink Jet Nucleation Criteria", IS&T's NIP12: International Conference an Digital Printing Technologies (1996). Der Wasserdampf in der Blase weist ein geringes Diffusionsvermögen auf, so dass die Tinte im Wesentlichen vom Heizelement thermisch getrennt wird, sobald eine Keimbildung oder ein Blasenwachstum anfängt. Folglich wird, sobald eine Keimbildung initiiert ist, ein Blasenwachstum durch die in der Tinte gespeicherte Wärmeenergie gespeist, d.h. die Wärmeenergie, die durch das Heizelement zur Flüssigphase der Tinte übertragen wird, bevor die Dampfphase die flüssige Tinte von der Oberfläche des Heizelements trennt. Die Funktion der Blase besteht darin, Tinte in der Blasenkammer zu verlagern, so dass ein Tröpfchen von Tinte aus der Blasenkammerdurchtrittsöffnung ausgestoßen wird.
Der Erwärmungsimpuls bewirkt, dass eine erste Menge von Wärmeenergie durch das Heizelement zur flüssigen Tinte übertragen wird, während der Feuerimpuls die Übertragung einer zweiten Menge von Wärmeenergie zur flüssigen Tinte bewerkstelligt. Der Erwärmungsimpuls führt nicht dazu, dass die Tinte bis zu ihrer Überhitzungsgrenze erwärmt wird. Es wird ermöglicht, dass die erste Menge von Wärmeenergie während der Verzögerungszeit in die flüssige Tinte eindiffundiert oder "einsickert".
Die Schicht von das Heizelement umgebender Tinte, in die durch das Heizelement Wärmeenergie übertragen worden ist, wird hierin als die "Wärmegrenzschicht" definiert. Sie erstreckt sich nach dem Erwärmungsimpuls P₁ zwischen etwa 0,1 Mikrometer und etwa 1,5 Mikrometer, einschließlich aller darin subsummierter Gebiete, und vorzugsweise zwischen etwa 0,7 Mikrometer und etwa 1,2 Mikrometer in die Schicht von Tinte direkt über dem Heizelement, und nach dem Erwärmungsimpuls P₂ zwischen etwa 2,5 Mikrometer und etwa 4,0 Mikrometer, einschließlich aller darin subsummierter Gebiete, und vorzugsweise zwischen etwa 2,7 Mikrometer und etwa 3,2 Mikrometer in die Tinte. Die die Wärmegrenzschicht bildende Tinte weist eine Temperatur auf, die die Temperatur der restlichen Tinte in der Blasenkammer um mehr als 0°C und vorzugsweise um etwa 1,0°C oder mehr überschreitet. Die Temperatur der Tinte unmittelbar über dem Heizelement direkt nach dem Erwärmungsimpuls ist größer als etwa 60°C und vorzugsweise ist sie größer als etwa 100°C und bevorzugter ist sie größer als etwa 150°C, ist aber kleiner als 250°C. Die Temperatur der Tinte unmittelbar über dem Heizelement direkt nach der Verzögerungszeit ist größer als etwa 100°C, und bevorzugter ist sie größer als etwa 120°C.
In den 6 und 6A sind veranschaulichende Simulationsergebnisse für ein Heizelement mit einem Widerstand von etwa 28 Ω, einer Breite von etwa 32,5 μm und einer Länge von etwa 32,5 μm dargestellt, das einen Erwärmungsimpuls P₁ mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite t₁ gleich etwa 0,3 μs und einen Feuerimpuls P₂ mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite t₃ gleich etwa 1,3 μs empfing, der von dem Erwärmungsimpuls P₁ um eine Verzögerungszeit t₂ gleich etwa 0,9 μs getrennt ist. Wie aus den 6 und 6A ersichtlich ist, erstreckte sich die Wärmegrenzschicht 200 etwa 0,8 Mikrometer in der Y-Richtung über der Oberfläche des Heizelements nach dem Erwärmungsimpuls P₁ und etwa 2,8 Mikrometer über dem Heizelement nach dem Feuerimpuls P₂. Während der Verzögerungszeit kühlt sich die Grenzfläche zwischen der Tinte und dem Heizelement ab, während die infolge des Erwärmungsimpulses erzeugte Wärmeenergie in die Tinte diffundiert. Diese diffundierte Energie vereinigt sich mit der durch den Feuerimpuls erzeugten Wärmeenergie, um die Größe der Wärmegrenzschicht vor einer Keimbildung zu erhöhen.
In 6B sind veranschaulichende Simulationsergebnisse für ein Heizelement mit einem Widerstand von etwa 28 Ω, einer Breite von etwa 32,5 μ und einer Länge von etwa 32,5 μm dargestellt, das einen Erwärmungsimpuls P₁ mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite t₁ gleich etwa 0,5 μs und einen Feuerimpuls P₂ mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite t₃ gleich etwa 1,1 μs empfing, der von dem Erwärmungsimpuls P₁ durch eine Verzögerungszeit t₂ gleich etwa 2,0 μs getrennt ist. Wie aus 6B ersichtlich ist, erstreckte sich die Wärmegrenzschicht etwa 1,1 Mikrometer in der Y-Richtung über der Oberfläche des Heizelements nach dem Erwärmungsimpuls P₂ und etwa 3,1 Mikrometer über dem Heizelement nach dem Feuerimpuls P₂.
In 6C sind veranschaulichende Simulationsergebnisse für ein Heizelement mit demselbem Widerstand und denselben Abmessungen wie die Heizelemente in dem 6A- und 6B-Beispiel dargestellt. Es empfing einen Feuerimpuls mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite von etwa 1,6 μs. Folglich wurden kein Erwärmungsimpuls und keine Verzögerungszeit vorgesehen. In diesem Beispiel erstreckte sich die Wärmegrenzschicht nur 2,46 Mikrometer über der Oberfläche des Heizelements nach dem Feuerimpuls. Weiter ist nur 0,216 μJ Energie zum Zeitpunkt einer Keimbildung zur Wärmegrenze übertragen worden, im Vergleich mit 0,300 μJ Energie im 6A- Beispiel und 0,346 μJ Energie im 6B-Beispiel. Es ist ersichtlich, dass, während die zum Heizelement abgegebene gesamte Energiemenge dieselbe wie in dem 6A- und 6B- Beispiel ist, ein Aufspalten des Feuerimpulses in mindestens zwei Impulse den Wärmewirkungsgrad des Druckkopfs erhöht.
Tinte in der Blasenkammer, die nicht Teil der Wärmegrenzschicht bildet, weist vorzugsweise eine Temperatur auf, die zwischen etwa 20°C und etwa 50°C liegt und am bevorzugtesten größer als etwa 25°C aber kleiner als etwa 50°C ist. Die Temperatur der Tinte jenseits der Wärmegrenzschicht und in den Tintenzufuhrkanälen 58 und 68 kann durch Einstellen der Temperatur der Heizerchips 50 und 60 über Substratheizer gesteuert werden, wie in der Patentanmeldung, dem US-Patent No. 5,734,392 , mit dem Titel "INK JET PRINTHEAD HEATING DURING MARGIN PERIODS" offenbart. Nachdem der Erwärmungsimpuls P₁ angelegt worden ist, füllt die Wärmegrenzschicht vorzugsweise mehr als 0% und weniger als 10% und vorzugsweise zwischen etwa 3% und etwa 5% des Volumens der Blasenkammer und ist direkt über dem Heizelement und unter der Blasenkammerdurchtrittsöffnung angeordnet. Direkt vor einer Keimbildung füllt die Wärmegrenzschicht vorzugsweise mehr als 10% und weniger als 20% und vorzugsweise zwischen etwa 10% und etwa 15% des Volumens der Blasenkammer und ist direkt über dem Heizelement und unter der Blasenkammerdurchtrittsöffnung angeordnet.
Unter der Voraussetzung, dass die Verzögerungszeit nicht zu lang oder zu kurz ist, führt der Erwärmungsimpuls zu einer Erhöhung in der Menge von in der Tinte vor einer Keimbildung gespeicherter Wärmeenergie, d.h. einer Erhöhung in der Größe der Wärmegrenzschicht 200. Diese Erhöhung in gespeicherter Wärmeenergie entspricht einer Erhöhung in der Menge von Treibnahrung, die verfügbar ist, um das Wachstum der Ausschleuderblase mit Energie zu versorgen. Wärmeenergie, die zum Zeitpunkt einer Keimbildung in der Wärmegrenzschicht gespeichert ist, betrug 0,300 μJ in dem 6A-Beispiel, 0,346 μJ in dem 6B-Beispiel und 0,216 μJ in dem 6C-Beispiel. Offensichtlich erhöhte sich die gespeicherte Energie, wenn ein Erwärmungsimpuls und eine Verzögerungszeit verwendet wurden, wie durch diese Ergebnisse demonstriert.
Folglich weist die resultierende Ausschleuderblase ein erhöhtes Moment auf. Dies ist gezeigt worden, indem simulierte Schallimpulsdaten genommen wurden und diese Daten (d.h. Schallimpuls) mit der Fläche des Heizelements multipliziert wurden, das am Keimbildungsprozess teilnimmt. Es ist aus diesen Daten gezeigt worden, dass ein Blasenmoment erhöht wird, wenn Erwärmungs- und Feuerimpulse P₁ und P₂, die durch eine Verzögerungszeit getrennt sind, an ein Heizelement angelegt werden, im Vergleich mit dem Moment einer Blase, das sich ergibt, wenn das Widerstandsheizelement einen einzelnen Feuerimpuls empfängt, der einen Energiebetrag aufbringt, der im Wesentlichen gleich der vereinigten Energiemenge des Erwärmungs- und Feuerimpulses P₁ und P₂ ist.
Eine Blase mit erhöhtem Moment führt zu einem ausgeschleuderten Tintentröpfchen mit erhöhtem Moment. Wie aus den Beispielen unten ersichtlich ist, ist die Erhöhung in einem Tröpfchenmoment in einem signifikanten Maß auf eine Erhöhung in einer Tröpfchengeschwindigkeit statt Tröpfchenmasse zurückzuführen.
Die Verzögerungszeit liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,5 μs und etwa 2,0 μs. Wenn die Verzögerungszeit zu kurz ist, bleibt die Tintenheizelementgrenzflächentemperatur während einer Anlegung des Feuerimpulses an das Heizelement verhältnismäßig hoch. Infolgedessen erfolgt eine Keimbildung während des frühen Teils des Feuerimpulses, wodurch die Zeit verringert wird, während der Wärmeenergie durch das Heizelement zur flüs sigen Tinte übertragen werden kann, bevor die Dampfphase die flüssige Tinte von der Oberfläche des Heizelements trennt. Wenn die Verzögerungszeit zu lang ist, diffundiert die Wärmeenergie, die während der Anlegung des Erwärmungsimpulses an das Heizelement zur flüssigen Tinte übertragen wird, in die Tinte, die entfernt vom Heizelement angeordnet ist, oder in die Struktur des Druckkopfs. Es wird die Meinung vertreten, dass ein annehmbares Gleichgewicht zwischen einer Tintenheizelementgrenzflächentemperatur und Wärmediffusion vorhanden ist, wenn die Verzögerungszeit zwischen etwa 0,5 μs und etwa 2,0 μs beträgt.
Die folgenden Beispiele werden nur zwecks Veranschaulichung bereitgestellt und sollen nicht beschränkend sein.
BEISPIEL 1
Es wurde eine Schwarzweiß (d.h. schwarze Tinte auf Flüssigkeitsbasis) druckvorrichtung mit 600 Punkten pro Inch (DPI) verwendet. Es wurden Daten ermittelt, wobei eine und keine Verzögerungszeit vorgesehen wurde. Wenn nur Feuerimpulse an die Heizelemente angelegt wurden, wies jeder Feuerimpuls eine Impulsbreite von 1,6 μs und eine Amplitude von etwa 11,75 V auf. Wenn Erwärmungs- und Feuerimpulse angelegt wurden, wies jeder Erwärmungsimpuls eine Impulsbreite von etwa 0,3 μs und eine Amplitude von etwa 11,75 V auf, jeder Feuerimpuls wies eine Impulsbreite von etwa 1,3 μs und eine Amplitude von etwa 11,75 V auf, und die Verzögerungszeit betrug 0,9 μs.
In 7 ist eine Tröpfchengeschwindigkeit gegen eine Düsentintentemperatur aufgetragen, und in 8 ist eine Tröpfchenmasse gegen eine Düsentintentemperatur aufgetragen. Eine Verzögerungszeit war vorgesehen, wenn die rechteckigen Datenpunkte erfasst wurden, und keine Verzögerungszeit war vorgesehen, wenn die kreisförmigen Datenpunkte erfasst wurden. Eine Düsentintentemperatur ist die Temperatur der Tinte, die in die Blasenkammer fließt und diese füllt. Es ist aus diesen Daten ersichtlich, dass sich mit einer oder ohne eine Verzögerungszeit Tröpfchengeschwindigkeit und Tröpfchenmasse erhöhen, während sich die Düsentintentemperatur erhöht. Dies tritt auf, weil sich die Viskosität der Tinte in der Blasenkammer verringert, während sich ihre Temperatur erhöht.
In 9 ist eine Tröpfchengeschwindigkeit gegen eine Verzögerungszeit aufgetragen, und in 10 ist eine Tröpfchenmasse gegen eine Verzögerungszeit aufgetragen. Die in den 9 und 10 aufgetragenen Daten wurden ermittelt, wenn ein Erwärmungsimpuls P₁ mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite t₁ gleich etwa 0,3 μs und ein Feuerimpuls 22 mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite t₃ gleich etwa 1,3 μs an die Heizelemente angelegt wurden. Die vereinigte Energie von einem Erwärmungsimpuls P₁ und einem Feuerimpuls 22 waren gleich der gesamten Energiemenge, die durch den einzelnen 1,6 μs-Feuerimpuls, der oben angegeben wurde, zugeführt wurde. Die Düsentintentemperatur betrug ungefähr 28°C. Wie aus 9 entnommen werden kann, erhöhte sich eine Tröpfchengeschwindigkeit über etwa 420 Inch/s, wenn eine Verzögerungszeit größer als etwa 1 μs verwendet wurde. Eine Tröpfchengeschwindigkeit betrug etwa 310 Inch/s, wenn eine Verzögerungszeit 0 verwendet wurde und ein 1,6 μs-Feuerimpuls angelegt wurde. Folglich erhöhte sich, wenn eine Verzögerungszeit verwendet wurde, eine Tröpfchengeschwindigkeit um etwa 36%, wie durch die folgende Gleichung bestimmt: % Änderung in der Geschwindigkeit ((VDP – V0)/V0) × 100wobei

V_DP: = Geschwindigkeiten mit einer Verzögerungszeit ungleich Null
V₀: = Geschwindigkeit mit einer Verzögerungszeit Null

Eine Masse erhöhte sich auch, wenn die Verzögerungszeit etwa 1 μs überschritt. Die Erhöhung war geringfügig, während eine Tröpfchenmasse unter etwa 28,0 ng blieb. Eine Tröpfchenmasse betrug etwa 23,0 ng, wenn eine Verzögerungszeit 0 verwendet wurde und ein 1,6 μs-Feuerimpuls angelegt wurde. Folglich erhöhte sich eine Tröpfchenmasse um etwa 22%, wie durch die folgende Gleichung bestimmt: % Änderung in der Masse = ((MDP – M0)/M0) × 100wobei

M_DP: = Masse mit einer Verzögerungszeit ungleich Null
M₀: = Masse mit einer Verzögerungszeit Null

Um eine Tröpfchengeschwindigkeit von etwa 420 Inch/s ohne eine Verzögerungszeit zu erzielen, muss eine Düsentintentemperatur auf etwa 80°C erhöht werden, siehe 7. Bei dieser Temperatur beträgt die Tröpfchenmasse ungefähr 43,0 ng, siehe 8. Wenn eine Verzögerungszeit von etwa 1,2 μs verwendet wird, kann eine ähnliche Tröpfchengeschwindigkeit erzielt werden (d.h. etwa 420 Inch/s), aber eine Tröpfchenmasse ist viel kleiner, d.h. etwa 26 ng, siehe die 9 und 10.
BEISPIEL 2
Es wurde eine Farbdruckvorrichtung mit 600 Punkten pro Inch (DPI) verwendet. Es wurden Daten ermittelt, wobei eine und keine Verzögerungszeit vorgesehen wurde. Wenn nur Feuerimpulse an die Heizelemente angelegt wurden, wies jeder Feuerimpuls eine Impulsbreite von 1,6 μs und eine Amplitude von etwa 11,75 V auf. Wenn Erwärmungs- und Feuerimpulse angelegt wurden, wies jeder Erwärmungsimpuls eine Impulsbreite von etwa 0,3 μs und eine Amplitude von etwa 11,75 V auf, jeder Feuerimpuls wies eine Impulsbreite von etwa 1,3 μs und eine Amplitude von etwa 11,75 V₁ auf, und die Verzögerungszeit betrug 0,9 μs.
In 11 ist eine Tröpfchengeschwindigkeit gegen eine Düsentintentemperatur aufgetragen, und in 12 ist eine Tröpfchenmasse gegen eine Düsentintentemperatur aufgetragen. Eine Verzögerungszeit war vorgesehen, wenn die rechteckigen Datenpunkte erfasst wurden, und keine Verzögerungszeit war vorgesehen, wenn die kreisförmigen Datenpunkte erfasst wurden. Es ist aus diesen Daten ersichtlich, dass sich mit oder ohne eine Verzögerungszeit Tröpfchengeschwindigkeit und Tröpfchenmasse erhöhen, während sich eine Düsentintentemperatur erhöht.
In 13 ist eine Tröpfchengeschwindigkeit gegen eine Verzögerungszeit aufgetragen, und in 14 ist eine Tröpfchenmasse gegen eine Verzögerungszeit aufgetragen. Die in den 13 und 14 aufgetragenen Daten wurden ermittelt, wenn ein Erwärmungsimpuls P₁ mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite t₁ gleich etwa 0,3 μs und ein Feuerimpuls 22 mit einer Amplitude von etwa 11,75 V und einer Impulsbreite t₃ gleich etwa 1,3 μs an die Heizelemente angelegt wurden. Die vereinigte Energie von einem Erwärmungsimpuls 21 und einem Feuerimpuls 22 waren gleich der gesamten Energiemenge, die durch den einzelnen 1,6 μs-Feuerimpuls, der oben angegeben ist, zugeführt wurde. Die Düsentintentemperatur betrug ungefähr 28°C. Wie aus 13 entnommen werden kann, war eine Tröpfchengeschwindigkeit gleich oder überschritt etwa 550 Inch/s, wenn eine Verzögerungszeit zwischen etwa 1 μs und 2 μs verwendet wurde. Eine Tröpfchengeschwindigkeit betrug etwa 475 Inch/s, wenn eine Verzögerungszeit 0 verwendet wurde. Folglich erhöhte sich eine Tröpfchengeschwindigkeit um etwa 16%, wenn eine Verzögerungszeit verwendet wurde. Eine Tröpfchenmasse erhöhte sich auch, wenn sich die Verzögerungszeit zwischen etwa 1 μs und 2 μs befand. Sie war gleich oder kleiner als etwa 22,0 ng. Eine Tröpfchenmasse betrug etwa 18 ng, wenn eine Verzögerungszeit 0 verwendet wurde. Folglich erhöhte sich eine Tröpfchenmasse um etwa 22%, wenn eine Verzögerungszeit verwendet wurde.
Wenn man die Daten in den 11 und 12 mit den Daten in den 13 und 14 vergleicht, ist es deutlich, dass, um eine Tröpfchengeschwindigkeit von etwa 550 Inch/s ohne eine Verzögerungszeit zu erhalten, eine Düsentintentemperatur auf etwa 83,0°C erhöht werden muss. Bei dieser Temperatur beträgt die Tröpfchenmasse ungefähr 28,0 ng. Wenn eine Verzögerungszeit von zwischen etwa 1,0 μs und 2,0 μs verwendet wird, kann eine ähnliche Tröpfchengeschwindigkeit erzielt werden, aber die Tröpfchenmasse ist viel kleiner, d.h. kleiner als etwa 22,0 ng.
Demgemäß kann mit der vorliegenden Erfindung eine Erhöhung in der Tröpfchengeschwindigkeit erzielt werden, ohne dass ein signifikanter Anstieg in der Tröpfchenmasse auftritt. Dies ist vorteilhaft, weil eine Druckqualität größtenteils von einer Fleckgröße abhängt und eine Fleckgröße von einer Tröpfchenmasse abhängt. Ein wesentlicher Anstieg in einer Tröpfchenmasse, der von einer erhöhten Düsentintentemperatur resultiert, würde das Abbildungsvermögen der Vorrichtung verschlechtern. Zusätzlich ist es nicht erwünscht, im Wesentlichen das ganze Volumen von Tinte, die in die Blasenkammer fließt, zu erwärmen, um eine erhöhte Geschwindigkeit zu bewerkstelligen. Wenn die Düsentintentemperatur signifikant über die Reservoirtintentemperatur ansteigt, kommt gelöste Luft aus der Lösung frei und kann ein Hochgeschwindigkeitsausschleudern verhindern, indem Lufttaschen in der Blasenkammer angesammelt werden. Als Folge des Anstiegs in einer Tröpfchengeschwindigkeit werden die Tintentröpfchen weniger wahrscheinlich von ihren beabsichtigten geradlinigen Pfaden durch Tinte abgelenkt, die sich auf der äußeren Oberfläche des Druckkopfs angesammelt hat.
Wenn die Verzögerungszeit t₂ zwischen etwa 0,5 μs und etwa 2,0 μs beträgt, die Erwärmungsimpulsbreite t₁ zwischen etwa 0,1 μs und etwa 0,5 μs beträgt, die Feuerimpulsbreite t₃ zwischen etwa 1,0 μs und etwa 3,0 μs beträgt, die Erwärmungsimpulsspannungsamplitude im Wesentlichen gleich der Feuerimpulsspannungsamplitude ist, die Gesamtenergiedichte, die an jedes der ersten und zweiten Heizelemente durch die Vereinigung des Erwärmungsimpulses P₁ und des Feuerimpulses 22 angelegt wird, zwischen etwa 3000 J/m² und etwa 5000 J/m² ist und eine Heizelementleistungsdichte größer als etwa 2 GW/m² ist, ist eine Tröpfchengeschwindigkeit zwischen etwa 10% und etwa 40% und vorzugsweise zwischen etwa 20% und etwa 40% erhöht, während eine Tröpfchenmasse nicht mehr als etwa 20% bis etwa 25% im Vergleich zu Tröpfchen erhöht ist, die von denselben Heizelementen resultieren, wobei nur ein Feuerimpuls (d.h. ein einziger Impuls statt zwei Impulsen, die durch eine Verzögerungszeit getrennt sind) mit einer Impulsbreite zwischen etwa 1,5 μs und etwa 3,0 μs empfangen wird, welcher Feuerimpuls auf die Heizelemente eine Energiedichte aufbringt, die im Wesentlichen gleich der Gesamtenergiedichte ist, die durch die Vereinigung des Erwärmungsimpulses und des Feuerimpulses der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird.
Wenn eine Verzögerungszeit verwendet wird, weisen resultierende Tröpfchen eine Masse von etwa 10 ng bis etwa 40 ng auf und werden mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 Inch/s bis etwa 700 Inch/s ausgeschleudert. Genauer gesagt weisen für Schwarzweißdrucker die Tröpfchen eine Masse von etwa 20 ng bis etwa 40 ng auf und werden mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 Inch/s bis etwa 600 Inch/s ausgeschleudert, und für Farbdrucker weisen die Tröpfchen eine Masse von etwa 10 ng bis etwa 25 ng auf und werden mit einer Geschwindigkeit von etwa 400 Inch/s bis etwa 700 Inch/s in einer Richtung ausgeschleudert, die im Wesentlichen zur oberen Oberfläche des Heizelements normal ist.
Die erste Druckpatrone 20 umfasst weiter eine erste Druckpatronenaktivierungsschaltung 26, siehe 15. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die erste Aktivierungsschaltung 26 dreizehn erste Feldeffekttransistoren (FETs) 26a. Desgleichen umfasst die zweite Druckpatrone 30 weiter eine zweite Druckpatronenaktivierungsschaltung 36, die dreizehn zweite Feldeffekttransistoren 36a umfasst.
Die Treiberschaltung 70 umfasst einen Mikroprozessor 72, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 74, eine Druckpatronenauswahlschaltung 80 und einen gemeinsamen Steuerkreis 90.
Die Druckpatronenauswahlschaltung 80 aktiviert selektiv eine von der ersten Druckpatrone 20 und der zweiten Druckpatrone 30. Sie weist einen ersten Ausgang 80a auf, der mit den Gates der ersten FETs 26a über einen Leiter 80b elektrisch gekoppelt ist. Sie weist auch einen zweiten Ausgang 80c auf, der mit den Gates der zweiten FETs 36a über einen Leiter 80d elektrisch gekoppelt ist. Folglich wird ein erstes Druckpatronenauswahlsignal, das am ersten Ausgang 80a vorhanden ist, verwendet, um den Betrieb der ersten Patrone 20 auswählen, während ein zweites Druckpatronenauswahlsignal, das am zweiten Ausgang 80c vorhanden ist, verwendet wird, um den Betrieb der zweiten Patrone 30 auszuwählen. Die Druckpatronenauswahlschaltung 80 ist mit dem ASIC 74 elektrisch gekoppelt und erzeugt geeignete Druckpatronenauswahlsignale ansprechend auf Befehlssignale, die vom ASIC 74 empfangen werden.
Die Mehrzahl von ersten Widerstandsheizelementen 52 ist in Gruppen eingeteilt. In der veranschaulichten Ausführungsform sind dreizehn erste Gruppen 52a, die jeweils sechzehn erste Heizelemente 52 aufweisen, vorgesehen. Die Mehrzahl von zweiten Widerstandsheizelementen 62 ist ähnlich in dreizehn zweite Gruppen 62a eingeteilt, die jeweils sechzehn zweite Heizelemente 62 aufweisen.
Der gemeinsame Steuerkreis 90 umfasst eine Mehrzahl von Treibern 92, die mit einer Stromversorgung 100 und mit der Mehrzahl von ersten und zweiten Widerstandsheizelementen 52 und 62 elektrisch gekoppelt sind. In der veranschaulichten Ausführungsform sind sechzehn Treiber 92 vorgesehen. Jeder der sechzehn Treiber 92 ist mit einem von den sechzehn ersten Heizelementen 52 in jeder der dreizehn ersten Gruppen 52a und mit einem von den sechzehn zweiten Heizelementen 62 in jeder der dreizehn zweiten Gruppen 62a elektrisch gekoppelt. Folglich ist jeder der Treiber 92 mit dreizehn ersten Heizelementen 52 und dreizehn zweiten Heizelementen 62 gekoppelt. Die Treiber 92 können Feldeffekttransistoren oder bipolare Transistoren umfassen.
Die erste Druckpatrone 20 umfasst weiter einen ersten Heizelementsteuerkreis 28, der mit den ersten Heizelementen 52 und den dreizehn ersten Feldeffekttransistoren (FETs) 26a elektrisch gekoppelt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der erste Heizelementsteuerkreis 28 dreizehn Gruppen von sechzehn dritten Feldeffekttransistoren (FETs) 28a. Die FETs 28a in jeder der dreizehn Gruppen sind an ihren Gates mit der Source von einem von den dreizehn ersten FETs 26a über Leiter 28b verbunden, siehe 15. Der Drain jedes der dritten FETs 28a ist mit einem von den ersten Heizelementen 52 elektrisch gekoppelt. Die Source jedes der dritten FETs 28a ist mit Masse verbunden.
Die zweite Druckpatrone 30 umfasst weiter einen zweiten Heizelementsteuerkreis 38, der mit den zweiten Heizelementen 62 und den dreizehn zweiten Feldeffekttransistoren (FETs) 36a elektrisch gekoppelt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der zweite Heizelementsteuerkreis 38 dreizehn Gruppen von sechzehn vierten Feldeffekttransistoren (FETs) 38a. Die FETs 38a in jeder der dreizehn Gruppen sind an ihren Gates mit der Source von einem von den dreizehn zweiten FETs 36a über Leiter 38b verbunden. Der Drain jedes der vierten FETs 38a ist mit einem von den zweiten Heizelementen 62 elektrisch gekoppelt. Die Source jedes der vierten FETs 38a ist mit Masse verbunden.
Die Treiberschaltung 70 umfasst weiter eine Widerstandsheizelementgruppenauswahlschaltung 76, umfassend eine Mehrzahl von Auswahltreibern 76a, dreizehn in der veranschaulichten Ausführungsform. Die dreizehn Auswahltreiber 76a sind jeweils mit dem Drain von einem von den ersten FETs 26a und mit dem Drain von einem von den zweiten FETs 36a verbunden. Der ASIC 74 erzeugt sequenziell dreizehn Auswahlsignale zu den dreizehn Auswahltreibern 76a. Folglich ist in der veranschaulichten Ausführungsform nur ein einziger Auswahltreiber 76a zu jedem beliebigen gegebenen Zeitpunkt aktiviert.
Während einer gegebenen Feuerperiode wird nur eine Gruppe 52a der ersten Heizelemente 52 oder eine Gruppe 62a der zweiten Heizelemente 62 zu jedem beliebigen gegebenen Zeitpunkt aktiviert. Die spezifische Gruppe, die aktiviert wird, hängt davon ab, welcher Auswahltreiber 76a durch den ASIC 74 aktiviert worden ist und welche Druckpatrone durch die Druckpatronenauswahlschaltung 80 aktiviert worden ist. Eine beliebige Anzahl, d.h. 0 bis 16, der sechzehn Heizelemente in der ausgewählten Gruppe kann gefeuert werden. Die spezifische Anzahl, die gefeuert wird, hängt von Druckdaten ab, die durch den Mikroprozessor 72 von einem separaten Prozessor (nicht dargestellt) empfangen werden, der mit ihm elektrisch gekoppelt ist. Der Mikroprozessor 72 erzeugt Signale, die zum ASIC 74 geschickt werden, und dann wieder erzeugt der ASIC 74 geeignete Erwärmungs- und Feuersignale, die zu den sechzehn Treibern 92 geschickt werden. Die aktivierten Treiber 92 legen dann Erwärmungs- und Feuerspannungsimpulse an die Heizelemente an, mit denen sie gekoppelt sind. Die Erwärmungs- und Feuerspannungsimpulse, die an die ersten Heizelemente 52 angelegt werden, weisen im Wesentlichen dieselbe Amplitude und Impulsbreite auf und sind durch im Wesentlichen dieselbe Verzögerungszeit getrennt, wie diejenigen, die an die zweiten Heizelementen 62 angelegt werden.
In der veranschaulichten Ausführungsform weisen die zweiten Heizelemente 52 eine im Allgemeinen quadratische Form auf. Sie können jedoch eine rechteckige oder andere geometrische Form aufweisen, und/oder sie können einen Widerstand aufweisen, der sich von demjenigen der ersten Heizelemente unterscheidet, wie in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung, der US-Patent No. 6,234,612 , mit dem Titel "INKJET PRINTING APPARATUS HAVING FIRST AND SECOND PRINT CARTRIDGES RECEIVING ENERGY PULSES FROM A COMMON DRIVE CIRCUIT" von Robert W. Cornell et al., erörtert.
Es wird durch die vorliegende Erfindung erwogen, dass die Druckvorrichtung nur eine einzige Druckpatrone aufweisen kann. Es wird weiter erwogen, dass der Erwärmungsimpuls eine andere Amplitude A als diejenige des Feuerimpulses aufweisen kann.

Claims

Tintenstrahldruckvorrichtung (10), umfassend: eine Druckpatrone (20, 30), umfassend mindestens ein Widerstandsheizelement (52) in mindestens einer Tinte enthaltenden Kammer (55) mit einer Durchtrittsöffnung (56); und eine Treiberschaltung (70), die mit der Druckpatrone elektrisch gekoppelt ist, die angeordnet ist, um einen Erwärmungsimpuls (P₁) und einen Feuerimpuls (P₂), die durch eine Verzögerungszeit (t₂) voneinander getrennt sind, auf das Widerstandsheizelement aufzubringen, wobei der Erwärmungsimpuls bewirkt, dass das Widerstandsheizelement einen zu dem Heizelement benachbarten Teil der Tinte auf eine Temperatur erwärmt, die unter der Überhitzungsgrenze der Tinte liegt, und wobei der Feuerimpuls bewirkt, dass das Widerstandsheizelement eine Dampfblase in der Kammer erzeugt, die bewirkt, dass ein Tröpfchen von Tinte aus der Kammerdurchtrittsöffnung ausgeschleudert wird, wobei der Feuerimpuls eine Impulsbreite von zwischen 1,0 μs und 3,0 μs aufweist; und wobei die Verzögerungszeit zwischen 0,5 μs und 2,0 μs ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Erwärmungsimpuls eine Impulsbreite von zwischen 0,1 μs und 0,5 μs aufweist; und wobei eine Energiedichte von zwischen 3000 J/m² und 5000 J/m² und eine Leistungsdichte größer als 2 GW/m² auf das mindestens eine Widerstandsheizelement aufgebracht werden.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Erwärmungsimpuls eine Bildung einer thermischen Grenzschicht in der Kammer hervorruft, wobei die thermische Grenzschicht etwa 3% bis etwa 5% des Volumens der Kammer einnimmt, nachdem der Erwärmungsimpuls auf das Heizelement aufgebracht worden ist.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die thermische Grenzschicht in der Kammer vorhanden ist, wenn der Feuerimpuls aufgebracht wird.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Tröpfchen von Tinte eine Masse von etwa 20 Nanogramm bis etwa 40 Nanogramm aufweist und aus der Kammerdurchtrittsöffnung mit einer Geschwindigkeit von 300 Inch/s (8 m/s) bis 600 Inch/s (15 m/s) ausgeschleudert wird.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Tröpfchen von Tinte eine Masse von 10 Nanogramm bis etwa 25 Nanogramm aufweist und aus der Kammerdurchtrittsöffnung mit einer Geschwindigkeit von 400 Inch/s (10 m/s) bis etwa 700 Inch/s (18 m/s) ausgeschleudert wird.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Druckpatrone eine Mehrzahl von Widerstandsheizelementen und eine Mehrzahl von Tinte enthaltenden Kammern mit einer Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen umfasst.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Druckpatrone umfasst: eine Deckplatte (54) mit einer Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen (56), die die Durchtrittsöffnungen begrenzen; und einen Heizerchip (50) mit der Mehrzahl von Widerstandsheizelementen, die darauf ausgebildet sind, wobei die Deckplatte mit dem Heizerchip gekoppelt ist, so dass Abschnitte der Deckplatte und Teile des Heizerchip die Mehrzahl von Tinte enthaltenden Kammern begrenzen und die Mehrzahl von Widerstandsheizelementen auf dem Heizerchip positioniert sind, so dass jede der Tinte enthaltenen Kammern eines von den Heizelementen darin angeordnet aufweist.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Druckpatrone weiter ein mit Tinte gefülltes Reservoir (22, 32) umfasst.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Reservoir mit Tinte nachgefüllt werden kann.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Temperatur einer Schicht von Tinte direkt über dem Heizelement nach dem Erwärmungsimpuls 150°C überschreitet.
Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Temperatur einer Schicht von Tinte direkt über dem Heizelement nach der Verzögerungszeit 100°C überschreitet.
Verfahren zum Ausschleudern eines Tröpfchens von Flüssigkeit aus einer Durchtrittsöffnung (56) einer Flüssigkeit enthaltenden Kammer (55), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Heizen eines Teils der Flüssigkeit, der zu einem Widerstandsheizelement (52) in der Flüssigkeit enthaltenden Kammer benachbart ist, auf eine Temperatur, die unter der Überhitzungsgrenze der Flüssigkeit liegt, indem ein Erwärmungsimpuls (P₁) durch das Widerstandsheizelement hindurchgeschickt wird; und Erzeugen einer Dampfblase in der Kammer, um ein Tröpfchen von Flüssigkeit aus der Durchtrittsöffnung auszuschleudern, indem ein Feuerimpuls (P₂) durch das Widerstandsheizelement hindurchgeschickt wird, der Feuerimpuls um eine Verzögerungszeit (t₂) von zwischen 0,5 μs und 2,0 μs nach dem Erwärmungsimpuls verzögert wird, und wobei der Feuerimpuls eine Impulsbreite von zwischen 1,0 μs und 3,0 μs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwärmungsimpuls eine Impulsbreite von zwischen 0,1 μs und 0,5 μs aufweist; und wobei eine Energiedichte von zwischen 3000 J/m² und 5000 J/m² und eine Leistungsdichte größer als 2 GW/m² auf das mindestens eine Widerstandsheizelement aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Flüssigkeit Tinte umfasst.
Druckpatrone (20, 30), umfassend: mindestens ein Widerstandsheizelement (52) in mindestens einer Tinte enthaltenden Kammer (55) mit einer Durchtrittsöffnung (56); und eine Heizertreiberschaltung (70), die mit dem mindestens einen Heizelement elektrisch gekoppelt ist, die angeordnet ist, um einen Erwärmungsimpuls (P₁) und einen Feuerimpuls (P₂), die durch eine Verzögerungszeit (t₂) voneinander getrennt sind, auf das Widerstandsheizelement aufzubringen, wobei der Erwärmungsimpuls bewirkt, dass das Widerstandsheizelement einen zu dem Heizelement benachbarten Teil der Tinte auf eine Temperatur erwärmt, die unter der Überhitzungsgrenze der Flüssigkeit liegt, und wobei der Feuerimpuls bewirkt, dass das Widerstandsheizelement eine Dampfblase in der Kammer erzeugt, die bewirkt, dass ein Tröpfchen von Tinte aus der Kammerdurchtrittsöffnung ausgeschleudert wird, wobei die Verzögerungszeit zwischen 0,5 μs und 2,0 μs ist, wobei der Feuerimpuls eine Impulsbreite von zwischen 1,0 μs und 3,0 μs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwärmungimpuls eine Impulsbreite von zwischen 0,1 μs und 0,5 μs aufweist; und wobei eine Energiedichte von zwischen 3000 J/m² und 5000 J/m² und eine Leistungsdichte größer als 2 GW/m² auf das mindestens eine Widerstandsheizelement aufgebracht werden.
Druckpatrone nach Anspruch 14, bei der der Erwärmungsimpuls eine Bildung einer thermischen Grenzschicht in der Kammer hervorruft, wobei die thermische Grenzschicht 3% bis 5% des Volumens der Kammer einnimmt, nachdem der Erwärmungsimpuls auf das Heizelement aufgebracht worden ist.
Druckpatrone nach Anspruch 15, bei der die thermische Grenzschicht in der Kammer vorhanden ist, wenn der Feuerimpuls aufgebracht wird.
Druckpatrone nach Anspruch 14, 15 oder 16, bei der das Tröpfchen von Tinte eine Masse von 20 Nanogramm bis 40 Nano gramm aufweist und aus der Kammerdurchtrittsöffnung mit einer Geschwindigkeit von 300 Inch/s (8 m/s) bis 600 Inch/s (15 m/s) ausgeschleudert wird.
Druckpatrone nach Anspruch 14, 15 oder 16, bei der das Tröpfchen von Tinte eine Masse von 10 Nanogramm bis 25 Nanogramm aufweist und aus der Kammerdurchtrittsöffnung mit einer Geschwindigkeit von 400 Inch/s (10 m/s) bis 700 Inch/s (18 m/s) ausgeschleudert wird.
Druckpatrone nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Druckpatrone eine Mehrzahl von Widerstandsheizelementen und eine Mehrzahl von Tinte enthaltenden Kammern mit einer Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen umfasst.
Druckpatrone nach Anspruch 19, umfassend: eine Deckplatte (54) mit einer Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen, die die Durchtrittsöffnungen begrenzen; und einen Heizerchip (50) mit der Mehrzahl von Widerstandsheizelementen, die darauf ausgebildet sind, wobei die Deckplatte mit dem Heizerchip gekoppelt ist, so dass Abschnitte der Deckplatte und Teile des Heizerchip die Mehrzahl von Tinte enthaltenden Kammern begrenzen und die Mehrzahl von Widerstandsheizelementen auf dem Heizerchip positioniert sind, so dass jede der Tinte enthaltenden Kammern eines von den Heizelementen darin angeordnet aufweist.
Druckpatrone nach einem der Ansprüche 14 bis 20, weiter umfassend ein mit Tinte gefülltes Reservoir.
Druckpatrone nach Anspruch 21, bei der das Reservoir mit Tinte nachgefüllt werden kann.
Druckpatrone nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei der die Temperatur einer Schicht von Tinte direkt über dem Heizelement nach dem Erwärmungsimpuls 150°C überschreitet.
Druckpatrone nach einem der Ansprüche 14 bis 23, bei der die Temperatur einer Schicht von Tinte direkt über dem Heizelement nach der Verzögerungszeit 100°C überschreitet.