DE69936283T2 - Verwendungsverfahren eines Druckers - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung eines Druckers, der dazu eingerichtet ist, Tintentropfen aus Tintenleitungen auszustoßen, mit wenigstens einer Tintenleitung, die mit einem elektromechanischen Wandler versehen ist, einer Treiberschaltung, die einen Impulsgenerator zum Erregen des Wandlers aufweist, einer Meßschaltung zur Messung eines elektrischen Signals, das von dem Wandler als Reaktion auf die Erregung erzeugt wird, und einer Einrichtung zum Unterbrechen der Schaltungen in der Weise, daß die Treiberschaltung offen ist, wenn die Meßschaltung geschlossen ist, welches Verfahrn die Erregung des Wandlers, das Schließen der Meßschaltung und das Messen des elektrischen Signals umfaßt.
  • Drucker dieser Art und das Verfahren zur Verwendung derselben sind aus US 4 498 088 bekannt. Bei diesem Drucker, der dem Typ "drop-on-demand" (Tropfen auf Anforderung) angehört, legt die Treiberschaltung einen elektrischen Impuls an den elektromechanischen Wandler, spezieller an ein Piezoelement an, so daß dieser Wandler erregt wird und eine Druckwelle in der Tintenleitung erzeugt. Dadurch wird ein Tintentröpfchen aus der Tintenleitung ausgestoßen. Um die Zuverlässigkeit eines solchen Druckers zu gewährleisten, sind Mittel dazu vorgesehen, einen Ausfall der Tintenleitung, z.B. aufgrund des Vorhandenseins einer Luftblase in dieser Leitung, zu detektieren. Diese Mittel sind Teil eines Meßsystems und umfassen eine Meßschaltung, mit der es möglich ist, nachdem eine Druckwelle durch den Wandler erzeugt worden ist, die resultierende Vibration in der Tintenleitung zu messen. Zu diesem Zweck wird der Wandler als ein Sensor benutzt: eine Vibration in der Leitung führt ihrerseits zu einer Verformung des elektromechanischen Wandlers, so daß dieser ein elektrisches Signal erzeugt. Wenn Luftblasen in der Leitung vorhanden sind, führt dies zu einer anderen Vibration und folglich zu einem anderen elektrischen Signal. Ein Ausfall einer Tintenleitung kann folglich sofort detektiert werden, indem das elektrische Signal gemessen wird. Es kann dann eine Reparaturmaßnahme für die betreffende Leitung vorgenommen werden. Ein wichtiger Nachteil eines Druckers dieser Art besteht darin, daß, um den Zustand der Tintenleitung zu prüfen, der Drucker den normalen Druckmodus, d.h. den Modus, in dem wenigstens eine Tintenleitung Tintentröpfchen ausstößt, um ein Bild auf einem Substrat zu erzeugen, verlassen muß, um in einen Meßmodus überzugehen. In dem Meßmodus wird der Wandler erregt, so daß die Tintenleitung in Schwingung versetzt wird, doch ist es nicht möglich, den Ausstoß eines Tintentröpfchen aus dieser Leitung zu erreichen. Das resultierende elektrische Signal wird gemessen, und danach ist es möglich zu entscheiden, ob etwaige Luftblasen in der Tintenleitung vorhanden sind. Nachdem die Tintenleitung überprüft worden ist, wird der Drucker wieder in den Druckmodus gebracht, gegebenenfalls nachdem eine Reparatur vorgenommen worden ist. Die Notwendigkeit, zwischen einem Druckmodus und einem Meßmodus umzuschalten, führt zu Einbußen in der Produktivität des Druckers. Mit zunehmenden Anforderungen an die Verläßlichkeit des Druckers, was bedeutet, daß das Zeitintervall zwischen den Meßmoden verkürtzt werden muß, sinkt die Produktivität weiter ab. Neben den Einbußen in der Produktivität hat der bekannte Drucker den Nachteil, das für den Wandler zwei mit Impulsgeneratoren ausgestattete Treiberschaltungen erforderlich sind: eine Treiberschaltung zum Erregen des Wandlers, wenn sich der Drucker in einem Druckmodus befindet, und eine Treiberschaltung zum Erregen des Wandlers, wenn sich er sich in einem Meßmodus befindet. Dies macht den Drucker nicht nur teuer, sondern infolge der Zunahme der Anzahl von Komponenten auch weniger zuverlässig. Ein Verfahren gemäß dem einleitenden Absatz ist auch aus DE 33 19 353 bekannt. Auch in diesem Dokument wird vorgeschlagen, die Messung in einem Nicht-Druckmodus auszunutzen, insbesondere zur Einstellung der Ausstoßgeschwindigkeit der Tintentröpfchen. Das vorgeschlagene Verfahren hat deshalb zum Teil die gleichen Nachteile wie sie oben erwähnt wurden. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen. Zu diesem Zweck ist ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Es ist deshalb nicht nötig, den Druckmodus zu unterbrechen. Das elektrische Signal wird gemessen, sobald der Wandler erregt worden ist, und die Erregung ist so beschaffen, daß ein Tintentröpfchen wie bei normalem Betrieb der Leitung ausgestoßen wird, um ein Bild auf einem Substrat zu erzeugen. Infolgedessen tritt kein Verlust an Produktivität ein, und außerdem wird für den Wandler nur eine Treiberschaltung benötigt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Ausfall der Tintenleitung praktisch sofort detektiert werden kann, so daß in vielen Fällen eine Reparaturmaßnahme ausgeführt werden kann, bevor irgendwelche sichtbaren Artefakte in einem Bild aufgetreten sind. Das bedeutet, daß ein Drucker gemäß der Erfindung eine sehr hohe Zuverlässigkeit hat. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Treiberschaltung und die Meßschaltung mit dem Wandler über eine gemeinsame Leitung verbunden, die als Eingang und Ausgang für elektrische Signale dient. Dies hat Vorteile, wenn der Druckkopf eine große Anzahl von Tintenleitungen aufweist. Die Schaltung kann weiter ver einfacht werden, indem die Schaltungen mit Hilfe eines Umschalters unterbrochen werden, so daß die Treiberschaltung automatisch geöffnet wird, sobald die Meßschaltung geschlossen wird. Dieser Umschalter kann durch bekannte elektrische Mittel realisiert werden, kann jedoch auch in das Treiber-IC integriert sein. Um zu prüfen, ob eine Vibration in der Leitung sich von einer normalen Vibration unterscheidet, d.h. von einer Vibration, wenn die Leitung einwandfrei arbeitet, kann das von dem Wandler als Reaktion auf die Erregung erzeugte elektrische Signal mit dem elektrischen Signal verglichen werden, das von einem Blindelement erzeugt wird, das als Reaktion auf eine vergleichbare Erregung dieselbe Impedanz wie der Wandler hat. Da es jedoch schwierig ist, ein Blindelement zu finden, das unter allen Umständen genau dieselbe Impedanz wie der Wandler hat, ist es bevorzugt, das elektrische Signal nicht mit einem von einem Blindelement erzeugten Signal zu vergleichen, sondern das elektrische Signal selbst zu charakterisieren. Zu dem Zweck sollte wenigstens eine für Wellen charakteristische Größe bestimmt werden, die beispielsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Amplitude, Nulldurchgang, Frequenz, Phase und Dämpfung. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß auf diesem Weg eine Abweichung in einer Tintenleitung mit wesentlich höherer Genauigkeit festgestellt werden kann. Auf diese Weise ist es nicht nur möglich, eindeutig zu bestimmen, was die Ursache für die Fehlfunktion der Tintenleitung ist (etwa eine Luftblase, ein die Leitung verstopfendes Festpartikel oder ein mechanischer Fehler in dem Piezoelement usw.), so daß nicht nur eine Reparaturmaßnahme präzise an diese Ursache angepaßt werden kann, sondern es kann auch eine kleine Abweichung gefunden werden, die zu dem betreffenden Zeitpunkt noch nicht den Ausstoß von Tintentröpfchen beeinträchtigt, z.B. eine Luftblase, die zu klein ist oder noch zu weit von der Öffnung der Tintenleitung entfernt ist, um den Ausstoß eines Tintentröpfchens zu verhindern. Dies ermöglicht eine vorbeugende Reparatur einer Tintenleitung, so daß im allgemeinen keine Artefakte in einem Bild auftreten sollten. Dies ist ein bemerkenswerter Beitrag zur Zuverlässigkeit des Drukers. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine gemessene Wellenkenngröße mit einem Bezugswert verglichen, so daß es leicht möglich ist zu entscheiden, ob eine Reparaturmaßnahme erforderlich ist. Um die Empfindlichkeit der Meßschaltung weiter zu erhöhen, kann sie mit einem Verstärker versehen sein. Wenn ein Eingang des Verstärkers mit der Masse des Druckers verbunden ist, werden auch Streukapazitäten (z.B. in der Verdrahtung) und Leckströme kaum einen Effekt auf die Messung des von dem Wandler erzeugten elektrischen Signals haben, so daß die Meßgenauigkeit weiter zunimmt. Im Sinne der Einfachheit der Meßschaltung in dem Drucker gemäß der Erfindung ist es möglich, eine gesonderte Meßschaltung für all die Wandler in dem Drucker vorzusehen, selbst wenn dies mehrere hundert sind. Dies macht es möglich, jede Leitung, nachdem ein Tintentröpfchen ausgestoßen worden ist, auf ihre einwandfreie Funktion zu prüfen, so daß eine maximale Zuverlässigkeit garantiert werden kann.
  • Die Erfindung wird nun anhand der nachstehenden Beispiele erläutert werden.
  • 1 ist ein Diagramm der wesentlichen Komponenten eines Druckers mit Tintenleitungen.
  • 2 ist ein Diagramm einer Tintenleitung mit einem elektromechanischen Wandler.
  • 3 ist eine Schaltskizze des elektromechanischen Wandlers, der Treiberschaltung und der Meßschaltung in einer bevorzugten Ausführungsform.
  • 4 ist ein Diagramm, das zeigt, wie die Schaltungen umgeschaltet werden können.
  • 5 zeigt eine Anzahl von elektrischen Signalen, die von einem Wandler je nach Zustand der Tintenleitung erzeugt werden.
  • 1 zeigt einen Drucker mit Tintenleitungen. In dieser Ausführungsform umfaßt der Drucker eine Walze 10 zur Abstützung eines Empfangsmediums 12 und zur Führung desselben an vier Druckköpfen 16 vorbei. Die Walze ist um ihre Achse drehbar, wie durch den Pfeil A angegeben wird. Ein Wagen 14 trägt die vier Druckköpfe 16, einen für jede der Farben Zyan, Magenta, Gelb und Schwarz, und kann hin- und hergehend in der durch den Doppelpfeil B angegebenen Richtung parallel zu der Walze 10 bewegt werden. Auf diese Weise können die Druckköpfe 16 das Empfangsmedium 12 abtasten. Der Wagen 14 ist auf Stangen 18 und 20 geführt und durch eine geeignete Einrichtung (nicht gezeigt) angetrieben. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform hat jeder Druckkopf 16 acht Tintenleitungen, jede mit ihrer eigenen Ausstoßöffnung 22, und diese Leitungen bilden eine gedachte Linie rechtwinklig zur Achse der Walze 10. In einer praktischen Ausführungsform eines Druckers wird die Anzahl der Tintenleitungen für jeden Druckkopf 16 um ein Vielfaches größer sein. Jede Tintenleitung hat einen elektromechanischen Wandler (nicht gezeigt) und eine zugehörige Treiberschaltung. Auf diese Weise bilden die Tintenleitung, der Wandler und die Treiberschaltung eine Einheit, die dazu dienen kann, Tintentröpfchen in Richtung auf die Walze 10 auszustoßen. Wenn die Wandler bildmäßig erregt werden, so entsteht auf dem Empfangsmedium 12 ein Bild, das aus Tintentröpfchen aufgebaut ist.
  • In 2 ist eine Tintenleitung 5 mit einem elektromechanischen Wandler 2 versehen, in diesem Beispiel einem Piezoelement. Die Tintenleitung 5 wird durch eine Nut in einer Grundplatte 1 gebildet und ist an der Oberseite in der Hauptsache durch das Piezoelement begrenzt. Wenn durch einen Impulsgenerator 4 über die Treiberschaltung 3 ein Impuls an das Piezoelement 2 angelegt wird, so erzeugt dieses Element in der Tintenleitung 5 eine Druckwelle, so daß ein Tintentröpfchen aus der Ausstoßöffnung 22 ausgestoßen wird.
  • 3 ist eine Schaltskizze des elektromechanischen Wandlers 2, der Treiberschaltung 3 und der Meßschaltung 7 in einer bevorzugten Ausführungsform. Die Treiberschaltung 3 mit dem Impulsgenerator 4 und die mit einem Verstärker 9 versehene Meßschaltung 7 sind über eine gemeinsame Leitung 15 mit dem Piezoelement 2 verbunden. Die Schaltungen werden durch einen Umschalter 8 geöffnet und geschlossen. Nachdem durch den Impulsgenerator 4 ein Impuls an das Piezoelement 2 angelegt worden ist, erfährt das Element 2 seinerseits eine resultierende Vibration in der Tintenleitung, und diese wird durch das Element 2 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Wenn nach Beendigung des Impulses der Umschalter 8 so umgeschaltet wird, daß die Meß-schaltung geschlossen wird, so wird dieses elektrische Signal durch die Meßschaltung 7 entladen. Der Verstärker 9 verstärkt dieses Signal, das über einen Ausgang 11 an eine (nicht gezeigte) Interpretationsschaltung angelegt wird, auf die erforderlichenfalls eine Aktionsschaltung (nicht gezeigt) folgen kann.
  • 4 zeigt, wie die Schaltungen 3 und 7 umgeschaltet werden können. Während einer Treiberperiode A ist die Treiberschaltung 3 geschlossen, so daß das Piezoelement 2 erregt werden kann. Nachdem die Erregung stattgefunden hat, beginnt eine Meßperiode M, in der die Meßschaltung 7 durch den Umschalter 8 geschlossen und die Treiberschaltung 3 geöffnet ist. Nach Ablauf der Meßperiode M, in der das von dem Piezoelement 2 erzeugte elektrische Signal gemessen wird, wird die Treiberschaltung geschlossen, und es beginnt eine neue Treiberperiode A. Natürlich gibt es zahlreiche Varianten dieser Umschaltprozedur. Zum Beispiel könnte auch eine Meßperiode M folgen, nachdem das Piezoelement in einer Treiberperiode mehrmals erregt worden ist. In einer Ausführungsform, in der sehr hohe Zuverlässigkeit verlangt ist, könnte jede Leitung nach jedem Impuls überprüft werden. Wenn eine Reparaturmaßnahme notwendig ist, kann sie auf die Leitung beschränkt werden, in der die Fehlfunktionen auftreten. Natürlich ist es möglich, die Funktion einer Tintenleitung auch während der Reparaturmaßnahme zu überprüfen und diese Maßnahme abzubrechen, sobald die Leitung wieder einwandfrei arbeitet. Wenn Zuverlässigkeit weniger wichtig ist, könnte man sich z.B. dafür entscheiden, eine feuernde Leitung für jeden Strahlimpuls zu überprüfen. Es wäre auch möglich, eine Leitung nach einer festen Anzahl von ausgestoßenen Tintentröpfchen oder nach einem bestimmten Zeitintervall zu überprüfen.
  • 5 zeigt eine Anzahl von elektrischen Signalen, wie sie als Reaktion auf eine in einer Tintenleitung erzeugte Druckwelle, in Abhängigkeit vom Zustand dieser Tintenleitung, von einem Wandler erzeugt werden. Wenn eine Tintenleitung einwandfrei arbeitet, ist das Resultat ein gedämpftes sinusförmiges elektrisches Signal, wie es durch die Kurve 1 gezeigt wird. Für eine gegebene Geometrie der Leitung führt das Vorhandensein einer Luftblase zu einem elektrischen Signal, wie es durch die Kurve 2 gezeigt wird. Dieses Signal hat eine höhere Frequenz, eine höhere Anfangsamplitude und einen schwächere Dämpfung. Wenn eine Leitung (teilweise) durch ein festes Partikel verschlossen ist, so führt dies für dieselbe Geometrie der Leitung zu einem elektrischen Signal mit einer kleineren Frequenz, kleinerer Anfangsamplitude und stärkerer Dämpfung, wie durch die Kurve 3 gezeigt wird. Schließlich ist die Kurve 4 ein Beispiel für ein elektrisches Signal, das im Fall einer bestimmten mechanischen Abweichung des Piezoelements gemessen wird.
  • Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß in einem Drucker gemäß der Erfindung die Ursache für die Fehlfunktion einer Tintenleitung (oder die erwartete Fehlfunktion) präzise bestimmt werden kann, so daß es möglich ist, die Reparaturmaßnahme an diese Ursache anzupassen.
  • Die Messung kann z.B. dazu genutzt werden, die Funktion der einzelnen Leitungen nach der Herstellung eines mit einer oder mehreren solcher Leitungen versehenen Druckkopfes zu prüfen. Wenn Fehler bei der Produktion aufgetreten sind, z.B. eine Leimschicht sich gelöst hat, ein Kratzer in einer Wand einer Leitung, ein schadhaftes Piezoelement, etc., können diese Fehler erkannt und möglicherweise behoben werden.
  • Wenn ein Drucker in Gebrauch ist, kann die Messung dazu benutzt werden, ohne Verlust an Produktivität den Zustand der Tintenleitungen (fortlaufend) zu prüfen. Die hohe Genauigkeit, mit der Unregelmäßigkeiten in einer Tintenleitung detektiert werden können, macht es sogar möglich, vorbeugende Reparaturen an Leitungen vorzunehmen, d.h. bevor von einem Ausfall einer Tintenleitung die Rede ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Druckers werden eine oder mehrere Wellenkenngrößen des elektrischen Signals, wie es in 5 gezeigt ist, mit einem Satz von Bezugswerten verglichen, die in einer praktischen Ausführungsform mit oberen und unteren Grenzwerten versehen sind, innerhalb derer eine Wellenkenngröße einer normal funktionierenden Leitung liegen sollte. Diese Bezugswerte können auf vielfache Weise bestimmt werden, doch ist dies kein wesentlicher Teil der Erfindung. Zum Beispiel können die Bezugswerte bestimmt werden, nachdem der Herstellungsprozeß eines Druckkopfes abgeschlossen ist. Außerdem könnten die Bezugswerte bestimmt werden, wenn der Drucker in Betrieb ist, indem der Mittelwert über eine große Anzahl von Impulsen gebildet wird. Auf diese Weise ist es möglich, diese Werte kontinuierlich anzupassen, so daß z.B. (langsame) Verschleißprozesse in dem Druckkopf keinen nachteiligen Einfluß auf die Messung haben. Es ist auch möglich, die Wellenkenngröße einer einzelnen Leitung mit denen einer oder mehrerer (benachbarter) Leitungen zu vergleichen.
  • Es ist zu bemerken, daß die geforderte Zuverlässigkeit im Verhältnis zur Produktivität des Druckers unter anderem davon abhängig ist, auf welche Weise die Bezugswerte bestimmt werden, und ob dies für jede einzelne Leitung oder für alle Leitung gemeinsam geschieht, wie weit die oberen und unteren Grenzwerte des Bezugswertes voneinander entfernt liegen, wieviele Wellenkenngrößen zur Feststellung des Zustands einer Leitung bestimmt werden, usw.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Verwendung eines Druckers mit: – wenigstens einer Tintenleitung (5), die ein piezoelektrisches Element (2) aufweist, – einer Treiberschaltung (3) mit einem Impulsgenerator (4) zum Erregen des piezoelektrischen Elements (2), so daß ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird, um ein Bild auf einem Substrat zu erzeugen, – einer Meßschaltung (7) zur Messung eines nach der Erregung von dem piezoelektrischen Element (2) erzeugten Signals, – einer Umschalteinrichtung (8) zum Unterbrechen der Schaltungen (3, 7) in der Weise, daß die Treiberschaltung (3) geöffnet ist, wenn die Meßschaltung (7) geschlossen ist, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Erregen des piezoelektrischen Elements, so daß das Tintentröpfchen ausgestoßen wird, – Offnen der Treiberschaltung (3) und sofortiges Schließen der Meßschaltung (7), um das elektrische Signal zu messen, das von dem als ein Sensor benutzten piezoelektrischen Element (2) erzeugt wird, und – Interpretieren des elektrischen Signals, um die Funktion der Tintenleitung (5) zu überprüfen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Treiberschaltung (3) und die Meßschaltung (7) über eine gemeinsame Leitung (15) an das piezoelektrische Element (2) angeschlossen sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Einrichtung zur Unterbrechung der Schaltungen einen Umschalter (8) aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine Wellenkenngröße des von dem piezoelektrischen Element (2) erzeugten elektrischen Signals bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Wellenkenngröße ausgwählt ist aus der folgenden Gruppe: Amplitude, Nulldurchgang, Frequenz, Phase und Dämpfung.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Wellenkenngröße mit einem Bezugswert verglichen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Mcß-schaltung einen Verstärker (9) aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Eingang des Verstärkers (9) mit der Masse des Druckers verbunden ist.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das elektrische Signal nach jeder Erregung des piezoelektrischen Elements (2) gemessen wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jedes piezoelektrische Element (2) mit einer Meßschaltung (7) versehen ist.
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