ITTO990636A1

ITTO990636A1 - Metodo per la rilevazione delle gocce eiettate da una testina di stam-pa termica d'inchiostro, e relativa stampante con capacita' di adatta

Info

Publication number: ITTO990636A1
Application number: IT1999TO000636A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Scardovi
Original assignee: Olivetti Lexikon Spa
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-01-19
Also published as: JP2003504251A; DE60008537T2; DE60008537D1; EP1200265B1; IT1310121B1; WO2001005594A1; US6517182B1; EP1200265A1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:

“METODO PER LA RILEVAZIONE DEL VOLUME DELLE GOCCE EIETTATE DA UNA TESTINA DI STAMPA TERMICA A GETTO D'INCHIOSTRO, E RELATIVA STAMPANTE CON CAPACITÀ DI ADATTAMENTO AUTOMATICO DELLE MODALITÀ DI STAMPA",

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Area dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per rilevare il volume delle gocce di inchiostro eiettate da una testina di stampa termica a getto d’inchiostro, e ad una stampante a getto d’inchiostro, operante in conformità a un tale metodo, avente la capacità di impostare in modo automatico le modalità ottimali di stampa.

Sfondo tecnico dell'Invenzione

Attualmente sia le stampanti basate sulla tecnologia a getto d'inchiostro, sia le testine di stampa utilizzate su tali stampanti, possiedono una elevata integrazione fra i vari elementi che le compongono, allo scopo di ottenere i migliori risultati sia in termini di qualità di stampa che di affidabilità d'esercizio.

Purtroppo, anche con una realizzazione molto integrata e nonostante vari accorgimenti produttivi, le stampanti e le relative testine termiche a geto d'inchiostro presentano nella realtà errori dimensionali di forma, anche se minimi, rispetto ad una condizione nominale, come pure differenze fina un esemplare e l'altro, che possono incidere, a volte in modo rilevante, sulle prestazioni otenibili con esse ed in particolare sulla qualità di stampa.

Questo inconveniente è dovuto normalmente agli errori, alle tolleranze, ed alla dispersione tìpici del ciclo di fabbricazione e/o di assemblaggio mediante i quali sono prodotte ed assemblate le varie parti che compongono una stampante e le relative testine termiche a getto d’inchiostro.

Ciò è particolarmente vero per la testina di stampa a getto d'inchiostro adibita ad eiettare le gocce di inchiostro in ogni stampante, la quale viene fabbricata attraverso un processo costruttivo molto complesso costituito da numerose fasi e dall’integrazione di molti componenti.

In aggiunta, criteri molto severi di economicità, che devono essere soddisfatti dalla maggior parte dei modelli attualmente in commercio di testine di stampa a getto d’inchiostro, in particolare da quelle del tipo "usa e getta”, non consentono per ragioni di costo di controllare singolarmente ogni testina di stampa prodotta, come pure di eliminare qualunque scostamento, eventualmente accertato, delle testine di stampa da una condizione nominale.

Parimenti, è praticamente impossibile intervenire con continui aggiustamenti dei ciclo produttivo delle testine di stampa, per cui in definitiva queste ultime presentano nella realtà sempre un certo campo di dispersione, anche se normalmente accettato, delle loro caratteristiche ed in particolare dei loro parametri dimensionali.

In generale, i fattori che possono condizionare, in conseguenza di errori rispetto alle condizioni nominati e/o di reciproche interazioni, sia l’affidabilità, sia la qualità di stampa finale ottenibile con una stampante a getto d’inchiostro sono numerosi, e per chiarezza l’elenco seguente ne indica alcuni:

il firmware residente sulla stampante a getto d'inchiostro, ovvero quel programma, specifico per ogni modello di stampante, che è adibito a gestire alcune operazioni di base durante la stampa e che in particolare definisce i tempi di pilotaggio della testina a getto d’inchiostro;

il circuito di pilotaggio della testina a getto d'inchiostro, ovvero quel circuito, adibito a comandare direttamente la testina di stampa fornendogli l'energia necessaria per l’emissione delle gocce, che comprende tipicamente un alimentatore e una pluralità di componenti di pilotaggio, disposti sia a bordo della stampante die a bordo della testina di stampa;

il volume delle gocce eiettate dalla testina, che determina la dimensione del punto stampato; il driver di stampa, ovvero quel programma, normalmente installato sul calcolatore collegato con la stampante e cooperante con il firmware residente su quesfultima, che elabora punto per punto l'immagine originale per convertirne i relativi dati cromatici in corretti comandi per la stampante, affinché quesfultima esegua la stampa dell'immagine originale su un supporto di stampa, quale un foglio di carta. In particolare il driver di stampa opera sui dati cromatici dell’immagine in funzione di vari parametri, fra cui la dimensione del punto elementare dell’immagine da stampare, del tipo di supporto di stampa, ecc. , ed incorpora opportuni algoritmi di diffusione degli errori grafìa per comandare la stampante nel modo ottimale così da ottenere la migliore qualità di stampa.

Il concetto generale di tenere sotto controllo il volume delle gocce eietate da una testina di stampa termica a geto d’inchiostro, allo scopo di migliorare le prestazioni e la qualità finale di stampa otenibili con la testina di stampa medesima, è già noto da tempo nella tecnica.

Ad esempio il brevetto USA No. 5,036,337 descrìve un metodo direto a mantenere il volume delle gocce eiettate da una testina di stampa termica a getto d'inchiostro conforme, nel tempo, ad un valore desiderato.

In questo metodo, una tabella di riferimento indicativa delle prestazioni ottenibili con la testina di stampa a geto d'inchiostro viene predefinita in anticipo in modo empirico, tramite rilievi sperimentali effettuati su un ampio parco di testine di stampa termiche a geto d’inchiostro prodote, così da tenere conto delle tolleranze e delle dispersioni tipiche del loro processo di fabbricazione. La tabella di riferimento viene poi interrogata durante la fase di stampa per condizionare, mediante un circuito di controllo, i tempi e le carateristiche degli impulsi che pilotano i resistori di atuazione della testina di stampa per determinare l'eiezione delle gocce.

Questo metodo ha il limite di essere basato su dati numerici di riferimento fissi e già definiti a priori, e non invece su informazioni, continuamente aggiornate in tempo reale, indicative dell'effettivo andamento del processo di stampa.

È pure noto, dalla brevetto USA No. 5,767,872 a nome della Richiedente, un metodo per impostare in modo automatico il punto di lavoro energetico ottimale di una testina termica a getto d’inchiostro, ovvero il valore ottimale dell’energia di pilotaggio da inviare ai resistori di emissione della stessa testina di stampa per garantire un'eiezione stabile di gocce, con un volume sostanzialmente costante.

Questo metodo comprende un ciclo iniziale di prova durante il quale i resistori di eiezione della testina di stampa a getto d’inchiostro sono pilotati con un'energia di pilotaggio variabile, allo scopo di rilevare sperimentalmente un valore critico dell’energia di pilotaggio corrispondente ad una condizione di funzionamento della testina di stampa al confine fra una zona di emissione instabile, a volume variabile, delle gocce, e quella di eiezione stabile, a volume sostanzialmente costante, delle gocce.

Il metodo poi calcola ed imposta in modo automatico, a partire dal valore critico dell'energia di pilotaggio precedentemente rilevato ed in particolare incrementando tale valore critico secondo una percentuale prefissata, un valore ottimale dell’energia di pilotaggio con cui pilotare i resistori nel funzionamento nominale.

In questo modo si garantisce un funzionamento nominale di ogni testina di stampa sicuramente all’interno della zona di eiezione stabile delle gocce, nonostante le tolleranze di fabbricazione e le imprecisioni delle varie testine di stampa.

Questo metodo ha il rilevante vantaggio di realizzare una efficiente ed automatica impostazione di ogni testina di stampa termica a getto d’inchiostro, tenendo conto delle sue tolleranze di fabbricazione, in modo da ottenere sempre un'eiezione stabile di gocce, ma ha però il limite di trascurare, almeno in parte, l’importanza che invece il parametro costituito dal volume effettivo delle gocce di inchiostro eiettate riveste, al fine di garantire costantemente una qualità ottimale di stampa. Inoltre in particolare questo metodo non da alcuna indicazione su come determinare esattamente tale volume effettivo delle gocce eiettate.

Sommario dell’invenzione

Scopo primario della presente invenzione è quello di definire un metodo per rilevare in modo sufficientemente affidabile e preciso il volume effettivo delle gocce eiettate da una testina di stampa termica a getto d’inchiostro, allo scopo di consentire un più efficiente controllo ed utilizzo di questo importante parametro nell’ambito della stampa a getto d’inchiostro.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di definire un metodo che consenta di migliorare sensibilmente le prestazioni, ed in particolare la qualità di stampa, ottenibili in una stampante provvista di una testina di stampa a getto d'inchiostro, sulla base del rilevamento de) volume delle gocce di inchiostro eiettate dalla testina di stampa a getto d'inchiostro.

I suddetti scopi sono raggiungibili per mezzo di un metodo e di un dispositivo per la rilevazione automatica del volume delle gocce eiettate da una testina termica a getto di inchiostro, aventi rispettivamente le fasi e le caratteristiche definite nelle rivendicazioni principali indipendenti.

In particolare, secondo l’insegnamento della presente invenzione, il rilevamento del volume delle gocce eiettate da una testina di stampa termica a getto d'inchiostro viene utilizzato per impostare automaticamente, vale a dire senza alcun intervento da parte di un utente, le modalità operative di stampa durante il funzionamento della stampante sulla quale la stessa testina di stampa è montata, in modo da ottimizzare costantemente la qualità di stampa ottenuta.

Questi ed altri scopi, caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti sulla base della seguente descrizione di una sua forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli annessi disegni.

Fig. 1 è una vista schematica, in forma prospettica esplosa, di una stampante a getto d'inchiostro operante secondo il metodo dell’invenzione;

Fig. 2 mostra in sezione ed in scala ingrandita la parte anteriore, dove si sviluppa l'eiezione delle gocce di inchiostro, di una testina di stampa a getto d’inchiostro montata sulla stampante di Fig. 1;

Fig. 3 è un primo diagramma che mostra la relazione fra il volume delle gocce eiettate dalla testina di stampa di Fig.2, e l'area dei punti stampati su un supporto di stampa;

Fig. 4 è un secondo diagramma, di tipo temporale, che mostra il segnale della potenza di pilotaggio che comanda gli attuatori termici di eiezione della testina di stampa di Fig. 2 per causare l'eiezione delle gocce;

Fig. 5 è un terzo diagramma che mostra come varia il volume delle gocce eiettate dalla testina di Fig.2 in funzione dell’energia di pilotaggio alimentata ai relativi attuatori termici di eiezione;

Fig. 6 è un quarto diagramma che rappresenta l’evolversi di un ciclo continuo di pilotaggio previsto dal metodo dell’invenzione, durante il quale una energia di pilotaggio Ep progressivamente crescente è alimentata agli eiettori di eiezione delta testina di stampa di Fig. 2, e corrispondentemente una energia di retroazione Er è dissipata nella stessa testina di stampa per mantenerla costantemente ad una temperatura di stabilizzazione Ts sostanzialmente costante; e Fig. 7 è uno schema di flusso relativo ad un esempio di applicazione del metodo dell'invenzione per impostare in modo automatico le modalità di stampa in una stampante a getto d'inchiostro.

Descrizione di una forma preferita di realizzazione dell’invenzione

Con riferimento alla La Fig. 1, una stampante a getto d’inchiostro, atta ad operare in conformità al metodo dell’invenzione per rilevare il volume delle gocce eiettate, è indicata genericamente con 10, e comprende una struttura fissa 20; una carrozzeria esterna 30, rappresentata in forma esplosa, che protegge esternamente la struttura fissa 20; un carrello 15 mobile rispetto alla struttura fissa 20; ed una testina di stampa 11 a getto d'inchiostro montata in modo amovibile sul carrello 15 ed avente la capacità di eiettare gocce di inchiostro.

La testina di stampa 11, quando è montata sul carrello 15, si affaccia con una parte anteriore su un supporto di stampa, non rappresentato in Fig. 1 e ad esempio costituito da un foglio di carta, il quale è previsto per essere movimentato da opportuni organi della stampante 10.

Il carrello 15 a sua volta è atto muoversi rispetto alla struttura fissa 20 della stampante 10, in modo da traslare alternativamente avanti e indietro la testina di stampa 11 di fronte al supporto di stampa, mentre la testina di stampa 11 eletta su quest'ultimo le gocce di inchiostro.

L'eiezione delle gocce è controllata da un opportuno circuito di controllo alloggiato all'interno della stampante 10, in modo da formare sul supporto di stampa, come sommatoria di punti stampati corrispondenti alle gocce eiettate, simboli, caratteri ed immagini.

La testina di stampa 11 è atta ad operare sulla base della cosiddetta tecnologia di stampa termica a getto d'inchiostro, a volte anche chiamata tecnologia di stampa a getto d’inchiostro del tipo a bolle, in cui l'inchiostro contenuto nella testina di stampa 11 viene portato ad ebollizione per attivare, all'interno dell'inchiostro stesso, il sorgere di una bolla di vapore che, espandendosi, causa l'eiezione delle gocce da parte di una pluralità di ugelli della testina di stampa 11.

La testina di stampa 11 può contenere solo inchiostro nero, per consentire esclusivamente una stampa in bianco e nero, oppure contenere uno o più inchiostri colorati, per consentire una stampa a colori, in conformità alle varie soluzioni attualmente ed ampiamente adottate nel campo delle stampanti e delle corrispondenti testine di stampa a getto d'inchiostro.

I dettagli interni della testina di stampa 11 sono visibili in Fig. 2 che rappresenta, in sezione, la parte anteriore della testina di stampa 11 disposta di fronte al supporto di stampa. Quest’ultimo è indicato con 18 ed è tipicamente costituito da un foglio di carta.

In particolare la testina di stampa 11 comprende un guscio esterno 12, generalmente di materiale plastico, che definisce al suo interno un serbatoio 15 per una riserva 13 di inchiostro; una piastra 14, provvista di una pluralità di ugelli 16 e per questo anche chiamata piastra ugelli, che è affacciata sul supporto di stampa 18; una pluralità di attuatori di eiezione 17 ognuno dei quali è assodato con un rispettivo ugello 16 per attivare l'eiezione, da parte di quest'ultimo, di gocce di inchiostro 22 verso il supporto di stampa 18; un substrato 21, chiamato anche in inglese ‘‘die'’ e realizzato in materiale di tipo semiconduttore quale silicio, che porta sulla sua superfide gli attuatoti di eiezione 17; uno strato 35, realizzato con un materiale quale un fotopolimero, mediante il quale la piastra ugelli 14 è fissata sul substrato 21; ed un drcuito idraulico, indicato genericamente con 19, che ha essenzialmente lo scopo di convogliare l’inchiostro dalla riserva 13 verso la zona degli attuatori di eiezione 17, in modo che l'inchiostro possa lambire questi ultimi ed essere così portato ad ebollizione per causare l'eiezione delle gocce 22, come in seguito meglio descritto.

Inoltre una unità di controllo 31, rappresentata schematicamente in Fig. 2 e più avanti meglio descrìtta, è adibita a governare il funzionamento della testina di stampa 11, ed a questo scopo è collegata elettricamente con dascuno degli attuatori di eiezione 17 mediante una pluralità di linee 32.

Il drcuito idraulico 19 comprende una apertura o asola centrale 26 che mette in comunicazione il serbatoio 15 con la zona degli attuatori di eiezione 17 e degli ugelli 16, ed inoltre una pluralità di canali e camere, in gran parte non visibili in Fig. 2, che sono fra loro comunicanti ed hanno la funzione, come già detto, di portare il flusso di inchiostro a lambire dascun attuatone di eiezione 17. Tali canali e camere sono formati prevalentemente nello strato 35 di fotopolimero e si estendono lungo un piano perpendicolare a quello della Fig. 2.

In particolare il drcuito idraulico 19 forma in corrispondenza di ogni attuatone di eiezione 17, fra la piastra ugelli 14 ed il substrato 21, una camera 24, avente uno spessore S di valore molto ridotto, la quale è riempita con l'inchiostro proveniente dalla riserva 13.

Il substrato 21 è fissato sul gusdo 12 con l'ausilio di un collante o materiale di riporto indicato con 45, in modo da realizzare una tenuta ermetica per il serbatoio 15.

II substrato 21, gli attuatori di eiezione 17 disposti sul substrato 21, i arcuiti e le piste di collegamento assodati con gli attuatoli 17, insieme ad altri componenti più avanti descrìtti, sono realizzati con un ciclo di produzione, basato sulla tecnologia dei semiconduttori, che consente di ottenere un elevato grado di miniaturizzazione dei componenti prodotti, come richiesto dalla struttura delle testine di stampa a getto d'inchiostro.

Gli attuatoli di eiezione 17 sono disposti, lungo il substrato 21 , di fronte ai rispettivi ugelli 16, e sono separati da questi ultimi da un sottile strato di inchiostro determinato dalla camera 24.

Ancora, gli ugelli di eiezione 17 ed i corrispondenti ugelli 16 sono disposti secondo configurazioni ampiamente note, ad esempio lungo più file opportunamente distanziate fra loro. A titolo esemplificativo la Fig. 2 si riferisce al caso in cui gli ugelli 16 e gli attuatori 17 sono raggruppati lungo due file disposte in senso normale al senso di traslazione, indicato dalla freccia 27, della testina di stampa 11 rispetto al supporto di stampa 18.

Gli attuatori di eiezione 17 sono previsti per essere selettivamente comandati mediante opportuni segnali elettrici, generati dall'unità di controllo 31 e più avanti meglio spiegati, che raggiungono gli attuatori di eiezione 17 attraverso le linee 32.

Questi segnali sono indicati in Fig.2 da frecce lungo le linee 32 ed hanno lo scopo di attivare gli attuatori di eiezione 17 in modo da causare l'eiezione delle gocce di inchiostro 22.

La porzione terminale delle linee 32, solidale con la testina 11, è realizzata con cavi piatti 23 che si estendono sulla superficie esterna del guscio 12, e che ad una estremità sono collegati elettricamente con i vari attuatori di eiezione 17, e ad un'altra estremità, non rappresentata nei disegni, sono provvisti di piazzole conduttive atte a entrare in contatto, al montaggio della testina di stampa 11 sul carrello 15 della stampante 10, con corrispondenti contatti, anch'essi non rappresentati nei disegni, alloggiati nel carrello mobile 15.

In questo modo la testina di stampa 11, quando viene montata sul carrello 15, si collega elettricamente con l’unità di controllo 31, e può cosi ricevere i relativi segnali adibiti a comandare la testina di stampa 11 durante il suo moto trasversale di fronte al supporto di stampa 18.

L’unità elettronica di controllo 31 comprende tipicamente un microprocessore ed è realizzata con componenti che possono essere collocati sia a bordo della testina di stampa 11, e quindi muoversi con essa, sia nella struttura fìssa 20 della stampante 10, senza che dò possa avere una qualche rilevanza sulle caratteristiche dell'invenzione.

L'unità di controllo 31 svolge anche la funzione di consentire il colloquio fra la stampante 10 e le altre parti del sistema entro il quale la stampante 10 medesima e inserita.

A questo proposito, si ricorda che la stampante 10 raramente è prevista per operare da sola, ma che essa ò normalmente inserita in un sistema, comprendente un calcolatore, nell'ambito del quale la stampante 10 stessa opera quale organo di uscita, in genere per stampare i dati elaborati dal calcolatore.

In questo sistema i programmi, residenti sul calcolatore, adibiti ad elaborare i dati colloquiano con l’unità di controllo 31 della stampante 10 attraverso il supporto di un programma specifico, chiamato a volte "driver di stampa", che viene normalmente installato sul calcolatore, e che ha il compito di convertire i dati elaborati dal calcolatore in opportuni comandi per la stampante 10, affinché i dati vengano stampati. Normalmente il driver di stampa è specifico per ogni tipo di stampante a getto d'inchiostro, dovendo in particolare tenere conto di come la relativa o le relative testine di stampa sono strutturate, e delle loro caratteristiche funzionali.

A sua volta il driver di stampa è previsto per cooperare con un programma, anche chiamato con terminologia inglese “firmware” e normalmente caricato nell’unità di controllo 31 al momento della fabbricazione della stampante 10, allo scopo di generare in uscita gli effettivi impulsi di stampa viaggianti lungo linee 32 per gli attuatoti di eiezione 17, ed effettuare pertanto la stampa dei dati elaborati dal calcolatore sul supporto di stampa 18.

In particolare gli attuatoli di eiezione 17 sono operativamente assimilabili a resistori, che sono atti a ricevere dall’unità di controllo 31 lungo le linee 32 un'energia di pilotaggio Ep in torma impulsiva, in cui ogni impulso dell'energia di pilotaggio Ep comsponde ad un punto da stampare, e che inoltre sono atti a convertire in calore, per effetto Joule, l'impulso ricevuto.

il calore così generato, a sua volta, si dissipa nell'inchiostro che lambisce gli attuatori di eiezione 17, determinando, nelle immediate vicinanze di ogni attuatone di eiezione 17, la generazione di una bolla di vapore di inchiostro, che espandendosi spinge l'inchiostro contenuto nella camera 24 attraverso il rispettivo ugello 16, per cui l'inchiostro viene eiettato all’esterno in forma di gocce 22.

L'energia di pilotaggio Ep corrisponde ad una potenza di pilotaggio Pp che viene alimentata dall'unità di controllo 31 agli attuatori di eiezione 17 in conformità ad un segnale 55 avente nel tempo t un andamento impulsivo rappresentato qualitativamente nel diagramma di Fig. 4.

Come si può vedere, il segnale 55 comprende una serie di deli, in cui ogni ddo ha una durata complessiva to, la quale e a sua volta suddivisa in primo intervallo di tempo t1, durante il quale la potenza di pilotaggio Pp assume un valore massimo Ppmax, ed un successivo secondo intervallo di tempo t2, durante il quale la potenza di pilotaggio Pp è praticamente nulla.

Ogni singolo ddo del segnale 55 di durata to causa un rapido riscaldamento, seguito da un rapido raffreddamento, dellattuatore di eiezione 17, e dò determina, come detto, la formazione di un bolla di vapore di inchiostro ed il suo successivo rapido collassamento, per cui ogni ddo corrisponde all’emissione di una goeda 22.

Naturalmente, la sequenza dei ddi di potenza o energia lungo il segnale 55 è determinata dal driver di stampa in collaborazione con il firmware della stampante 10 in funzione delle specifiche informazioni da stampare, vale a dire dei corrispondenti carateri e simboli grafia che devono essere stampati sul supporto di stampa 18.

I ddi del segnale 55 sono ativati in sincronia con il movimento della testina 11 di fronte al supporto di stampa 18, e possono raggiungere una frequenza massima, corrispondente al numero massimo di ddi di durata to nell’unità di tempo, che è determinata dalle carateristiche tipiche della testina di stampa 11 ed in genere è tale da consentire la corretta eiezione di due gocce successive senza sovrapposizione fra i rispettivi cicli di formazione, espansione e collasso delle bolle di vapore di inchiostro.

Altri andamenti cidici, ma sempre finalizzati alla generazione di bolle, sono possibili per il segnale della potenza di pilotaggio Pp, secondo modalità e criteri ampiamente applicati.

Per indso si sottolinea che essendo, come è noto, la potenza definita come l’energia erogata nell'unità di tempo, esiste una diretta corrispondenza fra l'energia di pilotaggio Ep e la potenza di pilotaggio Pp alimentata ad ogni attuatore di eiezione 17.

È quindi evidente che queste due grandezze, la potenza di pilotaggio Pp e l’energia di pilotaggio Ep, possono essere utilizzate in modo equivalente nel contesto della presente descrizione, per cui il fatto di riferirsi all’una o all’altra grandezza è solo una questione di mera preferenza.

In particolare, l’energia di pilotaggio Ep assorbita da un generico attuatore di eiezione 17 durante un periodo di tempo prestabilito, ma sufficientemente lungo da comprendere più ccli di durata to del segnale 55, è indicativa della potenza media erogata a tale generico attuatore di eiezione 17.

Come risulta chiaro osservando l’andamento periodico del segnale 55, è suffidente, allo scopo di variare il valore dell’energia di pilotaggio Ep erogata nell’unità di tempo ad un generico attuatore di eiezione 17, modificare il rapporto fra il tempo t2 ed il tempo t1 in tale segnale periodico, ovvero il parametro noto ai tecnid del settore con il nome inglese di “duty cyde”.

La testina di stampa 11 comprende anche un sensore di temperatura 28 collegato con l’unità di controllo 31 ed avente la funzione di inviare a quest'ultimo un segnale indicativo della temperatura interna della testina di stampa 11. Preferibilmente il sensore 28 è disposto adiacente al substrato 21 di silicio, lungo la faccia che porta i vari attuatori di eiezione 17.

In questo modo, grazie anche alla buona capacità di conduzione termica del substrato 21 di silicio, la temperatura rilevata dal sensore 28 è indicativa delle condizioni termiche effettive che si verificano all'interno della testina di stampa 11, durante il suo funzionamento, in particolare nella zona in cui gli attuatoti di eiezione 17 sono soggetti a riscaldarsi e raffreddarsi periodicamente per causare l'eiezione delle gocce 22.

Il sensore di temperatura 28 può essere realizzato in vario modo, sia come materiale che come forma. Ad esempio, esso può essere costituito da un resistore avente una resistenza variabile con la temperatura, ed inoltre può possedere una forma puntiforme, o comunque abbastanza ristretta, per emettere un segnale di temperatura indicativo della temperatura presente in una zona ben precisa e delimitata della testina di stampa 11.

Oppure, in alternativa, il sensore di temperatura 28 può possedere una forma allungata, tipicamente a serpentino, che corre lungo il substrato 21, così da generare un segnale indicativo della temperatura media presente lungo una zona abbastanza estesa della testina di stampa 11.

In particolare, nella rappresentazione di Fig. 2, il sensore di temperatura 28 è supposto avere una forma allungata che si sviluppa attorno alle file degli attuatori di eiezione 17, per cui appare in sezione da due parti opposte rispetto alla zona degli attuatori di eiezione 17.

La testina di stampa 11 comprende anche un elemento termico di controllo 29 collegato con l’unità di controllo 31 e previsto per essere condizionato, secondo modalità note, dalla temperatura rilevata dal sensore 28, così da tenere costantemente sotto controllo e stabilizzare nel tempo le condizioni termiche all’interno della testina di stampa 11, ed in particolare mantenere quesfultima ad un temperatura prefissata costante, anche chiamata temperatura di stabilizzazione Ts.

In questo modo il sensore di temperatura 28, l’elemento termico di controllo 29, e l’unità di controllo 31 costituiscono i componenti tipici di un sistema di controllo termico a retroazione, che possiede la capacità di tenere costantemente sotto controllo la temperatura della testina di stampa 11 durante il suo funzionamento, ed in particolare è in grado di intervenire rapidamente ed in modo automatico per ristabilire nella testina di stampa 11 la temperatura di stabilizzazione Ts, a seguito di ogni eventuale scostamento da essa.

A questo scopo, l’elemento di controllo 29 è tipicamente realizzato con un resistore previsto per assorbire una energia elettrica di retroazione Er, ed a dissiparla per effètto joule in calore nella testina di stampa 11.

Analogamente all'energia di pilotaggio Ep, anche l’energia di retroazione Er è normalmente alimentata all’elemento termico di controllo 29 non con un segnale continuo, ma discreto, formato da una successione di cici, ognuno dei quali è costituito da un intervallo di tempo durante il quale il segnale è alto e pertanto l'energia di retroazione Er viene effettivamente alimentata all’elemento termico di controllo 29, e da un intervallo di tempo durante il quale il segnale è basso ovvero nullo e pertanto l'assorbimento dell’energia dì retroazione Er da parte dell'elemento di controllo 29 non si verìfica.

In particolare, come già detto in relazione al segnale periodico 55 della potenza di pilotaggio Pp alimentata agli attuatorì di eiezione 17, è possibile variare l'energia di retroazione Er erogata, nell’unità di tempo, all’elemento termico di controllo 29, modificando il rapporto, in ogni ciclo del segnale periodico dell’energia di retroazione Er, fra le durate dei due intervalli di tempo in cui il segnale è alto e rispettivamente basso, ovvero il cosiddetto parametro chiamato con terminologia inglese “duty cycle".

Nella forma preferita di realizzazione qui descrìtta e rappresentata il sensore di temperatura 28 e l’elemento termico di controllo 29 sono materialmente la stessa entità, nel senso che essi sono fisicamente realizzati con un unico resistore, il quale viene utilizzato alternativamente da riscaldatore per generare per effetto joule calore da trasmettere all’ambiente circostante, e da sensore per consentire il rilievo della temperatura sulla base della variazione della resistenza del resistore.

Naturalmente è possibile realizzare separatamente il sensore di temperatura 28 e l’elemento termico di controllo 29 restando sempre neH’ambito dell'invenzione.

L'unità di controllo 31 , atta a governare il funzionamento della testina di stampa 11 ,

è collegata oltre che con gli attuatori di eiezione 17 anche con il sensore di temperatura 28, e quindi anche con l'elemento termico di controllo 29, mediante una linea 33.

Nell'uso, come già detto, l'unità di controllo 31, mentre la testina di stampa 11 trasla di fronte al supporto di stampa 18, comanda l'eiezione delle gocce 22 inviando impulsi agli attuatori di eiezione 17 secondo una opportuna sequenza, in modo che le gocce 22 eiettate dagli ugelli 16 formino i caratteri e le immagini volute sul supporto di stampa 11.

in particolare ogni goccia 22 eiettata dalla testina di stampa 11 corrisponde ad un punto stampato 25 sul foglio 18, per cui si comprende facilmente come l'area A del punto stampato 25 sia strettamente dipendente dal volume Voi della singola goccia di inchiostro 22.

La testina di stampa 11 è progettata per ottenere una determinata dimensione nominale del punto 25, sulla quale si basa il processo di stampa effettuato dalla stampante 10 per ottenere una corretta copertura del documento in dipendenza della definizione di stampa impostata sulla stampante 10 medesima. In particolare, in funzione della dimensione nominale del punto 25, il driver di stampa opera con i suoi algoritmi di calibrazione in modo tale da ottenere sul documento una corretta saturazione, distribuzione e sovrapposizione fra i vari punti stampati.

Produttivamente però è impossibile costruire testine di stampa 11 in grado di ottenere sul foglio di carta 18 una dimensione del punto 25 sempre costante ed uguale al valore nominale, perché molti parametri e grandezze della testina di stampa 11 presentano tolleranze intrinseche di fabbricazione e sono inoltre soggetti a variare nel tempo.

Ad esempio si citano, fra questi parametri, il diametro degli ugelli e l'area dei resistori che con le loro variazioni influiscono notevolmente sulla dimensione del volume di goccia 22.

La dispersione costruttiva di certi parametri delle testine di stampa può anche essere notevole (± 10 ÷ 15%), e tendenzialmente essa cresce man mano che la tecnologia di stampa si spinge a definizioni sempre più elevate, che richiedono l’uso di gocce estremamente piccole.

Infatti è facile intuire che, con la riduzione delle dimensioni costruttive delle testine di stampa a getto d’inchiostro dettata dall'esigenza di ottenere gocce aventi un diametro sempre più piccolo, l'incidenza in termini percentuali della dispersione costruttiva delle testine di stampa prodotte tende ad aumentare in modo corrispondente, come pure la difficoltà di mantenere tale dispersione ad un livello accettabile.

Per chiarezza, il diagramma di Rg. 3 presenta tre rette 61, 62 e 63 che definiscono qualitativamente la relazione che intercorre fra il volume Voi delle gocce eiettate 22 e l'area A del punto stampato 25, in cui ognuna di tali rette si riferisce ad una specifica combinazione fra supporto di stampa, inchiostro e tipo di testina di stampa.

Come si può vedere, qualunque sia la combinazione adottata, la relazione assume un andamento di tipo lineare, per cui l’area A tende a crescere in modo direttamente proporzionale con il volume Voi. Ancora, per un dato volume Voi delle gocce eiettate, l'area A dipende dalla particolare combinazione che è stata scelta, in particolare fra il tipo di carta ed il tipo di inchiostro . Il diagramma di Rg. 3 mette anche in evidenza come variazioni percentuali, anche ridotte, del volume Vol sono in grado di determinare apprezzabili variazioni dell'area A, e quindi della densità ottica dei punti stampati.

Le ragione che fa assumere a questa relazione un andamento lineare è facilmente intuibile, se solo si pensa a come avviene il fenomeno della deposizione delle gocce su supporti di stampa speciali trattati superficialmente, in cui la goccia penetra sostanzialmente nel solo strato superficiale dei supporto di stampa, cioè in quello che a volte viene chiamato con terminologia inglese “coating”, e definisce un cilindro a spessore costante avente un'area esposta che risulta proporzionale al volume Voi della goccia.

Pertanto le variazioni di volume delle gocce possono provocare variazioni di densità ottica notevoli, soprattutto nelle tonalità intermedie, che possono raggiungere anche il 30 %.

Come è noto, le testine di stampa a getto d’inchiostro del tipo termico a bolle presentano una caratteristica operativa di eiezione delle gocce, ovvero una relazione sperimentale fra il volume Voi delle gocce eiettate e l'energia di pilotaggio Ep erogata agli attuatori di eiezione, che possiede un andamento chiaramente identificabile e tipico per questa categoria di testine di stampa.

Questa relazione sperimentale viene rappresentata mediante la curva 40 nel diagramma in Fig. 3, dove in ascissa sono indicati i valori deU’energia di pilotaggio Ep erogata ad un generico attuatore di eiezione durante ogni ciclo di eiezione, ed inoltre in ordinata sono indicati i corrispondenti valori del volume Voi della goccia eiettata dall’ugello associato con l'attuatore di eiezione.

Il diagramma di Fig. 3 ha un valore essenzialmente qualitativo, e non da indicazioni quantitative e numeriche sul volume Voi e sull’energia di pilotaggio Ep. Si precisa comunque, per completezza, che nell’ambito della tecnologia di stampa termica a getto d'inchiostro a cui appartiene la presente invenzione il volume Voi di ogni goccia eiettata assume valori che sono dell'ordine di grandezza dei picolitri (pi), mentre la corrispondente energia di pilotaggio Ep è erogata in quantità che sono dell’ordine di grandezza dei microjoule (μj)

In particolare la curva 40 presenta un primo valore di soglia Eps dell’energia di pilotaggio Ep, al di sotto del quale il volume Voi è nullo, ovvero l'eiezione delle gocce non si verìfica; una porzione inclinata 41 lungo la quale invece l'eiezione delle gocce si manifesta, anche se in modo instabile, con il volume Voi delle gocce progressivamente crescente in funzione dell’energia di pilotaggio Ep; una zona di ginocchio 42, corrispondente ad un valore di ginocchio Eps dell'energia di pilotaggio Ep, che delimita superiormente il tratto inclinato 41 e lungo il quale il volume Voi delle gocce eiettate cessa di crescere; ed infine un tratto sostanzialmente piatto 43 lungo il quale (e gocce vengono emesse in modo stabile, con un volume sostanzialmente costante nonostante il crescere dell’energia di pilotaggio Ep.

Il valore nominale Epn dell’energia di pilotaggio Ep viene normalmente impostato in modo che corrisponda ad una zona centrale del tratto piatto 43 della curva 40, così da assicurare che remissione di gocce oltre che stabile sia anche sufficientemente lontana dalla zona di criticità corrispondente al ginocchio 42 della curva 40.

Indicativamente i valori di sogli Eps, di ginocchio Epg, e nominale Epn dell’energia di pilotaggio corrispondono ad una temperatura dell'attuatore di eiezione pari rispettivamente a 320 °C, 350 °C e 450 °C.

il metodo dell'invenzione ha, come già detto, lo scopo di determinare con buona precisione il volume effettivo delle gocce di inchiostro 22 eiettate dalla testina di stampa 11 , e presenta alcune significative analogie con il metodo, descritto nel già citato brevetto USA No. 5,767,872 a nome della Richiedente, diretto ad impostare in modo automatico il punto di lavoro energetico di una testina di stampa termica a getto cfinchiostro.

Infatti anche il presente metodo prevede all’inizio un ciclo continuo di pilotaggio durante il quale uno o più attuatori di eiezione 17 vengono pilotati con una quantità dell’energia di pilotaggio Ep progressivamente variabile, ad esempio in senso crescente, partendo da una quantità iniziale dell'energia di pilotaggio Ep sensibilmente inferiore a quella necessaria per causare l'eiezione delle gocce di inchiostro, e poi facendo crescere l'energia di pilotaggio Ep in modo che la testina di stampa 11 passi gradualmente dalla condizione di non eiezione delle gocce ad una condizione di eiezione stabile delle gocce di inchiostro 22.

In dettaglio, questo ciclo continuo di pilotaggio, a causa del progressivo aumento della quantità l'energia di pilotaggio Ep, si evolve attraverso tre fasi: rispettivamente una prima fase, chiamata a bassa energia di pilotaggio, durante la quale l’energia di pilotaggio Ep erogata agli gli attuatori di eiezione 17, pur crescendo, non raggiunge un livello sufficiente per attivare l'eiezione delle gocce 22; una seconda fase intermedia, durante la quale la testina di stampa 11 eietta gocce di inchiostro presentanti caratteristiche di instabilità, ovvero gocce aventi un volume variabile in funzione della quantità di energia di pilotaggio erogata agli attuatori di eiezione 17; ed infine una terza fase, chiamata ad elevata energia di pilotaggio, durante la quale la testina di stampa 11 invece eietta gocce di inchiostro con caratteristiche di stabilità, ovvero gocce aventi un volume sostanzialmente costante nonostante il variare della quantità di energia di pilotaggio Ep erogata agli attuatori di eiezione 17.

Durante l’intero evolversi di questo ciclo continuo di pilotaggio la testina di stampa 11 viene mantenuta ad una temperatura di stabilizzazione Ts sostanzialmente costante, e ad esempio pari a circa 40 ÷ 50 DC, in particolare in corrispondenza della superficie del substrato 21 lungo la quale sono disposti gli attuatori di eiezione 17, mediante il sistema di controllo termico a retroazione basato sul sensore di temperatura 28 e sull'elemento termico di controllo 28.

A questo scopo il resistore, costituente sia il sensore di temperatura 28 che l’elemento di controllo 29, opera alternativamente da sensore e da riscaldatore, inviando durante una prima fase all’unità di controllo 31 un segnale indicativo della temperatura della testina di stampa 11, e poi dissipando nella testina di stampa 11 medesima, durante una successiva seconda fase, una quantità di calore proporzionale all’energia di retroazione Er ricevuta dall’unità di controllo 31 e dipendente dalla temperatura rilevata nella fase precedente.

Come già detto, la quantità di calore, che è generata dall’elemento termico di controllo 29 per essere dissipata nella testina di stampa 11, viene regolata variando la durata degli impulsi che costituiscono il segnale dell'energia di retroazione Er.

La temperatura di stabilizzazione Ts può essere impostata in vari modi. Ad esempio essa può essere fissata a priori, una volta per tutte; oppure essa può essere impostata, all'inizio di ogni ciclo di pilotaggio, in funzione della temperatura ambientale presente nell'ambiente circostante alla testina di stampa 11.

In particolare, secondo una modalità molto vantaggiosa, come si capirà meglio in seguito, la temperatura di stabilizzazione Ts viene ottenuta rilevando il valore della temperatura ambientale ed incrementando il valore così rilevato secondo una quantità predefinita, ad esempio 25 °C, per cui la temperatura di stabilizzazione Ts corrisponde sempre ad una sovratemperatura fissa rispetto alla temperatura ambientale.

Durante l'arco di evoluzione del ciclo di pilotaggio, tutti gli attuatori di eiezione 17, o almeno una parte di essi, sono pilotati con un segnale impulsivo dell'energia di pilotaggio Ep avente una frequenza fissa, indicativamente compresa fra 500 e 1000 Hz, mentre la durata, o larghezza, di ciascun impulso del segnale viene progressivamente incrementata a partire, come già detto, da un valore inferiore a quello necessario per determinare l'eiezione delle gocce.

L’aumento progressivo della larghezza dell'impulso dell’energia di pilotaggio Ep è realizzato mediante piccoli incrementi percentuali, pari al 1 2 %, per dare una certa gradualità alle variazioni dell'energia di pilotaggio Ep che intervengono durante l’evolversi del ciclo di pilotaggio.

In questo modo la testina di stampa 11 che, si ricorda, ha una risposta termica non istantanea ma condizionata da costanti termiche interne dipendenti dalla struttura della testina di stampa medesima, ha il tempo sufficiente per adeguare agevolmente le proprie condizioni termiche in seguito ad ogni variazione dell'energia di pilotaggio.

Inoltre, in questo modo, i valori dell’energia di pilotaggio Ep e dell’energia di retroazione Er, che sono fra loro correlati per mantenere la testina di stampa 11 alla temperatura di stabilizzazione Ts, possono essere rilevati con una buona precisione, durante l'intera evoluzione del ciclo di pilotaggio.

È chiaro che, durante l’evolversi del ciclo continuo di pilotaggio, il sistema di controllo termico predisposto nella testina di stampa 11 fa sì che le variazioni della quantità di calore dissipata nella testina di stampa 11 per mezzo degli attuatori di eiezione 17, a causa dei progressivo aumento dell'energia di pilotaggio Ep, vengano compensate da corrispondenti variazioni della quantità di calore dissipato nella testina di stampa 11 attraverso l’elemento termico di controllo 28, allo scopo di mantenere costante nel tempo la temperatura della testina di stampa 11.

Come si vedrà meglio in seguito, durante l'intero evolversi del ciclo continuo di pilotaggio ad eccezione della fase intermedia di eiezione instabile delle gocce 22, un incremento della quantità dell'energia di pilotaggio Ep alimentata nell'unità di tempo agli atuatori di eiezione 17 determina un corrispondente decremento della quantità di energia di retroazione Er alimentata all’elemento di controllo 28 durante la stessa unità di tempo.

Per meglio apprezzare le caratteristiche ed il modo di evolversi del ciclo continuo di pilotaggio sopra descrìtto, esso viene rappresentato nel diagramma di Fig. 6 indicando in ascissa le quantità dell'energia di pilotaggio Ep, progressivamente crescenti, erogate agli attuatori di eiezione 17, ed in ordinata le correlate quantità dell'energia di retroazione Er, erogate all'elemento termico di controllo 28, per mantenere la testina di stampa costantemente alla temperatura di stabilizzazione Ts durante l'evoluzione del ciclo di pilotaggio.

In questo modo si ottiene una caratteristica 50 che definisce pertanto la relazione sperimentale che lega, lungo l’evolversi di tale ciclo continuo di pilotaggio, le quantità dell’energia di pilotaggio Ep e dell’energia di retroazione Er, erogate nell'unità di tempo.

Chiaramente, dai momento che gli ugelli di eiezione 17 sono pilotati con un segnale impulsivo di ampiezza costante Ppmax ed una durata t1 degli impulsi progressivamente crescente, i tempi che definiscono la durata di questi impulsi risultano corrispondenti ai valori dell’energia di pilotaggio Ep e pertanto possono essere indicati in ascissa, al posto di questi ultimi, nel diagramma di Fig.6.

Parimenti, qualora l'energia di retroazione Er venga erogata mediante un segnale della potenza di retroazione Pr avente un andamento impulsivo, in ordinata i valori dell’energia di retroazione Er possono corrispondere ai ed essere quindi indicati con i tempi degli impulsi che costituiscono il segnale impulsivo della potenza di retroazione Er.

Per completezza il diagramma di Fig. 6 presenta in alto anche una linea 60 relativa alla temperatura di stabilizzazione Ts della testina di stampa 11, ed avente pertanto un andamento orizzontale per indicare che tale temperatura di stabilizzazione Ts non varia, nonostante

il progressivo incremento dell'energia di pilotaggio Ep.

Il metodo dell'invenzione prevede che, durante l'evolversi di questo ciclo di pilotaggio, le varie quantità fra loro correlate, rispettivamente dell’energia di pilotaggio Ep e ded'energia di retroazione Er, che definiscono la caratteristica 50 e che permettono di mantenere la testina 11 alla temperatura di stabilizzazione Ts, vengano acquisiti e memorizzati in una memoria dell’unità di controllo 31.

Nel dettaglio, la caratteristica 50 presenta un primo tratto o porzione 51 rettilineo, avente una pendenza costante ed estendetesi fra i punti P1 e P2. Questo tratto 51 corrisponde alla fase iniziale, a bassa energia di pilotaggio, durante la quale l’energia di pilotaggio Ep non è in grado di causare l'eiezione delle gocce 22, ed è pertanto inferiore alla soglia necessaria ad innescare l'ebollizione dell'inchiostro.

Lungo il tratto 51, l'energia di pilotaggio Ep e l’energia di retroazione Er, essendo entrambe in grado dì dissipare calore e quindi di riscaldare la testina di stampa 11, contribuiscono con rispettive quantità sostanzialmente equivalenti, anche se di segno opposto, al fine di mantenere costante la temperatura della testina di stampa 11. Ciò è anche facilmente comprensibile considerando che, se da una parte l'evolversi del ciclo di pilotaggio implica un incremento dell’energia di pilotaggio Ep fornita nell’unità di tempo, dall’altra parte il sistema di controllo termico della testina di stampa 11 reagisce automaticamente a tale incremento con un decremento dell’energia di retroazione Er erogata nella stessa unità di tempo,.

Pertanto le quantità dell’energia di pilotaggio Ep e dell’energia di retroazione Er che vengono alimentate fanno sì che inizialmente la caratteristica 50 segua una retta decrescente in corrispondenza della porzione 51, fino al manifestarsi dell’eiezione delle gocce 22 che corrisponde all’abbandono da parte della caratteristica 50 dell’andamento lineare.

Parimenti è facile capire che, qualora si impedisse forzatamente l'eiezione di gocce anche dopo il raggiungimento dell'energia di pilotaggio di soglia Eps, ad esempio tappando gli ugelli sull’esterno delia testina di stampa 11, non per questo la caratteristica 50 abbandonerebbe l’andamento lineare, ma proseguirebbe lungo il tratto 51', con la stessa precedente pendenza della porzione 51.

Infatti in questo ipotetico caso, nonostante il verificarsi deH’eboiiizione dell'inchiostro e cioè di una trasformazione energetica all'interno dell'inchiostro contenuto nella testina di stampa 11, tutta l'energia introdotta resterebbe localizzata all’interno della testina di stampa 11 senza subire sottrazioni, per infine degradarsi, dopo varie trasformazioni, in energia termica, per cui la relazione fra l'energia di pilotaggio Ep e l'energia di retroazione Er continuerebbe ad essere lineare lungo il tratto 51.

Al contrario, quando si manifesta l'eiezione delle gocce 22, una quota di energia lascia insieme con (e gocce 22 la testina di stampa 11, e dò non consente di mantenere una legge lineare fra l’energia di pilotaggio Ep e l’energia di retroazione Er.

Successivamente al tratto 51, la caratteristica 50 presenta una porzione curva 52, raccordata con il tratto rettilineo 51, avente una forma a flesso ed estendentesi dal punto P2 al punto P3, oltre il quale la caratteristica 50 riprende un andamento lineare lungo una porzione 53.

Questa porzione curva 52 comsponde alla fase intermedia del ddo di pilotaggio, all'inizio della quale si manifesta reiezione delle gocce di inchiostro 22 dagli ugelli 16 e nel corso della quale le gocce 22 vengono eiettate in modo instabile con un volume Voi variabile, in funzione della quantità di energia di pilotaggio Ep erogata.

II fatto che l'andamento assunto dalla caratteristica 50 lungo la porzione curva 52, dal punto P2 al punto P3, non sia istantaneo ma si sviluppi invece lungo un certo campo di variazione dell'energia di pilotaggio Ep, dipende sostanzialmente dalle due ragioni seguenti.

Per prima cosa, non in tutti gli ugelli l'ebollizione avviene al medesimo valore dell'energia di pilotaggio Ep, ma c’è sempre una certa dispersione, o "spread", come viene anche chiamato con terminologia inglese, fra un ugello e l’altro. Inoltre, la porzione 52 comsponde, come già detto, al trato iniziale 41 della carateristica energetica, rappresentata in Fig. 6, che presenta un andamento crescente del volume Voi delie gocce eiettate.

Le caratteristiche della porzione curva 52 possono essere meglio analizzate facendo riferimento alla sua derivata, costituita dalla curva 65 rappresentata nel diagramma di Fig. 5. Come si può vedere, il trato 52 presenta tre punti carateristici, due indicati con A e B corrispondenti ad un valore nullo della derivata 65, ed un terzo indicato con C corrispondente ad un valore massimo della derivata 65.

Questi punti A, B e C sono disposti in corrispondenza di alcune tipiche condizioni di funzionamento della testina di stampa 11. In particolare, con riferimento alla Fig. 5, il punto A corrisponde airincirca all’energia di soglia Eps necessaria per innescare l'eiezione delle gocce, il punto B corrisponde all’incirca all'energia di ginocchio Epg, mentre il punto C corrisponde ad un valore dell'energia di pilotaggio Ep intermedio fra quello di soglia Eps e quello di ginocchio Epg.

Pertanto la derivata 65 consente di determinare facilmente e con buona precisione i punti salienti della curva 40 di Fig. 5, che rappresenta la caratteristica operativa, tipica di ogni testina di stampa, di eiezione delle gocce.

In particolare, come già deto, è possibile, partendo dai punti salienti individuati lungo la curva 40, selezionare correttamente ed impostare il punto di lavoro energetico ottimale per la testina di stampa 11, ovvero il valore otimale dell’energia di pilotaggio che occorre erogare agli attuatori di eiezione per otenere un'eiezione stabile di gocce, sufficientemente lontano dalla zona critica di eiezione instabile delle gocce.

Una tale impostazione del punto di lavoro consente di compensare la dispersione con cui le testine di stampa sono fabbricate.

Come già detto, oltre il punto P3 disposto al termine della porzione 52, la carateristica 50 prosegue con la porzione 53, corrispondente alla fase ad elevata energia di pilotaggio, assumendo nuovamente un andamento lineare avente una pendenza simile a quella iniziale del trato 51.

in questo modo la caratteristica 50 continua, fino al punto P4, in modo sostanzialmente parallelo a quella porzione 51', che, come prima spiegato, si sarebbe ottenuta nell'ipotesi di mantenere forzatamente una condizione di assenza totale di eiezione di gocce lungo l'intero corso del ciclo continuo di pilotaggio.

In conformità al metodo dell'invenzione, è possibile ottenere dalla caratteristica 50 informazioni non solo in connessione ai punti salienti della curva 40, ovvero della caratteristica operativa dell'eiezione delle gocce tipica di ogni testina di stampa 11, ma anche altre informazioni riguardanti il volume delle gocce eiettate 22.

In particolare, dopo il completamento del ciclo continuo di pilotaggio per acquisire la caratteristica 50 che definisce la legge sperimentale di variazione dell'energia di retroazione Er in funzione dell'energia di pilotaggio Ep con la testina di stampa 11 mantenuta alla temperatura di stabilizzazione Ts, il metodo dell’invenzione mette in relazione lo sposizionamento, nell'ambito del diagramma di Fig. 6, fra le porzioni lineari 51 e 53 della caratteristica 50 così acquisita, con il fenomeno dell’eiezione delle gocce, allo scopo di ottenere da tale sposizionamento un’informazione sul volume Voi delle gocce 22 eiettate dalla testina di stampa 11.

Più specificatamente, le due porzioni 51 e 53 con i rispettivi prolungamenti vengono confrontate Cuna con l'altra per definire un termine, indicato con AEp, indicativo dell'incremento della quantità del'energia di pilotaggio Ep che occorre fornire agli attuatori di eiezione 17, a parità di quantità dissipata di energia di retroazione Er, quando si passa dalla fase di non eiezione a quella di eiezione stabile delle gocce 22.

Come si può osservare in Fig. 6, questo termine ΔΕρ assume un valore sostanzialmente costante per ciascuna caratteristica 50, corrispondente ad una data testina di stampa 11, e viene determinato, ad esempio, intersecando le porzioni di estremità 51 e 53 della caratteristica 50 o i rispettivi prolungamenti con una retta parallela all'asse delle ascisse, relativo all’energia di pilotaggio Ep.

Si noti anche che, essendo le due porzioni 51 e 53 sostanzialmente parallele fra loro, il valore del termine ΔΕρ può essere determinato in corrispondenza di vari livelli dell’energia di retroazione Er.

Si ritiene comunque preferibile effettuare la determinazione del termine ΔΕρ lungo la parte centrale della caratteristica 50, comprendente la porzione intermedia 52 ed i tratti, lateralmente adiacenti ad essa, delle porzioni 51 e 53.

Infine il termine ΔΕρ così ricavato viene processato per ottenere un'informazione sul volume Voi delle gocce dettate.

In particolare, secondo un calcolo che non deve essere considerato come esclusivo ma solo come uno dei possibili modi per risalire al volume Voi delle gocce eiettate 22 partendo dal termine ΔΕρ, quest’ultimo viene moltiplicato per un termine costante, fissato a priori e che verrà meglio analizzato in seguito.

Possibili varianti ancora rientranti nel’ambito dell'Invenzione

Naturalmente modifiche e perfezionamenti possono essere apportati al metodo fin qui descrìtto, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione.

Ad esempio, secondo una prima variante, il ciclo continuo di pilotaggio, che è alla base del metodo dell'invenzione, può evolversi anche in un senso contrario rispetto a quello prima descrìtto, ovvero erogando agli attuatorì di dezione 17, nell'unità di tempo, una quantità di energia di pilotaggio Ep progressivamente decrescente, in modo tale che la testina di stampa 11 all'inizio operi nella condizione di eiezione stabile delle gocce, e successivamente acceda alla condizione di assenza di eiezione delle gocce, attraversando la zona di eiezione instabile delle gocce.

A questo riguardo si precisa che, per semplicità, la presente descrizione ha esaminato in dettaglio solo il primo caso, relativo al ciclo di pilotaggio evolvetesi con una energia di pilotaggio crescente, essendo comunque chiaro che quanto descrìtto può essere anche riferito al ciclo di pilotaggio ad energia decrescente.

Inoltre, in base ad una seconda variante, anche gli attuatori di eiezione 17 possono essere utilizzati allo scopo di mantenere costante la temperatura della testina di stampa 11 durante lo svolgimento del ciclo continuo di pilotaggio, in alternativa a o in combinazione con l'impiego dell'elemento termico di controllo 29.

Ad esempio, gli attuatori di eiezione 17 possono essere pilotati durante fasi che si alternano nel tempo, o con un primo segnale impulsivo diretto ad alimentare gli attuatori di eiezione 17 con una energia di pilotaggio Ep progressivamente variabile in modo prefissato conformemente al ciclo continuo di pilotaggio prima descritto, o con un secondo segnale, ancora di tipo impulsivo, diretto a mantenere costantemente la testina di stampa 11 alla temperatura di stabilizzazione Ts durante l’evolversi del ddo continuo di pilotaggio.

In particolare questo secondo segnale dell'energia di pilotaggio Ep, che si alterna con il primo, è condizionato dalla temperatura rilevata dal sensore 28, e può essere costituito da impulsi brevi, anche chiamati in inglese “short pulses”, tali da non far raggiungere all’inchiostro il punto di ebollizione.

Ancora, nell'ambito di una terza variante, una prima parte degli attuatori di eiezione 17 viene pilotata in modo progressivo e prefissato conformemente al ddo continuo di pilotaggio affinché la testina di stampa passi dalla condizione di non eiezione delle gocce, alla condizione di eiezione stabile delle gocce; mentre una seconda parte, diversa dalla prima, degli attuatori di eiezione è adibita a tenere sotto controllo la temperatura della testina di stampa durante l'evoluzione del cido continuo di pilotaggio.

In questo caso, utilmente la caratteristica 50 può essere definita in forma normalizzata, in modo che si riferisca ad un solo attuatore di eiezione 17, dividendo la quantità globalmente erogata di energia di pilotaggio Ep e la quantità globalmente erogata di energia di retroazione Er per il numero di attuatori di eiezione 17 appartenenti rispettivamente alla prima ed alla seconda parte.

Ulteriori considerazioni ed analisi teorica del metodo dell’invenzione

Il metodo dell’invenzione verrà ulteriormente analizzato ed approfondito nel seguito sotto l’aspetto teorico, mediante il supporto di formule matematiche, allo scopo di consentire una migliore comprensione delle caratteristiche del metodo e dei principi teorici che sono alla base di esso.

In primo luogo, la soluzione, proposta dal presente metodo, di mettere in rapporto io sposizionamento rilevato sperimentalmente fra le due porzioni 51 e 53 della caratteristica 50 con il volume effettivo Voi delle gocce eiettate trova un riscontro ed una conferma sperimentale nell’osservazione che le due porzioni 51 e 53, corrispondenti rispettivamente alla fase di non eiezione ed a quella di eiezione stabile delle gocce 22, hanno entrambe un andamento sostanzialmente lineare, come mostrato nel diagramma di Fig.6.

Inoltre (a correlazione, implicita nel presente metodo, fra il termine ΔΕρ, ottenuto sperimentalmente attraverso l'acquisizione della caratteristica 50, e le grandezze che governano il fenomeno dell’eiezione delle gocce, può essere più efficacemente apprezzata analizzando da vicino il funzionamento delia testina di stampa 11 nella condizione normale di eiezione delle gocce.

A questo scopo si ricorda innanzitutto che la caratteristica 50 abbandona ad un certo punto l'andamento sostanzialmente lineare, che aveva inizialmente lungo la porzione 51, quando, a causa del manifestarsi dell’eiezione delle gocce, il sistema fisico, localizzato all'interno della testina di stampa e nell’ambito del quale il fenomeno dell'eiezione delle gocce si sviluppa, è soggetto ad una sottrazione di energia.

Nella condizione normale di funzionamento della testina 11 per elettane le gocce

di inchiostro 22, l’inchiostro fluisce verso la zona degli attuatoli di eiezione 17, provenendo dalla riserva 13, che è alla temperatura ambiente Ta.

L’inchiostro, quando arriva in prossimità del substrato 21 di silicio, lo lambisce lentamente, prima nella parte posteriore affacciata sulla riserva 13, e poi lungo l’asola 26 ed i canali di adduzione alle varie camere 24, in modo da avvicinarsi progressivamente agli ugelli di eiezione 17.

Pertanto l'inchiostro, lungo il percorso verso gli attuatori di eiezione 17 e nel lambire il substrato 21, si riscalda progressivamente sottraendo calore al substrato 21, per cui l’inchiostro, nel momento in cui finalmente raggiunge gli attuatori di eiezione 17, ha ormai acquisito la stessa temperatura Ts del substrato 21.

In questo modo, come già sottolineato, l’inchiostro, quando viene eiettato verso l'esterno dagli ugelli 16 sotto forma di una goccia 22, sottrae una certa quantità di energia al sistema fisico definito all'interno alla testina di stampa.

Ne consegue anche che il sistema di controllo della temperatura, predisposto nella testina di stampa 11, è costretto ad intervenire continuamente per compensare la quantità di calore sottratta dall’eiezione deile gocce 22, al fine di mantenere nel tempo la testina di stampa 11 alla temperatura prefissata Ts costante.

Quantitativamente, l’energia totale sottratta Et, a causa dell'eiezione di n gocce, è data da:

(fi)

dove:

Ts = temperatura prefissata di stabilizzazione;

Ta = temperatura dell’ambiente:

Mg = massa della goccia;

Cs = calore specifico del'inchiostro (pari a circa 4186 J/Kg*°C);

Ug = velocità della goccia;

n - numero di gocce;

Es = energia sottratta dall'eiezione di una singola goocia.

Il primo termine della formula (f1) definisce l’energia termica sottratta con l'eiezione delle gocce, mentre il secondo termine definisce l’energia cinetica delle gocce eiettate.

Si noti anche come, elidendo nella formula (f1) il termine n, si ottenga l’energia Es sottratta da ogni goccia 22.

Ora, sostituendo nella (f1) i valori numerici che mediamente si riscontrano nella realtà, si constata che il secondo termine, essendo all'indrca 1000 volte più piccolo, è trascurabile rispetto al primo.

Quindi, facendo corrispondere l'energia Es, sottratta da ogni goccia eiettata, al termine ΔΕρ, misurato sperimentalmente sulla base della caratteristica 50 e definente l'incremento della quantità di energia di pilotaggio Ep dalla fase di non eiezione a quella di eiezione delle gocce, nell’ipotesi di uguale quantità dell’energia di retroazione Er, si perviene alla seguente espressione che lega il volume Voi deila goccia al termine misurato AEp :

(f2)

dove Ps indica il peso specifico dell’inchiostro, e ΔΤ = (Ts - Ta).

La formula (f2) definisce in termini quantitativi la relazione fra il volume Voi ed il termine ΔΕρ , ed inoltre fornisce una conferma teorica all’opportunità di impostare il sistema di controllo della temperatura della testina di stampa 11 in maniera che quest ultima sia mantenuta nel tempo ad un valore stabile di sovratemperatura (ad esempio 25°C) rispetto alla temperatura ambiènte. Infatti in questo modo il denominatore dell’espressione (f2) diventa costante, e conseguentemente il dato di volume risulta ìndipendente da ogni misurazione o valore di temperatura, ovvero :

(f3)

dove K è una costante che definisce una relazione di proporzionalità del termine ΔΕρ, espresso in microjoule (pj), con il volume della goccia, espresso in picolitri (pi).

Ad esempio supponendo che ΔΤ = 25°C, e che Cs e Ps si riferiscano ad un inchiostro con caratteristiche simili all’acqua, K assume un valore pari circa a 10.

La (f3) costituisce un'espressione molto semplice che giustifica teoricamente la soluzione, indicata dal metodo dell’invenzione, di ottenere un’informazione sul volume Voi della goccia 22 partendo dal termine AEp rilevato mediante l'acquisizione della caratteristica 50, in particolare moltiplicando molto semplicemente per un valore costante tale termine ΔΕρ.

Si procederà ora ad approfondire il modo in cui, nel concreto, è possibile ricavare con sufficiente precisione il valore del termine ΔΕρ da introdurre nella formula (f3) per ottenere il volume Voi. In particolare tutta la trattazione verrà condotta supponendo che sia l'energia di pilotaggio Ep, sia fenergia di retroazione Er vengano erogate in modo impulsivo, ovvero mediante una successione di impulsi, dall'unità di controllo 31 adibita a governare il funzionamento della testina di stampa 11.

A questo scopo, per prima cosa, si indica nel seguito la formula generale che definisce l’energia E erogata ad ogni impulso ad un generico resistore, costituente ad esempio un attuatore di eiezione 17 :

(f4)

dove Pmax definisce l'ampiezza di ogni impulso, ovvero la potenza massima o dì picco con cui il resistore è pilotato in corrispondenza di ciascun impulso, e corrisponde ad esempio al valore Ppmax indicato in Fig. 4; tp è il tempo di pilotaggio, cioè la durata di ogni impulso, e corrisponde ad esempio al tempo t1 indicato in Fig. 4; R è il valore, normalmente espresso in Ohm, della resistenza tipica del resistore; ed infine I è la corrente che transita nel resistore.

La formula (f4) evidenzia chiaramente la dipendenza della potenza Pmax da grandezze non note a priori, ed aventi valori che possono essere conosciuti con precisione solo attraverso una rilevazione sperimentale.

In dettaglio, nella formula (f4), solo il tempo tp è perfettamente conosciuto, essendo determinato direttamente dal microprocessore del circuito di controllo 31, mentre le altre due grandezze, ovvero R e i, non sono note nel loro valore effettivo.

In particolare la resistenza R è una grandezza che dipende dalla testina, e della quale si conosce certamente il valore nominale, perché è un dato di progetto, ma non il valore effettivo per ogni singola testina, essendo le varie testine soggette ad una dispersione dovuta alle tolleranze con cui esse sono fabbricata.

Inoltre, per quanto riguarda la corrente I, essa è data da :

dove V è la tensione di pilotaggio, e Rs è la resistenza complessiva dei componenti di pilotaggio disposti in serie alla resistenza R, cioè al resistere che costituisce l’attuatore di eiezione 17.

Quindi in questo caso le grandezze, non note o almeno non esattamente conosciute, che occorre misurare sperimentalmente, allo scopo di determinare con esattezza la corrente I, sono addirittura tre: la tensione V di alimentazione, la resistenza R, e la resistenza Rs in serie costituita dai componenti di pilotaggio della testina.

In sintesi (a potenza massima Pmax che alimenta ad ogni impulso un generico resistere di resistenza R è definita dalla seguente formula :

(f5)

Ora, come è facile rendersi conto osservando la formula (f5), una soluzione diretta

a determinare (a potenza Pmax, partendo dalla misura delle singole grandezze che la definiscono, presenta almeno potenzialmente rilevanti difficoltà di realizzazione.

In particolare queste difficoltà da una parte dipendono dal numero abbastanza elevato delle grandezze da misurare, e da un’altra parte sono legate al fatto che alcune di queste grandezze non appaiono come facilmente misurabili in modo sperimentale, anche nell'ipotesi di predisporre specifici dispositivi ed opportune modalità di misura all'interno della stampante a getto d’inchiostro.

È quindi opportuno approntare una soluzione che consenta di arrivare ad una valutazione complessiva e sufficientemente precisa della potenza massima Pmax, evitando una misura puntuale delle grandezze che la definiscono.

Infatti, solo in questo modo sarà possibile determinare sia la potenza di pilotaggio Pp, sia la potenza di retroazione Pr, e corrispondentemente le quantità di energia di pilotaggio Ep e di energia di retroazione Er che definiscono la caratteristica sperimentale 50, senza ricorrere ad una misura sperimentale delle varie grandezze che concorrono a definire le potenze Pp e Pr.

Un esempio possibile di soluzione verrà ora descritto ed analizzato, facendo l'ipotesi che il sistema di controllo termico, anche chiamato con il termine inglese "feedback" ed avente il compito di tenere costantemente sotto controllo la temperatura all'interno delia testina di stampa 11, sia basato, come già detto in relazione ad una variante, sull'impiego di elementi riscaldanti costituiti da un certo numero di attuatoti di eiezione 17 associati con gli ugelli 16, e non utilizzi altri elementi riscaldanti aggiuntivi.

In dettaglio questi attuatori di eiezione 17 utilizzati dal sistema di controllo termico alternano un primo funzionamento, allo scopo di mantenere la testina di stampa 11 alla temperatura di stabilizzazione Ts, durante il quale gli attuatori di eiezione 17 sono pilotati con impulsi brevi, o "short puises", che da soli non sono in grado di far raggiungere all'inchiostro il punto di ebollizione; ed un secondo funzionamento durante il quale gli stessi attuatori di eiezione 17 sono pilotati sempre in forma impulsiva ma progressivamente, secondo la legge predefinita di evoluzione del ciclo continuo di pilotaggio, in modo tale da attivare con gradualità l'eiezione delle gocce.

Sia la potenza di pilotaggio Pp, sia la potenza di retroazione Pr erogate all'inizio e durante l'evolversi del ciclo continuo di pilotaggio possono essere espresse con la seguente formula :

(f6)

dove Pmed è la potenza media, riferibile sia alla potenza di pilotaggio Pp e sia alla potenza di retroazione Pr, che si suppone essere erogata in modo continuativo e costante durante un ciclo del rispettivo segnale della potenza di pilotaggio o della potenza di retroazione;

Pmax è, come già detto, la potenza massima, riferibile sia alla potenza di pilotaggio e sia alla potenza di retroazione, che si verifica ad ogni impulso del rispettivo segnale;

tp è, come già definito, la durata di ciascun impulso; e

f è la frequenza degli impulsi che formano sia il segnale periodico della potenza di pilotaggio Pp, sia il segnale periodico della potenza di retroazione Pr.

Si noti come il prodotto tp*f definisca la percentuale di tempo, o duty cucyde, in cui il segnale o della potenza di pilotaggio Pp o della potenza di retroazione Pr è alto, cioè pari a Pmax All'inizio si effettua l'operazione di rilevare la temperatura ambiente Ta, e si imposta il valore della temperatura di stabilizzazione Ts della testina di stampa in modo che corrisponda ad un incremento, o sovratemperatura, ΔΤ prefissato e costante rispetto alla temperatura ambiente Ta rilevata.

Successivamente, ancora in condizione di erogazione nulla dell'energia di pilotaggio Ep, l'unità di controllo 31 effettua tutte le operazioni di taratura preliminari e di attivazione del feedback termico, in modo da portare e tenere stabilmente la testina di stampa 11 alla sovratemperatura ΔΤ.

La potenza media di retroazione Prmed(o) erogata durante questa fase iniziale, in relazione a ciascun attuatore di eiezione 17 utilizzato dal feedback termico, allo scopo di mantenere la testina di stampa alla sovratemperatura ΔΤ, è pertanto definita dalla seguente formula :

(f 7)

dove tp(o) e f(o) sono rispettivamente la durata di ogni impulso e la frequenza degli impulsi del segnale della potenza di retroazione Pr, così come sono definiti inizialmente dal feedback termico. Pertanto il prodotto tp(o) · f(o) indica il duty cycle, impostato dall'unità di controllo 31, che è necessario per mantenere all'inizio la testina di stampa 11 alla sovratemperatura ΔΤ.

I termini presenti nel secondo membro della formula (f 7) sono tutti conosciuti, con l’eccezione della potenza Pmax, in quanto essi sono definiti dall'unità di controllo 31 come sopra spiegato.

Pertanto la sola fòrmula (f7), essendo sconosciuto il valore di Pmax, non consente di calcolare il valore della potenza media di retroazione Prmed(o) nella condizione iniziale di energia di pilotaggio Pp nulla e di assenza di eiezione di gocce, quando il ciclo continuo di pilotaggio deve ancora iniziare.

È però possibile determinare tale potenza media di retroazione iniziale Prmed(o) mediante la seguente semplice relazione:

(f8)

dove Θ è la resistenza termica della testina di stampa 11, quando è in condizioni di assenza di eiezione di gocce, e ΔΤ è la sovratemperatura rispeto alla temperatura ambientale Ta a cui la testina di stampa 11 viene mantenuta dal feedback termico.

Si fa notare che la (fB) è una equazione del tipo descrìvente quantitativamente il fenomeno dello scambio di calore che avviene in quella zona della testina termica prevista per essere costantemente mantenuta alla sovratemperatura ΔΤ.

Θ è un dato che deve essere considerato come noto, poiché esso può essere ricavato con molta precisione in laboratorio ed inoltre non soffre di potenziali e significative variazioni, sia per il fato che la sovratemperatura ΔΤ impostata è una costante, sia per il fato che le superfici della parte frontale della testina di stampa interessate da uno scambio termico, anteriormente verso l’ambiente esterno e posteriormente verso l'inchiostro, non sono soggete a dispersioni costrutive significative.

Infatti la precisione di fabbricazione delle testine di stampa è tale da non implicare in genere significative variazioni percentuali delle dimensioni di queste superfici dì scambio, anche per il fatto che esse non sono cosi piccole come altre parti della testina di stampa.

Riassumendo, prima che il ciclo continuo di pilotaggio inizi e dopo che l'unità di controllo 31 ha effetuato tute le operazioni di taratura preliminari e di attivazione del feedback termico, è possibile, mediante (a formula (f8), determinare con buona precisione la potenza iniziale di retroazione Prmed(o).

Pertanto, partendo dalla potenza media iniziale di retroazione Prmed(o) così calcolata, si può otenere la potenza Pmax che compare nella formula (f7), ovvero:

(f8)

Infatti, come già precisato, i tempi che definiscono in durata e frequenza gli impulsi costituenti il segnale della potenza di retroazione Pr sono totalmente noti in quanto impostati o calcolati dall'unità di controllo 31 che governa il funzionamento della testina di stampa 11.

In questo modo, si calcola il valore della potenza Pmax che, si ricorda, è riferibile non solo alla potenza di retroazione Pr ma anche alla potenza di pilotaggio Pp, dal momento che gli stessi attuatori di attuatori di eiezione sono previsti per essere alimentati in forma impulsiva o con la potenza di pilotaggio Pp, o con la potenza di retroazione Pr.

Ne consegue anche che, una volta acquisito il valore della potenza Pmax, è possibile definire nel diagramma di Fig. 6 il punto iniziale P1 o almeno la zona iniziale della caratteristica 50, conrispondente alla situazione in cui la quantità di energia di pilotaggio Ep erogata è nulla o bassa, e comunque tale da non provocare reiezione delle gocce 22.

Successivamente, si svolge il ciclo continuo di pilotaggio, durante il quale l'unità di controllo 31 da una parte interviene per adeguare automaticamente la frequenza degli impulsi brevi, oppure, nell'ipotesi di operare a frequenza fissa, la loro durata, in modo da mantenere ne) tempo la testina di stampa alla sovratemperatura ΔΤ raggiunta all'inizio, mentre da un'altra parte l'unità di controllo 31 interviene per alimentare la testina di stampa 31 con quantità progressivamente crescenti dell'energia di pilotaggio Pp affinché la testina di stampa 31 passi con gradualità dalla condizione di assenza di eiezione di gocce alla condizione di eiezione stabile di gocce.

Come già detto, queste quantità delle energie Ep e Er sono fatte variare durante l'evoluzione del ciclo continuo di pilotaggio modificando determinati parametri dei rispettivi segnali, in particolare variando la durata degli impulsi che costituiscono i segnali della potenza di pilotaggio Pp e della potenza di retroazione Pr.

Ora, essendo definito il punto iniziale della caratteristica 50, anche i punti successivi della caratteristica 50, corrispondenti a quantità progressive dellenergia di pilotaggio Ep, risultano definiti in modo certo durante l'evoluzione del ciclo continuo di pilotaggio.

Ad esempio questi punti successivi possono essere definiti con la formula Ep = Pmax * t1, dove t1 (Fig. 4) è (a durata, variabile progressivamente, degli impulsi del segnale della potenza di pilotaggio Pp.

In generale i punti della caratteristica 50 risultano definiti dai valori progressivi del parametro, tipicamente la durata o la frequenza degli impulsi, che viene fatto variare per incrementare progressivamente in modo prefissato la quantità dell'energia di pilotaggio Ep, e dai corrispondenti valori del parametro, ad esempio la durata degli short pulses, che viene fatto variare, in relazione allenergia di retroazione Er, per mantenere la testina alla temperatura di stabilizzazione Ts impostata, e quindi alla sovratemperatura predefinita ΔΤ.

In questo modo tutti i punti della caratteristica 50 vengono definiti in modo certo e univoco, per cui la caratteristica 50 può essere acquisita e processata allo scopo di calcolare il termine ΔΕρ, da introdurre a sua volta nella formula (3) per determinare il volume Voi delle gocce eiettate.

Pertanto è chiaro come la soluzione sopra presentata consenta di determinare complessivamente i punti della caratteristica (50), e quindi di ottenere il termine ΔΕρ da introdurre nella formula (f3) allo scopo di calcolare il volume Voi delle gocce, in modo preciso ed affidabile, in particolare senza la necessità di effettuare una misura diretta delle grandezze che concorrono, singolarmente, a definire l'energia di pilotaggio Ep e l'energia di retroazione Er.

Esempio di applicazione del metodo dell'invenzione per impostare in modo automatico le modalità di stampa

il presente metodo può essere utilmente impiegato in varie forme neH’ambito della tecnologia della stampa a getto d’inchiostro di tipo termico, e ad esempio può supportare alcune rilevanti e vantaggiose prestazioni, quale ad esempio quella di adeguare in modo automatico (e modalità che govemano le operazioni di stampa effettuate dalla stampante 10, sia quando stampa in bianco e nero, sia quando stampa a colorì, così da ottenere una qualità di stampa sempre ottimale in tutte le condizioni.

Infatti, partendo dalla determinazione dell’effettivo valore del volume delle gocce eiettate, il sistema che gestisce la stampante 10 può risalire alle dimensioni dei punti stampati, e corrispondentemente dare le opportune informazioni affinché il driver di stampa calibri in modo ottimale i parametri di stampa, in particulare le modalità di distribuzione e di diffusione, il cosiddetto “dithering”, dei punti stampati sul foglio di carta.

Il volume od i volumi delle gocce eiettate dalle testine termiche a getto d’inchiostro, che sono montate sulla stampante 10, possono, una volta accertati, essere memorizzati in qualunque modo noto, affinché siano disponibili per il driver di stampa installato sul calcolatore che gestisce la stampante, quando il driver di stampa medesimo li richiederà.

Lo schema a blocchi di Fig. 7 illustra il modo di operare del driver di stampa per gestire la qualità di stampa, ed in particolare per definire in maniera completamente automatica le impostazioni ottimali di stampa in una stampante a getto d’inchiostro, partendo da un'informazione 90, ricavata mediante il presente metodo, relativa al volume delle gocce eiettate da una o più testine di stampa, sia del tipo in bianco e nero e sia del tipo a colori, montate sulla stampante medesima.

Appare chiaro da questo schema che l'informazione 90 ottenuta con il metodo della presente invenzione coopera con le altre informazioni gestite dal driver di stampa per consentire migliori prestazioni nella realizzazione di stampe sia in bianco e nero che a colorì aventi una elevata qualità.

In dettaglio il driver di stampa determina, in funzione del volume delle gocce eiettate, il numero ottimale delle gocce che devono essere impiegate per coprire una certa area del supporto di stampa, oppure per formare un punto elementare dell'immagine riprodotta sul supporto di stampa, tenendo conto che, in linea generale ai fini di una stampa ottimale, quanto più il volume delle gocce è ridotto tanto maggiore è il numero di gocce che devono essere utilizzate, mentre quanto più il volume delle gocce è elevato tanto minore è il numero di gocce necessarie per la stampa.

Resta inteso che ai metodo per rilevare il volume delle gocce eiettate da una testina di stampa termica a getto d'inchiostro, come pure alla stampante a getto d’inchiostro atta a realizzare tale metodo, fin qui descritti, possono apportarsi modifiche e/o perfezionamenti, senza per questo uscire dal’ambito della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 - Metodo per la rilevazione del volume (Voi) delle gocce (22) di inchiostro eiettate da una testina di stampa termica (11) a getto d’inchiostro, detta testina di stampa (11) essendo provvista di uno o più attuatori di eiezione (17) atti ad attivare l'eiezione di dete gocce (22), ed essendo inoltre associata con un sistema di controllo termico (31, 29, 28; 31, 17) del tipo a retroazione atto a tenere soto controllo la temperatura interna di detta testina di stampa (11), comprendente le seguenti fasi: sottoporre detta testina di stampa termica (11) a geto d'inchiostro ad un ciclo continuo di pilotaggio evolventesi fra una prima condizione di assenza di eiezione di gocce da parte di detta testina di stampa (11), ed una seconda condizione di eiezione stabile di gocce, a volume sostanzialmente costante, da parte della stessa testina di stampa (11), in cui durante detto ciclo continuo di pilotaggio un determinato numero di detti atuatori di eiezione (17) sono pilotati con una energia di pilotaggio (Ep) progressivamente variabile in modo prefissato, mentre corrispondentemente deto sistema di controllo termico (31, 29, 28; 31, 17) dissipa in detta testina di stampa (11) una energia di retroazione (Er) tale da mantenerla ad una temperatura di stabilizzazione (Ts) sostanzialmente costante nonostante il variare di detta energia di pilotaggio (Ep); acquisire una carateristica (50) definente la correlazione, durante l'evolversi di detto ciclo continuo di pilotaggio, fra le quantità di energia di pilotaggio (Ep) progressivamente erogate in modo prefissato agli attuatori di eiezione (17) e le corrispondenti quantità di energia di retroazione (Er) dissipate da deto sistema termico di controllo (29) in deta testina di stampa (11) per mantenerla alla temperatura di stabilizzazione (Ts), e confrontare reciprocamente una prima (51) ed una seconda porzione (53) di estremità di detta carateristica (50), corrispondenti rispettivamente a detta prima condizione di assenza di eiezione di gocce e a detta seconda condizione di eiezione stabile di gocce, allo scopo di otenere un’informazione sul volume effettivo (Voi) delle gocce (22) che vengono eiettate da detta testina di stampa (11) in detta seconda condizione di eiezione stabile di gocce. 2 - Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di confrontare dette porzioni (51, 53) di estremità di detta caratteristica (50) comprende le seguenti sottofasi: rilevare uno scostamento (ΔΕρ) fra detta prima (51) e detta seconda porzione (53) di detta caratteristica (50), e calcolare, sulla base di detto scostamento (AEp), detto volume effettivo (Voi) delle gocce (22) che vengono eiettate in modo stabile da detta testina di stampa (11). 3 - Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detto scostamento (AEp) è definito dall'incremento della quantità di energia di pilotaggio (Ep), erogata agli attuatori di eiezione (17), che intercorre fra un primo punto appartenente alla prima porzione (51) di detta caratteristica o al relativo prolungamento, ed un secondo punto appartenente alla seconda porzione (53) di detta caratteristica o al relativo prolungamento, in cui detto primo e detto secondo punto sono selezionati in modo da corrispondere ad una identica quantità dell’energia di retroazione (Er) dissipata da detto sistema di controllo termico (31, 28, 29; 31, 17). 4 - Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detta fase di calcolare comprende la moltiplicazione di detto scostamento (AEp) per un coefficiente costante (K). 5 - Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detta energia di pilotaggio (Ep) e detta energia di retroazione (Er) vengono erogate mediante un rispettivo segnale avente un andamento impulsivo. 6 - Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta energia di pilotaggio (Ep) varia in conformità ad un senso crescente durante detto ciclo continuo di pilotaggio, per cui quest’ultimo si evolve da detta prima condizione corrispondente all’assenza di eiezione di gocce, a detta seconda condizione corrispondente all'eiezione stabile di gocce. 7 - Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detto sistema di controllo termico (31, 28, 29) comprende un sensore di temperatura (28) atto a rilevare la temperatura di detta testina di stampa (11), ed almeno un elemento termico di controllo (29) atto ad essere condizionato retroattivamente da detto sensore di temperatura (28) per dissipare in detta testina di stampa (11) detta energia di retroazione (Er), così da mantenere costantemente detta testina di stampa (11) a detta temperatura di stabilizzazione (Ts). 8 - Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detto sensore di temperatura (28) e detto elemento termico di controllo (29) sono materialmente la stessa cosa e sono realizzati con un resistore integrato in detta testina di stampa (11) a getto d'inchiostro, in cui detto resistore opera sia per rilevare la temperatura di detta testina di stampa (11), sia per dissipare in quest'ultima detta energia di retroazione (Er). 9 - Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto sistema di controllo termico (31, 17) comprende, quale elemento termico di controllo, almeno una parte degli attuatori di eiezione (17) di detta testina di stampa (11). 10 - Metodo secondo (a rivendicazione 9, in cui l’attuatore o gli attuatori appartenenti a detto sistema di controllo termico (31, 17) operano alternativamente, durante revolverai di detto ciclo continuo di pilotaggio, o per dissipare detta energia di retroazione (Er) in detta testina di stampa (11), allo scopo di mantenerla a detta temperatura di stabilizzazione (Ts), oppure per ricevere detta energia di pilotaggio (Ep) progressivamente variabile in modo prefissato. 11 - Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui l'ttuatore o gli attuatori di eiezione (17) appartenenti a detto sistema di controllo termico (31, 17) sono distinti da quello o da quelli che vengono alimentati con detta energia di pilotaggio (Ep) progressivamente variabile in modo prefissato durante l'evoluzione di detto ciclo continuo di pilotaggio. 12 - Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato da dò che comprende ulteriormente le seguenti fasi: rilevare inizialmente il valore della temperatura ambientale (Ta) presente nell’ambiente arcostante alla testina di stampa (11), incrementare il valore rilevato della temperatura ambientale secondo una quantità prefissata (ΔΤ) per ottenere un valore incrementato di temperatura, impostare per detta temperatura di stabilizzazione (Ts) detto valore incrementato di temperatura, per cui la temperatura di stabilizzazione (Ts) impostata corrisponde ad una sovratemperatura prefissata (ΔΤ) rispetto alla temperatura ambientale (Ta). 13 - Metodo secondo la rivendicazione 12, in quanto dipendente dalla 2, in cui, durante l'evoluzione di detto ciclo continuo di pilotaggio, una prima parte di detti uno o più attuatori di eiezione (17) di detta testina di stampa (11) sono alimentati con detta energia di pilotaggio (Ep) progressivamente variabile in modo prefissato, ed una seconda parte di detti uno o più attuatori di eiezione (17) sono alimentati, in quanto appartenenti a detto sistema di controllo termico (31, 17), con detta energia di retroazione (Er) al fine di mantenere la testina di stampa (11) alla sovratemperatura prefissata (ΔΤ), ed in cui inoltre sia la potenza di pilotaggio (Pp) corrispondente a detta energia di pilotaggio (Ep) e sia la potenza di retroazione (Pr) corrispondente a detta energia di retroazione (Er) sono erogate agli attuatori di eiezione (17) mediante rispettivi segnali periodici costituiti da una pluralità di impulsi, entrambi detti segnali essendo definiti, in relazione a ciascuno attuatore di eiezione (17) utilizzato nell'ambito di detto ciclo continuo di pilotaggio, da una formula comune del tipo Pmed = Pmax * tp * f, dove Pmed è la potenza media, riferibile sia alla potenza di pilotaggio (Pp) e sia alla potenza di retroazione (Pr), che viene ipoteticamente erogata in modo continuativo e costante durante detti segnali, Pmax è la potenza massima, riferibile sia alla potenza di pilotaggio e sia alla potenza di retroazione ed avente un valore costante, che definisce l'ampiezza di ciascun impulso di detti segnali, tp è la durata di ciascuno degli impulsi costituenti detti segnali, e f è la frequenza nel tempo di detti impulsi, per cui il prodotto tp * f corrisponde alla percentuale di tempo in cui detti segnali sono alla potenza massima Pmax, il metodo comprendendo le seguenti fasi : determinare la potenza media iniziale di retroazione Prmed(o) necessaria per mantenere, in condizione di potenza di pilotaggio nulla e quindi anche di assenza di eiezione di gocce, la testina di stampa (11) a detta sovratemperatura (ΔΤ) rispetto alia temperatura ambientale (Ta), utilizzando una formula del tipo Prmed(o) = ΔΤ/Θ , dove ΔΤ è detta sovratemperatura, e Θ è un coefficiente tipico di ogni modello di testina termica a getto d’inchiostro, dipendente essenzialmente dalle proprietà di conducibilità termica della zona della testina di stampa termica (11) a getto d'inchiostro nella quale si sviluppa il fenomeno dell'eiezione di dette gocce (22), detto coefficiente Θ essendo preferibilmente predefinito in modo sperimentale; calcolare la potenza massima Pmax relativa al segnale impulsivo di detta potenza di retroazione (Pr) mediante una formula del tipo Pmax = Pnmed(o) / (tp(o) * f(o)), dove Prmed(o) è la potenza media iniziale di retroazione calcolata con la formula precedente, e tp(o) e f(o) sono rispettivamente la durata e la frequenza degli impulsi, determinati dal sistema di controllo termico (31, 17), del segnale della potenza di retroazione (Pr), che sono necessari per mantenere inizialmente la testina di stampa (11) a detta sovratemperatura (ΔΤ), in condizione di assenza di erogazione di potenza di pilotaggio (Pp), e ricavare le quantità di energia di pilotaggio Ep che vengono erogate durante l'evolversi di detto ciclo continuo di pilotaggio mediante una formula del tipo Ep = Pmax * t1, dove Pmax è la potenza precedentemente calcolata, riferibile come già detto anche al segnale della potenza di pilotaggio, e t1 indica la durata, variabile secondo la legge prefissata di evoluzione del ciclo continuo di pilotaggio, degli impulsi del segnale della potenza di pilotaggio (Pp), ovvero in generale combinando detta potenza massima Pmax con il valore di uno o più parametri temporali (t1) definenti gli impulsi del segnale di detta potenza di pilotaggio (Pp), per cui in questo modo è possibile determinare globalmente e con precisione tutti i punti di detta caratteristica (50), allo scopo di rilevare detto scostamento (ΔΕρ) fra detta prima (51) e detta seconda porzione (53) di detta caratteristica (50), senza la necessità di misurare singolarmente le varie grandezze che concorrono a definire le quantità di energia di pilotaggio (Ep) e di energia di retroazione (Er) erogate agli attuatori di eiezione (17) durante l’evoluzione di detto ciclo continuo di pilotaggio. 13 - Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui la fase di determinare detta potenza media iniziale di retroazione Prmed(o) comprende le seguenti sottofasi : rilevare la tipologia di detta testina di stampa, e selezionare, da una tabella predefinita e memorizzata nel sistema (31) che governa detta testina di stampa a getto d'inchiostro (11), un valore di detta potenza media iniziale di retroazione Prmed(o) corrispondente alla tipologia rilevata di detta testina di stampa (11) ed a detta sovratemperatura (ΔΤ). 14 - Stampante (10) a getto d'inchiostro caratterizzata da ciò che comprende mezzi atti a realizzare il metodo conforme alla rivendicazione 1 per la rilevazione del volume (Voi) delle gocce (22) di inchiostro eiettate da una testina di stampa termica (11) a getto d'inchiostro montata su detta stampante (10). 15 - Stampante (10) a getto d’inchiostro secondo la rivendicazione 15, caratterizzata da mezzi per impostare in modo automatico le modalità operative di stampa in funzione del valore rilevato di detto volume (Voi). 16 - Metodo per la rilevazione del volume (Voi) delle gocce (22) eiettate da una testina di stampa termica a getto d’inchiostro (11) e stampante a getto d’inchiostro (10) sostanzialmente come descritti con riferimento agli annessi disegni.