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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet digital gesteuerter
Druckvorrichtungen und insbesondere auf Vorrichtungen dieser Art
mit Sensoren für
Kennungsmaterialien in Tinten, die zum Einsatz in derartigen Vorrichtungen
bestimmt sind.
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Heute
ist der Tintenstrahldruck als herausragende Option im Bereich des
digital gesteuerten elektronischen Drucks anerkannt, zum Beispiel
wegen seiner berührungsfreien
Arbeitsweise, geringen Geräuschentwicklung,
der Verwendung von Normalpapier und auch weil keine Tonerübertragung
und keine Fixierung stattfinden. Die Tintenstrahldruckmechanismen
lassen sich unterteilen in solche, die mit einem kontinuierlichen
Tintenstrahl arbeiten, und solche, bei denen Tintentropfen nach
Bedarf (DOD) abgegeben werden. US-A-3 946 398, erteilt 1970 an Kyser
et al., beschreibt einen DOD-Tintenstrahldrucker, der eine hohe
Spannung an einen piezoelektrischen Kristall anlegt und dadurch
den Kristall veranlasst, sich zu biegen und damit Druck auf einen
Tintenvorrat anzulegen und Tropfen nach Bedarf auszustoßen. Andere
Arten piezoelektrischer DOD-Drucker arbeiten mit piezoelektrischen
Kristallen im Schiebe-, Scher- und Quetschmodus. Piezoelektrische
DOD-Drucker sind mit Bildauflösungen
bis zu 720 dpi bei Heim- und Bürodruckern
wirtschaftlich erfolgreich. Allerdings erfordern piezoelektrische Druckwerke
normalerweise komplexe Treiberschaltungen hoher Spannung und große piezoelektrische Kristallanordnungen,
und dies ist bezüglich
der Herstellbarkeit und der Leistung von Nachteil.
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GB
2 007 162, erteilt 1979 an Endo et al., beschreibt einen elektrothermischen
DOD-Tintenstrahldrucker, der einen Stromimpuls an ein elektrothermisches
Heizelement anlegt, das mit Tinte auf Wasserbasis in einer Düse in thermischem
Kontakt steht. Dabei verdampft eine kleine Tintenmenge rasch, wodurch
sich eine Blase ausbildet, die dazu führt, dass Tintentropfen durch
kleine, entlang des Trägers
des Heizelements angeordnete Öffnungen
ausgestoßen werden.
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Diese
Technologie ist als BubblejetTM-Verfahren
(Warenzeichen der Canon K. K., Japan) bekannt.
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US-A-4
490 728, erteilt 1982 an Vaught et al., beschreibt ein elektrothermisches
Tropfenausstoßsystem,
das ebenfalls mit Blasenbildung arbeitet, um Tropfen in einer zur
Ebene des Trägers
der Heizelemente senkrechten Richtung auszustoßen. Im folgenden wird der
Begriff "Thermotintenstrahl-System" sowohl für dieses
System als auch für
die üblicherweise
unter der Bezeichnung BubblejetTM bekannten Systeme
verwendet.
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Beim
Thermotintenstrahl-Drucken wird normalerweise eine Heizenergie von
etwa 20 μJ
während
eines Zeitraums von etwa 2 Mikrosekunden benötigt, um die Tinte auf eine
Temperatur von 280–400°C aufzuheizen
und so eine rasche, homogene Blasenbildung zu erreichen. Durch die
rasche Blasenbildung entsteht der Impuls für den Tropfenausstoß. Der Zusammenbruch
der Blase verursacht aufgrund der Implosion der Blase einen ungeheuren Druckimpuls
auf die Materialien des Dünnfilm-Heizelements.
Die erforderlichen hohen Temperaturen erfordern die Verwendung von
Spezialtinten, komplizieren die Treiberelektronik und beschleunigen
die Verschlechterung der Heizelemente. Die aktive Stromaufnahme
von 10 W je Heizelement stellt nur einen von vielen Faktoren dar,
die die Herstellung kostengünstiger,
seitenbreiter Hochleistungs-Druckköpfe verhindern.
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US-A-4
275 290, erteilt an Cielo et al., beschreibt ein Flüssigtinten-Drucksystem,
bei dem die Tinte unter einem vorgegebenen Druck einem Behälter zugeführt und
so lange durch die Oberflächenspannung
in Öffnungen
zurückgehalten
wird, bis die Oberflächenspannung
durch Wärme,
die von einem elektrisch aktivierten Widerstandsheizelement geliefert
wird, vermindert wird und dadurch Tinte aus der Öffnung ausgestoßen und
mit dem als Empfangsmedium dienenden Papier in Kontakt gebracht
wird. Dieses System erfordert jedoch eine Tinte, deren Oberflächenspannung
sich mit der Temperatur – vorzugsweise
stark – verändert. Und
das Papier-Empfangselement
muss sich dicht an der Öffnung
befinden, damit es den Tropen von der Öffnung ablöst.
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US-A-4
166 277, erteilt an Cielo et al., beschreibt ein verwandtes Flüssigtinten-Drucksystem, bei
dem Tinte unter einem vorbestimmten Druck einem Vorrat zugeführt und
durch Oberflä chenspannung
in Öffnungen
zurückgehalten
wird. Die Oberflächenspannung
wird überwunden
durch die elektrostatische Kraft, die an eine oder mehrere Elektroden einer über den
Tintenöffnungen
befindlichen Anordnung angelegt wird, wodurch aus ausgewählten Öffnungen
Tinte ausgestoßen
und mit einem Papier-Empfangsmedium in Kontakt gebracht wird. Im Vergleich
zu einem "Tintenstrahl" soll der Tintenausstoß nach den
vorstehend genannten Patenten sehr gering sein; das Drucken eines
Tintentropfens soll hauptsächlich
durch den Kontakt mit dem Papier erfolgen. Dieses System ist insofern
nachteilig, als eine Vielzahl hoher Spannungen gesteuert und an
die Elektrodenanordnung angelegt werden müssen. Außerdem stören sich die elektrischen Felder
zwischen benachbarten Elektroden gegenseitig. Ferner sind die erforderlichen
Felder größer als
dies zur Vermeidung eines Funkenüberschlags
erwünscht
ist, und die variablen Eigenschaften des Papier-Empfangsmediums,
wie Dicke oder Feuchtigkeitsgehalt, können zu einer Veränderung
des angelegten Feldes führen.
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Bei
US-A-4 751 531, erteilt an Saito, ist ein Heizelement unterhalb
des zwischen zwei gegenüberliegenden
Wandungen gehaltenen Tintenmeniskus angeordnet. Das Heizelement
bewirkt in Verbindung mit einem elektrostatischen Feld, das an eine
in der Nähe
des Heizelements angeordnete Elektrode angelegt wird, den Ausstoß eines
Tintentropfens. Es gibt eine Vielzahl von Heizelement/Elektroden-Paaren,
jedoch keine Düsenanordnung.
Die auf die Tinte wirkende und den Tropfenausstoß bewirkende Kraft wird durch
das elektrische Feld erzeugt, reicht aber allein nicht aus, um den
Ausstoß eines
Tropfens zu bewirken. Denn die vom Heizelement gelieferte Wärme muss
auch den Fließwiderstand
und/oder die Oberflächenspannung
der Tinte in der Nachbarschaft des Heizelements überwinden, bevor die Kraft
des elektrischen Feldes den Tropfenausstoß bewirken kann. Bei Einsatz
nur einer elektrostatischen Kraft sind hohe Spannungen nötig. Dieses
System ist damit insofern nachteilig, als eine Vielzahl hoher Spannungen
gesteuert und an die Elektrodenanordnung angelegt werden muss. Außerdem verschlechtert das
Fehlen einer Düsenanordnung
die Dichte und Steuerbarkeit der ausgestoßenen Tropfen.
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Ein
Tintenstrahldrucker kann aus verschiedenen Systemen bestehen: Den
Druckköpfen,
die nach einem der vorstehend beschriebenen Druckverfahren arbeiten,
einem Tintentransportsystem, das dem Druckkopf die Tinte zuführt, einem
Druckkopftransportsystem, das den Druckkopf über die Seite bewegt, einem
Empfangsmaterialtransportsystem, das das Empfangsmaterial zum Drucken
quer zum Druckkopf bewegt, einem Datenverarbeitungs- und Übertragungssystem,
das dem Druckkopf digitale Signale zuführt, einer Druckkopf-Servicestation,
die den Druckkopf reinigt, und dem mechanischen Gehäuse und
Rahmen, die alle vorstehend genannten Systeme aufnehmen.
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Das
Tintentransportsystem eines Tintenstrahldruckers kann unterschiedlich
ausgebildet sein. Bei den meisten seitenbreiten Tintenstrahldruckern wird
relativ wenig Tinte verbraucht. Die Tinte ist in einer kleinen Patrone
enthalten, die am Druckkopf befestigt wird oder eine Einheit mit
dem Druckkopf bildet. Beispiele solcher Tintenpatronen sind in US-A-5 541
632 und 5 557 310 beschrieben. Großformatige Tintenstrahldrucker
haben gewöhnlich
einen hohen Tintenverbrauch je Druckvorgang. Dann sind zusätzliche
Tintenvorräte
für die
Aufnahme großer
Tintenmengen erforderlich, die mit den in der Nähe der Druckköpfe angeordneten
Tintenpatronen verbunden sind. Beispiele zusätzlicher Tintenbehälter sind in
EP 0 745 481 A2 und
EP 0 745 482 A2 beschrieben.
Möglich
ist auch, den Stand der Tinten-Restmenge zu erfassen. Zum Beispiel
beschreibt US-A-5 250 957 einen Tintendetektor, der Tinte durch
Messen des elektrischen Widerstandes der Tinte erfasst.
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Ein
Problem des Tintenstrahldrucks besteht in der Variabilität der physikalischen
Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzungen der Tinte. Diese
Variabilität
kann verursacht sein durch Alterung der Tinte oder Verwendung falscher
Tintenarten mit einem Drucker oder einem Empfangsmaterial. Die Variabilität der physikalischen
Eigenschaften der Tinte und der chemischen Zusammensetzungen der Tinte
gefährdet
die ideale Leistung der Tintenstrahldrucker. Zum Beispiel kann durch
die Variabilität
der physikalischen Eigenschaften der Tinte die Druckdichte und Farbbalance
nachteilig beeinflusst werden. Diese nachteiligen Effekte können innerhalb
eines Druckes, im Vergleich der Drucke eines gegebenen Druckers
und/oder im Vergleich der Drucke verschiedener Drucker auftreten.
Auch Druckausfälle, etwa
das Verstopfen von Tintenstrahldüsen,
können infolge
der vorstehend beschriebenen Variabilität auftreten. Verschiedene Techniken
zum Messen der Tintenkonzentration sind in US-A-5 241 189 und 5
373 366 sowie
EP 0
571 784 B1 beschrieben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten
zu überwinden.
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Gemäß einer
weiteren Aufgabe der Erfindung sollen die Farbstoffkonzentrationen
in der Tinte überwacht
und dadurch die Variabilität
des Farbbereichs und der Druckdichten verringert werden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Erfassung des Tintentyps
während
des Tintennachfüllprozesses,
um sicherzustellen, dass die Tinte zum Drucker und zum Empfangsmaterial
passt, um so bestmögliche
Bilddruckqualitäten
zu erreichen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Tintentyp vor dem
Druckvorgang zu erfassen um sicherzustellen, dass die Tinte zum
Drucker und zum Empfangsmaterial passt, um so bestmögliche Bilddruckqualitäten zu erreichen.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung umfasst ein Tintenstrahldrucker zum Erzeugen
von Bildern unter Verwendung von Tinten, die vorgegebene Konzentrationen
eines Kennungsmaterials enthalten, einen Druckkopf, ein Tintentransportsystem,
das dem Druckkopf Tinte zuführen
kann, und einen dem Tintentransportsystem zugeordneten Sensor. Der Sensor
reagiert auf das Kennungsmaterial in der Tinte und erzeugt ein Signal,
das kennzeichnend ist für die
Konzentration des Kennungsmaterials in der Tinte.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Tintentransportsystem
einen Tintenvorrat und zwischen diesem und dem Druckkopf einen Tintenströmungskanal.
Der Sensor ist so angeordnet, dass er die Konzentration des in der
Tinte vorhandenen Kennungsmaterials im Tintenströmungskanal erfasst.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Tintentransportsystem
einen Tintenvorrat und zwischen diesem und dem Druckkopf einen Tintenströmungskanal.
Der Sensor ist so angeordnet, dass er die Konzentration des in der
Tinte enthaltenen Kennungsmaterials im Tintenvorrat erkennt.
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Bei
den verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
ist der Sensor so ausgebildet, dass er ein magnetisches Feld des
Kennungsmaterials, ein elektromagnetisches Feld des Kennungsmaterials,
Infrarotphotonen im Kennungsmaterial oder fluoreszierende Photonen
im Kennungsmaterial erkennt.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Nachfüllen von
Tinte die Schritte des Erkennens eines in der Tinte vorhandenen
Kennungsmaterials und des Zurückweisens
von Tinten, die das Kennungsmaterial nicht enthalten.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Nachfüllen von
Tinte die Schritte des Erkennens der Konzentration des Kennungsmaterials
in der Tinte und des Zurückweisens
von Tinten, die nicht zumindest eine vorgegebene Konzentration des
Kennungsmaterials enthalten.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren zum Nachfüllen von
Tinte die Schritte des Erkennens der Konzentration des Kennungsmaterials
in der Tinte und des Zurückweisens
von Tinten, die das Kennungsmaterial nicht in einem vorgegebenen
Konzentrationsbereich enthalten.
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Die
Erfindung, ihre Aufgaben und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen besser ersichtlich.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1(a) ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm
einer beispielhaften Druckvorrichtung gemäß der Erfindung;
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1(b) einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Düsenspitze;
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2 ein
Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Tintentransportsystems;
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3 das
Arbeitsflussdiagramm des erfindungsgemäßen Tintennachfüllprozesses;
und
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4 das
Arbeitsflussdiagramm des erfindungsgemäßen Druckvorbereitungsprozesses.
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Die
Beschreibung richtet sich insbesondere auf jene Elemente, die Teil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind oder unmittelbarer mit ihr zusammenwirken. Es versteht sich,
dass nicht besonders dargestellte oder beschriebene Elemente in
unterschiedlicher, dem Fachmann bekannter Weise ausgebildet sein
können.
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1(a) zeigt ein Tintenübertragungssystem mit einem
Druckkopf, der in der Lage ist, einen Tropfen kontrollierten Volumens
zu erzeugen. Als Bildquelle 10 sind von einem Scanner oder
Computer gelieferte Rasterbilddaten, Konturbilddaten in Form einer
Seitenbeschreibungssprache oder digitale Bilddaten in anderer Form
möglich.
Diese Bilddaten werden durch eine Bildverarbeitungseinheit 12 in
eine Map der für
die Bereitstellung des korrekten Tintenvolumens für jedes
Pixel erforderlichen thermischen Aktivierung umgewandelt. Anschließend wird
diese Map in einen Bildspeicher übertragen.
Heizelemente-Steuerschaltungen 14 lesen die Daten aus dem Bildspeicher
aus und legen zeitlich unterschiedliche oder mehrfache elektrische
Impulse an ausgewählte Düsen-Heizelemente
an, welche Bestandteil eines Druckkopfs 16 sind. Die Impulse
werden jeweils für die
richtige Zeitdauer an die richtigen Düsen angelegt, so dass nach
der Übertragung
auf die entsprechende, durch die Daten im Bildspeicher festgelegte Position
ausgewählte
Tropfen mit kontrolliertem Tintenvolumen Punkte auf einem Aufzeichnungsmedium 18 ausbilden.
Das Aufzeichnungsmedium 18 wird mittels einer Papiertransportwalze 20 bezüglich des Druckkopfs 16 bewegt,
wobei das Transportsystem durch ein Papiertransport-Steuersystem 22,
das seinerseits durch eine Mikrosteuerung 24 gesteuert wird,
elektronisch gesteuert wird.
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Die
Mikrosteuerung 24 steuert auch einen Tintendruckregler 26,
der im Tintenvorrat 28 einen konstanten Druck für die Zuführung der
Tinte zum Druckkopf durch ein Tintenverbindungsrohr 29 und einen
Tintenkanal 30 aufrecht erhält. Der Tintenkanal 30 kann
auch dazu dienen, den Druckkopf in seiner Position starr zu halten
und etwaige Verwerfungen des Druckkopfs zu korrigieren. Alternativ
kann bei größeren Drucksystemen
der Tintendruck präzise
erzeugt und gesteuert werden, indem die Oberfläche des Tintenvorrats 28 in
einem entsprechenden Abstand über
dem Druckkopf 16 angeordnet wird. Der Tintenstand kann
durch ein einfaches (nicht dargestelltes) Schwimmerventil geregelt
werden. Die Tinte wird der Rückseite
des Druckkopfs 16 über
einen Tintenkanal 30 zugeführt. Vorzugsweise fließt die Tinte durch
Schlitze und/oder Öffnungen,
die durch das Siliconsubstrat des Druckkopfs 16 bis zur
Vorderseite geätzt
werden, wo sich die Düsen
und die Heizelemente befinden.
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1(b) zeigt eine Detail-Vergrößerung einer Querschnittsansicht
einer einzelnen Düsenspitze des
DOD-Tintenstrahldruckkopfs 16 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. In ein in diesem Fall aus Silizium bestehendes Substrat 42 sind
ein Tintenkanal 40 sowie eine Vielzahl von Düsenlöchern 46 geätzt. Bei
diesem Beispiel wurden der Tintenkanal 40 und das Düsenloch 46 durch
anisotropes Silizium-Nassätzen
hergestellt, wobei zur Ausbildung der Form des Düsenlochs 46 eine P+-Ätzsperrschicht
verwendet wurde. Die Tinte 70 im Zuführkanal 40 steht unter
einem über
dem atmosphärischen
Druck liegenden Druck und bildet an dem Punkt, an dem die Kraft
der Oberflächenspannung, die
den Tropfen zurückhält, die
Kraft des Tintendrucks, die den Tropfen ausstoßen will, ausgleicht, einen
etwas über
den Düsenrand 54 vorstehenden Meniskus 60 aus.
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Bei
diesem Beispiel hat die Düse
eine zylindrische Form, und das Heizelement 50 ist ringförmig ausgebildet.
In diesem Beispiel besteht das Heizelement aus Polysilizium, das
auf einen Wert von etwa dreißig
Ohm/Flächeneinheit
dotiert ist, wobei jedoch auch andere Materialien für Widerstandsheizelemente
einsetzbar sind. Der Düsenrand 54 ist
auf der Oberseite des Heizelements 50 ausgebildet, um einen
Berührungspunkt
für den
Meniskus 60 zu bilden. Die Breite des Düsenrandes beträgt bei diesem
Beispiel 0,6–0,8 μm. Um einen
Wärmeverlust
an das Substrat zu vermeiden, ist das Heizelement 50 vom Substrat 42 durch
thermische und elektrische Isolierschichten 56 getrennt.
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Die
mit der Tinte in Berührung
stehenden Schichten können
zum Schutz mit einer Dünnfilmschicht 64 passiviert
sein, wobei auch eine Schicht zur Verbesserung der Benetzungsfähigkeit
der Düse mit
Tinte möglich
ist, um die Nachfüllzeit
der Düse
zu verkürzen.
Um das ungewollte Ausbreiten von Tinte auf der Vorderseite des Druckkopfs
zu verhindern, kann die Druckkopfoberfläche mit einer hydrophobisierenden
Schicht 68 beschichtet sein. Die Oberseite des Düsen randes 54 kann
ferner eine Schutzschicht aufweisen, die entweder hydrophob oder
hydrophil sein kann.
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Im
Ruhezustand (wenn kein Tintentropfen ausgewählt ist) reicht der Tintendruck
nicht aus, die Oberflächenspannung
der Tinte zu überwinden
und einen Tropfen auszustoßen.
Der für
die optimale Arbeitsweise nötige
Tintendruck ist hauptsächlich
abhängig
ist vom Düsendurchmesser,
den Oberflächeneigenschaften
(zum Beispiel dem Grad der Hydrophobie) der Düsenbohrung 46 und
des Randes 54 der Düse,
der Oberflächenspannung
der Tinte und der Stärke
und dem Zeitprofil des Heizimpulses. Die Oberflächenspannung der Tinte nimmt
mit der Temperatur ab, so dass Wärme,
die nach dem Anlegen eines elektrothermischen Impulse vom Heizelement auf
die Tinte übertragen
wird, zu einer Ausdehnung des bereitstehenden Meniskus 60 führt.
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Bei
kleinen Tropfengrößen ist
die auf den Tintentropfen wirkende Schwerkraft mit etwa 10–4 der Oberflächenspannungskräfte sehr
gering, so dass die Schwerkraft in den meisten Fällen ignoriert werden kann.
Damit können
der Druckkopf 16 und das Empfangsmaterial 18 relativ
zum Schwerkraftfeld in beliebiger Richtung ausgerichtet sein. Dies
ist eine wichtige Anforderung an tragbare Drucker.
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2 zeigt
das Tintentransportsystem einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die (auch
in 1(a) dargestellte) Mikrosteuerung 24 ist mit
einem Computer 72, einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 74, einem Direktzugriffsspeicher
(RAM) 76 und einem Tintendruckregler 26 verbunden,
der den Tintendruck in den Tintenvorräten 28 regelt. Außerdem ist
die Mikrosteuerung 24 mit vier Tintensensoren 78–81 verbunden,
die jeweils vorgegebene Merkmale der in den Tintenvorräten 82–85 vorhandenen Tinten
erfassen. Die Tintenvorräte 82–85 entsprechen
dem Tintenvorrat 28 in 1(a).
Ferner ist die Mikrosteuerung 24 mit vier Tintensensoren 86–89 verbunden,
die Merkmale der Tinten in den Tintenverbindungsrohren 90–93 umfassen,
wobei letztere dem Tintenverbindungsrohr 29 in 1(a) entsprechen. Zum Erkennen, ob eine Tintenpatrone
vorhanden ist, kann die Mikrosteuerung 24 außerdem mit der
Aufnahme der Tintenpatrone (nicht dargestellt) verbunden sein. Des
weiteren ist die Mikrosteuerung 24 mit Tintensensoren 160–163 zum
Erfassen von Merkmalen der Tinten in den Druckköpfen 94–97 verbunden.
Der Tintenstrahldrucker kann mit mehreren Druckköpfen 94–97 arbeiten,
wobei jeder Druckkopf mit einem Tintenvorrat verbunden ist. Die
Tinten umfassen Tinte in den Farben Schwarz, Gelb, Magenta und Cyan,
und es können
auch mehrere Tinten einer Farbe vorhanden sein. Zum Beispiel zeigen
die Bezeichnungen "Magenta1" und "Magenta2" in 2 an,
dass Magenta-Tinten in verschiedenen Farbstoffkonzentrationen vorhanden
sind.
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Sensoren 78–81, 86–89 und 160–163 können das
Vorhandensein und die Farbstoffkonzentration der Tinte dadurch erkennen,
dass sie ein erkennbares Kennungsmaterial in der Tinte erfassen.
Unter einem "erkennbaren
Kennungsmaterial" ist
im Sinne dieser Beschreibung ein Tintenbestandteil zu verstehen,
der der Tinte zugefügt
wird und durch die Sensoren 78–81 und 86–89 im
Tintentransportsystem und die Sensoren 160–163 in
den Druckköpfen
erfasst werden kann. Die Konzentration des erkennbaren Kennungsmaterials
im Verhältnis
zur Konzentration des Farbstoffs wird in der Tinte konstant gehalten.
Allerdings ist das erkennbare Kennungsmaterial für die Erfüllung anderer Funktionen im
Druckkopf oder auf dem Empfangsmaterial nicht erforderlich. Anders
ausgedrückt,
kann die Tinte die gewünschten Druckqualitäten auch
ohne Hilfe der erkennbaren Kennungsmaterialen erreichen.
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Ein
einsetzbares erkennbares Kennungsmaterial besteht aus feinen Magnetpartikeln
aus Magnetit Fe3O4,
aus denen durch Vermischen mit schwarzem Pigment und Lösungsmittel(n)
eine schwarze magnetische Tinte hergestellt werden kann. Die Magnetpartikel
können
mit Hilfe von Verfahren etwa der in US-A-4 405 370 beschriebenen
Art veredelt werden. Die Konzentration der Magnetpartikel wird während des
Herstellungsverfahrens vorgegeben. Einzelheiten der Herstellung
farbiger magnetischer Tinten finden sich in US-A-5 506 079.
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Zum
Erfassen des Vorhandenseins und der Konzentration von Tinten mit
magnetischen Kennungsmaterialien können verschiedene Magnetsensoren
eingesetzt werden. Zum Beispiel sind Sensoren bekannt, bei denen
sich ein innerer Widerstand in Abhängigkeit von der vom Sensor
erfassten Magnetfeldstärke
verändert.
Diese Veränderung
zeigt dann die Konzentration des magnetischen Kennungsmaterials
in der Tinte an. Der Widerstand der magnetischen Sensoren verändert sich
in Abhängigkeit
von der Magnetfeldstärke.
Einzelheiten der Sensorschaltungen der magnetischen Widerstandssensoren
sind in US-A-4 845 456 und 5 483 162 beschrieben. Ein Beispiel für magnetfeldabhängige Sensoren
sind Dünnfilm-Magnetowiderstandssensoren.
Diese Art von Sensoren ist in US-A-5 225 951, 5 274 520 und 5 351
158 beschrieben. Auch Hall-Effekt-Magnetsensoren,
wie sie in US-A-4 931 719 beschrieben sind, sind für die Zwecke
der Erfindung einsetzbar.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten Magnettinten und Magnetsensoren
nur als Beispiele zu verstehen sind. Zum Erfassen des erkennbaren
Kennungsmaterials in der Tinte durch die Sensoren können auch
viele andere Wechselwirkungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann
das erkennbare Kennungsmaterial durch die entsprechenden Sensoren
mittels eines elektromagnetischen Feldes, durch ultraviolette, sichtbare,
infrarote oder fluoreszierende Photonen erfasst werden.
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In
dem Diagramm der 3 beginnt das Nachfüllen der
Tinte damit, dass Tinte in einen oder mehrere der Vorräte 82–85 gefüllt wird – Block 100. Dabei
kann das Nachfüllen
mittels einer Spritze oder eines Syphons erfolgen. Alternativ ist
es auch möglich,
einen leeren Tintenvorrat durch einen neuen zu ersetzen – Block 102.
Im Block 104 bestimmt die Mikrosteuerung 24, ob
eine Tintenpatrone installiert ist, andernfalls wird der Benutzer
zur Installation von Tintenpatronen aufgefordert.
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Als
nächstes
fordert die Mikrosteuerung 24 die Sensoren 78–81 auf,
die in den Tintenvorräten 82–85 enthaltenen
erkennbaren Kennungsmaterialien zu erfassen – Block 106. Hierzu
kann zum Beispiel der elektrische Widerstand magnetischer Widerstandssensoren
gemessen werden. Dann wird die magnetische Feldstärke errechnet,
aus der die Konzentration des Kennungsmaterials in der Tinte abgeleitet
wird. Da die Konzentration der Pigmente und die Konzentration des
Kennungsmaterials vom Tintenhersteller bekannt sind, erhält man so
die Farbstoffkonzentration. Wenn die Ausgabe der Sensoren 78–81 außerhalb
der Spezifikation für
die optimale Leistung liegt – Block 108 – wird der
Benutzer aufgefordert zu prüfen,
ob Tinte im Vorrat vorhanden ist – Block 110. Ist dies
nicht der Fall, wird auf dem in 2 dargestellten
Display 114 die Mitteilung "Nicht vollständig nachgefüllt" angezeigt (Block 112).
Dadurch wird der Benutzer angewiesen, den Nachfüllvorgang einzuleiten. Wenn
jedoch festgestellt wird, dass Tinte im Tintenbehälter vorhanden
ist, wird auf dem Display 114 eine Mitteilung etwa der
Art "Falsche Tinte
im Behälter" angezeigt (Block 116).
Jetzt wird das Gerät
gegebenenfalls deaktiviert, bis die richtige Tinte eingefüllt ist.
Alternativ kann der Benutzer aber auch die Möglichkeit haben, das Gerät trotz der
eingefüllten
falschen Tinte selektiv zu betätigen.
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Wenn
die berechnete Farbstoffkonzentration innerhalb der Spezifikation
der Tinte liegt, wird ein Zähler
n auf Null gesetzt und die Tinte durch das Tintenverbindungsrohr 29 zum
zugehörigen
Druckkopf 94–97 gesaugt – Block 118.
Nach Abschluss dieses Vorgangs – Block 120 – wird die im
Tintenverbindungsrohr vorhandene Tinte durch die Sensoren 86–89 erfasst – Block 122.
Alternativ kann die in den Druckköpfen vorhandene Tinte auch
durch die Sensoren 160–163 erfasst
werden – Block 122.
Wenn die berechnete Farbstoffkonzentration der Tinte innerhalb der
Spezifikation liegt (Block 124), ist der Drucker druckbereit,
und es wird eine Mitteilung auf dem Display 114 angezeigt
(Block 126). Liegt die Tinte außerhalb der Spezifikation,
wird der Zähler
n um eine Stelle weitergeschaltet (Block 128) und mit einer
Maximalzahl N für
die Tintenansaugvorgänge
verglichen. Ist n kleiner als N wird das Tintentransportsystem überprüft, und
die Schritte für
das Ansaugen der Tinte werden wiederholt – Block 130. Ist n
größer als N,
wird das Tintennachfüllverfahren
beendet.
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In 4 prüft die Mikrosteuerung 24 bei
Eingabe eines Druckbefehls (Block 132), ob die Tintenpatronen
korrekt installiert sind – Block 134.
Andernfalls wird eine Mitteilung auf dem Display 114 angezeigt
und das Druckverfahren beendet – Blöcke 136 bzw. 138.
Wenn die Tinten in den Tintenvorräten durch die Sensoren 78–81 erfasst
werden (Block 140) und die vorstehend beschriebenen Berechnungen
ergeben, dass die Farbstoffkonzentrationen der Tinten innerhalb
der Spezifikation liegen (Block 142), ist der Drucker druckbereit,
und es wird eine Mitteilung angezeigt – Block 144. Liegt
die Tinte außerhalb der
Spezifikation, ist sie möglicherweise
zu alt, und es wird angezeigt, dass ein Nachfüllvorgang nötig ist – Block 146 –, und die
Druckvorbereitung wird gestoppt. Ist keine Tinte vorhanden, zeigt
das Display 114 an, dass einer der Tintenvorräte 82–85 leer
ist – 148 –, und das
Druckvorbereitungsverfahren wird beendet. Das vorstehend beschriebene
Verfahren illustriert ein Beispiel des Druckvorbereitungsalgorithmus.
In Vielen Fällen
können
die Sensoren 86–89 und 160–163 auch
dazu verwendet werden, die richtigen Eigenschaften der in den Tintenverbindungsrohren 90 und
den Druckköpfen 94–97 vorhandenen Tinten
zu bestätigen
und dadurch zu bestimmen, ob der Druckvorgang ausgelöst werden
soll.
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Die
Erfindung wurde vorstehend im einzelnen unter besonderer Bezugnahme
auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, es versteht sich jedoch, dass Abweichungen
und Modifikationen innerhalb des in den beiliegenden Ansprüchen definierten
Rahmens der Erfindung möglich sind.