-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen
zum Wiedergeben von Bildern und alphanumerischen Schriftzeichen
und insbesondere auf eine thermische Tintenstrahl-, Mehrdüsentropfengenerator-,
Druckkopfkonstruktion und deren Betriebsverfahren.
-
Das
Gebiet einer Tintenstrahltechnologie ist relativ gut entwickelt.
Kommerzielle Produkte, wie beispielsweise Computerdrucker, Grafikplotter,
Kopierer und Faksimilemaschinen verwenden eine Tintenstrahltechnologie
zum Erzeugen einer gedruckten Druckkopieausgabe. Die Grundlagen
dieser Technologie sind beispielsweise in verschiedenen Artikeln
in dem Hewlett-Packard Journal der Ausgaben Bd. 36, Nr. 5 (Mai 1985),
Band 39, Nr. 4 (August 1988), Band 39, Nr. 5 (Oktober 1988), Band
43, Nr. 4 (August 1992), Band 43, Nr. 6 (Dezember 1992) und Band
45, Nr. 1 (Februar 1994) offenbart. Tintenstrahlvorrichtungen sind
ferner durch W. J. Lloyd und H. T. Taub in Output Hardcopy Devices,
Kapitel 13 (Hrsg. R. C. Durbeck und S. Sherr, Academic Press, San
Diego, 1988) beschrieben.
-
Die
Qualität
eines gedruckten Bilds weist viele Aspekte auf. Wenn der gedruckte
Gegenstand ein Bild ist, ist es das Ziel eines Drucksystems, die
Erscheinung des Originals genau wiederzugeben. Um dieses Ziel zu
erreichen, muss das System sowohl die wahrgenommenen Farben (Farbtöne) als
auch die wahrgenommenen, relativen Luminanzverhältnisse (Töne) des Originals genau wiedergeben.
Die visuelle Wahrnehmung des Menschen stellt sich schnell auf breite
Variationen bei Luminanzpegeln ein, von dunklen Schatten zu hellen
Hervorhebungen. Zwischen diesen Extremen neigt eine Wahrnehmung
zu einer Erwartung glatter Übergänge bei
einer Luminanz. Druckvorrichtungen und ähnliche Bilderzeugungssysteme erzeugen
allgemein eine Ausgabe, die Licht reflektiert, um ein visuell beobachtbares Bild
zu liefern. Es existieren natürlich
Ausnahmen, wie beispielsweise Transparentfolien, aber einer Konsistenz
halber wird der Ausdruck Reflexionsgrad verwendet, um die optische
Helligkeit der gedruckten Ausgabe von einer Druckvorrichtung zu
bezeichnen. Allgemein gesagt ist ein Reflexionsgrad ein Verhältnis des
Lichts, das von einer Oberfläche
reflektiert wird, zu diesem, das auf dieselbe einfällt. Die
Farbmittel, die auf das Medium durch Tintenstrahldrucker aufgebracht
werden, werden gewöhnlich
als Absorber spezieller Wellenlängen
von Lichtenergie betrachtet. Diese selektive Absorption verhindert,
dass ausgewählte
Wellenlängen
der Lichtenergie, die auf das Medium einfällt, von dem Medium reflektieren und
durch Menschen als eine Farbe wahrgenommen werden. Drucksysteme
müssen
noch eine vollständige
und getreue Wiedergabe des vollen Dynamikbereichs und der Wahrnehmungskontinuität des visuellen
Systems des Menschen erreichen. Während es ein Ziel ist, die
Qualität
einer fotografischen Bildwiedergabe zu erreichen, sind Druckdynamikbereichsfähigkeiten
durch die Empfindlichkeit und Sättigungspegelbeschränkungen
begrenzt, die dem Aufzeichnungsmechanismus inhärent sind, obwohl der wirksame
Dynamikbereich durch ein Verwenden nichtlinearer Umwandlungen etwas
erweitert werden kann, die ermöglichen,
dass etwas Schatten und Hervorhebungsdetail bleibt.
-
Ein
Tintenstrahldrucker zum Tintenstrahldrucken umfasst typischerweise
eine Tintenkassette, in der kleine Tropfen von Tinte gebildet und
zu einem Druckmedium hin ausgeworfen werden. Derartige Kassetten
umfassen einen Druckkopf, der ein Öffnungsbauglied oder eine -Platte
aufweist, die eine Mehrzahl von kleinen Düsen aufweist, durch die Tintentropfen
ausgeworfen werden. Benachbart zu den Düsen befinden sich Tintenabfeuerungskammern,
in denen sich eine Tinte vor dem Ausstoß durch die Düse befindet.
Tinte wird zu den Tintenabfeuerungskammern durch Tintenkanäle geliefert,
die in einer Fluidkommunikation mit einem Tintenvorrat stehen, der
in einem Reservoirabschnitt des Stifts oder in einem getrennten
Tintenbehälter
enthalten sein kann, der von dem Druckkopf beabstandet ist.
-
Ein
Auswurf eines Tintentropfens durch eine Düse kann durch ein schnelles
Erwärmen
eines Tintenvolumens innerhalb der benachbarten Tintenabfeuerungskammer
durch ein selektives Versorgen eines Heizwiderstands, der in der
Tintenabfeuerungskammer positioniert ist, mit Energie erzielt werden. Dieser
thermische Prozess bewirkt, dass Tinte innerhalb der Kammer verdampft
und eine Dampfblase bildet. Die schnelle Ausdehnung der Blase zwingt
Tinte durch die Düse.
-
Wenn
Tinte einmal ausgeworfen ist, wird die Tintenabfeuerungskammer mit
Tinte aus dem Tintenkanal nachgefüllt. Dieser Tintenkanal ist
typischerweise proportioniert, um die Tintenkammer schnell nachzufüllen, um
eine Druckgeschwindigkeit zu maximieren. Eine Tintenkanaldämpfung ist
manchmal vorgesehen, um eine Trägheit
der sich bewegenden Tinte, die in die Abfeuerungskammer und aus
derselben fließt,
zu dämpfen
oder zu steuern. Durch ein Dämpfen
des Tintenflusses zwischen dem Tintenkanal und der Abfeuerungskammer
kann die oszillierende Unterfüllung
und Überfüllung der
Abfeuerungskammer und das resultierende Zurückprallen bzw. Ausbeulen des
Meniskus von der äußeren Öffnung der
Düse vermieden
oder minimiert werden.
-
Wenn
sich die Dampfblase in der Abfeuerungskammer ausdehnt, kann sich
die ausdehnende Dampfblase in den Tintenkanal in einer schädlichen Handlung
ausdehnen, die als „Rückschlag" bekannt ist. Ein
Rückschlag
neigt dazu, in einem Zwingen von Tinte in dem Tintenkanal weg von
der Abfeuerungskammer zu resultieren. Das Tintenvolumen, das die Blase
verdrängt,
wird sowohl durch die Tinte, die durch die Düse ausgeworfen wird, als auch
Tinte, die weg von der Abfeuerungskammer den Tintenkanal herunter
gezwungen wird, berücksichtigt.
Deshalb erhöht
ein Rückschlag
die Menge von Energie, die zum Auswerfen von Tröpfchen einer gegebenen Größe aus der Abfeuerungskammer
notwendig ist. Die Energie, die erforderlich ist, um einen Tropfen
einer gegebenen Größe auszuwerfen,
wird als „Einschaltenergie" bezeichnet. Druckköpfe, die
hohe Einschaltenergien aufweisen, neigen dazu, weniger effizient zu
sein, und haben deshalb mehr Wärme
zu dissipieren als Druckköpfe
mit niedrigerer Einschaltenergie. Unter Annahme einer festen Kapazität, um Wärme zu dissipieren,
sind Druckköpfe,
die eine höhere
thermische Effizienz aufweisen, zu einer höheren Druckgeschwindigkeit
oder Druckfrequenz als Druckköpfe
in der Lage, die eine geringere thermische Effizienz aufweisen.
-
Nach
einer Entfernung einer elektrischen Leistung von dem Heizwiderstand
fällt die
Dampfblase in der Abfeuerungskammer zusammen. Komponenten innerhalb
des Druckkopfs in der Nähe
des Zusammenfalls der Dampfblase sind für Kavitationsbelastungen empfänglich,
wenn die Dampfblase zwischen Abfeuerungsintervallen zusammenfällt. Der Heizwiderstand
ist für
eine Beschädigung
aus einer Kavitation besonders anfällig. Eine harte, dünne Schutzpassivierungsschicht
ist typischerweise über dem
Widerstand aufgebracht, um den Widerstand vor Belastungen zu schützen, die
aus einer Kavitation resultieren. Die Passivierungsschicht neigt
jedoch dazu, die Einschaltenergie zu erhöhen, die zum Ausstoßen von
Tröpfchen
einer gegebenen Größe erforderlich
ist.
-
Bei
einer Tintenstrahltechnologie, die eine Punktmatrixmanipulation
verwendet, um sowohl Bilder als auch alphanumerische Schriftzeichen
zu erzeugen, werden die Farben und der Ton eines gedruckten Bilds
durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Tintentropfen
moduliert, die auf das Druckmedium bei einem Zielbildelement (als
ein „Pixel" bekannt) aufgebracht
sind, das allgemein als eine überlagerte,
rechteckige Gitterüberlagerung
des Bilds dargestellt ist. Die Medienreflexionsgradkontinuität – tonale Übergänge innerhalb
des aufgezeichneten Bilds an dem Medium – wird durch die inhärenten Quantisierungswirkungen
eines Verwen dens von Quanten von Tintentopfen und einer Punktmatrixbilderzeugung
beeinflusst. Diese Quantisierungswirkungen können als eine Konturbildung
bei einem gedruckten Bild erscheinen, wo das ursprüngliche
Bild glatte Übergänge aufwies.
Zudem kann das Druckssystem zufällige
oder systematische Reflexionsgradfluktuationen oder eine Körnigkeit
einbringen, die die visuelle Erkennung einzelner oder von Clustern
von Punkten mit dem bloßen
Auge ist.
-
Wahrgenommene
Quantisierungswirkungen, die eine Bildqualität mindern, können durch
ein Verringern der Dichtequanten bei jeder Pixelposition bei dem
Bilderzeugungssystem und durch eine Verwendung von Techniken reduziert
werden, die die psychophysischen Charakteristika des visuellen Systems
des Menschen ausnutzen, um die menschliche Wahrnehmung der Quantisierungswirkungen
zu minimieren. Es wurde geschätzt,
dass das visuelle System des Menschen ohne Hilfe einzelne Tintenpunkte wahrnimmt,
bis dieselben auf näherungsweise
25 Mikrometer Durchmesser oder weniger in dem gedruckten Bild reduziert
wurden. Deshalb wurden unerwünschte
Quantisierungswirkungen des Punktmatrixdruckverfahrens durch ein
Verringern der Größe jedes
Tropfens und ein Drucken mit einer hohen Auflösung reduziert; das heißt, eine
Platzierung von kleinen Punkten mit echten 1200 Bildpunkten pro
Zoll („dpi" = dots per inch)
an einem gedruckten Bild sieht für
das Auge besser aus als ein Bild von größeren Punkten mit echten 600
dpi, was sich wiederum von 300 dpi von noch größeren Punkten verbessert, etc. Zusätzlich kann
eine unerwünschte
Quantisierungswirkung durch ein Verwenden mehrerer Farben mit verschiedenen
Farbdichten (z. B. zwei Cyantintendruckkassetten, die jeweils ein
unterschiedliches Verhältnis
eines Farbstoffs zu einem Lösungsmittel
in der chemischen Zusammensetzung der Tinten aufweisen) oder mit
unterschiedlichen Typen von chemischen Farbstoffen reduziert werden.
-
Um
Quantisierungsrauschwirkungen zu reduzieren, kann eine Druckqualität ferner
durch ein Abfeuern mehrerer Tropfen der gleichen Farbe oder Farbformulierung
bei einem Pixel verbessert werden, was in mehr „Pegeln" pro Farbe und einem Reduzieren eines
Quantisierungsrauschens resultiert. Derartige Verfahren sind in
dem US-Patent Nr. 4,967,203 an Alpha N. Doan et al. für einen „Interlace
Printing Process",
dem US-Patent Nr. 4,999,646 an Jeffrey L. Trask für ein „Method
for Enhancing the Uniformity and Consistency of Dot Formation Produced
by Color Inkjet Printing" und
dem US-.Patent Nr. 5,583,550 an Mark S. Hickman et al. für „Inkdrop
Placement for Improved Imaging" erörtert (die
jeweils an die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen
sind).
-
Man
kann ferner eine Körnigkeit
in einem Bild durch im Wesentlichen ein Tiefpassfiltern des gedruckten
Bilds mit Glättungstechniken
reduzieren, die eine Auflösung
verringern aber, was wichtig ist, ein Rauschen reduzieren. Eine
derartige Technik verdünnt
die Tinte (um ein Viertel der ursprünglichen optischen Dichte durch
ein Hinzufügen
von drei Teilen Lösungsmittel),
derart, dass der Tintentropfen, der an einem einzigen Pixel (bei
zum Beispiel einer Auflösung
von 600 dpi) aufgebracht worden wäre, über zumindest Teile von benachbarten
Pixelbereichen gestreut ist. Während
jeder Tropfen die gleiche Menge eines Farbmittels enthalten würde, bewirkt
das zusätzliche
Lösungsmittel,
dass das Farbmittel über
einen breiteren Bereich verteilt ist. Wie es dargelegt ist, verringert
dies das visuelle Rauschen auf Kosten einer wahrgenommenen Auflösung. Zusätzlich platziert
diese Technik wesentlich mehr Lösungsmittel
an dem bedruckten Medium, was in einer unannehmbar langen Trocknungszeit
resultiert, viel mehr Tinte zum Drucken verbraucht und die Druckgeschwindigkeit verlangsamt.
-
Bei
Mehrtropfendruckmodi variieren die resultierenden Punkte größenmäßig oder
farbmäßig abhängig von
der Anzahl von Tropfen, die bei einem einzelnen Pixel aufgebracht
sind, und der Konstitution der Tinte hinsichtlich der Ausbreitungscharakteristika
derselben nach einem Auftreffen an dem speziellen Medium, das bedruckt
wird (einfaches Papier, Hochglanzpapier, Transparentfolie, etc.).
Der Reflexionsgrad und die Farbe des bedruckten Bilds an dem Medium
wird durch ein Manipulieren der Größe und der Dichten von Tropfen
jeder Farbe bei jedem Zielpixel moduliert. Die Quantisierungswirkungen
dieses Modus können
auf die gleiche Weise wie bei dem Modus mit einem Tropfen pro Pixel
reduziert werden. Die Quantisierungspegel können ebenfalls bei der gleichen
Druckauflösung
durch ein Erhöhen
der Anzahl von Punkten, die zu einer Zeit von Düsen in einem Druckkopfarray
abgefeuert werden können,
und entweder ein Einstellen der Dichte der Tinte oder der Größe jedes
abgefeuerten Tropfens, um so eine volle Punktdichte zu erreichen,
reduziert werden. Ein simultanes Verringern einer Tropfengröße und ein
Erhöhen
der Druckauflösung
jedoch oder ein Erhöhen der
Anzahl von Kassetten und Varietäten
von eingesetzten Tinten ist teuer, so dass ältere Implementierungen von
Tintenstrahldruckern, die spezifisch zum Drucken einer Kunstwiedergabe
entworfen sind, allgemein Mehrtropfenmodi oder Mehrfachdurchläufe verwenden,
um eine Farbsättigung
zu verbessern.
-
Wenn
die Größe der gedruckten
Punkte moduliert wird, ist die Bildqualität sehr abhängig von Punktplatzierungsgenauigkeit
und -Auflösung.
Fehlplatzierte Punkte lassen unmarkierte Pixel, die als weiße Punkte
oder sogar Bänder
von weißen
Linien innerhalb oder zwischen Druckbändern erscheinen (als „Bandbildung" bekannt). Mechanische
Toleranzen werden zunehmend bei dem Aufbau kritisch, da die Druckkopfgeometrien
der Düsen
reduziert werden, um eine Auflösung
von echten 600 dpi oder mehr zu erreichen. Deshalb erhöhen sich
die Herstellungskosten mit der Erhöhung der Auflösungsentwurfsspezifikation.
Wenn ferner die Anzahl von Tropfen, die zu einer Zeit durch ein
Multiplexen von Düsen abgefeuert
werden, sich erhöht,
verringert sich das minimale Düsentropfenvolumen
und erhöhen
sich Punktplatzierungsgenauigkeitsanorderungen. Auch die thermische
Effizienz des Druckkopfs wird niedrig, was zu hohen Druckkopftemperaturen
führt.
Hohe Druckkopftemperaturen können
zu Zuverlässig keitsproblemen
führen,
einschließlich
einer Tintenausgasung, erratischen Tropfengeschwindigkeiten auf Grund
einer inkonsistenten Blasenkeimbildung und einem variablen Tropfengewicht
auf Grund von Tintenviskositätsveränderungen.
Wenn zudem die Dichte der gedruckten Punkte moduliert wird, wie
bei Mehrfarbstoffladungstintensystemen, erfordern die Tinten mit
geringer Farbstoffbeladung, dass mehr Tinte an den Druckmedien platziert
wird, was in einer weniger. effizienten Tintenverwendung und einem höheren Risiko
einer Tintenkoaleszenz und einem Verschmieren resultiert. Eine Tintenverwendungseffizienz
verringert sich und ein Risiko einer Koaleszenz und eines Verschmierens
erhöht
sich mit der Anzahl von Tropfen, die zu einer Zeit aus den Düsen des Druckkopfarrays
abgefeuert werden.
-
Kleinere
Tropfen suggerieren natürlich
kleinere Düsen.
Wenn die Düsenfläche kleiner
gemacht wird, wird die Düse
empfänglicher
für ein
Verstopfen durch feste Verunreinigungsstoffe in der Tinte oder durch
Partikel, die bei dem Prozess eines Herstellens der Druckkassette
erzeugt werden. Zusätzlich
erfordern die kleineren Düsen
eine dünnere Öffnungsplatte,
da die Größe des gesamten
Tropfengeneratormechanismus kleiner gemacht ist.
-
Angesichts
des Vorhergehenden, ist es erwünscht,
einen Tintenstrahldruckkopf und ein Drucksystem zu erhalten, bei
denen kleine Tropfen zuverlässig
ausgestoßen
und auf ein Druckmedium in einer derartigen Weise aufgebracht werden,
dass ein hoher Grad eines visuellen Dynamikbereichs gleichzeitig
mit einer reduzierten Quantisierung und Granularität erreicht
ist.
-
Die
EP A 0 938 976 beschreibt
ein Treiberverfahren für
einen Aufzeichnungskopf, bei dem Gruppen von Düsen durch ein Anlegen simultaner Treibersignale
an die Heizelemente, die den jeweiligen Düsen zugeordnet sind, simultan
mit Energie versorgt werden können.
-
Die
EP A 0 863 020 beschreibt
ein Tintenstrahldruckverfahren und eine -Vorrichtung, bei denen
die Düsen
in Gruppen angeordnet sind und die Heizelemente, die jeder Düse innerhalb
jeder Gruppe zugeordnet sind, elektrisch miteinander verbunden sind,
derart, dass alle Düsen
innerhalb jeder Gruppe simultan abgefeuert werden.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Tintenstrahldruckvorrichtung gemäß Anspruch
1 vorgesehen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung einer Tintenstrahldruckvorrichtung gemäß Anspruch 6
vorgesehen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine Darstellung in einer perspektivischen Ansicht (teilweise weggeschnitten)
einer Tintenstrahlvorrichtung (Abdeckungsbedienfeldblende entfernt),
in der die vorliegende Erfindung enthalten sein kann.
-
2 ist
eine isometrische Darstellung einer Tintenstrahldruckkassettenkomponente
von 1.
-
3 ist
ein vergrößerter Querschnitt
eines Tropfengeneratorelements der Druckkopfkomponente von 2.
-
4A ist
ein isometrischer Querschnitt des Druckkopfs der Druckkassette von 2,
der die Außenoberflächendüsenöffnungen
eines Tropfengenerators darstellt.
-
4B ist
ein isometrischer Querschnitt des Druckkopfs der Druckkassette von 2,
der die Außenoberflächendüsenöffnungen
einer Mehrzahl von Tropfengeneratoren darstellt.
-
4C ist
eine Darstellung des Musters von Düsenöffnungen von 4B.
-
5 ist
ein schematisches Diagramm einer Tropfengeneratormatrixschaltungsanordnung.
-
6A ist
ein schematisches Diagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Tropfengeneratormatrixschaltungsanordnung
für einen
Mehrfachdüsentropfengenerator.
-
6B ist
eine Darstellung einer physischen Realisierung der Tintenauswurfvorrichtungsmustermatrixschaltungsanordnung
von 6A.
-
7A ist
ein schematisches Diagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Tropfengeneratormatrixschaltungsanordnung
für einen
Mehrfachdüsentropfengenerator.
-
7B ist
eine Darstellung einer physischen Realisierung eines Tintenauswurfvorrichtungsmusters,
das mit der schematischen Ansicht von 7A kompatibel
ist.
-
7C ist
ein schematisches Diagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels
der Tropfengeneratormatrixschaltungsanordnung von 7A.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
-
Ein
Drucker, der einen verbesserten visuellen Dynamikbereich und eine
reduzierte Granularität und
Quantisierung von Tintentropfen aufweist, muss Tintenpunkte an einem
Medium in einem steuerbaren Muster und mit einer auswählbaren
Anzahl von Tropfen in dem Muster aufbringen. Ein Drucker, der die vorliegende
Erfindung verwendet, erzielt diese Vorteile, ohne eine Druckgeschwindigkeit
zu opfern.
-
Ein
exemplarischer Tintenstrahldrucker 101 ist in 1 in
rudimentärer
Form gezeigt. Ein Druckergehäuse 101 enthält eine
Auflageplatte 105, zu der Eingangsdruckmedien 107 durch
Mechanismen transportiert werden, die auf dem Gebiet bekannt sind.
Ein Wagen 109 hält
einen Satz von einzelnen Druckkassetten, z. B. 111, wobei
Eine cyanfarbene Tinte aufweist, Eine magentafarbene Tinte aufweist, Eine
gelbe Tinte aufweist und Eine schwarze Tinte aufweist. Alternative
Ausführungsbeispiele
können semipermanente
Druckkopfmechanismen umfassen, die zumindest eine kleinvolumige,
eingebaute Tintenkammer aufweisen, die aus fluidisch gekoppelten, außeraxialen
Tintenreservoiren sporadisch wiedergefüllt wird, oder Druckkassetten,
die zwei oder mehr Tintenfarben, die innerhalb der Druckkassette
verfügbar
sind, und Tintenauswurfdüsen
aufweisen, die spezifisch für
jede Farbe bezeichnet sind; die vorliegende Erfindung ist auf Tintenstrahlkassetten
irgendeiner der Alternativen anwendbar. Der Wagen 109 ist
typischerweise an einem Gleitstab 113 befestigt, wobei
ermöglicht
ist, dass der Wagen 109 über die Druckmedien 107 hin
und her bewegt wird. Die Bewegungsachse (Abtastachse) „X" ist durch einen Pfeil 115 angegeben.
Wenn sich der Wagen 109 bewegt, werden selektiv Tintentropfen
aus dem Satz von Druckkassetten auf das Medium 107 in vorbestimmten
Druckbandmustern ausgeworfen, wobei Bilder oder alphanumerische
Schriftzeichen unter Verwendung einer Punktmatrixmanipulation gebildet werden.
Allgemein ist die Punktmatrixmanipulation durch einen externen Computer
(nicht gezeigt) bestimmt und Anweisungen werden herkömm licherweise
zu einer mikroprozessorbasierten, elektronischen Steuerung (nicht
gezeigt) innerhalb des Druckers 101 übertragen. Die Tintentropfenbahnachse „Z" ist durch einen
Pfeil 117 angegeben. Wenn ein Druckband abgeschlossen wurde,
wird das Medium 107 in Vorbereitung auf das Drucken des
nächsten
Bands um einen geeigneten Abstand entlang der Druckmedienachse „Y" bewegt, die durch
einen Pfeil 119 angegeben ist.
-
Eine
exemplarische thermische Tintenstrahlkassette 111 ist in 2 gezeigt.
Ein Kassettengehäuse,
oder eine Umhüllung, 212 enthält ein internes Tintenreservoir
(nicht gezeigt). Die Kassette ist mit einem Druckkopf 214 versehen,
der eine Öffnungsplatte 216,
die eine Mehrzahl von Miniaturdüsen
aufweist, die in Kombination mit darunterliegenden Abfeuerungskammern
und Strukturen aufgebaut sind, die zu jeweiligen Tintenauswurfvorrichtungen
führen, und
elektrische Kontakte zum Koppeln mit dem Drucker 101 umfasst.
Verwandte Sätze
von Düsen,
zugeordnete verwandte Sätze
von Abfeuerungskammern und zugeordnete verwandte Sätze von
Tintenauswurfvorrichtungen bilden zusammengenommen ein Druckkopfarray
von „Tropfengeneratoren", von denen Jeder
eine oder mehrere Düsen,
Abfeuerungskammern und Heizwiderstände als Tintenauswurfvorrichtungen
einsetzt. Dies ist in dem Querschnittsdetail von 3 gezeigt,
das durch einen Tropfengenerator genommen ist.
-
Ein
Tropfengenerator und ein zugeordneter Tintenzufuhrkanal des Druckkopfs 214 sind
in dem Querschnitt von 3 gezeigt. Derselbe umfasst
ein Halbleitersubstrat 303, das eine starre Basis für den Druckkopf
liefert und das die Mehrheit der Dicke des Druckkopfs ausmacht.
Das Substrat weist eine obere Oberfläche 305 auf, die mit
einer Trägerschicht 307 beschichtet
ist, auf der eine Dünnfilmheizwiderstand-Tintenauswurfvorrichtung 309 liegt.
Die Trägerschicht 307 ist
aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, wie beispielsweise
Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Tantal, Polysiliziumglas oder
einem anderen funktional äquivalenten
Material, das eine unterschiedliche Ätzmittelempfindlichkeit als
das Substrat 303 des Druckkopfs aufweist. Die Öffnungsplatte 311 weist
eine untere Oberfläche 313 auf,
die konform auf der Trägerschicht
liegt, und weist eine äußere Oberfläche 315 auf,
die die oberste Oberfläche
des Druckkopfs bildet und dem Druckmedium zugewandt ist, auf das
Tinte aufgebracht werden soll.
-
Der
Mittelpunkt des Heizwiderstands 309 definiert eine Normalenachse,
senkrecht zu der die Komponenten der Abfeuerungskammer ausgerichtet sind.
In 3 definiert die Öffnungsplatte 311 zumindest
zwei Abfeuerungskammern, jede mit einer eigenen Tintenauswurfvorrichtung
(Heizwiderstand) und Düse.
Wenn die Tintenauswurfvorrichtungen koordiniert sind, um einen Tropfen
simultan auf einen Befehl hin auszuwerfen, bilden dieselben einen
Tropfengenerator. Unter jetziger Betrachtung einer Abfeuerungskammer 317 des
dargestellten Tropfengenerators 325 ist die Tintenabfeuerungskammer 317 an einer
Achse der Tintenauswurfvorrichtung 309 ausgerichtet. Die
Abfeuerungskammer 317 weist einen Umfang 319 mit
größerer Basis
bei der unteren Oberfläche 313 als
die kleinere Düsenöffnung 320 an
der äußeren Oberfläche auf,
obwohl andere Düsenquerschnittsentwürfe sich
bei der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend verhalten. Die
Trägerschicht 307 umfasst
mehrere Tintenversorgungsdurchgänge 321, 323,
die der Abfeuerungskammer 317 gewidmet sind. Die Durchgänge 321, 323 sind
durch den unteren Umfang 319 der Abfeuerungskammer eingeschlossen,
so dass die Tinte, die dieselben liefern, ausschließlich durch
diese Abfeuerungskammer verwendet wird, und damit irgendein Druck,
der innerhalb der Abfeuerungskammer erzeugt wird, keinen Tintenfluss
zu anderen Kammern erzeugt, außer
der begrenzten Menge, die durch die Durchgänge unter der oberen Oberfläche des
Substrats zurückfließen kann.
Dies verhindert, dass ein Rückschlag
benachbarte Abfeuerungskammern erheblich beeinflusst, und verhindert
ein Drucklecken, das anderweitig die Ausstoßkraft, die durch die Energie
erzeugt wird, die durch den Heizwiderstand 309 geliefert
wird, erheblich reduzieren könnte.
Die Verwendung von mehr als einem einzigen Durchgang pro Abfeuerungskammer sieht
redundante Tintenflusswege vor, um eine Tintenaushungerung durch
ein einziges Verunreinigungsstoffpartikel in der Tinte zu verhindern.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die obere Oberfläche
der Trägerschicht 307 strukturiert
und geätzt,
um die Durchgänge 321, 323 zu
bilden, bevor die Öffnungsplatte 311 eingebracht
wird und bevor ein sich verjüngender
Graben 327 in das Substrat 303 geätzt wird,
wie es unten beschrieben ist. Eine zweite Abfeuerungskammer 329 ist
ebenfalls in 3 gezeigt und die zugeordnete
Tintenauswurfvorrichtung derselben ist wie unten beschrieben elektrisch
mit der Tintenauswurfvorrichtung 309 verbunden, so dass
ein koordinierter Auswurf von zwei Tintentröpfchen auftritt, wenn der Tropfengenerator 325 aktiviert
ist.
-
Das
Substrat 303 benutzt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
einen sich verjüngenden Tintenzufuhrgraben 327,
in einer Endansicht gezeigt, der an der unteren Oberfläche des
Substrats am breitesten ist, um Tinte von einem Tintenreservoir
aufzunehmen, und der sich zu der Trägerschicht 307 hin auf
eine Breite verschmälert,
die größer als
der Bereich der Tintendurchgänge
beider Abfeuerungskammern des Tropfengenerators 325 ist.
Die Querschnittsfläche
des Grabens 327 ist viele Male größer als die Querschnittsfläche der
Tintendurchgänge,
die einem einzigen Tropfengenerator zugeordnet sind, so dass eine
Vielzahl von Tropfengeneratoren ohne einen erheblichen Tintenflusswiderstand
in dem Graben versorgt werden kann.
-
Die Öffnungsplatte 311 ist
vorzugsweise über
das Substrat 303 gelegt und an demselben befestigt, so
wie an der oberen Oberfläche
der Trägerschicht 307.
Bei dem Druckkopfausführungsbeispiel von 3 ist
die Öffnungsplatte 311 vorzugsweise unter
Verwendung eines Aufschleuder- oder laminierten Polymers gebildet.
Das Polymer ist mit einer Dicke von etwa 10 bis 30 μm aufgebracht.
Irgendein geeigneter fotoabbildbarer Polymerfilm kann verwendet
werden, beispielsweise Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polykarbonat,
Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephtalat oder Mischungen derselben.
Alternativ kann die Öffnung
aus einem goldplattierten Nickelbauglied gebildet sein, das durch
herkömmliche Elektroabscheidetechniken
hergestellt ist. Vorzugweise wird der Graben 327 durch
einen anisotropischen Ätzprozess
von der unteren Seite des Substrats 303 zu der oberen Oberfläche 305 der
Trägerschicht 307 geätzt.
-
Fluid-Tinte,
die in einem Reservoir des Kassettengehäuses 212 gespeichert
ist, fließt
durch eine Kapillarkraft durch jeden Graben 327, der in
dem Druckkopfsubstrat 303 erzeugt ist, und durch die Durchgänge, um
die Abfeuerungskammern zu füllen. Es
wird erwartet, dass der Graben ausgerichtet ist, um Tinte zu einem
Satz von Tropfengeneratoren zu liefern, und eine Mehrzahl von Gräben zusätzliche Sätze von
Tropfengeneratoren speisen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich jeder Graben, um eine Verbindung mit dem Tintenspeicherungsreservoir
herzustellen. Das Substrat 303 ist an die Kassettengehäuseoberfläche gebondet,
die eine untere Grenze des Grabens 327 definiert.
-
Düsenkonfigurationen
und -Ausrichtungen sind Entwurfsfaktoren, die eine Tröpfchengröße, Geschwindigkeit
und Bahn der Tröpfchen
von Tinte in der Z-Achse (zu dem Medium hin, auf das gedruckt werden
soll) steuern. Die herkömmliche
Tropfengeneratorkonfiguration weist eine Öffnung auf und wird entweder
in einem Ein-Tropfen-Pro-Pixel- oder Mehrere-Tropfen-Pro-Pixel-Druckmodus abgefeuert.
Bei dem Eintropfenmodus wird selektiv ein Tintentropfen aus jeder
Düse aus
jeder Druckkassette zu einem jeweiligen Zielpixel an dem Druckmedium 107 hin
abgefeuert (das heißt,
ein Zielpixel könnte
einen Tropfen Gelb von einer Düse
und zwei Tropfen Cyan von einer anderen Düse bei aufeinanderfolgenden
Bewegungen des Wagens bekommen, um einen spezifischen Farbton zu
erreichen); bei einem Mehrtropfenmodus könnten, um eine Sättigung
und eine Auflösung
zu verbessern, zwei sequentielle Tröpfchen Gelb und vier Cyan für einen
speziellen Farbton verwendet werden, der bei einem Durchlauf des
Wagens vorgenommen werden könnte.
(Zum Zweck dieser Beschreibung bedeutet ein Zielpixel ein Pixel, das
ein Tropfengenerator überquert,
wenn ein Tintenstrahldruckkopf über
ein benachbartes Druckmedium bewegt wird, wobei die Physik eines
Abfeuerns, einer Flugzeit, einer Bahn, einer Düsenkonfiguration und dergleichen
berücksichtigt
wird, was einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt wäre; das
heißt,
bei einem herkömmlichen
Druckkopf ist dasselbe das Pixel, das ein spezieller Tropfengenerator
anvisiert. Die aktuelle Erfindung jedoch kann Punkte bei anderen Pixeln
als dem aktuell überquerten
Pixel, d. h. anderen als dem herkömmlichen Zielpixel, bilden.)
Der resultierende Punkt an dem Druckmedium hat näherungsweise die gleiche Größe und Farbe
wie die Punkte von der gleichen und anderen Düsen an der gleichen Druckkassette.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass ein Tropfengenerator
eine Mehrzahl von Düsen
zum Auswerfen von Tinte aufweist.
-
Ein
Segment eines Druckkopfs ist in dem isometrischen Querschnitt von 4A dargestellt.
An der äußeren Oberfläche der Öffnungsplatte 311 sind vier
Düsenöffnungen 320, 401, 403 und 405 sichtbar, die
die äußere Erscheinung
eines einzelnen Tropfengenerators darstellen, der bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden kann. Die Öffnungen
weisen jeweils eine zugeordnete Tintenauswurfvorrichtung in der
Form eines oder mehrerer Heizwiderstände auf, die an der Trägerschicht 307 angeordnet
sind (wie es vorhergehend beschrieben ist, aber in 4A nicht
gezeigt ist). Die Düsen
und die Tintenauswurfvorrichtungen sind jeweils in einem vorbestimmten
geometrischen Muster angeordnet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
von vier Düsen
pro Tropfengenerator ist das vorbestimmte geometrische Muster ein
Parallelogramm.
-
In
der Praxis sind eine große
Anzahl von Tropfengeneratoren in einem Druckkopf gruppiert, um eine
Druckbandbreite von vernünftiger
Größe zu liefern,
derart, dass ein Band eines Textes oder Bilds bei einem Durchlauf
der Druckkassette über
das Druckmedium auf das Druckmedium aufgebracht werden kann. Sollte
der Druckkopf aufgebaut sein, um eine ausreichende Größe aufzuweisen,
kann natürlich
eine vollständige
Seitenbreite von Tinte auf das Medium ohne eine Hin- und Herbewegung
des Druckkopfs aufgebracht werden. Während der Druckkopf der vorliegenden
Erfindung größenmäßig auf
eine vollständige
Seitenbreitenabmessung erweitert werden kann, benutzt das vorliegende
Ausführungsbeispiel
einen kleineren Druckkopf (1,25 cm), der über das Medium hin und her
bewegt wird. Eine bevorzugte Anordnung der Mehrzahl von Tropfenauswurfvorrichtungen,
je mit vier Düsenöffnungen
an der äußeren Oberfläche der Öffnungsplatte 311,
ist in 4B gezeigt. Eine Überlappung
von Düsenöffnungen
von benachbarten Tropfengeneratoren ist bei diesem Ausführungsbeispiel
ohne weiteres ersichtlich und eine derartige Anordnung liefert eine
erwünschte
Tintenpunktverteilung an dem Medium. Vorteilhafterweise sind Tintenpunkte
bei einer Überlappung
zwischen Pixeln platziert, so dass Bandbildungsartefakte, Moiré-Muster
und andere Druckfehler getarnt oder vermieden sind. Diese Platzierung
ist besonders vorteilhaft, wenn dieselbe bei einem Einzeldurchlaufdruckmodus
verwendet wird.
-
Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Düsenöffnungen
von benachbarten Tropfengeneratoren die überlappende Anordnung an der Öffnungsplatte
aufweisen. Das Überlappungsmuster
ist natürlich
für die
entsprechende Abfeuerungskammer und die Tintenauswurfvorrichtung
jeder Düse
beibehalten. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Düsen eines
Tropfengenerators in einem vorbestimmten geometrischen Muster angeordnet.
Ein derartiges Muster ist bei dem Düsenöffnungsmuster dargestellt,
das in 4C gezeigt ist. Gestrichelte
Linien verbinden für
ein einfaches Verständnis
die vier Düsenöffnungen
jedes Tropfengene rators (die Druckkopfdetails von 4B sind
einer Klarheit halber weggelassen) und jeder Tropfengeneratorsatz
ist als eine Tropfengeneratoranordnung 410, Anordnung 412,
Anordnung 414 und Anordnung 416 identifiziert.
Es ist klar, dass zumindest eine Düsenöffnung, zum Beispiel eine Öffnung 421,
eines benachbarten Tropfengenerators (Anordnung 412) an
oder innerhalb des Umfangs der Düsenöffnungen 320, 401, 403, 405 der
Tropfengeneratoranordnung 410 platziert ist.
-
Wie
vorhergehend erwähnt,
verfolgen die Tintenauswurfvorrichtungen (Heizwiderstände) die Position
der Düsenöffnungen.
Ein Platzieren von Düsenöffnungen
eng aneinander stellt ein Problem bei dem Entwerfen von Tintenauswurfvorrichtungen
und den elektrischen Verbindungen, die zu denselben hergestellt
werden müssen,
dar. Diese elektrischen Verbindungen sind typischerweise metallisierte Dünnfilmleiter,
die die Tintenauswurfvorrichtungen an dem Druckkopf elektrisch mit
Kontaktanschlussflächen
verbinden, und von dort mit einer Druckkopfschnittstellenschaltungsanordnung
in dem Drucker. Eine Technik, die allgemein als „Integrierter-Treiberkopf-„ oder
IDH-Multiplexen (IDH = Integrated Drive Head) bekannt ist, wird
herkömmlicherweise
verwendet, um elektrische Verbindungen zwischen einem Drucker und
den zugeordneten Druckkassetten desselben zu reduzieren. Beispiele
eines IDH-Multiplexens sind in dem US-Patent Nr. 5,541,629 „Printhead
with Reduced Interconnections to a Printer" zu finden. Bei einem IDH-Entwurf sind die
Tintenauswurfvorrichtungen (Heizwiderstände) in Gruppen angeordnet,
die als Grundelemente bekannt sind. Jedes Grundelement weist eine
eigene Leistungsversorgungsverbindung („Grundelement-Auswahl") und eine Rückverbindung
(„Grundelement-Rückgabe" oder „Grundelement-Gemeinsam") auf. Zusätzlich werden
eine Anzahl von Steuerleitungen („Adressleitungen") verwendet, um spezielle
Tintenauswurfvorrichtungen freizugeben. Diese Adressleitungen werden
unter allen Grundelementen gemeinschaftlich verwendet. Diesen Ansatz
kann man sich als eine Matrix vorstellen, bei der die Zeilen die
Anzahl von Grundelementen sind und die Spalten die Anzahl von Widerständen pro
Grundelement sind. Das Versorgen jeder Tintenauswurfvorrichtung mit
Energie ist durch eine Grundelement-Auswahl und durch einen Transistor
gesteuert, wie beispielsweise einen MOSFET, der als ein Schalter
wirkt, der mit jedem Widerstand in Reihe geschaltet ist. Durch ein
Anlegen einer Spannung über
eine oder mehrere Grundelement-Auswahlen
(PS1, PS2, etc.) und die Grundelement-Rückgabe, und ein Aktivieren
des zugeordneten Gatters eines ausgewählten Transistors können mehrere
unabhängig
adressierte Tintenauswurfvorrichtungen simultan abgefeuert werden.
-
5 ist
ein elektrisches Schema, das eine typische Tintenauswurfvorrichtung-IDH-Matrix-Schaltungsanordnung
an dem Druckkopf darstellt. Diese Konfiguration ermöglicht die
Auswahl dessen, welche Tintenauswurfvorrichtungen ansprechend auf
Druckbefehle von der elektronischen Steuerung des Druckers abzufeuern
sind. Während
die Matrix hier hinsichtlich Zeilen und Spalten beschrieben ist,
sollte klar sein, dass diese Ausdrücke nicht als physische Beschränkungen
der Anordnung von Tintenauswurfvorrichtungen innerhalb der Matrix oder
an dem Druckkopf aufgefasst werden sollen. Die Tintenauswurfvorrichtungen
sind entsprechend den Düsenöffnungen
angeordnet und sind in der elektrischen Matrix durch Freigabesignale
innerhalb eines Druckbefehls identifiziert, der durch den Drucker
an den Druckkopf gerichtet wird. Jede Tintenauswurfvorrichtung (zum
Beispiel ein Widerstand 501) wird durch eine Schaltvorrichtung
(zum Beispiel einen Transistor 503) mit Energie versorgt,
der durch Adressverbindungen 509 gesteuert ist. Eine elektrische
Leistung wird über
eine Grundelement-Auswahl-Anschlussleitung (PS(n)-Anschlussleitung) 505 geliefert
und durch eine Grundelement-Gemeinsam-Anschlussleitung (PG(n)-Anschlussleitung) 507 zurückgegeben.
Jede Schaltvorrichtung (z. B. 503) ist mit jedem Heizwiderstand
(z. B. 501) zwischen die Grundelement-Auswahl- 505 und
die Grundelement-Gemeinsam-Anschlussleitung 507 in
Reihe geschaltet. Die Adressverbindungen 509 (z. B. Adresse A3)
sind mit dem Steuertor der Schaltvorrichtung (z. B. 503)
zum Umschalten der Vorrich tung zwischen einem leitfähigen und
einem nicht leitfähigen
Zustand verbunden, wie es durch die elektronische Steuerung innerhalb
des Druckers 301 befohlen wird. In dem leitfähigen Zustand
schließt
die Schaltvorrichtung 503 eine Schaltung von der Grundelement-Auswahl-Anschlussleitung 505 durch
den Heizwiderstand 501 zu der Grundelement-Gemeinsam-Anschlussleitung 509,
um den Heizwiderstand mit Energie zu versorgen, wenn die Grundelement-Auswahl PS1
mit einer Quelle elektrischer Leistung gekoppelt ist.
-
Jede
Zeile von Tintenauswurfvorrichtungen in der Matrix wird als ein
Grundelement erachtet und kann durch ein Versorgen der zugeordneten
Grundelement-Auswahl-Anschlussleitung 505,
beispielsweise PS1, für
die Zeile von Heizwiderständen,
die in 5 mit 511 bezeichnet ist, selektiv für ein Abfeuern vorbereitet
werden. Während
lediglich drei Heizwiderstände
hier gezeigt sind, sollte klar sein, dass irgendeine Anzahl von
Heizwiderständen
in einem Grundelement enthalten sein kann, konsistent mit den Zielen
des Entwicklers und den Begrenzungen, die durch andere Drucker-
und Druckkopfeinschränkungen
auferlegt sind. Gleichermaßen
ist die Anzahl von Grundelementen eine Entwurfswahl des Entwicklers.
Um eine einheitliche Energie für
die Heizwiderstände
des Grundelements zu liefern, ist bevorzugt, dass lediglich eine
Reihenschaltvorrichtung pro Grundelement zu einer Zeit mit Energie
versorgt ist. Es kann jedoch irgendeine Anzahl der Grundelement-Auswahlen
gleichzeitig freigegeben sein. Jede freigegebene Grundelement-Auswahl,
wie beispielsweise PS1 oder PS2, liefert somit sowohl eine Leistung
als auch eines der Freigabesignale zu der Tintenauswurfvorrichtung.
Ein anderes Freigabesignal für
die Matrix ist das Adresssignal, das durch jede Steuerverbindung 509,
wie beispielsweise A1, A2, etc., geliefert wird, von denen vorzugsweise
lediglich eine zu einer Zeit aktiv ist. Jede Adressverbindung 509 ist
mit allen Schaltvorrichtungen in einer Matrixsäule gekoppelt, so dass alle
derartigen Schaltvorrichtungen in der Säule leitfähig sind, wenn die Verbindung
freigegeben oder „ak tiv" ist, d. h. bei einem Spannungspegel,
der die Schaltvorrichtungen einschaltet. Wenn eine Grundelement-Auswahl
und eine Adressverbindung für
einen Heizwiderstand beide gleichzeitig aktiv sind, wird dieser
Widerstand elektrisch mit Energie versorgt, erwärmt sich schnell und verdampft
Tinte in der zugeordneten Tintenabfeuerungskammer.
-
Für eine einfache
Durchsicht ist lediglich ein Grundelement ähnlich diesen des Schemas von 5 in 6A gezeigt.
Bei der Implementierung von 6A ist
die Energieversorgung einer Mehrzahl von Heizwiderständen durch
eine Schaltvorrichtung gesteuert. Eine Implementierung eines Mehrdüsentropfengenerators
setzt die Heizwiderstandskonfiguration ein, die die Heizwiderstände, die
den mehreren Düsen
des Tropfengenerators zugeordnet sind, simultan mit Energie versorgt.
Wenn somit das PS1-Grundelement aktiv gemacht wurde, wird eine Schaltvorrichtung 601 durch
eine Adressleitung A3 eingeschaltet und führt einen elektrischen Strom über einen
Leiter 602 zu Heizwiderständen 603, 605, 607, 609,
die in einer parallelen Anordnung (in gestrichelter Linie als Widerstandszelle 611 umrissen)
verbunden sind. Der Grundelement-Rückgabe-Leiter 613 ist
den Heizwiderständen
in der Zelle 611 sowie Heizwiderstandszellen in dem Grundelement
gemeinsam.
-
Eine
physische Implementierung der Anordnung von Heizwiderständen von 6A ist
in dem Diagramm der parallelen Anordnung der Heizwiderstandszelle 611' von 6B gezeigt.
Es wird erwartet, dass in Reihe geschaltete und parallel in Reihe geschaltete
Widerstände
verwendet werden, wenn es die Tropfenauswurfvorrichtungsentwurfsparameter
erfordern. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Dünnfilmheizwiderstände unter
Verwendung herkömmlicher
Abscheidungsprozesses an der isolierenden Trägerschicht eines Substrats
(wie es in 3 gezeigt ist) erzeugt. TaAl-Dünnfilmwiderstände 603', 605', 607' und 609' sind in einer
im Wesentlichen zweidimensionalen geometrischen Anordnung (bei dem
gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Paral lelogramm) angeordnet, die einer identischen Anordnung
von entsprechenden Düsen
auf einer Eins-Zu-Eins-Basis entspricht. Der Leiter 602 ist
als ein Dünnfilmmetalleiter 602' (wie beispielsweise
Aluminium) realisiert, der auf die isolierende Substratschicht in
herkömmlicher
Weise aufgebracht ist und eine elektrische Verbindung mit jedem
der Dünnfilmwiderstände herstellt.
Der Grundelement-Rückgabe-Leiter 613 ist
ebenfalls als ein Dünnfilmmetalleiter 613' realisiert,
der an der isolierenden Trägerschicht des
Substrats aufgebracht ist und eine elektrische Verbindung mit jedem
der Dünnfilmheizwiderstände gegenüber der
Verbindung der Metallschicht 602' herstellt. Auf diese Weise ist
eine parallele elektrische Verbindung mit vier Heizwiderständen der
Tintenauswurfvorrichtung entsprechend der Heizwiderstandszelle 611 erzielt.
Wenn eine elektrische Spannung über
die parallelen Heizwiderstände
angelegt ist, fließt
ein elektrischer Strom simultan durch jeden Widerstand, erwärmt sich
der Widerstand schnell und verdampft Tinte, die in den Abfeuerungskammern
gehalten ist, die jedem der Widerstände zugeordnet sind.
-
Ein
zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
ist in 7A gezeigt. Jede Schaltvorrichtung bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
versorgt acht grundlegende Heizwiderstände in einer Widerstandszelle 711 und
entsprechend zwei Tropfengeneratoren, die jeweils vier Düsen aufweisen,
mit Energie. Jeder der grundlegenden Widerstände ist aus einer parallelen
Kombination von zwei Widerständen,
die die Tintenauswurfvorrichtung für eine Abfeuerungskammer bilden,
und einer Düse
gebildet. Zwei der grundlegenden Widerstände sind in Reihe geschaltet und
vier der in Reihe geschalteten Widerstände sind parallel geschaltet.
Genauer gesagt besteht die Widerstandszelle 711 aus parallelen
Widerständen 707a und 707b,
die mit parallelen Widerständen 708a und 708b in
Reihe geschaltet sind. Eine ähnliche
Parallelreihenschaltung umfasst Widerstände 709a und 709b in
Reihe mit Widerständen 710a und 710b.
Die Widerstände 707a bis 710b weisen
bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Tin tenauswurfvorrichtung eines Tropfengenerators auf. Der Rest
der Zelle 711 umfasst einen zweiten Tropfengenerator, der
eine ähnliche
Parallelreihenparallelschaltung von Widerständen 703a, 703b, 704a, 704b, 705a, 705b, 706a und 706b einsetzt,
wie es in 7A gezeigt ist. Wenn das Grundelement
PS1 aktiviert ist (eine elektrische Leistung angelegt ist) und die
Schaltvorrichtung 701 durch die Adressleitung A3 eingeschaltet
ist, ist eine Spannung über
den Leitereingang 702 an die Widerstandszelle 711 und
die Grundelement-Rückgabe 713 angelegt.
Das Ausführungsbeispiel
von 7A trennt jedoch diese Grundelement-Rückgabe in
zwei geschaltete Grundelement-Rückgaben,
beispielsweise eine Rückgabe 715 und
eine Rückgabe 717.
Eine Verbindung mit der Grundelement-Rückgabe 713 ist durch
Schaltvorrichtungen 719 und 721 (vorzugsweise
als MOSFET-Vorrichtungen implementiert) gesteuert. Die Heizwiderstände 707a–710b sind
dann lediglich bei den zuvor erwähnten
Bedingungen und wenn die Grundelement-Rückgabe-Schaltvorrichtung 721 durch
ein Grundelement-Rückgabe-Aktivierungssignal
E4 eingeschaltet ist, mit Energie versorgt. Bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
sind die Grundelement-Rückgabe-Aktivierungssignale
E1–E3 durch
die gleiche elektronische Steuerung innerhalb des Druckers 101 gesteuert,
die die Adresssignale A1–A3
aus den herkömmlichen
Druckanweisungen erzeugt, die durch den Drucker empfangen werden. Gleichermaßen sind
die parallelen Heizwiderstände 703a bis 706b,
die Tintenauswurfvorrichtungen der anderen Tropfengeneratorteilhabungszelle 711,
mit Energie versorgt, wenn das Grundelement PS1 aktiviert ist, die
Schaltvorrichtung 701 durch ein Aktivierungssignal eingeschaltet
ist, das durch die Adressleitung A3 angelegt ist, und die Schaltvorrichtung 719 durch
ein Grundelement-Rückgabe-Aktivierungssignal
E3 eingeschaltet ist. Es ist aber zu beachten, dass 723a, 723b, 724a, 724b, 725a, 725b, 726a und 726b,
die Parallelreihenparalleltintenauswurfvorrichtungen eines dritten
Tropfengenerators, ebenfalls mit der Rückgabe 715 verbunden
sind und die Schaltfunktion des Grundelement-Rückgabe-Schalters 719 gemeinschaftlich
verwenden. Weil die Heizwiderstände 723a bis 726b durch
die Adressleitung A2 aktiviert sind, müssen dieselben jedoch nicht
mit Energie versorgt sein. Es wird erwartet, dass dieses abwechselnde
gemeinschaftliche Verwenden von Adressschaltvorrichtungen und Grundelement-Rückgabe-Schaltvorrichtungen über viele
Tropfengeneratoren (mehr als die sechs Dargestellten) und zu vielen
Grundelementen (mehr als das eine in 7A Gezeigte)
ausgeführt
wird. Ferner kann die Anzahl von Widerständen pro Abfeuerungskammer,
die Anzahl von Düsen
(und Abfeuerungskammern) pro Tropfengenerator und die Reihen-/Parallelschaltung verändert werden,
wie es der Entwickler fordert. Zudem kann sich ein Entwickler entschließen, die
Grundelement-Rückgabe-Schaltvorrichtung
zwischen den Heizwiderständen
der Zelle, die durch die Adresse A1 aktiviert ist, und den Heizwiderständen der
Zelle, die durch die Adresse A(n) aktiviert ist, gemeinschaftlich
zu verwenden. Das heißt,
die Heizwiderstände 707a bis 710b und
die Heizwiderstände 727a bis 730b können angeordnet
sein, um die gleiche Grundelement-Rückgabe-Schaltvorrichtung (z.B. die Schaltvorrichtung 721)
gemeinschaftlich zu verwenden.
-
Ein
Layout von Heizwiderständen
an einer isolierenden Trägerschicht
eines Substrates entsprechend dem Schema von 7A ist
in 7B gezeigt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind die Dünnfilmheizwiderstände aus
Tantal-Aluminium unter Verwendung herkömmlicher Abscheidungsprozesses
an der isolierenden Trägerschicht
des Substrats erzeugt. Eine Mehrzahl von Heizwiderständen ist
gezeigt und der schematischen Darstellung derselben gleichgesetzt. Die
Dünnfilmwiderstände 703a' und 703b', 704a' und 704b', 705a' und 705b' und 706a' und 706b', sowie 707a' bis 710b', 723a' bis 726b' und 727a' bis 730b' (wobei jede
Gruppierung den Tintenauswurfvorrichtungen eines einzigen Tropfengenerators
entspricht) sind in einer im Wesentlichen zweidimensionalen geometrischen
Anordnung (bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Parallelogramm)
entsprechend einer identischen Anordnung von entsprechenden Düsen, wie
beispielsweise dieser, die in
-
4B gezeigt
ist, angeordnet. Die elektrischen Leiter 702 und 731 sind
bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Dünnfilmaluminiumleiter 702' und 731' realisiert,
die auf die isolierende Substratträgerschicht auf herkömmliche
Weise aufgebracht sind. Der Leiter 702' stellt eine elektrische Verbindung
mit jedem der Dünnfilmheizwiderstände in der
Widerstandszelle 711 einer Tintenauswurfvorrichtung her.
Der Leiter 731' stellt
eine elektrische Verbindung mit den Dünnfilmheizwiderständen einer anderen
Zelle einer anderen Widerstandszelle eines anderen Tropfengenerators
her. Die geteilten Grundelement-Rückgaben 717 und 715 sind
ebenfalls als Dünnfilmmetalleiter 717' und 715' realisiert,
die an der isolierenden Trägerschicht
des Substrats aufgebracht sind. Der geteilte Grundelement-Rückgabe-Leiter 717' stellt eine
elektrische Verbindung mit der Parallelreihenparallelschaltung der
Dünnfilmheizwiderstände 707a' bis 710b' bei einem Punkt
her, der elektrisch entgegengesetzt zu der Verbindung der Metallschicht 702' ist. Der geteilte
Grundelement-Rückgabe-Leiter 715' stellt eine
elektrische Verbindung mit der Parallelreihenparallelschaltung der
Dünnfilmheizwiderstände 703a' bis 706b' der Widerstandszelle 711 sowie
den Parallelreihenparallelheizwiderständen 723a' bis 726b' der benachbarten Widerstandszelle
her. Obwohl lediglich drei adressierte Widerstandszellen dargestellt
wurden, können zusätzliche
Adressleitungen, Schalter und Widerstandszellen hinzugefügt werden,
wenn es als notwendig für
die Druckkopfimplementierung erachtet wird. 4B stellt
beispielsweise eine zusätzliche Tintenauswurfvorrichtungsdüsenkonfiguration
dar, die mit der Heizwiderstands- und Leiteranordnung von 7B zusammenpasst
und sich auf dieselbe ausdehnt.
-
Eine
alternative elektrische Verbindung ist in dem schematischen Diagramm
von 7C dargestellt. Bei dieser Anordnung ist eine
der Parallelreihenschaltung von Heizwiderständen jedes Tropfengenerators
mittels einer Schaltvorrichtung 733 mit der Grundelement-Rückgabe 713 verbunden,
während
die andere Parallelreihenschaltung von Heizwider ständen jedes
Tropfengenerators mittels einer Schaltvorrichtung 735 mit
der Grundelement-Rückgabe 713 verbunden
ist. Getrennte Grundelement-Rückgabe-Aktivierungssignale
E4 und E5 werden zu den Steuertoren der Schaltvorrichtungen 733 und 735 gekoppelt,
so dass die Hälfte
der Düsen
jedes Tropfengenerators mit Energie versorgt werden darf, wenn eines
der Rückgabe-Aktivierungssignale freigegeben
ist. Die Vorteile, die diese Anordnung bietet, werden durch eine
erneute Bezugnahme auf 7B ersichtlich.
-
Die
Richtung X einer Druckwagenbewegung bei dem Drucker ist in 7B angegeben.
Wenn einer der Tropfengeneratoren aktiviert ist (beispielsweise
der Tropfengenerator, der die Heizwiderstände 703a', 703b', 704a', 704b', 705a', 705b', 706a' und 706b' einsetzt),
werden vier Tintentröpfchen
aus den vier Düsen
ausgestoßen,
die diesen Heizwiderständen
zugeordnet sind. Vier Tintenpunkte werden an dem Medium in einem
Bereich platziert, der größer als
ein Standardpixel ist. Gleichermaßen stößt ein zweiter Tropfengenerator
(beispielsweise der Tropfengenerator, der die Heizwiderstände 723a' , 723b' , 724a' , 724b' , 725a' , 725b' , 726a' und 726b' einsetzt) vier
Tintentröpfchen
aus den vier Düsen
desselben aus und vier weitere Tintenpunkte werden an dem Medium
platziert. Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass einige
dieser vier zusätzlichen
Tintenpunkte zwischen einigen der Tintenpunkte platziert sind, die
durch den Tropfengenerator mit den Heizwiderständen 703a'–706b' aufgebracht sind.
Die Druckkassette wird dann in die X-Richtung für einen zusätzlichen Tröpfchenausstoß vorbewegt. Es
ist dann zu sehen, dass die gedruckten (diskontinuierlichen) Pixel
von einigen der Tropfengeneratoren mit den gedruckten (diskontinuierlichen)
Pixeln von anderen Tropfengeneratoren durchsetzt sind. Bei diesem
Beispiel weist jedes diskontinuierliche Pixel eines gegebenen Tropfengenerators
vier Tintenpunkte auf.
-
In
einigen Fällen
ist es erwünscht,
weniger als vier Tintenpunkte aufzuweisen, die bei dem diskontinuierlichen Pixel
aufgebracht sind. Ein derartiger Fall kann beispielsweise bei einem
Farbdrucken entstehen, wenn bestimmte Farbtöne oder Sättigungspegel benötigt werden
und weniger Tintenpunkte pro Pixel die Antwort liefern. (Es ist
ein Vorteil, dass eine variable Anzahl von Tintenpunkten ausgewählt und
platziert werden kann, während
sich die Tintenkassette in eine Richtung bewegt – mehrere Durchläufe, um
eine variierende Anzahl von Punkten bei einem Pixel zu platzieren,
verlangsamen die Druckrate beträchtlich).
-
Wenn
die vorliegende Erfindung bei dem Ausführungsbeispiel eingesetzt wird,
das eine geteilte Grundelement-Rückgabe
aufweist, die eine unabhängige
Steuerung einiger der Tintenauswurfvorrichtungen eines Tropfengenerators
(wie beispielsweise dieses, der in 7C gezeigt
ist) liefert, kann eine Menge von Tintenpunkten aufgebracht werden,
die geringer als alle ist, die durch einen Tropfengenerator aufgebracht
werden könnten.
Wenn somit die Schaltvorrichtung 733 leitet, während die
Schaltvorrichtung 735 dasselbe nicht macht, sind die Heizwiderstände 705a', 705b', 706a' und 706b' (sowie 709a', 709b', 710a' und 710b') mit Energie
versorgt, wenn das Grundelement PS1 mit Energie versorgt ist und
wenn die Schaltvorrichtung 701 leitend gemacht ist. Die Heizwiderstände 703a', 703b', 704a' und 704b' (sowie 707a', 707b', 708a' und 708b') sind nicht
mit Energie versorgt. Das Ergebnis besteht darin, dass die Hälfte der
Anzahl von Tintenauswurfvorrichtungen pro Tropfengenerator aktiviert
ist, um ein Tintentröpfchen
auszuwerfen. Eine präzisere
Steuerung jedes Tropfengenerators kann durch ein Aufweisen von mehr
Grundelement-Rückgabe-Schaltvorrichtungen realisiert
sein, wie beispielsweise diesen von 7A, die
mit den Tropfengeneratoren verbunden sind.
-
Somit
realisiert ein Drucker, der eine Anordnung von koordinierten Tintenausstoßdüsen einsetzt, bei
der das Düsenmuster
eines Tropfengenerators das Düsenmuster
eines anderen Tropfengenerators überlappt
und bei der die Anzahl von simultan ausstoßenden Düsen variabel ausgewählt sein
kann, einen verbesserten visuellen Dynamikbereich bei gleichzeitig
reduzierter Quantisierung und Granularität.