DE60103720T2

DE60103720T2 - Korrektur-Verfahren für einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckerkopf

Info

Publication number: DE60103720T2
Application number: DE60103720T
Authority: DE
Inventors: Zhihao Rochester Yang; Ravi Rochester Sharma; Michael E. Rochester Meichle; John M. Rochester Noonan
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: EP1205308A2; JP2002192729A; US6386679B1; EP1205308B1; EP1205308A3; JP4050499B2; DE60103720D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Korrektur-Verfahren für den Tintenstrahldruck, das einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckerkopf verwendet, der multiple Düsen benutzt.
Tintenstrahl-Drucker sind in der Druckindustrie allgemein bekannt. Tintenstrahl-Drucker stellen einen von vielen unterschiedlichen Typen von Drucksystemen dar, die entwickelt wurden, wozu gehören elektrophotographische Laserdrucker, elektrophotographische LED-Drucker, Dotmatrix-Impactprinter, thermische Papierdrucker, Filmaufzeichnungsgeräte, thermische Wachsdrucker sowie thermale Farbstoff-Diffusions-Übertragungsdrucker. Der Tintenstrahldruck wurde zu einem prominenten Wettbewerber in der digital gesteuerten, elektronischen Druckindustrie aufgrund seiner nicht-beaufschlagenden, geräuscharmen Charakteristika, der Verwendung von einfachem Papier und aufgrund der Vermeidung von Tonerübertragungen und des Fixierens. Es besteht jedoch ein fortlaufendes Bedürfnis nach verbesserten, digital gesteuerten Drucksystemen, die dazu geeignet sind, Bilder von hoher Farbqualität mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen, bei niedrigen Kosten und unter Verwendung eines Standard-Papiers.
Die US-A-4 346 387 beschreibt einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Drucker, der elektrostatische Aufladungstunnel verwendet, die nahe dem Punkt angeordnet sind, wo Tintentröpfchen in Form eines Stroms ausgestoßen werden. Ausgewählte Tröpfchen werden elektrisch durch die Aufladungstunnel aufgeladen. Die aufgeladenen Tröpfchen werden stromabwärts durch das Vorhandensein von Deflektor-Platten abgelenkt, zwischen denen eine vorbestimmte elektrische Potentialdifferenz besteht. Eine Rinne kann dazu verwendet werden, um die aufgeladenen Tröpfchen aufzufangen, während die nicht-aufgeladenen Tröpfchen frei sind, um auf das Aufzeichnungsmedium aufzutreffen.
Die US-A-6 079 821 beschreibt einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Drucker, der thermische Energie dazu verwendet, um die Tröpfchen abzulenken. Ein Erhitzer-Abschnitt wird dazu verwendet, um eine asymmetrische Zufuhr von Wärme zu einem Tintenstrahl zu bewirken, um die Richtung des Stroms einer Druckrichtung und einer Nicht-Druckrichtung zu steuern.
Die US-A-5 863 371 beschreibt ein Verfahren zur Beschichtung einer Düsenplatte eines Tintenstrahl-Druckerkopfes mit einer Wasser abstoßenden Oberfläche, um die Abweichung des Fluges der Tintentröpfchen von der Düse während des Druckers zu verhindern. Die Beschichtung wird auf die gesamte Oberfläche der Düsenplatte aufgebracht, mit Ausnahme des Randes der Düse.
Obgleich kontinuierliche arbeitende Tintenstrahl-Drucker sich des Vorteils einer hohen Druckgeschwindigkeit und Produktivität erfreuen, besteht ein Problem aufgrund des Versagens oder Nicht-Funktionierens von Düsen. Beispielsweise wird ein Druckerkopf kaum in perfekter Weise hergestellt, so dass ein kleiner Prozentsatz an Düsen in einem Druckerkopf vorhanden ist, der nicht perfekt ist. Zusätzlich kann ein kleiner Prozentsatz von Düsen während des Druckens beschädigt werden. Ohne eine Korrektur können die nicht funktionierenden Düsen eines Druckerkopfes zu Druckfehlern führen, beispielsweise aufgrund falsch gerichteter Tintenstrahlen.
Ein Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Korrektur der Leistung eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckerkopfes mit einer Vielzahl von Düsen mit einer nicht funktionierenden Düse bereitzustellen, ohne die Arbeitsweise der anderen Düsen zu beeinflussen.
Ein anderes Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine nicht funktionierende Düse eines Tintenstrahl-Druckerkopfes selektiv zu blockieren, durch Anwendung einer thermischen Triggertechnik.
Diese und andere Ziele werden erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Korrektur der Leistung eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckerkopfes mit einer Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsen, von denen jede eine Öffnung aufweist, wobei mindestens eine der Düsen eine nicht funktionierende Düse ist, erreicht, wobei das Verfahren umfasst:

a) die Bestimmung, welche Düse auf der Düsenplatte nicht funktionsfähig ist;
b) das Aufbringen eines Wärme aktivierbaren Materials auf die Oberfläche der Düsenplatte;
c) die Zufuhr von Wärme auf die nicht funktionsfähige Düse, wodurch bewirkt wird, dass ein Abschnitt des Wärme aktivierbaren Materials in die Öffnung der nicht funktionsfähigen Düse strömt und sie verstopft; und
d) die Entfernung des Wärme aktivierbaren Materials von der Düsenplatte, das nicht geströmt ist.

Durch Anwendung der Erfindung kann eine nicht funktionierende Düse blockiert werden, ohne dass die Leistung der anderen Düsen beeinflusst wird, so dass der Druckerkopf fortgesetzt verwendet werden kann. Der Drucker kann programmiert werden, um lediglich die funktionierenden Düsen zu verwenden.
In der Zeichnung ist in (1a) ein Querschnitt einer Düsenplatte 10 für einen Tintenstrahl-Druckerkopf dargestellt. Die Düsenplatte weist eine Anzahl von Öffnungen 20 auf, durch welche Tinte auf ein nicht dargestelltes Aufzeichnungselement ausgestoßen wird. Die Schicht 40 auf der Düsenplatte 10 ist ein Wärme aktivierbares Material, das auf die Oberfläche aufgebracht wurde. Heizelemente 30 umgeben jede Düse. Im Falle der (1b) ist durch Wärme aktivierbares Material in eine nicht funktionierende Düse geströmt, eingeleitet oder angestoßen durch das Heizelement, das die Düse umgibt. In der (1c) ist das überschüssige durch Wärme aktivierbare Material entfernt worden, wobei die nicht funktionierende Düse verstopft bleibt.
Eine Düsenplatte für einen Tintenstrahl-Druckerkopf weist vorzugsweise Silizium auf und weist eine Anordnung von Öffnungen auf, durch die Tinte ausgestoßen wird. Die Öffnungen können durch übliche Ätzverfahren erzeugt werden. Die Düsenplatte kann ferner eine Metalloxid- oder Nitridbeschichtung aufweisen. Es sollte darauf verwiesen werden, dass abgesehen von Silizium auch andere Materialien zur Herstellung der tiefer liegenden Düsenplatte verwendet werden können, wie es aus dem Stande der Technik bekannt ist, wie auf elektrischem Wege erzeugtes Nickel oder Polyimid. Weiterhin können andere Metalle, wie Gold, Silber, Palladium und Kupfer zur Beschichtung des tiefer liegenden Düsenplattenmaterials verwendet werden. Wie oben erwähnt, weist der Tintenstrahl-Druckerkopf, der verwendet wird, eine Vielzahl von Düsen auf der Düsenplatte auf.
Die Identifizierung einer nicht funktionierenden Düse einer Düsenplatte kann visuell erfolgen oder durch Inspektion mit einer Videokamera. Zusätzlich kann eine nicht funktionierende Düse ermittelt werden durch Drucken eines Testmusters und Untersuchung desselben bezüglich der Genauigkeit der Tropfen-Anordnung. Andere Methoden zur Feststellung, ob eine Düse nicht funktionsfähig ist, bestehen aus einer elektronischen Abtastung der Kondition der Düse durch Verwendung einer Time-of-flight-Messung oder durch Messung der Tropfengröße, d. h. Methoden, die für den Fachmann bekannte Techniken darstellen.
Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jede Düse der Düsenplatte mindestens ein zugängliches oder aufrufbares (addressable) Heizelement auf, das die Düse umgibt und das dazu verwendet wird, der nicht funktionierenden Düse Wärme zuzuführen. Die Heizelemente auf den nicht funktionierenden Düsen werden selektiv aktiviert, um das durch Wärme aktivierbare Material aufzuschmelzen, wodurch es in die Düsenöffnung fließt und die Düse verstopft.
Das durch Wärme aktivierbare Material, das im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann, kann ein Wachs sein, z. B. Paraffin, Carnauba, Quiricuri, Spermacati, Degras, Carbowax^®, oder ein Polyethylen; eine kolloidale Dispersion, wie wässrige oder nicht-wässrige Dispersionen von Polyolefinen, Polypropylenen, Polyethylenen, mikrokristallinem Wachs, Paraffin oder pflanzlichen oder tierischen Wachsen; ein durch Zufuhr von Wärme aufschmelzbares Polymer, wie z. B. ein Polyolefin, Poly(ethylvinylacetat), Polyethylenadipat, ein Polyester oder ein Polyamid; ein durch Wärme härtbares oder photo-härtbares Material, wie Epoxy-Zusammensetzungen, Isocyanat/Bisphenol- und Isocyanat/Bisamin-Zusammensetzungen, Polyimide oder Novolac^®-Harze; oder ein thermisch reversibles Polymergel, wie N-Alkyl-substituierte Acrylamidpolymere und Copolymere oder Pfropf-Copolymere von N-Alkyl-substituierten Acrylamiden.
Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das durch Wärme aktivierbare Material ein thermisch reversibles Polymergel, das umfasst Tri-blockcopolymere von Poly(methylmethacrylat)-b-poly(n-butylacrylat)-b-poly(methylmethacrylat) (PMMA-PBA-PMMA). Es kann in einer Konzentration von 3 % – 40 % in einem geeigneten Lösungsmittel angewandt werden, wie Ethanol, Propanol, Isopropanol, n-Butanol oder 2-Ethylhexanol. Eine thermisch reversible Polymerzusammensetzung bildet ein Polymergel bei Raumtemperatur mit einem Young-Modul von so niedrig wie 2,5 × 10³ Pa (Mowery, C. L. u. A. "Adhesion of Thermally Reversible Gels to Solid Surfaces", Langmuir, 1997, 13, 6101). Bei einer erhöhten Temperatur, z. B. 70°C, schmilzt das Gel und das Material verhält sich wie eine viskose Flüssigkeit mit einer typischen komplexen Viskosität von 10 Pa·s bei 1 Hz. Wird das Material von der erhöhten Temperatur abgekühlt, so tritt sehr rasch eine Gelierung auf, wodurch wiederum ein Gel erzeugt wird.
Im Falle einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein auf thermischem Wege oder photo-initiiertes Quervernetzungsmittel zu dem thermisch reversiblen Gel zugegeben, um dieses auf thermischem Wege oder photo-härtbar zu machen. Nach dem Härten bildet das Gel eine robustere und permanente Verstopfung in der Düse.
Zu Beispielen von thermisch oder photo-initiierten Quervernetzungsmitteln, die verwendet werden können, gehören ethylenisch ungesättigte organische Verbindungen, die durch Strahlung oder durch Wärme härtbare Materialien sind. Diese Verbindungen enthalten mindestens eine endständige Ethylengruppe pro Molekül und sind in typischer Weise Flüssigkeiten. Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden polyethylenisch ungesättigte Verbindungen mit zwei oder mehr endständigen Ethylengruppen pro Molekül verwendet, wie ethylenisch ungesättigte Säureester von mehrwertigen Alkoholen, z. B. Trimethylolpropantriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat oder Dipentaerythritolhydroxypentaacrylat.
Thermische Initiatoren, die in dem thermisch härtbaren, durch Wärme aktivierbaren Material verwendet werden, das im Rahmen der Erfindung verwendet wird, werden beispielsweise beschrieben in dem "Polymer Handbook", herausgegeben von J. Brandrup, E. H. Immergut, 3. Auflage, Verlag Wiley-Interscience, Abschnitt II/1-II/59.
Photoinitiatoren, die in dem photo-härtbaren, durch Wärme aktivierbaren Material verwendet werden, das im Rahmen der Erfindung benutzt wird, werden beispielsweise beschrieben in Polymer Engineering and Science, 1983, 23, 1022 sowie in den US-A-4 366 228; 4 743 528; 4 743 529; 4 743 530; 4 743 531; 4 772 541 und 5 151 520.
Zu Lichtquellen, die für photo-härtbare, durch Wärme aktivierbare Materialien verwendet werden können, die für die Erfindung geeignet sind, gehören übliche Lampen, Licht emittierende Geräte, Laser oder Licht, das direkt zugeführt werden kann oder durch eine Faseroptik.
Das durch Wärme aktivierbare Material kann auf die Oberfläche der Düsenplatte nach verschiedenen Methoden aufgebracht werden, wozu gehören das Ausbreiten mittels einer Aufbringvorrichtung, das Aufsprühen, das Auflaminieren und dergleichen.
Bei der Anwendung wird ein durch Wärme aktivierbares Material, wie ein thermisch reversibles Polymergel PMMA-PBA-PMMA auf die Oberfläche einer Düsenplatte aufgebracht. Ein Heizelement einer ausgewählten nicht funktionierenden Düse wird durch Anlegen einer Spannung aktiviert, wodurch das thermisch reversible Polymergel aufgeschmolzen wird, wenn die Temperatur erhöht wird, z. B. über 65°C, und es fließt in die nicht funktionierende Düse. Die Heizelemente sollten über einen Zeitraum hinweg angeregt werden, z. B. 1 bis 60 Sekunden lang, um das thermisch reversible Polymergel aufzuschmelzen, so dass es in Düsen fließen kann, unter Verstopfung derselben. Das nicht verwendete thermisch reversible Polymergel auf der Düsenplatte wird dann entfernt, wobei die nicht funktionierende verstopfte Düse hinterbleibt. Es können verschiedene Methoden dazu angewandt werden, um das nicht verwendete Polymergel zu entfernen, wie ein Abkratzen, eine Delaminierung, ein Abtragen mit Lösungsmitteln usw.. Die Verstopfung kann weiter gehärtet werden unter Erzeugung einer permanent verstopften Düse. Das Verstopfungsmaterial ist undurchlässig für Tinten sowie Wartungs-Lösungsmitteln, die angewandt werden können.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1: Herstellung eines thermisch reversiblen Gels
2 g eines Tri-blockcopolymeren von PMMA-PBA-PMMA mit einem Gew.-gemittelten Molekulargewicht, MG, von 158000 und dem MG des mittleren Blockes von 103000 wurden in 10 g Isopropanol bei 70°C gelöst. Wurde die Lösung abgekühlt auf Raumtemperatur, so bildete sich ein opakes Gel. Das Gel wurde zu einer Flüssigkeit aufgeschmolzen, wenn es über 65°C erhitzt wurde und es wurde wiederum ein Gel erhalten, wenn die Masse abgekühlt wurde.
Beispiel 2: Herstellung eines thermisch reversiblen und härtbaren Gels
Das PMMA-PBA-PMMA von Beispiel 1 wurde in einem thermischen Quervernetzungsmittel, 1 g Trimethylolpropantriacrylat, Sartomer^® SR351 (Sartomer Co.) und 9 g Isopropanol bei 70°C gelöst. Die Lösung bildete ein Gel, wenn sie auf Raumtemperatur abgekühlt wurde und das Gel schmolz bei 65°C. Wurde die Temperatur auf 70°C erhöht, so wurde die Polymerlösung entgast und 10 mg Benzoylperoxid wurden zu der Lösung zugegeben. Die Mischung wurde 2 Stunden lang bei 60°C aufbewahrt und bildete eine weiße gummiartige feste Masse. Die feste Masse schmolz nicht bei Temperaturen oberhalb 70°C und sie wurde nicht in Isopropanol bei 70°C gelöst.
Beispiel 3: Blockierung von nicht funktionierenden Düsen
Es wurde ein Druckerkopf mit einer Anordnung von 8 Düsen eines Durchmessers von annähernd 10 μm hergestellt mit einem Heizelement, das eine Hälfte des Düsenumfanges umgab. Die Heizelemente hatten einen mittleren Widerstand von 400 Ω. Eine Schicht (1–2 mm Dicke) des Gels, wie in Beispiel 2 beschrieben, wurde auf die Düsenplatte gegossen und bedeckte sämtliche Düsen. An das Heizelement einer nicht funktionierenden Düse wurde 30 Sekunden lang eine Spannung von 2,5 V angelegt. Das verbleibende Gel wurde dann entfernt durch Abstreifen von der Düsenplatte. Die Blockierung wurde dann weiter 2 Stunden lang bei 60°C gehärtet.
Wurde der Druckerkopf getestet, so unterbrach die blockierte Düse den Ausstoß von Tinte, während die anderen Düsen weiterhin normal funktionierten. Dies zeigt, dass die Erfindung bezüglich der Blockierung der nicht funktionierenden Düse erfolgreich war.

Claims

Verfahren zum Korrigieren der Leistung eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopfs mit einer Düsenplatte (10), die eine Vielzahl von Düsen mit jeweils einer Öffnung (20) umfasst, wobei mindestens eine der Düsen nicht funktionsfähig ist, gekennzeichnet durch die Schritte: a) Bestimmen, welche Düse auf der Düsenplatte (10) nicht funktionsfähig ist; b) Aufbringen eines wärmeaktivierbaren Materials (40) auf die Oberfläche der Düsenplatte (10); c) Aufbringen von Wärme auf die nicht funktionsfähige Düse und dadurch Bewirken, dass ein Abschnitt des wärmeaktivierbaren Materials (40) in die Öffnung (20) der nicht funktionsfähigen Düse strömt und sie verstopft; und d) Entfernen des wärmeaktivierbaren Materials (40) von der Düsenplatte (10), das nicht geströmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die nicht funktionierende Düse Wärme mittels einer die Öffnung (20) der nicht funktionierenden Düse umgebenden Heizvorrichtung (30) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaktivierbare Material (40) ein Wachs, eine kolloidale Dispersion, ein Heißschmelzpolymer, ein unter Wärme oder Licht aushärtbares Material oder ein thermisch reversibles Polymergel ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaktivierbare Material (40) ein thermisch reversibles Polymergel eines Tri-Blockcopolymers aus Poly(methylmethacrylat)-b-poly(n-butylacrylat)-b-poly(methylacrylat) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaktivierbare Material (40) ein organisches Lösungsmittel enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaktivierbare Material (40) auch ein unter Wärme oder Licht aushärtbares Material aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaktivierbare Material (40) ein Vernetzungsmittel enthält.