DE60021631T2 - Tintenstrahldrucker und Steuerungsverfahren dafür - Google Patents

Tintenstrahldrucker und Steuerungsverfahren dafür Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Tintenstrahldruckers, um wirksam zu verhindern, daß die Tintendüsen des Druckers verstopft werden.
  • In einem Tintenstrahldrucker steht jede einer Vielzahl von Tintendüsen eines Tintenstrahlkopfes mit einer mit Tinte gefüllten Tintenkammer in Verbindung. Um durch die Düse ein Tintentröpfchen auszustoßen, wird die Tinte in der zugehörigen Tintenkammer einem Druckimpuls mit Hilfe einer Druckerzeugervorrichtung oder Betätigungsvorrichtung ausgesetzt. Zu den verschiedenen Arten gegenwärtig benutzter Betätigungsvorrichtungen gehören: eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung, wie in JP-A-2-51734 gelehrt, eine thermische Betätigungsvorrichtung, wie in JP-A-61-59911 gelehrt und eine elektrostatische Betätigungsvorrichtung, wie in JP-A-7-81088 und EP-A-0 829 354 gelehrt.
  • Ein Problem, das Tintenstrahldrucker gemeinsam haben, gleichgültig welche Art von Betätigungsvorrichtung benutzt ist, besteht darin, daß das Wasser oder sonstige Lösungsmittel in der Tinte verdampft, wodurch die Viskosität der Tinte in der Nähe der Düse ansteigt, wenn eine gewisse Zeit lang kein Tintentröpfchen aus einer Düse ausgestoßen wird. Durch diesen Anstieg der Viskosität besteht die Tendenz, daß die Düse verstopft. Damit wird verhindert, daß Tintentröpfchen entweder überhaupt oder mit normaler Geschwindigkeit oder normalem Volumen ausgestoßen werden. Nachdem ein Tintentröpfchen aus einer Düse ausgestoßen wurde, muß die Düse oder Tintenkammer wieder mit Tinte aufgefüllt werden. Eine erhöhte Tintenviskosität hat auch zur Folge, daß ein solches Nachfüllen langsamer wird. Das Tintennachfüllen kann sogar so langsam werden, daß es mit dem Ausstoßen der Tinte nicht mehr Schritt hält (angenommen, es würde noch Tinte ausgestoßen, d.h. die Düsen seien noch nicht vollständig verstopft). Hierdurch werden Bläschen mit der Tinte vermischt und das normale Ausstoßen von Tintentröpfchen weiter behindert.
  • Eine allgemein übliche Technik zum Vermeiden dieser Probleme bei modernen Tintenstrahldruckern besteht darin, die Düsen mit einer Kappe abzudecken, während der Drucker nicht druckt. Das verhindert ein Austrocknen der Düsen und verhütet damit, daß die Tintenviskosität in der Nähe der Düsen ansteigt.
  • Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Aufrechterhaltung oder Wiederherstellung der Druckerleistung beinhaltet das vorbeugende Ausstoßen eines geringen Tintenvolumens aus allen Düsen in regelmäßigen Intervallen zwischen Druckvorgängen, um dadurch zu verhindern, daß Tinte in der Nähe der Düsen verstopft. Ein solches "vorbeugendes" Ausstoßen von Tinte wird nachfolgend als "Durchspülen" bezeichnet. JP-A-6-39163 lehrt beispielsweise ein Wiederherstellungsverfahren, bei dem die zum Ansteuern des Tintenstrahlkopfes für das Durchspülen angewandte Frequenz auf einen niedrigeren Wert gesetzt wird als die höchste Ansteuerfrequenz für das Drucken von Text und Graphik. Das ermöglicht es, Tinte hoher Viskosität aus den Düsen zuverlässig auszutreiben, ohne Luft durch die Düsen einzuziehen und Blasen im Tintenpfad zu erzeugen.
  • Noch ein weiteres Verfahren zum Verhindern des Verstopfens von Düsen infolge getrockneter Tinte in der Nähe der Düsen wird in EP-A-0 829 354 gelehrt. Mit diesem Verfahren wird das Verstopfen mit Hilfe eines Signalerzeugers verhindert, der eine Resonanzschwingung der Tinte im Tintenstrahlkopf stimuliert, während der Drucker nicht druckt, um den Tintenmeniskus in oder in der Nähe der Düsenöffnung zum Vibrieren zu veranlassen ohne tatsächlich Tinte abzugeben. Da keine Tinte abgegeben wird, wird dieses Verfahren nachfolgend als abgabefreie Wiederherstellung bezeichnet.
  • Tatsächlich sieht EP-A-0 829 354 die Verwendung einer Kombination der oben erwähnten Techniken vor. Während der Drucker ausgeschaltet ist, sind die Düsen abgedeckt. Wenn der Drucker eingeschaltet wird, wird eine erste Art von Wiederherstellungsprozeß durchgeführt, die nachfolgend als "Säubern" bezeichnet wird. Während des Säuberns bleibt der Tintenstrahlkopf abgedeckt, und Tinte wird von allen Düsen mittels einer mit der Kappe verbundenen Pumpe abgesaugt. Eine zweite Art von Wiederherstellungsprozeß, ein Durchspülprozeß, wird als Reaktion auf das eine oder andere von zwei Ereignissen durchgeführt, nämlich dem Ablauf eines vorherbestimmten Zeitintervalls seit dem letzten Säubern oder Durchspülen und einem Befehl, mit dem Drucken zu beginnen. Während der Intervalle ohne Drucken wird ein dritter Wiederherstellungsprozeß, das oben erwähnte abgabefreie Wiederherstellen auf alle Düsen angewandt. Während des Druckens wird dieser Prozeß auf alle beim Drucken nicht benutzten Düsen angewandt.
  • Das Dokument EP-A-0 574 016 offenbart ein Verfahren zum Ansteuern eines Tintenstrahldruckers, der eine Vielzahl von Düsen, eine entsprechende Vielzahl piezoelektrischer Betätigungsvorrichtungen und eine Einrichtung zum Transportieren der Düsen gegenüber einem Druckmedium zum Drucken auf dem Druckmedium in Übereinstimmung mit Druckdaten aufweist. Das Verfahren weist auf, ein Bezugssignal einer einzigen Frequenz zu erzeugen, synchronisiert mit dem Bezugssignal an jede der Betätigungsvorrichtungen entweder eine erste Art eines elektrischen Impulses anzulegen, dessen Amplitude den Ausstoß eines Tintentröpfchens ermöglicht, oder einen zweiten Typ eines elektrischen Impulses, dessen Amplitude kleiner ist als die der ersten Art des elektrischen Impulses, um Tinte innerhalb einer Düse zu bewegen, ohne Tinte abzugeben. Während des Druckens wird die erste Art Impuls an jede Betätigungsvorrichtung angelegt, die einer Düse zugeordnet ist, welche einen Punkt drucken soll, während die zweite Art Impuls an jede Betätigungsvorrichtung angelegt wird, die einer Düse zugeordnet ist, die keinen Punkt drucken soll. Tinte in der Nähe der Düse, die Betätigungsvorrichtungen zugeordnet ist, welche mit der zweiten Art von Impuls erregt werden, wird bewegt, aber nicht ausgestoßen, wodurch das Düsenverstopfen verzögert wird. Während der Drucker eine längere Zeit lang überhaupt nicht benutzt wird, wird die zweite Art Impuls an alle druckerzeugenden Elemente angelegt. Auch wenn dies ein Düsenverstopfen nicht verhindern kann, verlängert es die zulässige Zeit der Nichtbenutzung, nach der jegliches Düsenverstopfen immer noch durch etwas entfernt werden kann, das in der Veröffentlichung "Durchspülvorgang" genannt wird. Wenn die Dauer der Nichtbenutzung des Druckers eine gewisse Zeit übersteigt, kommt es selbst in jenem Fall zum Verstopfen von Düsen in solchem Ausmaß, daß ein "Reinigungsvorgang" statt ein Durchspülvorgang nötig ist, um die Düsen wiederherzustellen. In der Veröffentlichung ist beschrieben, daß die für einen solchen Reinigungsvorgang benötigte Zeit verkürzt werden kann, wenn man den Impuls zweiter Art auf die Druckerzeugungselemente eine gegebene Zeit lang anlegt, ehe der Reinigungsvorgang durchgeführt wird. In diesem bekannten Fall wird also eine Serie Impulse der zweiten Art, gefolgt durch einen Reinigungsvorgang durchgeführt, um die Düsen nach dem Düsenverstopfen wiederherzustellen, statt ein Verstopfen der Düsen zu verhindern.
  • Einige der Schwierigkeiten, die durch die oben genannten Verhütungsmethoden der Verstopfung noch ungelöst sind, werden nachfolgend beschrieben.
  • Zunächst müssen im bekannten Fall der Anwendung der abgabefreien Wiederherstellung unterschiedliche Spannungen gleichzeitig während des normalen Druckens an erste bzw. zweite Düsen angelegt werden. Die ersten Düsen sind diejenigen, die gemäß den Druckdaten ein Tröpfchen auf das Druckmedium ausstoßen sollen. Die zweiten Düsen sind diejenigen, die entsprechend den Druckdaten keine Tröpfchen ausstoßen sollen, aber angesteuert werden, damit der Tintenmeniskus vibriert, ohne Tintentröpfchen auszustoßen. Die Notwendigkeit, solche unterschiedlichen Spannungen (nicht unter Einschluß von 0 V) gleichzeitig an einen Kopftreiber anzulegen, erfordert einen komplizierten Schaltungsaufbau.
  • Zweitens kann es, selbst wenn das Zeitintervall zwischen dem Durchspülen und dem tatsächlichen Beginn des Druckens kurz ist, immer noch ausreichend sein, daß sich ein Film auf den Düsen bildet. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist um so größer, je größer der Abstand zwischen der Position, bei der das Durchspülen durchgeführt wird, und der Druckstartposition. Ein solcher Film verhindert, daß Tintentröpfchen mit normaler Geschwindigkeit und/oder normalem Volumen ausgestoßen werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Tintenstrahldrucker und ein Verfahren zum Steuern zu schaffen, die die Anwendung eines abgabefreien Wiederherstellungsprozesses an die Düsen erlaubt, ohne eine Verringerung der Druckgeschwindigkeit zu erleiden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tintenstrahldrucker und ein Verfahren zum Steuern desselben zu schaffen, wodurch unnötiger Tintenverbrauch unterdrückt und Düsenverstopfen zuverlässig vermieden werden kann, gleichgültig wie lange der Drucker stillgestanden hat.
  • Diese Ziele werden mit einem Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, einem Verfahren gemäß Ansprüchen 6 und einem Datenträger gemäß Anspruch 10 erreicht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein abgabefreier Ansteuervorgang des Tintenstrahlkopfes ausgeführt, während der Tintenstrahlkopf vor dem Drucken gegenüber dem Druckmedium bewegt wird. Dieser abgabefreie Ansteuervorgang verursacht eine kleine Vibration eines Tintenmeniskus an jeder Düse. Da der abgabefreie Ansteuervorgang vor dem Beginn des eigentlichen Druckens ausgeführt wird, während der Tintenstrahlkopf sich zur Druckposition bewegt, ist es nicht notwendig, den Druckvorgang zu verzögern, und das Verstopfen von Düsen kann durch diesen abgabefreien Ansteuervorgang verhindert werden, ohne eine Verringerung der Druckgeschwindigkeit zu erleiden.
  • Wenn, wie oben erläutert, der Tintenstrahlkopf eine längere Zeit lang inaktiv in einem Bereitschaftszustand war, wenn ein Druckbefehl das Drucken anweist, ist es wünschenswert, einen Durchspülvorgang durchzuführen, ehe das Drucken gestartet wird. Ein ständiges Durchführen dieses Durchspülvorganges ist aber wegen der Zunahme unnötigen Tintenverbrauchs nicht wünschenswert. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine solche Zunahme unnötigen Tintenverbrauchs dadurch vermieden, daß die Zeit gemessen wird, die seit dem letzten abgabefreien Ansteuervorgang abgelaufen ist, und die Zeit, die seit dem letzten Durchspülvorgang abgelaufen ist, und daß dann entweder der abgabefreie Ansteuervorgang oder der Durchspülvorgang auf der Grundlage der gemessenen Zeiten ausgewählt wird.
  • Weitere Ziele und Erlangungen werden zusammen mit einem volleren Verständnis der Erfindung durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich und geschätzt. Es zeigt:
  • 1 ein Blockschaltbild eines Tintenstrahldruckers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten Druckeinheit 40;
  • 3 eine Schnittansicht eines Tintenstrahlkopfes mit elektrostatischen Betätigungsgliedern;
  • 4 eine Draufsicht auf den in 3 gezeigten Tintenstrahlkopf;
  • 5 Schnittansichten des in 3 gezeigten Tintenstrahlkopfes, (a) im Bereitschaftszustand, (b) im Zustand der Tintenladung und (c) Tintenkompression;
  • 6 ein Schaltkreisdiagramm eines Beispiels des in 1 gezeigten Auswählgliedes 150;
  • 7 ein Schaltkreisdiagramm eines Beispiels des in 1 gezeigten Kopftreibers 190;
  • 8 ein Logikdiagramm des Verhältnisses zwischen Treibereingabe- und -ausgabesignalen in 7;
  • 9 ein Ablaufdiagramm des Druckprozesses und
  • 10 ein Zustandsübergangsdiagramm für einen Tintenstrahldrucker gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldruckers gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die beigefügten Figuren beschrieben. Da einige der Elemente dieses Ausführungsbeispiels Elementen entsprechen, die in EP-A-0 829 354 beschrieben sind, wird wegen weiterer Einzelheiten auf diese Veröffentlichung verwiesen.
  • Allgemeiner Aufbau
  • 1 ist ein Blockschaltbild des Druckers. Er weist eine Druckeinheit 40 und eine Steuereinheit 100 auf. Die Steuereinheit 100 steuert die Druckeinheit 40 auf der Basis von Daten- und Steuersignalen von einer Zentralvorrichtung.
  • Eine perspektivische Ansicht der Druckeinheit 40 ist in 2 gezeigt. Ein Druckmedium 105, nachfolgend einfach als Papier bezeichnet, wird von einer Druckwalze 300 transportiert. Tinte ist in einem Tintenbehälter 301 gespeichert und wird einem Tintenstrahlkopf 30 über eine Tintenzufuhrleitung 306 zugeführt. Der Tintenstrahlkopf 30 weist piezoelektrische, thermische oder elektrostatische Betätigungsglieder als Druckerzeugervorrichtungen auf und ist auf einem Schlitten 302 angebracht. Der Schlitten 302 wird von einem Motor 45 (siehe 1) angetrieben und ist so angeordnet, daß er sich in einer Richtung rechtwinklig zur Zufuhrrichtung des Papiers 105 bewegt.
  • Eine Kappe 304 ist vorgesehen, um die Düsen des Tintenstrahlkopfes 30 abzudecken. Eine Pumpe 303 kann für ein Wiederherstellungsverfahren des Tintenstrahlkopfes benutzt werden, welches in diesem Text als "Säubern" bezeichnet ist, und mit dem Tinte aus dem Inneren des Tintenstrahlkopfes 30 über die Kappe 304 und eine Leitung 308 in einen Tintenabfallbehälter 305 gesaugt wird. Dieser Säuberungsprozeß wird durchgeführt, wenn ein weiterer Wiederherstellungsprozeß, im vorliegenden Text "Durchspülen" genannt und weiter unten näher erläutert, die Funktion des Tintenstrahlkopfes nicht mehr wiederherstellen kann, beispielsweise wenn eine längere Zeit lang nichts gedruckt wurde oder eine Blase in einer Düse vorhanden ist.
  • Um Papier 105 zu bedrucken, werden aus den Düsen Tintentröpfchen ausgestoßen, während sich der Tintenstrahlkopf 30 innerhalb eines Druckbereichs P bewegt, dessen Breite etwa der der Druckwalze 300 gleicht. Um den Tintenstrahlkopf zu reinigen, d.h. zum Säubern und Durchspülen, befindet sich der Tintenstrahlkopf außerhalb des Bereichs P in einer Stellung R vor der Kappe 304. Diese Stellung R ist üblicherweise auch die Ausgangsstellung des Schlittens 302 und des Tintenstrahlkopfes 30. Aus diesem Grund wird die Stellung R nachfolgend als "Ausgangsstellung" bezeichnet. Es sei jedoch erwähnt, daß die Reinigungsstellung und die Ausgangsstellung nicht notwendigerweise die selben sein müssen.
  • Die Kappe 304 kann vorwärts und rückwärts bewegt werden, d.h. sich zum Tintenstrahlkopf 30 und von ihm weg bewegen. Zum Säubern, d.h. zum Absaugen von Tinte vom Tintenstrahlkopf 30 wird die Kappe 304 vorwärts bewegt, um die Düsen des Tintenstrahlkopfes 30 zu bedecken. Zum Durchspülen nach Bereitschaft kann sich die Kappe 304 in ihrer Vorwärtsstellung befinden und die Düsen abdecken. Zum Durchspülen zwischen dem Drucken kann aber die Kappe 304 in ihrer rückwärtigen Stellung bleiben. In beiden Fällen des Durchspülens werden Tintentröpfchen aus allen Düsen in die Kappe 304 ausgestoßen.
  • Beim Einschalten von Strom befindet sich der Tintenstrahlkopf dann in der Ausgangsstellung R, bei der die Düsen von der Kappe 304 bedeckt sind, und er bleibt dort, bis der Druckbefehl empfangen wird.
  • Unter Hinweis auf 1 ist ein Empfangsanschluß 170 ein serieller oder paralleler Kommunikationsanschluß zum Empfang von Druckdaten und Steuersignalen von einer Zentralvorrichtung. In einem solchen Signal enthaltene Bilddaten werden in einem Druckmusterspeicher 110 gespeichert, der üblicherweise als ein gewisser Bereich eines RAM ausgeführt ist. Von der Drucksteuereinheit CPU 200 spezifizierte Daten unter einer Adresse im RAM können der Reihe nach mit Hilfe eines geeigneten Adressensignals und Lese/Schreibsignals an ein Auswählglied 150 ausgegeben werden.
  • Für Durchspülvorgänge erzeugt ein Durchspüldatengenerator 160 Durchspüldaten Pd. Diese Durchspüldaten verursachen, daß aus allen Düsen Tinte ausgestoßen wird. Der Durchspüldatengenerator 160 gibt die Durchspüldaten Pd an das Auswählglied 150. Das Auswählglied 150 wählt entweder die Druckdaten aus dem Druckmusterspeicher 110 oder die Durchspüldaten des Durchspüldatengenerators 160 zur Abgabe an einen Ansteuersignalgenerator 180. Der Ansteuersignalgenerator 180 erzeugt Ansteuersignale D1 bis Dn für entsprechende Düsen 11-1 bis 11-n auf der Grundlage der Daten vom Auswählglied 150 sowie Zeitimpulsen Tp von der CPU. Die Impulsbreiten und Zeit der Ansteuersignale, die an einen Kopftreiber 190 angelegt werden, sind also von den Zeitimpulsen Tp bestimmt. Der Kopftreiber 190 dient zum schrittweisen Erhöhen des Pegels der Ansteuersignale vom Ansteuersignalgenerator 180 zum Anlegen an die Betätigungsglieder im Tintenstrahlkopf 30. Der Motortreiber 195 dient zum Ansteuern des Motors 45 auf der Grundlage eines Steuersignals Tm, welches von der CPU 200 ausgegeben wird. Das Steuersignal ist mit den Zeitimpulsen Tp in dem Sinn synchronisiert, daß die Periode der Zeitimpulse dem Punktabstand auf dem Papier entspricht.
  • Ein Speicherblock 210 weist einen RAM zum Speichern beispielsweise von Druckbefehlen auf, die in den von der Zentralvorrichtung empfangenen Signalen enthalten sind, und einen ROM zum Speichern eines Steuerprogramms für die Steuerung verschiedener Bauelemente der Steuereinheit 100. Von der CPU 200 werden die oben genannten Schaltkreise und Funktionskomponenten auf der Grundlage des Steuerprogramms zweckmäßig gesteuert.
  • Ein Zeitgeber oder eine sonstige Zählereinheit 220 gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Zähler 220k zum Messen der Zeit Tk seit dem letzten abgabefreien Wiederherstellungsvorgang auf, der weiter unten näher erläutert wird; ferner einen Zähler 220f zum Messen der Zeit Tf seit dem letzten Durchspülvorgang; einen Zähler 220t zum Messen der Leerlaufzeit Tt, d.h. wie lange der Motor ohne Drucken angehalten ist; und einen Zähler 220KJ zum Messen der Abdeckzeit KJ, d.h. der Zeit, während der der Tintenstrahlkopf mittels der Kappe 304 abgedeckt war. Wenn irgendeine der mit diesen Zählern gemessenen Zeiten vergeht, gibt der entsprechende Zähler entweder ein Aufzählsignal aus, welches den Beginn eines abgabefreien Wiederherstellungsvorgangs oder eines Durchspülvorgangs anweist, oder er setzt ein Kennzeichen, welches ankündigt, daß eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
  • Auf der Grundlage eines Steuersignals von der CPU 200 legt ein Treiberspannungswähler 130 entweder eine erste Spannung (V1) oder eine zweite Spannung (V2) an den Kopftreiber 190 an, wie nachfolgend noch näher erläutert.
  • Tintenstrahlkopf
  • 3 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines Tintenstrahlkopfes 30, der mit elektrostatischen Betätigungsgliedern arbeitet, 4 ist eine Draufsicht auf denselben, und 5 ist ein Teilschnitt desselben. Während die Verwendung eines derartigen Tintenstrahlkopfes zwar bevorzugt wird, ist die Erfindung nicht auf diese Art von Tintenstrahlkopf beschränkt.
  • Wie in diesen Figuren gezeigt, handelt es sich bei dem Tintenstrahlkopf 30 um eine dreilagige Konstruktion mit einem Siliziumsubstrat 1, welches zwischen eine Siliziumdüsenplatte 2 und eine Borsilikatglasplatte 3 geschichtet ist. Der Wärmedehnungskoeffizient der Borsilikatglasplatte 3 ist im wesentlichen gleich dem von Silizium.
  • Kanäle (Ausnehmungen), die in die Oberseite des Siliziumsubstrats 1 geätzt sind, bilden gemeinsam mit der Düsenplatte 2, die mit dieser Oberseite verklebt ist, eine Vielzahl von voneinander unabhängigen Tintenkammern 5, wobei sich die Tintenkammern 5 einen gemeinsamen Tintenvorrat 6 teilen, und Tintenzufuhrpfade 7 jede Tintenkammer 5 mit dem gemeinsamen Tintenvorrat 6 verbinden.
  • In der Düsenplatte 2 ist an einer Stelle in der Nähe jeder Tintenkammer 5 eine jeweilige Düse 11 ausgebildet. Jede Düse 11 ist zur entsprechenden Tintenkammer 5 hin offen. In der Glasplatte 3 ist eine Tintenzufuhröffnung 12 ausgebildet, die mit dem gemeinsamen Tintenvorrat 6 in Verbindung steht. So kann Tinte vom Tintenbehälter 301 (siehe 2) durch die Tintenzufuhröffnung 12 mittels der Tintenzufuhrleitung 306 (siehe wieder 2) zum gemeinsamen Tintenvorrat 6 gelangen. Dem gemeinsamen Tintenvorrat 6 zugeführte Tinte wird dann durch die entsprechenden Tintenzufuhrpfade 7 den Tintenkammern 5 zugeleitet. Jede Tintenkammer 5 hat einen dünnen Boden 8. Dieser Boden wird nachfolgend als "Membran" bezeichnet, weil er wie eine Membran wirkt, die, in 3 gesehen, flexibel nach oben und unten verlagert werden kann.
  • In die Oberseite der Glasplatte, mit der sie an der Unterseite des Siliziumsubstrats 1 angeklebt ist, sind flache Ausnehmungen 9 an Stellen geätzt, die jeweils den Tintenkammern 5 entsprechen. Die Membran 8 jeder Tintenkammer 5 liegt also der Bodenfläche 92 einer entsprechenden Ausnehmung 9 über einen sehr kleinen Spalt hinweg gegenüber. An einer Stelle entsprechend dem düsenseitigen Ende der Tintenkammer 5 steht von der Bodenfläche 92 ein Vorsprung 92b in Richtung zur Membran 8 vor. Der Teil der Membran 8, der dem Vorsprung 92b gegenüberliegt, wird nachfolgend als Boden 8b bezeichnet. Der Spalt zwischen dem Boden 5b und dem Vorsprung 92b ist kleiner als der Spalt zwischen der restlichen Bodenfläche 92 und der restlichen Membran 8, der nachfolgend als Bodenteil 8a bezeichnet wird.
  • Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Membran 8 jeder Tintenkammer 5 als Elektrode benutzt wird. Eine Segmentelektrode 10 ist auf der Bodenfläche 92 jeder Ausnehmung 9 so gebildet, daß sie einer entsprechenden Membran 8 gegenüberliegt. Die Oberfläche jeder Segmentelektrode 10 ist mit einer Isolierschicht 15 (siehe 5) einer bestimmten Dicke bedeckt. Die Isolierschicht 15 besteht aus anorganischem Glas. Jede Segmentelektrode 10 bildet mit der entsprechenden Membran 8 einander gegenüberliegende Elektroden eines jeweiligen elektrostatischen Betätigungsgliedes. Der Spalt (Entfernung) zwischen diesen einander gegenüberliegenden Elektroden ist G2 in der Nähe der Düse und G1 in den übrigen Bereichen.
  • Der Kopftreiber 190 dient dazu, die von diesen elektrostatischen Betätigungsgliedern gebildeten jeweiligen Kondensatoren auf der Grundlage von Ansteuersignalen vom Ansteuersignalgenerator 180 und der Zeitimpulse Tp von der CPU 200 zu laden und zu entladen. Der Kopftreiber 190 besitzt eine Vielzahl erster Ausgabeanschlüsse und einen zweiten Ausgabeanschluß. Jeder der ersten Ausgabeanschlüsse des Kopftreibers 190 ist direkt mit einer jeweiligen Segmentelektrode 10 verbunden, und der zweite Ausgangsanschluß ist mit einem gemeinsamen Elektrodenanschluß 22 verbunden, der auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet ist. Das Siliziumsubstrat 1 ist dotiert und folglich leitfähig. Deshalb ist es möglich, Ladungsträger vom gemeinsamen Elektrodenanschluß an die Membrane 8 zu liefern. Um den Kontaktwiderstand zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und der gemeinsamen Elektrode zu verringern, kann ein dünner Film aus Gold oder einem sonstigen leitfähigen Material durch Dampfniederschlag, Sprühen oder ein sonstiges Verfahren auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 gebildet sein. Das Siliziumsubstrat 1 und die Glasplatte 3 sind vorzugsweise durch anodisches Bonden aneinander befestigt, und daher ist der leitfähige Film auf der der Düsenplatte 2 zugewandten Seite des Siliziumsubstrats 1 gebildet.
  • 5 ist eine Schnittansicht längs der Linie III-III in 4. Wenn der Kopftreiber 190 eine Treiberspannung an die einander gegenüberliegenden Elektroden eines elektrostatischen Betätigungsgliedes anlegt, wird Letzteres geladen, und die zwischen seinen beiden Elektroden erzeugte elektrostatische Kraft veranlaßt die flexible der beiden, d.h. die Membran 8, sich in Richtung der anderen, d.h. der Segmentelektrode 10 durchzubiegen. Durch dieses Abbiegen wird die Tintenkammer 5 erweitert (ihr Volumen vergrößert) (siehe 5B). Wenn dann die Ladung vom Kopftreiber 190 rasch entladen wird, kehrt die Membran 8 infolge der ihr innewohnenden elastischen Rückstellkraft zurück und zieht dadurch plötzlich die Tintenkammer 5 zusammen (reduziert das Volumen derselben) (siehe 5C). Der so erzeugte Druckimpuls im Innern der Tintenkammer 5 verursacht, daß ein Teil der die Tintenkammer 5 füllenden Tinte als Tintentröpfchen aus der entsprechenden Düse 11 ausgestoßen wird.
  • Wie schon gesagt, ist ein Teil des Spaltes zwischen den beiden Elektroden jedes Betätigungsgliedes kleiner (Spalt G2) als der andere Teil (Spalt G1). Im Vergleich mit dem Bodenteil 8a, der dem größeren Spalt G1 entspricht, kann der dem kleineren Spalt G2 entsprechende Boden 8b leichter an den Vorsprung 92b angezogen werden, d.h. für das Durchbiegen des Bodens 8b ist eine kleinere Spannung zum Ansteuern nötig als für das Durchbiegen des Bodenteils 8a. Es ist also möglich, zwei Arbeitsweisen der Membranablenkung zu erreichen, je nach dem, ob eine verhältnismäßig hohe Ansteuerspannung, die die gesamte Membran zum Abbiegen in Richtung zur Oberfläche 92 verursacht, oder eine verhältnismäßig niedrige Ansteuerspannung angelegt wird, die nur gerade ausreicht, den Boden 8b der Membran 8 durchzubiegen. Genauer gesagt, kann also durch Anlegen der zweckmäßigen Treiberspannung ein Ablenkungsmodus, bei dem die ganze Membran 8 abgebogen wird, um ein Tintentröpfchen auszustoßen, und ein Ablenkungsmodus erreicht werden, bei dem nur ein Teil der Membran 8 abgebogen wird, um lediglich die Tinte in der Nähe der Düse zu bewegen. Der zuletzt genannte Ablenkungsmodus, an dem nur ein Teil der Membran 8 beteiligt ist, verursacht winzige Vibrationen des von der Tinte an oder in der Nähe der jeweiligen Düsenöffnung gebildeten Meniskus.
  • Treiberschaltung
  • Ein Beispiel einer vorzugsweise benutzten Treiberschaltung wird als nächstes unter Hinweis auf die 6 bis 8 beschrieben. 6 ist ein Schaltkreisdiagramm eines exemplarischen Auswählgliedes 150 (siehe 1). 7 ist ein Schaltkreisdiagramm der hauptsächlichen Bauelemente eines Kopftreibers 190, der eine Funktion zur Auswahl einer Ansteuerspannung besitzt.
  • In 6 ist ein Empfangspuffer 110, der als Druckmusterspeicher 110 in 1 dient, und das Auswählglied 150 zu sehen. Es sei darauf hingewiesen, daß der Empfangspuffer 110, das Auswählglied 150 und der Ansteuersignalgenerator 180 mittels eines Gate Array zu einem einzigen Baustein integriert sein können. Der Empfangspuffer 110 speichert eine Spalte Druckdaten, gibt Daten an das Auswählglied 150 und holt Daten vom Empfangsanschluß 170 in Abhängigkeit von einem von der CPU 200 gelieferten Einklinksignal La. Die Spalte der Druckdaten entspricht einer oder mehr Reihen von Düsen, die in Richtung des Papiertransports oder im wesentlichen in dieser Richtung angeordnet sind.
  • Wie 6 zeigt, weist das Auswählglied 150 eine jeweilige Gruppe von zwei AND-Gates 152, 153 und ein OR-Gate 154 für jede Düse auf. Je nach dem Zustand des von der CPU 200 gelieferten Auswählsignals Sel wählt das Auswählglied 150 entweder die Druckdaten vom Empfangspuffer 110 oder die Durchspüldaten vom Durchspüldatengenerator 160 aus und gibt die gewählten Daten an den Ansteuersignalgenerator 180 aus.
  • Hat das Auswählsignal Sel einen niedrigen logischen Pegel (nachfolgend mit "L" bezeichnet), gibt ein NOT-Gate 151 einen hohen logischen Pegel aus (nachfolgend mit "H" bezeichnet), was veranlaßt, daß ein Eingang des AND-Gate 152 auf H geht. Folglich werden die Druckdaten vom Empfangspuffer 110, die dem anderen Eingang des AND-Gate 152 zugeleitet werden, an den Ansteuersignalgenerator 180 weitergeleitet. Wenn aber das Auswählsignal Sel auf H steht, werden die Durchspüldaten Pd stattdessen an den Ansteuersignalgenerator 180 ausgegeben. Infolgedessen können Durchspüldaten, die die Abgabe eines Tintentröpfchens aus allen Düsen veranlassen, dem Ansteuersignalgenerator 180 periodisch zugeleitet werden.
  • Wie 7 zeigt, hat der Ansteuersignalgenerator 180 eine Anzahl von Stufen gleich der Anzahl n der Segmentelektroden 10 (= Anzahl Düsen). Jede Stufe umfaßt ein NAND-Gate 181 und ein NOT-Gate 182. Ein Zeitimpuls Tp einer spezifischen Impulsbreite wird an einen Eingabeanschluß jedes NAND-Gate 181 angelegt. Jedes der Ansteuersignale D1 bis Dn vom Auswählglied 150 wird vom jeweiligen NOT-Gate 182 umgekehrt und dann an den anderen Eingabeanschluß des jeweiligen NAND-Gate 181 angelegt.
  • Der Kopftreiber 190 weist einen Treiber 190a für die gemeinsame Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den Anschluß 22 der gemeinsamen Elektrode (und damit der Membrane 8) und einen Segmentelektrodentreiber 190b zum Anlegen von Ansteuerspannungen an jede Segmentelektrode 10 auf der Basis der Ansteuersignale D1 bis Dn auf. Der Treiber 190a für die gemeinsame Elektrode kann die an den Anschluß 22 für die gemeinsame Elektrode angelegte Spannung zwischen einer ersten Spannung V1 und Erde (0 V) schalten; der Segmentelektrodentreiber 190b kann die der Segmentelektrode 10 zugeführte Spannung zwischen einer ersten oder einer zweiten Spannung V1/V2 und Erde (0 V) schalten. Es sei noch erwähnt, daß V1 größer ist als V2 und eine Spannung von entweder V1 oder V1–V2 an die beiden einander gegenüberliegenden Elektroden (Membran 8 und Segmentelektrode 10) eines jeweiligen Betätigungsgliedes angelegt werden kann. Unter Einschluß von 0 V können also drei verschiedene Spannungen an die einander gegenüberliegenden Elektroden angelegt werden.
  • Der Treiber 190a der gemeinsamen Elektrode weist hauptsächlich Transistoren Q1 und Q2 und Widerstände R1 und R2 auf. Der Zeitimpuls Tp wird an den Eingangsanschluß des Treibers 190a der gemeinsamen Elektrode angelegt. Wenn der Zeitimpuls Tp auf H geht, wird der Transistor Q1 durchgesteuert und die Spannung V1 an den Anschluß 22 der gemeinsamen Elektrode angelegt. Wenn der Zeitimpuls Tp auf L geht, schaltet der Transistor Q1 ab, und Q2 schaltet ein, wodurch der Anschluß 22 der gemeinsamen Elektrode an Erde gelegt wird.
  • Der Segmentelektrodentreiber 190b hat eine Anzahl Stufen, die der Anzahl n der Segmentelektroden 10 gleicht; jede Stufe weist in erster Linie Transistoren Q3 und Q4 sowie Widerstände R3 und R4 auf. Jede Stufe des Segmentelektrodentreibers 190b hat einen Eingangsanschluß, der mit einem jeweiligen Ausgangsanschluß des Ansteuersignalgenerators 180 verbunden ist. Die Emitter der Transistoren Q3 sind mit einem Anschluß Vb verbunden, dem der Spannungswähler 130 entweder die erste Spannung V1 oder die zweite Spannung V2 zuführt. Beim normalen Drucken, d.h. wenn entsprechend den Druckdaten einige Düsen Tintentröpfchen ausstoßen sollen und andere nicht, wird die erste Spannung V1 an den Anschluß Vb angelegt. Für die abgabefreie Wiederherstellung wird jedoch die zweite Spannung V2 an den Anschluß Vb angelegt.
  • Betrachten wir als Beispiel die xte Düse 11-x, wenn das Ansteuersignal Dx für die Düse 11-x H ist, d.h. wenn die Düse 11-x Tinte abgeben soll, schaltet der Transistor Q4 ein, und die entsprechende Segmentelektrode 10-x geht auf Erde. Wenn das Ansteuersignal Dx für die Düse 11-x hingegen L ist, d.h. Düse 11-x soll keine Tinte abgeben, schaltet der Transistor Q3 ein, und die Spannung V2 wird an die entsprechende Segmentelektrode 10-x angelegt, wenn der Zeitimpuls Tp auf H steht. Ist der Zeitimpuls Tp hingegen L, ist der Transistor Q4 an, was die Segmentelektrode 10-x auf Erde hält, gleichgültig ob Dx nun L oder H ist.
  • Die Tabelle in 8 zeigt das Verhältnis zwischen den logischen Pegeln des Zeitimpulses Tp und dem Ansteuersignal Dx, den Spannungen (Potentialen), die an den einander gegenüberliegenden Elektroden anliegen, und der Auswirkung auf die Membran, d.h. ihre unterschiedlichen Ablenkungsweisen. Wenn der Zeitimpuls Tp und das Ansteuersignal Dx beide H sind, ist die Spannung zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden V1, der Kondensator des jeweiligen Betätigungsgliedes wird geladen, und die gesamte Membran 8 in Richtung zur Segmentelektrode abgelenkt (Zustand [1]). Wenn der Zeitimpuls Tp aus dem Zustand [1] auf L geht, gehen die einander gegenüberliegenden Elektroden auf das gleiche Potential, damit wird die kumulierte Spannung entladen, die Membran 8 kehrt in ihre ursprüngliche Stellung zurück, und ein Tintentröpfchen wird aus der entsprechenden Düse 11 durch den so in der Tintenkammer 5 erzeugten Druckimpuls ausgestoßen (Zustand [2]). Wenn der Zeitimpuls Tp hoch und das Ansteuersignal Dx niedrig ist, ist die Spannung zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden V1–V2. Nur der Teil (Boden 8b) der Membran 8 gegenüber dem vorspringenden Teil 10b der Segmentelektrode 10 wird deshalb abgelenkt (Zustand [3]). Wenn der Zeitimpuls Tp aus dem Zustand [3] auf niedrig geht, gehen die einander gegenüberliegenden Elektroden auf das gleiche Potential, die kumulierte Spannung wird entladen, und die Membran 8 kehrt in ihre ursprüngliche Stellung zurück. Die Größe der Verlagerung der Membran beim Übergang vom Zustand [3[ zum ursprünglichen Zustand, nämlich Zustand [2], ist allerdings erheblich kleiner als die bei der Änderung vom Zustand [1] zum Zustand [2] hervorgerufene. Infolgedessen reicht dieses Mal der in der Tintenkammer 5 erzeugte Druck nicht aus, um Tinte aus der jeweiligen Düse 11 abzugeben, und die Vibration der Membran 8 führt deshalb dazu, die Tinte um die Düse 11 herum in Bewegung oder Schwingung zu versetzen und eine winzige Vibration des Tintenmeniskus in der Düse hervorzurufen.
  • 8 veranschaulicht nur den Fall, bei dem der Spannungswähler 130 die zweite Spannung V2 an den Anschluß Vb anlegt. Wie schon gesagt, wird V2 nur angelegt, um eine abgabefreie Wiederherstellung zu bewirken. Beim Drucken jedoch wird die erste Spannung V1 an den Anschluß Vb angelegt. Für den Fachmann ist klar, daß in diesem Fall sowohl im Zustand [2] als auch im Zustand [3] an den einander gegenüberliegenden Elektroden 0 V anliegt, weil die im Zustand [3] angelegte Spannung V1–V1 ist.
  • Die Arbeitsweise der obigen Schaftkreise soll nun unter Hinweis auf das Ablaufdiagramm gemäß 9 näher erläutert werden.
  • Das von der CPU 200 ausgegebene Auswählsignal Sel wird auf L gesetzt, um zu drucken. Die in den Empfangspuffer 110 eingelesenen Spaltendruckdaten werden dann in Abhängigkeit von dem von der CPU 200 ausgegebenen Einklinksignal La an den Ansteuersignalgenerator 180 weitergegeben. Dieses Auswählsignal Sel bleibt niedrig, solange das Drucken fortgesetzt wird. Infolgedessen werden weiterhin Spaltendruckdaten an den Ansteuersignalgenerator 180 weitergeleitet und an den Kopftreiber 190 ausgegeben.
  • Wie 9 zeigt, ist der an die Treiber 190a und 190b angelegte Zeitimpuls Tp ein periodischer Impuls der Periode T und Impulsbreite Pw. Die Zeit ab dem Beginn des Ladens des Kondensators eines jeweiligen Betätigungsgliedes bis zum Beginn des Entladens wird von der Impulsbreite Pw bestimmt. Wie schon gesagt, wird der Motor zum Bewegen des Schlittens 302 synchronisiert mit diesem Zeitimpuls Tp angesteuert. Mit diesem Zeitimpuls Tp ist auch ein Einklinksignal synchronisiert, welches an den Empfangsanschluß 170 angelegt wird (und das gleiche sein kann wie das Einklinksignal La).
  • Das in den Ansteuersignalgenerator 180 eingegebene Ansteuersignal Dx wird synchronisiert mit dem Zeitimpuls Tp an denjenigen Stellen auf H gesteuert, an denen gemäß den Druckdaten ein Tintentröpfchen ausgestoßen werden soll. Die Figur zeigt, daß, wenn im Anschluß an eine willkürliche Stelle der erste Punkt gedruckt und der zweite und dritte Punkt nicht gedruckt werden soll, das Ansteuersignal Dx in der Reihenfolge D × 1 = H, D × 2 = L, D × 3 = L ausgegeben wird. Es sei erwähnt, daß in 9, Reihe (2) die trapezförmigen Impulse mit der Bezeichnung D × 1, D × 2 und D × 3 lediglich die Breite der Daten in der Ansteuersignalfolge, aber nicht den logischen Pegel wiedergeben. Der logische Pegel ist mit den Symbolen "•", zur Darstellung von H und "O" zur Darstellung von L gezeigt. Wenn diese Folge des Ansteuersignals Dx ausgegeben wird, werden Ansteuerimpulse der Impulsbreite Pw und Amplitude von V1, V1–V2 und V1–V2 an die einander gegenüberliegenden Elektroden angelegt. Das bedeutet, daß am Punkt 1 ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird; aber an den Punkten 2 und 3 wird kein Tintentröpfchen ausgestoßen, und Tinte in der Nähe der Düse wird einfach nur bewegt.
  • Bei Verwendung eines Schaltkreises wie oben beschrieben kann ein Ansteuerimpuls von geringer Amplitude angelegt werden, um Tinte in der Nähe einer Düse zu bewegen und dadurch zu verhindern, daß die Tintenviskosität in der Nähe der Düse ansteigt, wozu eine einfache Schaltkreiskonfiguration benutzt wird und keine komplizierte Steuerung nötig ist. Es ist also möglich, einen Anstieg der Tintenviskosität an selten benutzten Düsen zu vermeiden. Mit anderen Worten, ein Unterschied in der Viskosität an Düsenöffnungen im gleichen Tintenstrahlkopf als Ergebnis einer unterschiedlichen Häufigkeit der Benutzung kann verringert werden, das Intervall zwischen Durchspülvorgängen kann vergrößert werden, und unnötiger Verbrauch an Tinte für diese Durchspülvorgänge kann reduziert werden. Diese Technik ist besonders wirksam bei Farbtintenstrahldruckern mit einer Vielzahl von Düsen für jede der benutzten Tintenfarben, weil es besonders leicht ist, daß hierbei eine unterschiedliche Häufigkeit der Düsenbenutzung in solchen Tintenstrahlköpfen auftritt.
  • Wenn ein Durchspülvorgang durchgeführt werden soll, wird das von der CPU 200 ausgegebene Einklinksignal La angehalten und jegliches Druckverfahren unterbrochen. Der Tintenstrahlkopf 30 wird dann in die Ausgangsstellung R bewegt, das Auswählsignal Sel geht auf H, der Ansteuersignalgenerator 180 wird mit Durchspüldaten versorgt, die alle Düsen zur Abgabe von Tinte veranlassen, und damit werden alle Düsen so angesteuert, daß sie eine gewisse Anzahl von Tröpfchen ausstoßen. Die Anzahl der auszustoßenden Tröpfchen kann von Fall zu Fall entsprechend den Zeiten KJ und Tf festgelegt werden. Das hilft, den Tintenverbrauch für das Durchspülen so niedrig wie möglich zu halten.
  • Ein Ansteuerimpuls niedriger Amplitude zum Bewegen von Tinte in der Nähe der Düsen kann an alle Düsen angelegt werden, um einen Anstieg der Tintenviskosität in der Nähe der Düsen zu unterdrücken, indem alle Ansteuersignale D1 bis Dn auf dem logischen Pegel L gehalten werden, während die Zeitimpulse Tp anliegen, wenn sich der Tintenstrahlkopf 30 in die Ausgangsstellung R bewegt.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß die Treiberschaltung in diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel so beschrieben wurde, daß sie einen Tintenstrahlkopf ansteuert, der ein elektrostatisches Betätigungsglied als Druckerzeugervorrichtung hat. Es liegt aber auf der Hand, daß die gleiche Wirkung auch mit dieser Art von Schaltkreis zum Ansteuern eines Tintenstrahlkopfes erzielt werden kann, wenn ein piezoelektrisches Element oder ein Heizelement als Druckerzeugervorrichtung vorgesehen ist. Die Verlagerung eines piezoelektrischen Elements kann durch Steuern der Spannung des angelegten Ansteuerimpulses variiert werden. Die von einem Heizelement erzeugte Wärme kann auf ähnliche Weise durch die Spannung des angelegten Ansteuerimpulses gesteuert werden. Es ist also in allen Fällen möglich, durch Anlegen einer zweckmäßigen Spannung nur Bewegung von Tinte in der Nähe der Düse anzuregen, aber keinerlei Tintenabgabe zu verursachen.
  • Außerdem hat das elektrostatische Betätigungsglied des vorliegenden Ausführungsbeispiels im Spalt zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Stufe (G1, G2). Es ist aber offensichtlich, daß eine Ablenkweise zur Abgabe von Tintentröpfchen und eine Ablenkweise lediglich zur Anregung von Bewegung der Tinte in der Nähe der Düsen auch ohne eine solche Stufe im Elektrodenspalt erzielt werden kann, wenn die Impulsbreite und Spannung des an die einander gegenüberliegenden Elektroden angelegten Ansteuerimpulses zweckmäßig gesteuert wird.
  • Außerdem liegt auf der Hand, daß die bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschriebene Treiberschaltung auch auf einen Tintenstrahlkopf des seriellen oder Zeilentyps anwendbar ist.
  • Steuerverfahren
  • 10 ist ein Zustandsübergangsdiagramm und dient der Beschreibung eines Verfahrens zum Steuern des Druckers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Es sei erwähnt, daß die Initialisierungsprozesse, die beim Einschalten des Druckers durchgeführt werden, um die Steuereinheit 100 und die Druckeinheit 40 zu initialisieren, mit denen eines gewöhnlichen Tintenstrahldruckers identisch sind. Im Anschluß an diese Initialisierung wird das Verfahren der Wiederherstellung des Kopfes (Durchspülen) durchgeführt, um Tinte aus den Düsen zu entfernen, deren Viskosität zugenommen hat, während der Drucker nicht benutzt wurde.
  • Während der Drucker betriebsbereit ist (Strom eingeschaltet) kann er sich in einem der folgenden drei Grundzustände befinden: Bereitschaftszustand B1, Druckzustand B2 und abgedeckter Zustand B3 (der abgedeckte Zustand unterscheidet sich vom Bereitschaftszustand B1 dadurch, daß die Düsen 11 des Tintenstrahlkopfes mit der Kappe 304 bedeckt sind, und daß sich der Tintenstrahlkopf im Bereitschaftszustand nicht notwendigerweise in der Ausgangsstellung befinden muß). Zusätzlich zu diesen Grundzuständen gibt es folgende Übergangs-"Zustände": das Säuberungsverfahren (Block B11), das Durchspülverfahren (Blöcke B21, B22 und B23) und die abgabefreie Wiederherstellung (Block B31).
  • Als Reaktion auf jeden Druckbefehl, d.h., wenn es Daten gibt, die gedruckt werden sollen, wird mindestens eins der folgenden Verfahren durchgeführt, Säubern (Block B11), Durchspülen (Blöcke B21 bis B23) und abgabefreie Wiederherstellung (Block B31). Welches der drei Wiederherstellungsverfahren, Säubern, Durchspülen und/oder abgabefreie Wiederherstellung in Abhängigkeit von einem Druckbefehl durchgeführt wird, hängt von den Werten der Zähler 220KJ, 220f, 220t und 220k ab. Wie schon gesagt, zählt der Zähler 220k die Zeit Tk seit dem letzten abgabefreien Wiederherstellungsverfahren (Block 31); Zähler 220f zählt die Zeit Tf seit dem letzten Durchspülvorgang (Blöcke B21 bis B23); Zähler 220t zählt die Leerlaufzeit Tt, während der der Drucker nicht druckt (Zustand B1); und Zähler KJ zählt die Abdeckzeit KJ, d.h. die Zeit, während der Tintenstrahlkopf abgedeckt ist (Block B3).
  • Die Übergänge aus den jeweiligen Grundzuständen des Druckers und die Bedingungen, unter denen die Übergänge auftreten, werden nachfolgend im einzelnen erläutert.
  • (1) Kein Drucken
  • Immer wenn der Drucker in den Bereitschaftszustand B1 geht, wird der Zähler 220t zurückgesetzt und gestartet, um die Leerlaufzeit Tt zu zählen. Wenn der Drucker während einer Leerlaufzeit von Tt = 10 s im Bereitschaftszustand B1 bleibt, gibt es einen Zustandsübergang in den abgedeckten Zustand B3, d.h. der Tintenstrahlkopf 30 wird abgedeckt. Der Drucker bleibt im abgedeckten Zustand, bis er einen Druckbefehl erhält. Wenn ein Druckbefehl empfangen wird, während der Drucker sich in diesem abgedeckten Zustand B3 befindet, wird der nächste Steuerzustand entsprechend der Dauer des abgedeckten Zustands bestimmt (Abdeckzeit KJ):
    • • Wenn die Abdeckzeit KJ < 15 h, wird ein Durchspülen ausgeführt, wie mittels Block B21 dargestellt. Dieses Durchspülen entfernt Tinte, deren Viskosität zugenommen hat, während sich der Drucker im Bereitschaftszustand B1 oder im abgedeckten Zustand B3 befand, und eine Düsenverstopfung bei Wiederaufnahme des Druckens wird vermieden. Die Zähler 220KJ, 220k und 220f werden nach dem Durchspülen zurückgesetzt. Dann geht der Drucker in den Druckzustand B2 über, d.h. die Kappe wird vom Tintenstrahlkopf 30 entfernt und er wird in die Druckstartposition bewegt, woraufhin die Druckdaten gedruckt werden.
    • • Wenn die Abdeckzeit KJ = 15 h, wird ein Durchspülen durchgeführt, wie durch Block B11 wiedergegeben, und dann geht der Drucker in den Druckzustand B2 über. Das Durchspülen entfernt Tinte, deren Viskosität sich erhöht hat, und jegliche Blasen. Die Zähler 220KJ, 220k und 220f werden nach dem Durchspülen zurückgesetzt. Es sei darauf hingewiesen, daß nach dem Durchspülen und ehe der Drucker sich in den Druckzustand B2 bewegt, eine abgabefreie Wiederherstellung (Block B31) durchgeführt werden kann. In diesem Fall ist es möglich, die Qualität des Druckens zu verbessern. Versuche haben gezeigt, daß die abgabefreie Wiederherstellung vor dem Drucken sicherstellt, daß Tintentröpfchen, insbesondere für den ersten Punkt, mit der normalen Geschwindigkeit oder dem normalen Volumen ausgestoßen werden, was ansonsten möglicherweise nicht der Fall ist.
  • Wenn sich der Drucker im Bereitschaftszustand B1 befindet, kann er durch einen Befehl CL gezwungen werden, ein Durchspülen durchzuführen, wie in 10 gezeigt.
  • (2) Fortlaufendes Drucken
  • Wenn das Drucken fortgesetzt wird, mißt der Zähler 220f die seit dem letzten Durchspülen abgelaufene Zeit Tf, und alle 6 Sekunden, d.h. jedes Mal, wenn der Zähler 220f Tf = 6 s gezählt hat, wird durchgespült (Block B23). Dann werden die Zähler 220f und 220t zurückgesetzt und das Drucken fortgesetzt. Durch das Unterbrechen fortlaufender Druckvorgänge zum Durchspülen in der genannten Weise kann ein Verstopfen von selten benutzten Düsen verhindert werden.
  • Es sei noch darauf hingewiesen, daß die abgabefreie Wiederherstellung (Block B31) durchgeführt wird, während der Schlitten 302 nach diesem Durchspülen den Tintenstrahlkopf 30 aus der Ausgangsstellung R in die Druckstellung bewegt, um das Drucken wieder aufzunehmen und während der Schlitten den Tintenstrahlkopf 30 während eines solchen fortlaufenden Druckens von einer Stellung in eine andere bewegt, ohne daß dazwischen gedruckt wird. Diese abgabefreie Wiederherstellung verhindert, daß sich ein Film auf der Tinte in jeder Düse bildet und kann folglich ein Verstopfen der Düsen verhindern. Da die abgabefreie Wiederherstellung durchgeführt wird, während der Tintenstrahlkopf nicht druckt und in die nächste Druckstellung bewegt wird, verursacht sie keinerlei Absinken der Druckgeschwindigkeit. Darüber hinaus erlaubt es eine solche abgabefreie Wiederherstellung, daß die Periode des Durchspülens länger wird (in diesem Beispiel 6 s), als sie es sonst wäre.
  • (3) Intermittierendes Drucken
  • Intermittierendes Drucken bedeutet, daß es eine Pause (Bereitschaftszustand B1) von weniger als 10 Sekunden (Tt < 10 s) zwischen aufeinanderfolgenden Druckvorgängen gibt. Ob vor dem Beginn des nächsten Druckvorganges (Zustand B2) ein Durchspülen (Block B22) oder abgabefreie Wiederherstellung (Block B31) durchgeführt wird, hängt von den Zeiten Tf und Tk ab:
    • • Ist die Zeit Tk seit der letzten abgabefreien Wiederherstellung Tk < 2 s und die Zeit Tf seit der letzten Durchspülung Tf < 6 s, wird die abgabefreie Wiederherstellung (B31) durchgeführt. Nachdem diese abgabefreie Wiederherstellung beendet ist, wird der Zähler 220k zurückgesetzt, und es wird in den Druckzustand B2 eingetreten. Es sei darauf hingewiesen, daß der Schlitten 302 (mit dem darauf angebrachten Tintenstrahlkopf 30) während des Bereitschaftszustands B1 entweder in der Ausgangsstellung R oder innerhalb des Druckbereichs P wartet und von dort zu der tatsächlichen Druckposition bewegt wird. Gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die abgabefreie Wiederherstellung während dieser Schlittenbewegung bewerkstelligt, ehe das Drucken beginnt. Daher führt die abgabefreie Wiederherstellung nicht zu einem Absinken der Druckgeschwindigkeit. Alle Düsen werden während dieser abgabefreien Wiederherstellung angesteuert, während der Tintenstrahlkopf bewegt wird.
    • • Wenn die Zeit Tk seit dem letzten Verfahren ohne Abgabe Tk = 2 oder die Zeit Tf seit dem letzten Durchspülvorgang Tf = 6 s ist, wird ein Durchspülen (B22) durchgeführt, und die Zähler 220f und 220k werden zurückgesetzt, ehe der Drucker wieder in den Druckzustand B2 eintritt. In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß das Düsenverstopfen mittels der abgabefreien Wiederherstellung nicht zuverlässig vermieden werden kann.
  • Gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein abgabefreies Wiederherstellungsverfahren angewandt, wenn es nur eine kurze Druckpause gibt (weniger als 2 s). Ansonsten wird ein Verstopfen von Düsen mittels Durchspülen verhütet. Ein unnötiger Verbrauch von Tinte, die nicht fürs tatsächliche Drucken gebraucht wird, ist daher geringer als in dem Fall, in dem immer ein Durchspülen durchgeführt wird, ehe das Drucken wiederaufgenommen wird, und trotzdem kann ein Verstopfen von Düsen zuverlässig vermieden werden.

Claims (10)

  1. Tintenstrahldrucker, aufweisend: einen Tintenstrahlkopf (30) mit einer Vielzahl von Düsen (11), von denen jede Düse einem jeweiligen druckerzeugenden Betätigungsglied (8, 10) zugeordnet ist, eine erste Treibereinrichtung (110, 150, 180, 190) zum wahlweisen Ansteuern der Betätigungsglieder (8, 10), um auf die Tinte einer jeweiligen Düse (11) Druck auszuüben, der ausreicht, ein Tintentröpfchen aus dieser Düse auszustoßen, eine zweite Treibereinrichtung (180, 190) zum Ansteuern der Betätigungsglieder (8, 10), um Druck auf die Tinte einer jeweiligen Düse aufzubringen, der ausreicht, die Tinte zu bewegen, ohne zu verursachen, daß Tinte aus der Düse (11) abgegeben wird, einen Transportmechanismus (195, 45), der eine Bewegung des Tintenstrahlkopfes (30) gegenüber einem Druckmedium (105) verursacht, und einen Controller (200), der auf einen Druckbefehl anspricht, um den Transportmechanismus (195, 45) zu veranlassen, den Tintenstrahlkopf (30) in eine Druckstartposition gegenüber dem Druckmedium (105) zu bewegen und anschließend die erste Treibereinrichtung (110, 150, 180, 190) zu aktivieren, um einen Druckvorgang durch Ausstoßen von Tintentröpfchen an das Druckmedium (105) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Controller (200) ausgebildet ist, die zweite Treibereinrichtung (180, 190) zu aktivieren, damit sie alle Betätigungsglieder (8,10) während der Bewegung gegenüber der Druckstartposition ansteuert.
  2. Drucker nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine dritte Treibereinrichtung (150, 160, 180, 190), die ausgebildet ist, von dem Controller (200) zum Ansteuern aller Betätigungsglieder (8, 10) aktiviert zu werden, um Druck auf die Tinte in den jeweiligen Düsen (11) aufzubringen, und Tintentröpfchen aus den Düsen zum Durchspülen des Tintenstrahlkopfes (30) auszustoßen, einen ersten Zähler (220f), der als erste Zeit (Tf) die Zeit mißt, die seit der jüngsten Aktivierung der dritten Treibereinrichtung (150, 160, 180, 190) abgelaufen ist, und einen zweiten Zähler (220k), der als zweite Zeit (Tk) die Zeit mißt, die seit der jüngsten Aktivierung der zweiten Treibereinrichtung (180, 190) abgelaufen ist, wobei der Controller (200) ausgebildet ist, daß er auf einen Druckbefehl anspricht, um entweder die zweite oder die dritte Treibereinrichtung in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Zeit (Tf, Tk) zu aktivieren.
  3. Drucker nach Anspruch 2, ferner aufweisend: eine Kappe (304) zum Abdecken der Düsen (11) des Tintenstrahlkopfes (30), und einen dritten Zähler (220t), der als dritte Zeit (Tt) die fortlaufende Zeit mißt, während derer die erste Treibereinrichtung (110, 150, 180, 190) inaktiv bleibt, wobei der Controller (200) ausgebildet ist, das Abdecken der Düsen (11) mit der Kappe (304) zu veranlassen, wenn die dritte Zeit (Tt) einem vorherbestimmten ersten Wert gleicht oder länger als dieser ist.
  4. Drucker nach Anspruch 3, ferner aufweisend: eine Pumpe (303), die aus den Düsen (11) Tinte saugt, um die Düsen zu säubern; und einen vierten Zähler (200KJ), der als vierte Zeit (KJ) die fortlaufende Zeit mißt, während derer die Düsen (11) abgedeckt bleiben, wobei der Controller auf den Druckbefehl anspricht, um vor dem Bewegen des Tintenstrahlkopfes (30) in die Druckstartposition, – die Pumpe (303) zu aktivieren, wenn die vierte Zeit (KJ) einem vorherbestimmten zweiten Wert gleicht oder länger als dieser ist, und – die dritte Treibereinrichtung (150, 160, 180, 190) zu aktivieren, wenn die vierte Zeit (KJ) kleiner als der zweite Wert ist.
  5. Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Controller (200) als programmgesteuerter Mikroprozessor verwirklicht ist.
  6. Verfahren zum Steuern eines Tintenstrahldruckers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: (a) Erfassen eines Druckbefehls, (b) Steuern des Transportmechanismus (195, 45) als Reaktion auf Schritt (a), um den Tintenstrahlkopf (30) gegenüber dem Druckmedium (105) in eine Druckstartposition zu bewegen, und (c) Ausführen des Druckbefehls im Anschluß an den Schritt (b) durch selektives Ansteuern der Betätigungsglieder (8, 10), um Tintentröpfchen aus jeweiligen Düsen (11) auf das Druckmedium (105) auszustoßen, und (d) Ansteuern der Betätigungsglieder (8, 10) in dem Tintenstrahlkopf (30), um die Tinte in jeder Düse (11) zu bewegen, ohne Tinte aus den Düsen abzugeben, wobei Schritt (d) ausgeführt wird, während der Tintenstrahlkopf (30) in Schritt (b) bewegt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: (e) Durchspülen des Tintenstrahlkopfes (30) durch Abgeben eines Tintentröpfchens aus jeder Düse (11), (f) Messen der seit der jüngsten Ausführung des Schritts (e) abgelaufenen Zeit als eine erste Zeit (Tf), und (g) Messen der seit der jüngsten Ausführung des Schritts (d) abgelaufenen Zeit als eine zweite Zeit (Tk), wobei in Abhängigkeit von den in den Schritten (f) und (g) gemessenen Zeiten (Tf, Tk) der Schritt (e) vor dem Schritt (b) durchgeführt wird und/oder Schritt (d) gleichzeitig mit Schritt (b) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: (h) Messen der fortlaufenden Zeit, während derer Schritt (c) nicht ausgeführt wird, als eine dritte Zeit (Tt), und (i) Bedecken der Düsen (11) mit einer Kappe (304), wenn die dritte Zeit (Tt) gleich oder länger als ein vorherbestimmter erster Wert ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend: (j) Messen der fortlaufenden Zeit, während derer die Düsen (11) abgedeckt bleiben, als eine vierte Zeit (KJ), (k) Lesen des Wertes der vierten Zeit als Reaktion auf den Schritt (a), und – Durchführen des Schritts (e), wenn der im Schritt (k) gelesene Wert kleiner als ein vorherbestimmter zweiter Wert ist, und anderenfalls – (l) Säubern der Düsen (11) dadurch, daß Tinte von den Düsen gesaugt wird.
  10. Maschinenlesbarer Datenträger, der ein Computerprogramm trägt, welches bei Ausführung in einem Drucker gemäß Anspruch 5 das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 verwirklicht.
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