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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Einige
der Schwierigkeiten, die durch die oben genannten Verhütungsmethoden
der Verstopfung noch ungelöst
sind, werden nachfolgend beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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1 ein
Blockschaltbild eines Tintenstrahldruckers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten
Druckeinheit 40;
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3 eine
Schnittansicht eines Tintenstrahlkopfes mit elektrostatischen Betätigungsgliedern;
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4 eine
Draufsicht auf den in 3 gezeigten Tintenstrahlkopf;
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5 Schnittansichten des in 3 gezeigten
Tintenstrahlkopfes, (a) im Bereitschaftszustand, (b) im Zustand
der Tintenladung und (c) Tintenkompression;
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6 ein
Schaltkreisdiagramm eines Beispiels des in 1 gezeigten
Auswählgliedes 150;
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7 ein
Schaltkreisdiagramm eines Beispiels des in 1 gezeigten
Kopftreibers 190;
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8 ein
Logikdiagramm des Verhältnisses zwischen
Treibereingabe- und -ausgabesignalen in 7;
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9 ein
Ablaufdiagramm des Druckprozesses und
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10 ein
Zustandsübergangsdiagramm
für einen
Tintenstrahldrucker gemäß der vorliegenden Erfindung.
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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.
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Allgemeiner
Aufbau
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Tintenstrahlkopf
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Treiberschaltung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Arbeitsweise der obigen Schaftkreise soll nun unter Hinweis auf
das Ablaufdiagramm gemäß 9 näher erläutert werden.
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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.
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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).
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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.
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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.