DE69930225T2

DE69930225T2 - Verfahren zur Reduzierung der Wärmealterung von Tintenstrahldruckköpfen

Info

Publication number: DE69930225T2
Application number: DE69930225T
Authority: DE
Inventors: Christopher J. Oregon City Laharty; Michele L. Albany Fingerson; Vernon Tualatin Popham; Ronald F. Richmond Burr
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: DE69930225D1; JP2000233515A; US6390582B1; EP1029676A3; EP1029676B1; JP3800899B2; EP1029676A2

Description

FELD DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Reduzierung der Wärmealterung in einem Tintenstrahldruckkopf, und insbesondere auf ein Verfahren, welches vielfache Bereitschaftstemperaturen des Druckkopfes verwendet, um die Effekte der Wärmealterung zu reduzieren, ohne die Aufwärmzeiten erheblich zu vergrößern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein typischer Farbtintenstrahldruckkopf schließt ein Feld von Tintendüsen ein, welche voneinander eng beabstandet sind und verwendet werden, Tintentropfen zu einer Empfangsfläche auszustoßen. Der typische Druckkopf schließt mindestens vier Verteiler zum Empfang von schwarzer, cyanfarbener, magentafarbener und gelber Tinte ein, zur Verwendung beim monochromem, plus subtraktivem Farbdrucken. Die Anzahl derartiger Verteiler kann verändert werden, wenn ein Drucker ausgelegt wird, um ausschließlich schwarze Tinte, Grauton oder mit weniger als einem vollen Bereich von Farben zu drucken.
In einem herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf ist jede Tintenstrahleinrichtung paarweise mit einem elektromechanischen Wandler, wie etwa einem piezoelektrischen Wandler (piezoelectric transducer: PZT) angeordnet. Der Wandler weist typischerweise Metallfilmschichten auf, mit welchen ein elektronischer Wandlertreiber elektrisch verbunden ist. Wenn über die Metallfilmschichten des Wandlers eine Spannung angelegt wird, versucht der Wandler, seine Abmessungen zu ändern. Weil derselbe fest an ein biegsames Diaphragma angebracht ist, biegt und deformiert der Wandler das Diaphragma, wodurch ein nach außen gerichteter Tintenfluss durch die Tintenstrahleinrichtung bewirkt wird.
Einige Tintenstrahldruckköpfe wie etwa Tintenstrahldruckköpfe für phasenändernde Tinte, verwenden Tinten, welche einen Schmelzpunkt von 80°C und höher aufweisen. Bei vielen dieser Tinten tritt optimales Ausstoßen bei erheblich höheren Temperaturen wie etwa 120 °C und darüber auf. Dementsprechend müssen während des Druckens die Tintenstrahleinrichtungen und andere Druckkopfkomponenten oberhalb dieser angehobenen Auswurftemperaturen gehalten werden. Die Temperatur der Tintenvorratsbehälter, welche flüssige Tinte zu den Tintenstrahleinrichtungen liefern, müssen ebenso bei oder nahe den erforderlichen Auswuftemperaturen gehalten werden.
Langzeitige Verwendung eines Tintenstrahlkopfes bei erhöhten Temperaturen kann die Leistungsfähigkeit des Druckkopfs verändern und Wärmebelastung oder Wärmealterung der Druckkopfkomponenten beschleunigen. Dies kann in Bildverschlechterungen aufgrund von Leistungsvariationen resultieren. Beispielsweise kann die Tropfenmasse von ausgestoßenen Tintentropfen variieren, wenn die Druckkopfkomponenten thermisch über die Zeit konditioniert werden. Die Positionierung der ausgestoßenen Tintentropfen auf die empfangende Oberfläche kann ebenso mit dem thermischen Zustand variieren.
Um die Wärmebeanspruchung, die ein Druckkopf erfährt, zu verringern und unter Energiespargesichtspunkten ist es wünschenswert, die gesamte Zeit, in welcher der Druckkopf erhöhte Temperaturen erfährt, zu minimieren. Bisher wurde dieser Anforderung durch die Verwendung eines einzigen "Bereitschafts"-Modus begegnet, in welchem die Temperaturen des Druckkopfs und des Tintenvorratsbehälters erheblich unter die Betriebstemperatur zu ausgewählten Zeiten verringert wird, wenn der Drucker nicht in Verwendung ist. In dem Phaser^® 360-Farbdrucker für feste Tinte, hergestellt durch Tektronix Inc., Anmelder der vorliegenden Anmeldung, ist die Temperatur des Druckkopfes während des Druckens und in dem "Bereit"-Zustand zwischen Druckaufträgen ungefähr 140 °C. Der Drucker verbleibt in diesem Bereit-Zustand für ungefähr 4 Stunden und geht nach dieser Zeitspanne in einen Bereitschaftszustand über. In dem Bereitschaftszustand beträgt die Temperatur des Druckkopfes ungefähr 102°C und die Temperatur des Tintenvorratsbehälters ungefähr 98°C.
Wenn ein Druckkopf und ein Tintenvorratsbehälter sich im Bereitschaftszustand befinden, muss der Drucker die Temperatur des Druckkopfes und des Tintenvorratsbehälters zurück zu der Betriebstemperatur erhöhen, bevor das Drucken beginnen kann. Dies be wirkt eine unerwünschte Verzögerung des Druckprozesses. Beispielsweise kann der Phaser^® 360-Drucker ungefähr 5 Minuten benötigen, um die Temperaturen des Druckkopfes und des Tintenvorratsbehälters von dem Bereitschaftszustand zu dem Betriebszustand zu erhöhen.
US 5,276,468 beschreibt ein bekanntes Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von phasenändernder Tinte zu einem Tintenstrahldrucker.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Reduzierung von Wärmealterung in einem Tintenstrahldruckkopf bereit, während erhebliche Aufwärmzeiten vermieden werden. Das Verfahren verwendet wählbar eine Vielzahl von Bereitschaftstemperaturen des Druckkopfes, um die Effekte der Wärmealterung über eine Zeitdauer die reduzieren und die Aufwärmverzögerungen zu minimieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, das Tintenstrahldrucken in Bezug auf Reduzierung von Wärmebelastung in einem Tintenstrahldruckkopf zu verbessern. Dieses Ziel wird erreicht durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Reduzierung von Wärmebelastung in einem Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
KURZE BESCHREIBUNG EINIGER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines Tintenstrahldruckers, welcher das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet.
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer bevorzugten, PZT-getriebenen Tintenstrahleinrichtung, welche für die Verwendung in dieser Erfindung geeignet ist.
3 ist eine schematische Darstellung und zeigt die Druckersteuerung, welche einen Wandlertreiber steuert, welcher eine Spannung für den PZT in der Tinten strahlvorrichtung bereitstellt, und die Steuerung in Kommunikation mit einer NVRAM-Speicherquelle.
4 ist eine Darstellung einer Spannungskompensationskurve, wobei die Y-Achse die Spannung anzeigt, welche dem Wandler zugeführt wird und die X-Achse die Wärmealterungszeitspanne des Druckkopfes anzeigt, ausgedrückt in Zeit (TAGEN) bei einer ausgewählten Temperatur.
Nachfolgend wird eingehend Bezug genommen auf die vorliegende bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, von der ein Beispiel in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist eine perspektivische Gesamtansicht einer Tintenstrahlvorrichtung für phasenändernde Tinte, allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, welche das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann mit und eingebaut werden kann in verschiedene andere bilderzeugende Vorrichtungen, welche einen Tintenstrahldruckkopf verwenden, wie etwa Tintenstrahldrucker für wasserbasierende Tinte und ähnliches. Dementsprechend wird die nachfolgende Beschreibung als nur veranschaulichend für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angesehen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer einzelnen Tintenstrahleinrichtung 11. Die Tintenstrahleinrichtung 11 ist Teil eines Tintenstrahldruckkopfes mit vielfachen Düsen, welche in dem Drucker 10 vorhanden ist. Die Tintenstrahleinrichtung 11 schließt eine Tintenverteilung 12 ein, welche geschmolzene oder flüssige Tinte von einem Vorratsbehälter 15 empfängt. Die Tinte fließt von dem Verteiler 12 durch einen Eingangskanal 18 in eine Tintendruckkammer 22. Die Tinte fließt von der Druckkammer 22 in einen Ausgangskanal 28 zu der tropfenbildenden Düse 14, von welcher ein Tintentropfen 16 auf eine empfangende Fläche 20 ausgestoßen wird. In einer Ausführungsform umfasst die empfangende Fläche 20 eine Zwischenübertragungsoberfläche, wie etwa eine flüssige Opferschicht auf einer Trommel. Die Tinte wird auf die flüssige Schicht ausgesto ßen, um ein Tintenbild auszubilden. Das Tintenbild wird daraufhin auf eine endgültige, empfangende Oberfläche, wie etwa ein Blatt Papier, übertragen.
Eine eingehendere Beschreibung dieses Typs von Druckvorrichtung ist in US-Patent 5,389,958 mit dem Titel "IMAGING PROCESS" (das '958-Patent) und US-Patent 5,276,468 mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING PHASE CHANGE INK TO AN INK JET PRINTER" (das '468-Patent) offenbart, wobei beide Patente dem Einreicher der derzeitigen Anmeldung erteilt wurden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ebenso mit anderen Druckerarchitekturen, wie etwa direkt druckenden Architekturen durchgeführt werden, in welchen die Tinte unmittelbar auf eine endgültige, empfangende Fläche aufgestrahlt wird.
Die Tintendruckkammer 22 ist auf einer Seite durch ein flexibles Diaphragma 34 begrenzt. Ein elektromechanischer Wandler 32, wie etwa ein piezoelektrischer Wandler (piezoelectric transducer: PZT) ist an dem Diaphragma 34 durch eine geeigneten Kleber befestigt und bedeckt die Tintendruckkammer 22. Der Wandlermechanismus 32 kann einen keramischen Wandler umfassen, welcher mit Epoxid auf die Diaphragmaplatte 34 aufgeklebt ist, wobei der Wandler mittig über der Tintendruckkammer 22 ausgerichtet ist. Der Wandler kann im Wesentlichen von rechteckiger Form sein, oder, alternativ dazu, eine im Wesentlichen kreis- oder scheibenförmig sein. In herkömmlicher Weise weist der Wandler 32 Metallfilmschichten 36 auf, wie etwa Gold- oder Nickelschichten, mit welchen ein elektronischer Wandlertreiber 40 elektrisch verbunden ist.
Der mit der bevorzugten Ausführungsform beschriebene Wandler 32 ist ein Wandler mit Biegemodus. Der Wandler 32 wird in seinem Biegemodus derartig betrieben, dass der Wandler 32 versucht, seine Abmessungen zu verändern, wenn eine Spannung über die Metallfilmschichten 36 angelegt wird. Weil derselbe sicher und fest an dem Diaphragma 34 angebracht ist, biegt und deformiert der Wandler 32 das Diaphragma 34, wodurch Tinte in der Tintendruckkammer 22 verdrängt wird und der Ausfluss von Tinte durch den Ausgangskanal 28 zu der Düse 14 verursacht wird. Das Wiederauffüllen der Tintendruckkammer 22, welches dem Ausstoßen eines Tintentropfens nachfolgt, wird durch ein entgegengesetztes Biegen des Wandlers 32 und der damit verbundenen Bewegung des Diaphragma 14 erreicht. Es ist anzumerken, dass andere Typen und Formen von Wandlern ebenso verwendet werden können, wie etwa Scherungsmodus, ringförmig zu sammenziehende, elektrisch zusammenziehende, elektromagnetisch oder magnetisch zusammenziehende Wandler.
Die Tintenstrahleinrichtung 11 kann aus vielfachen geschichteten Platten oder Blättern ausgebildet sein, wie etwa Schichten aus rostfreiem Stahl, welche in einer überlagerten Beziehung gestapelt sind. Ein Beispiel für eine Tintenstrahleinrichtung mit vielfachen Platten ist in US-Patent Nr. 5,689,291 mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING DOT SIZE MODULATED INK JET PRINTING" offenbart, welches dem Einreicher der vorliegenden Anmeldung erteilt wurde. Es ist anzumerken, dass verschiedene Anzahlen und Kombinationen von Platten verwendet werden können, um die Tintenstrahleinrichtung 11 und deren einzelne Komponenten und Merkmale auszubilden. Der Fachmann wird ebenso erkennen, dass weitere Abwandlungen und zusätzliche Merkmale mit diesem Typ der Tintenstrahleinrichtung verwendet werden können, um die gewünschte Leistungsfähigkeit und/oder Zuverlässigkeit zu erzielen. Beispielsweise können akustische Filter in die Tintenstrahleinrichtung eingebaut werden, um außerordentliche und möglicherweise schädliche Druckwellen zu dämpfen. Die Anordnung der Verteiler, Druckkammern und Eingangs- und Ausgangskanäle in dem Druckkopf kann ebenso modifiziert werden, um die Leistungsfähigkeit der Tintenstrahleinrichtung zu kontrollieren.
Die Tintenstrahleinrichtung 11 ist vorzugsweise für den Betrieb mit phasenändernder Tinte ausgelegt. Herkömmliche phasenändernde Tinte ist anfänglich bei Raumtemperatur fest und wird in einen geschmolzenen Zustand durch die Anwendung von Wärmeenergie übergeführt, um deren Temperatur auf zwischen ungefähr 85 °C und ungefähr 150 °C zu erhöhen. Für optimales Ausstoßen durch den Tintenstrahldruckkopf wird die Tinte bei einer Ausstoßtemperatur von zwischen ungefähr 120 °C und ungefähr 150 °C gehalten.
Eine beispielhafte phasenändernde Tinte besteht aus einer phasenändernden Tintenträgerzusammensetzung, welche einem für die phasenändernde Tinte kompatiblen Farbstoff zugemischt ist. Die Zusammensetzung des phasenändernden Tintenträgers umfasst eine Beimischung von (1) mindestens einem Urethanharz; und/oder (2) mindestens einem gemischten Urethan/Harnstoffharz; und (3) mindestens einem Monoamid; und (4) mindestens einem Polyethylenwachs. Eine eingehendere Beschreibung ei ner phasenändernden Tinte wird in der anhängigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 09/013,410 ("die '410 Anmeldung") mit dem Titel „PHASE CHANGE INK FORMULATION CONTAINING A COMBINATION OF A URETHANE RESIN, A MIXED URETHA-NE/UREA RESIN, A MONO-AMIDE AND A POLYETHALENE WAX", eingereicht am 26. Januar 1998 für den Anmelder der vorliegenden Anmeldung.
Es ist anzumerken, dass viele andere Typen von Tinten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf phasenändernde und wässrige Tinten mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Beispiele von passenden alternativen phasenändernden Tinten sind in US-Patent Nr. 4,889,560 (das '560 Patent) und 5,372,852 (das '852 Patent) beschrieben. Die in diesen Patenten offenbarten Tinten bestehen aus einer phasenändernden Tintenträgerzusammensetzung, welche ein oder mehrere fette, amidenthaltende Materialien, vorzugsweise bestehend aus einem Monoamidwachs und einem Tetraamidharz, ein oder mehrere Haftmittel, ein oder mehrere Weichmacher und ein oder mehrere Antioxidanzien in Kombination mit kompatiblen Farbmitteln umfassen.
Wenn sich der Tintenstrahldrucker 10 in einem Druckzustand oder Bereitzustand befindet, werden der Druckkopf und die Tintenstrahleinrichtung 11 bei einer optimalen Strahltemperatur für die verwendete phasenändernde Tinte gehalten. Wenn der Drucker 10 eine phasenändernde Tinte, wie in dem '560 und '852 Patent beschriebene phasenändernde Tinte verwendet, kann die Tintenstrahleinrichtung 11 bei einer Tintenstrahl-Betriebstemperatur von zwischen ungefähr 120 °C und ungefähr 150 °C gehalten werden und besonders vorzugsweise ungefähr 140 °C. Der Vorratsbehälter 15, welcher flüssige Tinte zu dem Druckkopf liefert, kann ebenso bei einer Vorratsbehälter-Betriebstemperatur von zwischen ungefähr 123 °C und 143 °C und besonders vorzugsweise bei ungefähr 133 °C gehalten werden.
Der Drucker 10 kann ebenso in andere Statusbedingungen versetzt werden, in welchen der Druckkopf bei einer Temperatur niedriger als die Tintenstrahl-Betriebstemperatur gehalten wird. Beispielsweise kann der Drucker 10 einen Druckerbereitschaftszustand annehmen, nach dem eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, ohne dass ein Druckkommando oder anderer Betrieb stattgefunden hat. In einer Ausführungsform des Druckerbereitschaftszustandes bei der Verwendung einer in den '560 und '852 Patenten beschriebenen phasenändernden Tinte, wird der Druckkopf bei einer Tintenstrahl-Bereitschaftstemperatur von zwischen ungefähr 94 °C und ungefähr 110 °C und vorzugsweise ungefähr 104 °C gehalten. Der Vorratsbehälter wird bei einer Vorratsbehälter-Bereitschaftstemperatur von zwischen ungefähr 92 °C und ungefähr 112 °C und besonders vorzugsweise ungefähr 102 °C gehalten.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Drucker 10 ebenso andere Bereitschaftszustände verwenden, welche den Druckkopf bei einer Temperatur näher bei, aber immer noch niedriger als die erforderliche Strahltemperatur halten. Beispielsweise kann der Vorratsbehälter anfänglich bei einer Vorratsbehälter-Bereitschaftstemperatur und die Tintenstrahleinrichtung bei einer Tintenstrahl-Bereitschaftstemperatur gehalten werden. Wenn eine Druckanforderung oder ein anderes Kommando empfangen wird, wird der Vorratsbehälter auf die Vorratsbehälter-Betriebstemperatur und die Tintenstrahleinrichtung auf die Tintenstrahl-Betriebstemperatur aufgeheizt, um den Drucker druckfertig zu machen. Nachdem der Vorratsbehälter und die Tintenstrahleinrichtung bei ihren jeweiligen Betriebstemperaturen für eine erste Zeitdauer gehalten werden, wie etwa mindestens 15 Minuten, während welcher keine Druckanforderung oder anderes Kommando erhalten wird, kann der Drucker anfänglich einen Düsenstapel-Bereitschaftszustand annehmen. In einer Ausführungsform des Düsenstapel-Bereitschaftszustandes wird die Tintenstrahleinrichtung auf eine Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur von zwischen ungefähr 104 °C und ungefähr 124 °C und vorzugsweise ungefähr 114 °C abgekühlt, während der Vorratsbehälter bei der Vorratsbehälter-Betriebstemperatur gehalten wird.
Vorzugsweise reduziert die Verwendung einer Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur, welche niedriger ist als die Tintenstrahl-Betriebstemperatur, die Wärmebeanspruchung in dem Druckkopf. Diese Verringerung in der Wärmebeanspruchung vergrößert die nutzbare Lebensdauer des Druckkopfes. Weil die Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur näher an der Tintenstrahl-Betriebstemperatur liegt als die Tintenstrahl-Bereitschaftstemperatur, ist zusätzlich die erforderliche Zeit, um die Tintenstrahleinrichtung von der Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur zu der Tintenstrahl-Betriebstemperatur aufzuheizen, geringer als die Zeit, welche erforderlich ist, die Tintenstrahleinrichtung von der Tintenstrahl-Bereitschaftstemperatur auf die Tintenstrahl-Betriebstemperatur aufzuheizen. In einer Ausführungsform, welche eine Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur von unge fähr 114 °C verwendet, beträgt die Zeit, welche notwendig ist, um den Druckkopf von der Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur auf die Tintenstrahl-Betriebstemperatur von ungefähr 140 °C aufzuheizen, ungefähr 110 Sekunden. Weil der Vorratsbehälter bei der Vorratsbehälter-Betriebstemperatur gehalten wird, ist weiterhin keine Verzögerung erforderlich, um den Vorratsbehälter auf dessen Betriebstemperatur aufzuheizen.
Der Drucker kann in dem Düsenstapel-Bereitschaftszustand für eine zweite Zeitdauer verbleiben, wie etwa zwischen ungefähr 30 Minuten und ungefähr 240 Minuten. Nach dieser zweiten Zeitdauer kann der Vorratsbehälter auf dessen Vorratsbehälter-Bereitschaftstemperatur abgekühlt werden. Um weiterhin die Wärmebeanspruchung in dem Druckkopf zu reduzieren, kann die Tintenstrahleinrichtung 11 ebenso auf ihre Tintenstrahl-Bereitschaftstemperatur abgekühlt werden, nachdem die zweite Zeitdauer verstrichen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Vorratsbehälter anfänglich bei einer Vorratsbehälter-Bereitschaftstemperatur gehalten und die Tintenstrahleinrichtung bei einer Tintenstrahl-Bereitschaftstemperatur. Wenn der Drucker ein Kommando empfängt, in einen veränderten Bereitschaftszustand zu gehen, wird der Vorratsbehälter auf die Vorratsbehälter-Betriebstemperatur aufgeheizt und die Tintenstrahleinrichtung auf die Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur aufgeheizt. Der Drucker verbleibt in diesem modifizierten Bereitschaftszustand, bis ein Druckkommando empfangen wird. Wenn ein Druckkommando empfangen wird, wird die Temperatur des Düsenstapels auf die Tintenstrahl-Betriebstemperatur angehoben, um das Drucken zu ermöglichen. Vorteilhafterweise hält in dieser Ausführungsform der modifizierte Bereitzustand die Tintenstrahleinrichtung bei der Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur im Gegensatz zu der Tintenstrahl-Betriebstemperatur, bis ein Druckkommando empfangen wird. Dies reduziert weiterhin die Wärmebeanspruchung auf dem Druckkopf und vergrößert die Lebensdauer des Druckkopfes.
In einer weiteren Ausführungsform des Düsenstapel-Bereitschaftszustands kann die Temperatur des Vorratsbehälters innerhalb eines Bereitschaftsbereiches des Vorratsbehälters von zwischen ungefähr 104 °C und ungefähr 124 °C gehalten werden, während die Temperatur der Tintenstrahleinrichtung 11 auf die bevorzugte Tintenstrahl-Bereitschaftstemperatur von 104 °C abgesenkt wird. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer in diesem Düsenstapel-Bereitschaftszustand, wie etwa eine Stunde, werden, wenn notwendig, die Temperaturen des Vorratsbehälters 15 und der Tintenstrahleinrichtung 11 auf ihre jeweiligen Bereitschaftstemperaturen abgesenkt.
Wie in der 3 veranschaulicht, steuert eine Steuerung 42 in dem Drucker 10 den Betrieb des Wandlertreibers 40. Die Steuerung 42 überwacht ebenso den Druckkopf bei seinen verschiedenen Operationen und Bereitschaftszuständen, um eine Gesamtzeit mit zu verfolgen, während welcher der Druckkopf eine Vielzahl von Temperaturen erfährt. Wie vorstehend erwähnt, kann eine längere Nutzung eines PZT-getriebenen Tintenstrahldruckkopfes bei erhöhten Temperaturen die Leistungsfähigkeit des Wandlers und/oder anderer Tintenstrahlkomponenten verändern. Beispielsweise kann die Wärmekonditionierung der Tintenstrahleinrichtung über die Zeitdauer Änderungen in der Tropfenmasse der ausgestoßenen Tintentropfen verursachen. Die Positionierung der ausgestoßenen Tintentropfen auf der empfangenen Oberfläche kann ebenso bei Wärmealterung sich verändern.
Um Variationen in der Tintentropfenmasse und Tropfenpositionierungsfehler aufgrund von Wärmekonditionierung zu reduzieren, überwacht und berechnet die Steuerung 42 eine Wärmealterungsdauer des Druckkopfes. Wenn die Wärmealterungsdauer einen ersten vorbestimmten Wert erreicht, verändert die Steuerung 42 die an dem Wandler durch den Wandlertreiber 40 angelegte Spannung, um Tropfenmassenvariationen aufgrund von Wärmekonditionierung auszugleichen.
In einer Ausführungsform wird die Wärmealterungszeitdauer als eine Zeitdauer festgelegt, während welcher der Druckkopf mindestens eine ausgewählte Temperatur erfährt. In dieser Ausführungsform überprüft die Steuerung 42 die Zeitdauer, in welcher sich der Druckkopf in einem Betriebs- oder Druckmodus befindet, entsprechend einer ausgewählten Temperatur zwischen ungefähr 120 °C und ungefähr 150 °C und vorzugsweise ungefähr 140 °C. Mit nachfolgendem Bezug auf die 4 wird die aufsummierte Zeit, in welcher der Druckkopf mindestens die ausgewählte Temperatur erfährt, auf einer Spannungskompensationskurve 50 aufgezeichnet. Die Zeitdauer oder die Wärmealterungszeitdauer entlang der horizontalen Achse wird in Kalendertagen/24 Stundenperioden (TAGE) gemessen, während welcher der Druckkopf mindestens die ausgewählte Temperatur erfährt. Die vertikale Achse legt die Spannung fest, welche dem Wandler 32 zu geführt wird. Beim Zeitpunkt T₀ empfängt der Wandler 32 anfänglich eine Spannungswellenform mit einer Spitzenspannung entsprechend V₀. Die Spitzenspannung verbleibt konstant bei V₀, bis die Zeit bei der ausgewählten Temperatur (Wärmealterungszeitspanne) einem ersten Wert T₁ gleicht. Vorzugsweise ist die T₁ ungefähr 140 Kalendertage. Es ist anzumerken, dass der Wert von T₁ verändert werden kann, um zu der Leistungscharakteristik eines bestimmten Druckkopfes zu passen oder um eine gewünschte Tropfenmassenkonsistenz zu erhalten.
Wenn die Wärmealterungszeitspanne den Wert T₁ erreicht, beginnt die Steuerung 42 die an den Wandler 32 angelegte Spannung in dem Maß zu erhöhen wie die Wärmealterungszeitspanne sich vergrößert. In einer bevorzugten Ausführungsform vergrößert sich die Spannung mit einer linearen Rate, welche durch den Steigungsabschnitt 54 der Kurve 50 angezeigt ist. Vorzugsweise wird die Spannung bei einer Rate oder Steigung von zwischen ungefähr 0,001 Volt/TAG und ungefähr 0,015 Volt/TAG und besonders vorzugsweise mit ungefähr 0,008 Volt/TAG vergrößert, wobei TAG = D_PT, und D_PT ist festgelegt als Kalendertage, während deren der Druckkopf mindestens die ausgewählte Temperatur erfährt. Die lineare Vergrößerung in der Spannung von dem anfänglichen Wert V₀ wird fortgesetzt, wenn sich die Wärmealterungszeitspanne vergrößert, bis eine maximale differenzielle Spannung V_DIF zu der anfänglichen Spannung V₀ zuaddiert wurde. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die maximale differenzielle Spannung V_DIF zwischen ungefähr 2,0 Volt und ungefähr 4 Volt. Mit Bezug auf den horizontalen Abschnitt 56 der Kurve 50 verbleibt die Spannung konstant bei einem Wert V_MAX, wenn die Wärmealterungszeitspanne fortschreitet, nachdem die maximale differenzielle Spannung V_DIF zum Zeitpunkt T₂ erreicht worden ist.
In einer weiteren Ausführungsform überwacht die Steuerung 42 die Zeit, in welcher der Druckkopf anderen Temperaturen ausgesetzt ist, wie etwa wenn der Druckkopf sich in einem Drucker-Bereitschaftszustand oder einem Düsenstapel-Bereitschaftszustand befindet. In dieser Ausführungsform wird die Wärmealterungszeitspanne als eine Zeitspanne festgelegt, während welcher der Druckkopf die ausgewählte Temperatur, die Druckerbereitschaftstemperatur oder die Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur erfährt.
Um die Wärmekonditionierung, welcher der Druckkopf während des Drucker-Bereitschaftszustands und des Düsenstapel-Bereitschaftszustands ausgesetzt ist, zu berück sichtigen, wandelt die Steuerung 42 die Zeit bei diesen niedrigeren Bereitschaftstemperaturen in eine Zeit bei der ausgewählten oder der Betriebstemperatur um. Um diese Umwandlung durchzuführen, multipliziert die Steuerung die Zeit in jedem Bereitschaftsmodus mit einem Skalierungsfaktor. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Zeit in dem Drucker-Bereitschaftsmodus D_PS in Kalendertagen ausgedrückt, während denen der Druckkopf die Drucker-Bereitschaftstemperatur erfahren hat. Diese Zeit wird zu D_PT Kalendertagen bei der ausgewählten Temperatur durch Multiplizieren derselben mit einem Skalierungsfaktor F_PS für die Drucker-Bereitschaft umgewandelt. In ähnlicher Weise wird die Zeit in dem Düsenstapel-Bereitschaftsmodus D_JS in Kalendertagen ausgedrückt, während denen der Druckkopf die Düsenstapel-Bereitschaftstemperatur erfährt. Dieser Wert wird zu D_PT Kalendertagen bei der ausgewählten Temperatur umgewandelt durch Multiplizieren von D_JS mit einem Düsenstapel-Bereitschaftsskalenfaktor F_JS. Vorzugsweise weisen beide Skalierungsfaktoren F_PS und F_JS einen Wert von ungefähr 0,145 auf. Mit wiederholtem Bezug auf die 4 und unter Verwendung dieser Skalierungsfaktoren kann der Wert in TAGEN der Koordinate entlang der horizontalen Achse ausgedrückt werden als TAG = D_PT + [(D_PS) × (F_PS)] + [(D_JS) × (F_JS)].
Mit nachfolgendem Bezug auf die 3 wird eine nicht-flüchtige Speicherquelle 44 (non-volatile memory source: NVRAM) verwendet, um Information der Wärmealterungszeitspanne zu speichern, welche der Zeitdauer entspricht, während der der Druckkopf sich in den verschiedenen Moden des Betriebes und der Bereitschaft befindet. Diese Information zur Zeitspanne der Wärmealterung wird erneuert, wann immer der Drucker die Statuszustände ändert, wie etwa wenn ein Druckkommando empfangen wird, oder wenn der Drucker in einen der Bereitschaftsmoden übergeht. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Information zur Zeitspanne der Wärmealterung in dem NVRAM 44 ebenso mindestens alle 5 Minuten erneuert, wenn sich der Statuszustand des Druckers nicht geändert hat.
In einer weiteren Ausführungsform können vielfache Betriebs- oder Druckmoden für das Ausstoßen unterschiedlicher Tropfenmassen verwendet werden. Die Spannungskompensationskurve 50 kann dann für jeden Modus angepasst werden, um die Spannungskompensation für jeden Modus zu optimieren. Beispielsweise kann der Drucker 10 erste, zweite und dritte Druckmoden verwenden, welche Tintentropfen mit drei unterschiedlichen Tropfenmassen ausstoßen. Für jeden der drei Druckmoden verbleibt die ausge wählte Temperatur bei ungefähr 140°C und die Zeit T₁ ist ungefähr 140 TAGE. Für den ersten Druckmodus beträgt die maximale differenzielle Spannung V_DIF ungefähr 3 Volt und die Steigerung des ansteigenden Abschnitts 54 der Spannungskompensationskurve 50 beträgt ungefähr 0,008 Volt/TAG. Für den zweiten und den dritten Druckmodus beträgt eine maximale differenzielle Spannung V_DIF ungefähr 2,5 Volt und die Steigerung des ansteigenden Abschnitts 54 der Kurve 50 beträgt ungefähr 0,007 Volt/TAG.
Ein Tintenstrahldrucker gemäß der vorliegenden Erfindung schließt einen Druckkopf mit einer Vielzahl von Tintendüseneinrichtungen 11, wie vorstehend beschrieben, ein. Beispiele eines Tintenstrahldruckkopfes und einer Tintenstrahldruckerarchitektur sind in US-Patent 5,677,718 mit dem Titel "DROP-ON-DEMAND INK JET PRINT HEAD HAVING IMPROVED PURGING PERFORMANCE (das '718 Patent) und in dem vorstehend erwähnten '958 Patent offenbart, wobei beide Patente dem Einreicher der vorliegenden Anmeldung erteilt sind. Es ist anzumerken, dass andere Konstruktionen von Tintenstrahldruckköpfen und andere Tintenstrahldruckarchitekturen verwendet werden können zum Ausführen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ebenso ausgeführt werden, um verschiedene Flüssigkeitstypen auszustoßen, eingeschlossen, aber nicht beschränkt auf wässrige und phasenändernde Tinten von verschiedenen Farben.
Die vorstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die genaue Form, wie offenbart, zu beschränken. Die Begriffe und Ausdrücke, welche in der vorstehenden Beschreibung angewandt wurden, werden in derselben zum Zwecke der Beschreibung und nicht der Beschränkung verwendet. Die Verwendung von derartigen Begriffen und Ausdrücken soll Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile derselben nicht ausschließen. Vielfache Änderungen, Modifikationen und Abwandlungen in Materialien und Anordnung der Teile können durchgeführt werden und die Erfindung kann auf vielfache unterschiedliche Druckvorrichtungen angewandt werden anders als Offsetdrucker mit Festtinte, alles ohne von dem hier offenbarten erfinderischen Konzept abzuweichen.
Die bevorzugte Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die günstigste Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung be reitzustellen, um hierdurch den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für eine bestimmte Verwendung vorgesehen werden, zu verwenden. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Ein Verfahren zur Verminderung von Wärmebelastung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung, wobei der Tintenstrahldruckkopf eine Tintendüseneinrichtung (11) einschließt, welche Tinte von einem Vorratsbehälter (15) empfängt und die Tinte durch eine Düse (14) ausstößt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Halten des Vorratsbehälters (15) bei einer Bereitschaftstemperatur des Vorratsbehälters; Halten der Tintendüseneinrichtung (11) bei einer Bereitschaftstemperatur der Tintenstahleinrichtung; Erwärmen des Vorratsbehälters (15) auf eine Betriebstemperatur des Vorratsbehälters; Erwärmen der Tintendüseneinrichtung (11) auf eine Betriebstemperatur der Tintendüseneinrichtung; Halten des Vorratsbehälters (15) bei der Betriebstemperatur des Vorratsbehälters und Halten der Tintendüseneinrichtung (11) bei der Betriebstemperatur der Tintendüseneinrichtung für eine Zeitspanne; und nach der Zeitspanne, Abkühlen der Tintendüseneinrichtung (11) auf eine Bereitschaftstemperatur des Düsenstapels, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitschaftstemperatur des Düsenstapels niedriger ist als die Betriebstemperatur der Tintendüseneinrichtung und höher ist als die Bereitschaftstemperatur der Tintendüseneinrichtung und das Kühlen der Tintendüseneinrichtung (11) auf die Bereitschaftstemperatur des Düsenstapels durchgeführt wird, während der Vorratsbehälter bei der Betriebstemperatur des Vorratsbehälters gehalten wird.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin einschließend den Schritt, die Tintendüseneinrichtung (11) auf die Betriebstemperatur der Tintendüseneinrichtung von der Bereitschaftstemperatur der Tintendüseneinrichtung zu erwärmen, wenn eine Druckanforderung oder eine andere Weisung von der Druckvorrichtung erhalten wird.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 2, weiterhin einschließend den Schritt, die Tintendüseneinrichtung (11) auf die Betriebstemperatur der Tintendüseneinrichtung von der Bereitschaftstemperatur des Düsenstapels zu erwärmen, wenn eine Druckanforderung oder eine andere Weisung von der Druckvorrichtung erhalten wird.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Zeitspanne eine erste Zeitspanne ist, und das Verfahren weiterhin den Schritt einschließt, die Tintendüseneinrichtung (11) bei der Bereitschaftstemperatur des Düsenstapels zu halten und den Vorratsbehälter (15) bei der Betriebstemperatur des Vorratsbehälters für eine zweite Zeitspanne zu halten.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 4, weiterhin einschließend den Schritt, den Vorratsbehälter (15) auf die Bereitschaftstemperatur des Vorratsbehälters nach der zweiten Zeitspanne zu kühlen.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 5, weiterhin einschließend den Schritt, die Tintendüseneinrichtung (11) auf die Bereitschaftstemperatur der Tintendüseneinrichtung nach der zweiten Zeitspanne zu kühlen.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die zweite Zeitspanne zwischen ungefähr 30 Minuten ungefähr 240 Minuten ist.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die erste Zeitspanne mindestens ungefähr 15 Minuten ist.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin einschließend den Schritt, Tinte mit einer Ausstoßtemperatur zwischen ungefähr 120 °C und ungefähr 150 °C zu verwenden.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Tinte eine phasenändernde Tinte ist.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 10, weiterhin einschließend die Schritte: Ausstoßen der Tinte auf eine Zwischenübertragungsoberfläche, um ein Tintenbild auszubilden; und Übertragen des Tintenbildes auf eine endgültige Empfangsfläche.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Kühlens der Tintendüseneinrichtung (11) auf die Bereitschaftstemperatur des Düsenstapels weiterhin den Schritt umfasst, die Tintendüseneinrichtung (11) auf eine Temperatur zwischen ungefähr 104 °C und ungefähr 124 °C zu kühlen.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Schritt zum Halten des Vorratsbehälters (15) bei einer Bereitschaftstemperatur des Vorratsbehälters weiterhin den Schritt umfasst, den Vorratsbehälter (15) bei einer Temperatur zwischen ungefähr 94 °C und ungefähr 110 °C zu halten.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt zum Halten der Tintendüseneinrichtung (11) bei einer Bereitschaftstemperatur der Tintendüseneinrichtung weiterhin den Schritt umfasst, die Tintendüseneinrichtung (11) bei einer Temperatur zwischen ungefähr 94°C und ungefähr 110°C zu halten.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Schritt zum Erwärmen des Vorratsbehälters (15) auf eine Betriebstemperatur des Vorratsbehälters weiterhin den Schritt umfasst, den Vorratsbehälter 15 auf eine Temperatur zwischen ungefähr 123 °C und ungefähr 143 °C zu erwärmen.
Das Verfahren zur Verminderung von Wärmebeanspruchung in einem Tintenstrahldruckkopf in einer Druckvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei der Schritt zum Erwärmen der Tintendüseneinrichtung (11) auf eine Betriebstemperatur der Tintendüseneinrichtung weiterhin den Schritt umfasst, die Tintendüseneinrichtung (11) auf eine Temperatur zwischen ungefähr 130 °C und ungefähr 150 °C zu erwärmen.