DE69125856T2

DE69125856T2 - Thermischer Tintenstrahldrucker mit hoher Auflösung

Info

Publication number: DE69125856T2
Application number: DE69125856T
Authority: DE
Inventors: John Phillip Ertel; Michael Anh Nguyen; Kent Douglas Vincent
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2011-10-22
Also published as: EP0481829B1; HK91197A; EP0481829A3; CA2049571C; DE69122021T2; CA2049571A1; ES2095301T3; US5510822A; EP0612624B1; HK38097A; EP0612624A1; JPH04263949A; ES2100625T3; US5650808A; EP0481829A2; DE69125856D1; DE69122021D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Computer-Druckkopiedrucker und insbesondere auf Tintenstrahldrucker. Die hauptsächliche gegenwärtige Verwendung der verbesserten Tintenstrahldruckanordnung der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung derselben als Einrichtung zum Erhalten von Farbausdrucken mit hoher Auflösung von Computer-erzeugtem Text und Computer-erzeugten Graphiken.

Stand der Technik

Mit dem Auftreten von Computern entstand der Bedarf nach Geräten, welche die Ergebnisse eines Computer-erzeugten Arbeitsproduktes in einer gedruckten Form erzeugen können. Frühe Geräte, die für diesen Zweck verwendet wurden, waren einfache Modifikationen der damals geläufigen elektrischen Schreibmaschinentechnologie. Diese Geräte konnten jedoch weder Bildgraphiken erzeugen, noch konnten sie mehrfarbige Bilder erzeugen oder so schnell drucken, wie es erwünscht war.
Viele Fortschritte wurden auf diesem Gebiet erreicht. Unter diesen ist die Entwicklung des Anschlagpunktmatrixdruckers bemerkenswert. Obwohl dieser Drucker immer noch viel verwendet wird, ist er weder schnell genug noch haltbar genug, wie es für viele Anwendungen erforderlich ist. Ferner kann derselbe keine Farbausdrucke mit hoher Auflösung erzeugen. Die Entwicklung des thermischen Tintenstrahldruckers löste viele dieser Probleme. Das U.S. Patent Nr. 4,728,963, das an S.O. Rasmussen u.a. erteilt wurde und demselben Bevollmächtigten wie bei dieser Anmeldung übertragen wurde, lehrt ein Beispiel dieses Typs dieser Druckertechnologie.
Thermische Tintenstrahldrucker arbeiten durch Verwenden einer Mehrzahl von Widerstandselementen, um Tintentröpfchen durch eine zugeordnete Mehrzahl von Düsen auszuwerfen. Insbesondere ist jedes Widerstandselement, welches typischerweise eine Fläche aus einem resistiven Material mit einer Größe von etwa 50 µm mal 50 µm ist, in einer Kammer positioniert, die mit Tinte gefüllt ist, welche von einem Tintenbehälter zugeführt wird. Eine Düsenplatte, die eine Mehrzahl von Düsen oder Öffnungen aufweist, wobei jede Düse einem Widerstandselement zugeordnet ist, definiert einen Teil der Kammer. Beim Erregen eines speziellen Widerstandselements wird ein Tintentröpfchen durch Tröpfchenverdampfung durch die Düse zu dem Druckmedium, sei es Papier, Textilien oder dergleichen, ausgeworfen. Das Abfeuern von Tintentröpfchen findet typischerweise unter der Steuerung eines Mikroprozessors statt, wobei die Signale desselben durch elektrische Leiterbahnen zu den Widerstandselementen geliefert werden.
Der Stift, der die Düsen enthält, wird wiederholt über die Breite des Mediums, auf das gedruckt werden soll, bewegt. Bei jeder einer speziellen Anzahl von Inkrementen dieser Bewegung über das Medium wird bewirkt, daß jede der Düsen entweder Tinte auswirft oder davon abgehalten wird, Tinte auszuwerfen, und zwar gemäß dem Programmausgangssignal des steuernden Mikroprozessors. Jede vollendete Bewegung über das Medium kann ein Band drucken, das etwa so breit wie die Anzahl von Düsen, die in einer Spalte des Stifts angeordnet ist, multipliziert mit dem Abstand zwischen den Düsenmitten ist. Nach jeder solchen vollendeten Bewegung oder nach jedem Band wird das Medium um die Breite des Bandes vorwärts bewegt, wonach der Stift das nächste Band beginnt. Durch eine korrekte Auswahl und Zeitgebung der Signale zu den Düsen wird der erwünschte Druck auf dem Medium erhalten.
Um ein Mehrfarbendrucken zu erhalten, kann die Spalte an Düsen in dem Stift der Verteilung von verschiedenen Farbtinten zugeordnet werden. Ein Stift mit einer Spalte von Düsen, welche eine Länge von beispielsweise 48 Düsen aufweist, kann derart aufgebaut werden, daß die ersten zwölf Düsen mit einer Cyan-Tinte, die nächsten zwölf Düsen mit einer Magenta- Tinte, die nächsten zwölf mit einer Gelb-Tinte und die letzten zwölf mit einer Schwarz-Tinte versorgt werden. Unter Verwendung dieser Anordnung könnte jede vollendete Bewegung oder jedes Band des Stifts über das Medium vier Farbstreifen drucken, wobei jeder Streifen zwölf Düsenbeabstandungen oder Indexpositionen breit ist. Das Medium würde dann zwölf Indexpositionen vorgeschoben werden, derart, daß in dem nächsten Band die Magenta-Tintendüsen sich über die gleichen Medium-Positionen bewegen würden, über die sich die Cyan- Tintendüsen bei dem vorherigen Band bewegt haben. Durch Fortsetzen des Vorschieben des Mediums um zwölf Indexpositionen vor jedem Band des Stifts könnte jede der Druckpositionen auf dem Medium, wenn es durch den Mikroprozessor angeleitet wird, von jeder der Tintenfarben bedruckt werden. Unter Verwendung dieser Anordnung wird jede gegebene einzelne Position auf dem Druckmedium viermal in vier aufeinanderfolgenden Bändern angesprochen. Das Druckmedium wird jedoch um zwölf Indexpositionen vorgeschoben. Daher müssen die Informationen von dem Computer bezüglich dieser Druckposition vorübergehend gespeichert und in vier aufeinanderfolgenden Bändern verwendet werden, wobei jedes Band um zwölf Indexpositionen getrennt ist. Dies wird als ein Datenindex von zwölf Zeilen bezeichnet. Unter Verwendung dieser Anordnung ist es möglich, gedruckte mehrfarbige Abbildungen mit vernünftig hoher Qualität von sowohl alphanumerischen Zeichen als auch Graphiken mit einer vernünftig hohen Rate und Geschwindigkeit zu erzeugen.
Die thermische Tintenstrahldruckertechnologie selbst ist jedoch nicht ohne Probleme, wobei ein beträchtlicher Bedarf nach einer Einrichtung zum Lösen einiger dieser Probleme bestand. Das offensichtlichste Problem, das den thermischen Tintenstrahldruckern zugeordnet ist, war die Tendenz, daß der erzeugte Druck eine kleinere als erwünschte Auflösung oder Qualität besaß. Die höchste Zeichenauflösung könnte erreicht werden, wenn Tinte auf dem Medium nur dort abgelegt werden würde, wo es erwünscht ist, und wenn die Tinte dort bleiben würde, wo sie abgelegt worden ist, ohne zu wandern. Aufgrund von Phänomenen, wie z.B. dem, daß die nasse Tinte in das umgebende trockene Medium durch Kapillarwirkung gezogen wird, wurden ungünstigerweise die Ränder der gedruckten Zeichnungen weniger scharf. Wenn ferner Tinten mit unterschiedlichen Farben nebeneinander gedruckt werden, tendieren die unterschiedlich gefärbten Tinten dahin, ineinander zu verlaufen. Ferner tendiert die nasse Tinte auf dem Druckmedium, das eine geringe Absorptionsrate aufweist (d.h. Transparenzfolien) dahin, sich in kleine Pfützen aufgrund der Oberflächenspannung zusammenzuklumpen, wodurch ein Phänomen erzeugt wird, das Tintenzusammenwachsen genannt wird. Ein weiteres Problem, dem beim Tintenstrahldrucken begegnet wird, ist das Papierkräuseln. Die Tinte, die beim thermischen Tintenstrahldrucken verwendet wird, weist eine Flüssigkeitsbasis auf. Wenn die flüssige Tinte auf Holz-basierten Papieren aufgebracht wird, absorbiert sie in die Zellulosefasern und bewirkt ein Anschwellen der Fasern. Wenn die Zellulosefasern anschwellen, erzeugen sie eine lokalisierte Ausdehnung, welche wiederum bewirkt, daß sich das Papier in diesen Regionen unsteuerbar aufwirft. Dieses Phänomen wird als Papierkräuseln bezeichnet. Dies kann eine Verschlechterung der Druckqualität aufgrund einer ungesteuerten Stiftzu-Papier-Beabstandung bewirken, wobei es ferner bewirken kann, daß die gedruckte Ausgabe ein Erscheinen niedriger Qualität aufgrund des gekräuselten Papiers aufweisen wird.
Hardwarelösungen für diese Probleme wurden versucht. Heizelemente wurden verwendet, um die Tinte schnell nach dem Drucken derselben zu trocknen. Dies half jedoch lediglich dabei, das Schmieren zu reduzieren, das nach dem Drucken auftritt. Bekannte Heizelemente waren nicht wirksam, die Probleme der Tintenwanderung zu reduzieren, die während des Druckens und in den ersten paar Bruchteilen einer Sekunde nach dem Drucken auftreten.
Weitere Druckertechnologietypen wurden entwickelt, um ein Drucken mit hoher Auflösung bei einer hohen Geschwindigkeit zu erzeugen, wobei diese jedoch im Aufbau und im Betrieb viel teurer sind, weshalb sie für den Bereich der meisten Anwendungen, in denen thermische Tintenstrahldrucker verwendet werden können, zu teuer sind.
Nach Kenntnis der Erfinder war bisher keine bekannte Lösung für das Problem des Mangels an Auflösung bei dem Produkt eines thermischen Tintenstrahldruckers entweder alleine oder in Kombination mit anderen versuchten Lösungen erfolgreich, um die gesamte Druckauflösung dieser Drucker in optimale Grenzen zu bringen.

Offenbarung der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldrucker und auf einen Tintenstrahlstift, wie es in den Ansprüchen spezifiziert ist.
Der Stift enthält eine Mehrzahl von Düsen für jede Farbtinte, die in dem Drucker verwendet wird. Es wurde von den Erfindern entdeckt, daß das Problem des Zusammenwachsens unterschiedlicher Farbtinten zum großen Teil aufgrund der Tatsache vorhanden ist, daß bekannte Verfahren bewirkt haben, daß unterschiedliche Farbtinten gleichzeitig in angrenzenden Streifen gedruckt werden, wodurch die unterschiedlichen Farbtinten potentiell auf dem Medium und nebeneinander waren, während beide immer noch naß waren, wodurch die Farben dahin tendierten, zusammenzulaufen. Daher sind die Düsen des erfindungsgemäßen Druckers in einer Spalte angeordnet, derart, daß benachbarte Düsen für die gleiche Farbe bei einer gleichmäßigen Beabstandung von einer Indexlänge von der Mitte zur Mitte plaziert sind, daß jedoch benachbarte Düsen für unterschiedliche Farbtinten in einem größeren Abstand (einem Mehrfachen der Indexlänge) plaziert sind. Dies schafft einen physischen Zwischenraum zwischen gleichzeitig gedruckten unterschiedlichen Farben und erlaubt eine Trocknungszeit zwischen jeder möglichen Aufbringung von unterschiedlichen Farben auf zwei benachbarte Druckpositionen. Obwohl diese Anordnung in ihrer Konzeption viel schwieriger als bekannte Düsenanordnungen ist, da eine gegebene Position auf dem Medium nicht einfach durch die ähnlich positionierten Düsen jeder der Gruppe von Düsen für unterschiedliche Farbtinten angesprochen werden kann, erhöht sie nicht die Komplexität des Datenflusses zu dem Stift, da dieselbe lediglich eine einfache Änderung einer bereits existierenden Datenindexzahl benötigt.
Ein Tintenstrahlstift, bei dem benachbarte Düsen für unterschiedliche Farben um eine größere Strecke (um die "Zwischengruppenbeabstandung") voneinander entfernt als die Beabstandung von benachbarten Düsen für die gleiche Farbe plaziert sind, ist in Fig. 25 der US-A-4914562 gezeigt. In dieser Anmeldung ist die Zwischengruppenbeabstandung größer als die Bandbreite, die durch eine Gruppe von Düsen für die gleiche Farbe errichtet wird, im Gegensatz zu der entgegengesetzten Situation, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Kurz gesagt ist das gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein thermischer Tintenstrahldrucker mit einer Metallplatte, auf der Papier zum Drucken positioniert wird, und mit einer Papierzuführungs- Vorrichtung zum Ziehen des Papiers über die Platte. Die Platte, welche eine flache oder gekrümmte Oberfläche aufweisen kann, enthält eine Plattenheizanordnung, welche das Papier vor, während und nach dem Drucken erwärmt. Das Medium wird in einem Bereich erwärmt, der ein volles Band unmittelbar vor dem Druckbereich einnimmt (in einem Vorheizbereich), um dem Medium ausreichend Zeit zu gestatten, damit dasselbe auf Temperatur kommt. Dasselbe wird in dem Druckbereich und ebenfalls in einem Bereich erwärmt, der sich um ein volles Band nach dem Druckbereich erstreckt, um sicherzustellen, daß die Tinte vollständig getrocknet und/oder befestigt wird. Das Hinzufügen des Vorheizbereichs stellt sicher, daß das Medium in den Temperaturspezifikationen zu dem Zeitpunkt des Druckens sein wird. Temperaturspezifikationen werden zwischen 50ºC und 180ºC variieren, und zwar abhängig von dem Typ des Mediums und der verwendeten Tintenzusammensetzung und der benötigten Druckdichte. Eine gewisse minimale Experimentierung ist erforderlich, um die optimale Temperatur in dem spezifizierten Bereich für jede neue Kombination aus Medium, Tinte und Druckdichte einzustellen.
Ein Teilvakuum wird in dem Inneren des Druckers durch irgendeine herkömmliche Vakuumerzeugungseinrichtung, wie z. B. einen Vakuumlüfter, eine Vakuumpumpe, eine Venturipumpe und dergleichen, erzeugt. Eine Mehrzahl von Löchern in der Plattenheizanordnung dient dazu, das Papier diesem Teilvakuum auszusetzen, um dadurch das Papier in Kontakt mit der Heizanordnung für eine wirksame Wärmeleitung in das Papier zu ziehen. Ein Stift, der eine Mehrzahl von Tintenstrahldüsen enthält, wird transversal über das Papier bewegt, um die Düsen zum Abfeuern von Tröpfchen aus Tinte, wie es durch eine Mikroprozessorsteuerung angeleitet wird, zu positionieren.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Druckauf lösung im Vergleich zu bekannten Tintenstrahldruckern verbessert wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Tintenwanderung durch schnelles Trocknen der Tinte auf dem Medium angehalten wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Tinten mit unterschiedlichen Farben niemals gleichzeitig nebeneinander gedruckt werden, weshalb sie niemals in Kontakt miteinander kommen, wenn beide naß sind, wodurch die unterschiedlichen Farbtinten nicht ineinander verlaufen können.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Tinte auf dem Druckmedium, das eine niedrige Absorptionsrate aufweist, nicht zusammenwächst.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Druckqualität auf normalem Papier verbessert wird, da die Papierflachheit aufgrund der Minimierung des Papierkräuselns besser gesteuert wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Ausgabe von normalem Papier eine verbesserte Qualität aufgrund der Abwesenheit des Papierkräuselns aufweist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das gedruckte Medium unmittelbar nach dem Drucken gehandhabt werden kann, da die Tinte bereits trocken ist.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß keine spezielle Beschichtung oder Vorbereitung des Druckmediums erforderlich ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das erfindungsgemäße System in einem breiten Temperaturbereich arbeiten wird, wodurch seine Verwendung für eine breite Vielzahl von Druckmedien geeignet wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dieselbe die relativ niedrigen Herstellungskosten, die thermischen Tintenstrahldruckern zugeordnet sind, beibehält.
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute in Anbetracht der Beschreibung der besten gegenwärtig bekannten Arten und Weisen zum Ausführen der Erfindung und in Anbetracht der industriellen Anwendbarkeit der bevorzugten Ausführungsbeispiele, wie sie hierin beschrieben und in den mehreren Figuren der Zeichnung dargestellt sind, offensichtlich werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines verbesserten thermischen Tintenstrahldruckers gemäß der vorhegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Stiftanordnung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein schematisches Beispiel eines möglichen Musters, das durch einen einzigen Durchlauf eines Druckstifts erzeugt wird;
Fig. 4 ist eine Querschnittsseitenaufrißansicht des verbesserten thermischen Tintenstrahldruckers gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 ist eine Ansicht von unten einer Plattenheizeranordnung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Beste Arten und Weisen zum Ausführen der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf Tintenstrahldrucker gerichtet und ist von der Einrichtung zum Auswerfen eines Tintentröpfchens unabhängig. Jeder Tintenstrahldrucker, wie z.B. ein piezoelektrischer, ein thermischer oder ein anderer, befindet sich in dem Bereich der Erfindung. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf thermische Tintenstrahldrucker, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf begrenzt ist.
Die gegenwärtig für die beste gehaltene Art und Weise zum Ausführen der Erfindung ist ein thermischer Tintenstrahldrucker, der derart aufgebaut ist, daß das Papier oder ein anderes Medium, auf das gedruckt werden soll, erwärmt wird, derart, daß die Farbstreifen, auf die in jedem Band des Druckerkopfs gedruckt werden sollen, physisch getrennt sind. Die hauptsächlich erwartete Verwendung des erfindungsgemäßen Druckers besteht in der Verwendung desselben als Einrichtung zum Erzeugen von farbigen Computerausgabedruckkopien mit hoher Qualität.
Der thermische Tintenstrahldrucker des gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in einer perspektivischen Ansicht in Fig. 1 dargestellt und in derselben durch das allgemeine Bezugszeichen 10 bezeichnet. In vielen seiner Grundkomponenten unterscheidet sich der Drucker 10 nicht wesentlich von herkömmlichen thermischen Tintenstrahldruckern. Die herkömmlichen Elemente des Druckers 10 umfassen einen Druckerkörper 12, eine Papierzuführungsvorrichtung 14 zum Vorschieben des Papiers 16 und eine Stiftverschiebungseinrichtung 18. Die Papierzuführungsvorrichtung kann eine der üblicherweise verwendeten Vorrichtungen, wie z.B. eine Traktor-, eine Reibungs- oder eine andere Antriebseinrichtung, sein.
Der erfindungsgemäße Drucker 10 umfaßt ferner einen Stift 20. Die Stiftanordnung ist detailliert in Fig. 2 gezeichnet. Der Stift 20 weist auf sich befestigt eine Düsenplatte 22 auf, welche bei dem besten gegenwärtig bekannten Ausführungsbeispiel der Erfindung vierundzwanzig Düsen 24 aufweist, wobei die Düsen 24 Öffnungen in der Düsenplatte 22 mit einem Durchmesser von etwa 50 µm sind. Die Größe der Düsen 24 ist ausgewählt, um ein Tintentropfenvolumen von etwa 115 Picolitern plus oder minus 10 Picoliter zu schaffen, da dieses Volumen von den Erfindern unter Voraussetzung weiterer Aspekte des erfindungsgemäßen Druckers 10, wie sie hierin beschrieben sind, als das effektivste herausgefunden worden ist.
Die Düsen 24 sind in einer gestaffelten Spalte angeordnet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, um eine nähere vertikale Beabstandung der Düsen 24 zu erlauben. Diese Anordnung der Düsen ist für die vorliegende Erfindung weder die einzige, noch ist die vorliegende Erfindung von dieser speziellen Anordnung abhängig. Da Daten, die einen Tintenauswurf von den Düsen steuern, manipuliert werden, um den Tintenauswurf zeitlich zu steuern, um eine Spalte mit einer einzigen Reihe von Düsen 24 zu simulieren, könnte ein Verständnis der vorliegenden Erfindung dadurch unterstützt werden, daß man sich die Düsen 24 derart vorstellt, als daß sie in einer Spalte mit einer einzigen Reihe angeordnet sind, wie es nachfolgend erörtert werden wird. Um die Beziehung der Fig. 1 zur Fig. 2 darzustellen, ist die Spalte von Düsen 24 parallel zur Bewegungsrichtung 26 des Papiers 16 und senkrecht zu der Bewegungsebene 28 des Stifts 20 selbst positioniert. Die Anordnung der Düsen 24 auf der Stiftdüsenplatte 22 ist in Fig. 2 zu sehen. Die Düsen 24 sind in vier Sätzen von sechs Düsen gruppiert. Jeder Satz wird von einem unterschiedlichen Abschnitt eines Tintenbehälters (nicht gezeigt) versorgt. Bei dem kommerziellen Ausführungsbeispiel können bis zu zwölf oder mehr Düsen pro Farbe verwendet werden.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine erste Gruppe von Düsen für Cyan-Tinte 32, eine zweite Gruppe von Düsen für Magenta-Tinte 34, eine dritte Gruppe von Düsen für Gelb-Tinte 36 und eine vierte Gruppe von Düsen für Schwarz-Tinte 38 auf. Die Abstandslänge 40 zwischen Mittelpunkten zweier benachbarter Düsen 24 der gleichen Gruppe beträgt etwa 0,085 mm, um eine herkömmliche Auflösung von 300 Punkten pro Zoll (dpi; dpi = Dots Per Inch) wiederzugeben. Andere Auflösungen würden eine entsprechende Veränderung der Abstandslänge bewirken. Diese Mittezu-Mitte-Abstandslänge 40 wird ebenfalls als eine Indexlänge bezeichnet. Eine Gruppentrennungslänge 42 ist der Abstand zwischen benachbarten Düsen 24 unterschiedlicher Farbgruppen 32, 34, 36 und 38 und beträgt etwa 0,170 mm (für 300 dpi) oder etwa zwei Indexlängen. Jedes Band des Stifts 20 über das Papier 16 bewegt die Düsen 24 jeder der Farbgruppen 32, 34, 36 und 38 über einen Papierstreifen, der sechs Indexlängen breit ist. Bei jeder Position über dem Papier 16 kann jede der Düsen 24 durch den steuernden Mikroprozessor (nicht gezeigt) angeleitet werden, um ein Tintentröpfchen auf das Papier 16 abzufeuern. Das Papier 16 wird dann um sechs Indexlängen vorgeschoben, bevor der Stift 20 sein nächstes Band durchführt.
Ein Datenversatz ist die Anzahl von Indexlängen, um die jede Düse 24 der entsprechenden Düse 24 in dem vorhergehenden Farbstreifen folgt. Der Datenversatz wird normalerweise die Anzahl von Düsen eines gegebenen Farbstreifens plus der Düse, die zur Gruppentrennungslänge äquivalent ist, sein. Ein Beispiel eines Datenversatzes bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl von Indexpositionen, um die das Papier 16 vorgeschoben werden muß, bevor sich die erste Magenta-Tintendüse 44 über der gleichen Position auf dem Papier 16 befindet, in der eine erste Gelb-Tintendüse 46 während einem letzten vorhergehenden Durchlauf des Stifts 20 war. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, die hierin beschrieben ist, verwendet einen Datenversatz von sechs Indexzeilen. Der Datenversatz wird bei bekannten Druckerentwürfen verwendet. Bisher war jedoch der Datenversatz bei solchen Anwendungen gleich einer tatsächlichen Anzahl von Düsen 24, die pro Farbe von Tinte verwendet werden. Wie es aus der hierin enthaltenen Beschreibung offensichtlich ist, ist die Einstellung der Datenversatzzahl notwendig, um die einzigartige Plazierung von Düsen 24, welche hierin beschrieben ist, und um das zugeordnete Druckverfahren aufzunehmen.
Um weiter das Druckmuster darzustellen, welches einen Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt, zeigt Fig. 3 in schematischer Form einen Abschnitt des Mediums 16, wie es nach einem einzelnen Durchlauf des Stifts 20 erscheinen könnte. Wie es für Fachleute offensichtlich ist, ist der einzige Durchgang, der von Fig. 3 dargestellt ist, nicht einer von ersten drei Durchgängen oder von letzten drei Durchgängen, die erreicht werden würden, um ein Gesamtbild zu erzeugen. Dies ist der Fall, da es an dem Beginn und am Ende eines solchen vollendeten Prozesses nötig ist, Durchläufe unter Verwendung nur eines Abschnitts der verfügbaren Düsengruppen 32, 34, 36 und 38 durchzuführen, damit das gesamte Medium 16 mit allen verfügbaren Farben bedruckt werden könnte.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel wurde ein Gelb- Streifen 48 durch die erste Düsengruppe 32 gedruckt, während ein Magenta-Streifen 50 von der zweiten Düsengruppe 34, ein Cyan-Streifen 52 von der dritten Düsengruppe 36 und ein Schwarz-Streifen 54 von der vierten Düsengruppe 38 gedruckt wurde. Natürlich werden Fachleute erkennen, daß es unwahrscheinlich sein würde, daß es erwünscht ist, alle möglichen Positionen auf dem Medium 16 mit allen verfügbaren Farben zu bedrucken. Um jedoch in der Lage zu sein, jedes mögliche gewünschte Bild zu erzeugen, ist es notwendig, die Fähigkeit zu besitzen, eben dieses zu tun, wobei dieses extreme Beispiel die vorliegende Erfindung am besten darstellt und erklärt.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, trennt eine Gruppentrennungslänge 42 die Farbbänder 48, 50, 52 und 54 voneinander bei dem einzelnen Durchlauf, der in der Zeichnung gezeigt ist. Dies verhindert, daß unterschiedliche Farbtinten ineinander verlaufen, während sie gedruckt werden, und dies ermöglicht das Auftreten einer Trocknungszeit (die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Durchläufen des Stifts 20), bevor irgendeine Möglichkeit besteht, daß Tinten mit unterschiedlicher Farbe auf den gleichen oder benachbarten Positionen auf dem Medium 16 gedruckt werden. Nachdem das in der Zeichnung gezeigte Muster erreicht ist, wird das Medium 16 um eine Farbstreifenbreite 56 in der Papierbewegungsrichtung 26 vorgeschoben (bei dem besten gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es hierin beschrieben ist, beträgt diese Länge sechs Indexlängen). Es ist offensichtlich, daß nach einem solchen Vorschub die zweite Düsengruppe 34 nicht direkt über dem Gelb-Streifen 48 sein wird. Statt dessen werden lediglich vier der sechs Düsen 24 der zweiten Düsengruppe 34 über dem Gelb-Streifen 48 sein, wobei die restlichen zwei Düsen 24 der zweiten Düsengruppe 34 über der Gruppentrennungslänge 42, die den Gelbstreifen 48 von dem Magenta-Streifen 50 trennt, ausgerichtet sein werden. Nach diesem beschriebenen Vorschub ist der Stift 20 bereit, um einen weiteren Durchlauf zu beginnen. Das von Fig. 3 dargestellte Beispiel stellt ferner den Bedarf nach der Modifikation der Datenindexzahl dar, welche vorher erörtert wurde.
Bezugnehmend nun auf Fig. 4 ist eine Querschnittsseitenaufrißansicht des Druckers 10 gezeigt, wobei das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Basisplatte 58 aufweist, die in vielerlei Hinsicht zu der Basisplatte herkömmlicher Drucker nicht unähnlich ist. Die Basisplatte 58 des erfindungsgemäßen Druckers umfaßt jedoch eine Öffnung 60, in der ein Vakuumlüfter 62 und ein Vakuumlüftermotor 64 befestigt sind. Der Vakuumlüfter 62 ist derart positioniert, um Luft aus dem hohlen Mittelhohlraum 66 des Druckers 10 zu ziehen, wodurch ein Teilvakuum in dem Druckerhohlraum 66 erzeugt wird. Die Erfinder fanden heraus, daß ein Vakuum etwa gleich 8 Zoll Wassersäule am besten mit den anderen Aspekten des erfindungsgemäßen Druckers 10, wie er hierin beschrieben ist, arbeiten wird.
Der Drucker 10 des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner eine Plattenheizeranordnung 68, welche in einer Wegschnittaufrißansicht in Fig. 5 gezeichnet ist, und welche ebenfalls in einer Aufrißquerschnittsansicht in Fig. 4 und in der perspektivischen Ansicht von Fig. 1 zu sehen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Plattenheizeranordnung 68 eine Heizerplatte oder Platte 70 mit niedriger Wärmekapazität, an der ein Dünnfolienheizer 72 befestigt ist. Fachleute werden es würdigen, daß weitere Heizeinrichtungen, wie z.B. ein Heizstab, eine Lampe oder eine ähnliche Einrichtung, statt des Dünnfolienheizers 72 verwendet werden könnten, und daß die Heizerplatte (oder die Platte) 72 flach oder gekrümmt oder teilweise flach oder teilweise gekrümmt sein kann.
Eine Mehrzahl von Löchern 74 ist in der Heizerplatte 70 vorgesehen, die derart positioniert sind, daß das Papier auf die Heizerplatte 70 durch das Vakuum des hohlen Mittelhohlraums 66 gezogen wird. Eine herkömmliche Papierunterlegplatte 76 ist vorgesehen, um das Papier 16 mechanisch gegen die Heizerplatte 70 zu drücken. Dies hilft ebenfalls, um eine effektive wärmeleitung von der Heizerplatte 70 zu dem Papier 16 zu fördern.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Heizerplatte 70 aus einem Metall mit niedriger Wärmekapazität, um dem System ein schnelles thermisches Ansprechen ohne eine große Energieeingabe zu geben. Mit dem schnellen thermischen Ansprechen kann die Temperatur des Plattenheizers moduliert werden, um sich an die Druckdichte des gleichen Ausdrucks anzupassen, wodurch der Energieverbrauch optimiert wird, ohne die Druckgeschwindigkeit zu verlangsamen. Der Plattenheizer mit niedriger Wärmekapazität kühlt sich ebenfalls schnell ab, wodurch Verbrennungen vermieden werden, wenn der Benutzer einen Zugang zu dem Druckbereich (wie z.B. um einen Papierstau zu beheben) erhalten muß.
Die freiliegende Oberfläche 78 der Heizerplatte 70 ist für eine niedrige Emissivität entworfen, um eine Wärmeübertragung durch Strahlung zu dem Stift 20 hin zu minimieren. Der Dünnfolienheizer 72 besteht aus einem herkömmlichen Nichrom-geätzten Folientyp, der Folienleiterbahnen 82 aufweist, welche durch das herkömmliche Verfahren des Säureätzens eines Nichromfilms erzeugt werden, der mit einem Filmsubstrat mit einer Dicke von 5,08 mm verbunden worden ist. Der Folienheizer 72 ist auf seiner Leiterbahnenseite 84 mit einer Schicht, die eine Dicke von etwa 2,54 mm aufweist, beschichtet, wobei die Schicht aus einem thermoplastischen Hochtemperaturhaftstoff besteht (nicht gezeigt). Dieser Haftstoff verbindet den Dünnfolienheizer 72 mit der Heizerplatte 70 und fördert die wärmeleitung von dem Heizer 72 zu der Heizerplatte 70. Die Heizer-Nichrom-Folienleiterbahnen 82 hören auf dem Filmsubstrat an einem Paar von Heizerdrähten 86 auf, die den Heizer 68 mit der Heizersteuerungsschaltung 88 (Fig. 4) verbinden. Die Heizersteuerungsschaltung 88 ist eine typische Heizregelschaltung, welche eine Einstellung und Steuerung der Wärmeausgabe des Heizers 68 erlaubt. Unterschiedliche Papiere 16 oder andere Druckmedien können unterschiedliche Temperatureinstellungen für einen optimalen Betrieb des Druckers 10 benötigen. Ferner kann eine Temperatureinstellung notwendig sein, da alternative Medien abweichende Wärmetoleranzen aufweisen können. Die Erfinder fanden heraus, daß der erfindungsgemäße Drucker 10 unter Verwendung von normalem Verbundpapier und Tinten mit niedriger Viskosität, bei denen der Drucker 10 entwurfsgemäß am besten arbeitet, seine kombinierten Ziele mit einer Plattentemperatur von etwa 120ºC plus oder minus 20ºC am besten erreicht.
Bei dem gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Heizerplatte 70 unter das Medium 16, derart, daß das Erwarmen irgendeines gegebenen Bereichs des Mediums 16 vor, während und nach dem Drucken tatsächlich in dem gegebenen Bereich auftritt. Dies verbessert das Verhalten des Druckers 10 durch Vorheizen des Mediums 16, derart, daß Lösungsmittel in der Tinte beim Kontakt mit dem Medium schnell verdampft werden, und ferner durch Fortsetzen des Heizens des Mediums nachdem das Drucken aufgetreten ist, um irgendwelche restlichen Lösungsmittel zu vertreiben, und um die Tinte auf der Position schnell zu befestigen, auf der sie abgelegt worden ist.
Wie es oben gezeigt ist, ähnelt der Drucker 10 gemäß der vorliegenden Erfindung größtenteils sehr stark bekannten herkömmlichen Druckern in vielen seiner Komponenten. Die wesentlichen Unterschiede bestehen in der Aufnahme (a) einer Einrichtung zum Heizen des Druckmediums, (b) einer Einrichtung zum Halten des Druckmediums gegen den Heizer und (c) einer Einrichtung zum Trennen von gleichzeitig gedruckten Streifen unterschiedlicher Farben. Zusammen schaffen die Einrichtungen dieser Erfindung eine verbesserte Definition der Punktgestalt, eine Reduktion des Farbverlaufens, eine Reduktion des Tropfenzusammenwachsens auf Medien mit niedriger Absorption und eine Reduktion der Papierkräuselung und des Papierknitterns. Es werden weder wesentliche Materialveränderungen noch irgendwelche speziellen Konstruktionstechniken ins Auge gefaßt.
Verschiedene Modifikationen können bezüglich der Erfindung durchgeführt werden, ohne ihren Wert oder Bereich zu verändem. Obwohl die vorliegende Erfindung beispielsweise hinsichtlich eines Druckers zum Drucken von mehrfarbigen Bildem beschrieben worden ist, sind die Prinzipien und einzigartigen Merkmale der Erfindung mit Ausnahme der ungleichmäßig beabstandeten Düsen genauso auf einfarbige Druckgeräte anwendbar. Obwohl es ferner erwartet wird, daß die verschiedenen einzigartigen Teile des erfindungsgemäßen Druckers zusammen als ein System verwendet werden, um den nützlichen Effekt jedes derselben zu maximieren, könnte auch ein Vorteil durch Verwenden der einzigartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung einzeln erreicht werden.
Eine weitere mögliche Modifikation, die bezüglich der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden könnte, würde darin bestehen, den Tintenbehälter (die Tintenbehälter) von der Stiftanordnung zu trennen und dieselben mit derselben mittels einer Röhrenleitung zu verbinden, um die Tinten von dem Behälter (den Behältern) zu dem Stift zu schaffen.
Eine weitere mögliche Modifikation, die durchgeführt werden könnte, würde darin bestehen, die Anzahl von Spalten von vorhandenen Tintenstrahldüsen zu verändern. Die Anzahl der Spalten könnte als Art und Weise zum Erhöhen von Druckgeschwindigkeiten mittels des Reduzierens der Anzahl von einzelnen Positionen des Stifts erhöht werden, bei denen die Tintenstrahlen abfeuern müssen. Diese Idee könnte bis zu dem Punkt erweitert werden, daß ausreichend viele Spalten von Düsen vorhanden sein könnten, damit sie sich über die gesamte Breite des Druckmediums erstrecken, wodurch ein ganzes Band zu einem Zeitpunkt einer Düsenabfeuerung gedruckt werden könnte.
Der Drucker könnte ebenfalls unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Düsengruppen für irgendeine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Farbtinten aufgebaut werden. Ebenfalls könnte eine beliebige Anzahl von Düsen pro Tintenfarbengruppe verwendet werden, wobei eine beliebige Beabstandung zwischen Farbgruppen, welche ein ganzzahliges Vielfaches der Indexlänge ist, mit geeigneten Veränderungen des Datenindex verwendet werden könnte.
Eine ganzzahlige Düsenbeabstandung kann zwischen Düsen irgendeines gegebenen Farbbands vorgesehen sein, um ein Zwischenbandverlaufen zu verhindern. Der Papiervorschub und der Datenstrom würden dann entsprechend modifiziert werden, um dies zu erreichen.
Der gesamte oben dargestellte Sachverhalt beschreibt nur einige der Beispiele der verfügbaren Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Fachleute werden es ohne weiteres erkennen, daß sehr viele weitere Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Demgemäß soll die obige Offenbarung nicht als begrenzend aufgefaßt werden, wobei die beigefügten Ansprüche derart zu interpretieren sind, daß sie den gesamten Bereich der Erfindung einschließen.

Industrielle Anwendbarkeit

Tintenstrahldrucker finden wahrscheinlich eine verstärkte Verwendung, da die Technologie Fortschritte gemacht hat. Sie können bei höheren Geschwindigkeiten als Drucker mit mechanischen Druckvorrichtungen arbeiten. Sie sind an eine erweiterte durchgehende Verwendung anpaßbarer, da sie keine sich bewegenden Teile in dem Druckkopf aufweisen. Und da sie nicht physisch auf das Druckmedium aufschlagen, können sie auf empfindlichen oder sogar unregelmäßig gestalteten Medien verwendet werden. Die vorherrschende gegenwärtige Verwendung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Computerdatendrucken für Anwendungen, wie z.B. eine Briefkorrespondenz oder das Desktop-Publishing, zu erzeugen.
Der Tintenstrahldrucker der vorliegenden Erfindung kann in vielen Anwendungen verwendet werden, bei denen herkömmliche Drucker verwendet werden. Da derselbe schneller als bekannte Drucker in dem gleichen potentiellen Preisbereich mit vergleichbarer Druckqualität drucken kann, kann ein einziger Drucker der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um mehrere bekannte Drucker in Mehrbenutzer-Computernetzwerksystemen zu ersetzen.
Da die einzigartigen Eigenschaften des Tintenstrahldrucksystems der vorliegenden Erfindung alle mit einer breiten Vielzahl von Druckmedien kompatibel sind, und da die Druckmedien keine spezielle Beschichtung oder Vorbereitung erfordem, wird ferner davon ausgegangen, daß der erfindungsgemäße Drucker in einer Vielzahl von spezialisierten industriellen Anwendungen, wie z.B. beim Erzeugen von Entwürfen von Zeichnungen für Elektrotechnik- und Maschinenbau-Ingenieure, verwendet werden wird.
Da die verbesserten Tintenstrahldrucker der vorliegenden Erfindung ohne weiteres aufgebaut und vollständig kompatibel mit herkömmlichen gegenwärtigen Computern und Computerschnittstellengeräten sind, wird erwartet, daß sie in der Industrie als Ersatz für herkömmliche Drucker akzeptiert werden. Die verbesserte Druckqualität, die erhöhte Geschwindigkeit und die verbesserte Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Drucker wird sie als Ersatz und in neuen Anwendungen wünschenswert machen. Aus diesen und weiteren Gründen wird erwartet, daß die Nützlichkeit und industrielle Anwendbarkeit der Erfindung sowohl einen breiten Anwendungsbereich als auch eine lange Dauer haben werden.

Claims

1. Ein Tintenstrahldrucker zum Aufbringen von Tinte auf ein Druckmedium, mit folgenden Merkmalen:

einem Druckkopfstift, der mehr als eine Farbtinte verwendet, wobei der Druckkopf bewegbar an dem Drucker befestigt ist, derart, daß derselbe unter Computersteuerung über ein Druckmedium bewegt werden kann, wobei er Tinte wie erforderlich auf das Medium abgibt, wobei der Druckkopf eine Düsenplatte, die zum Auswerfen von Tinte von dem Druckkopf auf das Druckmedium angepaßt ist, aufweist, wobei die Düsenplatte eine Mehrzahl von Düsen, die in einer Spalte angeordnet sind, aufweist, wobei die Düsen, welche gleiche Farben liefern sollen, in einer Mehrzahl von Gruppen von Düsen angeordnet sind, wobei jede Gruppe durch Zwischengruppenbeabstandungen getrennt ist, derart, daß die Düsen für unterschiedliche Farbtinten physisch um einen größeren Abstand als Düsen für die gleiche Farbtinte getrennt sind, wobei die Zwischengruppenbeabstandungen ein ganzzahliges Vielfaches eines Indexabstands zwischen benachbarten Düsenmitten für die gleichen Farbdüsen in einer der Gruppen sind, und wobei die Zwischengruppenbeabstandungen kleiner als eine Bandbreite sind, die durch eine der Düsengruppen erreicht wird.

2. Der Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, bei dem die Spalte, in der die Düsen angeordnet sind, eine gestaffelte Spalte ist, wobei abwechselnde Düsen ausgerichtet und aufeinanderfolgende Düsen nicht ausgerichtet sind.

3. Der Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, welcher ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine Einrichtung zum Vorschieben des Druckmediums an dem Druckkopf vorbei, und zwar nach jedem Band des Druckkopfs, wobei die Einrichtung angepaßt ist, um das Medium um eine Medienvorschublänge vorzuschieben, welche der Länge eines Abschnitts der Spalte von Düsen entspricht, welche alle Düsen umfaßt, die einer Farbe zugeordnet sind, und wobei Daten, die zu den Spalten von Düsen gesendet werden, die aufeinanderfolgenden Farbstreifen zugeordnet sind, relativ zu den Daten, die zu der unmittelbar vorhergehenden Spalte von Düsen eingespeist werden, um eine Anzahl von Indexzeilen gleich der Anzahl von Dusen in einer Spalte, die einer Farbtinte zugeordnet ist, plus einer Anzahl von Indexlinien, die gleich dem Abstand zwischen Spalten von Düsen ist, die unterschiedlichen Farben zugeordnet sind, verzögert werden.

4. Der Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, welcher ferner folgendes Merkmal aufweist:

einen Plattenheizer, der neben dem Druckmedium angeordnet ist und dem Druckkopf gegenüberliegt, derart, daß das Druckmedium zwischen den Plattenheizer und den Druckkopf gezogen wird.

5. Der Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 4, welcher ferner folgende Merkmale aufweist:

(a) eine Vakuumerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Teilvakuums hinter dem Plattenheizer, wobei die Vakuumerzeugungseinrichtung an dem Tintenstrahldrucker befestigt ist, derart, daß ein Teilvakuum in einem Hohlraum hinter dem Plattenheizer auf einer Seite des Plattenheizers, die dem Druckmedium gegenüberliegt, erzeugt wird; und

(b) eine Mehrzahl von Löchern in dem Plattenheizer, die positioniert sind, um das Druckmedium dem Teilvakuum auszusetzen, derart, daß das Druckmedium gegen den Plattenheizer für eine wirksame Wärmeübertragung von dem Plattenheizer zu dem Druckmedium gehalten wird.

6. Der Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 5, welcher ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine Einrichtung zum mechanischen Drücken des Druckmediums gegen den Plattenheizer, um die Wärmeleitung von dem Plattenheizer zu dem Druckmedium zu maximieren.

7. Der Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 4, bei dem:

der Plattenheizer ferner in einen Vorheizbereich erweitert ist, wobei der Vorheizbereich der Bereich ist, über den das Druckmedium läuft, gerade bevor auf dasselbe gedruckt wird, derart, daß das Druckmedium bereits vor dem Aufbringen von Tinte auf dasselbe erwärmt wird.

8. Der Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 4, bei dem:

der Plattenheizer ferner in einen Nachheizbereich erweitert ist, wobei der Nachheizbereich der Bereich ist, über den das Druckmedium läuft, gerade nachdem auf dasselbe gedruckt worden ist, derart, daß das Druckmedium von dem Plattenheizer, selbst nachdem auf dasselbe gedruckt worden ist, weiter erwärmt wird.

9. Ein Tintenstrahlstift zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker zum Aufbringen von Tinte auf ein Druckmedium mit folgenden Merkmalen:

einem Druckkopfstift, der mehr als eine Farbtinte verwendet, wobei der Druckkopf bewegbar an dem Drucker befestigt ist, derart, daß derselbe unter einer Computersteuerung über das Druckmedium bewegt werden kann, wobei derselbe Tinte wie erforderlich auf das Medium abgibt, wobei der Druckkopf eine Düsenplatte aufweist, die zum Auswerfen von Tinte aus dem Druckkopf auf das Druckmedium angepaßt ist, wobei die Düsenplatte eine Mehrzahl von Düsen aufweist, die in einer Spalte angeordnet sind, wobei die Düsen, welche gleiche Farben liefern sollen, in einer Mehrzahl von Gruppen von Düsen angeordnet sind, die durch Zwischengruppenbeabstandungen getrennt sind, derart, daß die Düsen für unterschiedliche Farbtinten physisch um einen größeren Abstand als die Düsen für die gleiche Farbtinte getrennt sind, wobei die Zwischengruppenbeabstandungen ein ganzzahliges Vielfaches eines Indexabstands zwischen benachbarten Düsenmitten für die gleichen Farbdüsen in einer der Gruppen sind, und wobei die Zwischengruppenbeabstandungen kleiner als eine Bandbreite sind, die durch eine der Düsengruppen erreicht wird.

10. Der Tintenstrahlstift gemäß Anspruch 9, bei dem die Spalte, in der die Düsen angeordnet sind, eine gestaffelte Spalte ist, wobei abwechselnde Düsen ausgerichtet und aufeinanderfolgende Düsen fehlausgerichtet sind.