DE60220846T2

DE60220846T2 - Kontinuierlich arbeitender Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE60220846T2
Application number: DE60220846T
Authority: DE
Inventors: Gilbert A. Eastman Koda Rochester Hawkins; David L. Eastman Koda Rochester Jeanmaire; Christopher N. c/o Eastman Kodak Comp. Rochester Delametter
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: EP1232864A3; EP1232864B1; JP4351412B2; US6457807B1; US20020113839A1; JP2002283574A; EP1232864A2; DE60220846D1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Konstruktion und Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen und insbesondere die Konfiguration von Düsen auf Tintenstrahldruckköpfen.
Nach dem Stand der Technik gibt es für den digital gesteuerten Tintenstrahldruck zwei verschiedene Verfahren. Bei beiden Verfahren wird Tinte durch in einem Druckkopf ausgebildete Kanäle zugeführt. Jeder Kanal weist mindestens eine Düse auf, aus der Tintentröpfchen wahlweise gespritzt und auf ein Medium aufgebracht werden können.
Das erste, allgemein als "Drop-on Demand"-Tintenstrahldruck bezeichnete Verfahren arbeitet zum Aufbringen von Tintentröpfchen auf eine Aufzeichnungsfläche mit einer Druck erzeugenden Betätigungsvorrichtung (thermisch, piezoelektrisch usw.). Durch wahlweise Aktivierung der Betätigungsvorrichtung wird ein fliegendes Tintentröpfchen gebildet und ausgestoßen, das den Raum zwischen dem Druckkopf und dem Druckmedium durchquert und auf das Druckmedium auftrifft. Zur Ausbildung gedruckter Bilder wird die Bildung einzelner Tintentröpfchen so gesteuert, wie dies zur Erzeugung des gewünschten Bildes erforderlich ist. Typisch für dieses Verfahren ist, dass ein leichter Unterdruck in jedem Kanal verhindert, dass die Tinte ungewollt durch die Düse entweicht, und zudem bewirkt, dass an der Düse ein leicht konkaver Meniskus gebildet wird, was dazu beiträgt, die Düse sauber zu halten.
Herkömmliche "Drop-on-Demand"-Tintenstrahldrucker erzeugen das Tintenstrahltröpfchen mit einer Druck erzeugenden Betätigungsvorrichtung an Öffnungen eines Druckkopfs. Typisch für diese Drucker ist die Verwendung von thermischen Betätigungsvorrichtungen oder piezoelektrischen Betätigungsvorrichtungen. Bei thermischen Betätigungsvorrichtungen erwärmt eine zweckmäßig angeordnete Heizeinrichtung die Tinte und bewirkt dadurch, dass ein Teil der Tinte durch Phasenumwandlung eine Dampfblase bildet, die den Innendruck der Tinte so weit anhebt, dass ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Bei piezoelektrischen Vor richtungen wird ein elektrisches Feld an ein piezoelektrisches Material angelegt, das über Eigenschaften verfügt, die zur Erzeugung einer mechanischen Spannung führen, sodass ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird.
Die am häufigsten hergestellten piezoelektrischen Materialien sind keramische Werkstoffe, wie zum Beispiel Bleizirkonattitanat, Bariumtitanat, Bleititanat und Bleimetaniobat.
Das zweite, allgemein als "kontinuierlicher" Tintenstrahldruck oder Tintenstrahldruck "mit kontinuierlichem Strahl" bezeichnete Verfahren arbeitet mit einer druckbeaufschlagten Tintenquelle, die einen kontinuierlichen Strom von Tintentröpfchen erzeugt. Herkömmliche kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker arbeiten mit elektrostatischen Ladevorrichtungen, die in der Nähe der Stelle angebracht werden, an der sich ein Arbeitsflüssigkeitsstrang in einzelne Tintentröpfchen auflöst. Die Tintentröpfchen werden elektrisch geladen und dann von Umlenkelektroden mit einer großen Potentialdifferenz zu einer entsprechenden Stelle gelenkt. Wenn nicht gedruckt werden soll, werden die Tintentröpfchen in eine Tintenauffangeinrichtung (Fänger, Abfangvorrichtung, Rinne usw.) umgelenkt und entweder in den Kreislauf zurückgeführt oder entsorgt. Wenn gedruckt werden soll, werden die Tintentröpfchen nicht umgelenkt und können dann auf ein Druckmedium gelangen. Stattdessen kann auch vorgesehen werden, dass umgelenkte Tintentröpfchen auf das Druckmedium gelangen, während nicht umgelenkte Tintentröpfchen in der Tintenauffangeinrichtung gesammelt werden.
Unabhängig von der Tintenstrahldruckertechnik ist es bei der Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen wünschenswert, Düsen in einer zweidimensionalen statt in einer linearen Anordnung mit Abstand zueinander anzuordnen. Auf diese Weise hergestellte Druckköpfe bieten insofern Vorteile, als sie leichter zu fertigen sind. Diese Vorteile sind bei derzeit gefertigten "Drop-on-Demand"-Vorrichtungen verwirklicht worden. So weisen handelsübliche "Drop-on-Demand"-Druckköpfe beispielsweise Düsen auf, die in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, um die scheinbare lineare Dichte gedruckter Tropfen zu erhöhen und den für die Herstellung der Tropfenlancierungskammer einer jeden Düse verfügbaren Raum zu vergrößern.
Außerdem haben diese Druckköpfe den Vorteil, dass sie das Auftreten von Crosstalk zwischen den Düsen reduzieren, bei dem die Aktivierung einer Düse die Aktivierung einer benachbarten Düse behindert, beispielsweise durch die Ausbreitung von Schallwellen oder Kopplung. Handelsübliche piezoelektrische "Drop-on-Demand"-Druckköpfe weisen eine zweidimensionale Anordnung auf, bei der die Düsen in einer Vielzahl linearer Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe in einer rechtwinklig zur Richtung der Reihen verlaufenden Richtung versetzt ist. Diese Düsenkonfiguration wird vorteilhaft zum Entkoppeln von Wechselwirkungen zwischen den Düsen eingesetzt, indem sie verhindert, dass durch die Aktivierung einer Düse erzeugte Schallwellen die aus einer zweiten, benachbarten Düse lancierten Tröpfchen behindern. Benachbarte Düsen werden zu verschiedenen Zeiten aktiviert, um deren Versatz in einer rechtwinklig zu den Düsenreihen verlaufenden Richtung auszugleichen, wenn der Druckkopf in einer Richtung mit langsamer Abtastung abgetastet wird.
Ferner sind Versuche unternommen worden, "Drop-on-Demand"-Druckköpfe mit einer Redundanz zu versehen, um den Druckvorgang gegen den Ausfall einer bestimmten Düse zu schützen. Bei diesen Versuchen wurden zwei Düsenreihen so angeordnet, dass sie in einer ersten Richtung ausgerichtet, in einer zweiten Richtung aber versetzt zueinander angeordnet waren, wobei die zweite Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung verlief. Da zwischen den Düsenreihen in der ersten Richtung kein Versatz auftrat, konnte ein Tropfen aus der ersten Reihe redundant mit einer Düse aus der zweiten Reihe gedruckt werden.
Für kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldruckköpfe sind zweidimensionale Düsenkonfigurationen jedoch nicht durchwegs erfolgreich verwirklicht worden. Dies gilt insbesondere für Druckköpfe mit nur einer Rinne.
In der Regel wird aus Kostengründen und der Einfachheit halber für herkömmliche kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldruckköpfe nur eine Rinne verwendet. Hinzu kommt, dass in manchen Fällen auch nicht alle ausgestoßenen Tropfen in eine Rinne abgeführt werden müssen. Da herkömmliche Rinnen zum Auffangen von Tropfen aus einer linearen Düsenreihe mit einer geradlinig verlaufenden Kante hergestellt werden, verläuft die Rinnenkante von Vorrichtungen nach dem Stand der Technik in einer ersten Richtung, nämlich der Richtung der linearen Düsenreihen. Daher galt es bisher als unzweckmäßig, Düsen versetzt in einer zweiten, im Wesentlichen rechtwinklig zur ersten Richtung verlaufenden Richtung anzuordnen, weil es dann schwierig sein würde, Tropfen aus so angeordneten Düsen in die Rinne zu lenken oder umzulenken. Der Grund dafür ist, dass die Möglichkeit, Tropfen zu lenken oder umzu lenken, in der Regel auf eine Lenkung oder Umlenkung von weniger als ein paar Grad begrenzt war. Daher wäre der größte Versatz einer Düse in der zweiten Richtung so begrenzt, dass es bisher nicht zweckmäßig war, diese Konfiguration zu verwirklichen.
US-A-4 350 986 A offenbart einen Tintenstrahldrucker. Wenn ein aus einer Düse des Druckers sprudelnder Tintenstrom mechanischen Schwingungen einer bestimmten Größenordnung ausgesetzt wird, zerfällt das vordere Ende des Tintenstroms abwechselnd synchron mit den Schwingungen in größere und kleinere Tintentröpfchen. Die Fluggeschwindigkeit der Tintentröpfchen kleinen Durchmessers weicht nach zu erfassenden Informationen von der Fluggeschwindigkeit der Tintentröpfchen großen Durchmessers ab und steuert auf diese Weise die Vereinigung zwischen den Tintentröpfchen großen und kleinen Durchmessers. Durch Ausnutzung der Differenz zwischen dem Umlenkungsgrad des Tintentröpfchens großen Durchmessers und dem Umlenkungsgrad eines durch Vereinigung der Tintentröpfchen großen und kleinen Durchmessers erzeugten vereinigten Tintentröpfchens werden Informationen auf einem Speichermedium erfasst.
US-A-4 809 016 A offenbart einen Tintenstrahldrucker zum Bedrucken einer bewegbaren Papierbahn, bei dem mindestens zwei Düsenreihen so auf einer Düsenplatte angeordnet sind, dass sie mit der Bewegungsrichtung der bewegbaren Papierbahn einen schiefen Winkel bilden. Die zu druckenden Tropfen werden durch Laden so umgelenkt, dass vertikal benachbarte Düsen aus jeder der beiden Reihen sich überlappende verschlungene Tropfen drucken, um auf der bewegbaren Papierbahn nur eine Druckreihe zu bilden. Die Düsen in einer Reihe sind gegenüber der direkten vertikalen Ausrichtung mit den Düsen der zweiten Reihe leicht versetzt angeordnet, was das an die erzeugten Tropfen anzulegende Lademuster stark vereinfacht. Zum Laden wird eine Ladeplatte mit Schlitzen verwendet, die sich so tief in die Platte erstrecken, dass diese in Stellung gebracht werden kann, nachdem die Tropfenströme eingeschaltet worden sind, und aus ihrer Stellung wieder entfernt werden kann, bevor die Tintentropfenströme abgeschaltet werden. Obwohl bei Verwendung geschlitzter Ladeplatten zwei Platten verwendet werden können, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform nur eine Platte verwendet, bei der die Schlitze abwechselnd unterschiedliche Tiefen aufweisen, um Tropfenströme aus der ersten und aus der parallel dazu verlaufenden zweiten Reihe durchzulassen. Benachbarte Hohlräume können von einem gemeinsamen akustischen Hohlraum stimuliert werden, der von einem gemeinsamen Stimulator angesteuert wird. Auf diese Weise kann das System auch für den Mehrfarbendruck eingesetzt werden, wobei ein Hohlraum bis zu vier Flüssigkeitshohlräume ansteuert. In diesem Fall werden zwei geschlitzte Ladeplatten verwendet, deren Schlitze so tief sind, dass sie den Durchfluss der Tintenstrahlströme aus vier benachbarten Reihen ermöglichen.
Es ist auch schon versucht worden, die Form der Rinne zu modifizieren, um den Einsatz zweidimensionaler Düsenanordnungen zu ermöglichen. Die gemeinsam abgetretene US-Patentanmeldung mit dem Titel Continuous Inkjet Printhead Having Serrated Gutter offenbart eine Rinne, die in einer Richtung einer Düsenanordnung benachbart und in einer weiteren Richtung gegenüber der Düsenanordnung versetzt angeordnet ist. Eine Kante der Rinne ist ungleichförmig ausgebildet, wobei bestimmte Abschnitte gegenüber anderen Abschnitten versetzt oder verlängert angeordnet sind. Infolge dieser Konfiguration kann die Rinne Tintentropfen aus einer zweidimensionalen Düsenanordnung auffangen. Die Rinnenabschnitte bilden ein gezahntes Profil, das es möglich macht, Tintentropfen aufzufangen, ohne diese mit großen Umlenkwinkeln umlenken zu müssen. Die Verwendung dieser Rinnenkonfiguration erfordert zum Auffangen von Tintentropfen durch die Rinne einen Umlenkwinkel von 2 Grad. Große Umlenkwinkel, wie zum Beispiel Umlenkwinkel von mehr als 5 bis 10 Grad, waren bisher nicht möglich.
Zwar werden mit der oben beschriebenen Rinne für den vorgesehenen Zweck äußerst gute Ergebnisse erzielt, die Auslegung einer ungleichförmigen Rinne kompliziert jedoch deren Herstellung im Vergleich zu einer Rinne mit einer geraden Kante. Ungleichförmige Rinnen sind außerdem kostenaufwändiger.
Die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichte und gemeinsam abgetretene US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 09/750 946 und dem Titel Printhead Having Gas Flow Ink Droplet Separation And Method Of Diverging Ink Droplets, Jeanmaire u.a.. offenbart eine Druckvorrichtung mit verbesserten Tintentropfenlenk- oder –umlenkwinkeln. Die Vorrichtung umfasst einen Tintentröpfchen bildenden Mechanismus, mit dem wahlweise Tintentröpfchen mit einer Vielzahl von Volumina erzeugt werden können, die sich entlang einer Bahn bewegen, und ein Tröpfchenumlenksystem. Das Tröpfchenumlenksystem ist in einem Winkel zur Bahn der Tintentröpfchen angeordnet und so betreibbar, dass es die Bahn der Tintentröpfchen beeinflusst und dadurch Tintentröpfchen mit einem einer Vielzahl von Volumina von Tintentröpfchen mit einem anderen der Vielzahl von Volumina trennt. Der Tintentröpfchen erzeugende Mechanismus kann eine Heizeinrichtung aufweisen, die mit einer Vielzahl von Frequenzen wahlweise betätigt werden kann, um die entlang der Bahn bewegbaren Tintentröpfchen zu erzeugen. Als Tröpfchenumlenksystem eignet sich eine im Wesentlichen rechtwinklig zur Bahn der Tintentröpfchen angeordnete Luftquelle mit Überdruck.
Angesichts der Verfügbarkeit einer Druckvorrichtung mit verbesserter Tintentropfenlenkung oder -umlenkung wäre ein kontinuierlich arbeitender Tintenstrahldruckkopf und -drucker mit einer Vielzahl von Düsenanordnungen, die eine höhere Druckpixeldichte, eine höhere Druckpixelreihendichte, mehr Tinte pro Druckpixel, redundantes Drucken, weniger Crosstalk zwischen den Düsen und einen geringeren Leistungs- und Energiebedarf bei stärkerer Tintentropfenumlenkung ermöglichen, ein willkommener technischer Fortschritt.
Der Erfindung liegt u.a. die Aufgabe zugrunde, den Energie- und Leistungsbedarf eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopfs und -druckers zu reduzieren.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf zu schaffen, bei dem mindestens eine Düsenreihe in einer zu einer von einer ersten Düsenreihe festgelegten Richtung im Wesentlichen rechtwinklig verlaufenden Richtung versetzt angeordnet ist.
Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf mit vergrößertem Abstand zwischen den einzelnen Düsen zu schaffen.
Der Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf zu schaffen, der das Auftreten von Kopplung und Crosstalk zwischen dem Tintentropfenausstoß einer Düse und dem Tintentropfenausstoß einer benachbarten Düse verringert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf zu schaffen, der gleichzeitig auf einem Empfangsmaterial Tintentropfen an Stellen druckt, die gegenüber anderen gedruckten Tintentropfen versetzt angeordnet sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf mit Düsenredundanz zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf und -drucker zu schaffen, der die Dichte gedruckter Pixel erhöht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker zu schaffen, der die Dichte gedruckter Pixel in einer gedruckten Reihe dadurch erhöht, dass er zusätzliche Tintentropfen druckt, nachdem benachbarte gedruckte Tintentropfen von einem Empfangsmaterial teilweise aufgesaugt worden sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf und -drucker zu schaffen, der den Tinteninhalt eines Pixels auf einem Empfangsmaterial erhöht.
Gelöst werden diese Aufgaben durch die in den folgenden Ansprüchen definierte Vorrichtung und das dort definierte Verfahren.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1a und 1b eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, in der die Erfindung verwirklicht ist;
2a eine schematische Draufsicht eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopfs mit einer zweidimensionalen Düsenanordnung und einer Gasströmungswählvorrichtung;
2b eine schematische Seitenansicht des in 2a dargestellten kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopfs;
2c eine schematische Ansicht kleinerer gedruckter Tröpfchen aus einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf mit der in 2a dargestellten zweidimensionalen Düsenanordnung und gezahnten Rinne;
2d eine schematische Ansicht größerer gedruckter Tröpfchen aus einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf mit der in 2a dargestellten zweidimensionalen Düsenanordnung und gezahnten Rinne;
3a eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der in 2a dargestellten Erfindung;
3b eine schematische Ansicht gedruckter Tröpfchen aus der in 3a dargestellten Ausführungsform;
4a eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der in 2a dargestellten Erfindung;
4b eine schematische Ansicht gedruckter Tröpfchen aus der in 4a dargestellten Ausführungsform;
4c eine schematische Ansicht, welche die Anforderungen für das zeitliche Ansteuern der Tintentröpfchen für die in 4a dargestellte Erfindung veranschaulicht;
5 eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der in 2a dargestellten Erfindung;
6a eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der in 2a dargestellten Erfindung;
6b eine schematische Ansicht gedruckter Tröpfchen aus der in 6a dargestellten Ausführungsform;
7a eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der in 4a dargestellten Erfindung;
7b eine schematische Ansicht gedruckter Tröpfchen aus der in 7a dargestellten Ausführungsform; und
7c eine schematische Ansicht gedruckter Tröpfchen aus der in 7a dargestellten Ausführungsform.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf Elemente, die Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind oder unmittelbar mit dieser zusammenwirken. Hier im Einzelnen nicht dargestellte oder beschriebene Elemente können verschiedene Formen annehmen, die dem Fachmann bekannt sind.
1a und 1b zeigen schematisch eine Vorrichtung 10, in der die Erfindung verwirklicht ist. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist die Vorrichtung 10 schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Die jeweilige Größe und die Verbindungen zwischen den Elementen der bevorzugten Ausführungsform wird ein Fachmann mit durchschnittlichen Fachkenntnissen jedoch problemlos bestimmen können. Unter Druck stehende Tinte 12 aus einem Tintenvorrat 14 wird durch Düsen 16 des Druckkopfs 18 ausgestoßen. Dadurch werden Arbeitsflüssigkeitsstränge 20 erzeugt. Durch wahlweise Aktivierung des Tintentropfen bildenden Mechanismus 22 (z.B. eine Heizeinrichtung, eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung usw.) mit verschiedenen Frequenzen wird erreicht, das sich die Arbeitsflüssigkeitsstränge 20 in einen Strom ausgewählter Tintentropfen (26 oder 28) oder nicht ausgewählter Tintentropfen (28 oder 26) auflösen, wobei jeder Tintentropfen 26, 28 ein Volumen und eine Masse aufweist. Das Volumen und die Masse eines jeden Tintentropfens 26, 28 hängen von der Frequenz ab, mit der der Tintentropfen bildende Mechanismus 22 von einer Steuereinrichtung 24 aktiviert wird.
Eine von dem Tintentropfenumlenksystem 32 ausgeübte Kraft 30 beeinflusst den Tintentropfenstrom 27, derart, dass die Tintentropfen 26, 28 entsprechend dem Volumen und der Masse des jeweiligen Tropfens umgelenkt werden. Dementsprechend kann die Kraft 30 so eingestellt werden, dass ausgewählte Tintentropfen 26 (großvolumige Tropfen) auf ein Empfangsmate rial W gelangen, während nicht ausgewählte Tintentropfen 28 (kleinvolumige Tropfen) mit dem verallgemeinernd als D dargestellten Umlenkwinkel in eine Rinne 34 umgelenkt und zur späteren Verwendung in den Kreislauf zurückgeführt werden. Stattdessen kann die Vorrichtung 10 auch so konfiguriert werden, dass ausgewählte Tintentropfen 28 (kleinvolumige Tropfen) auf das Empfangsmaterial W gelangen, während nicht ausgewählte Tintentropfen 26 (großvolumige Tropfen) in die Rinne 34 gelangen. Das System 32 kann eine Druckquelle mit Überdruck oder eine Druckquelle mit Unterdruck aufweisen. Die Kraft 30 wird in der Regel in einem Winkel zu dem Tintentropfenstrom 24 angelegt und kann durch eine Gasströmung mit Überdruck oder durch eine Gasströmung mit Unterdruck erzeugt werden.
2a zeigt eine schematische Draufsicht des Druckkopfs 18. Der Druckkopf 18 weist mindestens zwei Reihen 36, 38 von Düsen 40 auf. Die Reihe 36 verläuft in einer ersten Richtung 42, während die Reihe 38 entlang der ersten Richtung 42 in einer gegenüber der Reihe 36 versetzten zweiten Richtung 44 verläuft. In der Regel verläuft die zweite Richtung 44 im Wesentlichen rechtwinklig oder genau rechtwinklig zur ersten Richtung 42. Die Reihe 38 ist ebenfalls in der ersten Richtung 42 gegenüber der Reihe 36 versetzt angeordnet, wobei sich die Düsen 40 der Reihe 38 zwischen den Düsen 40 der Reihe 36 befinden. Die Reihen 36, 38 bilden eine zweidimensionale Düsenanordnung 46 mit gestaffelten Düsen 40. Eine Rinne 34 befindet sich in der zweiten Richtung 44 neben der Düsenanordnung 46 und ist in einer dritten Richtung 48 (in 2b dargestellt) gegenüber der Düsenanordnung 46 versetzt angeordnet. In der Zeichnung zeigt die Bewegungsrichtung der Kraft 30 einen der zweiten Richtung 44 entgegengesetzten Verlauf.
2b zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie AA in 2a. Die Kraft 30 beeinflusst die Tintentropfen 26, 28, derart, dass ausgewählte Tropfen 26 durch Umlenkung nicht ausgewählter Tintentropfen 28 von den nicht ausgewählten Tropfen 28 getrennt werden. Die Rinne 34 weist entlang einer Kante 52 eine Öffnung 50 auf, durch die nicht ausgewählte Tropfen 28 (nicht gedruckte Tintentropfen) in die Rinne 34 gelangen und auf eine Rinnenfläche 54 auftreffen können. Die nicht ausgewählten Tintentropfen 28 können dann zur späteren Verwendung in den Kreislauf zurückgeführt oder entsorgt werden. Dieser Ablauf kann durch einen Unterdruck oder ein Vakuum 56 unterstützt werden, wie dies bei kontinuierlichem Tintenstrahldruck üblich ist.
Im Betrieb werden die aus den Düsen 40 ausgestoßenen Tintentropfen 26, 28 in der Regel so ausgewählt, dass sie eine von zwei Größen aufweisen, nämlich die des ausgewählten Tintentropfens 26 (gedruckter Tropfen, 2b) oder die des nicht ausgewählten Tintentropfens 28 (in der Rinne aufgefangener Tropfen, 2b). Die nicht ausgewählten Tintentropfen 28 weisen ein so geringes Volumen auf, dass sie von dem System 30 umgelenkt und von der Rinne 34 aufgefangen werden. Dagegen ist das Volumen der ausgewählten Tintentropfen 26 so groß, dass diese, wenn überhaupt, nur leicht umgelenkt werden und infolgedessen auf dem Empfangsmaterial W landen, wobei sie sich in der Regel in der gewöhnlich als Richtung mit schneller Abtastung bezeichneten ersten Richtung 42 bewegen. Stattdessen können die ausgewählten Tintentropfen 26 auch ein geringes Volumen aufweisen, während die nicht ausgewählten Tintentropfen ein großes Volumen aufweisen. Zu diesem Zweck kann die Stellung der Rinne 34 so verändert werden, dass diese großvolumige Tintentropfen auffangt.
Wie in 2b gezeigt, folgen die nicht ausgewählten Tintentropfen 28 Flugbahnen, die zur Rinne 34 führen, unabhängig davon, ob die nicht ausgewählten Tintentropfen 28 aus der Düsenreihe 36 oder aus der Düsenreihe 38 ausgestoßen werden. Dies erklärt sich daraus, dass das System 32 große Umlenkwinkel D (je nach Tintentropfengröße bis zu 90 Grad) erzeugt, wenn das System 32 auf die ausgewählten Tintentropfen 26 und die nicht ausgewählten Tintentropfen 28 einwirkt. Dies macht es möglich, den Abstand 58, 60 zwischen den Düsenreihen 22, 24 zu vergrößern. Durch Vergrößerung des Düsenabstands 58, 60 in einer zweidimensionalen Anordnung wird zusätzlicher Platz für die Herstellung der einzelnen Düsen 40 bereitgestellt, was das Auftreten von Kopplung oder Crosstalk zwischen den Düsen verringert.
Durch Verwendung eines Systems 32 mit einer Höhe von 2 mm kann zum Beispiel der Abstand 58, 60 zwischen den Düsen um 0,1 bis 1,0 mm vergrößert werden. Da die Strömungskraft 30 außerhalb des Systems 32 über eine Entfernung von 0,2 mal der Höhe des Systems 32 nicht wesentlich abnimmt, wird für das System 32 in der Regel eine Höhe von 1 bis 10 mm bevorzugt. Die typische Höhe beträgt 2 mm. Für eine Vorrichtung 10 mit einer hohen Düsendichte, beispielsweise einer Dichte von 600 bis 1200 Bildpunkten pro Zoll entsprechend der zur Zeit üblichen gewerblichen Praxis, kann der Abstand 58, 60 benachbarter Düsen von 20 μm auf 120 bis 1000 μm erhöht werden. Da das Auftreten von Crosstalk zwischen den Düsen in vielen Fällen bei zunehmendem Düsenabstand rasch abnimmt (häufig im Quadrat oder der dritten Potenz des Abstands), kann der Crosstalk zwischen den Düsen in vielen Fällen erheblich reduziert werden, beispielsweise um eine ganze Größenordnung.
2c und 2d zeigen eine repräsentative Druckzeile 62 auf einem Empfangsmaterial 64. Durch entsprechendes Ansteuern der Betätigung der Düsenreihen 36 und 38 wird bewirkt, dass Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 36 auf der Druckzeile 62 auf dem Empfangsmaterial 64 landen. Das Gleiche gilt für Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 38. Auf diese Weise wird eine Reihe gedruckter Tropfen 66 gebildet. In 2c sind die Tintentropfen im Vergleich zu den Tintentropfen in 2d kleiner. Die Größe der Tintentropfen kann durch die Frequenz, mit der der Tintentropfen bildende Mechanismus 22 von der Steuereinrichtung 24 aktiviert wird, auf jede beliebige bekannte Weise gesteuert werden. Außerdem zeigt ein Vergleich von 2c mit 2d, dass die Größe gedruckter Tintentropfen so verändert werden kann, dass die gedruckten Tintentropfen sich nicht berühren (wie in 2c dargestellt) oder sich berühren (wie in 2d dargestellt).
Für ein geeignetes zeitliches Ansteuern der Betätigung der Düsenreihen 36 und 38 wird in der Regel die Steuereinrichtung 24 eingesetzt. Ein geeignetes zeitliches Ansteuern kann dadurch erreicht werden, dass die aus der Düsenreihe 36 ausgestoßenen Tintentropfen 26 zeitlich vor den aus der Düsenreihe 38 ausgestoßenen Tintentropfen 26 ausgestoßen werden. Eine anwendungsspezifische zeitliche Trennung kann mit einer Formel berechnet werden, die bestimmt, dass die zeitliche Trennung multipliziert mit der Geschwindigkeit des Empfangsmaterials bezüglich des Druckkopfs dem Abstand zwischen der ersten Düsenreihe 36 und der zweiten Düsenreihe 38 entspricht. Diese Beziehung setzt voraus, dass die Düsenreihen 36, 38 so eng beieinander liegen, dass das System 32 Tintentropfen 26, 28 aus den Düsenreihen 36, 38 um den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Betrag versetzt. In diesem Fall werden die Düsenreihen in der Regel nur mit verhältnismäßig geringen Abständen voneinander getrennt (beispielsweise Abstanden im Bereich von 10 bis 100 μm). Für Geschwindigkeiten des Empfangsmaterials von 1 m/s und Abstände zwischen den Düsenreihen von 100 μm beträgt die Differenz zwischen den Ausstoßzeitpunkten nach der Formel zum Beispiel 100 Mikrosekunden. Für Abstände zwischen den Düsenreihen von mehr als 100 μm muss die nach der Formel berechnete zeitliche Trennung erhöht werden, weil die Tropfen aus der zweiten Reihe vom Ende des Systems 32 weiter entfernt sind und daher mit etwas geringeren Kräften beaufschlagt und in der Bewegungsrichtung des Empfangsmaterials im Vergleich zu Tropfen aus der ersten Reihe weniger stark umgelenkt werden. Dieser Effekt kann nicht ignoriert werden und sollte berücksichtigt werden. So kann zum Beispiel für einen Abstand zwischen den Düsenreihen von 1 mm die zusätzliche Betätigungszeit, die zu der berechneten zeitlichen Trennung addiert werden muss, einem Mehrfachen der berechneten zeitlichen Trennung entsprechen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Versetzung der Tropfen durch das System 32 für typische Systemgeschwindigkeiten von 1 m/s bis zu 1 mm betragen kann. Der Betrag einer solchen Erhöhung der berechneten zeitlichen Trennung kann mit den Verfahren der Computer-Fluiddynamik problemlos modelliert werden, wenn man annimmt, dass die Tropfen Kugeln darstellen, die sich in dem System 32 bewegen. Stattdessen kann die Erhöhung auch bequem empirisch bestimmt werden, indem man die Erhöhung der zeitlichen Trennung so einstellt, dass die Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 36 ebenso wie die Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 38 auf der Druckzeile 62 auf dem Empfangsmaterial 64 landen und auf diese Weise eine Reihe gedruckter Tropfen 66 bilden. Ein mit der Modellierung von Strömungsvorgängen vertrauter Fachmann wird dies nachvollziehen können. Nach erfolgter Bestimmung der richtigen Einstellung kann deren Wert für einen späteren Abruf gespeichert werden.
3a zeigt eine Düsenanordnung 46 mit drei Reihen. Die Erfindung an sich ist nicht auf zwei Düsenreihen beschränkt und kann mit einer beliebigen Anzahl von Düsenreihen (z.B. 3, 4, 5, 6, 7, 8 usw.) verwirklicht werden. In 3a sind die drei gestaffelten Düsenreihen, nämlich Düsenreihe 36, Düsenreihe 38 und Düsenreihe 68, in der zweiten Richtung 44 im Wesentlichen rechtwinklig zur ersten Richtung 42 mit Abstand zueinander angeordnet. Die Düsen 40 der Reihen 38, 68 sind zwischen den Düsen 40 der Reihe 36 angeordnet. In der Regel werden die Düsen relativ zur Düsenreihe 36 beabstandet. Die Düsen können jedoch relativ zu einer beliebigen Düsenreihe 36, 38, 68 beabstandet werden. Jede Düse 40 in jeder Düsenreihe 36, 38, 68 ist so betreibbar, dass sie ausgewählte und nicht ausgewählte Tintentropfen ausstoßen kann, wie oben beschrieben. Auch hier folgen die nicht ausgewählten Tintentropfen Flugbahnen, die zur Rinne 34 führen, unabhängig davon, aus welcher Düsenreihe die nicht ausgewählten Tintentropfen stammen. Auch in diesem Fall erklärt sich dies daraus, dass das System 32 große Umlenkwinkel erzeugt (je nach Tintentropfengröße bis zu 90 Grad), wenn die Kraft 30 des Systems 32 auf ausgewählte und nicht ausgewählte Tintentropfen einwirkt. Dies macht es möglich, den Abstand zwischen den Düsenreihen 36, 38, 68 zu vergrößern. Durch Vergrößerung des Düsenabstands in einer zweidimensionalen Düsenanordnung wird zusätzlicher Platz für die Herstellung der einzelnen Düsen 40 bereitgestellt. Eine Erhöhung des Abstands zwischen den Düsen während der Herstellung verringert das Auftreten von Crosstalk bei Betrieb des Druckkopfs.
3b zeigt eine repräsentative Druckzeile 62 auf einem Empfangsmaterial 64. Durch entsprechendes zeitliches Ansteuern der Betätigung der Düsenreihen 36, 38, 68 unter Verwendung der Steuereinrichtung 24 in bekannter Weise, wird bewirkt, dass Tintentropfen 70 aus der Düsenreihe 36 auf der Druckzeile 62 auf dem Empfangsmaterial 64 landen. Das Gleiche gilt für Tintentropfen 72 aus der Düsenreihe 36 und Tintentropfen 74 aus der Düsenreihe 68. Auf diese Weise wird eine Reihe gedruckter Tropfen 66 gebildet. In 3b sind die Tintentropfen im Vergleich zu den Tintentropfen in 2d kleiner. Die Größe der Tintentropfen kann durch die Frequenz, mit der der Tintentropfen bildende Mechanismus 22 aktiviert wird, gesteuert werden. Außerdem kann die Größe gedruckter Tintentropfen so verändert werden, dass die gedruckten Tintentropfen sich nicht berühren (wie in 3b dargestellt) oder sich berühren (wie in 2d dargestellt).
Zwei nicht gestaffelte Düsenreihen 36, 38 sind in 4a dargestellt. In 4a entsprechen die Düsenreihen 36, 38 denen in 2a, weisen aber in der ersten Richtung 42 keinen Versatz auf. In dieser Ausführung können die Düsenreihen 36, 38 so konfiguriert werden, dass bei Ausfall einer oder mehrerer Düsen 40 in einer beliebigen Düsenreihe 36, 38 während des Druckvorgangs redundant gedruckt werden kann. Außerdem können die Düsenreihen 36, 38 so konfiguriert werden, dass sie an derselben Stelle auf dem Empfangsmaterial 64 mehrere Tintentropfen drucken.
In 4c folgen die nicht ausgewählten Tintentropfen Flugbahnen, die zur Rinne 34 führen, unabhängig davon, aus welcher Düsenreihe die nicht ausgewählten Tintentropfen stammen. Dies erklärt sich daraus, dass das System 32 große Umlenkwinkel erzeugt (je nach Tintentropfengröße bis zu 90 Grad), wenn die Kraft 30 des Systems 32 auf die ausgewählten und die nicht ausgewählten Tintentropfen einwirkt. Dies macht es möglich, den Abstand zwischen den Düsenreihen 36, 38 zu vergrößern. Durch Vergrößerung des Düsenabstands in einer zweidimensionalen Düsenanordnung wird zusätzlicher Platz für die Herstellung der einzelnen Düsen 40 bereitgestellt. Eine Vergrößerung des Abstands zwischen den Düsen während der Herstellung verringert das Auftreten von Crosstalk zwischen den Düsen bei Betrieb des Druckkopfs.
In 4a bilden die Düsen 40 redundante Düsenpaare 76, wobei die Düsen 40 der Düsenreihe 38 bezüglich der Düsen 40 der Düsenreihe 36 nur in der zweiten Richtung 44 versetzt angeordnet sind. Hier gleichen die redundanten Düsenpaare 76 Ausfälle einzelner Düsen 40 aus. Wenn sich das Empfangsmaterial 64 in der ersten Richtung 42 oder der zweiten Richtung 44 bewegt, ist jede Düse 40 in den redundanten Düsenpaaren 76 so betreibbar, dass sie die andere Düse 40 ausgleicht und Tintentropfen an derselben Stelle auf dem Empfangsmaterial 64 druckt. Für die Herstellung redundanter Düsenpaare 76 auf einem Druckkopf können MEMS-Verfahren eingesetzt werden. Dadurch wird problemlos eine genaue Ausrichtung der Düsen in den redundanten Düsenpaaren erreicht, weil diese Herstellungsverfahren in der Regel mit Lithografie arbeiten, die bekanntlich auf einem Einzelsubstrat eines Einzeldruckkopfs genaue Düsenmuster erzeugt.
4b zeigt eine repräsentative Druckzeile 62 auf einem Empfangsmaterial 64. Durch entsprechendes zeitliches Ansteuern der Betätigung der Düsenreihen 36, 38 wird bewirkt, dass Tintentropfen 84 aus der Düsenreihe 36 auf der Druckzeile 62 auf dem Empfangsmaterial 64 landen. Das Gleiche gilt für Tintentropfen 82 aus der Düsenreihe 38. Auf diese Weise wird eine Reihe gedruckter Tropfen 66 gebildet. Gedruckte Tintentropfen 82, 84 aus den Düsenreihen 36, 38 landen auf dem Empfangsmaterial 64 an derselben Stelle. Die gedruckten Tintentropfen sind zwischen den Düsenreihen 36, 38 in der zweiten Richtung 44 nicht versetzt.
Für ein geeignetes zeitliches Ansteuern der Betätigung der Düsenreihen 36 und 38 wird in der Regel die Steuereinrichtung 24 eingesetzt. Ein geeignetes zeitliches Ansteuern kann dadurch erreicht werden, dass die aus der Düsenreihe 36 ausgestoßenen Tintentropfen 26 zeitlich vor den aus der Düsenreihe 38 ausgestoßenen Tintentropfen 26 ausgestoßen werden. Eine anwendungsspezifische zeitliche Trennung kann mit einer Formel berechnet werden, die bestimmt, dass die zeitliche Trennung multipliziert mit der Geschwindigkeit des Empfangsmaterials bezüglich des Druckkopfs dem Abstand zwischen der ersten Düsenreihe 36 und der zweiten Düsenreihe 38 entspricht. Diese Beziehung setzt voraus, dass die Düsenreihen 36, 38 so eng beieinander liegen, dass das System 32 Tintentropfen 26, 28 aus den Düsenreihen 36, 38 um den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Betrag versetzt. In diesem Fall werden die Düsenreihen in der Regel nur mit verhältnismäßig geringen Abständen voneinander getrennt (beispielsweise Abständen im Bereich von 10 bis 100 μm). Für Geschwindigkeiten des Empfangsmaterials von 1 m/s und Abstände zwischen den Düsenreihen von 100 μm beträgt die Differenz zwischen den Ausstoßzeitpunkten nach der Formel zum Beispiel 100 Mikrosekunden. Für Abstände zwischen den Düsenreihen von mehr als 100 μm muss die nach der Formel berechnete zeitliche Trennung erhöht werden, weil die Tropfen aus der zweiten Reihe vom Ende des Systems 32 weiter entfernt sind und daher mit etwas geringeren Kräften beaufschlagt und in der Bewegungsrichtung des Empfangsmaterials im Vergleich zu Tropfen aus der ersten Reihe weniger stark umgelenkt werden. Dieser Effekt kann nicht ignoriert werden und sollte berücksichtigt werden. So kann zum Beispiel für einen Abstand zwischen den Düsenreihen von 1 mm die zusätzliche Betätigungszeit, die zu der berechneten zeitlichen Trennung addiert werden muss, einem Mehrfachen der berechneten zeitlichen Trennung entsprechen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Versetzung der Tropfen durch das System 32 für typische Systemgeschwindigkeiten von 1 m/s bis zu 1 mm betragen kann. Der Betrag einer solchen Erhöhung der berechneten zeitlichen Trennung kann mit den Verfahren der Computer-Fluiddynamik problemlos modelliert werden, wenn man annimmt, dass die Tropfen Kugeln darstellen, die sich in dem System 32 bewegen. Stattdessen kann die Erhöhung auch bequem empirisch bestimmt werden, indem man die Erhöhung der zeitlichen Trennung so einstellt, dass die Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 36 ebenso wie die Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 38 auf der Druckzeile 62 auf dem Empfangsmaterial 64 landen und auf diese Weise eine Reihe gedruckter Tropfen 66 bilden. Ein mit der Modellierung von Strömungsvorgängen vertrauter Fachmann wird dies nachvollziehen können. Nach erfolgter Bestimmung der richtigen Einstellung kann deren Wert für einen späteren Abruf gespeichert werden.
Es sei angenommen, dass in 4a und 4b beispielsweise eine Düse 78 in der Düsenreihe 36 schadhaft geworden und ausgefallen ist. Der Ausfall der Düse kann viele Ursachen haben, wie zum Beispiel eine Verunreinigung der Düse durch Staub und Schmutz, Ausfall der Düsenbetätigungseinrichtung usw. Zum Erkennen des Düsenausfalls kann ein beliebiges bekanntes Verfahren eingesetzt werden. Zum Drucken der Tintentropfenzeile 62 auf dem Empfangsmaterial 64 kann der Abstand zwischen den Tintentropfen in der ersten Richtung 42 dem Abstand zwischen den Düsen 60 der Düsenreihen 36, 38 entsprechen, wobei jeder gedruckte Tropfen aus einer Düse eines jeden redundanten Düsenpaars 76 stammt. Jede Düse des redun danten Düsenpaars 76 kann den Ausfall der anderen Düse ausgleichen. Wenn eine Düse der redundanten Düsenpaare 76 ausfällt, beispielsweise eine Düse 78 in der Düsenreihe 36, wie in 4b gezeigt, wird zum Drucken des Tintentropfens 82 an der bezeichneten Druckstelle für das betreffende redundante Düsenpaar auf dem Empfangsmaterial 64 eine Düse 80 aus der Düsenreihe 38 eingesetzt. In 4b stammen die anderen gedruckten Tintentropfen 84 aus der Düsenreihe 36. Die anderen gedruckten Tintentropfen 64 können jedoch aus Düsen 40 in der Düsenreihe 36 oder der Düsenreihe 38 stammen. Somit können ausgefallene Düsen durch Redundanz ausgeglichen werden.
Stattdessen kann durch geeignetes Ansteuern der Betätigung der Düsenreihen 36, 38 bewirkt werden, dass Tintentropfen 84 aus der Düsenreihe 38 ebenso wie Tintentropfen 82 aus der Düsenreihe 36 auf der Druckzeile 62 auf dem Empfangsmaterial 64 landen und eine Reihe gedruckter Tropfen 66 bilden. Die gedruckten Tintentropfen 82, 84 aus den Düsenreihen 36, 38 landen auf dem Empfangsmaterial 64 an derselben Stelle. Außerdem sind die Tintentropfen zwischen den Düsenreihen 36, 38 nicht versetzt. Infolgedessen drucken die Düsenreihen 36, 38 auf dem Empfangsmaterial 64 mehrere Tintentropfen an derselben Stelle. Dabei wird ein Tintentropfen aus der Düsenreihe 36 konzentrisch zu einem Tintentropfen aus der Düsenreihe 38 aufgebracht. Dies wird im Folgenden ausführlicher anhand von 7a–7c beschrieben.
Ein wichtiger Gesichtspunkt für den Betrieb redundanter Düsen ist die Vermeidung von Kollisionen zwischen ausgewählten Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 36 und nicht ausgewählten Tintentropfen 28 aus der Düsenreihe 38, wie in 4c dargestellt. 4c veranschaulicht ein bevorzugtes Verfahren zum Vermeiden dieser Kollisionen. Dabei wird das Ausstoßen ausgewählter Tintentropfen 26 zeitlich so gesteuert, dass die ausgewählten Tintentropfen 26 zwischen den nicht ausgewählten Tintentropfen 28 durchschlüpfen. Diese zeitliche Steuerung hängt von dem Versatz der Düsenreihen 36, 38 und dem eingestellten Abstand des Systems 32 von dem Druckkopf 18 ab. Außerdem kann der Abstand des Systems 32 von der Oberfläche des Druckkopfs 18 so eingestellt werden, dass Kollisionen anwendungsspezifisch ausgeschlossen werden können. Die nicht ausgewählten Tintentropfen 28 können auf ihrem Weg zur Rinne 34 auch kombiniert werden, um zusätzlichen Platz für ausgewählte Tintentropfen 26 zu schaffen. Das System 32 kann so eingestellt werden, dass kombinierte nicht ausgewählte Tintentropfen 28 von der Rinne 34 aufgefangen werden.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform, die Kollisionen zwischen aus redundanten Düsenpaaren ausgestoßenen ausgewählten und nicht ausgewählten Tintentropfen verhindert. Bei dieser Ausführungsform verläuft die Richtung 86 der Kraft 30 in einem Winkel zur Anordnung der Düse 40. Dies wird dadurch erreicht, dass mindestens ein Teil des Systems 32 in einem Winkel angeordnet wird, der gewährleistet, dass sich der Weg nicht ausgewählter Tintentropfen nicht mit dem Weg ausgewählter Tintentropfen schneidet. Die Tintentropfenflugbahnen 88 überlappen sich nicht mit den Tintentropfenflugbahnen 90, weil die ausgewählten Tintentropfen, wenn überhaupt, nur leicht umgelenkt werden. Der Winkel 92 kann eine beliebige Größe aufweisen, die ausreicht, Tintentropfenflugbahnen zu erzeugen, die sich nicht überlappen. In der Regel ist der Winkel 92 kein rechter Winkel, wenn die Düsenreihen 36, 38 nicht gestaffelt sind. Dagegen kann der Winkel 92 ein rechter Winkel sein, wenn die Düsenreihen 36, 38 gestaffelt sind.
6a zeigt eine Vorrichtung, die der in 3a dargestellten Vorrichtung ähnlich ist. In 6a sind drei gestaffelte Düsenreihen, nämlich die Düsenreihe 36, die Düsenreihe 38 und die Düsenreihe 68, mit Abstand zueinander in der zweiten Richtung 44 im Wesentlichen rechtwinklig zur ersten Richtung 42 angeordnet. In der Regel werden die Düsen relativ zur Düsenreihe 36 beabstandet. Grundsätzlich können die Düsen jedoch relativ zu jeder der Düsenreihen 36, 38, 68 beabstandet werden. Jede Düse 40 in jeder Düsenreihe 36, 38, 68 ist so betreibbar, dass sie ausgewählte und nicht ausgewählte Tintentropfen ausstößt, wie oben beschrieben.
Auch hier folgen die nicht ausgewählten Tintentropfen Flugbahnen, die zur Rinne 34 führen, unabhängig davon, aus welcher Düsenreihe die nicht ausgewählten Tintentropfen stammen. Auch in diesem Fall erklärt sich dies daraus, dass das System 32 große Umlenkwinkel erzeugt (je nach Tintentropfengröße bis zu 90 Grad), wenn die Kraft 30 des Systems 32 auf ausgewählte und nicht ausgewählte Tintentropfen einwirkt. Dies macht es möglich, den Abstand zwischen den Düsenreihen 36, 38, 68 zu vergrößern. Durch Vergrößerung des Düsenabstands in einer zweidimensionalen Düsenanordnung wird zusätzlicher Platz für die Herstellung der einzelnen Düsen 40 bereitgestellt. Eine Erhöhung des Abstands zwischen den Düsen während der Herstellung verringert das Auftreten von Crosstalk bei Betrieb des Druckkopfs.
6b zeigt repräsentative einzelne Druckzeilen 94, 96, 98 auf einem Empfangsmaterial 64. Durch entsprechendes Ansteuern der Betätigung der Düsenreihen 36, 38, 68 wird bewirkt, dass Tintentropfen aus den Düsenreihen 36, 38, 68 auf den einzelnen Druckzeilen 94, 96, 98 auf dem Empfangsmaterial 64 landen. Die Größe der Tintentropfen kann durch die Frequenz, mit der der Tintentropfen bildende Mechanismus aktiviert wird, gesteuert werden. Außerdem kann die Größe gedruckter Tintentropfen so verändert werden, dass die gedruckten Tintentropfen sich nicht berühren (wie in 6b dargestellt) oder sich berühren (wie in 2d dargestellt). Hinsichtlich der zeitlichen Steuerung der Betätigung sei darauf hingewiesen, dass die Betätigung der Düsen 40 der Düsenreihen 36, 38, 68 annähernd gleichzeitig erfolgen kann. Zum Ausgleich des Einwirkens der Kraft 30 des Systems 32 auf ausgewählte und nicht ausgewählte Tintentropfen ist es jedoch nicht erforderlich, dass die Betätigung gleichzeitig erfolgt. Zur Herstellung von Muster gedruckter Tintentropfen, die dem in 6b dargestellten Muster entsprechen, genügen bereits geringe Änderungen der zeitlichen Steuerung der Betätigung.
7a–7c zeigen eine Vorrichtung, die der in 4a dargestellten Vorrichtung ähnlich ist. In 7a bilden die Düsen 40 redundante Düsenpaare 76, wobei die Düsen 40 der Düsenreihe 38 nur in der zweiten Richtung 44 gegenüber den Düsen 40 der Düsenreihe 36 versetzt sind. Hier können redundante Düsenpaare 76 den Ausfall einzelner Düsen ausgleichen, wie oben erörtert. Für die Herstellung redundanter Düsenpaare 76 auf einem Druckkopf können MEMS-Verfahren eingesetzt werden. Dadurch wird problemlos eine genaue Ausrichtung der Düsen in den redundanten Düsenpaaren erreicht, weil diese Herstellungsverfahren in der Regel mit Lithografie arbeiten, die bekanntlich auf einem Einzelsubstrat eines Einzeldruckkopfs genaue Düsenmuster erzeugt.
Die nicht gestaffelten Düsenreihen 36, 38 sind so betreibbar, dass sie auf dem Empfangsmaterial 64 die in 7b und 7c dargestellten Reihen gedruckter Tintentropfen erzeugen. Das in 7b dargestellte Muster gedruckter Tintentropfen 100 entspricht dem in 6b dargestellten Muster. In 7b fehlen jedoch in Reihe 104 ausgewählte gedruckte Tropfen aus der Düsenreihe 38 (stattdessen können auch Tintentropfen aus der Düsenreihe 36 fehlen). Bisher war dies besonders schwer zu erreichen, weil bei den kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckköpfen nach dem Stand der Technik Tintentropfen aus der Düsenreihe 38 mit sehr großen Umlenkwinkeln in die Rinne gelenkt werden müssen. Die Reihe 102 gedruckter Tintentropfen entspricht der Düsenreihe 36. Auch hier werden alle Düsen in den Düsenreihen 36, 38 annähernd gleichzeitig betätigt, was jedoch nicht heißt, dass die Betätigung exakt zum gleichen Zeitpunkt erfolgen muss, wie oben beschrieben. Ferner kann das System 32 zur Vermeidung von Kollisionen zwischen den Tintentropfen in einem Winkel angeordnet werden, wie oben anhand von 5 beschrieben.
In 7c kann der in 7a dargestellte Druckkopf 18 mit einer zweidimensionalen Anordnung nicht gestaffelter Düsen, die in der zweiten Richtung 44 ausgerichtete redundante Düsenpaare 76 bilden, an derselben Stelle 106 auf dem Empfangsmaterial 64 mehrere Tropfen drucken, einen Tintentropfen aus der Düsenreihe 36 und einen Tintentropfen aus der Düsenreihe 38. Zu diesem Zweck wird das zeitliche Ansteuern der Düsen 40 in den Düsenreihen 36, 38 so eingestellt, dass die aus redundanten Düsenpaaren ausgestoßenen gedruckten Tintentropfen auf dem Empfangsmaterial 64 an derselben Stelle landen. Auf diese Weise kann mit nur einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf ein Halbtonbild erzeugt werden, wobei jede Düse 40 des Druckkopfs 18 dazu mit höchstens einem Tropfen an einer beliebigen Stelle auf dem Empfangsmaterial 64 beiträgt. Die Erzeugung von Halbtonbildern ergibt im Vergleich zu Druckköpfen, die an der jeweiligen Stelle auf dem Empfangsmaterial mehrere Tropfen aus einer einzelnen Düse ausstoßen, eine höhere Geschwindigkeit des Auftrags von Tinte auf das Empfangsmaterial 64. Dies erklärt sich daraus, dass ein Empfangsmaterial nicht rasch weiter transportiert werden kann, während es auf das Ausstoßen mehrerer Tropfen aus einer einzelnen Düse wartet. Dagegen kann das Empfangsmaterials 64 beim Drucken von Halbtonbildern rasch weitertransportiert werden, weil jede Düse 40 nur höchstens einen Tintentropfen an jeweils einer Stelle auf dem Empfangsmaterial ausstößt.
Für ein geeignetes zeitliches Ansteuern der Betätigung der Düsenreihen 36 und 38 wird in der Regel die Steuereinrichtung 24 eingesetzt. Ein geeignetes zeitliches Ansteuern kann dadurch erreicht werden, dass die aus der Düsenreihe 36 ausgestoßenen Tintentropfen 26 zeitlich vor den aus der Düsenreihe 38 ausgestoßenen Tintentropfen 26 ausgestoßen werden. Eine anwendungsspezifische zeitliche Trennung kann mit einer Formel berechnet werden, die bestimmt, dass die zeitliche Trennung multipliziert mit der Geschwindigkeit des Empfangsmaterials bezüglich des Druckkopfs dem Abstand zwischen der ersten Düsenreihe 36 und der zweiten Düsenreihe 38 entspricht. Diese Beziehung setzt voraus, dass die Düsenreihen 36, 38 so eng beieinander liegen, dass das System 32 Tintentropfen 26, 28 aus den Düsenreihen 36, 38 um den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Betrag versetzt. In diesem Fall werden die Düsenreihen in der Regel nur mit verhältnismäßig geringen Abständen voneinander getrennt (beispielsweise Abständen im Bereich von 10 bis 100 μm). Für Geschwindigkeiten des Empfangsmaterials von 1 m/s und Abstände zwischen den Düsenreihen von 100 μm beträgt die Differenz zwischen den Ausstoßzeitpunkten nach der Formel zum Beispiel 100 Mikrosekunden. Für Abstände zwischen den Düsenreihen von mehr als 100 μm muss die nach der Formel berechnete zeitliche Trennung erhöht werden, weil die Tropfen aus der zweiten Reihe vom Ende des Systems 32 weiter entfernt sind und daher mit etwas geringeren Kräften beaufschlagt und in der Bewegungsrichtung des Empfangsmaterials im Vergleich zu Tropfen aus der ersten Reihe weniger stark umgelenkt werden. Dieser Effekt kann nicht ignoriert werden und sollte berücksichtigt werden. So kann zum Beispiel für einen Abstand zwischen den Düsenreihen von 1 mm die zusätzliche Betätigungszeit, die zu der berechneten zeitlichen Trennung addiert werden muss, einem Mehrfachen der berechneten zeitlichen Trennung entsprechen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Versetzung der Tropfen durch das System 32 für typische Systemgeschwindigkeiten von 1 m/s bis zu 1 mm betragen kann. Der Betrag einer solchen Erhöhung der berechneten zeitlichen Trennung kann mit den Verfahren der Computer-Fluiddynamik problemlos modelliert werden, wenn man annimmt, dass die Tropfen Kugeln darstellen, die sich in dem System 32 bewegen. Stattdessen kann die Erhöhung auch bequem empirisch bestimmt werden, indem man die Erhöhung der zeitlichen Trennung so einstellt, dass die Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 36 ebenso wie die Tintentropfen 26 aus der Düsenreihe 38 auf der Druckzeile 62 auf dem Empfangsmaterial 64 landen und auf diese Weise eine Reihe gedruckter Tropfen 66 bilden. Ein mit der Modellierung von Strömungsvorgängen vertrauter Fachmann wird dies nachvollziehen können. Nach erfolgter Bestimmung der richtigen Einstellung kann deren Wert für einen späteren Abruf gespeichert werden.
Für die Herstellung der oben beschriebenen Düsenanordnungen können bekannte MEMS-Verfahren eingesetzt werden. Dadurch wird problemlos eine genaue Ausrichtung der Düsen erreicht, weil diese Herstellungsverfahren in der Regel mit Lithografie arbeiten, die bekanntlich auf einem Einzelsubstrat eines Einzeldruckkopfs genaue Düsenmuster erzeugt. Ferner können für das zeitliche Ansteuern der Betätigung beliebige bekannte Verfahren und Mechanismen eingesetzt werden, wie zum Beispiel programmierbare Mikroprozessor-Steuereinrichtungen, Softwareprogramme usw.
Die Erfindung bietet u. a. folgende Vorteile: erhöhte Dichte gedruckter Pixel; erhöhte Dichte gedruckter Reihen, weil abwechselnd gedruckte Tropfen erst gedruckt werden, nachdem benachbarte gedruckte Tropfen teilweise von dem Empfangsmaterial aufgesaugt worden sind; mehr Tinte an einem gegebenen Pixel auf einem Empfangsmaterial; Drucken mit redundanten Düsen; und insgesamt höhere Druckgeschwindigkeiten.

Claims

Kontinuierlich arbeitender Tintenstrahldrucker, mit: einem Druckkopf (18), der eine zweidimensionale Düsenanordnung (36, 38) aufweist, welche eine in einer ersten Richtung verlaufende erste Düsenreihe und eine zweite Düsenreihe umfasst, die in einer zweiten Richtung versetzt angeordnet und in der ersten Richtung bezüglich der ersten Düsenreihe ausgerichtet ist; einem tropfenbildenden Mechanismus (22), der bezüglich einer jeden Düse aus den Düsenreihen angeordnet und in einem ersten Zustand betreibbar ist, in dem er Tropfen mit einem ersten Volumen bildet, die entlang einer Bahn bewegbar sind, und in einem zweiten Zustand, in dem er Tropfen mit einem zweiten Volumen bildet, die entlang der Bahn bewegbar sind; und mit einem System (32), das eine Kraft (30) auf die entlang der Bahn bewegbaren Tropfen ausübt, wobei die Kraft in einer Richtung aufgebracht wird, derart, dass die Tropfen mit dem ersten Volumen von der Bahn abweichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft von einer Gasströmung aufgebracht wird.
Gerät nach Anspruch 1, worin die Kraft in einer Richtung aufgebracht wird, derart, dass die Tropfen mit dem ersten und zweiten Volumen entlang verschiedener Flugbahnen bewegbar sind.
Gerät nach Anspruch 1, worin mindestens ein Abschnitt des Systems in einem Winkel bezüglich der Düsenanordnung angeordnet ist, derart, dass sich die Tropfen mit dem ersten und zweiten Volumen entlang verschiedener Flugbahnen bewegen.
Gerät nach Anspruch 1, worin der tropfenbildende Mechanismus eine Heizeinrichtung aufweist.
Gerät nach Anspruch 1, mit einer Steuereinrichtung, die derart betreibbar ist, dass sie den tropfenbildenden Mechanismus mit einer Vielzahl von Frequenzen betätigt.
Gerät nach Anspruch 1, worin die Düsen der zweiten Düsenreihe bezüglich der Düsen der ersten Düsenreihe in der ersten Richtung versetzt angeordnet sind.
Verfahren zum redundanten Drucken, mit den Schritten: Ausbilden einer ersten Reihe von Tropfen, die sich entlang einer ersten Bahn bewegen, wobei einige Tropfen ein erstes Volumen und einige Tropfen ein zweites Volumen aufweisen; Ausbilden einer zweiten Reihe von Tropfen, die sich entlang einer zweiten Bahn bewegen, wobei einige Tropfen ein erstes Volumen und einige Tropfen ein zweites Volumen aufweisen; Bewirken, dass die Tropfen mit dem ersten Volumen aus der ersten und zweiten Tropfenreihe von der ersten und zweiten Bahn abweichen; Bewirken, dass die Tropfen mit dem zweiten Volumen aus der ersten Tropfenreihe auf vorbestimmte Bereiche auf dem Empfangsmaterial auftreffen; und Bewirken, dass die Tropfen mit dem zweiten Volumen aus der zweiten Tropfenreihe auf die vorbestimmten Bereiche auf dem Empfangsmaterial auftreffen, wobei der Schritt des Bewirkens, dass die Tropfen mit dem ersten Volumen aus der ersten und zweiten Tropfenreihe von der ersten und zweiten Bahn abweichen, gekennzeichnet ist durch den Schritt des Aufbringens einer Gasströmung auf die sich entlang der ersten und zweiten Bahn bewegenden Tropfen.
Verfahren nach Anspruch 7, mit dem Schritt des Verschiebens der zweiten Tropfenreihe in eine Richtung bezüglich der ersten Tropfenreihe derart, dass die zweite Tropfenreihe bei Betrachtung entlang dieser Richtung mit der ersten Tropfenreihe ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin der Schritt des Bewirkens, dass die Tropfen mit dem zweiten Volumen aus der ersten und zweiten Tropfenreihe auf einer Linie auf dem Empfangsmaterial auftreffen, das zeitliche Ansteuern der zweiten Tropfenreihe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, worin der Schritt des Aufbringens der Gasströmung an die sich entlang der ersten und zweiten Bahn bewegenden Tropfen das Aufbringen der Gasströmung in einem nicht senkrechten Winkel bezüglich der ersten und zweiten Düsenreihe umfasst.