DE102010060407A1

DE102010060407A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Spülen der Tintenaustrittsöffnungen eines Tintendruckkopfes

Info

Publication number: DE102010060407A1
Application number: DE102010060407A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing.(FH) Oberneder Stefan
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spülen der Tintenaustrittsöffnungen eines Tintendruckkopfes. Zum Spülen (Purgen) eines Tintendruckkopfes werden Druckwellen einer einstellbaren Frequenz dadurch erzeugt, dass man einen Tintenbehälter mit Überdruck beaufschlagt und die Zuleitung zum Druckkopf pulsweise öffnet. Ein Steuerung steuert das Purgen in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad der Druckkopfdüsen. Optische Abtaster erfassen hierzu die Verschmutzung der Düsen und/oder die Qualität des Druckbildes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spülen der Tintenaustrittsöffnungen eines Tintendruckkopfes.
Tintendrucker mit einem oder mehreren Druckköpfen sind allgemein bekannt und werden insbesondere im Transaktionsdruck zum Beispiel zum Erzeugen von personalisierten Broschüren verstärkt eingesetzt. Dabei wird ein bandförmiger, kontinuierlich z. B. mit 1,5 m/s bewegter Aufzeichnungsträger bedruckt und so Druckgeschwindigkeiten von 500 Images/Min und mehr erreicht.
Bei Unterbrechung des Druckbetriebes zum Beispiel zum Papierwechsel oder im Start-Stopp Betrieb besteht die Gefahr, dass Tintenreste insbesondere den Austrittsbereich der Druckköpfe verschmutzen und dadurch einzelne Austrittsöffnungen verstopfen. Zur Aufrechterhaltung einer einwandfreien Druckqualität ist es deshalb allgemein bekannt die Druckköpfe in regelmäßigen Abständen und in Abhängigkeit vom Druckerstatus zu reinigen. Insbesondere vor Anlauf des Drucksystems nach einem Stillstand ist es wichtig, die zwischendurch möglicherweise eingetrockneten Düsen zu reinigen und zwar durch Spulen der Druckköpfe bzw. der einzelnen Düsen mit Tinte. Dieses Durchspülen der Köpfe und dabei insbesondere der Austrittsöffnungen wird allgemein als „purgen” bezeichnet.
In der US 6164752 wird eine Tintendruckeinrichtung beschrieben bei der zum Durchspülen eines Druckkopfes der Druckkopf zunächst in ein Spülposition verbracht wird, in der eine Spülkappe die Austrittsdüsen abdeckt, danach wird durch Anlegen eines gepulsten Unterdruckes über eine Absaugkappe Tinte durch die Düsen gesaugt.
Durch die Verwendung einer Kappe besteht die Gefahr einer zusätzlichen Verschmutzung, außerdem dauert der Aufbau von Unterdruck relativ lange, was Einfluss auf die Purgefrequenz und somit die Reinigungswirkung eines Purgezyklus haben kann.
Die US 7,118,189 B2 beschreibt eine Spüleinrichtung für einen Tintendruckeinrichtung, bei der mit Hilfe eines in der Tintenzuleitung angeordneten Quetschventils pulsweise Tinte durch die Düsen gedrückt wird.
Da die Druckwellen nur in der Zuleitung und den Düsen wirken, können Lufteinschlüsse im Tintenbehälter verbleiben die nicht ausgespült werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum rückstandsfreien und effektiven Reinigen von Tintenköpfen in Tintendruckeinrichtungen bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin die Reinigungsvorrichtung so auszugestalten, dass die Verschmutzung der Austrittsdüsen automatisch erkannt und in Abhängigkeit davon ein Reinigungsvorgang ausgelöst wird.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein stoßweises Durchspülen (Purgen) der Düsen über Überdruck im Tintenbehälter erzeugt. Dies bewirkt eine effektive dynamische Reinigungswirkung bei der auch eingeschlossene Luftblasen im Tintenbehälter ausgetrieben werden. Das ständige Öffnen und Schließen eines Ventils in der Tintenzuleitung erzeugt dynamische Änderungen der Strömungsverhältnisse, die sowohl die Reinigungswirkung erhöhen, als auch die beim Spülen verbrauchte Tintenmenge gering halten. Außerdem beansprucht ein Spülvorgang dadurch weniger Zeit, womit die Druckköpfe schneller einsatzbereit sind.
Der Zeitpunkt, zu dem ein Spülvorgang ausgelöst wird und dessen Intensität hängt in erster Linie von dem Verschmutzungsgrad der Austrittöffnungen des Druckkopfes ab. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wir die Verschmutzung der Düsen über einen Abtaster ermittelt und in einer Auswerteeinrichtung bewertet.
Damit lässt sich die Verschmutzung schon vor dem Verschluss einer Düsenöffnung ermitteln. Also ehe sich die Störung auf das erzeugte Druckbild auswirkt.
Es hat sich herausgestellt, dass der Verschmutzungsgrad der Düsen und deren Funktion unmittelbar im Zusammenhang mit der Qualität des Druckbildes steht. Damit ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform möglich über eine Abtasteinrichtung das Druckbild auf dem Aufzeichnungsträger zu überwachen und in Abhängigkeit davon einen Purgevorgang nach Zeitpunkt und Frequenz zu bestimmen.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes Drucksystem in einem Blockschaltbild.
Ein Tintendrucker zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers 10 weist gemäß 1 einen oder mehrere Druckköpfe 12 auf. Ein Druckkopf 12 hat ein oder mehrere Düsen, durch die durch Erzeugen von hydraulischem Druck zum Beispiel über Piezoelemente bei Bedarf Tintentropfen in Richtung auf den Aufzeichnungsträger 10 ausgestoßen werden. Bei Hochleistungsdruckern sind diese Druckköpfe 12 üblicherweise stationär über die gesamte Breite des Aufzeichnungsträgers 10 angeordnet, während sich der Aufzeichnungsträger 10 unter den Druckköpfen 12 hindurch bewegt.
Der Druckkopf 12 kann sich über die gesamte Breite des Aufzeichnungsträgers 10 erstrecken. Es können auch mehrere Druckköpfe 12 zu einem sogenannten Druckriegel verbunden sein, die dann jeweils eine Druckzeile quer zu Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 10 bilden. Bei dem. Ausführungsbeispiel nach 1 bilden vier Druckköpfe 12 einen Druckriegel. Sind mehrere Druckriegel vorhanden so kann mit jedem Druckriegel jeweils eine Farbe (beispielsweise Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz; YMCK) gedruckt werden. In 1 sind alle Druckriegel an dieselbe Tintenversorgung angeschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also nur mit einer Farbe gedruckt. Die Druckauflösung kann daher höher sein oder ein oder zwei Druckriegel sind zur Sicherheit vorhanden, durch deren Düsen dann Tinte ausgestoßen wird, wenn die Düse eines parallelen Druckriegels für denselben Druckpunkt verstopft ist.
Die Anzahl der Druckköpfe 12 und darin befindlichen Düsen (und gegebenenfalls parallele Druckköpfe, die leicht dagegen versetzt sind) definieren die Auflösung, mit der ein solcher Druckkopf 12 oder Druckriegel drucken kann.
Frische Tinte wird einem austauschbaren Tintenvorratsbehälter 14 entnommen und mit Hilfe einer Pumpe 16 in einen Pufferbehälter 18 gefördert. In dem Pufferbehälter 18 sollte immer genügend Tinte vorhanden sein, um den Druckvorgang auch dann fortsetzen zu können, wenn der leere Tintenvorratsbehälter 14 gegen einen Vollen ausgetauscht wird.
Über einen Filter 20, durch den Schmutzpartikel herausgefiltert werden, wird die Tinte bei Bedarf mit Hilfe einer weiteren Pumpe 22 in einen Tintenzwischenbehälter 30 gepumpt, dessen Tintenpegel weitgehend auf einem vorgegebenen Niveau/Füllstand gehalten wird. Aus diesem Tintenzwischenbehälter 30 wird dann später die Tinte über einen Distributionstank 24 den einzelnen Druckköpfen 12 zum Drucken zugeführt.
Zum Fördern der Tinte dient ein Rohrnetz oder Schlauchnetz, das aus Rohren bzw. Schläuchen zusammengesetzt ist. Zum Verbinden von Rohren oder Schläuchen untereinander dienen bekannte Verbindungen, wie Muffen-, Schraubverbindungen oder Formstücke. Als Absperr- und Regelorgane dienen Armaturen, wie zum Beispiel Ventile und Schieber. Die Tinte wird immer dann von einer Station zur nächsten gefördert, wenn entsprechender Bedarf besteht, d. h. wenn der vorgegebenen Tintenpegel im Pufferbehälter 18 oder dem Tintenzwischenbehälter 30 unterschritten wird.
Frische Tinte wird dem Tintenzwischenbehälter 30 über einen rohrförmigen Tintenzufluss 31 (Zuführrohr oder -schlauch zum Tintenzwischenbehälter 30) zugeführt. Über einen Tintenabfluss 32 wird die Tinte dem Tintenzwischenbehälter 30 bei Bedarf entnommen und über den Distributionstank 24 den Druckköpfen 12 zugeführt.
Damit sich in den Druckköpfen 12 keine Kavitation (Luftbläschen) bildet, wird Tinte dem Tintenzwischenbehälter 30 ständig entnommen, einer Entgasungseinrichtung 26 zugeführt und über eine Entgasungspumpe 28 wieder in den Tintenzwischenbehälter 30 geleitet. Die Tinte wird dabei in einem Entgasungskreislauf ständig gefördert und durchströmt die Entgasungseinrichtung 26, wodurch die Gase aus der Tinte gelöst werden, das heißt die Tinte wird entgast. Das gelöste Gas kann nach außen abgeführt werden.
Die Entgasungseinrichtung 26 sollte nicht nur während des Druckens aktiv sein, sondern auch während Druckpausen und während der Reinigung der Druckköpfe 12.
Außerdem ist ein Füllstandssensor 39 in dem Tintenzwischenbehälter 30 angeordnet, der den Tintenfüllstand misst und bei zu geringer Tintenmenge (Tintenpegel fällt unter Grenzwert) veranlasst, dass Frischtinte über den Pufferbehälter 18 dem Tintenzwischenbehälter 30 zugeführt wird. Um keine Druckqualitätsverluste infolge von Kavitation zu erleiden muss in dem Tintenzwischenbehälter 30 immer ausreichend entgaste Tinte vorhanden sein.
Die Tinte in dem Tintenzwischenbehälter 30 steht unter Überdruck, damit die Tinte mit ausreichendem Druck zu den Druckköpfen 12 transportiert werden kann. Der Überdruck wird über eine Druckpumpe 40 erzeugt, die einen Überdruck von etwa 0 bis 2 bar erzeugen kann. Wenn zu Zwecken der Reinigung der Düsen, des Entlüftens oder der Befüllung der Druckköpfe 12 Tinte aus dem Tintenzwischenbehälter 30 zu den Druckköpfen 12 gepumpt wird, so erfolgt dies mit Überdruck von bis zu 2 bar. Während des eigentlichen Druckbetriebs herrscht atmosphärischer Druck (etwa 0 bar) in dem Tintenzwischenbehälter 30.
Im Stillstand oder während des Druckbetriebs steht die Tinte in den Druckköpfen 12 selber unter leichtem Unterdruck. So wird ein Entweichen oder unabsichtliches Ausfliesen von Tinte aus dem Druckkopf 12 bzw. dem Düsenkanal verhindert, denn ungewollt austretende Tintentropfen verschlechtert das Druckbild, Dieser leichte Unterdruck wird dadurch hergestellt, dass der Tintenpegel im Tintenzwischenbehälter 30 von seiner Höhe/Niveau her unter dem Tintenpegel in dem Druckkopf 12 steht. Der Tintenzwischenbehälter 30 wird daher auch als „Backpressure-Tank” bezeichnet.
Zur Reinigung insbesondere der Austrittsöffnungen der Düsen in den Druckköpfen 12 werden entweder die Druckköpfe 12 in eine nicht dargestellt Reinigungsposition verfahren oder die Druckköpfe 12 können annähernd in ihrer „Schreibposition” verbleiben, wobei dann eine – nicht dargestellte – Kappe über die Düsenöffnungen positioniert wird, die als Schutz und Auffangbecken für Tinte dient. In dem folgenden Spülvorgang wird dann Tinte aus dem Tintenzwischenbehälter 30 durch die Düsenkanäle gespült.
Dies verhindert ein Verstopfen der Düsenkanäle infolge einer Erhöhung der Tintenviskosität im Stillstand (bei längerer Nichtbenutzung der Düse). Dabei werden eventuell vorhandene Partikel oder sich verfestigende Tintenklumpen, die die Düsenaustrittsöffnungen verstopfen oder verengen weggespült.
Tinte kann auch aus den Düsenkanälen gesaugt oder in diese hinein gedrückt werden, um eventuelle Verunreinigungen der Kanäle zu entfernen.
Es hat sich herausgestellt, dass der Spülvorgang dann am effektivsten ist, wenn unter Überdruck die Tinte in Stoßwellen die Düsen mit den Austrittsöffnungen durchspült. Hierzu enthält die Druckeinrichtung eine Spüleinrichtung. Diese weist eine programmgesteuerte Steuereinrichtung 41 auf die über Steuerleitungen einerseits mit der Druckpumpe 40 und dem Füllstandssensor 31 in Verbindung steht, andererseits mit einer programmgesteuerten Auswerteeinrichtung 42 und einem Steuerventil 43. Zusätzlich kann noch im Bereich der Druckköpfe 12 eine Abtasteinrichtung 44 angeordnet sein, die dazu dient die Verschmutzung der Austrittsöffnungen der Düsen 12 zu erfassen und den Verschmutzungsgrad an die Auswerteeinrichtung 42 zu melden. Bei der Abtasteinrichtung handelt es sich um eine handelsübliche optische Abtasteinrichtung wie sie z. B. aus der US 6,324,353 B1 bekannt ist.
Eine weitere Möglichkeit die Verschmutzung der Düsen 12 und zugleich eventuelle Durchfluss- und Funktionsstörungen zu erfassen, besteht darin, eine weitere Abtasteinrichtung 45 im Bereich des Aufzeichnungsträgers (Papier 10) anzuordnen, die die Druckqualität der abgedruckten Zeichen erfasst und an die Auswerteeinrichtung 42 meldet, die daraus den Verschmutzungsgrad der Düsen 12 errechnet.
Diese optische Abtasteinrichtung 45 kann z. B. eine Ausgestaltung entsprechend der US 6,665,424 B1 haben. Auch der Ausfall von einer oder mehrere Düsen lässt sich über diese Abtasteinrichtung 45 erfassen
Die Funktion der Spüleinrichtung ist im Automatikbetrieb wie folgt:
Bei Erreichen eines vorgebbaren Verschmutzungsgrades der Austrittsdüsen oder der Funktionsstörung zum Beispiel einer Düse wird über die Steuereinrichtung 41 ein Spülvorgang ausgelöst. Hierzu werden zunächst die Düsen in Spülposition verfahren und/oder eine Spülkappe vor die Düsen positioniert. Die Spülkappe kann dabei einen Tintenabfallbehälter zur Aufnahme der Spültinte enthalten. Es ist jedoch auch möglich einen separaten Tintenabfallbehälter anzuordnen. Danach und/oder gleichzeitig setzt die Druckpumpe 40 bei geschlossenem Steuerventil 43 den Tintenzwischenbehälter 30 unter Überdruck. Ist der gewünschte Überdruck erreicht wird eine Purgesequenz ausgelöst und zwar werden durch pulsweises Öffnen des Steuerventils 43 in der Zuleitung zu den Düsen 12 Stoßwellen erzeugt die ein pulsweises Durchspülen der Düsen mit Tinte bewirken (Purgen). Durch Auswahl eines geeigneten Magnetventils 43 lassen sich Zyklusfrequenzen von einigen Herz erreichen, also ein mehrmaliges Öffnen und Schließen pro Sekunde.
Bezugszeichenliste

10: Aufzeichnungsträger, Papierbahn
12: Druckkopf
14: Tintenvorratsbehälter
16: Pumpe
18: Pufferbehälter
20: Filter
22: Pumpe
24: Distributionstank
26: Entgasungseinrichtung
28: Entgasungspumpe
30: Tintenzwischenbehälter
31: Tintenzuflussleitung
32: Tintenabflussleitung
39: Füllstandsensor
40: Druckpumpe
41: Steuereinrichtung
42: Auswerteeinrichtung
43: Magnetventil
44: Abtasteinrichtung
45: Abtasteinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6164752 [0004]
US 7118189 B2 [0006]
US 6324353 B1 [0032]
US 6665424 B1 [0034]

Claims

Tintendruckeinrichtung mit – mindestens einem eine Vielzahl von Tintenaustrittsöffnungen aufweisenden Druckkopf (12) – einem Tintenversorgungssystem mit einem Tintenbehälter (30), der über eine Versorgungsleitung mit dem Druckkopf (12) gekoppelt ist und – einer Spüleinrichtung (41, 42, 43) zum impulsweisen Durchspülen der Tintenaustrittsöffnungen des Druckkopfes (12), wobei der Spüleinrichtung eine Steuereinrichtung (41) zugeordnet ist, die zur Spülimpulserzeugung den unter Druck stehenden Tintenbehälter (30) über ein Steuerventil (43) mit der Versorgungsleitung zum Druckkopf verbindet.
Tintendruckeinrichtung nach Anspruch 1 mit – einer Abtasteinrichtung (44, 45) die die Verschmutzung der Austrittsöffnungen des Druckkopfes (12) erfasst sowie – einer mit der Abtasteinrichtung (44, 45) und der Steuereinrichtung (41) gekoppelten, in Abhängigkeit von der festgestellten Verschmutzung der Tintenaustrittsöffnungen die Spülimpulserzeugung steuernde Bewertungseinrichtung (42).
Tintendruckeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Abtasteinrichtung (44, 45) als optische Abtasteinrichtung ausgebildet ist.
Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Abtasteinrichtung (45) die auf einen Aufzeichnungsträger (10) gedruckten Zeichen erfasst und die Bewertungseinrichtung (42) in Abhängigkeit von dem Zeichenbild die Verschmutzung der Austrittsöffnungen des Druckkopfes (12) ermittelt.
Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit einer der Bewertungseinrichtung (42) zugeordneten Zeitsteuereinrichtung.
Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem die Spülflüssigkeit aufnehmenden Abfalltintenbehälter.
Verfahren zur Spülimpulserzeugung in einer Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit folgenden Schritten: – Beaufschlagen des Tintenbehälters (30) mit einem vorgebbaren Betriebsdruck – gesteuertes Koppeln des Tintenvorratsbehälters mit dem Druckkopf (12) über die Versorgungsleitung derart, dass die Tinte die Tintenaustrittsöffnungen des Druckkopfes (12) impulsweise durchspült.