DE102011002727A1

DE102011002727A1 - Wartungseinheit für einen Tintenstrahldrucker sowie Verwendung eines Tintenstrahldruckers

Info

Publication number: DE102011002727A1
Application number: DE201110002727
Authority: DE
Inventors: Arthur Mathea; Dr. Muth Oliver; Franziska Peinze; Dr. Dittrich Harald; Werner Van de Wynckel
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Für einen sicheren Betrieb eines Tintenstrahldruckers mit Tinte, die auch für die Herstellung von Sicherheits- und/oder Wertdokumenten einsetzbar ist und gegebenenfalls ein Lösungsmittel enthält, dass einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser hat, wird eine Wartungseinheit A für einen mindestens einen Druckkopf D mit Tintendüsen Dt aufweisenden Tintenstrahldrucker geschaffen. Die Wartungseinheit A umfasst mindestens eine Parkstation I für jeweils einen Druckkopf D und mindestens eine zu der mindestens einen Parkstation I verschiedene Reinigungsstation II für jeweils einen Druckkopf D. Mindestens eine Parkstation I umfasst eine Kappe 10, die in einer Parkposition des Druckkopfes D im Tintenstrahldrucker am Druckkopf D anliegt und die im anliegenden Zustand einen an den Druckkopf D angrenzenden und nach außen abgedichteten Auffangraum 11 bildet, um das Eintrocknen von in den Tintendüsen Dt befindlicher Tinte T zu verhindern. Ferner umfasst mindestens eine Reinigungsstation II jeweils mindestens eine Reinigungsdüse 21 zum Abgeben eines Reinigungsfluids zu den Tintendüsen Dt sowie jeweils mindestens eine Absaugöffnung 22.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wartungseinheit für einen Tintenstrahldrucker sowie die Verwendung eines eine derartige Wartungseinheit enthaltenden Tintenstrahldruckers für die Herstellung von Sicherheits- und/oder Wertdokumenten.
Derartige Drucker finden sowohl im Büro- als auch im industriellen Bereich Verwendung. Insbesondere bei Verwendung im industriellen Bereich werden erhöhte Anforderungen an diese Drucker gestellt. Neben einem exzellenten Druckbild sollen Industriedrucker insbesondere bei der Herstellung von individualisierten/personalisierten Wert- und Sicherheitsdokumenten eine sehr hohe Verfügbarkeit aufweisen. Dies erfordert aufwändige Maßnahmen zur Erhaltung der Betriebsfähigkeit der Druckköpfe in derartigen Druckern. Beispielsweise kann die sich in den Druckköpfen befindende Tinte leicht Ablagerungen bilden, sodass die Funktionsfähigkeit einzelner Düsen beeinträchtigt werden kann oder diese sogar vollständig ausfallen können. Dies führt dann zu einem unbefriedigenden Druckergebnis, weil sich die Qualität des Druckbildes verschlechtert. Um diese Probleme zu lösen, sind in der Vergangenheit viele Verbesserungen an Tintenstrahldruckern vorgenommen worden.
Um beispielsweise zu vermeiden, dass sich an den Druckdüsen Verunreinigungen ablagern, wird vorgeschlagen, Wischerblätter einzusetzen, mit deren Hilfe überschüssige Tinte von der Druckplatte abgezogen wird, bevor sie Ablagerungen bildet.
Ein Beispiel für eine derartige Lösung ist in US 7,175,253 B2 angegeben. Dieses Dokument offenbart eine Wartungsvorrichtung, die mit einem Tintenstrahldrucker verwendet wird. Die Wartungsvorrichtung dient zum Reinigen der Düsen des Druckers und zum Abdecken der Düsen. Sie umfasst eine Wischeinheit, um die Düsen zu reinigen. Die Wischeinheit wird im Wesentlichen durch ein Wischerblatt aus Gummi gebildet, um die Tinte von den Düsen abzustreifen. Ferner umfasst sie eine Kappe, um zu verhindern, dass die Tinte in den Düsen des Druckkopfes an der Umgebungsluft eintrocknet. Die Kappe ist federnd gelagert.
Ferner offenbart auch US 7,531,4242 B2 eine Wartungsvorrichtung für einen Tintenstrahldrucker. Diese Vorrichtung weist eine Kappe für die Düsen des Druckkopfes auf, um den Bereich vor den Düsen feucht zu halten, damit darin enthaltene Tinte nicht austrocknen kann und die Düsen nicht verstopfen können. Die Umgebung des Druckkopfes im Bereich der Düsen ist bei anliegender Kappe nicht vollständig geschlossen, damit die Wartungsvorrichtung in eine Position bewegt werden kann, in der die Kappe nicht über den Düsen anliegt. Weiterhin ist eine Reinigungsvorrichtung in Form eines Wischers vorgesehen.
In EP 0 597 674 A2 ist ein Wartungssystem für einen Tintenstrahldrucker beschrieben. Dieses Wartungssystem umfasst eine Wartungseinheit, die mindestens ein Wischerblatt zum Reinigen der Düsenplatte des Druckkopfes, wenn der Druckkopf in die Wartungseinheit einfährt, sowie eine Kappe zum Abschließen des Bereiches der Düsenplatte, sodass sich im Bereich der Kappe eine kontrollierte Umgebung bildet, umfasst. Wenn die Kappe auf den Druckkopf aufgesetzt ist, wird der von der Kappe eingeschlossene Raum evakuiert, sodass Tinte aus der Düsenplatte abgesaugt wird. Um die Feuchtigkeit in dem von der Kappe eingeschlossenen Raum zu erhöhen, kann der Druckkopf veranlasst werden, eine bestimmte Anzahl von Tintentropfen abzugeben.
Allerdings hat es sich herausgestellt, dass diese Art der Reinigung der Druckköpfe nachteilig ist, da die Gefahr besteht, dass die Verschmutzungen an den Druckköpfen, beispielsweise eingetrocknete Tinte und Partikel, in die Tintendüsen hinein gedrückt werden, sodass diese verstopft werden.
Eine andere Art und Weise der Reinigung eines Druckkopfes ist in EP 1 101 616 A1 beschrieben: Zur Entfernung von Feststoff-Partikeln aus dem Innenraum des Druckkopfes eines Tintenstrahldruckers wird eine Reinigungsstation an den Druckkopf angesetzt, sodass eine abdichtende Verbindung zwischen der Reinigungsstation und dem Druckkopf hergestellt wird. Die Reinigungsstation umfasst ein Reservoir für Waschflüssigkeit. Waschflüssigkeit wird über den Druckkopf aus dem Reservoir durch Anlegen eines Unterdruckes über den Druckkopf durch diesen hindurch gesaugt.
Aus US 6,905,552 B2 geht eine Reinigungsstation für eine vertikal stehende Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers hervor. Diese Station umfasst eine rotierende zylindrische Reinigungswalze, die zu der Düsenplatte des Druckkopfes beabstandet ist.
Reinigungsflüssigkeit tritt an der oberen Stirnseite der Walze aus und läuft auf der Außenseite der Walze nach unten, sodass sie einen Spalt zwischen der Walze und der Düsenplatte ausfüllt. Durch die Rotation der Walze entstehen Turbulenzen in dem Spalt, die die Reinigungswirkung unterstützen.
US 2007/0263026 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Wartung von Druckköpfen von Tintenstrahldruckern, die Parkstationen für die Druckköpfe umfasst. Ein Druckkopf wird nach einem Druckvorgang in die Parkstation verfahren. Jedem Druckkopf eines Tintenstrahldruckers ist eine eigene Parkstation zugeordnet. Jedem Druckkopf können auch mehrere Parkstationen zugeordnet sein, nämlich beispielsweise eine erste Parkstation zum Spülen des Druckkopfes, eine zweite Parkstation zum Trocknen des Druckkopfes und eine dritte Parkstation zum Versehen des Druckkopfes mit einem Überzug, der gegen die Aufnahme von Tinte abweisend ist. Die Parkstation umfasst eine Abdichtung, beispielsweise aus Gummi, sodass der Düsenbereich eingeschlossen werden kann. In der Parkstation befindet sich der Druckkopf über einem Pool, der mit Lösungsmittel und/oder einem Oberflächenbehandlungsmittel gefüllt sein kann. Das Lösungsmittel kann an den Druckkopf gesprüht, oder der Druckkopf kann damit angeströmt oder in das Lösungsmittel eingetaucht werden, wobei Tinte vom Druckkopf abgespült wird.
Die vorstehend angegebenen Wartungssysteme sind zwar dazu geeignet, Ablagerungen dann zu vermeiden, wenn übliche wasserbasierte Tinten verwendet werden. Allerdings ist die Neigung, dass sich in den Druckköpfen Verschmutzungen bilden, bei Verwendung herkömmlicher Wartungssysteme erhöht, wenn die verwendete Tinte ein Lösungsmittel mit einem Dampfdruck enthält, der größer ist als der von Wasser, sodass die Betriebssicherheit in diesen Fällen nicht mehr gewährleistet ist. Insbesondere kann die Druckqualität nach einer kurzen Druckpause beeinträchtigt sein. Dieses Problem wird noch dadurch vergrößert, dass bei der Herstellung von Sicherheits- und/oder Wertdokumenten Tinten für einen Druck verwendet werden, die Pigmente mit einer Teilchengröße enthalten, die vielfach größer als 1 μm ist. Derartige Pigmente verstopfen die sehr kleinen Düsenöffnungen der Druckerköpfe sehr leicht.
Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Mittel zu finden, mit denen Drucktinten mit ausreichender Betriebssicherheit verarbeitet werden können, die Lösungsmittel mit erhöhtem Dampfdruck, d. h. niedrigem Siedepunkt, enthalten. Außerdem sollen auch Tinten verarbeitbar sein, die für einen Sicherheitsdruck geeignet sind und daher Pigmente enthalten können, deren Teilchengröße über 1 μm liegt.
Diese Aufgabe wird durch die Wartungseinheit gemäß Patentanspruch 1 und die Verwendung eines mit einer derartigen Wartungseinheit ausgestatteten Tintenstrahldruckers für die Herstellung von Sicherheits- und/oder Wertdokumenten gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Wartungseinheit ist entweder Bestandteil eines Tintenstrahldruckers oder ist einem Tintenstrahldrucker als separate Komponente zugeordnet. Falls die Wartungseinheit als separate Komponente vorgesehen ist, ist sie ein eigenständiges Gerät, das zur Erfüllung seiner Aufgabe jedoch mit dem Tintenstrahldrucker mechanisch verbunden wird, um eine Wartung der Druckköpfe des Tintenstrahldruckers vornehmen zu können. Die Druckköpfe umfassen Tintendüsen, aus denen die Tinte ausgesprüht wird, um ein Druckbild auf einem Substrat zu erzeugen. Die Tintendüsen können sich in einer Düsenplatte eines Druckkopfes befinden. Die Tintendüsen sind vorzugsweise matrixförmig angeordnet in die Düsenplatte eingebracht.
Der Tintenstrahldrucker kann für die Herstellung von Sicherheits- und/oder Wertdokumenten verwendet werden, d. h. für die Herstellung von Reisepässen, Personalausweisen, Führerscheinen, Fahrzeugscheinen, Fahrzeugbriefen, Visa, Scheck- und Kreditkarten, Schecks, Firmenausweisen, Berechtigungsnachweisen, Mitgliedsausweisen, Geschenk- und Einkaufsgutscheinen sowie (Spiel-)Jetons. Diese Dokumente können das ID-1 oder ID-2 Format gemäß ISO 7810 und die Datenseite eines Dokuments mit dem ID-3 Format gemäß ISO 7810 haben.
Die Wartungseinheit dient zur Wartung eines oder mehrerer Druckköpfe eines Tintenstrahldruckers, insbesondere zu deren Aufnahme in die Wartungseinheit während der Pausen zwischen den Druckvorgängen (Parkstation) sowie zur Reinigung des Druckkopfes oder der Druckköpfe (Reinigungsstation). Hierzu wird der Druckkopf bzw. werden die Druckköpfe zu der Wartungseinheit befördert, insbesondere verfahren. Beispielsweise wird ein Druckkopf entlang einer Horizontalbahn zu der Wartungseinheit verfahren, indem der Druckkopf auf einer Schiene läuft, etwa wenn die Wartungseinheit seitlich von der Druckbahn angeordnet ist. Alternativ kann auch die Wartungseinheit zum Druckkopf befördert werden, um die Wartungsfunktion ausüben zu können. Beispielsweise kann die Wartungseinheit oder zumindest ein hierfür vorgesehener Teil der Wartungseinheit zum Druckkopf verfahren werden, oder die Wartungseinheit oder zumindest ein hierfür vorgesehener Teil davon wird an oder über den Druckkopf verschwenkt. In letzterem Falle kann sich die Wartungseinheit ständig in der Nähe des Druckkopfes befinden und nur für den Wartungsfall vor die Tintendüsen verschwenkt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn ein Druckkopf zur Überführung in die Parkposition zur Parkstation gefahren und dort abgesenkt wird. Gleichermaßen ist es besonders bevorzugt, wenn ein Druckkopf zur Überführung in die Reinigungsposition zur Reinigungsstation gefahren wird.
Die Wartungseinheit umfasst mindestens eine Parkstation für jeweils einen Druckkopf und mindestens eine zu der mindestens einen Parkstation verschiedene Reinigungsstation für jeweils einen Druckkopf. Die Parkstation(en) und die Reinigungsstation(en) sind jeweils separate Stationen, d. h. ein Druckkopf fährt diese beiden Typen von Stationen separat an, oder eine Parkstation und/oder eine Reinigungsstation fahren einen Druckkopf jeweils separat an und/oder verschwenken über diesem. Wenn sich der Druckkopf an oder in der Parkstation befindet, sodass ein Eintrocknen der Tinte im Druckkopf mit Hilfe der Parkstation zumindest weitgehend verhindert werden kann, befindet sich der Druckkopf (bezüglich der Wartungseinheit) in einer Parkposition. Wenn sich der Druckkopf an oder in der Reinigungsstation befindet, sodass der Druckkopf von der Reinigungsstation gereinigt werden kann, befindet sich der Druckkopf (bezüglich der Wartungseinheit) in einer Reinigungsposition.
Ein Druckkopf befindet sich somit entweder in oder an einer Parkstation oder in oder an einer Reinigungsstation bzw. die Park- oder Reinigungsstation befindet sich in oder an dem Druckkopf. Diese Ausbildung der Erfindung ermöglicht eine freie Programmierung der Reinigungsprozesse entweder in der Parkstation oder in der Reinigungsstation oder aufeinander folgend in beiden Stationen. Ferner können damit gezielt und unabhängig. voneinander unterschiedliche Aufgaben optimiert erfüllt werden. Beispielsweise kann in der Parkstation eine Gasatmosphäre mit einer bestimmten Feuchtigkeit, d. h. mit einem bestimmten Partialdruck des Lösungsmittels der Tinte, eingestellt werden, ohne dass die Feuchtigkeit durch anwesendes Reinigungsfluid beeinflusst würde. Außerdem wird die Umgebung der Düsenplatte beim Andocken eines Druckkopfes in der Parkstation durch das in der Reinigungsstation verwendete Reinigungsfluid nicht verunreinigt, sodass der Druckkopf aus der Parkposition heraus sofort in eine Druckposition überführt werden kann, ohne dass eine vorherige Abtrocknung erforderlich wäre.
Die Parkstation und die Reinigungsstation können jeweils separate Vorrichtungen sein, oder diese beiden Stationen können auch in einer gemeinsamen Vorrichtung, d. h. direkt miteinander verbunden, untergebracht sein.
In erfindungsgemäßer Art und Weise umfasst mindestens eine Parkstation eine Kappe, die in einer Parkposition des Druckkopfes im Tintenstrahldrucker am Druckkopf anliegt und die im anliegenden Zustand einen an den Druckkopf angrenzenden und nach außen abgedichteten Auffangraum bildet, um das Eintrocknen von in und/oder außen an den Tintendüsen befindlicher Tinte zu verhindern. Beispielsweise kann die Kappe über einen Rand auf dem Druckkopf abdichtend anliegen. Dieser Kappenrand kann beispielsweise elastisch ausgebildet sein, etwa durch eine Gummi- oder Silikondichtung, um den Austritt von Tintenflüssigkeit zu vermeiden. Die Auswahl des elastischen Materials richtet sich nach der Kompatibilität mit der Tinte (insbesondere hinsichtlich der Beständigkeit des Materials gegenüber der Tintenflüssigkeit). Somit wird in dem an den Druckkopf, insbesondere an die Düsenplatte des sich in der Parkposition befindenden Druckkopfes, angrenzenden Raum, dem Auffangraum, eine Gasatmosphäre gebildet, die dem Verdunsten des Lösungsmittels der Tintenflüssigkeit entgegen wirkt. In dem Auffangraum kann sich eine gesättigte Lösungsmittelatmosphäre ausbilden, sodass der Druckkopf nicht eintrocknen kann.
Die mindestens eine Reinigungsstation dient zum Entfernen von hartnäckigen Verschmutzungen am Druckkopf, indem fest gewordene (eingetrocknete) Tinte am Druckkopf und in den Düsen mittels des Reinigungsfluids, insbesondere einer Reinigungsflüssigkeit, ganz besonders bevorzugt eines Reinigungslösungsmittels, das zum Beispiel ein in der Tinte enthaltenes Lösungsmittel sein kann, wieder abgelöst wird. Mindestens eine Reinigungsstation umfasst jeweils mindestens eine Reinigungsdüse zum Abgeben eines Reinigungsfluids zu den Tintendüsen, damit die Tintendüsen gewaschen werden können, sowie jeweils mindestens eine Absaugöffnung 22. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn sich bereits Ablagerungen in den Tintendüsen oder außerhalb der Tintendüsen gebildet haben. Vor allem kann es sich dabei um aggregierte Pigmentteilchen handeln, die die Tintendüsen leicht verstopfen können.
Die Reinigung in der Reinigungsstation findet vorzugsweise berührungslos statt, um den Druckkopf, insbesondere die Düsenplatte des Druckkopfes, nicht zu beschädigen. Außerdem wird dadurch verhindert, dass Tintenreste und andere Verunreinigungen in die Tintendüsen hineingedrückt werden. Vorzugsweise wird auch dafür gesorgt, dass der Druckkopf nicht in ein Bad des Reinigungsfluids eintaucht, sondern lediglich mit angeströmtem, angespritztem, angesprühtem oder angeschwalltem Reinigungsfluid in Kontakt gebracht wird. Denn andernfalls wäre zu besorgen, dass das Reinigungsfluid über die Tintendüsen in den Druckkopf hineingesaugt und dabei den Druckkopf verschmutzen würde. Dies könnte beispielsweise dadurch geschehen, dass sich im Druckkopf ein gegenüber dem Außenraum verringerter Druck ausbildet, etwa in Druckpausen. Dieser kann durch eine Tintenführung in einem Tintenflüssigkeitskreislauf, in den der Druckkopf und ein Tintenreservoir eingebunden sind, entstehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Parkstation federnd gelagert. Bei mehreren in einer Reihe oder parallel zueinander angeordneten Druckköpfen können mehrere einzeln federnd gelagerte Parkstationen vorgesehen sein. Dadurch kann besonders leicht erreicht werden, dass sich die Kappe gut an den Druckkopf anpasst und der Druckkopf somit an der Kappe abdichtend anliegen kann. Insbesondere wird vorgesehen, dass die Kappe entweder an einer Düsenplatte des Druckkopfes oder an einer von der Düsenplatte nach außen vorstehenden Guardplatte anliegt. Durch die federnde Lagerung kann die Kappe verkippbar ausgeführt sein, wobei die Kappe in der Grundstellung aufrecht stehend ausgerichtet ist. Bei nicht exakt coplanarer Ausrichtung der Kappe und einer Dichtfläche des Druckkopfes zueinander verkippt die Kappe auf diese Weise, um Coplanarität zu erreichen. Die federnde Lagerung kann beispielsweise mit einer Schraubendruckfeder realisiert werden, auf der die Kappe direkt oder indirekt abgestützt ist. Alternativ können auch andere Federtypen, beispielsweise eine Blattfeder, oder ein elastisches Material verwendet werden, die die Kappe abstützen. Diese Maßnahme schont den Druckkopf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druck im Auffangraum gegenüber dem Außendruck ausgleichbar. Dies dient dazu, dass die empfindliche Düsenplatte beim Abheben des Druckkopfes durch den dabei temporär entstehenden Unterdruck nicht abreißt. Dies kann durch mindestens eine Öffnung in der Kappe realisiert werden, die eine Verbindung zum Außenraum herstellt. Die Öffnung kann entweder durch ein Loch oder mehrere Löcher in der Kappe gebildet sein oder durch einen Schlauch oder mehrere vorzugsweise lange und dünne Schläuche gebildet sein, die vom Auffangraum innerhalb der Kappe nach außen führen, beispielsweise um Fluid im Auffangraum nach außen abzuleiten. Die mindestens eine Öffnung kann auch durch eine Profilierung des Randes der Kappe hergestellt sein, sodass die Kappe mit dem Rand lediglich über einen Teilabschnitt des Randes in direktem Kontakt mit dem Druckkopf steht und an diesem anliegt, in anderen Teilabschnitten jedoch nicht, sodass über die dortigen Bereiche ein Druckausgleich stattfinden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Parkstation zum Spülen des Druckkopfes, insbesondere der Düsenplatte des Druckkopfes, insbesondere mit Tinte, ausgebildet. Zum Spülen des Druckkopfes fließt hierzu Tinte aus dem. Druckkopf aus. Hierzu kann Tinte aus einem Druckkopf beispielsweise durch einen ununterbrochenen Druckvorgang durch die Tintendüsen hindurchbefördert werden, ohne dass der Drucker dabei durch verdruckte Tinte verschmutzt wird (Freidrucken). Durch eine Absaugung am Auffangraum, vorzugsweise im unteren Bereich des Auffangraumes, d. h. unterhalb des Druckkopfes liegend, wird die in den Auffangraum auslaufende Tinte abgesaugt. Hierzu dient eine Absaugung, vorzugsweise in Form einer Absaugpumpe, in der Absaugleitung. Die abgesaugte Tinte wird einem Abfallbehälter zugeführt. Das Freidrucken kann insbesondere automatisch geschehen. Die in den Auffangraum gelangende Tinte kann vorzugsweise über einen an der Kappe ansetzenden Absaugschlauch abgesaugt werden. Dieser Absaugschlauch kann gleichzeitig dazu dienen, den Druckausgleich gegenüber der Umgebung herzustellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Reinigungsstation federnd gelagert. Bei mehreren in einer Reihe oder parallel zueinander angeordneten Druckköpfen können mehrere einzeln federnd gelagerte Reinigungsstationen vorgesehen sein. Auch in diesem Falle kann die mindestens eine Reinigungsstation durch die federnde Lagerung leicht in eine definierte Position relativ zum Druckkopf gebracht werden und sich dadurch an den Druckkopf anpassen, sodass beispielsweise ein vorgegebener Abstand zwischen der Reinigungsstation und dem Druckkopf präzise und reproduzierbar eingestellt werden kann. Beispielsweise kann dieser Abstand zwischen den Reinigungsdüsen bzw. den Absaugöffnungen und der Düsenplatte des Druckkopfes eingestellt werden. Um eine Konstanz des Abstandes zu erreichen, kann die Düsenplatte beispielsweise gegenüber einem die Düsenplatte umgebenden Außenrahmen (vorstehend erwähnte Guardplatte) zurückgesetzt sein und die Reinigungsstation auf diesem Außenrahmen während des Reinigungsvorganges beispielsweise gleitend aufliegen.
Auch in diesem Falle kann die federnde Lagerung mit einer Schraubendruckfeder realisiert werden, auf der die Kappe direkt oder indirekt abgestützt ist. Alternativ können auch andere Federtypen, beispielsweise eine Blattfeder, oder ein elastisches Material verwendet werden, die die Kappe abstützen. Auch diese Maßnahme schont den Druckkopf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Druckkopf über die Reinigungsstation gefahren. Die Reinigungsposition befindet sich in diesem Falle unmittelbar an, insbesondere über, der Reinigungsstation. Die Düsenplatte des Druckkopfes berührt dabei die Reinigungsstation nicht, damit die Düsenplatte nicht beschädigt wird.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Reinigungsdüse schlitzförmig ausgebildet. Durch die schlitzförmigen Reinigungsdüsen kann das Reinigungsfluid über eine vorgegebene Behandlungsbreite aus der Reinigungsdüse austreten, sodass eine gleichmäßige Beaufschlagung des Druckkopfes mit dem Reinigungsfluid erreicht wird. Unter einem Schlitz ist hier sowohl eine längliche Öffnung ohne Unterbrechungen als auch eine Reihe von Rund- oder Langlöchern zu verstehen, die einen Schlitz simulieren. Insbesondere dann wenn die aus den einzelnen Löchern austretenden Fluidstrahlen einen zusammenhängenden Fluidvorhang bilden, ist unter einer derartigen Lochreihe ein Schlitz zu verstehen. Grundsätzlich sind auch schlitzähnliche Lochgebilde verwendbar, die jeweils einzelne Fluidstrahlen erzeugen, die keinen gemeinsamen Fluidvorhang bilden.
Ferner umfasst die mindestens eine Reinigungsstation jeweils mindestens eine Absaugöffnung für das Reinigungsfluid. In diesem Falle kann das Reinigungsfluid nach dem Austritt aus der/den Reinigungsdüse(n) und Kontakt mit dem Druckkopf, insbesondere mit der Düsenplatte des Druckkopfes, sofort wieder in ein Reservoir zurück geleitet werden. Hierzu wird das Reinigungsfluid mittels eines Unterdruckes gegenüber der Umgebung in die Absaugöffnung(en) hineingesaugt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auch mindestens eine Absaugöffnung schlitzförmig.
Damit wird das Reinigungsfluid aus einem größeren Bereich an der Düsenplatte wieder abgesaugt.
Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dann, wenn mindestens eine Reinigungsstation jeweils mindestens zwei Absaugöffnungen und mindestens eine dazwischen angeordnete Reinigungsdüse umfasst. Dadurch kann das aus der Reinigungsdüse austretende Reinigungsfluid nach dem Kontakt mit der Düsenplatte sofort wieder eingesaugt werden und zwar auch dann, wenn das Fluid nach dem Kontakt mit der Düsenplatte in alle Richtungen weggeleitet wird.
Das wieder abgesaugte Reinigungsfluid kann auch in einem Kreislauf geführt werden, d. h. das abgesaugte Fluid wird den Reinigungsdüsen wieder zugeführt. In diesem Kreislauf kann ein Separatormittel eingebunden sein, in dem abgelöste Partikel abgeschieden werden. Ein derartiges Separatormittel kann beispielsweise durch ein Hydrozyklon oder mehrere Hydrozyklone gebildet sein. Ferner ist in den Kreislauf selbstverständlich ein Fördermittel, beispielsweise eine Förderpumpe eingebunden, die das Reinigungsfluid zu den Reinigungsdüsen fördert. Im Separatormittel abgeschiedene Partikel werden in einem Abfallstrom abgetrennt. Dieser Strom wird vorzugsweise zu einem Abfallbehälter geleitet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens eine Reinigungsstation und ein Druckkopf relativ zueinander verfahrbar. Die mit der Reinigungsstation ebenfalls verfahrbaren schlitzförmigen Reinigungsdüsen und Absaugöffnungen werden somit relativ zum Druckkopf, insbesondere relativ zur Düsenplatte des Druckkopfes, und damit relativ zu den in der Düsenplatte befindlichen Tintendüsen bewegt, sodass nach und nach alle Bereiche auf der Düsenplatte und damit auch alle Tintendüsen vom Reinigungsfluid beaufschlagt werden. Insbesondere können die Reinigungsdüsen und Absaugdüsen gegenüber der Düsenplatte pendelnd bzw. oszillierend, d. h. hin und her, verfahren werden. Für eine gleichmäßige Behandlung einer eine größere Anzahl von Tintendüsen umfassenden Fläche der Düsenplatte reicht es daher aus, wenn die Tintendüsen von nur wenigen Reinigungsdüsen, insbesondere von nur einer einzigen Reinigungsdüse, beaufschlagt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Reinigungsdüs(en) und/oder Absaugöffnung(en) schlitzförmig ist/sind und die Reinigungsstation und der Druckkopf senkrecht zur Schlitzerstreckung der Düse(n) bzw. Öffnung(en) relativ zueinander verfahrbar sind. Denn wenn die Schlitze ausreichend lang sind, um die Breite einer Düsenmatrix im Druckkopf, insbesondere in der Düsenplatte des Druckkopfes, abzudecken, reicht für die vollständige Beaufschlagung aller Tintendüsen mit dem Reinigungsfluid eine eindimensionale Relativbewegung der Reinigungsstation und des Druckkopfes aus, um alle Tintendüsen beaufschlagen zu können.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Reinigungsstation ferner in einem festen Abstand zu den Tintendüsen des Druckkopfes verfahrbar, sodass das Reinigungsfluid mit einem definierten Druck und mit einem definierten Volumenstrom auf die Tintendüsen des Druckkopfes auftrifft. Dadurch wird eine sehr präzise Reinigung der Düsenplatte erreicht.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt der Abstand des Druckkopfes zu der Reinigungsstation, insbesondere der Düsenplatte zur Reinigungsstation, im Bereich von 100–500 μm. Ein derart geringer Abstand ermöglicht eine sehr intensive Reinigung der Düsen.
Die Wartungseinheit wird vorzugsweise derart gestaltet, dass jedem Druckkopf des Tintenstrahldruckers jeweils eine Parkstation und jeweils eine davon verschiedene Reinigungsstation zugeordnet sind.
Ferner wird jedem Druckkopf auch jeweils eine eigene Parkstation und eine eigene Reinigungsstation zugeordnet, d. h. jeder Druckkopf wird zu einer eigenen Parkstation und einer eigenen Reinigungsstation verfahren; eine Vertauschung der Stationen und/oder gemeinsame Verwendung der Stationen durch unterschiedliche Druckköpfe findet nicht statt. Somit wird verhindert, dass Druckköpfe durch die Tinte eines anderen Druckkopfes verunreinigt werden.
Die Parkstation und die Reinigungsstation einer Wartungseinheit für einen Druckkopf können in einer gemeinsamen Vorrichtung untergebracht sein.
Ein Druckkopf wird für einen Druckvorgang während einer bestimmten vorgegebenen Druckphase verwendet, deren Länge sich beispielsweise nach der Menge der durchgesetzten Tinte richtet. Nach Abschluss der Druckphase wird der Druckkopf in die Parkposition in oder an die Parkstation gefahren und dort auf die Kappe aufgesetzt, oder die Kappe wird auf den Druckkopf aufgesetzt, um zu verhindern, dass die Tinte eintrocknet und sich Partikel in den Düsen absetzen. Ferner wird in der Parkstation in einem vorgegebenen Rhythmus eine Spülphase durchlaufen, in der der Druckkopf freigedruckt wird, d. h. Tinte wird bei aufgesetzter Kappe aus dem Druckkopf ausgestoßen. Diese sammelt sich in der Kappe und wird über einen Absaugschlauch abgesaugt.
Nach einer Druckzyklusphase, die mehrere Druckphasen und dazwischen liegende Parkphasen umfassen kann, wird der Druckkopf in die Reinigungsposition zur Reinigungsstation verfahren und dort über die Reinigungsdüsen und Absaugöffnungen verfahren, wobei Reinigungsflüssigkeit von den Reinigungsdüsen an die Tintendüsen gesprüht und die ausgesprühte Reinigungsflüssigkeit von den Absaugöffnungen wieder abgesaugt wird. Dabei werden hartnäckige Verunreinigungen am Druckkopf entfernt. Hierzu fährt der Druckkopf vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit über der Reinigungsstation und ganz bevorzugt parallel zu dieser hin und her. Während der Überfahrt des Druckkopfes wird das Reinigungsfluid aus einer oder mehreren Reinigungsdüsen gegen den Druckkopf gespritzt. Gleichzeitig wird das ausgespritzte Reinigungsfluid vorzugweise über die Absaugöffnungen wieder abgesaugt, sodass das Fluid nicht in die Umgebung der Reinigungsstation gelangen kann. Das mit dem Druckkopf in Kontakt kommende Reinigungsfluid weicht angetrocknete Tintenreste auf und transportiert die abgelösten Verschmutzungen ab. Durch die Absaugöffnungen werden die Verschmutzungen abtransportiert. Dieser Ablauf kann mehrfach durchgeführt werden.
Nach Abschluss dieser Reinigungsphase kann der Druckkopf für eine Druckphase wieder in eine Druckposition im Tintenstrahldrucker oder zunächst in die Parkposition zur Parkstation verfahren werden.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird anhand folgender Figuren näher erläutert:
1 zeigt eine schematische Darstellung eines auf einer Kappe einer Parkstation aufsitzenden Druckkopfes in einer Vorderansicht (a) und in einer Seitenansicht (b);
2 zeigt eine schematische Darstellung des auf der Kappe aufsitzenden Druckkopfes von 1 in der Parkstation beim Freidrucken des Druckkopfes in einer Vorderansicht (a) und in einer Seitenansicht (b);
3 zeigt eine schematische Darstellung eines auf einer Reinigungsstation aufsitzenden Druckkopfes in einer Vorderansicht (a) und in einer Seitenansicht (b);
4 zeigt eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Wartungseinheit;
5 zeigt eine perspektivische Darstellung, einer kombinierten Park- und Reinigungsstation;
6 zeigt einen Druckkopf mit der Düsenplatte und einer Guardplatte in einer perspektivischen Ansicht.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit derselben Funktion.
Der in 6 gezeigte Druckkopf D weist einen Düsenkorpus Dk und eine Düsenplatte Dp mit Tintendüsen Dt auf. Die Düsenplatte Dp ist gegenüber der Vorderfront eines Außenrahmens (Guardplatte) Da zurückgesetzt, indem der Außenrahmen Da auf die Düsenplatte Dp aufgesetzt ist, sodass eine in gleitendem Kontakt mit der Guardplatte Da stehende Wartungsstation mit der Düsenplatte Dp nicht in direkten Kontakt gerät. Durch. die Dicke der Guardplatte Da wird ein Abstand a zwischen der Düsenplatte Dp und der Wartungsstation vorgegeben. Dieser Abstand a kann beispielsweise 200 μm betragen.
In 1 (Vorderansicht: 1a; Seitenansicht: 1b) ist eine Kappe 10 einer Parkstation I, auf der ein Druckkopf D aufgesetzt ist, schematisch gezeigt. Der Druckkopf D weist auf der Rückseite Tintenzu- bzw. -abführungen (ink-inlet bzw. ink-outlet) De und auf der Vorderseite eine Düsenplatte Dp mit Tintendüsen Dt auf. Auf der Vorderseite des Druckkopfes D befindet sich ein Außenrahmen (Guardplatte) Da, durch den die Düsenplatte Dp gegenüber der Vorderseite des Druckkopfes D zurückgesetzt ist.
Die Kappe 10 umschließt zusammen mit dem Druckkopf D einen Auffangraum 11. Die Kappe 10 sitzt auf dem Außenrahmen Da fest und abdichtend auf. Hierzu ist die Kappe 10 mit einem elastischen Rand versehen (nicht dargestellt), sodass die Kappe auf dem Außenrahmen Da zumindest flüssigkeitsdicht aufsitzt. Nicht dargestellt ist, dass die Kappe 10 federnd gelagert ist und somit taumelnd und federbelastet gegen eine Stellung etwa coplanar mit dem Außenrahmen Da des Druckkopfes D auf den Außenrahmen Da aufsetzbar ist.
In die Kappe 10 mündet ein Schlauch 12, der nach außen führt. Durch diesen Schlauch 12 wird ein Druckausgleich gegenüber der Umgebung herbeigeführt, um zu vermeiden, dass die Düsenplatte Dp beschädigt wird, wenn die Kappe 10 von dem Druckkopf D abgenommen wird.
Wenn sich der Druckkopf D in der Parkstation I befindet (schematisch dargestellt durch die Kappe 10 mit dem Schlauch 12), bildet sich im Auffangraum 11 eine gesättigte Lösungsmittelatmosphäre dadurch, dass Tintenflüssigkeitsreste in den Auffangraum 11 gelangen, insbesondere wenn der Druckkopf D freigedruckt wird, d. h. wenn Tinte aus den Tintendüsen Dt in den Auffangraum 11 ausgestoßen wird. Dies ist in 2 gezeigt, wiederum in der Vorderansicht (2a) und in der Seitenansicht (2b). In dieser Darstellung ist schematisch gezeigt, dass Tintenflüssigkeit T aus den Tintendüsen Dt austritt.
Durch diese Flüssigkeit T wird die Atmosphäre im Auffangraum 11 mit Lösungsmittel, das in der Tintenflüssigkeit T enthalten ist, gesättigt. Dadurch wird verhindert, dass die sich noch in den Tintendüsen Dt befindende Tintenflüssigkeit T eintrocknet und feste Ablagerungen bildet, die zur Verstopfung der Tintendüsen Dt führen würden.
Die in den Auffangraum 11 gelangte Tintenflüssigkeit T wird über den Schlauch 12 mittels der Saugpumpe 13 abgesaugt und zu einem (nicht dargestellten) Abfallbehälter befördert.
In 3 ist eine schematische Darstellung eines auf einer Reinigungsstation II aufsitzenden Druckkopfes D gezeigt.
Die Reinigungsstation II umfasst einen Reinigungsdüsenkörper 20 mit Reinigungsdüsen 21 und Absaugöffnungen 22. In der Seitenansicht sind eine Reinigungsdüse 21 und zwei Absaugöffnungen 22 dargestellt, wobei sich die beiden Absaugöffnungen 22 zu beiden Seiten der Reinigungsdüse 21 befinden. Die Reinigungsdüse 21 und die Absaugöffnungen 22 sind ausweislich 3a jeweils aus einer Reihe von einzelnen Düsenöffnungen 21.1, 21.2, 21.3, ... bzw. Absaugöffnungen 22.1, 22.2, 22.3, ... gebildet, sodass die Düsenöffnungen 21.1, 21.2, 21.3, ... bzw. Absaugöffnungen 22.1, 22.2, 22.3, jeweils zusammen Schlitzöffnungen 21, 22 ausbilden. Die Düsenöffnungen 21.1, 21.2, 21.3, ... einer Reinigungsschlitzdüse 21 werden durch eine Zufuhrleitung 23 gespeist. Zur Förderung einer Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise des in der Tintenflüssigkeit enthaltenen Lösungsmittels, dient eine Förderpumpe 25. Die Absaugöffnungen 22.1, 22.2, 22.3, ... der Absaugschlitzöffnungen 22 werden über eine Absaugleitung 24 abgesaugt. Hierzu wird eine Absaugpumpe 26 eingesetzt.
Die Reinigungsflüssigkeit, die aus den schlitzförmigen Reinigungsdüsen 21 austritt, gelangt an die Tintendüsen Dt des Druckkopfes D und löst dort feste Ablagerungen, beispielsweise eingetrocknete Tintenreste und Pigmentteilchen, ab. Dabei wird die Reinigungsflüssigkeit von der Achse der Reinigungsdüse 21 weggelenkt und zu den Absaugöffnungen 22 geleitet (Pfeile P1). Die in die Umgebung der Absaugöffnungen 22 gelangte Reinigungsflüssigkeit wird von diesen aufgenommen und abgesaugt.
Damit die Reinigungsdüsen 21 die gesamte Düsenplatte Dp mit allen Tintendüsen Dt erfasst und mit Reinigungsflüssigkeit beaufschlagt, wird der Druckkopf D in Längsrichtung entlang der Pfeile Pd hin- und herbewegt, wobei der Außenrahmen Da auf dem Reinigungsdüsenkörper 20 gleitet (nicht dargestellt). Dadurch wird die schlitzförmige Reinigungsdüse 21 über alle Tintendüsen Dt hinweg gefahren und bewirkt so an allen Tintendüsen Dt einen Reinigungseffekt. Hierzu muss die Auslenkung der Hin- und Herbewegung des Druckkopfes D mindestens genauso groß sein wie die Längsausdehnung des Tintendüsenfeldes in der Düsenplatte Dp. Außerdem soll auch die Länge der Reihe von Düsenöffnungen 21.1, 21.2, 21.3, ..., d. h. die Länge des Düsenschlitzes, mindestens so groß sein wie die Breite des Tintendüsenfeldes, um auch in dieser Ausdehnung eine entsprechende vollflächige Wirkung zu erreichen.
In 4 ist ein Fließschema für drei Parkstationen I jeweils mit Kappen 10, Auffangräumen 11, Schläuchen 12 und mit einer Saugpumpe 13 sowie drei Reinigungsstationen II jeweils mit Reinigungsdüsenkörpern 20, Reinigungsdüsen 21, Absaugöffnungen 22, Zufuhrleitungen 23, Absaugleitungen 24, Förderpumpen 25 und mit einer Absaugpumpe 26 gezeigt. Zwischen der rechten und der mittleren Parkstation I können sich weitere Parkstationen befinden.
Zum Absaugen von beim Freidrucken in die Auffangräume 11 in den Parkstationen I gelangte Tintenflüssigkeit wird über Leitungen 14 abgesaugt und in einen Abfallbehälter 30 geleitet. Dreiwegeventile 15 verbinden die Auffangräume 11 über Leitungen 16 ebenfalls mit dem Abfallbehälter 30. Durch Wahl dieses Verbindungsweges kann ein Druckkopf D von der Kappe 10 seiner Parkstation I abgenommen werden, weil dadurch ein Druckausgleich zwischen dem jeweiligen Auffangraum 11 und dem Außendruck hergestellt wird.
Die über die Absaugöffnungen 22 der Reinigungsstation II abgesaugte Reinigungsflüssigkeit wird mittels der Absaugpumpe 26 über die Leitungen 24 in einen Hydrozyklon 27 gesaugt, in dem Feststoffanteile in der abgesaugten Reinigungsflüssigkeit von der Flüssigkeit abgetrennt werden. Die abgetrennte Flüssigkeit wird über eine Leitung 28 und einen Filter 29 zu den Förderpumpen 25 und dann zu den Reinigungsdüsen 21 zurückgeführt. Außerdem kann optional Reinigungsflüssigkeit aus einem Reservoir 31 zu den Reinigungsdüsen 21 geleitet werden.
In 5 ist ein Beispiel einer kombinierten Wartungseinheit A mit einer Parkstation I und einer Reinigungsstation II gezeigt. Die kombinierte Wartungseinheit A weist einen Sockel 40 auf, in den eine Kappe 10 für die Parkstation I integriert ist. Der Rand der Kappe 10 sitzt auf dem Druckkopf D auf, wenn sich der Druckkopf D in der Parkposition befindet. Dann bildet die Kappe 10 mit dem Druckkopf D einen abgeschlossenen Hohlraum, der den Auffangraum 11 bildet. Ferner trägt der Sockel 40 auch die Reinigungsdüse 21 und die Absaugöffnungen 22 der Reinigungsstation II. Es ist gut erkennbar, dass die Reinigungsdüse 21 und die Absaugöffnungen 22 schlitzförmig und parallel zueinander angeordnet sind. Die beiden Absaugschlitze 22 befinden sich beidseits der Reinigungsdüse 21. Ein Druckkopf D, der die Reinigungsposition einnimmt, wird in Richtung des Pfeiles Pd über die Reinigungsstation II hinweg geführt. Dabei gleitet der Außenrahmen Da des Druckkopfes D auf der die Reinigungsdüse 21 und die Absaugöffnungen 22 enthaltenden Reinigungsstation II.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7175253 B2 [0004]
US 75314242 B2 [0005]
EP 0597674 A2 [0006]
EP 1101616 A1 [0008]
US 6905552 B2 [0009]
US 2007/0263026 A1 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 7810 [0016]
ISO 7810 [0016]

Claims

Wartungseinheit (A) für einen mindestens einen Druckkopf (D) mit Tintendüsen (Dt) aufweisenden Tintenstrahldrucker, umfassend mindestens eine Parkstation (I) für jeweils einen Druckkopf (D) und mindestens eine zu der mindestens einen Parkstation (I) verschiedene Reinigungsstation (II) für jeweils einen Druckkopf (D), wobei mindestens eine Parkstation (I) eine Kappe (10) umfasst, die in einer Parkposition des Druckkopfes (D) im Tintenstrahldrucker am Druckkopf (D) anliegt und die im anliegenden Zustand einen an den Druckkopf (D) angrenzenden und nach außen abgedichteten Auffangraum (11) bildet, um das Eintrocknen von in den Tintendüsen (Dt) befindlicher Tinte (T) zu verhindern, und wobei mindestens eine Reinigungsstation (II) jeweils mindestens eine Reinigungsdüse (21) zum Abgeben eines Reinigungsfluids zu den Tintendüsen (Dt) sowie jeweils mindestens eine Absaugöffnung 22 umfasst.
Wartungseinheit (A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Parkstation (I) federnd gelagert ist.
Wartungseinheit (A) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Auffangraum (11) gegenüber dem Außendruck ausgleichbar ist.
Wartungseinheit (A) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reinigungsstation (II) federnd gelagert ist.
Wartungseinheit (A) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reinigungsdüse (21) schlitzförmig ist.
Wartungseinheit (A) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Absaugöffnung (22) schlitzförmig ist.
Wartungseinheit (A) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reinigungsstation (II) jeweils mindestens zwei Absaugöffnungen (22) und mindestens eine dazwischen angeordnete Reinigungsdüse (21) umfasst.
Wartungseinheit (A) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reinigungsstation (II) und ein Druckkopf (D) relativ zueinander verfahrbar sind.
Wartungseinheit (A) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsstation (II) in einem festen Abstand zu den Tintendüsen (Dt) des Druckkopfes (D) verfahrbar ist.
Wartungseinheit (A) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand im Bereich von 100–500 μm liegt.
Wartungseinheit (A) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Druckkopf (D) des Tintenstrahldruckers jeweils eine eigene Parkstation (I) und jeweils eine eigene Reinigungsstation (II) zugeordnet sind.
Verwendung eines Tintenstrahldruckers, der eine Wartungseinheit (A) nach einem der Ansprüche 1–11 umfasst, für die Herstellung von Sicherheits- und/oder Wertdokumenten.