DE2831855C2 - Tintenstrahldrucksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tintenstrahldrucksystem mit einem Druckkopf, der zumindest eine Düse besitzt, durch die Tintentropfen auf einen Aufzeichnungsträger ausgestoßen werden, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Auf dem Gebiete des Tintenstrahldrucks ist es von größter Wichtigkeit, daß die Tintentröpfchen eine Zusammensetzung aufweisen, die es ihnen ermöglicht, bei Kontakt mit dem Aufzeichnungsträger schnell zu trocknen, so daß ein Verschmieren der Tinte vermieden wird; andererseits muß ein Trocknen der Tropfen an der Druckkopfdüse verhindert werden. Die Düse verstopft sich sonst bei Nichtgebrauch oder bei Arbeitspausen.

Bestimmte langsam trocknende Tinten wurden bereits zusammen mit absorbierendem Papier bei derartigen Druckköpfen verwendet, so daß das Papier einen Teil der Schwierigkeiten der langsam trocknenden Tinte übernimmt. Ein Nachteil der Verwendung einer derartig langsam trocknenden Tinte und des absorbierenden Papiers besteht darin, daß das Verhalten der Tinte und des Papiers ein unregelmäßiges Tropfenmuster und somit verzerrte Zeichen hervorruft.

Sollen maschinenlesbare Zeichen gedruckt werden, etwa bestimmte Strichcodierungen, die auf Hochqualitätspapieren wie Etiketten und Belegen aufgebracht sind, dann ist es üblich, schnelltrocknende Tinten zu verwenden, die auf Basis organischer Lösungsmittel wie Keton oder Alkohol entwickelt wurdea Derartige Tinten auf Basis organischer Lösungsmittel neigen jedoch dazu, an der Düse des Druckkopfs oder

innerhalb des Druckkopfes selbst, einzutrocknen, zu verkrusten oder einzudicken, wodurch die Funktion der Druckeinheit beeinträchtigt wird.

Die DE-OS 24 28 460 offenbart einen Tintenstrahldrucker, der das zuvor angesprochene Problem verringern soll, und zwar dadurch, daß ein mit Dampf erzeugender Flüssigkeit gefüllter Behälter vorgesehen ist, der bezüglich des Druckkopfs verschiebbar ist Während Druckpausen, oder wenn kein Druck stattfindet, werden die Düsen dem Dampf ausgesetzt, so daß das Eintrocknen der Tinte in ihnen vermieden wird.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein verhältnismäßig gioßer Flüssigkeitsoberflächenbereich und somit ein verhältnismäßig großer Behälter für die Erzeugung einer mit Lösungsmittel angereicherten Atmosphäre erforderlich ist Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sehr rasch trocknende Tinten bei dieser bekannten Anordnung nicht verwendet werden können, da die Düsen nur in Pausen der mit Lösungsmittel angereicherten Atmosphäre ausgesetzt werden.

Der in der DE-OS 25 43 038 beschriebenen Tintenstrahldrucker verringert diese Nachteile dadurch, daß ein Behälter für ein Tintenlösungsmittel vorgesehen ist, sowie eine Fördervorrichtung mit der Lösungsmitteldampf enthaltende Luft in einen Bereich vor der Düse geführt wird, um das Eintrocknen der Tinte in der Düse zu verhindern. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß neben dem Lösungsmittelbehälter eine komplizierte Anordnung mit einer Pumpe, einem Filter und Drucksteuermitteln erforderlich ist.

Ein ähnlicher Drucker ist in der DE-OS 24 57 643 beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein Behälter für ein Schutzmedium, beispielsweise Helium, vorgesehen, das über Fördermittel in einen Bereich vor den Düsen befördert wird, um die Düsenmündungen vor der Atmosphäre zu schützen. Auch diese Anordnung ist verhältnismäßig komplex, da sie Steuermittel zur Betätigung von Ventilen benötigt, damit abwechselnd Fluid an die Düsen geführt wird, wenn der Druckkopf arbeitet bzw. wenn er sich in Ruhestellung befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tintenstrahldrucksystem zu schaffen, bei dem das Eintrocknen der Tinte in den Düsen durch einfache Maßnahmen verhindert wird, die sowohl während des Arbeitens als auch in Ruhestellung des Druckkopfs wirksam sind, wobei diese Maßnahmen weder einen großen Behälter zum Erzeugen der notwendigen mit Lösungsmittel angereicherten Atmosphäre noch komplexe Pumpen- und Ventilanordnungen zum Fördern des Lösungsmittels benötigen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Vorteil eines Dochtes wie er bei der Erfindung für die Förderung des Tintenlösungsmittels von einem Behälter zu einem Bereich vor den Düsen verwendet wird, besteht darin, daß der Docht derart angeordnet werden kann, daß er sich bis in die unmittelbare Nachbarschaft der Düsen erstreckt und daß aufgrund seiner porösen Natur bereits ein verhältnismäßig kleiner Teil des Dochtes eine große Oberfläche für die

Lösungsmittelverdampfung bildet

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß infolge der Kapillarwirkung des Dochtes die Lösungsmitteldosierung automatisch und immer mit der richtigen Quantität erfolgt

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen veranschaulichten Ausfuhrungsbeispielen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine prinzipielle perspektivische Darstellung eines Eindüsen-Tintenstrahldruckkopfes mit einer Vorrichtung zur Verhinderung der Tintentrocknung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 eine vertikale Schnittdarstellung entlang der Linie H-II in F ig. 3;

Fig.3 eine Draufsicht mit teilweiser Schnittansicht entlang der Linien HI-III gemäß F i g. 2 und

F i g. 4 in prinzipieller Schnittdarstellung eine weitere in einem Tintenstrahldruckkopf integrierte Ausführungsform gemäß der Erfindung.

F i g. 1 zeigt in vereinfachter perspektivischer Dar-Stellung einen herkömmlichen Eindüsen-Tintenstrahldruckkopf 1, auf dessen vorderem Teil gemäß der Erfindung ein auf diesen aufsetzbares Teil 14 angeordnet ist, das mit einem Lösungsmittelbehälter 8 verbunden, z. B. verklebt, ist Der Druckkopf 1 weist eine Düse 17, ein aus einem piezoelektrischen Kristall 3 und einer Membrane 2 bestehendes Antriebselement und eine Tintenzuführung 4 auf. Die elektrische Ansteuerung des piezoelektrischen Kristalls 3 erfolgt über die Anschlußleitungen 5 und 6.

Die prinzipielle Wirkungsweise eines Tintenstra'üldruckkopfes wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der Schnittdarstellung in Fig.4 erläutert Der Druckkopf 1 kann mittels einer Lasche 7 oder einem anderen allgemein bekannten Befestigungselement in herkömmlicher Weise auf dem Schlitten eines Druckers befestigt werden, wie er z. B. in F i g. 5 im Zusammenhang mit einer weiteren Ausführungsform gezeigt ist. Das Teil 14 kann z. B. auf den Kopf 1 aufgeklebt sein oder durch Preßsitz, d. h. lösbar mit diesem verbunden sein.

Der Lösungsbehälter 8 enthält eine Kammer 9, die mit Lösungsmittel 10 über eine entsprechende Öffnung gefüllt werden kann. Die Kammer 9 kann z. B. durch einen Gummistopfen 11 verschlossen werden, so daß ein Austritt des Lösungsmittels verhindert wird. Vorzugsweise besteht der Lösungsmittelbehälter 8 aus einem durchsichtigen Plastikmaterial, so daß auf einfache Weise der im Lösungsmittelbehälter 8 jeweils vorhandene Lösungsmittelvorrat optisch überwacht werden kann.

Das auf dem Druckkopf 1 angeordnete Teil 14 enthält einen Verdampfungsraum 14a, der über einen Kanal 86 und 146 mit der Kammer 9 des Lösungsmittelbehälters 8 in Verbindung steht, was aus den F i g. 2 und 3 am besten ersichtlich ist.

Gemäß der Erfindung wird mit Hilfe eines dochtartigen Materials, das beispielsweise aussaugfähigem Papier, aus Textil, aus Filz oder einem anderen Material besteht, in dem infolge von Kapillarwirkungen Flüssigkeit transportiert werden kann, Lösungsmittel aus dem Lösungsmittelbehälter 8 in den Verdampfungsraum 14a transportiert. In den F i g. 1 bis 3 ist ein Docht 16 gezeigt, dessen linker unterer Teil in das Lösungsmittel 10 eingetaucht ist, und der mit seinem Abschnitt 16a durch den Kanal 86 und 146 so in den Verdampfungsraum 14a geführt ist, daß er mit seinem rechten, kreisförmigen Ende 166 vor der Düse 17 des Druckkopfes 1 zu liegen kommt Das Ende 166 weist eine Öffnung 16c auf, die größer als die Düse 17 ist Eine weitere vorzugsweise etwas kleinere Öffnung 15 ist in der Vorderseite des Teils 14 vorgesehen. Die Öffnung 15 weist jedoch ebenfalls einen größeren Durchmesser als die Düse 17 auf. Die Düse 17 und die öffnungen 16c und 15 sind miteinander ausgerichtet so daß die über den Düsenkanal 18 und durch die Düse 17 gestoßenen Tintentropfen ohne Berührung durch die Öffnungen 16c und 15 fliegen können und semit ohne Behinderung auf einen in entsprechender Weise vor der Düse angeordneten Aufzeichnungsträger 19 F i g. 1 auftreffen können. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Durchmessers bzw. der Größe und der Länge des Verbindungskanals 86 und 146 kann sichergestellt werden, daß ein direkter Übertritt des Lösungsmittels 10 von der Kammer 9 in den Verdampfungsraum 14a verhindert wird, wodurch auch die Gefahr des Austretens aus dem Verdampfungsraum 14a über die Öffnung 15 eliminiert wird. Zur besseren Darstellung ist der Durchmesser des Kanals 86 und 146 relativ groß. In der Praxis kann er so klein gewählt werden, daß der Docht gerade noch Platz hat

Durch die vorangehend beschriebene Anordnung des Dochtes 16 wird das Lösungsmittel 10 über die linke untere Hälfte des Dochtes 16, über den Dochtabschnitt 16a infolge der kapillaren Kräfte bzw. der Saugfähigkeit des Papiers zu dem Dochtteil 166 gezogen, von wo es großflächig in den Verdampfungsraum I4a verdunsten kann. Durch die Dimensionierung des Verdampfungsraumes 14a und des Dochtes, insbesondere des Dochtteils 166 kann auf einfache Weise die gewünschte bzw. erforderliche Lösungsmitteldampfkonzentration in dem Verdampfungsraum 14a erzeugt werden. Durch diese stets an der Düse vorhandene angereicherte oder gesättigte Lösungsmittelatmosphäre wird ein Eintrocknen, ein Verkrusten oder Verdicken der auf dem Aufzeichnungsträger 19 schnelltrocknenden Tinte an der Düse 17 des Druckkopfes 1 verhindert, so daß der Druckkopf 1 störungsfrei arbeiten kann und immer betriebsbereit ist. Dabei wirkt es sich besonders vorteilhaft aus, daß die Eintrocknungsverhinderungsvorrichtung stets, also auch während des Drückens, auf dem Kopf verbleibt.

Es versteht sich, daß ein gewisser Teil des verdampften Lösungsmittels aus dem Verdampfungsraum 14a entweichen kann. Dies kann dadurch, weitgehend verhindert werden, daß ein manuell betätigbarer Hebel 12, der z. B. auf einem axial verschiebbaren Stift 13 angeordnet ist, gegen die' Wirkung einer Feder (nicht gezeigt) aus einer Ausnehmung nach vorn gezogen und um den Stift 13 nach rechts bis zu einem Anschlag 14c verschwenkt' wird, so daß die Öffnung 15 im Teil 14 durch den Hebel 12 verdeckt ist. Durch diese Abdeckung der Öffnung 15 wird ein Austritt der Lösungsmittelatmosphäre aus dem Verdampfungsraum 14a verhindert, so daß kein unnötiger Lösungsmittelverbrauch bei längeren Druckpausen auftritt.

Es versteht sich, daß anstelle des in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Eindüsen-Kopfes auch ein Mehrdüsen-Kopf verwendet werden kann, wie er beispielsweise in den F i g. 5 und 6 dargestellt ist wobei in diesem Fall die Ausiiittsöffnung des Teils 14 und des Dochtteils i66 entsprechend der Anzahl der Düsen schlitzförmig verlängert werden müßte.

F i g. 4 zeigt eine prinzipielle Schnittdarstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der der

Lösungsmittelbehälter und der Verdampfungsraum in einem Tintenstrahldruckkopf 20 integriert sind. Der in F i g. 4 dargestellte Eindüsen-Tintenstrahldruckkopf 20 weist als Antriebselemente ein piezoelektrisches Kristall 38 und eine mit diesem verbundene Membrane 39 auf. Die Erregung des Kristalls 38 erfolgt durch Spannungsbeaufschlagung der Zuleitungen 36 und 37. Dadurch biegt sich das Kristall 38 und somit die Membrane in einen Kapillardruckraum 40 hinein, wodurch die in diesem befindliche Tinte über einen ίο-Düsenkanal 28 in Form eines Tintentropfens durch die in einer Düsenplatte 30 fixierte Düse 29 ausgestoßen wird. Vor der Düse ist in einer geeigneten Stelle ein zu bedruckender Aufzeichnungsträger (nicht gezeigt) positioniert. Der Kapiiiardruckraum 40 wird in allgemein bekannter Weise von einem Vorratsbehälter (nicht gezeigt) über eine Tintenzuleitung 43, einen Zwischenbehälter 42 und eine Zuleitung 41 mit Tinte versorgt. Der Kopf 20 kann z. B. aus Kunststoff bestehen, in den die Metalldüsenplatte 30 eingegossen ist.

Unter Anwendung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips wird in dem zylinderförmigen Kopf 20 eine Vertiefung 22 um den Kopf herum vorgesehen, die zur Aufnahme des Lösungsmittels 21 verwendet wird. Die Vertiefung 22 ist durch eine z. B. aufklebbare Abdekkung 26 abgedeckt. Diese weist eine Öffnung zum Eingießen des Lösungsmittels auf, welche durch einen Verschluß 23 geschlossen werden kann. Von dem Lösungsmittelvorratbehälter führt ein Kanal 34, 35 zur Vorderseite des Druckkopfes. Die Vorderseite des Druckkopfes weist ebenfalls einen Verdampfungshohlraum 20a vor der Düse 29 auf, der durch eine an dem Kopf 20 befestigte z. B. angeklebte Abdeckplatte 33 begrenzt ist. Die Abdeckplatte 33 enthält eine Öffnung 32, die größer als die Öffnung der Düse ist. In dem Lösungsmittel 21 ist um den Kopf 20 herum ein Docht 27 gelegt, der über den Kanal 34, 35 mit seinem Abschnitt 27a nach vorn in den als Verdampfungsraum dienenden Hohlraum 20a geführt wird, so daß ein Teil 276 des Dochtes vor der Düse 29 zu liegen kommt. Der Dochtteil 276 enthält ebenfalls eine Öffnung 27c, die größer als die Düse 29 ist. Die Düse 29 ist mit der Öffnung 27c und der Öffnung 32 ausgerichtet, so daß während des Druckbetriebes die aus der Düse 29 herausfliegenden Tropfen ohne Berührung die Öffnung 27c und die Öffnung 32 passieren können. Gemäß dem bereits beschriebenen Prinzip der Erfindung wird das Lösungsmittel über den Docht 27 in den Verdampfungsraum 20a gelangen, so daß in diesem eine gesättigte Lösungsmittelatmosphäre entsteht, die das Eintrocknen der Tinte an der Düse 29 verhindert.

Falls der Druckkopf 20 für iängere Zeit nicht in Betrieb genommen wird, kann zur Vermeidung von unnötigen Lösungsmittelverlusten die Öffnung 32 durch einen um einen Stift 25 verschwenkbar angeordneten Hebel 24 abgedeckt werden, wobei ein Anschlag 31 des Hebels 24 bis an ein nicht gezeigtes Gegenlager geführt wird.

Den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1 bis 4 liegt das gemeinsame erfinderische Prinzip zugrunde, daß vor den Düsen stets, d. h. auch während der Druckoperationen eine Lösungsmittelatmosphäre vorhanden ist, ohne daß eine Relativbewegung zwischen Druckkopf und Lösungsmitteldampfraum- bzw. Behälter erforderlich ist.

Das im vorangehenden anhand der Ausführungsbeispiele beschriebene Prinzip der Erfindung kann mit Erfolg sowohl in Eindüsen-Druckköpfen als auch in Mehrdüsen-Druckköpfen angewendet werden. Die Druckköpfe können in herkömmlicher Weise ganz oder überwiegend aus Kunststoff gegossen werden. Die Teile bzw. Elemente 8, 14 (Fig. 1-3). sowie 26 (Fig.4) können ebenfalls aus Kunststoff nach allgemein bekanntem Gießverfahren hergestellt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Tintenstrahldrucksystem mit einem Druckkopf, der mindestens eine Düse besitzt, durch die Tintentropfen auf einen Aufzeichnungsträger ausgestoßen werden, mit einem Behälter für ein Tintenlösungsmittel und einer Vorrichtung, über die Lösungsmittel aus dem Behälter in einen Bereich gefördert wird, der vor der Düse liegt, derart, daß eine mit Lösungsmittel angereicherte Atmosphäre in diesem Bereich erzeugt wird, die ein Eindicken oder Austrocknen der Tinte in der Düse verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung aus einem Docht (16,16a, 166; 27, 27a, 27^ besteht, der einen ersten Teil (16,27) besitzt, der in das Lösungsmittel (10, 21) eintaucht sowie einen zweiten Teil (166, 27b), der in einen vor der Düse (17, 2S) liegenden, mindestens eine öffnung (15,32) zum Durchlaß der Tintentröpfchen aufweisenden Verdunstungsraum (14a, 20) mündet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (166; 27 b) eine öffnung (16c; 27c)zum Durchlaß der Tintentropfen besitzt

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Teil (16a,J des Dochtes, der zwischen dem ersten (16) und dem zweiten Teil (166J liegt, in einem Durchlaß (186,146,} verläuft, der sich vom Behälter (8) zu einer Kammer (14) erstreckt, die die Düse (17) umgibt, den feuchtzuhaltenden Bereich definiert und eine mit der Öffnung (16ς> in dem Docht (16,16a, 166) und mit der Mündung der Düse (17) ausgerichtete öffnung (15) besitzt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (166,1 des Dochtes flach und kreisförmig ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (22) und die Kammer (20a,f Ausnehmungen in dem Druckkopf (20) sind.