DE3606659C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenträgerfilm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Tintenträgerfilme werden bei einem speziellen Typ von Tin­ tenstrahlschreibern verwendet. Ein solcher Tinten­ strahlschreiber, der ohne Düsen auskommt, ist in der JP-OS 60-71 260 beschrieben. Bei dem Gerät wird ein Tintenträger­ film mit mehreren Poren oder Ausnehmungen durch einen Tin­ tenvorrat geführt, wo die Poren mit Tinte gefüllt werden. In den mit Tinte gefüllten Poren werden bei Erreichen der Oberfläche eines Thermokopfs und dessen Ansteuerung durch Erwärmung Bläschen erzeugt, mit der Folge, daß der Druck der erzeugten Bläschen ein Ausstoßen der Tinte aus den Po­ ren veranlaßt. Problematisch ist der Umstand daß der Tin­ tenträgerfilm überlicherweise aus Metall besteht, so daß ein geringer thermischer Wirkungsgrad erzielt wird und sich ein rascher reibungsbedingter Verschleiß des Thermokopfes ein­ stellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintenträ­ gerfilm der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ein verbesserter Wärmewirkungsgrad erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Tintenträgerfilm, enthält mindestens zwei Schichten, von denen die Schicht auf der Seite des Thermokopfs relativ gut wärmeisolierend ist. Dadurch läßt sich die zur Aufheizung benötigte Energie stark herabset­ zen. Da außerdem der reibungsbedingte Verschleiß der Wärme­ quelle herabgesetzt wird, besitzt diese eine längere Le­ bensdauer. Außerdem ist das wärmeisolierende, eine geringe Reibung aufweisende Material weich, so daß zwischen dem Film und der Wärmequelle eine sichere Abdich­ tung erzeugt und dadurch die Tinten-Ausstoßkraft erhöht werden kann.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Tintenstrahl­ schreibers, bei dem ein erfindungsgemäßer Tintenträgerfilm verwendet wird,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des Tintenstrahlschreibers nach Fig. 1,

Fig. 3 im Querschnitt die einzelnen Stufen beim Tin­ tenausstoß in Verbindung mit einem erfindungs­ gemäßen Tintenträgerfilm,

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche die Bezie­ hung zwischen der Dicke des wärmeisolierenden Materials und der benötigten Energie darstellt,

Fig. 5a und 5b sowie Fig. 6a und 6b Skizzen, welche unterschiedliche Lagebeziehun­ gen zwischen Poren des Tintenträgerfilms und dem Aufzeichnungskopf erläutern,

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Farb-Tinten­ strahlschreibers mit einem erfindungsgemäßen Tintenträgerfilm,

Fig. 8a eine perspektivische Ansicht eines den erfin­ dungsgemäßen Tintenträgerfilm verwendenden einfarbigen seriellen Druckers,

Fig. 8b eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Aufzeichnungsabschnitts des Einfarben-Serien­ druckers nach Fig. 8a, und

Fig. 9 verschiedene Formen von Poren oder Ausnehmungen eines erfindungsgemäßen Tintenträgerfilms im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Ausgestaltung des Hauptteils eines Tintenstrahlschreibers, bei dem ein erfindungsgemäßer Tintenträgerfilm zum Einsatz gelangt. Bei dem in der Zeich­ nung dargestellten Film 1 handelt es sich um ein Endlos­ band mit mehreren Poren 2, die im folgenden noch näher er­ läutert werden. Der Durchmesser jeder Pore 2 bestimmt sich durch die Dicke des Films derart, daß, wenn der Film eine Dicke von etwa 50 µm hat, die Pore einen maximalen Durch­ messer von etwa 50 µm aufweist. Wenn sich Walzen 3 A und 3 B drehen, wird der darauf aufgespannte Film 1 in Pfeilrichtung bewegt. Während der Film 1 durch einen Tintenvorrat 4 läuft, werden die Poren 2 des Films 1 mit Aufzeichnungstinte 5 gefüllt. Die in die Poren eingefüllte Tinte wird durch den Vorschub des Films 1 zu einer Stelle (in einem Aufzeich­ nungsabschnitt 8) gebracht, an der Heizelemente 6 eines Thermokopfs 7 in Form einer Reihe vor der Tinte angeordnet sind, so daß ein Erwärmen der Heizelemente 6 das sequentiel­ le Ausstoßen und Übertragen von Tinte aus den Poren 2 auf ein Aufzeichnungspapier (Aufzeichnungsträger) 9 veranlaßt wird.

Der Thermokopf 7 enthält eine Treiberschaltung, welche selektiv die Heizelemente 6 aufheizt. Im dargestellten Aus­ führungsbeispiel wird das Aufzeichnungspapier 9 über eine Gegendruckwalze 10 sowie Walzen 11 a und 11 b, die einen Papierschlupf beim Papiervorschub verhindern, geführt. Diese Walzen sind dem Aufzeichnungsabschnitt 8 gegenüber­ liegend angeordnet, wobei zwischen der Gegendruckwalze und dem Aufzeichnungsabschnitt eine Lücke von 0,1 bis 0,5 mm vorhanden ist.

Eine Klinge 12 streift nach Durchlauf durch den Tintenvor­ rat 4 noch an dem Film 1 haftende überflüssige Tinte ab. Mit einem Messer 13 wird die Papierbahn in gewünschte Längen­ abschnitte geschnitten. Bei einem solchen Einfarben-Zeilen­ drucker erfolgt die Aufzeichnung dadurch, daß den in einer Linie angeordneten Heizelementen 6 selektiv eine Spannung zugeführt wird.

Fig. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Auf­ zeichnungsabschnitts 8 nach Fig. 1. Der Film 1, der eine Gesamtdicke von 10 bis 60 µm aufweist, besitzt Poren mit einem Durchmesser von 15 bis 60 µm. Die in die Poren 2 ge­ füllte Tinte 5 bildet eine Tintenschicht 5 A, die etwa die gleiche Dicke hat wie der Film 1. Wenn die Tintenschichten 5 A in Berührung mit den sich erwärmenden Teilen der Heiz­ elemente 6 des Thermokopfs 7 kommen, bewirkt die von den erwärmten Teilen kommende Hitze die Erzeugung von Luftbla­ sen innerhalb der Tintenschichten 5 A, so daß der Luftbla­ sendruck das Ausstoßen und Übertragen von Tintentröpfchen 5 B durch die als Düsen wirkenden Poren 2 hindurch auf das Aufzeichnungspapier ermöglicht.

Fig. 3a bis 3f zeigen schematisch die einzelnen Stadien beim Ausstoßen von Tinte: Bei a) sind die Heizelemente 6 des Thermokopfs 7 noch nicht erwärmt, so daß die Tinten­ schicht 5 A innerhalb der Pore 2 sich noch nicht ändert. Im Stadium b) beginnt das Element 6 sich zu erwärmen, und wenn es eine Temperatur von 150-200°C erreicht, erzeugt es eine Luftblase 14 in einem Teil der Tintenschicht 5 A, der mit dem aufgeheizten Teil des Elementes in Berührung steht. Im Zustand c) dehnt sich die Luftblase 14 abrupt aus, und im Zustand d) wird ein Tintentröpfchen 5 B ge­ bildet. Im Zustand e) wird das Tintentröpfchen 5 B in Rich­ tung Aufzeichnungspapier ausgeschleudert, und im Zustand f) schließlich trifft das Tintentröpfchen auf dem Aufzeich­ nungspapier 9 auf und wird dort absorbiert.

Der bei dem oben beschriebenen Tintenstrahlschreiber nach den Fig. 2 und 3 verwendete Tintenträgerfilm 1 besitzt eine Filmschicht 1 A einer dicke von 8 bis 50 µm. Diese Schicht 1 A besteht aus einem Metall, wie beispielsweise Nickel oder rostfreiem Stahl. Außerdem enthält der Film eine aus wärmeisolierendem Material bestehende Schicht 1 B, die die metallische Schicht 1 A überzieht, zum Beispiel im Vakuum aufgedampft oder aufgebondet ist. Die Schicht 1 B hat eine Dicke von 2 bis 20 µm und besteht aus einem Fluorpolymer wie zum Beispiel Äthylen-Trifluorid, Äthylen- Tetrafluorid oder Äthylen-Hexyfluorid, einem so hervor­ ragend wärmebeständigen oder als Gleitmittel dienenden Harz wie Polyimid, Polypropylen oder Polyphenylen-Oxid, oder aus einem keramischen Material von SiO₂, SiC, SiN oder B₄N₃.

Bei dem obenerwähnten Aufheizvorgang fungiert die aus wärmeisolierendem Material bestehende Schicht 1 B als Wärmeübertragungs-Hemmer, der die Übertragung von Wärme vom Heizelement 6 auf den Film 1 beschränkt, was einer Energieeinsparung gleichkommt.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke t der wärmeisolierenden Materialschicht 1 B (Äthylen-Trifluorid) und der zum Ausstoßen der Tinte benötigten Energie W. Wie man aus Fig. 4 entnimmt, nimmt die benötigte Energie W bei einer Dicke t von 2 µm oder mehr plötzlich ab. Bei einem durch die Erfinder durchgeführten Experiment wurde ein Vergleich zwischen einem Nickelfilm mit einer Stärke von 15 µm und eine zweilagigen Film, bestehend aus einem Nickelfilm, der mit Äthylen-Trifluorid einer Dicke von 5 µm beschichtet war, durchgeführt. Der letztere Film benötigte nur etwa ¹/₁₀ oder noch weniger der von dem ersten Film benötigte Leistung.

Aufgrund der oben geschilderten Anordnung ermöglicht eine weiche, aus wärmeisolierendem Material bestehende Schicht 1 B in einer Lücke zwischen dem metallischen Film 1 A und dem Thermokopf 7 eine verbesserte geschlossene Dichtung zwischen diesen Teilen, wodurch verhindert wird, daß der Druck der Luftblase 14, die innerhalb der Tinte erzeugt wird, aus der Lücke zwischen dem Film 1 und dem Thermokopf 7 entweicht, so daß die Ausstoßkraft des Tintentröpfchens 5 B auf dem Maximalwert gehalten wird. Die Folge ist, daß sich die Tintentröpfchen-Ausstoßkraft derart erhöht, daß eine Lücke von etwa 0,1 mm zwischen Film und Aufzeichnungs­ träger praktisch die gleiche Qualität der Aufzeichnung zu liefern vermag.

Weiterhin ist die oben beschriebene Ausgestaltung in sofern vorteilhaft, als kein reibungsbedingter Verschleiß zwi­ schen dem Thermokopf 7 und dem Film 1 herabgesetzt und dadurch die Lebensdauer des teuren Thermokopfs verlängert wird.

Obschon die Schicht 1 B auf der Seite des Thermokopfs 7 beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel aus wärmeiso­ lierendem Material besteht, kann die Schicht 1 B auch eine Schicht aus Material mit geringer Reibung sein, zum Bei­ spiel aus einem Harz bestehen, wie beispielsweise Fluor­ polymer, Polyimid, Polypropylen der Polyphenylen-Oxid. Auch kann es sich um ein Beschichtungsmaterial handeln, in welchem eines dieser Harze als Bindeharz verwendet wird, auf welchem feines Graphitpulver, Molybdän-Disulfid- Pulver, Talkum oder dergleichen dispergiert ist. Vorzugs­ weise handelt es sich um eine Schicht aus wärmeisolieren­ dem Material mit geringer Reibung aus einem Harz, zum Beispiel einem Fluorpolymer oder Polyimid.

Fig. 5a und 5b sowie Fig. 6a und 6b veranschaulichen an­ hand von Skizzen die Lagebeziehung zwischen dem Thermokopf und den Poren des Films. Fig. 5 veranschaulicht den Fall, daß jedes Heizelement im Thermokopf einer der Poren 2 ent­ spricht, und Fig. 6 zeigt den Fall, daß jedes Heizelement mehreren Poren 2 entspricht. Im letzteren Fall (Fig. 6) wird, was das Auftreten von verstopften Poren angeht, eine größere Aufzeichnungszuverlässigkeit erzielt, wie in letz­ terem Fall (Fig. 5). Außerdem ist beim letzteren Fall keine Berücksichtigung der Lagebeziehung zwischen dem Thermokopf und den Düsenporen notwendig. In anderen Wor­ ten: Da mindestens eine von mehreren Poren mit Sicherheit vor dem Thermokopf liegt, wird auch bei unzeitgemäßer zeitlicher Steuerung des Zusammentreffens zwischen Heiz­ element und Poren kein Aufzeichnungsfehler hervorgerufen.

Fig. 7 zeigt schematisch eine beispielhafte Anordnung für einen Farb-Tintenstrahl-Zeilendrucker, bei dem der Tin­ tenträgerfilm gemäß der Erfindung eingesetzt wird. Die grundsätzliche Ausgestaltung der Anordnung nach Fig. 7 entspricht der des in Fig. 1 gezeigten Einfarben-Zeilen­ druckers, wobei die in Fig. 1 gezeigte Grundeinheit je­ weils einer Einheit für die einzelnen Primärfarben ent­ spricht. Die Teile 61 y und 64 y sind für einen Gelb-Film (Y) vorgesehen, die Teile 61 m und 64 m sind für den Magen­ ta-Film (M) vorgesehen, die Teile 61 c und 64 c sind für einen Cyan-Film (C) vorgesehen, und die Teile 61 blk und 64 blk sind für einen Schwarz-Film (BLK) vorgesehen, wobei mit den genannten Bezugszeichen jeweils der Film selbst und der dazugehörige Tintenvorrat bezeichnet sind. Auf­ zeichnungsabschnitte 68 y, 68 m, 68 c und 68 blk, die jeweils einen Thermokopf und eine Treibereinheit umfassen, lie­ gen einer Gegendruckwalze 10 gegenüber, die das Aufzeich­ nungspapier 9 trägt und transportiert. Durch Aufzeichnen von Punktmustern in Form von Mischpunkten oder sich über­ lappenden Punkten mit Hilfe der für die Farben Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz vorgesehenen Aufzeichnungsab­ schnitt 68 y, 68 m, 68 c und 68 blk synchron mit dem Vorschub des Papiers 9 läßt sich ein mehrfarbiges oder vollfarbiges Aufzeichnugsbild realisieren.

Fig. 8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen Einfarben-Zeilendrucker (seriel­ ler Drucker), bei dem ein in Form einer Kassette vorlie­ gender Tintenträgerfilm gemäß der Erfindung verwendet wird. Dieser serielle Drucker besitzt im wesentlichen den glei­ chen grundsätzlichen Aufbau wie der in Fig. 1 gezeigte Einfarben-Zeilendrucker. In einer Kassette 70 ist zusammen mit einem Tintenvorrat und weiteren hier nicht näher interessierenden Einzelheiten ein Film 71 aufgenommen. Die Kassette 70, die ihrerseits an einem Schlitten 73 montiert ist, wird von einem Motor 79 über einen Antriebs­ riemen 76 in Breitenrichtung des Aufzeichnungspapiers 9 bewegt. In einem Aufzeichnungsabschnitt 78 eines in Fig. 8b gezeigten Schreibers wird Tinte 75 von einem mit Tinte imprägnierten Schwamm 74 in im Film 71 befindliche Poren 72 gleichsam durch Imprägnieren eingebracht, so daß das Erwärmen eines Thermokopfs 77 den Ausstoß von Tintentröpf­ chen 75 B auf den Aufzeichnungsträger 9 bewirkt. Wenn in Breitenrichtung des Aufzeichnungsträgers bei einem solchen Einfarben-Seriendrucker Kassetten für die Farben Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz angeordnet sind, läßt sich der Drucker auch als Farb-Seriendrucker verwenden.

Die Erfindung läßt sich also einsetzen bei einem Einfar­ ben-Zeilendrucker, einem Einfarben-Seriendrucker, einem Farb-Zeilendrucker und einem Farb-Seriendrucker.

Die Querschnittsgestaltung der Poren des Films ist gemäß Fig. 3 bei den oben beschriebenen Ausführungsformen parallel. Es kann jedoch auch ein sich verjüngender Quer­ schnitt vorgesehen sein, wie in den Fig. 9a und 9b gezeigt ist. Außerdem müssen die Poren nicht notwendiger­ weise den Film durchsetzen, sondern jede einzelne Pore kann als Form einer sich verjüngenden Ausnehmung ausgebildet sein, wie es in den Fig. 9c, d, f oder g gezeigt ist, oder es kann sich gemäß Fig. 9e und 9h um eine Ausnehmung mit parallelen Seitenwänden handeln. Die Dichte der Poren oder Ausnehmungen in dem Film wird in geeigneter Weise durch die Aufzeichnungsdichte und die Dichte der Heizelemente im Thermokopf bestimmt. Werden diese Poren oder Ausnehmun­ gen als Tintenstrahldüsen eingesetzt, läßt sich das Pro­ blem verstopfter Düsenöffnungen vollständig ausschalten. Da außerdem mehrere Poren oder Ausnehmungen in dem Film gebildet sind, läßt sich die Aufzeichnungsdichte durch die Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Tintenstrahlschrei­ bern erhöhen. Da außerdem bei der Erfindung der Druck von Luftbläschen zur Tintentröpfchenerzeugung herangezogen wird, läßt sich die Tintenausstoßkraft im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem piezoelektrische Elemente ver­ wendet werden, erhöhen, was zu einer Erhöhung der Auf­ zeichnungsgeschwindigkeit beiträgt.

Anstelle des bei den obigen Ausführungsbeispielen als Band ausgebildeten Films kann auch ein hin- und hergehender Film verwendet werden.

Bei den obigen Ausführungsformen wurde der Thermokopf als Wärmequelle zum Erzeugen von Luftbläschen in den mit Tinte gefüllten Poren oder Ausnehmungen des Tintenträgerfilms verwendet, und mehrere Heizelemente in dem Thermokopf waren so angeordnet, daß sie nach Maßgabe der Bildinforma­ tion oder Aufzeichnungsinformation selektiv erwärmt wur­ den. Man kann aber auch zum Beispiel eine Laser-Einheit als Wärmequelle verwenden, wobei dann der Laserstrahl der Lasereinheit nach Maßgabe der Bildinformation selektiv ein- und ausgeschaltet wird, um dem Tintenträgerfilm selek­ tiv thermische Energie zuzuführen.

Claims (12)

1. Tintenträgerfilm, mit mehreren Poren (2) oder Aus­ nehmungen, zur Verwendung in einem Tintenstrahlschreiber, der einen Tintenvorrat (4; 74) zum Eingeben von Tinte (5) in die Poren (2) oder Ausnehmungen, eine Wärmequelle (6, 7; 77), die nach Maßgabe von Bildaufzeichnungsinformation angesteuert wird, um Tinte in Poren oder Ausnehmungen des Tintenträgerfilms (1) zu erwärmen und dadurch Tintenbläschen zu erzeu­ gen und die Tinte (5) durch den Luftdruck in den jeweiligen Bläschen auf einen Aufzeichnungsträger (9) zu schleudern, und eine Filmvorschubeinrichtung (3 A, 3 B) zum Transportie­ ren des Tintenträgerfilms (1) zwischen dem Tintenvorrat und der Wärme­ quelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens zwei Schichten (1 A, 1 B) aufweist, von denen die auf der Seite der Wärmequelle (6, 7; 77) befindliche Schicht (1 B) aus einem wärmeisolie­ renden Material besteht, das stärker wärmeisolierend ist als die andere Schicht (1 A) bzw. anderen Schichten.

2. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material ein Fluorpolymer ist, wie beispielsweise Äthylen-Trifluorid-, Äthylen-Tetrafluorid- oder Äthylen-Hexafluorid-Polymer.

3. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material Polyimid-, Polypropylen- oder Polyphenylen-Oxid-Polymer ist.

4. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das wärmeisolierende Material Keramikmaterial aus SiO₂, SiC, SiN oder B₄N₃ ist.

5. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das wärmeisolierende Material ein Beschich­ tungsmaterial ist, bei dem ein Fluorpolymer als Bindeharz verwendet wird.

6. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das wärmeisolierende Material ein Beschich­ tungsmaterial ist, bei dem Polyimid-, Polypropylen- oder Polyphenylen-Oxid-Polymer als ein Bindeharz verwendet wird.

7. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das wärmeisolierende Material eine Dicke von 2 bis 20 µm aufweist.

8. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Schicht (1 A), die sich auf der Seite des Aufzeich­ nungsträgers befindet, aus Metall besteht, zum Beispiel Nickel oder rostfreiem Stahl.

9. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er aus zwei Schichten besteht, von denen die Schicht (1 A) auf der Seite des Aufzeichnungs­ trägers ein Nickelfilm mit einer Dicke von 15 µm ist, wäh­ rend die Schicht (1 B) auf der Seite der Wärmequelle ein etwa 5 µm dicker Äthylen-Trifluorid-Film ist.

10. Tintenträgerfilm nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er zwei Schichten aufweist, von denen die Schicht (1 A) auf der Seite des Aufzeichnungsträgers (9) eine Dicke von 8 bis 50 µm hat, die Schicht (1 B) aus wärme­ isolierendem Material eine Dicke von 2 bis 20 µm hat und daß er eine Gesamtdicke von 10 bis 60 µm aufweist.

11. Tintenträgerfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß seine Poren (2) oder Aus­ nehmungen einen quadratischen Querschnitt auf­ weisen.

12. Tintenträgerfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß seine Poren (2) oder Aus­ nehmungen einen sich verjüngenden Querschnitt aufweisen.