1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein die
Tintenstrahldruckertechnologie und insbesondere ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Unterdrucksetzen eines thermischen
Tintenstrahlschreibers.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Im allgemeinen bedingt die thermische
Tintenstrahltechnologie eine thermische Anregung zum Sieden von Tinte und
Austreiben von Tintentröpfchen durch winzige Öffnungen in
einer Düsenplatte des Tintenstrahldruckkopfes, um
Punktmuster auf Papier zu formen. Eine allgemeine Beschreibung
der Tintenstrahltechnologie ist beispielsweise im Hewlett
Packard Journal, Band 36, Nr. 5, Mai 1985 gegeben, auf das
Bezug genommen wird.
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Eine der inhärenten Schwierigkeiten beim Tintenstrahldrucken
folgt aus der Notwendigkeit, einen Schreiber für den
Betrieb vorzubereiten. Dies trifft beispielsweise dann zu,
wenn ein neuer Schreiber in einen Drucker einzusetzen ist
oder wenn nach einem Zeitraum des Nichtgebrauchs Tinte
nicht mehr an den Öffnungen vorhanden ist.
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Figur 2 zeigt eine typische wegwerfbare bzw. austauschbare
Tintenstrahlkartusche 2 mit einem einteiligen
Tintenreservoir 4 und einem Druckkopf 6 mit einer Düsenplattte 8. Um
bei erstem Bedarf ein akzeptables Drucken zu bewirken,
ist es erwünscht, den Druckkopf unter Druck zu setzen, d.h.
eine Tintenhaltekammer zwischen der Düsenplatte 8 und einem
Dünnschicht-Substrat aufzufüllen, welches eine Widerstands-
Heizstruktur des Druckkopfes 6 aufweist. Ein wegwerfbarer
bzw. austauschbarer Tintenstrahldruckkopf ist in US-PS
4,500,895 (Buck et al.) der Anmelderin beschrieben.
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Es wurden verschiedene Systeme entwickelt, um ein
Unterdrucksetzen von Tintenstrahlschreibern zu bewerkstelligen.
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Eine Vorrichtung nach US-PS 4,517,577 (Miranda et al.)
verwendet eine unter Druck stehende Tintenspeisung zum
Drücken von Tinte durch eine Leitung, welche Speiseleitungen
benachbart ist, die zu unterhalb jeder Öffnung angeordneten
Reservoiren führen. Ein Ventilmechanismus lädt Tinte durch
die Leitung zu den Speiseleitungen während eines
Unterdrucksetzungs-Zyklus strömen.
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US-PS 4,170,016 (Geil) zeigt eine handbetätigbare
Plungerpumpe zum Unterdrucksetzen einer entfernten Tintenquelle
unter Verwendung eines Druckminderventils zum Gewährleisten,
daß der Schreiber während des Druckens nicht zu hohem Druck
ausgesetzt wird.
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US-PS 4,573,819 (Herrnring) zeigt ein permanent
kollabierfähiges Primärreservoir, wobei ein Elektromotor Tinte aus
dem Primärreservoir zu einem Sekundärreservoir fördert, was
eine Speiseventilverbindung zwischen den beiden Reservoiren
erfordert.
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EP-0 178 884 A2 offenbart einen Tintenstrahlschreiber mit
einem normalerweise offenen Port in einem Reservoir, der
einen Strömungspfad zum Strömen von Tinte von einem oberen
Reservoir zu einem unteren Reservoir ermöglicht. Im Betrieb
ist die Tinte unterhalb eines Filters in einem Sumpf
aufgenommen.
Ein nachgiebiger Balg wird von Hand gequetscht, um
Luft über ein Rückschlagventil auszutreiben und einen Druck
oberhalb Atmosphärendruck in dem oberen Reservoir zu
erzeugen. Dieser Druck drückt Tinte über eine Speiseleitung zum
Durchspülen einer Tintenstrahlkammer. Ein Niveausensor
zeigt an, wenn das Unterdrucksetzen abgeschlossen ist.
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Diese Unterdrucksetzungs-Anordnung sorgt für eine wirksame
erneute Inbetriebsetzung nach einem Zeitraum des
Nichtgebrauchens, während dessen sich Tinte verfestigt hat.
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Derartige Systeme nach dem Stand der Technik sind
kompliziert und unhandlich und insbesondere nicht in modernen
Systemen anwendbar, bei denen Schreiber und selbstgenügsame
Tintenreservoire von der Wegwerf- bzw. Austausch-Bauart
gemäß Fig. 2 sein können.
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Gemäß einem grundlegenden Aspekt sieht die Erfindung ein
Verfahren zum Unterdrucksetzen eines Tintenstrahlschreibers
mit einem Tintenreservoir vor, das an eine
Tintenhaltekammer angeschlossen ist, welche zwischen einem Heizersubstrat
und einer Düsenplatte mit mindestens einer Öffnung zum
Austreiben angeregter Tintentröpfchen angeordnet ist,
umfassend das Aufbringen einer Kraft auf das Tintenreservoir
derart, daß Tinte aus dem Reservoir in die Haltekammer
ausgetrieben wird.
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Gemäß einem weiteren grundlegenden Aspekt schafft die
Erfindung eine Vorrichtung zum Unterdrucksetzen einer
Tintenstrahlvorrichtung umfassend kompressible Tintenspeisemittel
enthaltend einen Tintenvorrat, Austreibmittel mit mindestens
einer Öffnung zum Austreiben von Tintentröpfchen, Mittel
zum Anregen der Tinte und Tintenhaltemittel, die etwa
zwischen den Anregungsmitteln und den Austreibmitteln
angeordnet und an die Tintenspeisemittel angeschlossen sind, um
angeregte Tinte zu der Öffnung zu überführen, umfassend
Mittel zum Ausüben einer Kraft auf die Speisemittel und
Mittel zum Koppeln der Tintenspeisemittel mit den
Kraftausübmitteln derart, daß die Kraftausübmittel Tinte aus den
Speisemitteln zu den Haltemitteln durch Ausüben einer
kompressionsartigen Kraft auf die Speisemittel treiben kann.
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Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der
beigefügten Zeichnungen deutlich, in welchen gleiche
Bezugszahlen gleiche Merkmale in allen Figuren bezeichnen.
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Fig. 1 ist eine Explosionsdarstellung einer Ausführung nach
der Erfindung.
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Fig. 2 (Stand der Technik) ist eine perspektivische
Darstellung eines thermischen Tintenstrahlschreibers,
der gemäß der Erfindung nach Fig. 1 unter Druck
gesetzt werden kann.
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Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Schreibers
gemäß Fig. 2, der an einer Vorrichtung nach der
Erfindung gemäß Fig. 1 angebracht ist.
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Fig. 4 ist eine spektivische Ansicht gemäß Fig. 3, wobei
der Schreiber in eine Position zum Unterdrucksetzen
gebracht ist.
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Fig. 5a ist eine perspektivische Ansicht wie Fig. 4, wobei
der Schreiber unter Druck gesetzt wird, indem er in
Kontakt mit den Kraftausübmitteln nach der Erfindung
gemäß Fig. 1 gedrückt wird.
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Fig. 5b ist eine Draufsicht auf die Darstellung gemäß Fig.
5a, wobei ein alternatives Merkmal der Erfindung
gemäß Fig. 1 dargestellt ist.
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Die dieser Beschreibung zugrundeliegenden Zeichnungen seien
als nicht maßstäblich verstanden, sofern dies nicht
ausdrücklich angegeben ist. Darüberhinaus zielen diese
Zeichnungen
lediglich darauf ab, einen Aspekt eines
Tintenstrahldruckers zu verdeutlichen.
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Es sei nun im einzelnen Bezug auf eine spezielle Ausführung
der Erfindung genommen, welche die beste, derzeit von den
Erfindern in Betracht gezogene Ausführungsform zum
Praktizieren der Erfindung darstellt. Alternative
Ausführungsformen sind ebenso als anwendbar beschrieben. Die Erfindung
kann zum Unterdrucksetzen einer Tintenstrahlkartusche 2
eingesetzt werden, wie sie z.B. in Fig. 2 gezeigt ist,
wobei eine austauschbare Tintenstrahlkartusche 2 von einem
Träger oder Schlitten (nicht gezeigt) entfernt werden kann,
welcher so gestaltet ist, daß er die Kartusche 2 in
Arbeitstellung bezüglich eines Druckmediums, z.B. Papier,
hält. Mit Bezug auf die Erfindung ist das Tintenreservoir
in einer Kartuschen-Reservoirkammer 4 von porösem Schaum
gebildet, welcher das Speichern eines großen Prozentsatzes
von Tinte bezogen auf das Volumen ermöglicht und welcher
empfänglich für den Einfluß von kompressionsartigen Kräften
ist, die direkt auf den Schaum ausgeübt werden.
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In Fig. 1 ist eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten
Ausführung der Erfindung gezeigt. Es ist ein Gehäuse 10
dargestellt, welches eine zum Halten in festgelegter
Position in einer besonderen kommerziellen Ausführung eines
Farbdruckers geeignete Form hat. Die Beschreibung der
besonderen Form des Gehäuses ist nicht von Bedeutung für das
Verständnis der Erfindung; die Form wie auch die verwendeten
Werkstoffe zum Aufbau des Gehäuses 10 können den
individuellen Bedürfnissen angemessen gewählt sein. Das
Grundkonzept besteht darin, daß das Gehäuse 10 zur Aufnahme eines
Kraftausübmechanismus gestaltet und so geformt ist, daß es
diesen Mechanismus an das Tintenreservoir der
Schreiberkartusche anzukoppeln erlaubt.
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Der Kraftausübmechanismus zum Ausüben einer Kraft auf das
Reservoir im Schreiber 2 hat vier Komponenten, die mit den
Bezugszahlen 12 bis 18 bezeichnet sind: eine Druckfeder 12,
einen Feder- und Balg-Halter 14, einen flexiblen Balg 16,
z.B. aus Gummi, und einen flexiblen Gehäuseboden 18.
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Der Halter 14 ist in einer zentralen Kammer 20 im Gehäuse
10 untergebracht. Bei der vorliegenden Ausführung ist die
Feder 12 zentral in der Gehäusekammer 20 mittels einer
ringförmigen Rückhaltewand 22 gehalten, die von dem
Gehäuseinnenboden 36 nach oben vorragt. Die Wand 22 hat einen
äußeren Durchmesser der gleich oder geringfügig größer als
der Innendurchmesser der Feder 12 ist.
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Unter das Gehäuse 10 paßt gleitend ein flexibler
Gehäuseboden 18, der mittels einer Rückhaltelasche (nicht gezeigt) am
Boden des Gehäuses 10 in Position gehalten ist, die mit
einem Verriegelungsschlitz 26 im Boden 18 zusammenwirkt.
Wenngleich die Flexibilität des Bodens für die
grundsätzliche Wirkung der Erfindung nicht wesentlich ist, bietet
der flexible Boden 18 verschiedene Vorteile. Seine
Entfernbarkeit erlaubt ein schnelles Wechseln der Feder; so können
Federn unterschiedlicher Federeigenschaften eingesetzt
werden. Ferner führt die Flexibilität des Bodens zu einer
Druckregulierwirkung bezüglich des Balges 16 des
Mechanismus, Alternativ kann das Gehäuse 10 mit einem starren
Boden versehen sein.
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Der Feder- und Balg-Halter 14 hat ein paar äußere, nach
unten weisende Führungsvorsprünge 28, 28'. Diese Vorsprünge
28, 28' sind so gestaltet, daß sie gleitbar in Nuten 30,
30' in gegenüberliegenden Innenwänden des Gehäuses 10
passen. Allgemein hat der Halter 14 eine Umfangsgestalt, welche
ungehindertes Hineingleiten in das Gehäuse 10 zuläßt. Der
Halter 14 hat eine zentrale Öffnung 32, welche durch eine
Ringfläche 34 begrenzt ist. Die Ringfläche 34 steht
geringfügig über die Bodenfläche des Halters 14 nach unten vor
und hat einen Außendurchmesser, der gleich oder geringfügig
kleiner als der Innendurchmesser der Feder 12 ist. Wenn
daher der Halter 14 in das Gehäuse 10 eingesetzt wird,
wobei die Vorsprünge 28, 28' in die Gehäusenuten 30, 30'
eingreifen, halten die Ringwand 22 und die Ringfläche 34
die Feder in festgelegter Ausrichtung zwischen dem Halter
und dem Gehäuseinnenboden 36. Die in die Gehäusenuten 30,
30' eingreifenden Vorsprünge 28, 28' halten den Halter 14
etwa parallel zur Gehäusebodenfläche 24 und damit den Balg
16 und die Feder 12 in senkrechter Ausrichtung zueinander.
Nach außen weisende Greifflächen 38, 38' an den unteren
Enden der Vorsprünge 28, 28' greifen hinter Lippenflächen
40, 40' in den Nuten 30, 30', um die Feder 12, den Halter
14 und den Balg 16 an Ort und Stelle zu halten.
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Die miteinander zusammenwirkenden Teile sollten so gestaltet
sein, daß das untere Ende 42 des Balges 16 minimalen Abstand
von der Oberfläche 24 des Bodens 18 hat oder diese
Oberfläche 24 des Bodens 18 ohne merkliche Verformung
kontaktiert. Der Balg 16 hat einen zentralen Hohlraum 44 zur
Aufnahme von Luft, welche zum Ausüben einer Kraft auf das
Tintenreservoir genutzt wird. Das obere Ende des Balges 16
hat eine Lippe 46 mit einem Durchmesser, der größer als der
Innendurchmesser der Bohrung 32 ist. Der Körper 48 des
Balges 16 ist enger als dieser Durchmesser. Folglich kann
der Balgkörper durch die Bohrung 32 des Halters 14
hindurchgehen und von einem vorspringenden einteiligen Ring 49
gehalten werden. Der Ring 49 ist so positioniert, daß nach
Durchziehen des Balges 16 durch die Bohrung 32 diese den
Ring 49 unterhalb des unteren Ringes 51 des Halters 14 mit
Schnappsitz hält. Der Balg 16 sitzt somit umgeben von der
unterhalb angeordneten Feder 12 fest.
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Wenngleich die Baugruppen 10, 12, 14, 16 und wahlweise 18
eine funktionale Einheit zum Unterdrucksetzen eines
Tintenstrahlschreibers bilden, wie im folgenden beschrieben ist,
haben die Erfinder als vorteilhaft angesehen, einen
Mechanismus zum Positionieren des Tintenreservoirs in einer
vorbestimmten Position bezüglich des Kraftausübmechanismus
in einer integralen Einheit vorzusehen. Diese Funktion ist
einem Gehäusedeckel 50 zugedacht.
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Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, hat der Deckel 50 ein Paar
einwärts (bezüglich der Gehäusekammer 20) weisende
Schreiberkartuschen-Haltelaschen 52, 52' und nach einwärts
weisende Kartuschen-Ausrichtpfosten 54. Wie am besten in Fig.
3 zu sehen ist, sollte die Kartusche 2 im Gebiet zwischen
den Laschen 52, 52' und Pfosten 54 mit gutem Sitz passen.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 sind zwei Scharnierstifte 56, 56',
die in das untere Ende des Deckels 50 montiert oder
eingeformt sind, zum Kuppeln des Deckels 50 mit dem Gehäuse 10
vorgesehen. Die Scharnierstifte 56, 56' ragen über die
Kanten 58, 58' des unteren Endes des Deckels 50 hinaus, so
daß jeder Scharnierstift in eine Nut oder ausgeschnittene
Führungsbahn 60, 60' in den Wänden des Gehäuses 10
eingreifen kann, um eine Führungsbewegung des Deckels 50 in und
aus dem Gehäusehohlraum 20 zu ermöglichen.
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In einen abgewinkelten Ansatz 62 des Deckels 50 ist ein
wahlweise vorgesehenes Fenster 64. Das Fenster 64 ist so
plaziert, daß in geladenem Zustand der Kartusche 2 in Deckel
50 (wie in Fig. 3 gezeigt) die Druckkopf-Düsenplatte 8 auf
das Fenster ausgerichtet ist.
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Bei der bevorzugten Ausführung wurde es als wünschenswert
gefunden, einen Mechanismus zum Entfernen von jeglicher
Tinte vorzusehen, die während des Unterdrucksetzens aus der
Öffnung (den Öffnungen) ausgetrieben wurde. Ein Halter 66
für ein Tintenabsorberkissen, der aus einem durchsichtigen
Werkstoff wie einem klaren Kunststoff besteht, hält das
Tintenabsorberkissen 68 an der Innenfläche des abgewinkelten
Ansatzes 62. Schnapplaschen 70,70' an den Seiten des Halters
66 fluchten mit Öffnungen 72,72'in den Seiten des Ansatzes
62, um den Halter 66 und das daran angebrachte Kissen 68 an
Ort und Stelle zu halten. Ein Fenster 74 in dem Kissen 68
ist auf das Fenster 64 in dem Ansatz 62 des Deckels 50
ausgerichet.
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Um die Notwendigkeit eines Ersatzes des Absorberkissens 68
zu mildern, wenn Tinte aus den Druckkopföffnungen in das
Fenster 74 ausgetrieben und von dem Kissen 68 während des
Unterdrucksetzens aufgesogen wird, ist es erwünscht, Tinte
aus dem Kissen 68 zu entfernen. Daher ist ein Waschleder
(chamois) 80 mit einem Docht 82 vorgesehen. Der Docht 82
hat einen Endbereich 84 und eine Abdeckung 85, welche in
einer Nut 86 im Deckel 50 zum Kontaktieren des Kissens 68
aufgenommen ist. Der Docht 82 saugt mittels Kapillarwirkung
Tinte aus dem Kissen in das Waschleder 80, welches
beispielsweise am Boden des Druckgehäuses liegen kann. Bei der
bevorzugten Ausführung ist der Docht mit Ausnahme des
Endbereiches 84 in einer tintenundurchlässigen Hülle 88
gehalten, um ein Lecken der Tinte vor Erreichen des
Bodenabschnittes des Waschleders zu verhindern.
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Der Betrieb ist in den Figuren 3 bis 5b gezeigt.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Kartusche 2 in den Deckel
50 mit dem Druckkopf 6 benachbart dem Fenster 74 im
Absorberkissen 68 eingesetzt. Da bei der vorliegenden Erfindung
ein Luftbalg 16 verwendet ist, um eine Kraft auf das
Tintenreservoir in der Kartusche 2 auszuüben, sollte die Wand 90
der Kartusche 2 mindestens ein Lufteinlaßloch aufweisen.
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Wie von einem Fachmann auf diesem Gebiet leicht zu erkennen,
können viele einfache Abwandlungen des Kraftausübmechanismus
in Verbindung mit einer Schreiberkartusche 2 mit
kompressiblem Reservoir vorgenommen werden. Als Beispiele seien ein
mechanischer Kolben, welcher in das Reservoirgehäuse
hineindrückt, ein mechanischer Kolben, welcher eine Wand
des Reservoirgehäuses komprimiert, oder ein Luft-Injektor
genannt, die alle äquivalent zu der beschriebenen Ausführung
arbeiten würden. Das Grundkonzept liegt darin, eine Kraft
innerhalb eines vorbestimmten Kraftbereiches (bei der
vorliegenden Ausführung durch Luftdruck) auf das Reservoir in
einer Position auszuüben, welche entfernt und vorzugsweise
distal von der Tintenhaltekammer zwischen dem
Druckkopfheizer-Substrat und den Druckkopf-Öffnungen liegt, um den
Schreiber unter Druck zu setzen.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird der Deckel um seine
Scharnierstifte 56,56' in den Gehäusenuten 60,60' geschwenkt
< wie durch den Pfeil 92 angedeutet). Auf diese Weise wird
die Rückwand 90 der Kartusche 2 in Kontakt mit der Lippe 46
des Balges 16 gebracht, so daß der Hohlraum 44 des Balges
16 mittels der Rückwand 90 wirksam abgedichtet wird. Die
Kartusche ist nun in der für das Unterdrucksetzen geeigneten
Position.
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Gemäß Fig. 5a wird der Deckel 50 nach unten in die zentrale
Kammer 20 des Gehäuses 10 gegen den Widerstand der Feder 12
hineingedrückt (durch den Pfeil 94 angedeutet). Wenn die
Abwärtsbewegung beginnt, wird der Balg 16 durch die
Gehäusebodenfläche 24 zum Kollabieren gezwungen. Die in dem
Hohlraum 44 durch die Kartuschenrückwand 90 eingeschlossene
Luft wird über das Loch in der Kartuschenwand 90 gedrückt.
Die Kraft der Luft wird an das Reservoir weitergegeben,
welches bei den vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Schaum
besteht, und der Luftdruck veranlaßt die Tinte aus den
Reservoir zum Druckkopf 6 zu strömen. Die Kartusche 2 könnte
mehr als ein Schaumreservoir enthalten, z.b. bei einem
Mehrfarbendrucker; das einzige Erfordernis für ein
angemessenes Unterdrucksetzen wäre in einem solchen Fall, daß die
Kraft auf jedes Schaumreservoir ausgeübt wird.
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Wie der Fachmann erkennt, kann die auf das Reservoir (die
Reservoire) ausgeübte Kraft durch Berechnen der Summe der
Kräfte ermittelt werden, welche aus der Größe und den
Kompressionsfaktoren des speziellen Balges 16 in Verbindung
mit den über ein wahlweisen flexiblen Boden 18 ausgeübten
Kräften ermittelt werden.
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Wie in Fig. 5b gezeigt, kann der Benutzer die Düsenplatte 8
über das Fenster 64 des Deckels 50, den transparenten
Absorberkissen-Halter 66 und das Fenster 74 im Absorberkissen 68
beobachten. Das Auftreten von Tinte in dem Fenster 74 zeigt
an, daß eine Strömung über die Düsenplatte 8 vorhanden ist
und daß der Schreiber für den Betrieb unter Druck gesetzt
ist. Somit kann die Kartusche 2 aus dem Mechanismus
herausgenommen und in ihren Träger für den Druckbetrieb eingesetzt
werden.