DE4009808A1 - Anordnung zur ueberwachung des tintenvorrats und der tintenversorgung im schreibkopf einer tintendruckeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung des Tin­ tenvorrats und der Tintenversorgung im Schreibkopf einer Tinten­ druckeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für den praktischen Einsatz von Tintenschreibeinrichtungen spielt die Überwachung des Tintenvorrats, vor allem ein recht­ zeitiges Erkennen des Tintenendes, eine große Rolle. Es sind dazu mechanische und optische Überwachungssysteme (z.B. DE 35 29 805 A) aber auch Überwachungsmaßnahmen bekannt gewor­ den, die auf der Messung und Auswertung elektrischer Größen beruhen. Zu letzteren gehören Tintenüberwachungssysteme, die eine Änderung des Füllstandes im Tintenreservoir über die Ver­ änderung des Widerstandes (DE 27 28 283 C) oder der Kapazität erfassen (IBM, TDB, Vol. 16, No. 3, Aug. 1973, S. 775). Nach diesem Stand der Technik kann das Tintenende optisch und/oder akustisch angezeigt werden, um die Bedienungsperson zum Aus­ tausch des Tintenbehälters bzw., wenn der Tintenbehälter und der Schreibkopf eine Einheit bilden, zum Austausch dieser Ein­ heit zu veranlassen. Die bekannten Anordnungen betreffen jedoch jeweils nur den Tintenvorratsbehälter. Störungen, die darüber­ hinaus im Versorgungssystem bis hin zu den tintenführenden Bereichen im Schreibkopf auftreten, bleiben unberücksichtigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, für Tintenschreib­ einrichtungen eine Tintenüberwachung anzugeben mit der sowohl der Tintenvorrat als aber auch die Tintenversorgung bis hin zu den Tintenbereichen im Schreibkopf überwachbar ist, mit der weiterhin die Durchführung von Reinigungsmaßnahmen automati­ sierbar sind und die einfach aufbaubar sind.

Die Lösung der Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspru­ ches 1 ermöglicht. Ausgestaltungen dazu sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dort zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für einen Schreibkopf mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Auswerteschaltung.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 zeigt in einer Schnittdar­ stellung den Teil eines Schreibkopfes mit den zum Verständnis der Erfindung notwendigen Einzelheiten. Der Schreibkopf ist, wie für neue Tintendruckeinrichtungen bekannt, schichtweise aufgebaut. Im wesentlichen besteht dieser Aufbau darin, daß auf einem Substrat 1 eine gemeinsame Tintenkammer 2 und eine Viel­ zahl von individuellen Tintenkanälen 3 ausgebildet werden, die in Austrittsöffnungen oder Düsen 4 enden. Jedem Tintenkanal 3 ist ein Heizelement 5 zugeordnet, das über Anschlußelektroden individuell ansteuerbar ist. Zwischen dem Substrat 1 und den tintenführenden Bereichen im Inneren des Schreibkopfes sind Schutzschichten vorgesehen, von denen im Ausführungsbeispiel die Schutzschichten 6, 7 und 8 dargestellt sind. Tintenkammer 2 und Tintenkanäle 3 sind mit einer auf einer Klebefolie 9 aufge­ brachten Abdeckplatte 10 abgeschlossen. Zur Tintenzufuhr weist das Substrat 1 eine Öffnung 11 auf, die mit einem hier nicht dargestellten Tintenreservoir verbunden ist.

Der Ausstoß von Tröpfchen aus den Düsen 4 des Schreibkopfes er­ folgt jeweils durch Ansteuerung des betreffenden Heizelementes, das als Heizwiderstand realisiert ist, wodurch sich im Tinten­ kanal und zwar vorwiegend im Bereich oberhalb des Heizelements kurzfristig eine Tintengasblase bildet, die den Tröpfchenaus­ stoß bewirkt. Nach Beendigung der Ansteuerung des Heizelementes bricht diese Tintengasblase sehr schnell wieder zusammen und führt zum erneuten Auffüllen des Tintenkanals. Aufgrund dieser Wirkungsweise spricht man von sogenannten Bubblesystemen. An­ dere, hier nicht dargestellte Systeme benutzen zum Tintentröpf­ chenausstoß den sogenannten piezoelektrischen Effekt.

Erfindungsgemäß sind sich in die Tintenkammer 2 erstreckende Sensorelektroden 12 und 13 vorgesehen, die nach außen geführte Anschlüsse 14 und 15 aufweisen. Die Sensorelektroden 12 und 13 werden ebenfalls als Schichten des Schreibkopfausbaues ausge­ bildet. Vorzugsweise überziehen sie als gegenseitig isolierte, als Flächen ausgebildete Schichten den oberen und den unteren Teil der Tintenkammer 2. Dadurch bilden sie die Platten eines Kondensators, dessen Dielektrizitätszahl ε durch den Inhalt der Tintenkammer 2 bestimmt ist. Neben der Fläche der Kondensator­ platten und deren Abstand bestimmt diese Dielektrizitätszahl die Kapazität des Kondensators. Der Wert der Dielektrizitäts­ zahl ist ganz erheblich unterschiedlich, wenn das Dielektri­ kum aus Tinte bzw. aus Luft besteht. Bei einem mit Tinte ge­ füllten Innenraum des Schreibkopfes ergeben sich für ε Werte von etwa 80, während sich bei mit Luft gefülltem Innenraum des Tintenschreibkopfes für ε der Wert von 1 ergibt. Diese Verände­ rung stellt eine auswertbare Größe dar, die in einer Auswerte­ schaltung 20 in einfacher Weise zur Bildung eines Auswertesi­ gnals 19 und damit zu exakten Angaben über den Füllzustand der Tintenbereiche im Schreibkopf führt.

Ein Beispiel für eine Anordnung zur Auswertung ist in Fig. 2 dargestellt. Diese besteht im wesentlichen aus einem Oszilla­ tor 16, dessen Eingang mit den Kontaktanschlüssen 14 und 15 der Sensorelektroden 12 und 13 des Schreibkopfes verbunden ist und an dessen Ausgang Signale abgegeben werden, deren Frequenz von der Kapazität an seinem Eingang abhängig ist. Diese Signale werden über eine Gleichrichterschaltung 17 einem Bewertungsele­ ment 18 zugeführt, das vorzugsweise ein Schwellwertverhalten aufweist. An dessen Ausgang steht somit jeweils dann ein Aus­ wertesignal 19 zur Verfügung, wenn der Tintenbereich im Schreibkopf nicht mehr ausreichend mit Tinte gefüllt ist. Das ist auf jeden Fall bei leerem Vorratsbehälter der Fall. Das Auswertesignal 19 kann in hier nicht dargestellter Weise in der zentralen Steuerung der Tintenschreibeinrichtung zur Abgabe einer entsprechenden Meldung für die Bedienungsperson und/oder zur Abschaltung der Tintendruckeinrichtung führen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Sensorelektroden können vielmehr auch dazu dienen, einen durch den Inhalt der Tintenkammer bestimmten Widerstand zu erfassen. In diesem Fall ist eine flächenhafte Ausbildung der Sensorelektroden nicht zwingend erforderlich. Bei Einsatz eines Oszillators, dessen Ausgangsfrequenz sich in Abhängigkeit vom Widerstand an seinen Eingang ändert wird eben­ falls die beschriebene Wirkung erreicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich in vorteilhafter Weise aber auch dazu, vor einer endgültigen Abschaltung Schritte zur Wiederherstellung des Schreibbetriebes einzulei­ ten. Das ist z.B. dann sinnvoll, wenn die Tintenzufuhr nur kurzzeitig unterbrochen ist oder wenn durch andere Ereignisse Lufteinschlüsse in das Tintenversorgungssystem eingedrungen sind. Wenn, was bei neueren Tintendruckeinrichtungen in der Regel der Fall ist (z.B. WO 89/02 827), eine sogenannte Reini­ gungsstation vorgesehen ist, mit der sowohl die Düsenaustritts­ flächen gesäubert als aber auch ein Durchspülen des gesamten Schreibkopfes durchführbar ist, dann kann das Auswertesignal 19 der Auswerteschaltung zunächst einen solchen Reinigungsvorgang einleiten; eine endgültige Abschaltung der Tintenschreibein­ richtung findet erst nach ein- oder zweimaliger Durchführung eines Reinigungsvorganges statt.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Abschaltung der Tinten­ druckeinrichtung und die Abgabe von entsprechenden Meldungen mit einer völligen Unterbrechung der Funktionsfähigkeit des Schreibkopfes zu verbinden. Das ist z.B. dann sinnvoll, wenn der Tintenvorratsbehälter eine untrennbare Einheit mit dem Schreibelement bildet (sogenannter austauschbarer Tintendruck­ kopf) und ein unberechtigtes Nachfüllen des Tintenvorratbehäl­ ters verhindert werden soll. In diesem Falle werden nach Fest­ stellung des Tintenendes bzw. nach Durchführung mindestens eines Reinigungsvorganges von der zentralen Druckersteuerung die Heizelemente des Schreibkopfes mit einem entsprechenden in seiner Höhe und/oder in seiner Dauer eingestellten Ansteuer­ impuls beaufschlagt, daß diese durchbrennen, somit völlig zerstört und damit unbrauchbar werden.

Die Erfindung wurde anhand eines Schreibkopfaufbaues erläutert, bei dem als Ansteuerelemente Heizelemente in Form von dünnen Wiederstandsschichten vorgesehen sind. Sie ist jedoch mit den gleichen Vorteilen auch in Tintendruckeinrichtungen einsetzbar, bei denen in den Schreibköpfen andere Antriebselemente wie z.B. aus piezoelektrischem Material bestehende Antriebselemente vor­ gesehen sind.

Claims (6)

1. Anordnung zur Überwachung der Tintenversorgung im Schreib­ kopf einer Tintendruckeinrichtung mit einer Vielzahl von je­ weils in Austrittsöffnungen mündenden Tintenkanälen, die über eine gemeinsame Tintenkammer aus einem gemeinsamen Tintenreser­ voir versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Tintenkammer (2) des Schreibkopfes zwei gegenüber­ liegende, elektrisch isolierte Sensorelektroden (12, 13) vorge­ sehen sind, deren Anschlußelektroden (14, 15) nach außen geführt und mit einer Auswerteschaltung verbunden sind in der Änderun­ gen der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Sensorelektro­ den (12, 13) in ein Ausgangssignal (19) umsetzbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensorelektroden (12, 13) als flächenhafte Schichten ausgebildet sind und als Kondensator wirken, dessen Dielektri­ zitätszahl (ε) durch den Inhalt der Tintenkammer (2) bestimmt ist, und
daß eine Auswerteschaltung (20; 16, 17, 18) mit Schwellwert­ verhalten vorgesehen ist, die an ihrem Ausgang bei nicht aus­ reichend mit Tinte gefülltem Tintenversorgungssystem (11, 2) ein Ausgangssignal (19) abgibt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensorelektroden (12, 13) punktförmig oder als Leiter­ bahnen ausgebildet sind und den durch den Inhalt des Tintenver­ sorgungssystems (11, 2) bestimmten Widerstand erfassen, und
daß eine Auswerteschaltung (20; 16, 17, 18) mit Schwellwert­ verhalten vorgesehen ist, die an ihrem Ausgang bei nicht aus­ reichend mit Tinte gefülltem Tintenversorgungssystem (11, 2) ein Ausgangssignal (19) abgibt.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ausgangssignal (19) über eine zentrale Drucker­ steuerung die Tintendruckeinrichtung abschaltbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß durch das Ausgangssignal (19) über eine zentrale Drucker­ steuerung für den Schreibkopf ein Reinigungs- und Spülvorgang eingeleitet wird, und
daß die Tintendruckeinrichtung erst nach Durchführung mindestens eines Reinigungs- und Spülvorganges bei weiterhin bestehendem Ausgangssignal (19) abschaltbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckersteuerung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (19) die Tintendruckeinrichtung abschaltet und die Heizelemente (5) in den Tintenkanälen (3) dauerhaft unwirksam macht.