DE4323172A1 - Entfernung von Luftblasen in einem Tintenstrahldruckkopf, der nach der "drop-on-demand"-Technik arbeitet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahl­ drucksysteme, die nach der "drop-on-demand"-Technik arbeiten (d. h. es werden nur dann Tintentropfen von den Düsen ausge­ sandt, wenn dies aufgrund der zu druckenden Daten erforder­ lich ist), insbesonders auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Entfernung von Luftblasen in den Druckköpfen solcher Tintenstrahldrucksysteme.

Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 422 870 offenbart ei­ ne "drop-on-demand" -Tintenstrahldruckvorrichtung, die ein piezoelektrisches Substrat umfaßt, das aus einer Aneinander­ reihung von gleichmäßig beabstandeten Kanälen mit zugehöri­ gen Düsen für den Tropfenausstoß, aus einem für die Kanäle gemeinsamen Tintenvorrat und aus elektrisch betätigbaren Mitteln zur Anlegung von Energieimpulsen an die Tinte in den Kanälen, um den Tropfenausstoß aus den Kanälen zu bewirken, besteht. Die Kanallänge ist so gewählt, daß eine hohe longi­ tudinale Resonanzfrequenz resultiert, und die Energieimpulse werden bei oder nahe der Resonanzfrequenz der Kanäle ange­ legt, um den Tropfenausstoß zu bewirken. Die Dichte der Kanäle in solchen Druckköpfen kann von 2 bis 16 Kanäle pro Millimeter betragen.

Bei so hohen Kanaldichten können Blasen, die sich in der Tinte bilden, den Eingang zu einem Kanal blockieren und dadurch die Betätigung des Tintenstrahls verhindern.

Das U.S. Patent 4,466,005 diskutiert das Problem der Entfer­ nung von Luftblasen aus einem "drop-on-demand"-Tintenstrahl­ druckkopf und löst es durch Anlegen einer Vielzahl von Trei­ bersignalen mit verschiedenen vorgewählten Spannungen und Frequenzen in vorbestimmten Zyklen, um Luftblasen aus dem Druckkopf zu entfernen. Diese Lösung ist jedoch nicht effek­ tiv, da bei der Verwendung von Druckköpfen hoher Dichte, wie sie in der EP-A-0 422 870 offenbart sind, im Falle zu großer Luftblasen die Oberflächenspannung der Tinte die Luftblasen an einem Eindringen in das Ende der Kanäle hindert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das oben erwähnte Problem zu lösen, wobei die Luftblasen aus einem Druckkopf des in EP-A-0 422 870 offenbarten Typs zu entfernen sind.

Diese Aufgabe wird für eine Tintenstrahldruckvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Während des Betriebs wird zunächst der Blasenauslaßkanal angesteuert, um Blasen aus dem Tinten­ raum zu entfernen, bevor der Tintendruckkanal betätigt wird.

Ein hierfür geeignetes Verfahren ist in Anspruch 8 defi­ niert.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels wird der Gegenstand der Erfindung beschrieben. Die Zeichnung zeigt in der

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines mit einem Blasenauslaßkanal versehenen Tintenstrahl­ druckkopfes einer Tintenstrahldruckvorrichtung ge­ mäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Tintenstrahldruc­ kers mit einer Parkstation, in dem ein Tinten­ strahldruckkopf gemäß Fig. 1 zum Einsatz kommt.

Fig. 1 zeigt einen "drop-on-demand"-Tintenstrahldruckkopf 10, wie er z. B. in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 422 870 gezeigt ist. Der Tintenstrahldruckkopf 10 umfaßt einen Körper 12 aus gepoltem piezoelektrischem Mate­ rial, das einen oder mehrere Tintendruckkanäle 14 und einen oder mehrere Blasenauslaßkanäle 16 bildet. Die Kanäle 14 und 16 werden innerhalb des Körpers 12 durch Wände 18 gebildet, die die Kanäle trennen. Ein Ende eines jeden Kanals 14 und 16 steht über einen Tintenraum 20, mit der Tintenflüssigkeit in Verbindung, welche von einem nicht dargestellten Tinten­ vorrat stammt. Das andere Ende der Kanäle ist mit einer Düsenplatte 22 abgedeckt, die für jeden Kanal eine Düse 24 bildet, von der Tintentropfen ausgestoßen werden können. An den inneren Wänden 18 befinden sich Elektroden 26 und 28.

Eine Steuerelektronik 30 versorgt die Elektroden mit Span­ nung, wodurch die Wände mittels Scherdeformation durchgebo­ gen werden. Dadurch ändert sich schlagartig der Druck inner­ halb eines Kanals, und ein Tintentropfen wird aus der Düse 24 ausgestoßen. Da die Wände paarweise durchgebogen werden, und zwar aufeinander zu, werden die Kanäle in alternierend miteinander verzahnten Gruppen angeregt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen die Blasenauslaß­ kanäle 16 eine größere Querschnittsfläche als die Tinten­ druckkanäle 14. Wegen ihrer größeren Querschnittsfläche las­ sen sich die Blasenauslaßkanäle 16 viel leichter betätigen, insbesonders bewirken sie weniger Hemmnisse pro Tintenvolu­ men und nehmen viel leichter Luftblasen auf. Würde die in Fig. 1 dargestellte Luftblase 32 z. B. das Ende eines der Tintendruckkanäle 14 blockieren und dort aufgrund der Ober­ flächenspannung festsitzen, dann würde der Tintendruckkanal 14 dadurch inaktiviert. Die Blase 32 kann jedoch leicht in einen der größeren Blasenauslaßkanäle 16 eintreten und wird durch Betätigung des Kanals 16 ausgetrieben. In einem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel ist der Tintendruckkopf 10 so ausgerichtet, daß sich die Blasenauslaßkanäle 16 oben am Tintendruckkopf 10 befinden, damit die im Tintenraum 20 gefangenen Luftblasen bei ihrem Aufstieg nach oben durch die Gravitation unterstützt werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Tinten­ strahldruckers mit einem Tintendruckkopf 10 gemäß der Erfin­ dung. Dieser Tintendruckkopf 10 ist auf einem Schlitten 34 befestigt, der vorwärts und rückwärts an einer Führung 36 entlang einer Drucktrommel 38 bewegbar ist. Eine Parkstation 40 befindet seitlich der Drucktrommel 38. Die Parkstation 40 ist mit Mitteln, wie z. B. einem Löschpapier ausgestattet, um vom Tintendruckkopf 10 ausgestoßene Tinte aufzunehmen, während sich der Tintendruckkopf 10 gegenüber der Parkstati­ on befindet (in Fig. 2 gestrichelt dargestellt).

Während des Betriebs wird der Tintendruckkopf 10 immer wie­ der in die Parkstation 40 verbracht. Dabei werden die Blasenauslaßkanäle 16 angeregt, um Luftblasen auszustoßen, die eventuell in den Tintenraum 20 eingedrungen sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Blasen­ auslaßkanäle 16 zwei aktive Kanäle, die mit ihrer Grundreso­ nanzfrequenz bei hoher Amplitude angeregt werden, umgeben von zwei passiven, nicht betriebenen Kanälen. Die aktiven Kanäle werden bis zu dem Punkt erregt, an dem die passiven Kanäle gerade anfangen Tinte auszustoßen. Dadurch wird die Luft daran gehindert, in die Tintendruckkanäle 14 gepumpt zu werden. Ein Tintenvolumen gleich oder größer dem Tintenvolu­ men, welches sich im Tintenraum 20 befindet, wird zusammen mit Luftblasen ausgestoßen.

Nach dem Blasenreinigungszyklus, wird der Tintenstrahldruck­ kopf 10 entlang der Drucktrommel 38 bewegt und die Druckka­ näle 14 werden derart angesteuert, daß sie ein von der Drucktrommel unterstütztes Medium bedrucken.

Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sind die Tintendruckkanäle 14 0,3 cm lang und besitzen im allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt von 0,05 mm auf 0,15 mm. Die Wände 18 sind 0,05 mm dick, wobei eine Abstandsdichte von 100 Düsen pro cm erreicht wird. Die Blasenauslaßkanäle 16 sind 0,3 cm lang und besitzen eine rechteckige Querschnitts­ fläche von 0,15 mm auf 0,15 mm.

Claims (9)

1. "Drop-on-demand"-Tintenstrahldruckvorrichtung ist, ge­ kennzeichnet durch,

• a) mindestens einen Tintendruckkanal (14) einer er­ sten Querschnittsfläche,
• b) mindestens einen Blasenauslaßkanal (16) einer zweiten Querschnittsfläche, die größer ist als die erste Querschnittsfläche, und
• c) einen Tintenraum (20), wobei die Flüssigkeit darin mit einem Tintendruckkanal (14) und einem Blasen­ auslaßkanal (16) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (14, 16) Resonanzfrequenzen aufweisen und, daß zur Abgabe von Tintentropfen Mittel zur Anre­ gung des Tintendruckkanals (14) bei dessen Resonanzfre­ quenz sowie Mittel zur Anregung des Blasenauslaßkanals (16) bei dessen Resonanzfrequenz vorgesehen sind, damit der Tintenraum (20) von Luftblasen reinigbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere gleichmäßig beabstandeten Tinten­ druckkanäle (14) nebeneinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aktive Blasenauslaßkanäle (16) in der Nähe der Tintendruckkanäle (14) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 gekennzeichnet, durch einen passiven Blasenauslaßkanal, der zwischen den nebenein­ ander angeordneten Tintendruckkanälen (14) und dem aktiven Blasenauslaßkanal (16) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintendruckkanäle (14) vertikal übereinander im Stapel angeordnet sind, und der Blasenauslaßkanal (16) sich oben auf diesem Stapel befindet.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Parkstation (40) für die aus dem Blasenauslaßkanal (16) ausgestoßene Tinte auf­ weist.

8. Verfahren zur Entfernung von Blasen in einem "drop-on- demand"-Tintenstrahldruckkopf (10), gekennzeichnet durch die Verfahrenschritte:

• a) Bereitstellung eines Tintenstrahldruckkopfes (10), der einen Tintendruckkanal (14) mit einer ersten Querschnittsfläche, einen Blasenauslaßkanal (16) mit einer zweiten Querschnittsfläche, die größer ist als die Querschnittsfläche des Tintendruckka­ nals (14), sowie einen Tintenraum (20) besitzt, wobei die Flüssigkeit darin mit dem Tintendruckka­ nal (14) und dem Blasenauslaßkanal (16) in Verbin­ dung steht, und
• b) Anregen des Blasenauslaßkanals (16) um Blasen aus den Tintenraum (20) zu entfernen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch

• a) die Bereitstellung einer Parkstation (40) für den Tintenstrahldruckkopf (10) und die
• b) Anregung des Blasenauslaßkanals (16) in der Park­ station (40).