DE60130738T2

DE60130738T2 - Tröpfchenabgabegerät

Info

Publication number: DE60130738T2
Application number: DE60130738T
Authority: DE
Inventors: Robert Mark Ison; Werner Zapka; Jerzy Marcan Histon ZABA
Original assignee: Xaar Technology Ltd
Current assignee: Xaar Technology Ltd
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2021-02-17
Also published as: ATE374700T1; BR0108423A; DE60130738D1; CN100402305C; IL151220A; EP1255649A2; JP2003522662A; CN1423595A; AU3387001A; CA2400608C; US20030128254A1; JP4689927B2; WO2001060627A3; WO2001060627A2; GB0003760D0; JP2010228465A; AU2001233870B2; EP1255649B1; ES2295132T3; CA2400608A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausrichten eines Druckstreifens relativ zu einem Tintenstrahldrucker und einen Tintenstrahldrucker gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1 und Anspruch 8.
Ein derartiges Verfahren und ein derartiger Tintenstrahldrucker sind aus dem Patent US 4.570.168 bekannt.
Ein typischer Tintenstrahldrucker mit Tropfenabgabe auf Anforderung enthält einen oder mehreren Druckköpfe, die an dem Schlitten oder Druckerkörper eines Druckers montiert sind, wobei Tinte aus einem oder mehreren Tintenvorratsbehältern, die im Drucker angeordnet sind, durch Düsen, die in dem oder jedem Druckkopf gebildet sind, ausgestoßen wird.
Im Hinblick auf die Forderung nach einem Tintenstrahldruck mit Tropfenabgabe auf Anforderung, der mit höherer Auflösung erfolgt, ist es erwünscht, den exakten Ort, an dem Tinte, die von den Düsen ausgestoßen wird, auf einer Druckoberfläche landet, genau zu steuern. Dementsprechend ist jeder Druckkopf auf dem Schlitten oder dem Druckerkörper einzeln ausgerichtet. Wenn einer der Druckköpfe aus irgendeinem Grund unbrauchbar wird, muss der unbrauchbare Druckkopf entfernt werden und der Ersatzdruckkopf muss auf dem Schlitten oder dem Druckerkörper genau neu ausgerichtet werden. Dies kann eine schwierige und deswegen zeitraubende Tätigkeit sein.
Die vorliegende Erfindung versucht, in ihren bevorzugten Ausführungsformen dieses Problem sowie weitere Probleme zu lösen.
In einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten eines Druckstreifens relativ zu einem Tintenstrahldrucker, der eine Basis und einen an der Basis einstellbar montierten Druckkopf umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte des Positionieren eines Druckkopfes an einer Basis in einer Position relativ zu einer Markierung an der Basis in der Weise, dass sich ein durch den Druckkopf erzeugter Druck streifen an einer vorgegebenen Position in Bezug auf die Markierung befindet, und des Anordnens der Basis an einem Tintenstrahldrucker unter Verwendung der Markierung umfasst.
Da der durch einen Druckkopf erzeugte Druckstreifen auf eine Markierung ausgerichtet wird, die an der Basis ausgebildet ist und verwendet wird, um die Basis am Drucker zu montieren, kann der Druckkopf leicht ohne jeglichen Verlust der Ausrichtung des erzeugten Druckstreifens relativ zu dem Schlitten oder dem Körper des Druckers ersetzt werden. Die Ausrichtung des Streifens auf die einzelne Markierung, die an der Basis ausgebildet ist, verbessert außerdem die Einfachheit der Ausrichtung des Streifens relativ zum Schlitten oder Druckerkörper; da die Drucktinte unter einem Winkel zu den Achsen der Düsen des Druckkopfes ausgestoßen werden kann, wird die Position des Druckkopfes in Bezug auf den erzeugten Druckstreifen eingestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mehreren Druckköpfe an der Basis einstellbar montiert und relativ zu der Markierung an der Basis positionierbar, so dass sich Druckstreifen, die durch die Druckköpfe erzeugt werden, in entsprechenden vorgegebenen Positionen relativ zur Markierung befinden.
Dadurch werden die oben genannten Vorteile in Bezug auf einen einzelnen Druckkopf auch bei einer Anordnung aus mehreren Druckköpfen geschaffen, so dass z. B. dann, wenn der Drucker unbrauchbar werden sollte, die Basis von dem unbrauchbaren Drucker entfernt und an dem Ersatzdrucker unter Verwendung der Markierung genau montiert werden kann, d. h., ohne dass jeder einzelne Druckkopf neu ausgerichtet werden muss, so dass sich die Druckstreifen, die durch die Druckköpfe erzeugt werden sollen, noch in korrekter Ausrichtung befinden.
Wenn mehrere Druckköpfe verwendet werden, um die Druckbreite zu vergrößern, ist es des Weiteren wichtig, dass die erste Düse eines zweiten Druckkopfes möglichst genau in einem Abstand von einer Schrittweite nach der letzten Düse des ersten Druckkopfes positioniert wird, um eine hohe Druckqualität zwischen den Druckköpfen aufrechtzuerhalten. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann diese Positionierung schnell und einfach ausgeführt werden.
Die Druckköpfe können an der Basis paarweise, z. B. in nebeneinander liegenden Paaren angeordnet sein. Dadurch kann die Montagedichte der Druckköpfe an der Basis vergrößert werden, wodurch eine kompakte Vorrichtung zur Tröpfchenablagerung geschaffen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Position des oder jedes Druckkopfes an der Basis relativ zu der Markierung durch Einstellmittel eingestellt. Dadurch kann ermöglicht werden, dass einzelne Druckköpfe an der Basis positioniert werden können, so dass sich die Druckstreifen, die durch die Druckköpfe erzeugt werden, in den vorgegebenen Positionen relativ zu der Markierung befinden.
Die Einstellmittel können Mittel zum Einstellen des Orts des oder jedes Druckkopfes relativ zu der Markierung und Mittel zum Einstellen der Orientierung des oder jedes Druckkopfes relativ zu der Markierung umfassen. Dadurch können der Ort und die Orientierung des Druckkopfes an der Basis einzeln eingestellt werden.
Die Einstellmittel können mehrere Einstellorgane, die an dem oder jedem Druckkopf in Eingriff gelangen, umfassen, wobei jedes Einstellorgan relativ zu der Basis beweglich ist, um die Position des Druckkopfes an der Basis einzustellen. Jedes Einstellorgan kann z. B. eine konische Oberfläche umfassen, wobei der Druckkopf gegen die konische Oberfläche gedrängt wird, damit er sich relativ zur Basis bewegt. Da die Bewegung einer Schraube in einer Bohrung genau gesteuert werden kann, wird die Ausrichtung des Druckstreifens vom Druckkopf auf die Markierung an der Basis ebenfalls genau gesteuert.
In einem zweiten Aspekt wird dementsprechend eine Tintenstrahldruckvorrichtung geschaffen, die im Anspruch 8 definiert ist.
Der Druckkopf kann eine entsprechend konische Oberfläche aufweisen, die an der konischen Oberfläche des Einstellorgans in Eingriff gelangt. Der Eingriff zwischen den entsprechend konischen Oberflächen kann ermöglichen, dass der Druckkopf durch die Einstellorgane gegen die Basis gehalten wird.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise Mittel, die an der Basis elastisch montiert sind, um einen Druckkopf gegen die Einstellmittel zu drängen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass jede Einstellung der Einstellmittel im Wesentlichen vollständig an den Druckkopf übertragen wird.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise Mittel, die an der Basis montiert werden können, um die Einstellmittel abzuschirmen, um eine zufällige Einstellung der Position des oder jedes Druckkopfes an der Basis zu verhindern.
Die Vorrichtung kann ferner ein geschlitztes Organ umfassen, das an der Basis montierbar ist und wenigstens einen darin ausgebildeten Schlitz aufweist, so dass sich Fluid, das von dem oder jedem Druckkopf ausgestoßen wird, durch einen entsprechenden Schlitz bewegt.
Jeder Druckkopf kann mehrere Düsen umfassen, die in einer Düsenplatte ausgebildet sind, wobei die Düsenplatte und die Wände des Schlitzes, durch die sich die Tinte, die von den Düsen ausgestoßen wird, bewegt, wenigstens einen Teil einer Aussparung definieren, in die Tintenentfernungsmittel bewegt werden können, um jegliche Tinte, die in der Aussparung infolge der Ausstoßung von einer der Düsen gesammelt wird, zu entfernen.
Die Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung weiter erläutert, in der:
1 eine Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Tröpfchenablagerung darstellt;
2 eine perspektivische Rückansicht der Vorrichtung zur Tröpfchenablagerung von 1 mit Abdeckung und Klemmvorrichtung, die teilweise ausgeschnitten sind, darstellt;
3 eine perspektivische Rückansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zur Tröpfchenablagerung ist, wobei Abdeckung und Klemmvorrichtung vollständig entfernt sind;
4(a) und 4(b) eine Draufsicht bzw. eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Druckkopfrahmens, der an der Basisplatte montiert ist, darstellen, und 4(c) eine perspektivische Ansicht der Ausrichtungsoberflächen eines Druckkopfrahmens darstellt;
5(a) eine Seitenansicht einer Einstellschraube darstellt; 5(b) eine vereinfachte Schnittansicht des Eingriffs eines Druckkopfrahmens an einer Einstellschraube darstellt, und 5(c) eine Seitenansicht eines Druckstifts darstellt;
6 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer geschlitzten Platte der Basisplatte der Vorrichtung zur Tröpfchenablagerung darstellt;
7 eine Schnittansicht des Druckkopfes darstellt, die die Ausrichtung einer geschlitzten Platte auf eine Basisplatte veranschaulicht;
8 dieselbe Schnittansicht wie 7 ist, die die Wirkung eines Düsenabstreifers veranschaulicht;
9 eine perspektivische teilweise schematische Explosionsansicht einer Ausführungsform eines Druckkopfes ist, der eine Basis und eine Abdeckung aufweist;
10 eine Vorderansicht eines Druckkopfes ist;
11 eine graphische Darstellung ist, die den Temperaturgradienten über den Druckkopf von 10 während des Tröpfchenausstoßes veranschaulicht;
12 eine perspektivische Ansicht des Druckkopfes von 9 ist, wobei ein Kühlkörper an der Abdeckung angebracht ist;
13 eine perspektivische Teilansicht der Ansteuerschaltung zum Liefern von elektrischen Betätigungssignalen an den Druckkopf von 12 ist;
14 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses zum Liefern von Kühlungsfluid an den Druckkopf und den Kühlkörper von 13 ist;
15 eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren Druckkopfes ist;
16 eine geschnittene Draufsicht einer Fluidzufuhrleitung des in 15 gezeigten Druckkopfes ist;
17 eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren Druckkopfes ist;
18 eine geschnittene Draufsicht einer Fluidzufuhrleitung des in 17 gezeigten Druckkopfes ist;
19 bis 22 Schnittansichten weiterer Druckköpfe sind, wovon 21b eine versetzte Anordnung der Tinteneinlässe und -auslasse des in 21a gezeigten Druckkopfes veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahldruckvorrichtung mit Tröpfchenabgabe auf Anforderung. In den bevorzugten Ausführungsformen umfasst eine Vorrichtung zur Tröpfchenablagerung ein Druckkopfmodul zur Anbringung am Schlitten oder Körper eines Tintenstrahldruckers. Derartige Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
In 1 umfasst das Druckkopfmodul 100 eine Basisplatte 102, auf der ein oder mehrere Druckköpfe 104 einstellbar montiert sind, eine Klemmvorrichtung 106 und eine Abdeckung 108. In den Ausführungsformen, die in den 1 bis 3 gezeigt sind, sind vier Druckköpfe 104 an der Basisplatte 102 einstellbar montiert. Es kann jedoch eine beliebige Anzahl von Druckköpfen an der Basisplatte 102 montiert sein; wobei in der Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, zwei Druckköpfe an der Basisplatte 102 montiert sein können. Die Druckköpfe können wie in den Ausführungsformen, die in den 2 und 4 gezeigt sind, in einer versetzten Formation, oder wie in der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, paarweise angeordnet sein. Zwei Druckköpfe eines Paars können nebeneinander montiert sein, um die Packungsdichte zu vergrößern.
Die Basisplatte 102 kann durch alle herkömmliche Mittel an dem Drucker montiert werden, wie etwa durch Schrauben, Klammern oder dergleichen. Eine Ausrichtung der Basisplatte am Drucker wird unter Verwendung einer an der Basisplatte vorhandenen Markierung 103 ausgeführt. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Markierung 103 in dieser Ausführungsform durch eine Nut 103 realisiert, die in der Basisplatte 102 gebildet ist, die Markierung kann jedoch jede geeignete Form annehmen.
Jeder Druckkopf 104 umfasst mehrere Düsen, aus denen Tinte ausgestoßen werden kann, indem ein elektrisches Signal an Betätigungsmittel angelegt wird, die einer Fluidkammer zugeordnet sind, die mit dieser Düse in Verbindung steht, wie z. B. aus den Patenten EP-A-0 277 703 , EP-A-0 278 590 und insbesondere aus den UK-Anmeldungen Nr. 9710530 und 9721555 bekannt ist. Die Betätigungsmittel jedes Druckkopfes 104 sind mit einer zugehörigen Ansteuerschaltungsanordnung verbunden, wobei die Fluidkammern mit einem oder mehreren Tintenvorratsbehältern verbunden werden können.
Wie in 4 deutlicher gezeigt ist, umfasst jeder Druckkopf einen äußeren Rahmenabschnitt 105, damit der Druckkopf an der Basisplatte 102 montiert werden kann. Der Rahmen 105 kann mit dem Druckkopf 104 einteilig oder von diesem getrennt sein. Nur aus Gründen der Klarheit veranschaulicht 4 lediglich den Rahmen 105, der an der Basisplatte 102 montiert ist.
Wie in den 3 und 4 genauer gezeigt ist, ist jeder Druckkopf 104 in einem Schlitz 110, der in der Basisplatte 102 ausgebildet ist, montiert, so dass die Düsen des Druckkopfes durch den Schlitz 110 freiliegen, damit Tinte, die von den Düsen ausgestoßen wird, auf einer Druckoberfläche abgelagert werden kann. Jeder Druckkopf ist mittels konischer Einstellschrauben 112, 114, wie in 5(a) gezeigt ist, die an entsprechenden Ausrichtungsoberflächen 116, 118 des Druckkopfes 104 in Eingriff gelangen, einstellbar an der Basisplatte 102 montiert. Jede Einstellschraube 112, 114 weist ein Schraubengewinde auf, das an einer Gewindebohrung 120, 122, die in der Basisplatte 102 ausgebildet ist, in Eingriff gelangt. Wie in den 4 und 5(b) veranschaulicht ist, sind die Ausrichtungsoberflächen 16, 118 des Druckkopfes 104 ebenfalls konisch, wobei die Konusform vorzugsweise jener der Einstellschraube entspricht.
Ein Druckstift 124, der in der Basisplatte 102 montiert ist, dient dazu, die Ausrichtungsoberflächen 116, 118 des Druckkopfes gegen die Ausrichtungsschrauben 112, 114 zu drängen. In 5(c) steht der Druckstift 124 von einem Gehäuse 126 vor, das an der Basisplatte 102 angebracht ist und eine Feder oder ein anderes elastisches Organ aufnimmt, das den Druckstift 124 vom Gehäuse 126 weg vorbelastet. Wenn der Druckstift 124 zur Seite ge drückt wird, kann er von der Ausrichtungsoberfläche 118 weg geneigt werden, damit der Rahmen 105 in dem Schlitz 110 montiert und von diesem entfernt werden kann.
Um jeden Druckkopf 104 an der Basisplatte 102 auszurichten, wird der Druckkopf 104 in einem Schlitz 110 der Basisplatte 102 montiert und durch die Einstellschrauben 112, 114 und den Druckstift 124 in Position gehalten. Der Druckkopf wird dann mit dem Drucker verbunden, damit Tinte aus dem Druckkopf ausgestoßen werden kann. Ein Druckstreifen wird dann durch den Druckkopf erzeugt. In Bezug auf die Position des Druckstreifens relativ zur Markierung 103 ist der Ort des Druckkopfes 104 an der Basisplatte 102 mit Hilfe der Einstellschraube 112 einstellbar. Durch Drehen der Einstellschraube 112 in der Bohrung 120 bewirkt der Eingriff der konischen Ausrichtungsoberfläche 116 des Druckkopfes 104 an der Schraube 112, dass sich der Druckkopf in der Y-Richtung bewegt, wie in den 3 und 5(b) durch den Pfeil 130 angegeben ist. In ähnlicher Weise wird die Orientierung des Druckkopfes 104 relativ zur Basisplatte 102 mit Hilfe der Einstellschraube 114 eingestellt. Durch Drehen der Einstellschraube 114 in der Bohrung 122 bewirkt der Eingriff der konischen Ausrichtungsoberfläche 118 des Druckkopfes 104 an der Schraube 114, dass sich der Druckkopf um die Einstellschraube 112 dreht, wie in 3 durch den Pfeil 132 angegeben ist. Typische Einstellbereiche der Einstellschrauben 112, 114 sind 0,8 mm (± 0,4 mm) bzw. 1° (± 0,5°).
Die Position des Druckkopfes an der Basisplatte wird unter Verwendung der Einstellschrauben 112, 114 eingestellt, bis sich ein Druckstreifen, der durch den Druckkopf erzeugt wird, in einer vorgegebenen Position relativ zu einer Markierung 103 an der Basisplatte 102 befindet. Alle Druckköpfe können nacheinander so eingestellt werden, dass sich die Druckstreifen, die durch alle Druckköpfe erzeugt werden, in einer vorgegebenen Position relativ zur Markierung 103 befinden. Deswegen kann dann, wenn der Drucker unbrauchbar wird, die Basisplatte 102 vom unbrauchbaren Drucker entfernt werden und an dem Ersatzdrucker unter Verwendung der Markierung 103 genau montiert werden, um die Basisplatte an dem Drucker genau anzubringen, d. h. ohne dass jeder einzelne Druckkopf 104 neu ausgerichtet werden muss. Dies kann eine schnelle und einfache Ersetzung des unbrauchbaren Druckers ohne Verlust der Druckkopfausrichtung gewährleisten.
Wenn die Positionen aller Druckköpfe 104, die an der Basisplatte 102 montiert sind, in geeigneter Weise eingestellt wurden, werden die Druckköpfe vom Drucker getrennt, damit eine Klemmvorrichtung 106 mittels Schrauben 107 an der Basisplatte 102 montiert werden kann, um die Druckköpfe in ihren gewünschten Positionen zu halten. Die Klemmvorrichtung 106 dient außerdem dazu, die Einstellschrauben 112, 114 vor einer zufälligen Bewegung abzuschirmen. Befestigungsschrauben (nicht gezeigt) können verwendet werden, um die Druckköpfe in ihren eingestellten Positionen zu befestigen.
Wie in 2 gezeigt ist, dient die Abdeckung 108 dazu, die Druckköpfe 104, die an der Basisplatte 102 montiert sind, physisch zu schützen. In der Abdeckung 108 sind Öffnungen 140 ausgebildet, damit Verbinder 150 zugänglich sind, die am Ende des Druckkopfes 104, das von den Düsen entfernt ist, gebildet sind, um die Wiederherstellung von getrennten elektrischen und Fluidverbindungen der Druckköpfe mit dem Drucker zu ermöglichen.
Die Basisplatte 102 umfasst ferner eine geschlitzte Platte 160, die an der Basisplatte 102 montierbar ist. In 6 sind mehrere Schlitze 162 vorhanden, die typischerweise eine Breite w von 1 bis 2 mm aufweisen, wie in 7 gezeigt ist, und in der geschlitzten Platte 160 ausgebildet sind, wobei jeweils ein Schlitz für jeden Druckkopf 104, der an der Basisplatte 102 montierbar ist, vorhanden ist.
7 ist eine Schnittansicht, die die Ausrichtung eines Druckkopfes 104 auf die Basisplatte 102 und die geschlitzte Platte 160 veranschaulicht. Wie in 7 gezeigt ist, ist die geschlitzte Platte 160 so auf die Basisplatte 102 ausgerichtet, dass die Düsen 170, die in der Düsenplatte 172 des Druckkopfes 104 ausgebildet sind, freiliegen, damit sich Tinte, die von den Düsen ausgestoßen wird, durch die geschlitzte Platte 160 bewegt, ohne auf den Seiten der geschlitzten Platte 160 aufzutreffen. Die äußere Oberfläche 164 der geschlitzten Platte 160 kann beschichtet sein, um den Abriebwiderstand zu verbessern.
Die obere Oberfläche der Düsenplatte 172 und die Wände des Schlitzes 162, die in der geschlitzten Platte gebildet sind, definieren gemeinsam eine Aussparung 180. Während des Tröpfchenausstoßes von den Düsen 170, die in der Düsenplatte 172 ausgebildet sind, können Fluidtröpfchen, die während des Ausstoßens des Tröpfchens von den Düsen vom Körper des Tröpfchens abreißen, in der Aussparung gesammelt werden. Die Sammlung von Fluid in der Aussparung kann zu einer Ablenkung des Tröpfchens während des Ausstoßens und dadurch zu einer ungenauen Platzierung des ausgestoßenen Tröpfchens auf der Druckoberfläche und schließlich zur Blockierung der Düsen 170 führen.
Um derartige Probleme zu vermeiden, enthält die Vorrichtung Mittel, wie etwa eine Abstreiferklinge 190, die in die Aussparung bewegt werden kann, um Tinte zu entfernen, die in der Aussparung gesammelt wird. Wie in 8 gezeigt ist, dient die geschlitzte Platte 160 dazu, um zu verhindern, dass die Abstreiferklinge mit der Düsenplatte in Kontakt gelangt, um dadurch eine Beschädigung an der Düsenplatte durch die Abstreiferklinge zu verhindern, wobei Tinte unter der Wirkung der Oberflächenspannung in das Material der Abstreiferklinge gezogen wird.
9 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Teils eines Druckkopfes 1100. Der Druckkopf umfasst eine Basis 1110 in Form einer Tafel aus piezoelektrischem Material, das in 9 in einer Richtung parallel zur z-Achse gepolt ist. Die Polarisationsrichtung ist durch Pfeile 1120 angegeben. Die Basis ist mit einer Reihe von parallelen Fluidkammern oder Fluidkanälen 1130 gebildet. Die Kanäle 1130 sind durch eine Abdeckung 1140 verschlossen, die sich über die gesamte obere Oberfläche des Druckkopfes erstreckt. Fluid, wie etwa Tinte, wird von einem Tintenvorratsbehälter (nicht gezeigt) an einen Tinteneinlass 1150 geliefert, der an der Abdeckung 1140 angeordnet ist, der Tinte zu einer Leitung 1160 liefert, die sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Abdeckung erstreckt, um jeden der Kanäle 1130 mit Tinte zu versorgen.
Die Kanäle 1130 haben eine Konfiguration mit stirnseitigem Schließkeil und enden an ihren entsprechenden Enden in einer Düsenplatte 1170, in der Düsen 1175, jeweils eine für jeden Kanal ausgebildet sind. Tinte wird auf Anforderung von den Kanälen 1130 in Form von Tröpfchen ausgestoßen und auf einer Druckzeile einer Druckoberfläche abgelagert, wobei zwischen der Druckoberfläche und dem Druckkopf 110 eine Relativbewegung senkrecht zur Ebene der Kanalachsen erfolgt.
Die Kanäle 1130 sind lang und schmal mit einem rechtwinkligen Querschnitt und haben gegenüberliegende Seitenwände 1180, die sich über die Länge der Kanäle erstrecken. Die Seitenwände 1180 der Kanäle 1130 sind mit Elektroden 1190 versehen, die sich entlang der Länge der Kanäle erstrecken. Elektrische Betätigungssignale, die an die Elektroden 1190 angelegt werden, erzeugen in der oberen Hälfte der Wände 1180 eine Scherbetätigung. Die unteren Hälften der Wände sind gezwungen, der Bewegung der oberen Hälften zu folgen, so dass sich die Wände zickzackförmig verformen. Die Ablenkung der Wände beaufschlagt die Tinte in dem Kanal mit Druck, wodurch Fluid aus den Düsen 1175 ausgestoßen wird. Bonddrahtverbindungen 1200 zur Rückseite der Basis liefern die elektrischen Betätigungssignale von der Ansteuerschaltungsanordnung (nicht gezeigt) an die Elektroden 1190.
Es wird beispielhaft eine Anordnung betrachtet, die in 10 dargestellt ist und bei der die Fluidkammern in Gruppen A und B unterteilt sind. Ein Temperatursensor S1 ist angeordnet, um die Temperatur zur Mitte der Gruppe A hin zu messen, und ein Temperatursensor S2 ist angeordnet, um die Temperatur zur Mitte der Gruppe B hin zu messen. 11 zeigt die zeitliche Änderung der Temperaturen T₁ und T₂, die durch die Sensoren S1 bzw. S2 erfasst werden, wenn lediglich die Fluidkammergruppe A betätigt wird, um aus ihren Düsen Tröpfchen auszustoßen. Wie in 11 gezeigt ist, gibt es eine deutliche Temperaturdifferenz ΔT zwischen den erfassten Temperaturen T₁ und T₂. Eine derartige Temperaturdifferenz zwischen Fluidkammern kann zu einer Differenz zwischen den Fluidmengen, die von den Fluidkammern ausgestoßen werden, führen, was Schwankungen der Größe von gedruckten Bildpunkten zur Folge hat. Es ist deswegen erwünscht, ΔT zu verringern.
Eine derartige Verringerung kann erreicht werden, indem die Abdeckung 1140 aus einem Material mit einer verhältnismäßig hohen Wärmeleitfähigkeit, jedoch mit einem Koeffizienten der thermischen Ausdehnung C_TE, der im Wesentlichen gleich jenem des piezoelektrischen Materials, wie etwa PZT, welches die Abdeckung bildet, gebildet wird. Zu geeigneten Materialien für die Abdeckung gehören Silicium und Aluminiumnitrid.
Um die Wärmeableitung zu unterstützen und die Wärme, die während des Tröpfchenausstoßes erzeugt wird, auf die Kanäle zu verteilen, ist ein Kühlkörper 1200 mit der Abdeckung 1140 verbunden, wie in 12 gezeigt ist. Der Kühlkörper ist aus Aluminium gebildet und umfasst mehrere Kühlrippen 1210. In der Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, hat der Kühlkörper 1200 vier Kühlrippen 1210, obwohl ein Kühlkörper mit einer beliebigen Anzahl von Kühlrippen verwendet werden kann. Ein Tinteneinlass 1220 ist in dem Kühlkörper ausgebildet, um Tinte an den Einlass 1150, der in der Abdeckung 1140 gebildet ist, zu liefern.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die die Ansteuerschaltungsanordnung für den Druckkopf 1100 zeigt. Der Druckkopf 1100 ist an einer Basisplatte 1230 montiert, an der eine Leiterplatte 1240 mit niedrigem Integrationsgrad befestigt ist, auf der die Ansteuerschaltungsanordnung angebracht ist. Die Ansteuerschaltungsanordnung 1250 enthält Chips 1260, die, wie in 13 gezeigt ist, durch eine Einkapselung 1270 eingekapselt sein können, obwohl das nicht wesentlich ist.
Während der Lieferung von elektrischen Betätigungssignalen von der Ansteuerschaltungsanordnung 1250 an den Druckkopf 1100 wird in der Ansteuerschaltungsanordnung 1250 Wärme erzeugt. Um eine Kühlung sowohl der Ansteuerschaltungsanordnung 1250 als auch des Kühlkörpers 1200 zu unterstützen, kann an der Basisplatte 1230 ein Gehäuse 1300 angebracht sein, das den Druckkopf 1100 und die Ansteuerschaltungsanordnung 1250 umgibt, und ein Strom eines Kühlungsfluids, wie etwa mit Druck beaufschlagte Luft, wird über den Einlass 1310 in das Gehäuse 1300 eingeleitet. Der Auslass 1320 ermöglicht, dass sich das Kühlungsfluid aus dem Gehäuse 1300 bewegt. Der Einlass und der Auslass haben typischerweise eine Abmessung von 5 mm.
Der Einlass ist so angeordnet, dass der Strom des Kühlungsfluids auf die Kühlrippen des Kühlkörpers auftrifft. Durch die Verwendung von Ventilen, die am Einlass und Auslass vorgesehen sind, können die Strömungsrate des Kühlmittelstroms in das Gehäuse und der Druck des Kühlungsfluids in dem Gehäuse gesteuert werden. Bei einer Strömungsrate von 40 l/min bei einem Überdruck von 1 bar, können z. B. die Platte 110 und die Chips 260 auf 57°C bzw. 33°C gekühlt werden, wenn der Druckkopf bei einer Leistung von 7,8 W betrieben wird, wobei in den Kanälen keine Tinte vorhanden ist.
Zusätzlich zum Lieferung von Kühlungsfluid an die Ansteuerschaltungsanordnung und den Kühlkörper kann das Gehäuse verwendet werden, um ein Parylen-Passivierungsmittel über der Ansteuerschaltungsanordnung abzulagern. In der Dampfphase befindliches Parylen wird in den Einlass 1310 eingeleitet, das kondensiert, um eine wasserresistente Monoschicht zu bilden, um die Ansteuerschaltungsanordnung vor Wasserdampf zu schützen, der in dem Kühlungsfluid enthalten ist, das anschließend in das Gehäuse eingeleitet wird. Dies beseitigt die Notwendigkeit, die Chips der Ansteuerschaltungsanordnung einzukapseln, wobei die Einkap selung dazu neigt, als ein Wärmeisolator zu wirken, und wodurch somit eine größere Verringerung der Temperatur der Chips möglich ist.
15 veranschaulicht eine geschnittene Seitenansicht eines Druckkopfes 2104. Wie z. B. aus dem Patent EP 0 277 703 bekannt ist, umfasst der Druckkopf eine Platte 2200 aus gerichtetem piezoelektrischen Material, wie etwa Bleizirkontitan (PZT), in dem mehrere Kanäle mit im Wesentlichen parallelen Seiten gebildet sind. Eine Abdeckplatte 2202 ist an der oberen Oberfläche der Platte 2200 montiert, um die Kanäle im Wesentlichen zu verschließen, um Fluidkammern 2204 zu definieren. Eine Fluidzuführungsverteilung 2206 ist in der Abdeckplatte 2202 ausgebildet, um Fluid an eine oder mehrere der Fluidkammern 2204 zu liefern. Wenn der Druckkopf so beschaffen ist, dass er Tinte einer einzigen Farbe ablagert, kann die Verteilung 2206 Fluid an alle Fluidkammern dieses Druckkopfes liefern. Es kann dagegen mehrere Verteiler geben, wovon jeder Tinte einer entsprechenden Farbe an eine entsprechende Anzahl von Fluidkammern liefert. Ein Filter 2208 ist zwischen dem Verteiler 2206 und dem Tinteneinlass 2210 in Fluidkommunikation mit einem (nicht gezeigten) Tintenvorratsbehälter angeordnet, um die Fluidkammer vor einer Verunreinigung durch das Eindringen von Schmutz zu schützen.
Eine Leitung 2212 ist im Druckkopf angeordnet, um Fluid vom Tinteneinlass zum Filter 2208 zu befördern. Um zu verhindern, dass im Fluid eingeschlossene Luftblasen durch das Filter 2208 in den Verteiler 2206 und von dort in die Kammern 2204 strömen, ist die Leitung so beschaffen, dass Luftblasen in dem Tröpfchenfluid zu einem Luftauslass 2214 des Druckkopfes geleitet werden. Der Luftauslass 2214 kann die Form eines Entlüftungsventils oder alternativ die Form eines Tintenauslasses haben, um die Rückkehr von Tröpfchenfluid zum Tintenvorratsbehälter zu ermöglichen.
Wie in 16 gezeigt ist, hat die Leitung 2212 in dieser Ausführungsform eine schlangenlinienförmige Anordnung, die bewirkt, dass im Fluid vorhandene Luftblasen an den Verteiler 2206 geliefert werden, um in die gewundene Erstreckungsrichtung der Leitung zu strömen, d. h. zum Luftauslass 2214, ohne dass sie in der Leitung blockiert werden. Die Leitung kann eine andere gewundene Anordnung besitzen, wie z. B. eine spiralförmige Anordnung.
17 veranschaulicht eine geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Druckkopfes 2104. Diese Ausführungsform ist der 15 gezeigten Ausführungsform ähnlich mit der Ausnahme, dass die Abdeckplatte zwei benachbarte Plattenorgane 2220, 2222 umfasst, die an die PZT-Tafel 2200 geklebt sind.
Eine schlangenlinienförmige Leitung 2212 und das Filtergehäuse 2224 sind in dem ersten Plattenorgan 2220 gebildet. Wie in 18 gezeigt ist, befördert die Leitung Tröpfchenfluid vom Tinteneinlass 2210 zum Filtergehäuse 2224. Das Filtergehäuse 2224 steht mit einem Verteiler 2206 in Fluidkommunikation, der in dem zweiten Plattenorgane 2222 gebildet ist, wobei der Verteiler 2206 seinerseits mit mehreren Fluidkammern 2204, die in der PZT-Kammer 2200 ausgebildet sind, in Fluidkommunikation steht.
In dieser Ausführungsform sind das erste und das zweite Plattenorgan 2220, 2222 ebenfalls aus PZT-Material gebildet, um sicherzustellen, dass die Abdeckplatte eine gute thermische Ausdehnungsmöglichkeit mit der PZT-Tafel 220 sowie eine geeignete Steifigkeit besitzt. PZT ist jedoch ein verhältnismäßig schlechter Wärmeleiter, was Ursache für einen schlechten Temperaturgradienten über den Kopf sein kann. Eine Ausführungsform des Druckkopfes, bei dem die Abdeckung aus Silicium oder Aluminiumnitrid gebildet ist, ist in 19 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine schlangenlinienförmige Leitung 2212 an den einander zugewandten Oberflächen der Abdeckorgane 2220, 2222 z. B. durch Ätzen gebildet. Eine derartige Ätztechnik kann verwendet werden, um gleichzeitig in dem zweiten Plattenorgan 2222 einen Filter 2230 zu bilden. Durch Ätzen kann der Filter sowohl leicht als auch genau mit verhältnismäßig geringen Abmessungen z. B. mit einer Dicke im Bereich von 50 bis 100 μm mit Öffnungen mit der Breite von etwa 15 μm gebildet werden.
Das Bilden der Abdeckung aus Silicium oder Aluminiumnitrid kann ermöglichen, dass die Abdeckung als ein Kühlkörper für die Ableitung von Wärme während der Betätigung wirkt. Um die Ableitung von Wärme zu unterstützen, kann ein Kühlkörper mit der Abdeckung verbunden sein. Die Strömung von Tinte durch die Leitung 2212, die in der Abdeckung ausgebildet ist, wirkt ebenfalls zur Verteilung von Wärme, die während der Betätigung der Fluidkammern erzeugt wird, um eine gleichförmige Temperatur des Druckkopfes sicherzustellen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Leitung in einer im Wesentlichen ebenen Abdeckung gebildet, die mit der PZT-Tafel verklebt ist, und liefert Fluid über ein Filter an einen gemeinsamen Verteiler. Die 20 bis 22 erläutern alternative Anordnungen zum Befördern von Tröpfchenfluid in Richtung zu einem gemeinsamen Verteiler und weg von diesem, während Luftblasen in dem Tröpfchenfluid zu einem Tintenauslass geleitet werden.
In der Ausführungsform, die in 20 gezeigt ist, sind mehrere Tinteneinlässe 2300 und Tintenauslässe 2302 in einem Verteilerorgan 2304 gebildet, das an dem Ende der PZT-Tafel 2200, das von den Düsen entfernt ist, angebracht sind. Die Oberseiten der Kanäle, die in der PZT-Tafel gebildet sind, sind durch eine Abdeckplatte 2306, die an die PZT-Tafel geklebt ist, abgedeckt. Fluid wird von den Tinteneinlässen 230 in einen Verteiler 2206, der in dem Verteilerorgan 2304 gebildet ist, und vom Verteiler 2206 zu den Fluidkammern 2204 befördert. Fluid wird durch Tintenauslässe 2302 (nicht gezeigt) an einen Tintenvorratsbehälter zurückgegeben. Demzufolge fließt Fluid auf einem gewundenen Weg von einem Einlass zu einem Auslass. In dieser Ausführungsform steigen Luftblasen in dem Fluid, das an den Verteiler 2206 geliefert wird, von den Einlassen 2300, ohne in die Fluidkammern einzutreten, direkt zu den Auslässen 2302 auf.
In der Ausführungsform, die in den 21a und 21b gezeigt ist, sind in der Abdeckplatte 2202 Öffnungen 2400 gebildet, um Tröpfchenfluid an die Fluidkammern 2204 zu liefern. Tinte wird von einem Verteiler 2402, der in einem Verteilerorgan 2404 gebildet ist, das an der Abdeckplatte 2202 angebracht ist, an die Öffnungen geliefert. Ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, enthält das Verteilerorgan 2404 mehrere Tinteneinlässe 2406 und mehrere Tintenauslässe 2408. Wie in 21b gezeigt ist, sind die Tintenauslässe in Bezug auf die Tinteneinlässe versetzt angeordnet mit dem Ergebnis, dass Fluid auf einem gewundenen Weg von einem Tinteneinlass über den Verteiler 2402 befördert wird, wobei sich Luftblasen direkt von einem Einlass zu einem Auslass bewegen.
In der Ausführungsform, die in 22 dargestellt ist, ist eine Leitung 2500 zum Befördern von Fluid zu den Fluidkammern 2204 und weg von diesen in der PZT-Tafel 2200 und der Abdeckplatte 2202 im Wesentlichen senkrecht zu den Kanälen, die in der PZT-Tafel ausgebildet sind, gebildet. Luftblasen, die in der Leitung eingeschlossen sind, strömen vom Einlass der Leitung, ohne in die Fluidkammern 2204 einzutreten, zum Auslass.

Claims

Verfahren zum Ausrichten eines Druckstreifens relativ zu einem Tintenstrahldrucker, der eine Basis (102) und einen an der Basis (102) einstellbar montierten Druckkopf (104) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte des Positionieren eines Druckkopfes (104) an einer Basis (102) in einer Position relativ zu einer Markierung (103) an der Basis (102) in der Weise, dass sich ein durch den Druckkopf (104) erzeugter Druckstreifen an einer vorgegebenen Position in Bezug auf die Markierung (103) befindet, und des Anordnens der Basis (102) an einem Tintenstrahldrucker unter Verwendung der Markierung (103) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mehrere Druckköpfe (104) an der Basis (102) einstellbar montiert sind.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Druckköpfe (104) an der Basis (102) paarweise angeordnet sind.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Position und/oder die Orientierung des oder jedes Druckkopfes (104) relativ zu der Markierung durch Einstellmittel eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Einstellmittel mehrere Einstellorgane (112, 114), die mit dem oder jedem Druckkopf in Eingriff sind, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Einstellmittel relativ zu der Basis (102) so bewegt werden, dass die Position und/oder die Orientierung des Druckkopfes (104) an der Basis eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem der Drucker ferner Mittel (124) umfasst, die an der Basis elastisch montiert sind, wobei diese Mittel einen Druckkopf gegen die Einstellmittel drängen.
Tintenstrahldrucker-Vorrichtung, die eine Basis (102) und wenigstens einen Druckkopf (104), der an der Basis (102) einstellbar montiert und relativ zu einer Markierung (103) an der Basis (102) positionierbar ist, umfasst, wobei Mittel zum Einstellen der Position des oder jedes Druckkopfes (104) an der Basis (102) relativ zu der Markierung (103) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein durch den oder jeden Druckkopf (104) erzeugter Druckstreifen an einer vorgegebenen Position relativ zu der Markierung (103) befindet, wobei die Basis an dem Drucker unter Verwendung der Markierung (103) angeordnet werden kann; und wobei die Einstellmittel mehrere Einstellorgane (112, 114) umfassen, die mit dem oder jedem Druckkopf (104) in Eingriff gelangen können, wobei jedes Einstellorgan (112, 114) relativ zu der Basis (102) beweglich ist, um so die Position des Druckkopfes bzw. der Druckköpfe (104) an der Basis (102) einzustellen, wobei jedes Einstellorgan (112, 114) eine konische Oberfläche aufweist, so dass eine Bewegung der konischen Oberfläche relativ zu der Basis (102) die Position des Druckkopfes (104) an der Basis (102) einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Druckkopf eine konische Oberfläche (116) aufweist, die mit der entsprechend konischen Oberfläche an einem Einstellorgan in Eingriff gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, die Mittel (124) umfasst, die an der Basis elastisch montiert sind, um einen Druckkopf gegen die Einstellmittel zu drängen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die Mittel umfasst, die an der Basis montierbar sind, um die Einstellmittel abzuschirmen, um eine zufällige Einstellung der Position des oder jedes Druckkopfes an der Basis zu verhindern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, die ein geschlitztes Organ (108) umfasst, das an der Basis montierbar ist und wenigstens einen darin ausgebildeten Schlitz (140) besitzt, so dass sich Fluid, das von dem oder jedem Druckkopf ausgestoßen wird, durch einen entsprechenden Schlitz bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der jeder Druckkopf mehrere Düsen aufweist, die in einer Düsenplatte ausgebildet sind, wobei die Düsenplatte und die Wände des Schlitzes, durch die sich die Tinte, die von den Düsen ausgestoßen wird, bewegt, wenigstens einen Teil einer Aussparung definieren, in die Tintenentfernungsmittel bewegt werden können, um jegliche Tinte, die in der Aussparung infolge der Ausstoßung von einer der Düsen gesammelt wird, zu entfernen.