DE60201629T2

DE60201629T2 - Tintenstrahldrucker und Tintenversorgungsverfahren

Info

Publication number: DE60201629T2
Application number: DE60201629T
Authority: DE
Inventors: Naoji Ohta-ku Otsuka; Hiroyuki Ohta-ku Inoue; Masahito Ohta-ku Yoshida; Takashi Ohta-ku Nojima; Hitoshi Ohta-ku Sugimoto; Shusuke Ohta-ku Inamura; Yasufumi Ohta-ku Tanaami; Takeshi Ohta-ku Iwasaki; Noriko Ohta-ku Sato; Yasuyuki Ohta-ku Hirai; Takeshi Ohta-ku Yazawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: EP1270238A2; CN1184078C; US20030007047A1; JP2002370374A; KR20020096961A; DE60201629D1; EP1270238A3; EP1270238B1; CN1392056A; KR100486804B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker, einen Druckkopf und ein Tintenversorgungsverfahren, genauer ausgedrückt, die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise auf einen Tintenstrahldrucker angewendet, bei welchem die Versorgung eines Druckkopfes mit auszustoßender Tinte intermittierend erfolgt.
Zu den Tintenstrahldruckern zählen solche, bei welchem während der Bewegung des Druckkopfes über das Aufzeichnungsmedium aus dem Kopf Tinte auf dieses ausgestoßen wird, aber auch solche, bei welchen der Druckkopf fest angeordnet ist und auf das unter diesem bewegte Aufzeichnungsmedium Tinte ausstößt, um auf diesem ein Bild zu erzeugen.
Es sind im allgemeinen zwei Arten des Versorgens des Druckkopfes mit Tinte bekannt. Bei einem dieser Verfahren wird dem Druckkopf ständig oder kontinuierlich Tinte entsprechend der ausgestoßenen Tintenmenge zugeführt (nachfolgend kontinuierliches Zuführverfahren genannt), während beim anderen der Druckkopf mit einem Reservebehälter (Unterbehälter oder zweiter Tintenbehälter) ausgerüstet ist, welcher von einer Tintenquelle (Hauptbehälter oder erster Tintenbehälter) in einem geeigneten Takt oder intermittierend mit Tinte versorgt wird (nachfolgend intermittierendes Zuführverfahren genannt).
Das kontinuierliche Zuführverfahren wird zum Beispiel bei einem Tintenstrahldrucker angewendet, bei welchem der Druck kopf abtastend über das Aufzeichnungsmedium hin und her bewegt und dieses rechtwinklig zur Abtastrichtung transportiert wird. Das kontinuierliche Zuführverfahren wird in zwei Kategorien unterteilt, in eine Kategorie, bei welcher der an einem Schlitten montierte und in Hauptabtastrichtung hin und her bewegte Druckkopf aus einem in diesem integrierten Tintenbehälter oder einem an diesem austauschbar befestigten Tintenbehälter mit Tinte versorgt wird, und eine Kategorie, bei welcher der an einem Schlitten montierte Druckkopf über ein flexibles Röhrchen mit einem im Drucker separat angeordneten und fest installierten Tintenbehälter verbunden ist und von diesem mit Tinte versorgt wird. Bei der letztgenannten Kategorie ist am Druckkopf oder am Schlitten ein zweiter Tintenbehälter befestigt, welcher als Zwischenbehälter zwischen dem Tintenhauptbehälter und dem Druckkopf dient.
Bei der erstgenannten Kategorie gibt es hinsichtlich der Projektionsfläche rechtwinklig zur Abtasthauptrichtung und der Größe der vom Schlitten bewegten Einheiten (Druckkopf und Tintenbehälter als integraler Teil desselben oder austauschbar an diesem befestigt) Grenzen. Deshalb kann bei einem kleinen Drucker, besonders bei einem tragbaren Drucker, nur ein Tintenbehälter mit sehr geringem Fassungsvermögen verwendet werden, so daß der Druckkopf oder der Tintenbehälter häufig ausgewechselt werden muß und in dieser Zeit der Drucker nicht einsatzfähig ist und höhere Kosten entstehen. In den letzten Jahren ist der Bedarf an sogenannten mobilen Druckern ständig gestiegen, so daß äußerst kompakte Drucker entwickelt wurden, welche in Personalcomputern in Form von Notizbüchern und in Digitalkameras integriert werden können. Die erstgenannte Kategorie des Zuführverfahrens eignet sich praktisch nicht für solche Drucker.
Obwohl für die andere Kategorie des Zuführens von Tinte die vom Schlitten in Abtasthauptrichtung bewegten Einheiten bis zu einem bestimmten Grad kompakt ausgeführt werden können, kann wegen des erforderlichen Platzes für das den Kopf aus dem Tintenbehälter mit Tinte zu versorgenden Zuführröhrchen und wegen des separat vom Schlitten angeordneten Tintenbehälters der Drucker als Ganzes nicht sehr kompakt ausgeführt werden. Durch die Forderung nach höherer Schlittengeschwindigkeit zur Erhöhung der Druckgeschwindigkeit wird das Zuführröhrchen starken Stoßbelastungen unterzogen, welche zu Druckänderungen im Tintenzuführsystem resultieren. Um solche Druckänderungen abzufedern, sind komplizierte Druckpuffer erforderlich, welche der Verringerung der Druckergröße entgegen wirken.
Bei einem nach dem intermittierende Zuführen betriebenen Seriendrucker sind ein relativ kleiner Tintenbehälter und ein relativ kleiner Druckkopf am Schlitten montiert, während ein relativ großer erster Tintenbehälter an einer anderen Stelle im Drucker angeordnet ist, wobei die Versorgung des zweiten Tintenbehälters mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter in einem entsprechenden Takt erfolgt. Ein solches System ist im Dokument US-A-5,885,718 offenbart. Es wird aber auch ein System verwendet, bei welchem der erste Tintenbehälter separat vom zweiten Tintenbehälter angeordnet ist und die Verbindung zwischen beiden während der Bewegung des Kopfes in Abtastrichtung durch ein Ventil unterbrochen wird. Durch eine solche Konfiguration können die Probleme hinsichtlich Größe der bewegbaren Elemente und Stoßbelastung des Zuführröhrchens gelöst werden.
Bei intermittierendem Zuführen von Tinte ist es wichtig, ein ins System gelangtes Gas wie Luft aus diesem zu entfernen, um den Druck in diesem entsprechend steuern zu können.
Es gibt vier Ursachen für das Eindringen eines Gases in das Tintenzuführsystem.

1) Gas kann durch die Ausstoßöffnungen des Druckkopfes eintreten oder beim Ausstoßvorgang erzeugt werden.
2) Ein in der Tinte gelöstes Gas kann aus dieser austreten.
3) Gas kann in einem Material, aus welchen Teile des Systems gefertigt sind, gelöst sein und durch Diffusion aus diesem austreten.
4) Gas kann beim Kuppeln des ersten Tintenbehälters an den zweiten Tintenbehälter an der Verbindungsstelle ins System gelangen.

Das Eindringen von Gas ist ein unvermeidliches Problem, jedoch variiert die Gasmenge in Abhängigkeit von der Konstruktion des Zuführsystems. Wenn zum Beispiel in dem an einem Schlitten montierten zweiten Tintenbehälter Gas sich sammelt, wird die Effektivität des Füllens dieses Behälters beeinträchtigt. Außerdem führen Expansion und Kontraktion der Luft infolge von Temperaturänderungen zu unerwarteten Druckänderungen. Bei einem zu hohen Druck kann aber aus den Ausstoßöffnungen Tinte austreten, während bei einem zu großer Unterdruck Ausstoßmängel auftreten. Ein im zweiten Tintenbehälter angesammeltes Gas kann in die zu den Ausstoßöffnungen strömende Tinte dringen und den Ausstoßvorgang beeinträchtigen.
Derartige Probleme sind auch bei einem Zuführsystem zu verzeichnen, bei welchem das Zuführen von Tinte kontinuierlich durch ein flexibles Röhrchen erfolgt. Bei einem solchen System gemäß dem Stand der Technik wurden Maßnahmen gegen das Eintreten von Gas getroffen, zu welchen periodisches Ausstoßen und gleichzeitiges Saugen von Tinte und Gas aus den Ausstoßöffnungen und Absaugen von Tinte und Gas aus den Aus stoßöffnungen in den am Schlitten montierten zweiten Tintenbehälter gehören.
Da bei diesen Regeneriervorgängen viel Tinte vergeudet wird, sind der Konstruktion kompakter und transportabler Drucker mit intermittierender Tintenzuführung Grenzen gesetzt. Außerdem ist für die Durchführung von Regeneriervorgängen und für das Füllen des zweiten Tintenbehälters in einem entsprechenden Takt eine relative lange Zeit erforderlich. Eine weitere Zeit muß für einen Vorausstoßvorgang und einen Wischvorgang zum Entfernen von Ablagerungen auf der Ausstoßfläche eingeplant werden.
Bei einem Zuführsystem für kontinuierliches Zuführen durch ein Röhrchen und einem Druckkopf, bei welchem zum Beibehalten des an den Ausstoßöffnungen gebildeten Meniskus ein unter dem Atmosphärendruck liegender Druck erforderlich ist, muß der erste Tintenbehälter unter dem Niveau der Ausstoßöffnungen angeordnet werden, um in diesem auf natürliche Weise einen Unterdruck zu erzeugen. Somit sind der Lage und der Anordnung des ersten Tintenbehälters ebenfalls Grenzen gesetzt, um ein Austreten von Tinte aus den Ausstoßöffnungen besonders beim Händeln eines tragbaren Druckers zu verhindern.
Deshalb wurde ein intermittierendes Zuführsystem entwickelt, bei welchem ein Film verwendet wird, welcher Gas, aber keine Flüssigkeit durchläßt (nachfolgend einfach Funktionalfilm genannt), und im zweiten Tintenbehälter ein poröses Element in Form eines Schwamms zum Speichern von Tinte und Erzeugen eines entsprechenden Unterdrucks angeordnet ist. Eine solche Konstruktion ist auch für transportable Drucker geeignet, weil deren Lage sich beim Transport ändern kann und weil während des Füllens keine großen Tintenverluste zu verzeichnen sind.
Ein Funktionalfilm mit der erforderlichen langen Lebensdauer muß über einen langen Zeitraum in einem chemisch reaktionsträgen Zustand verbleiben, so daß der Auswahl der verwendbaren Tinten Grenzen gesetzt sind.
Wenn der Funktionalfilm im zweiten Tintenbehälter angeordnet wird, kann durch diesen Gas eintreten. Wenn aber im zweiten Tintenbehälter ein poröses Element angeordnet wird, welches die Tinte vor den Druckkopfdüsen auf einem Unterdruck hält, sinkt die Tintenhalteeffizienz des zweiten Tintenbehälters. Durch Farbstoff- und Pigmentablagerungen in der Tinte, welche die Haltbarkeit des porösen Elements verschlechtern, sind der Auswahl geeigneter Tinten weitere Grenzen gesetzt.
Da im porösen Element nach dem Füllen immer zu viel Tinte gespeichert ist, muß überschüssige Tinte durch die Ausstoßöffnungen abgesaugt werden, um den erforderlichen Unterdruck für den Kopf zu gewährleisten. Mit anderen Worten, das Füllen führt zu einer Vergrößerung der Menge nicht nutzbarer Tinte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines intermittierenden Tintenzuführsystems, bei welchem das Problem einer zu großen Abfalltintenmenge beim Füllen grundsätzlich nicht auftritt, eine hohe Fülleffizienz und kurze Füllzeit zu verzeichnen ist, eine lange Haltbarkeit der Tinte erwartet werden kann und eine große Freiheit hinsichtlich der Tintenauswahl besteht.
Somit trägt diese Erfindung zur Konstruktion eines kompakten tragbaren Tintenstrahldruckers ohne wesentliche Vergrößerung der Anzahl an Einzelelementen und zur Vereinfachung der Steuerung selbst bei Verwendung zahlreicher unterschiedlicher Tinten bei.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Tintenstrahldruckers zum Drucken auf einem Aufzeichnungsmedium mit einem Druckkopf zum Ausstoßen von Tinte,
welcher folgende Elemente aufweist,
einen ersten Tintenbehälter als Tintenquelle,
einen zweiten Tintenbehälter (304), welcher vom ersten Tintenbehälter mit Tinte versorgt werden kann und während des Druckens den Druckkopf mit Tinte versorgt und dessen Innenvolumen veränderlich ist, und
eine Volumenänderungseinheit, welche auf den zweiten Tintenbehälter eine Kraft ausübt, um dessen Innenvolumen zu vergrößern und aus dem ersten Tintenbehälter Tinte in diesen strömen zu lassen bzw. dessen Innenvolumen zu verkleinern und den Inhalt in den ersten Tintenbehälter zurück zu drücken.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Tintenversorgungsverfahrens für einen Tintenstrahldrucker zum Drucken auf einem Druckmedium mit einem Druckkopf zum Ausstoßen von Tinte, welches mehrere Schritte aufweist,
Bereitstellung eines als Tintenquelle dienenden ersten Tintenbehälters,
Bereitstellung eines zweiten Tintenbehälters (304) mit veränderlichem Innenvolumen, welcher vom ersten Tintenbehälter mit Tinte gefüllt werden kann und während des Druckens den Druckkopf mit Tinte versorgt,
Füllen des zweiten Tintenbehälters mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter durch Vergrößerung des Innenvolumens des zweiten Tintenbehälters und
Zurückführen des Inhaltes des zweiten Tintenbehälters in den ersten Tintenbehälter durch Verkleinerung des Innenvolumens des zweiten Tintenbehälters.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein erster und ein zweiter Tintenbehälter bereitgestellt, wobei der zweite Tintenbehälter zusammengedrückt wird, um dessen Innenvolumen zu verringern und dessen Inhalt, d. h. Tinte mit gelöstem Gas, in den ersten Tintenbehälter zu drücken und das Austreten von Tinte zu verhindern. Durch Dehnen des zweiten Behälters zur Vergrößerung des Innenvolumens kann dieser auf einfache Weise mit Tinte gefüllt werden. Bei diesem intermittierenden Versorgungssystem ist während des Druckens die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Tintenbehälter unterbrochen, um im zweiten Tintenbehälter den erforderlichen Unterdruck zu erzeugen, ohne daß Abfalltinte entsteht. Dadurch kann ein transportabler Drucker konstruiert werden, bei welchem das in den ersten Tintenbehälter zurück gedrückte Gas nicht wieder in den zweiten Tintenbehälter gelangt und der Lage und Orientierung des Speicherbehälters keine Grenzen gesetzt sind.
Der in dieser Spezifikation verwendete Begriff „Drucken" bedeutet die Erzeugung von Buchstaben, Zeichnungen, Bildern, Designs, Mustern usw. mit und ohne Bedeutung auf einem Druckmedium, welche mit dem menschlichen Auge erkennbar sind.
Der Begriff „Druckmedium" bezieht sich nicht nur auf das in einem herkömmlichen Drucker verwendete Papier, sondern auch auf Tinte aufnehmendes Material wie Gewebe, Plastfilme, Metallplatten, Glas, Keramik, Holz und Leder, wird nachfolgend aber als „Blatt" oder einfach „Papier" bezeichnet.
Der verwendete Begriff „Tinte" (in einigen Fällen auch „Flüssigkeit" genannt) bezieht sich auf die zur Erzeugung von Bildern, Designs, Mustern usw. auf einem Druckmedium verwendete Flüssigkeit (mit Farbstoff).
Die vorliegende Erfindung kann auf verschieden Arten von Druckköpfen übertragen werden, zum Beispiel auf einen Kopf, welcher mit einem elektrothermischen Wandler zur Erzeugung von Wärmeenergie für das Auslösen des Filmkochens in der Flüssigkeit und somit zur Bildung eines Bläschens in dieser bestückt ist, einen mit einem elektromechanischen Wandler zum Ausstoßen von Flüssigkeit bestückter Kopf, einen Druckkopf, bei welchem statische Elektrizität oder ein Luftstrom zur Erzeugung und zum Ausstoßen eines Flüssigkeitströpfchens verwendet wird, und auf die Köpfe gemäß dem Stand der Technik. Besonders der mit einem elektrothermischen Wandler bestückte Druckkopf kann kompakt ausgeführt werden.
Der in dieser Spezifikation verwendete Begriff „Düse" bezieht sich auf eine Ausstoßöffnung, welche mit einem Flüssigkeitskanal und einem in diesem angeordneten Wärme erzeugenden Element verbunden ist.
Diese und weitere Aufgaben, Effekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher zu erkennen.
1 zeigt schematisch die Draufsicht des allgemeinen Aufbaus eines Tintenstrahldruckers mit einem intermittierenden Versorgungssystem gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
2 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau eines Tintenstrahldruckers mit einem intermittierende Versorgungssystem, welches den Kopf durch ein Röhrchen mit Tinte versorgt.
3 zeigt im Blockschaltbild schematisch den allgemeinen Aufbau eines im Tintenstrahldrucker gemäß 1 oder 2 verwendeten Steuersystems.
4 zeigt schematisch den Innenaufbau eines intermittierenden Versorgungssystems mit Verbindungselementen zum Schließen und Trennen von Kreisläufen.
Die 5A bis 5C zeigen ein Beispiel des Aufbaus und der Arbeitsweise von Ventileinheiten, welche in dem in 4 dargestellten Versorgungssystem verwendet werden können.
6 zeigt im Flußplan ein Beispiel des Versorgens eines zweiten Tintenbehälters mit Tinte aus einem ersten Tintenbehälter bei dem in 1 schematisch dargestellten Tintenstrahlkopfes.
7 zeigt im Flußplan Details der in 6 angedeuteten Steuerung zur Beurteilung der Notwendigkeit eines Entlüftungsvorgangs.
8 zeigt ein Vergleichsbeispiel zu der in 4 dargestellten Anordnung.
9 zeigt schematisch ein Beispiel des Aufbaus des im Versorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten ersten Tintenbehälters.
10 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel des Aufbaus des im Versorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten ersten Tintenbehälters.
11 zeigt schematisch ein zweites Beispiel des Innenaufbaus einer Druckkopfeinheit mit intermittierendem Versorgungssystem.
Die 12A bis 12C zeigen das sequentielle Tintenfüllen bei dem in 11.
13 zeigt schematisch ein drittes Beispiel des Innenaufbaus einer Druckkopfeinheit mit intermittierendem Versorgungssystem.
14 zeigt das Wirkungsprinzip des in 13 dargestellten Systems.
15 zeigt schematisch ein viertes Beispiel des Innenaufbaus einer Druckkopfeinheit mit intermittierendem Versorgungssystem.
Die 16A und 16B zeigen ein Beispiel des Aufbaus eines intermittierenden Versorgungssystems für einen in verschiedenen Lagen verwendeten Drucker, wobei 16A das intermittierende Versorgungssystem in einer bestimmten Lage, 16B dieses Versorgungssystem um 90 Grad zu der in 16A dargestellten Lage zeigt.
Nachfolgend wird in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen die Erfindung detailliert beschrieben.
Erstes Beispiel des Aufbaus eines Tintenstrahldruckers
1 zeigt schematisch die Draufsicht des allgemeinen Aufbaus eines Tintenstrahldruckers mit einem intermittierenden Versorgungssystem gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
Die in 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Druckkopfeinheit ist austauschbar an einem Schlitten 2 befestigt. Die Kopfeinheit ist aus einem Druckkopf und einem zweiten Tintenbehälter zusammengesetzt, wobei der Druckkopf von einem nicht dargestellten Signalgeber angesteuert wird, um aus der Düse Tinte auszustoßen. Der mit der austauschbaren Druckkopfeinheit 1 bestückte Schlitten 2 ist mit einem elektrischen Anschluß versehen, über welchen die Steuersignale an die Druckkopfeinheit 1 gesendet werden.
Der Schlitten 2 ist auf einem im Gerätehauptkörper angeordneten, in Abtasthauptrichtung sich erstreckenden Führungsholm 3 gelagert und wird auf diesem hin und her bewegt. Der Schlitten 2 wird von einem Antriebsmotor 4 über einen Übertragungsmechanismus in Form einer Antriebsscheibe 5, einer Abtriebsscheibe 6 und eines Taktgeberriemens 7 angetrieben. Am Schlitten 2 ist ein Ausgangsstellungssensor 10 in Form eines Photounterbrechers und an der entsprechenden Stelle im Drucker eine Sperrplatte 11 zum Unterbrechen der optischen Achse des Photounterbrechers angeordnet. Wenn der Schlitten 2 bewegt wird und dabei der Photounterbrecher 10 die Sperrplatte 11 passiert, hat der Schlitten die als Bezugsstellung definierte Ausgangsstellung erreicht.
Vom Motor 15 einer automatischen Blattzuführvorrichtung wird über ein Getriebe eine Aufnahmewalze 13 angetrieben, um das Druckmedium 8 in Form von Druckpapier oder Plastfolien Blatt für Blatt zu transportieren. Von einem Zeilenvorschubmotor 16 wird über ein Getriebe eine Transportwalze 9 in Abtastnebenrichtung in Drehung gesetzt, um das Blatt oder die Folie unter die mit Ausstoßöffnungen versehene Kopfeinheit 1 zu schieben.
An einer Stelle im Transportweg des Druckmediums ist ein Sensor 12 zum Erfassen des vorderen und des hinteren Endes des Druckmediums angeordnet, welcher beurteilt, ob ein Blatt zugeführt wurde und das Signal zum Starten des Druckens gegeben werden soll, und das Ende des Druckvorgangs auf dem Druckmedium vorgibt.
Unter dem Druckmedium ist eine nicht dargestellte Walze angeordnet, welche die für das Drucken erforderliche ebene Fläche erzeugt.
Die Druckkopfeinheit 1 ist so am Schlitten befestigt, daß deren Ausstoßöffnungen nach unten auf das Aufzeichnungsmedium 8 gerichtet sind und sich parallel zu diesem erstrecken. Der zur Druckkopfeinheit 1 gehörende Druckkopf ist zum Beispiel ein Tintenstrahldruckkopf, welcher mit einem elektrothermischen Wandler zur Erzeugung der für das Filmkochen in der Tinte erforderlichen Wärmeenergie bestückt ist. Durch das Filmkochen werden Bläschen erzeugt, welche das Ausstoßen von Tinte bewirken. Es kann aber auch ein Druckkopf verwendet werden, welcher mit einem piezoelektrischen Element bestückt ist.
In 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 100 einen mit einer Kappe ausgerüsteten Regeneriermechanismus, wobei die Kappe zum Abdecken der Ausstoßöffnungen des Druckkopfes und als Hilfsmittel für das Saugen von Tinte aus den Ausstoßöffnungen dient. Von einem nicht dargestellten Motor kann die Kappe gegen die mit den Ausstoßöffnungen versehene Fläche der Druckkopfes gedrückt und von dieser abgehoben werden. Von einer nicht dargestellten Pumpe wird in der gegen die Ausstoßöffnungsfläche des Druckkopfes gedrückten Kappe ein Unterdruck erzeugt, um aus den Ausstoßöffnungen Tinte zu saugen. Wie bereits erwähnt, dient die Kappe auch dazu, in betriebsfreien Zeiten des Druckers die mit den Ausstoßöffnungen versehene Fläche des Druckkopfes zu schützen.
Das Bezugszeichen 101 kennzeichnet eine an der Druckkopfeinheit 1 angeordnete Ventileinheit zur Herstellung der Verbindung zwischen dieser und einer Tintenzuführquelle. Das Bezugszeichen 104 kennzeichnet eine an der Tintenzuführquelle angeordnet Ventileinheit als Gegenstück zur Ventileinheit 101. Das Bezugszeichen 102 kennzeichnet eine an der Druckkopfeinheit 1 angeordnete Ventileinheit zur Herstellung der Verbindung zwischen dieser und einer Luftsaugpumpe und das Bezugszeichen 103 eine Ventileinheit als Gegenstück zur Ventileinheit 102.
Wenn der Schlitten 2 sich in Abtasthauptrichtung in der Ausgangsstellung außerhalb des Druckbereichs oder in der Nähe dieser Stellung befindet, werden die Ventileinheiten 101 und 104 sowie 102 und 103 miteinander gekoppelt, damit Tinte bzw. Luft durch diese strömen kann. Wenn der Schlitten aus der Ausgangsstellung in Richtung Druckfläche bewegt wird, werden die entsprechenden Ventileinheiten voneinander getrennt und automatisch geschlossen, ausgenommen die Ventileinheit 102, welche ständig geöffnet bleibt.
Das Bezugszeichen 105 kennzeichnet ein an den ersten Tintenbehälter 107 und an die Ventileinheit 104 angeschlossenes Versorgungsröhrchen und das Bezugszeichen 106 ein an eine Druck- und Saugpumpeneinheit 108 angeschlossenes Röhrchen. Das Bezugszeichen 112 kennzeichnet den Ansaug- und Ausstoß kanal der Pumpeneinheit 108. Diese Röhrchen müssen nicht integraler Bestandteil der entsprechenden Einheit, sondern können auch separate Teile sein.
Zweites Beispiel des Aufbaus eines Tintenstrahldruckers
Bei dem in 1 dargestellten intermittierenden Versorgungssystem werden die Ventileinheiten nur dann miteinander gekoppelt, wenn der zweite Tintenbehälter aus dem ersten Tintenbehälter mit Tinte versorgt werden soll, während beim Drucken der erste und der zweite Tintenbehälter des Versorgungssystems räumlich voneinander getrennt sind. Es kann aber auch ein intermittierende Versorgungssystem verwendet werden, bei welchem der erste und der zweite Tintenbehälter nicht wie eben beschrieben räumlich, sondern durch ein Ventil voneinander getrennt werden.
2 zeigt ein mit einem Rohrverbindungsmechanismus ausgerüstetes intermittierendes Versorgungssystem für einen Drucker. In 2 sind Elemente, welche jenen in 1 annähernd gleichen, und für die Beschreibung des Versorgungssystems keine Bedeutung haben, nicht dargestellt.
In 2 kennzeichnet das Bezugszeichen 150 ein flexibles Röhrchen, welches an einem Ende an den zweiten Tintenbehälter der Druckkopfeinheit und am anderen Ende an eine mit der Saug- und Druckpumpeneinheit 108 verbundene Elektromagnetventileinheit 152 angeschlossen ist. Das Bezugszeichen 151 kennzeichnet ein flexibles Röhrchen, welches an einem Ende an den zweiten Tintenbehälter der Druckkopfeinheit und am anderen Ende an die über ein Röhrchen 105 mit dem ersten Tintenbehälter verbundene Elektromagnetventileinheit 152 angeschlossen ist.
Mit anderen Worten, es kann auch ein intermittierendes Versorgungssystem verwendet werden, welches mit einem normalen Rohrverbindungsmechanismus und einem Zwischenglied in Form der Elektromagnetventileinheit 152 ausgerüstet ist, wobei die Elektromagnetventileinheit 152 so gesteuert wird, daß diese die Kanäle beim Drucken schließt und zum Versorgen des zweiten Tintenbehälters mit Tinte öffnet.
Beispiel des Aufbaus eines Steuersystems
3 zeigt im Blockschaltbild ein Beispiel des Aufbaus eines Steuersystems für den in 1 oder den in 3 schematisch dargestellten Tintenstrahldrucker.
Die in 3 mit dem Bezugszeichen 200 gekennzeichnete Steuereinheit dient als Hauptsteuerabschnitt und ist zum Beispiel aus einer CPU 201 in Form eines Mikrocomputers, einem ROM 203 zum Speichern fester Daten in Form von Programmen und Tabellen und einem RAM 205 mit einem Speicherbereich für Bilddaten und einem Arbeitsbereich zusammengesetzt. Die mit dem Bezugszeichen 210 gekennzeichnete Haupteinheit ist ein Computer zum Erzeugen und Verarbeiten der zu druckenden Bilddaten, eine Leseeinheit zum Lesen von Bildern oder eine Digitalkamera. Die Haupteinheit 210 kann separat vom Tintenstrahldrucker gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet werden oder integraler Bestandteil desselben sein.
Bilddaten, Kommandos und Statussignale werden über eine Schnittstelle 212 von der Haupteinheit 200 gesendet oder von dieser empfangen. Ein Operationsabschnitt 219 ist mit einem Spannungsspeiseschalter 220 und einem Regenerierschalter 221 zum Auslösen einer Saugregenerierung ausgerüstet, welche von der Bedienperson betätigt werden. Der mit dem Bezugszeichen 223 gekennzeichnete Erfassungsabschnitt ist mit Sensoren zum Erfassen des Druckerzustandes ausgerüstet, zum Beispiel mit dem bereits erwähnten Ausgangsstellungssensor 10, dem Sensor 12 zum Erfassen eines zugeführten Druckmediums und einem an einer geeigneten Stelle angeordneten Sensor 222 zum Erfassen der Umgebungstemperatur.
Der mit dem Bezugszeichen 250 gekennzeichnete Kopftreiber steuert auf der Grundlage der Bilddaten den elektrothermischen Wandler (Ausstoßheizelement) 300 des Druckkopfes 1. Der Kopftreiber 250 weist mehrere Abschnitte bzw. Elemente auf, ein Schieberegister zum Anordnen von Bilddaten in Verbindung mit der Stellung des Ausstoßheizelements 300, ein Triggerflipflop zum Zwischenspeichern der angeordneten Bilddaten in einem geeigneten Takt, eine Logikschaltung zum Ansteuern des Ausstoßheizelements synchron zum Ansteuertaktsignal und einen Taktgeber zum Vorgeben des Ansteuertaktes für das Ausstoßheizelement zwecks Registratur der Punkterzeugungsstellen (Registrierprozeß), wenn erforderlich.
Der Druckkopf 1 ist auch mit einem Heizelement 301 für den Temperaturausgleich zur Stabilisierung der Ausstoßcharakteristik bestückt. Dieses Heizelement 301 kann neben dem Ausstoßheizelement 300 auf einem Substrat und/oder im Druckerhauptkörper oder an der Druckkopfeinheit angeordnet werden.
Das Bezugszeichen 251 kennzeichnet einen Treiber für den Abtasthauptmotor 4, das Bezugszeichen 252 einen Treiber für den Zeilenvorschubmotor 16, das Bezugszeichen 253 einen Treiber für den Blattzuführmotor 15, das Bezugszeichen 254 einen Treiber für die Pumpeneinheit 108 und das Bezugszeichen 255 einen Treiber für den Regeneriersystemmotor.
Das Bezugszeichen 38 kennzeichnet einen Treiber für die Ventileinheit zum Öffnen und Schließen des Verbindungskanals.
Dieser Treiber ist nicht erforderlich, wenn die Ventileinheiten 101 und 104 gemäß 1 vorgesehen sind, sondern wird nur in Verbindung mit dem in 2 angedeuteten Elektromagnetventil 152 zum passiven Öffnen und Schließen des Verbindungskanals verwendet.
Erstes Beispiel des intermittierenden Versorgungssystems
Nachfolgend wird der Aufbau und die Arbeitsweise eines intermittierenden Versorgungssystem der einfachsten Art für den Tintenstrahldrucker gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
4 zeigt den Innenaufbau einer Druckkopfeinheit 1, welche mit dem in 1 dargestellten Versorgungssystem ausgerüstet ist. Die Darstellung in 4 entspricht der Lage und Orientierung des Druckers während des Druckbetriebs. Die Beziehung zwischen der Höhe des ersten Tintenbehälters 107 und jener des zweiten Tintenbehälters 304 ist jedoch nicht auf die dargestellte beschränkt.
In 4 kennzeichnet das Bezugszeichen 302 einen Druckkopf, dessen Ausstoßöffnungen oder Düsen nicht in Abtasthauptrichtung, sondern zum Beispiel im rechten Winkel zu dieser angeordnet sind. Die mit der entsprechenden Ausstoßöffnung und einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer verbundenen Flüssigkeitskanäle sind mit einem Ausstoßheizelement versehen.
Das Bezugszeichen 303 kennzeichnet ein Gehäuse, welches nur über die Ventileinheiten 102 und 101 Verbindung hat. Das Bezugszeichen 304 kennzeichnet einen zweiten Tintenbehälter in Form eines Balgs, dessen Innenvolumen durch den im Gehäuse herrschenden Druck verändert werden kann. Der zweite Tintenbehälter 304 ist an die Ventileinheit 101 und die gemeinsame Flüssigkeitskammer des Druckkopfes 302 angeschlossen. Beim Betreiben des Druckers liegt in Schwerkraftrichtung gesehen der an die Ventileinheit 101 angeschlossene Abschnitt über dem Druckkopf 302, wobei in 4 die Maximallage in bezug auf die Schwerkraftrichtung dargestellt ist. Das Bezugszeichen 306 kennzeichnet ein am hinteren Ende des zweiten Tintenbehälters 304 angeordnetes Anschlagelement und das Bezugszeichen 307 einen Anschlag, gegen welchen das Anschlagelement 306 sich während des Ausdehnens des zweiten Tintenbehälters 304 legt, um die Vergrößerung des Innenvolumens dieses Behälters zu begrenzen.
Das Bezugszeichen 305 kennzeichnet eine am Anschlagelement 306 und am Gehäuse 303 befestigte, die Vergrößerung des Innenvolumens des zweiten Tintenbehälters 304 bewirkende Druckfeder. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel ist die Druckfeder 305 im zweiten Tintenbehälter angeordnet, doch es besteht auch die Möglichkeit, diese außerhalb des Behälters anzuordnen. In diesem Fall kann anstatt einer Druckfeder eine Zugfeder verwendet werden, um das Innenvolumen des zweiten Tintenbehälters zu vergrößern. Auf eine solche Spezialfeder kann aber verzichtet werden, wenn der den zweiten Tintenbehälter 304 bildende Balg aus Gummi gefertigt wird und beim Vergrößern des Innenvolumens einen Unterdruck erzeugen kann.
Wenn die Ventileinheit 101 und die Ventileinheit 104 miteinander gekoppelt sind, ist der zweite Tintenbehälter 304 über das Röhrchen 105 mit ersten Tintenbehälter 107 verbunden. Wenn die Ventileinheit 102 und die Ventileinheit 103 miteinander gekoppelt sind, ist der Innenraum des Gehäuses 303 mit dem darin isoliert angeordneten zweiten Tintenbehälter 304 über das Röhrchen 106 mit der Pumpeneinheit 108 verbunden.
Im gekoppelten Zustand bilden die beiden Ventileinheiten 101 und 104 einen Versorgungskanal.
Nachfolgend wird in Verbindung mit den 5A bis 5C der Aufbau und die Wirkungsweise der beiden Ventileinheiten 101 und 104 beschrieben.
In 5A kennzeichnet das Bezugszeichen 101A ein aus einem elastischen Material wie Gummi gefertigtes Dichtelement zum Abdichten des zweiten Tintenbehälters 304, welches mit einem durchgehenden Schlitz 101B versehen ist. Bei dem in 5A dargestellten Zustand, in welchem die Ventileinheiten 101 und 104 nicht miteinander gekoppelt sind, bleibt durch die Elastizität des Dichtelements 101A der Schlitzt 101B und somit der um den Innenraum des zweiten Tintenbehälters gas- und flüssigkeitsdicht geschlossen.
Die Bezugszeichen 104A bis 104E kennzeichnen die Elemente, aus welchen die Ventileinheit 104 zusammengesetzt ist. Das Bezugszeichen 104A gekennzeichnete eine am Röhrchen 105 befestigte Hohlnadel, welche am vorderen Ende mit einer Bohrung 104B versehen ist. Das Bezugszeichen 104C kennzeichnet ein aus Gummi gefertigtes elastisches Verschlußelement, welches mit einer durchgehenden Bohrung 104D zur Aufnahme der Hohlnadel 104A. Wenn die beiden Ventileinheiten 101 und 104 nicht miteinander gekoppelt sind, wird von einer am Flansch der Hohlnadel 101A befestigten Feder 104E das Verschlußelement 104C in die in 5A dargestellte Position gedrückt und dadurch von der Innenwand der durchgehenden Bohrung 104D die in der Hohlnadel 104A vorhandene Bohrung 104B geschlossen.
Wenn zum Versorgen des zweiten Tintenbehälters 304 mit Tinte das Gehäuse 303 von der in 5A dargestellten Position in die in 5B dargestellte Position bewegt wird, legt das Verschlußelement 104C sich gegen das Dichtelement 101A.
Beim Weiterbewegen des Gehäuses 303 in die in 5C dargestellte Position wird die Feder 104E zusammengedrückt und die Hohlnadel 104A durch die durchgehende Bohrung 104D und den Schlitz 101B so weit in den zweiten Tintenbehälter 304 geschoben, bis deren Öffnung 104B frei liegt. Damit ist über das Röhrchen 105 die Verbindung zwischen dem ersten Tintenbehälter 107 und dem zweiten Tintenbehälter 304 hergestellt.
Wenn nach Abschluß des Versorgens des zweiten Tintenbehälters 304 mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter 107 das Gehäuse 303 in die in 5A dargestellte Position zurück bewegt und die Verbindung zwischen dem zweiten Tintenbehälter 304 und dem ersten Tintenbehälter 107 wird, sind diese beiden Behälter flüssigkeitsdicht geschlossen, so daß unabhängig von der Lage des Druckers keine Flüssigkeit aus dem zweiten Tintenbehälter 304 austreten kann.
Die in den 5A bis 5C dargestellte Konstruktion stellt aber keine Beschränkung der Erfindung dar, denn anstatt der Ventileinheiten 101 und 104 können auch andere Konfigurationen verwendet werden, welche im gekoppelten Zustand einen Kanal bilden und im entkoppelten Zustand diesen Kanal schließen.
Im Gegensatz zu den Ventileinheiten 101 und 104 sind die Ventileinheiten 102 und 103 nicht mit einem Ventilelement versehen, welches den im gekoppelten Zustand beider Einheiten gebildeten Kanal im entkoppelten Zustand nicht schließt. Im entkoppelten Zustand beider Ventileinheiten hat der Innenraum des Gehäuses 303 mit dem darin isoliert angeordneten zweiten Tintenbehälter Verbindung zur Atmosphäre.
Die in 4 angedeutete Pumpeneinheit 108 kann zum Beispiel ein Hauptgehäuse in Form einer Membranpumpe und ein an die Arbeitskammer des Hauptgehäuses angeschlossenes Wegeventil zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Kanal und der Atmosphäre oder der Verbindung zwischen dem Kanal und der Ventileinheit 103 aufweisen. Wenn die beiden Ventileinheiten 102 und 103 miteinander gekoppelt sind, kann zuerst durch Öffnen des Kanals zur Atmosphäre und Ansaugen von Luft und dann durch Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Kanal und der Atmosphäre und Ausstoßen der Luft in das Gehäuse 303 der Druck in diesem erhöht werden. Umgekehrt kann zuerst durch Schließen des Kanals zur Atmosphäre und Saugen von Luft aus dem Gehäuse und dann durch Öffnen des Kanals zur Atmosphäre und Ausstoßen der Luft an diese der Druck im Gehäuse 303 verringert werden. Die Pumpeneinheit 108 kann aber auch anders aufgebaut sein, sofern diese in der Lage ist, den Druck im Gehäuse entsprechend zu erhöhen und zu verringern. Bei dieser Ausführungsform wird die Pumpeneinheit 108 dazu verwendet, durch Saugen von Luft aus dem Gehäuse 303 den Druck in diesem abzubauen und durch Komprimieren der Luft im Gehäuse 303 den Druck in diesem zu erhöhen. Als Medium im Gehäuse 303 kann anstatt Luft ein Gas oder eine Flüssigkeit verwendet werden.
Obwohl der erste Tintenbehälter 107 zum Versorgen des zweiten Tintenbehälters 304 oder des Druckkopfes 302 mit Tinte 110 unterschiedlich konfiguriert werden kann, ist dieser der vorliegenden Ausführungsform mit einem Element 109 versehen, welches die ständig Verbindung zwischen der Atmosphäre und dem Behälter gewährleistet und somit den Druck in diesem immer auf Atmosphärendruck hält. Wenn das Element 109 über dem Tintenpegel angeordnet ist, kann dieses einfach als Bohrung ausgeführt werden, welche mit einem Funktionalfilm versehen wird, welche nur Gase in den Flüssigkeitsbehälter eindrin gen, aber keine Flüssigkeit aus diesem austreten läßt. Wie 4 zeigt, ist in Schwerkraftrichtung das Ende des Röhrchens 105 fast bis zum Boden des ersten Flüssigkeitsbehälters 107 geführt. Durch eine solche Konstruktion kann die Tinte im ersten Flüssigkeitsbehälter vollständig verbraucht und Luft aus dem zweiten Flüssigkeitsbehälter entfernt werden, worauf später näher eingegangen wird.
Bei dieser Ausführungsform ist weder im ersten Tintenbehälter 107 noch im zweiten Tintenbehälter 304 ein Schwamm als Tintenspeicher angeordnet. Dadurch kann sowohl beim Aufwärtsströmen als auch beim Abwärtsströmen der Tinte das in dieser gelöste Gas problemlos entfernt werden.
Beispiel des Tintenversorgungsvorgangs
6 zeigt ein Beispiel der Versorgung des zweiten Tintenbehälters 304 mit Tinte aus dem erasten Tintenbehälter 107.
Sobald Bilddaten verfügbar sind und der Hauptcomputer 210 den Befehl zum Drucken gegeben hat (Schritt 1), geht der Ablauf zu Schritt 2 über, um den in 1 angedeuteten Schlitten in Abtasthauptrichtung zu bewegen und die Ventileinheiten 101 und 104 sowie 102 und 103 mit einander zu koppeln und einen Flüssigkeitskanal bzw. Luftkanal zu erzeigen. Die vorliegende ist jedoch nicht auf diese Koppelart beschränkt. Die geschlossenen Ventileinheiten 101 und 104 werden erst mit Beendigung des Koppelvorgangs geöffnet, währen die Ventileinheiten 102 und 103 ständig offen sind und beim Koppeln einen Kanal bilden.
Danach wird in Schritt 3 die in 1 mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnete Abdeckeinheit des Regeneriermechanismus gegen die mit den Ausstoßöffnungen versehene Fläche des in 4 angedeuteten Druckkopfes 302 gedrückt, um einen Regeneriervorgang durchzuführen.
Im anschließenden Schritt 4 wird ermittelt, ob die im zweiten Tintenbehälter gesammelte Luft oder gesammelten Gase aus diesem entfernt werden müssen (nachfolgend Entlüften genannt). Die Beurteilung, ob ein Entlüften erforderlich oder nicht erforderlich ist, erfolgt auf der Grundlage der nach dem letzten Entlüften verstrichenen Zeit, der Anzahl an durchgeführten Füllvorgängen am zweiten Tintenbehälter 304 oder der Beziehung zwischen diesen Faktoren. Von dieser Beurteilung ist abhängig, ob der Ablauf zu Schritt 5 oder Schritt 9 übergeht.
7 zeigt detailliert diesen Beurteilungsvorgang. Nach Beginn dieser Beurteilung in Schritt 30 geht der Ablauf zu Schritt 31 über, um Informationen über die seit dem letzten Entlüften vergangene Zeit einzuholen. Beim vorliegenden Beurteilungsvorgang werden 3 verschiedene Zeiten zugrunde gelegt, wobei „1" für weniger als ein Woche, „2" für eine Woche bis fast einen Monat und „3" für einen Monat und darüber gilt. So kann zum Beispiel nach Beendigung eines Entlüftungsvorgangs ein im Drucker oder Hauptcomputer angeordneter Zeitgeber neu gestartet und von diesem Moment an die Zeit gemessen werden. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit der Verwendung einer Kalenderfunktion und einer Speicherfläche, wobei die Zeit seit dem letzten Entlüftungsvorgang kumuliert und mit der gespeicherten zeit verglichen wird. Als Speicherfläche ist ein Schlafspeicher in Form eines EEPROM geeignet, da dessen Inhalt beim Ausschalten des Druckers gespeichert bleibt.
Wenn die Zeit „3" verstrichen ist, geht der Ablauf zu Schritt 34 über, in welchem ein Flag zur Durchführung eines Entlüftungsvorgangs gesetzt wird. Dieses Flag kann zum Beispiel in einem Abschnitt des RAM 205 erzeugt werden. Mit dem Setzen des Flag zur Durchführung das Entlüftens kann der Zeitgeber neu gestartet werden. Wenn aber die Zeit „1" oder „2" verstrichen ist, geht der Ablauf zu Schritt 32 bzw. Schritt 33 über, in welchem auf der Grundlage der Anzahl der seit dem letzten Entlüften am zweiten Tintenbehälter 304 durchgeführten Füllvorgänge entschieden wird, ob ein Entlüften sich erforderlich macht. Die Beurteilungsbasis „a" entspricht weniger als 10, die Beurteilungsbasis „b" 10 bis fast 20 und die Beurteilungsbasis „c" 20 und darüber. Zum Speichern der kumulativen Anzahl an Füllvorgängen ist eine Fläche eines Schlafspeichers in Form eines EEPROM geeignet, da dessen Inhalt beim Ausschalten des Druckers gespeichert bleibt.
Wenn die Zeit „1" verstrichen ist, wird in Schritt 32 ermittelt, ob die Anzahl an Füllvorgängen „c" bzw. 20 oder mehr beträgt. Wenn das nicht der Fall ist, wird dieses Programm beendet. Wenn in Schritt 32 ermittelt wird, daß „c" zutrifft, geht der Ablauf zu Schritt 34 über, um das Flag zur Durchführung des Entlüftens zu setzen und danach das Programm zu beenden. Wenn in Schritt 31 als verstrichene Zeit „2" ermittelt wird, geht der Ablauf zu Schritt 33 über, um zu ermitteln, ob die Anzahl an Füllvorgängen „a" bzw. weniger als 10 beträgt. Wenn das nicht der Fall ist, geht der Ablauf zu Schritt 34 über, um das Flag zur Durchführung des Entlüftens zu setzen. Bei Ermittlung der Anzahl „a" in Schritt 33 wird dieses Programm beendet.
Nachdem in Schritt 34 das Flag zur Durchführung des Entlüftens gesetzt ist, geht der Ablauf zu Schritt 35 über, um dieses Programm zu beenden, so daß der Ablauf zu Schritt 4 des in 7 dargestellten Programms zurückkehrt, um auf der Grundlage des gesetzten Flags das Entlüften gemäß den Schritten 9 bis 15 durchzuführen. Wenn in Schritt 32 ermittelt wird, daß „c" nicht zutrifft, oder in Schritt 33 die Anzahl „a" ermittelt wird, geht der Ablauf zu Schritt 35 über, um dieses Programm sofort zu beenden, danach zu Schritt 4 zurückzukehren und normales Füllen gemäß den Schritten 5 bis 8 durchzuführen.
Obwohl gemäß dieser Ausführungsform ein erforderliches Entlüften auf der Grundlage der verstrichenen Zeit und der Anzahl an Füllvorgängen bestimmt wird, genügt eine dieser Bedingungen, sofern entsprechendes Aktivieren des Entlüftens erfolgt. Diese Bedingungen können durch die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit ergänzt und unter Beachtung von Faktoren wie Tintenart, Größe des zweiten Tintenbehälters, Menge der pro Zeiteinheit aus den Ausstoßöffnungen des Druckkopfes ausgestoßenen Tinte und Lage des Kopfes beim Drucken verändert werden. Mit anderen Worten, die verstrichene Zeit und die Anzahl an Füllvorgängen sind lediglich als Beispiel gedacht.
Wenn bei dem in 6 dargestellten Programm das Flag zur Durchführung des Entlüftens gesetzt und in Schritt 4 das Entlüften festgelegt wird, geht der Ablauf zu Schritt 9 über. In Schritt 9 wird die Pumpeneinheit 108 in Betrieb gesetzt, um über eine bestimmte Zeit (C Sekunden) Druck zu erzeugen. Für die Druckerzeugung wird im allgemeinen eine Zeit vorgegeben, welche zur Minimierung des Innenvolumens des zweiten Tintenbehälters 304 ausreicht, wobei diese Zeit von den Dimensionen verschiedener Elemente abhängig ist und normalerweise etwa 3 bis 10 Sekunden beträgt.
Zur Durchführung des Entlüftens muß das Innenvolumen des zweiten Tintenbehälters 304 nicht immer vollständig mini miert werden. Mit anderen Worten, zum Erreichen eines Minimalvolumens kann die Druckerzeugungszeit durch Schätzen der Luftrestmenge aus den Parametern wie verstrichene Zeit und Anzahl an Füllvorgängen vorgegeben werden. Die Druckerzeugung sollte aber auf jeden Fall so erfolgen, daß der an jeder Düse des Druckkopfes gebildeten Meniskus erhalten bleibt. Wenn die aus dem erzeugten Druck abgeleitete Kraft gleich oder kleiner ist als die Meniskushaltekraft, kann das Austreten von Tinte aus den Düsen verhindert werden. Da bei dieser Ausführungsform die mit den Ausstoßöffnungen versehne Fläche des Druckkopfes durch eine Kappe abgedeckt wird, kann die aus der Druckerzeugung resultierende Kraft die Meniskushaltekraft kurzzeitig überschreiten. Um in dieser kurzen Zeit ein Zurückströmen von Tinte in den ersten Tintenbehälter 107 zu verhindern, sollte der Kanalquerschnitt einen bestimmten Strömungswiderstand bilden.
Danach geht der Ablauf zu Schritt 10 über, damit die Pumpeneinheit 108 den Druck im Gehäuse 303 unter Atmosphärendruck absenkt und aus dem ersten Tintenbehälter 107 durch das Röhrchen 105 und die Ventileinheiten 104 und 101 Tinte in den zweiten Tintenbehälter 304 gesaugt werden kann. Die aus dieser Druckverringerung resultierende Kraft sollte aber ebenfalls kleiner sein als die Meniskushaltekraft, um Einströmen von Luft durch die Ausstoßöffnungen zu verhindern. Wenn die Druckverringerung über eine bestimmte Zeit (D Sekunden) durchgeführt wird, dehnt der zweite Tintenbehälter 304 sich so weit, bis das Anschlagelement 306 sich gegen den Anschlag 107 legt und eine weitere Ausdehnung mechanisch verhindert.
Danach geht der Ablauf zu Schritt 11 über, um den Druck im Gehäuse über eine bestimmte Zeit (D Sekunden) wieder zu erhöhen. Danach wird in Schritt 12 über eine vorbestimmte Zeit (F Sekunden) der Druck im Gehäuse wieder verringert. Diese Verfahrensweise ist erforderlich, um die im zweiten Tintenbehälter 304 akkumulierte Luft vollständig in den ersten Tintenbehälter 107 zu drücken. Wenn die im zweiten Tintenbehälter 304 vorhandene Luft vollständig aus diesem entfernt wird, ohne dabei die maximale Tintenfülleffizienz zu nutzen, können der zweite Druckerzeugungsvorgang gemäß Schritt 11 und der zweite Druckentspannungsvorgang gemäß Schritt 12 entfallen.
Vollständiges Entfernen der Luft aus dem zweiten Tintenbehälter 304 wird durch die Beziehung
Maximales Innenvolumen (oder maximale Austragkapazität) des zweiten Tintenbehälters 304 > (Innenvolumen des Röhrchens 105) × 2
gewährleistet, wenn die Druckerzeugung und die Druckentspannung mindestens zweimal durchgeführt werden. Das ist ein Merkmal dieser Ausführungsform.
Wenn der zweite Tintenbehälter 304 vollständig mit Luft gefüllt ist und bei der Druckerzeugung in Schritt 9 nahezu die gesamte Luftmenge aus diesem Behälter in den ersten Tintenbehälter 107 gedrückt wird, gelangt bei dem in Schritt 10 durchgeführten Entspannungsvorgang die dem Innenvolumen des Röhrchens 105 entsprechende Luftmenge wieder zurück in den zweiten Tintenbehälter 304. Wenn dann in Schritt 11 die zweite Druckerzeugung erfolgt, wird die im oberen Abschnitt des zweiten Tintenbehälters 304 vorhandene Luft in Schwerkraftrichtung in den ersten Tintenbehälter 107 gedrückt und die verdrängte Luftmenge durch nachströmende Tinte aus dem ersten Tintenbehälter ersetzt.
Wenn zu allen Zeiten ein vollständiges Entfernen der Luft aus dem zweiten Tintenbehälter nicht erforderlich ist, genügt das Einhalten der Beziehung
Maximales Innenvolumen (oder maximale Austragkapazität) des zweiten Tintenbehälters 304 > Innenvolumen des Röhrchens 105
Wenn aber die Beziehung
Maximales Innenvolumen (oder maximale Austragkapazität) des zweiten Tintenbehälters 304 > (Innenvolumen des Röhrchens 105) × 2
erfüllt wird, füllt das Röhrchen 105 sich zwangsläufig mit der Tinte, welche beim zweiten Druckerzeugungs- und Entspannungsvorgang nachströmt. Demzufolge strömt bei Durchführung der Druckentspannung gemäß Schritt 12 nur Tinte in den zweiten Tintenbehälter 304. Mit anderen Worten, bei Durchführung aller beschriebenen Schritte wird der zweite Tintenbehälter 304 vollständig mit Tinte gefüllt.
Da in diesem Zustand in der Praxis das Anschlagelement 306 sich gegen den Anschlag 307 legt, kann die Druckfeder 305 sich nicht frei entspannen. Wenn dann in Schritt 13 für eine kurze Zeit (B Sekunden) erneut Druck erzeugt wird, um aus dem zweiten Tintenbehälter 304 eine kleine Tintenmenge in den ersten Tintenbehälter 107 zu drücken, löst das Anschlagelement 306 sich vom Anschlag 307 und ermöglicht der Druckfeder 305 die Erzeugung eins geeigneten Unterdrucks.
Damit keine Abfalltinte anfällt, sollte die zu diesem Zeitpunkt aus dem erzeugten Druck resultierende Kraft annähernd der vom Druckkopf erzeugten Meniskushaltekraft entsprechen. Der Druck kann aber um eine bestimmte Größe erhöht werden, damit eine geringe Tintenmenge aus den Düsen austritt und dadurch eine zur Stabilisierung des Tintenausstoßes beitragende Regenerierung stattfindet.
Anstatt der Druckerzeugung gemäß Schritt 13 kann in Schritt 12 die Zeit entsprechend vorgegeben werden, um die Druckentspannung zu beenden, bevor das Anschlagelement 306 sich gegen den Anschlag 307 legt. Das Entspannen kann aber auch von einem die Stellung des Anschlagelements erfassenden Sensor beendet werden. Es kann aber auch eine kleine Tintenmenge aus den Ausstoßöffnungen des Druckkopfes in die Abdeckkappe gesaugt oder durch entsprechendes Ansteuern des Druckkopfes Tinte in die Abdeckkappe ausgestoßen werden (Vorausstoßen).
In allen Fällen wird die Druckfeder 305 in Richtung Vergrößerung des Innenvolumens des zweiten Tintenbehälters 304 entspannt, um den erwünschten Unterdruck zu erzeugen. Durch das Anschlagelement 306 und den Anschlag 307 wird das Ausdehnen des zweiten Tintenbehälters im Gleichgewicht mit der vom Druckkopf erzeugten Meniskushaltekraft gestoppt. Deshalb sollte die Federkonstante der Druckfeder 305 entsprechend vorgegeben werden, um den Unterdruck so lange in einem für das Ausstoßen von Tinte aus dem Druckkopf geeigneten optimalen Bereich zu halten, bis durch den Tinteverbrauch das Innenvolumen des zweiten Tintenbehälters 304 einen Minimalwert erreicht hat.
Danach geht der Ablauf zu Schritt 14 über, um die Abdeckkappe des mechanischen Abdecksystems 100 zurückzuziehen und den Schlitten 2 in Abtasthauptrichtung über die Aufzeichnungsfläche zu bewegen und dabei in Schritt 15 die Ventileinheiten zu entkoppeln. Im entkoppelten Zustand sind die Ventileinheiten 101 und 104 geschlossen, während die Ventileinheit 102 geöffnet bleibt. In Schritt 16 wird der Zeitgeber neu gestartet, um die Zeit nach dem letzten Entlüften zu zählen (die Zeitinformationen zum Entlüften auf den neuesten Stand zu bringen), die Informationen über die Anzahl an Füllvorgängen zu löschen, das Flag zur Durchführung des Entlüftens zurückzusetzen. Schließlich wird in Schritt 17 dieses Programm beendet.
Wenn aber das Flag zur Durchführung des Entlüftens nicht gesetzt wurde und in Schritt 4 die Forderung nach Durchführung des Entlüftens nicht erhoben wird, geht der Ablauf zu Schritt 5 über. Da in diesem Fall keine oder nur eine sehr kleine Menge Luft im zweiten Tintenbehälter 304 verblieben ist, wird von der Pumpeneinheit 108 der Innenraum des Gehäuses 303 über eine bestimmte Zeit (A Sekunden) entspannt, damit der durch Tintenverbrauch auf ein kleines Volumen zusammengeschrumpfte zweite Tintenbehälter 304 sich schnell ausdehnt.
Danach wird in Schritt 6 über eine kurze Zeit (B Sekunden) wieder Druck erzeugt, um eine kleine Tintenmenge in den ersten Tintenbehälter 107 zurück zu drücken und die Erzeugung eines Unterdrucks durch die Druckfeder 305 zu gewährleisten. Danach geht der Ablauf zu Schritt 7 über, um die Abdeckkappe des mechanischen Abdecksystems 100 zurückzuziehen und den Schlitten 2 in Abtasthauptrichtung über die Aufzeichnungsfläche zu bewegen, dabei in Schritt 8 die Ventileinheiten zu entkoppeln und schließlich in Schritt 17 das Programm zu beenden. Die in den Schritten 6 bis 8 ablaufenden Prozesse sind den in den Schritten 13 bis 15 ablaufenden ähnlich.
Diese Konstruktion und die ablaufenden Prozesse ermöglichen auf einfache Weise intermittierendes Versorgen des zweiten Tintenbehälters mit Tinte, ohne daß durch das Füllen Abfalltinte entsteht.
Durch Veränderung des Innenvolumens des als Auslöser für das Füllen dienenden zweiten Tintenbehälters 304 wird ein Entlüftungsvorgang durchgeführt und Tinte in den ersten Tintenbehälter zurück gedrückt. Diese Vorgänge können von einer einzigen entsprechend gesteuerten Antriebsquelle durchgeführt werden. Dieses System weist gegenüber einem Tintenstrahlsystem vom Nachbedarf-Typ entsprechend dem Stand der Technik, bei welchem von einem Tintenbehälter Tinte nur in Richtung Druckkopf strömt, weitere Vorteile auf. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß Tinte in einem einzigen Kanal in beide Richtungen strömt. Wenn eine Farbstofftinte oder Pigmenttinte über längere Zeit im zweiten Tintenbehälter oder im Verbindungsröhrchen verbleibt, kann durch Verdampfen von Flüssigkeit oder Komponenten des Lösungsmittels die Tintenviskosität steigen, so daß aus der daraus resultierenden Vergrößerung der Dichte die Gefahr des Verstopfens der Ausstoßöffnungen besteht und Farbunterschiede in den Bildern entstehen können. Bei einem System gemäß dem Stand der Technik, bei welchem die Tinte nur in eine Richtung strömt, kann dieses Problem nur dadurch gelöst werden, daß die gesamte im Röhrchen oder im zweiten Tintenbehälter vorhandene Tintenmenge aus diesen entfernt wird, so daß ein großer Tintenverbrauch zu verzeichnen ist. Dagegen kann bei dieser Ausführungsform die im Röhrchen oder im zweiten Tintenbehälter vorhandene Tinte in den ersten Tintenbehälter mit relativ großem Fassungsvermögen zurückgeführt werden, sich mit der in diesem vorhandenen, keine Verdampfungserscheinungen zeigende Tinte vermischen und demzufolge in gewisser Weise regeneriert werden. Diese Regenerierung kann in Abhängigkeit von der Verweildauer der Tinte im zweiten Tintenbehälter erfolgen, wobei die im Flußplan gemäß 7 genannten Parameter unter diesem Gesichtspunkt bestimmt werden können.
Bei dem in 8 dargestellten Versorgungssystem kann die im zweiten Tintenbehälter oder im Röhrchen vorhandene Tinte durch Zurückführen in den ersten Tintenbehälter mit relativem großen Fassungsvermögen mit der in diesem gespeicherten nicht durch Verdampfen eingedickten Tinte vermischt und wieder in einen normalen Zustand versetzt oder entlüftet werden.
In 8 kennzeichnet das Bezugszeichen 1107 einen ersten Tintenbehälter, das Bezugszeichen 1304 einen zweiten Tintenbehälter. Die Bezugszeichen 1101 und 1104 kennzeichnen Verbindungselemente zwischen diesen beiden Behältern. Diese Elemente sind Bestandteile eines intermittierenden Versorgungssystems und können nach Bedarf, zum Beispiel zum Füllen, miteinander gekoppelt werden, um aus dem zweiten Tintenbehälter 1304 Tinte in den ersten Tintenbehälter 1107 zu drücken. Das Bezugszeichen 1108 kennzeichnet eine im Zuführkanal zwischen dem ersten und dem zweiten Tintenbehälter angeordnete Pumpe und das Bezugszeichen 1109 ein im Rücklaufkanal zwischen dem zweiten und dem ersten Tintenbehälter angeordnetes Ventil.
Wenn über die Verbindungselemente der erste und der zweite Tintenbehälter miteinander gekoppelt sind und bei geöffnetem Ventil 1109 die Pumpe 1108 in Betrieb gesetzt wird, erfolgt ein Versorgen des zweiten Tintenbehälters 1304 und des Druckkopfes 1302 mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter 1107 bzw. Zurückführen von Tinte aus dem Druckkopf 1302 oder dem zweiten Tintenbehälter 1304 in den ersten Tintenbehälter 1107. Durch diese Konstruktion wird zwischen dem ersten Tintenbehälter 1107 und dem zweiten Tintenbehälter 1304 oder dem Druckkopf 1302 ein System zum Umwälzen von Tinte erzeugt, wobei der zweite Tintenbehälter 1304 mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter 1107 versorgt wird und Tinte aus dem zweiten Tintenbehälter in den ersten Tintenbehälter zu rückgeführt werden kann, um diese zu regenerieren oder zu entlüften.
Bei dem in 8 dargestellten Umwälzsystem kann das Innenvolumen des zweiten Tintenbehälters nicht verändert werden, so daß zur Erzeugung eines geeigneten Unterdrucks im Druckkopf 1302 entsprechende Maßnahmen getroffen werden müssen. Wenn im zweiten Tintenbehälter 1304 ein poröses Element zur Erzeugung eines Unterdrucks angeordnet wird, ist eine Verringerung des Tintenfassungsvermögens dieses Behälters zu verzeichnen. Um das Einsetzen eines porösen Elements in den zweiten Tintenbehälter zu vermeiden, muß dieser Behältertiefer als der Druckkopf 1302 angeordnet werden, um den gewünschten Unterdruck zu erzeugen, doch dadurch tritt das gleiche Problem auf wie bei einem System, welches den Druckkopf kontinuierlich mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter versorgt, besonders dann, wenn der mit einem solchen System ausgerüstete Drucker transportabel ist und in unterschiedlichen Lagen zum Einsatz kommt.
Dagegen kann bei der vorliegenden Ausführungsform des Versorgungssystems das Innenvolumen des zweiten Tintenbehälters 304 verändert werden, um den gewünschten Unterdruck zu erzeugen, den zweiten Tintenbehälter mit Tinte zu versorgen und aus diesem Tinte in den ersten Tintenbehälter zu drücken.
Da sowohl Tinte als auch Luft in einem einzigen Verbindungskanal in beide Richtungen strömen, können die Verbindungselemente und die Schritte zum Koppeln derselben vereinfacht werden.
Konstruktion der ersten Tintenbehälters
Wie bereits in Verbindung mit dem in 4 dargestellten Versorgungssystem beschrieben, ist das untere Ende des Röhrchens 105 bis fast auf den Boden des ersten Tintenbehälters geführt. Mit einer solchen Konstruktion kann die Tinte vollständig verbraucht und der Innenraum des zweiten Tintenbehälters 304 entlüftet werden.
Bei Durchführung der Druckerzeugung gemäß Schritt 9 werden Tinte und Luft aus dem zweiten Tintenbehälter 304 durch das Röhrchen 105 in den ersten Tintenbehälter 107 gedrückt. Wichtig ist, daß das Röhrchen 105 fast den Boden des ersten Tintenbehälters berührt und die Luft 111 sich über dem Tintenpegel 110 sammelt. Mit anderen Worten, beim Zurückdrücken von Tinte mit darin eingeschlossener Luft aus dem zweiten Tintenbehälter in den ersten Tintenbehälter wird in diesem durch die Schwerkraft die Luft von der Tinte getrennt und dadurch letztere zur Wiederverwendung regeneriert. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Versorgungssystem entsteht bei einem intermittierenden Versorgungssystem durch Regenerieren der Tinte keine Abfalltinte, was als ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung anzusehen ist.
Wie bereits erwähnt, ragt das untere Ende des Verbindungsröhrchens bis fast auf den Boden des Tintenbehälters, so daß in der Normallage des Systems die Luft im Tintenbehälter sich immer über dem Tintenpegel sammelt. Wenn der Tintenspeicherbehälter zum ersten Mal verwendet wird, d. h. das Zurückdrücken von Tinte zum ersten Mal erfolgt, reicht dessen Fassungsvermögen aus, die zusammen mit Luft aus dem zweiten Tintenbehälter gedrückte Tintenmenge aufzunehmen. Der erste Tintenbehälter ist mit einem Element ausgerüstet, welches den Behälterinnenraum im wesentlichen auf Atmosphärendruck hält. Mindestens der erste Tintenbehälter kann unabhängig vom Druckkopf ausgetauscht werden. Um das Austauschen dieses Behälters zu erleichtern, können das Verbindungsröhrchen 105 und der erste Tintenbehälter 107 mit Verbindungselementen versehen werden, welche auf einfache Weise voneinander zu trennen sind.
Die Konstruktion des ersten Tintenbehälters ist aber nicht auf die in 4 dargestellte beschränkt, denn es können verschiedene andere Konstruktionen verwendet werden, sofern diese die genannten Bedingungen erfüllen.
9 zeigt ein weiteres Beispiel der Konstruktion des ersten Tintenbehälters, welche sich zur Realisierung dieser Erfindung eignet. Grundprinzip und Arbeitsweise dieses Behälters entsprechen im wesentlichen jenen des in 4 dargestellten Behälters, jedoch mit dem Unterschied, daß das Verbindungsröhrchen von unten durch den Behälterboden geführt ist und etwas in den Behälter ragt und an verschiedenen Behälterabschnitten ein Element in Form eines Funktionalfilms angeordnet ist, so daß in jeder Lage des Versorgungssystems die Verbindung des Behälterinnenraums mit der Atmosphäre über dem Tintenpegel gewährleistet wird.
10 zeigt noch ein weiteres Beispiel der Konstruktion des ersten Tintenbehälters 107. An der Innenwand dieses Tintenbehälters sind verformbare Filmelemente 109 angeordnet. In diesem Fall handelt es sich um zwei mit dem Bezugszeichen 112 gekennzeichnete Filme. Das Bezugszeichen 113 kennzeichnet einen Raum zwischen der Innenwand des Behälters und dem entsprechenden Film, dessen Volumen vergrößert werden kann.
Wenn bei dieser Konstruktion durch das Röhrchen 105 Tinte 110 in den Behälter zurück strömt, werden die Filme verformt und die zwischen diesen und der Innenwand des Behälters ge bildeten Räume verkleinert. Bei diesem Zurückströmen wird durch die Filmelemente der Innenraum des Behälters auf Atmosphärendruck gehalten. Da im Gegensatz zu der in 9 dargestellten Konstruktion die Luft sich an einer anderen Stelle in der Tinte sammelt, ist ein adäquates Volumenverhältnis erforderlich, um die durch Temperaturänderung verursachte Ausdehnung der Luft aufnehmen zu können.
Zweite Ausführungsform
11 zeigt eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung. Während das intermittierende Tintenversorgungssystems der ersten Ausführungsform auf die Verwendung nur eine Tinte beschränkt ist, können beim intermittierenden Tintenversorgungssystem dieser Ausführungsform zwei oder mehr unterschiedliche Farbtinten verwendet werden. Das in 11 dargestellte Versorgungssystem basiert auf der Verwendung von zwei unterschiedlichen Tinten, obwohl auch vier oder sechs unterschiedliche Tinten verwendet werden können. Das mit zwei Tinten betriebene Versorgungssystem erleichtert die Beschreibung.
Weitere Vorteile dieser Ausführungsform bestehen darin, daß ein Druckerzeugungs- und Entspannungsmechanismus (Pumpeneinheit 108) und ein Gehäuse grundsätzlich gemeinsam eingesetzt werden können und demzufolge der Drucker kompakter ausgeführt werden kann. Auch wenn in Abhängigkeit von den verwendeten Farbtinten die dafür erforderlichen zweiten Tintenbehälter unterschiedliche Größe haben, kann für diese ein gemeinsamer peripherer Mechanismus verwendet werden. Zweite Tintenbehälter mit unterschiedlichen Tintenrestmengen können durch sequentielle Steuerung der genannten Pumpeneinheit bei hoher Geschwindigkeit gefüllt werden, wenn für die verwendeten Tinten jeweils ein optimale Menge vorgegeben wird.
Mit anderen Worten, auch bei Verwendung mehrerer Tinten kann das in 6 dargestellte Steuerprogramm verwendet werden, wenn für jede Tintenart die Beurteilung gemäß Schritt 4 und gemäß dem in 7 dargestellten Unterprogramm erfolgt, so daß der Ablauf bei erforderlichem Entlüften eines zweiten Tintenbehälters zu Schritt 9, ansonsten zu Schritt 5 übergeht.
Nachfolgend werden in Verbindung mit den 12A bis 12C die einzelnen Phasen des Füllens der zweiten Tintenbehälter mit unterschiedlichem Fassungsvermögen beschrieben. 12A zeigt den Zustand der beiden zweiten Tintenbehälter vor dem Füllen. 12B zeigt den Zustand nach dem Entspannen, in welchem beide Anschlagelemente 306 den Anschlag 307 berühren und das Füllen der zweiten Tintenbehälter beendet wird. 12C zeigt den Zustand nach dem Füllen, in welchem über eine kurze Zeit Druck erzeugt wird und die Anschlagelemente 306 vom Anschlag 307 weg gedrückt werden, so daß die Druckfeder 305 zusammengedrückt wird und beim nachfolgenden Entspannungsvorgang den gewünschten Unterdruck erzeugt.
Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß zweite Tintenbehälter entsprechend der Anzahl der zu verwendenden Tinten angeordnet werden können und für diese ein einziger peripherer Mechanismus (Gehäuse, Pumpeneinheit und Anschlag) genügt, so daß ein transportabler, schmaler oder kompakter Drucker konstruiert werden kann.
Selbst wenn in den zweiten Tintenbehältern unterschiedliche Tintenrestmengen vorhanden sind, wird durch Anpressen des jeweiligen Behälteranschlagelements an den Anschlag beim Entspannungsvorgang nur die jeweils fehlende Tintenmenge nachgefüllt. Dadurch ist ein genaues Steuern des Füllvor gangs nicht erforderlich und automatisches Füllen der Tintenbehälter mit unterschiedlichem Fassungsvermögen bis zum Maximalvolumen möglich. Das ist besonders vorteilhaft, wenn der Tintenbehälter für schwarze Tinte und der Tintenbehälter für eine Farbtinte unterschiedliche Fassungsvermögen haben.
Die Zeit zum Füllen jedes Tintenbehälters kann aus der verbrauchten Tintenmenge berechnet werden, wobei als Füllzeit die längste Zeit zum Füllen eines Behälters mit Tinte vorgegeben wird.
Dritte Ausführungsform
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche sich durch eine weitere Verringerung der Füllfolge von der ersten und der zweiten Ausführungsform unterscheidet.
Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wird nach dem durch Unterdruck bewirkten Füllen des zweiten Tintenbehälters 304 mit Tinte entsprechend Schritt 6 und Schritt 13 gemäß 6 kurzzeitig Druck erzeugt, um aus dem zweiten Tintenbehälter Tinte in den ersten Tintenbehälter zurück zu drücken. Dagegen wird bei der dritten Ausführungsform die kurzzeitige Druckerzeugung eliminiert und erst bei Beendigung des Entspannens der Unterdruck zum Füllen des zweiten Tintenbehälters erzeugt, so daß die für das Drucken erforderliche Zeit nicht verringert wird.
13 zeigt den Innenaufbau der in einem intermittierenden Versorgungssystem verwendeten Kopfeinheit 1 mit angeschlossenen Kreisen gemäß dieser Ausführungsform. Elemente, welche den in 4 dargestellten gleichen, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Versorgungssystem dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem in 4 dargestellten darin, daß der feste Anschlag 307 durch ein Regulierelement 350 ersetzt wurde, welches sich mit dem zweiten Tintenbehälter 304 ausdehnt und sich gegen dieses legt, um dessen Ausdehnung zu begrenzen.
Das Regulierelement 350 ist wie der zweite Tintenbehälter 304 im wesentlichen ein Balg, dessen Innenvolumen verändert werden kann, und mit einem Stutzen 352 zur Herstellung der Verbindung zur Atmosphäre und mit einem gegen das Anschlagelement 306 des zweiten Tintenbehälters sich legenden Anschlagelement 351 versehen.
Das Entlüften und Füllen des zweiten Tintenbehälters können auch bei dieser Ausführungsform auf ähnliche Weise wie in 6 dargestellt durchgeführt werden. Der Ablauf beim Entspannen wird nachfolgend näher beschrieben. Von der Pumpeneinheit 108 wird im Gehäuse 303 ein Unterdruck erzeugt, so daß der zweite Tintenbehälter 304 sich ausdehnt und vom ersten Tintenbehälter 107 durch das Verbindungsröhrchen 105 und die Ventileinheiten 104 und 101 Tinte ansaugt. Durch den erzeugten Unterdruck wird gleichzeitig Luft durch den Stutzen 352 in das Regulierelement 350 gesaugt, wodurch dieses sich ausdehnt. Mit fortschreitendem Ausdehnen legen das Anschlagelement 306 des zweiten Tintenbehälters 304 und das Anschlagelement 351 des Regulierelements 350 sich gegeneinander, so daß ein weiteres Ausdehnen des zweiten Tintenbehälters 304 verhindert wird.
Wenn bei der in 4 dargestellten Konstruktion das Anschlagelement 306 sich gegen den festen Anschlag 307 legt und den Füllvorgang beendet, kann die Druckfeder 305 sich nicht weiter entspannen. Gemäß dem in 6 dargestellten Programm wird kurzzeitig Druck erzeugt, um den zweiten Tin tenbehälter 304 etwas zusammenzudrücken, aus diesem eine geringe Tintenmenge in den ersten Tintenbehälter 107 zu drücken und die Druckfeder 305 zur Erzeugung eines Unterdrucks zu spannen.
Dagegen wird bei der dritten Ausführungsform nach Beendigung des Entspannens die Verbindung zwischen dem Gehäuse 303 und der Atmosphäre hergestellt, so daß durch das mit der Atmosphäre in Verbindung stehende und gegen den zweiten Tintenbehälter 304 drückende Regulierelement 350 die Druckfeder 305 sich entspannt und den gewünschten Unterdruck im zweiten Tintenbehälter 304 erzeugt. Dadurch wird die für das Drucken erforderliche Zeit verringert.
Nachfolgend wird in Verbindung mit 14, welche Details des in 13 dargestellten Aufbaus zeigt, die Wirkungsweise des Versorgungssystems dieser Ausführungsform beschrieben. Der Raum zwischen dem zweiten Tintenbehälter 304 und dem Regulierelement 350 im Gehäuse 303 ist mit der den Unterdruck P_P erzeugenden Pumpeneinheit 108 verbunden. In 14 kennzeichnet das Bezugszeichen F_ST die vom zweiten Tintenbehälter 304 selbst und von der Druckfeder 305 erzeugte Kraft und das Bezugszeichen F_LB die vom Regulierelement 350 erzeugte Kraft. Der durch den Höhenunterschied zwischen dem zweiten Tintenbehälter 304 und dem ersten Tintenbehälter 107 auf den erstgenannten wirkende Druck (Flüssigkeitssäule) wird durch P_IT repräsentiert.
Die Druckaufnahmefläche des am zweiten Tintenbehälter 304 angeordneten Anschlagelements 306 wird durch A_ST und jene des am Ausdehnungsregulierelement 350 angeordneten Anschlagelements 351 durch A_LB repräsentiert. Wenn bei dem von der Pumpeneinheit 108 durchgeführten Entspannungsvorgang der zweite Tintenbehälter 304 sich ausdehnt, wird das an diesem angeordnete Anschlagelement 306 durch die Kraft (PP × AST) + FST + (PIT × AST)nach rechts in 14 gedrückt, während das am Ausdehnungsregulierelement 350 angeordnete Anschlagelement 351 durch die Kraft (PP × ALB) – FLB nach links gedrückt wird.
Wenn die beiden Anschlagelemente sich berühren, muß die Bedingung (PP × AST) + FST + (PIT × AST) = (PP × ALB) – FLB erfüllt sein. Wenn die genannten Elemente entsprechend dimensioniert sind, um diese Bedingung zu erfüllen, wird das Ausdehnen des zweiten Tintenbehälters bis zum Abschließen des Füllens an der gewünschten Stelle gestoppt.
Um das Ausdehnen des zweiten Tintenbehälters zuverlässig zu regulieren, sollte der Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (die auf das Anschlagelement 351 des Ausdehnungsregulierelements 350 wirkende Kraft) etwas größer sein als der Ausdruck auf der linken Seite (die auf das Anschlagelement 306 des zweiten Tintenbehälters 304 wirkende Kraft). Um bei Berührung zwischen den beiden Anschlagelementen ein übermäßiges Zusammenziehen des zweiten Tintenbehälters 304 zu verhindern, sollte der Bewegungsweg des Anschlagelements 351 durch einen an der gewünschten Stelle angeordneten Anschlag 359 begrenzt werden.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform des intermittierenden Versorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 15 dargestellt. In diesem Versorgungssystem können wie in jenem der dritten Ausführungsform zwei, vier oder sechs Tinten un terschiedlicher Farbe oder Art verwendet werden. Das Versorgungssystem dieser Ausführungsform bringt ähnliche Vorteile wie jenes der zweiten Ausführungsform und beide beruhen auf einem ähnlichen Wirkungsprinzip, der Unterschied zwischen beiden besteht aber darin, daß bei dieser Ausführungsform die Ausdehnung des zweiten Tintenbehälters 304 von einem sich ebenfalls ausdehnen Regulierelement 350 reguliert wird und das Rückführen von Tinte zur Erzeugung eines Unterdrucks entfallen kann.
Weiter Details
Die in den 4, 11, 13 und 15 dargestellten Ausführungsformen des Versorgungssystems entsprechen jenem der in 1 dargestellten Druckvorrichtung, bei welcher die beim Drucken geschlossenen Ventileinheiten nur zum Versorgen des zweiten Tintenbehälters mit Tinte miteinander gekoppelt werden. Auch das intermittierende Versorgungssystem der in 2 dargestellten Druckvorrichtung kann grundsätzlich wie jenes der anderen Ausführungsformen konstruiert sein, um den ersten und den zweiten Tintenbehälter voneinander zu trennen.
Bei diesen Versorgungssystemen können ein Ende des flexiblen Druckluftröhrchens 150 und ein Ende des flexiblen Tintenröhrchens 151 an den Druckkopf 1 oder das Gehäuse 303 und das jeweils andere Ende an eine die Röhrchen 105 und 106 schließende und öffnende Elektromagnetventileinheit 152 angeschlossen werden, so daß die Ventileinheiten 101 bis 104 entfallen. Zum Versorgen des zweiten Tintenbehälters mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter stellt die Ventileinheit 152 die Verbindung beider über das Röhrchen 105 und die Verbindung des Gehäuses 303 mit der Pumpeneinheit 108 über das Röhrchen 106 her.
In den genannten Figuren ist der mit diesem intermittierenden Versorgungssystem ausgerüstete Drucker in der normalen Druckstellung dargestellt. In dieser Stellung ist das Ende des Verbindungsröhrchens 105 nach unten auf den Boden des ersten Tintenbehälters 107 gerichtet, während die Ventileinheit 101 den höchsten Punkt und der Druckkopf 302 den tiefsten Punkt am zweiten Tintenbehälter 304 bildet. Kompakte und transportable Drucker werden aber auch in verschiedenen anderen Stellungen verwendet.
16A zeigt einen solchen Drucker in der Normalstellung und 16B diesen in einer um 90° gedrehten Stellung.
Bei einem solchen Drucker ist der erste Tintenbehälter 107 so konstruiert, daß das Verbindungsröhrchen 105 kurz über dem Boden des ersten Tintenbehälters 107 durch eine Seitenwand in diesen. Der erste Tintenbehälter 107 ist außerdem mit einigen Öffnungen 109 versehen, welche über einen Funktionalfilm die Verbindung des Behälterinnenraums mit der Atmosphäre herstellen und so angeordnet sind, daß einige von diesen sich in jeder Druckerstellung über dem Tintenpegel befinden.
Bei diesem intermittierenden Versorgungssystem befindet in Schwerkraftrichtung der Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Tintenbehälter 304 und dem Druckkopf 302 sich in jeder der in den 16A und 16B dargestellten Druckerstellung unten, wobei das an die Ventileinheit 101 angeschlossene flexible Röhrchen 121 diesem Verbindungsabschnitt im wesentlichen diagonal gegenüber angeordnet ist.
Ein intermittierendes Versorgungssystem, bei welchem der erste und der zweite Tintenbehälter 304 bzw. 107 wie eben beschrieben angeordnet sind, kann in jeder Stellung zwischen den beiden Stellungen gemäß 16A und 16B eingesetzt werden.
Der erste und der zweite Tintenbehälters können aber auch unter anderen Winkeln zueinander angeordnet werden. Obwohl in den 16 nur ein erster und ein zweiter Tintenbehälter dargestellt sind, kann ein System dieser Art auch mit mehreren ersten und mehreren zweiten Tintenbehältern auf die in 11 dargestellte Weise ausgerüstet werden.
Bei einem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten intermittierenden Tintenversorgungssystem fällt beim Füllen grundsätzlich keine Abfalltinte an, wird ein effizientes Füllen bei kurzer Füllzeit erreicht und ein über einen langen Zeitraum eine gute Tintenqualität beibehalten, wobei bezüglich der Tintenauswahl eine größere Freiheit besteht. Dadurch trägt die vorliegende Erfindung zur Herstellung eines kompakten und tragbaren Tintenstrahldruckers bei, ohne die Anzahl an Komponenten zu erhöhen und bei Verwendung mehrere Tinten die Steuerung zu komplizieren.
Die aus der Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von Experten sicherlich erkennbaren möglichen Modifikationen und Änderungen sind aber zum Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche gehörend anzusehen.
Bei einem Versorgungssystem der beschrieben Art wird der eine bestimmte Tintenmenge aufnehmende zweite Tintenbehälter 304, dessen Volumen verändert werden kann, vom ersten Tintenbehälter 107 mit Tinte versorgt und beim Versorgungsvorgang gleichzeitig entlüftet, wobei eine hohe Fülleffizienz und kurze Fülldauer erreicht wird und keine Abfalltinte anfällt. Bei einer Volumenverringerung wird Tinte mit darin eingeschlossener Luft aus dem zweiten Tintenbehälter in den ersten Tintenbehälter gedrückt, ohne daß aus dem System Tinte austritt und Abfalltinte entsteht, während bei einer Volumenvergrößerung aus dem ersten Tintenbehälter Tinte in den zweiten Tintenbehälter gesaugt wird.

Claims

Tintenstrahldrucker zum Drucken auf einem Aufzeichnungsmedium mit einem Druckkopf (302) zum Ausstoßen von Tinte, welcher zwei Tintenbehälter aufweist, einen ersten Tintenbehälter (107) als Tintenquelle und einen zweiten Tintenbehälter (304), welcher vom ersten Tintenbehälter mit Tinte versorgt werden kann und während des Druckens den Druckkopf mit Tinte versorgt und dessen Innenvolumen veränderlich ist, gekennzeichnet durch eine Volumenänderungseinheit, welche auf den zweiten Tintenbehälter eine Kraft ausübt, um dessen Innenvolumen zu vergrößern und aus dem ersten Tintenbehälter Tinte in diesen strömen zu lassen bzw, dessen Innenvolumen zu verkleinern und den Inhalt in den ersten Tintenbehälter zurück zu drücken.
Drucker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal zum Versorgen des zweiten Tintenbehälters mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter auch zum Zurückführen des Inhalts des zweiten Tintenbehälters in den ersten Tintenbehälter verwendet wird.
Drucker gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tintenbehälter sich zusammendrücken und dehnen läßt, um dessen Innenvolumen zu verkleinern bzw. zu vergrößern, die Volumenänderungseinheit ein Gehäuse zur Aufnahme des zweiten Tintenbehälters aufweist und der Drucker außerdem dadurch gekennzeichnet ist, daß dieser eine Druckeinstelleinheit zur Verringerung und Erhöhung des Drucks im Gehäuseinnenraum und somit zur Vergrößerung und Verkleinerung des zweiten Tintenbehälters aufweist.
Drucker gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im genannten Gehäuse zweite Tintenbehälter entsprechend der Anzahl der zu verwendenden Tintenarten untergebracht sind.
Drucker gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen des Drucks im Gehäuseinnenraum durch die Druckeinstelleinheit ein Gas oder eine Flüssigkeit verwendet wird.
Drucker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, welcher außerdem einen Öffnungs-/Schließmechanismus zum Öffnen und Schließen des den ersten Tintenbehälter mit dem zweiten Tintenbehälter verbindenden Kanals aufweist und dieser Mechanismus den Kanal öffnet, wenn der zweite Tintenbehälter vom ersten Tintenbehälter mit Tinte versorgt und wenn der Inhalt des zweiten Tintenbehälters in den ersten Tintenbehälter zurückgeführt werden soll.
Drucker gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs-/Schließmechanismus mit paarig angeordneten Ventilen ausgerüstet ist, welche im gekuppelten Zustand den Kanal öffnen und im entkuppelten Zustand diesen schließen.
Drucker gemäß Anspruch 7, welcher außerdem eine Abtasteinheit zur Aufnahme des Druckkopfes und des zweiten Tintenbehälters und zum abtastenden Bewegen dieser über das Druckmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die paarig angeordneten Ventile miteinander gekuppelt werden, wenn die Abtasteinheit in Abtastrichtung in eine vorbestimmte Stellung gebracht wird.
Drucker gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalöffnungs-/Schließmechanismus mit einer im Verbindungskanal zwischen dem ersten Tintenbehälter und dem zweiten Tintenbehälter angeordneten Ventileinheit ausgerüstet ist, welche zum Öffnen und Schließen des Kanals entsprechend gesteuert wird.
Drucker gemäß Anspruch 9, welcher außerdem eine Abtasteinheit zur Aufnahme des Druckkopfes und des zweiten Tintenbehälters und zum abtastenden Bewegen dieser über das Druckmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Ventileinheit zum zweiten Tintenbehälter sich erstreckende Kanal ein flexibles Rohr ist.
Drucker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, welcher außerdem eine Steuereinheit zum Steuern des Zurückführens des Inhalts des zweiten Tintenbehälters in den ersten Tintenbehälter entsprechend einem vorgegebenen Beurteilungskriterium vor dem Füllen des zweiten Tintenbehälters aufweist.
Drucker gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit beurteilt, ob nach Ablauf einer bestimmten Zeit oder nach einer bestimmten Anzahl an Füllvorgängen seit dem letzten Rückführvorgang oder auf der Grundlage einer Kombination dieser Parameter ein Rückführen von Tinte vor dem Füllen erforderlich ist.
Drucker gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit die Zeit für das Rückführen auf der Grundlage des Beurteilungskriteriums ändert.
Drucker gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit das Beurteilungskriterium willkürlich oder auf der Grundlage der Umgebungstemperatur, der Luftfeuchtigkeit, der Tintenart oder/und des Druckkopftyps variabel vorgibt.
Drucker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalkapazität oder maximale Austragkapazität des zweiten Tintenbehälters als Ergebnis der Verringerung des Innenvolumens größer ist als die Kapazität des den ersten Tintenbehälter mit dem zweiten Tintenbehälter verbindenden Kanals.
Drucker gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalkapazität oder die maximale Austragkapazität des zweiten Tintenbehälters größer ist als das Doppelte des den ersten Tintenbehälter mit den zweiten Tintenbehälter verbindenden Kanals.
Drucker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tintenbehälter direkt an den Druckkopf angeschlossen ist.
Drucker gemäß Anspruch 17, welcher außerdem eine Austragsteuereinheit zum Austragen einer bestimmten Tintenmenge aus dem zweiten Tintenbehälter nach dem Füllen dieses Behälters mit Tinte aufweist, wobei im zweiten Tintenbehälter ein Unterdruck erzeugt wird, welcher im Gleichgewicht steht mit dem in jedem Ausstoßabschnitt des Druckkopfs gebildeten Meniskus.
Drucker gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsteuereinheit die Steuerung entsprechend durchführt, um das Innenvolumen des zweiten Tintenbehälters um eine bestimmtes Größe zu verringern und Tinte in den ersten Tintenbehälter zurück zu drücken.
Drucker gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsteuereinheit die Steuerung entsprechend durchführt, um aus dem Druckkopf Tinte auszustoßen.
Drucker gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Tintenbehälter ein Element zum Erzeugen eines Unterdrucks angeordnet ist und der von diesem Element erzeugte Unterdruck in einem Bereich liegt, in welchem das Ausstoßen von Tinte aus dem Druckkopf durchgeführt werden kann.
Drucker gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterdruckerzeugungselement einen Unterdruck erzeugt, welcher in einem Bereich liegt, in welchem das Ausstoßen von Tinte aus dem Druckkopf im Gleichgewicht mit dem in jedem Ausstoßabschnitt des Druckkopfes gebildeten Meniskus so lange durchgeführt werden kann, bis das Innenvolumen des zweiten Tintenbehälters ein Minimum erreicht hat.
Drucker gemäß einem der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß im genannten Gehäuse mehrere mit unterschiedlichen Tintenmengen gefüllte zweite Tintenbehälter untergebracht sind.
Drucker gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllzeit für die zahlreichen zweiten Tintenbehälter die längste Zeit zum Befüllen eines dieser Behälter vorgegeben wird.
Drucker gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllzeit eine variable Zeit vorgegeben wird und diese Zeit die längste Zeit zum Befüllen eines dieser Behälter einschließt.
Drucker gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Füllzeit aus der verbrauchten Tintenmenge berechnet wird.
Drucker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tintenbehälter direkt an den Druckkopf angeschlossen ist und die Volumenänderungseinheit eine Kraft ausübt, welche gleich oder kleiner ist als die Kraft zum Beibehalten des in jedem Ausstoßabschnitt des Druckkopfes gebildeten Meniskus.
Tintenversorgungsverfahren für einen Tintenstrahldrucker zum Drucken auf einem Druckmedium mit einem Druckkopf (302) zum Ausstoßen von Tinte, welches mehrere Schritte aufweist, Bereitstellung eines als Tintenquelle dienenden ersten Tintenbehälters (107), Bereitstellung eines zweiten Tintenbehälters (309) mit veränderlichem Innenvolumen, welcher vom ersten Tintenbehälter mit Tinte gefüllt werden kann und während des Druckens den Druckkopf mit Tinte versorgt, Füllen des zweiten Tintenbehälters mit Tinte aus dem ersten Tintenbehälter durch Vergrößerung des Innenvolumens des zweiten Tintenbehälters, gekennzeichnet durch den Schritt des Zurückführens des Inhaltes des zweiten Tintenbehälters in den ersten Tintenbehälter durch Verkleinerung des Innenvolumens des zweiten Tintenbehälters.
Tintenversorgungsverfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Tintenbehälter in einem Gehäuse untergebracht ist und sich zusammendrücken und dehnen läßt, um dessen Innenvolumen zu verkleinern bzw. zu vergrößern, und das Dehnen und Zusammendrücken des zweiten Tintenbehälters erfolgt, indem der Gehäuseinnenraum entspannt bzw. unter Druck gesetzt wird.
Tintenversorgungsverfahren gemäß Anspruch 28 oder 29, welches außerdem den Steuerschritt zum Zurückführen des Inhalts des zweiten Tintenbehälters in den ersten Tintenbehälter entsprechend des vorbestimmten Beurteilungskriteriums vor dem Füllen des zweiten Tintenbehälters aufweist.