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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Tintenstrahldruckmechanismen, wie
Drucker oder Plotter.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung einen Mechanismus zum Reinigen
eines Druckkopfs, nachdem er gespült wurde, um verlegte Düsen freizulegen.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Derzeitige
Tintenstrahldrucksysteme werden in einer Vielzahl von Vorrichtungen
in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, wie beim Faxen, Farbfotodrucken,
in industriellen Anwendungen, usw. In diesen Drucksystemen werden
Tinten, unter Umständen
in verschiedenen Farben, aus mindestens einer Reihe von Düsen, die
in einem Druckkopf angeordnet sind, auf das Aufnahmematerial ausgestoßen.
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Ein
lange bekanntes Problem bei Tintenstrahldruckern ist, dass die Düsen, durch
welche die Tinte auf das Aufnahmematerial ausgestoßen wird, durch
ein Verklumpen von Tinte im Inneren der Düsen und auf dem Druckkopf blockiert
sind. Dies macht gewisse Düsen
inoperabel und führt
zu einem mangelhaften Druck oder einer verminderten Druckqualität.
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Zur
Verbesserung der Klarheit und des Kontrastes des gedruckten Bildes
hat sich die jüngste Forschung
auf eine Verbesserung der verwendeten Tinten konzentriert. Für einen
schnelleren, wasserfesteren Druck mit dunkleren Schwarztönen und
lebhafteren Farben wurden Tinten auf Pigmentbasis entwickelt. Diese
Tinten auf Pigmentbasis haben einen höheren Feststoffgehalt als die
früheren
Tinten auf Farbstoffbasis. Beide Arten von Tinten trocknen rasch,
wodurch Tintenstrahldruckmechanismen Bilder höherer Qualität erzeugen
können.
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In
einigen industriellen Anwendungen, wie der Herstellung von Druckplatten
und Verwendung von Tintenstrahlprozessen, verursachen Tinten mit speziellen
Eigenschaften spezifische Probleme. Z.B. gibt es UV-härtbare Tinten,
die ein rasches Härten von
Tinten nach dem Drucken ermöglichen.
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Die
Kombination aus kleinen Düsen
und rasch trocknender Tinte macht die Druckköpfe für ein Verstopfen anfällig, nicht
nur durch die getrocknete Tinte und winzige Staubpartikel oder Papierfasern, sondern
auch durch die Feststoffe in der neuen Tinte selbst.
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Es
ist bekannt, dem Problem einer Verstopfung entgegenzuwirken oder
dieses zu beheben, indem der Druckkopf durch verschiedene Methoden geschützt und
gereinigt wird.
- – Wischen: Vor und während eines
Druckes wird der Tintenstrahldruckkopf unter Verwendung eines elastomeren
Wischers, Entfernen von Tintenrest, Papierstaub und anderen Unreinheiten
sauber gewischt.
- – Abdecken:
Während
betriebsfreier Perioden kann der Druckkopf durch einen dichten Verschluss
gegen Verunreinigungen abgedichtet werden. Dies verhindert auch
das Trocknen der Tinte. Die Abdeckeinheit besteht für gewöhnlich aus
einer Gummidichtung, die um die Düsenanordnung angeordnet ist.
- – Spritzen:
Durch periodisches Ausstoßen
einer Reihe von Tintentröpfchen
durch jede Düse
in einen Abfalltintenbehälter,
der allgemein als Spittoon bezeichnet wird, werden Verstopfungen
aus den Düsen
entfernt. Dies kann auf Düsen
konzentriert werden, die für
eine bestimmte Zeit nicht verwendet werden, aber für gewöhnlich werden
während
dem Spritzen alle Düsen
betätigt.
- – Vakuumunterstütztes Spülen: Während eines Spezialbetriebs
wird ein Druck ausgeführt,
während
an der Außenseite
der Düsen
ein Vakuum angelegt wird, um teilweise oder vollständig blockierte
Düsen freizulegen.
Dies trägt
dazu bei, die Düsen
frei zu machen und zu reinigen. Das Spülen wird normalerweise ausgeführt, wenn
sich der Druckkopf in der Abdeckeinheit befindet, da diese Einheit
eine gute Dichtung um die Düsenanordnung
bereitstellen kann, um das Vakuum aufzubauen.
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Es
gibt auch andere Methoden zum Reinigen eines Tintenstrahldruckkopfs,
die das Aufbringen von Lösemittel
enthalten können,
wie in EP-A-1 018 430.
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Diese
Elemente, die zum Reinigen und Schützen eines Druckkopfs bestimmt
sind, sind üblicherweise
in einer Servicestation konzentriert, die im Plottergehäuse montiert
ist, wodurch der Druckkopf zur Wartung über die Station bewegt werden
kann. Ein Beispiel für
eine solche Servicestation findet sich in US-A-6 193 353, die Wisch-, Abdeck-, Spritz-
und Spülfunktionen
kombiniert.
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In
JP-A-06234221 ist ein Tinten absorbierendes Element bereitgestellt,
das dazu beiträgt,
den Wischer während
des Wischvorgangs sauber zu halten.
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In
JP-A-62101447 schaben mehrere Wischer, die mit dem Druckkopf in
Kontakt stehen, Unreinheiten und Tinte ab.
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Dem
Spülvorgang
ist eigen, dass eine relativ große Menge an Tinte verwendet
wird. Das Aktivieren der Düsen
erfolgt für
gewöhnlich
durch die Betätigung
aller Düsen
zur gleichen Zeit, wobei aber auch eine aufeinanderfolgende Betätigung der
Druckelemente verwendet werden kann.
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Die
Tinte kann von der Abdeckhülle
mit Hilfe derselben Vakuumquelle abgeführt werden, die das Vakuum
zum Spülen
bereitstellt. Ebenso können
alternative Systeme zum Entfernen der Tinte von der Abdeckhülle bereitgestellt
werden.
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Nach
dem Spülen
bleibt eine überschüssige Menge
an Tinte an der Außenseite
des Druckkopfs, insbesondere auf der Düsenplatte, zurück. Damit
der Druckkopf für
eine Aufzeichnung verwendet werden kann, wird ein Wischvorgang durchgeführt, bevor
mit dem Druck begonnen wird. Ein Wischer bewegt sich entlang der
Druckoberfläche
des Druckkopfs.
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Nach
dem Spülen
und während
dem Wischen sind jedoch im Allgemeinen mehrere Probleme aufgetreten.
- – Wegen
der großen
Tintenmenge, die an der Außenseite
des Druckkopfs verbleibt, hat der Wischer keine ausreichende Kapazität, den Druckkopf
zufriedenstellend zu reinigen. Die großen Tintentröpfchen oder
Kleckse können
nicht zufriedenstellend entfernt werden.
- – Ein
Wischer nach dem Stand der Technik besteht aus mindestens einem
länglichen
Streifen aus elastomerem Material mit der Länge der Düsenanordnung, parallel zu der
Anordnung, und wird über
den Druckkopf in eine Richtung senkrecht zu der Richtung der Düsenanordnung
bewegt. Sobald der Streifen mit dem Druckkopf in Kontakt gelangt,
wird eine beachtliche Kraft auf den Druckkopf ausgeübt. Da das
elastomere Material eine bestimmte Steifheit hat, erfährt der Druckkopf
eine mechanische Stoßbelastung,
da die gesamte Länge
des Wischers gleichzeitig mit dem Druckkopf in Kontakt gelangt.
Diese Stoßbelastung
kann das normale Gleichgewicht der Menisken in den Düsen des
Druckkopfs stören.
Mechanische Stoßbelastungen
können
sogar das Einleiten von Luft in den Druckkopf verursachen. Ebenso
können
die Befestigungsmittel des Druckkopfs und des Wischers durch die
Stoßbelastung beeinflusst
werden.
- – Während dem
Wischvorgang ist die gesamte Länge
des Wischers leicht verformt, da er mit dem Druckkopf in Kontakt
gehalten wird. Die gesamte Kraft, die auf den Druckkopf und das
Wischsystem wirkt, während
sie miteinander während
des Wischvorgangs in Druckkontakt gehalten werden, übt eine
große
Belastung auf die Montageanordnung und den Bewegungsmechanismus
des Druckkopfs und Wischsystems aus.
- – Am
Ende des Wischvorgangs erreicht der elastomere Streifen das Ende
des Druckkopfs und springt plötzlich
wieder in seine ursprüngliche
Position zurück.
Dies erzeugt auch eine mechanische Stoßbelastung, während gleichzeitig
die Tintenreste an der Spitze des Wischers, die während dem
ersten Wischschritt nach dem Spülen
besonders groß sind,
weggeschleudert werden, wodurch die Innenseite des Druckers verunreinigt wird.
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Das
Ergebnis ist, dass nach dem Spülen
ein normaler Wischvorgang unzureichend ist, während der Wischvorgang mit
Wischern nach dem Stand der Technik zu einer beachtlichen mechanischen
Belastung führt,
die Ausrichtungsfehler und eine Verunreinigung des Druckers zur
Folge hat.
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Selbst
nach dem Wischen kann eine große Tintenmenge
an der Seite des Druckkopfs verbleiben, die einen Meniskus bildet.
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Es
ist klar, dass einige Nachteile behoben werden müssen.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
obengenannten vorteilhaften Wirkungen werden durch ein Verfahren
mit den in Anspruch 1 dargelegten spezifischen Merkmalen erzielt.
Spezifische Merkmale für
bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen beschrieben.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
und den Zeichnungen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B zeigen
eine querverlaufende und seitliche Ansicht eines Druckkopfs mit
angesammelten Tintentröpfchen.
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2 zeigt
den Abstreifvorgang.
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3 zeigt
das Ablaufen der überschüssigen Tinte
entlang dem Abstreifer.
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4 zeigt
ein Doppelwischsystem in Kontakt mit dem Druckkopf.
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5 zeigt
die winkelige Positionierung des Wischsystems im Bezug auf die Düsenanordnung.
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6 zeigt
einen Wischer mit abgeschrägten
Kanten.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Nachteile werden durch ein verbessertes Verfahren zur Reinigung
des Druckkopfs nach dem Spülen
vermieden.
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Die
Nachteile werden vermieden, indem überschüssige Tinte auf dem Druckkopf
entfernt wird, bevor ein Wischvorgang ausgeführt wird. Zur Entfernung des Überschusses
wird ein Verfahren verwendet, das einen Abstreifer benutzt, der
die Tintentröpfchen
von der Düsenplatte
ablaufen lässt.
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Während die
vorliegende Erfindung in der Folge in Verbindung mit ihren bevorzugten
Ausführungsformen
beschrieben wird, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diese
Ausführungsformen
beschränkt
sein soll.
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Nach
dem Spülen
werden große
Tintentröpfchen
und Kleckse, die sich auf dem Druckkopf angesammelt haben, wie in 1A und 1B dargestellt
ist, durch einen Abstreifer entfernt, der den Druckkopf langsam
abstreift, wodurch er mit den Tintentröpfchen an der Oberfläche des
Druckkopfs in Kontakt gelangt, ohne aber mit der Oberfläche des Druckkopfs
selbst in Kontakt zu gelangen.
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Der
Abstreifvorgang ist in 2 dargestellt. Der Abstand d
zwischen dem Druckkopf und dem Abstreifer muss kleiner als die Größe der Tröpfchen sein,
die von der Oberfläche
des Druckkopfs herabhängen.
Wenn der Abstreifer, wie in 3 dargestellt ist,
mit einem Tröpfchen
auf der Oberfläche
in Kontakt gelangt, läuft
dieses aufgrund der Oberflächenspannungseigenschaften
und der Schwerkraft entlang dem Abstreifer nach unten ab. Dies stellt
einen Vorreinigungsschritt nach dem Spülen dar, wodurch Probleme vermieden
werden, die durch den Tintenüberschuss
während
dem Wischvorgang verursacht werden, der dem Abstreifschritt folgt.
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Der
Abstand d zwischen der Bodenseite des Druckkopfs und dem Abstreifer
liegt im Bereich von 0 bis 5 mm. Das Abstreifen kann als Alternative
nur durch Berühren
des Druckkopfs erfolgen, ohne eine Kraft auf den Druckkopf auszuüben. Vorzugsweise wird
ein Zwischenraum zwischen dem Druckkopf und dem Abstreifer aufrechterhalten.
Vorzugsweise beträgt
der Minimalabstand, mit dem der Abstreifer an dem Druckkopf vorbeiläuft, zwischen
0,5 und 5 mm.
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Die
Richtung, in die der Abstreifer entlang dem Druckkopf läuft, ist
nicht wichtig, aber vorzugsweise wird ein Mechanismus bereitgestellt,
der an den Mechanismus zum Bewegen des Wischers gekoppelt ist. Dann
wird ein Abstreifer mit der Größe des Druckkopfs
verwendet. 2 zeigt die Situation, in der
die Abstreifrichtung senkrecht zu der Richtung auf der Düsenanordnung
liegt.
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In 3 hat
der Abstreifer eine winkelige Position zu der Richtung der Düsenanordnung.
Die Bewegungsrichtung ist nicht kritisch.
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Die
Abstreifbewegung kann auch entlang der Richtung der Düsenanordnung
verlaufen. Dann kann ein kleiner Abstreifer mit einer Größe in der
Breite der Düsenanordnung
verwendet werden.
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Vorzugsweise
dient der Wischer selbst als Abstreifer. Dies ist am kosteneffektivsten,
da kein separates System zum Abstreifen bereitgestellt werden muss.
Das Senken des Wischers in derartiger Weise, dass er gerade den
Druckkopf während
dem Wischvorgang frei macht, bewirkt, dass er die Oberfläche des
Druckkopfs abstreift, so dass er als Abstreifer zur Entfernung überschüssiger Tinte
dient. Während dem
Abstreifen wird die Verschiebungsgeschwindigkeit des Wischers verringert,
so dass genug Zeit bereitgestellt wird, damit das Tröpfchen langsam
zum Boden ablaufen kann, wie in 3 erkennbar
ist. Es ist kein separater Verschiebungsmechanismus erforderlich,
es muss nur die Geschwindigkeit angepasst werden. Abstreifgeschwindigkeiten
liegen vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,5 m/s.
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Eine
vorteilhafte Wirkung ist, dass aufgrund der flüssigen Tinte mit einem höheren Lösemittelgehalt
als getrocknete Tinte, der Wischer teilweise durch Tinte gereinigt
wird, die entlang der Oberfläche des
Wischers läuft.
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Der
Abstand d des Abstreifers oder Wischers zum Druckkopf und die Geschwindigkeit
während dem
Drüberstreichen
können
beliebig gewählt
werden. Abhängig
von den Eigenschaften der verwendeten Tinte und ihrer Oberflächenspannung,
der Eigenschaft der Außenfläche des
Tintenstrahldruckkopfs, der Beschaffenheit, Größe des Wischers usw..., können der
Abstreifabstand d und die Geschwindigkeit gewählt werden, um ein optimales
Ergebnis zu erhalten, wenn möglich
in Kombination mit dem folgenden Wischvorgang.
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Ein
Abstreifen kann auch unter Verwendung eines Dochts zum Ableiten
von Tinte von dem Druckkopf ausgeführt werden.
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Ebenso
kann eine Folie zum Abstreifen des Druckkopfs verwendet werden.
Die Verwendung eines Dochts oder Folie als Abstreifer ist nicht
Teil der vorliegenden Erfindung. Normalerweise ist der Abstreifer
ein elastomeres Element mit einer Härte von 30 bis 80 Shore A.
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Auf
den Abstreifvorgang folgt ein normaler Wischvorgang. Dies kann unter
Verwendung eines einfachen oder eines doppelten Wischers erfolgen, wie
in 4 dargestellt ist. Während dem Wischvorgang wird
der Wischer gegen den Druckkopf gepresst.
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Zur
Vermeidung mechanischer Stoßbelastungen,
einer Beanspruchung und eines unerwünschten Wegschleuderns von
Tinte von dem Wischer während
des Zurückspringens,
wird der Wischer, wie in 5 für ein doppeltes Wischersystem dargestellt
ist, in einem kleinen Winkel α im
Bezug auf die Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung angeordnet.
Der Winkel α kann
jeder Winkel wischen 1 und 99 Grad sein, aber der Bereich liegt
in der Praxis zwischen 1 und 10 Grad. Vorzugsweise liegt der Winkel α im Bereich
zwischen 1 und 3 Grad.
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Wie
in 5 erkennbar ist, verläuft die Wischrichtung üblicherweise
senkrecht zu der Richtung der Düsenanordnung,
was bedeutet, dass die Wischerblätter
auch in einem kleinen Winkel α zu
der Düsenanordnung
liegen.
- – Während dem
Wischvorgang kommt der Wischer zunächst mit dem Druckkopf an dem
ersten Ende in Kontakt. Da nur ein kleiner Teil des Wischers auf
den Druckkopf trifft, sind keine großen mechanischen Kräfte beteiligt.
- – Während einer
weiteren Bewegung des Wischers bewegt sich der Kontaktpunkt allmählich von
dem ersten Ende zu dem hinteren Ende. Teile des Wischers, die den
Druckkopf frei machen, springen nicht zurück, sondern falten sich langsam
rückwärts, da
sich der benachbarte Teil des Wischers während dem Wischvorgang noch
mit dem Druckkopf in Kontakt befindet.
- – Wenn
das hintere Endes des Wischers den Druckkopf frei gibt, findet an
diesem Ende ein gewisses Maß an
Zurückspringen
statt, aber aufgrund der eingeschränkten Länge des beteiligten Wischerblattes
sind die Kräfte
gering und es wird keine Tinte von dem Wischer weggeschleudert, was
zu einer geringeren Verunreinigung des Druckmechanismus führt. Dies
kann noch durch Abschrägen
der Enden der Wischerblätter
verbessert werden, wie in 6 dargestellt
ist. Die abgeschrägten
Kanten befinden sich vorzugsweise außerhalb des Bereichs der Düsenanordnung auf
dem Druckkopf.
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Es
ist klar, das eine geringere mechanische Beanspruchung und Stoßbelastungen
einen geringeren Abrieb und Verschleiß im Drucker verursachen.
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Der
Wischer hat vorzugsweise mindestens die Länge der Düsenanordnung. Die Wischrichtung kann
sich ändern.
Für gewöhnlich erfolgt
der Wischvorgang in eine Richtung senkrecht zu der Düsenanordnung,
aber andere Richtungen können
möglich sein.
Der Wischvorgang kann senkrecht zu der Richtung der geneigten Richtung
des Wischers erfolgen. Als Alternative kann ein kleinerer Wischer
verwendet werden, der in die Richtung der Düsenanordnung selbst wischt.
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Vorzugsweise
hat der Wischer eine Härte zwischen
30 und 80 Shore A.
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Praktisches
Beispiel
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Ein
Tintenstrahldrucker mit einem sich hin- und herbewegenden Druckkopf
mit einer Länge
von 72 mm wird zum Drucken von Bildern mit einer Tinte auf Ölbasis verwendet.
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Der
Tintenstrahldruckkopf hat eine doppelte Anordnung von Düsen mit
einer Länge
von 54 mm.
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Der
Druckkopf ist mit einer Abdeckeinheit mit einer Dichtung um die
Düsenanordnung
abgedeckt.
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Dies
erfolgt, indem der Druckkopf über
der Abdeckeinheit angeordnet und die Wartungsstation erhöht wird,
so dass die Abdeckeinheit nun den Druckkopf hält. Im Inneren der Abdeckeinheit
wird ein Vakuum angelegt und gleichzeitig werden die Düsen angetrieben,
um die verstopften Düsen
freizulegen. Freigegebene Tinte läuft aus der Abdeckeinheit.
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Nach
dem Spülen
des Druckkopfs wird die Wartungseinheit gesenkt, so dass der Druckkopf
die Abdeckeinheit frei gibt. Infolge des Spülens bilden sich große Tintentröpfchen,
die von dem Druckkopf herabhängen.
Abhängig
von dem Volumen der Tröpfchen
haben diese für
gewöhnlich
Höhendimensionen von
1 bis 5 mm.
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Der
Druckkopf wird nun in die Nähe
des Wischsystems gebracht, das an der Wartungsstation montiert ist.
Der Wischer hat zumindest eine Länge des
Druckkopfs, die etwa 54 mm beträgt.
Die Wartungsstation ist erhöht,
so dass die Kante des Wischers auf eine Höhe gebracht wird, die einem
Abstand von 0,5 mm zur Bodenkante des Druckkopfs entspricht.
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Der
Wischer wird als Abstreifer verwendet, indem er unterhalb des Druckkopfs
bei einer Geschwindigkeit von 0,02 m/s verschoben wird. Tröpfchen,
die vom Druckkopf herabhängen,
werden erfasst und fließen
entlang dem Wischer nach unten.
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Nach
dem Abstreifvorgang wird der Wischer neu positioniert und wird weiter
angehoben und ein Wischvorgang wird gestartet.
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Der
Wischer hat eine Härte
von 70 Shore A und die Richtung des Wischers bildet einen Winkel von
2 Grad im Bezug auf die Richtung der Düsenanordnung. Der Wischvorgang
wird bei einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 bis 0,5 m/sec durchgeführt. Vorzugsweise
beträgt
die Geschwindigkeit etwa 0,2 m/sec.
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Die
Wischgeschwindigkeit kann in Übereinstimmung
mit den Tinten- und den Wischereigenschaften, z.B. der Oberflächenspannung,
der Dichte der Tinte, der Härte
oder Länge
des Wischers usw..., eingestellt werden. Es kann eine empirische
Methode zur Bestimmung der optischen Geschwindigkeit, der Beschaffenheit
und der Druckkraft/des Kontaktwinkels des Wischers angewendet werden.
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Der
Abstreifschritt wurde zuvor als Behandlung des Druckkopfs nach dem
Spülen
beschrieben. Es versteht sich, dass der Abstreifschritt jederzeit nach
Bedarf während
dem Druckverfahren ausgeführt
werden kann.
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Der
Abstreifvorgang kann auch jederzeit durchgeführt werden, wenn die Notwendigkeit
besteht. Ebenso kann ein periodischer Wischvorgang vorgesehen sein.
Es ist klar, dass die schräge
Position des Wischers im Bezug auf die Düsenanordnung ebenso während jedem
Wischvorgang vorteilhaft ist.
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Nachdem
die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben wurden, ist nun für
Fachleute offensichtlich, dass zahlreiche Modifizierungen vorgenommen werden
können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den beiliegenden
Ansprüchen
definiert ist.