DE69013419T2

DE69013419T2 - Thermischer Tintenstrahl-Druckkopf.

Info

Publication number: DE69013419T2
Application number: DE69013419T
Authority: DE
Inventors: Mario Buat; Renato Conta; Adriano Fetta
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1990-07-04
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JP2997017B2; US5119115A; EP0408241A3; IT8967585A0; DE69013419D1; EP0408241B1; IT1232551B; JPH0387266A; EP0408241A2

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Tintenstrahl- Druckkopf und eine Tintenpatrone dafür.
Ein Druckkopf für einen thermischen Tintenstrahldrucker ist aus dem US-Patent Nr. 4 771 295 bekannt, bei dem eine Mehrlagen- oder Mehrschichtdruckplatte, die die Düsen und elektrischen Anschlüsse zur Pilotsteuerung dafür trägt, an einer Stirnwand eines Reservoirs befestigt ist, das einen schwammförmigen Körper enthält, der mit Tinte getränkt oder imprägniert ist.
Die Düsen sind mit dem Inneren des Reservoirs über eine Zufuhrleitung hydraulisch verbunden, die durch die Platte geht und bei einer Position angeordnet ist, welche einer Öffnung in der Stirnwand des Reservoirs entspricht. Die elektrischen Anschlüsse der Druckplatte sind an entsprechende Leiter eines flachen Kabels angelötet oder angeschweißt, das auf der Außenseite des Reservoirs an der Stirnwand befestigt ist. Das flache Kabel trägt leitende Bereiche oder Flecken, die unter der Einwirkung von Druck mit entsprechenden festen Anschlüssen des Druckers verbunden werden können.
Das Reservoir und die in bezug darauf feststehende Platte bilden eine integrierte Druck- und Zufuhreinheit, die entfernbar am Schlitten des Druckers montiert ist. Ist die Tinte verbraucht, wird die integrierte Einheit durch eine andere Einheit ersetzt, die mit Tinte beladen ist.
Es ist augenscheinlich, daß die Tinte stets die Düsen füllt und stets in Berührung mit den internen Metallschichten der Platte bleibt. Während längerer Lagerung oder Zeiten der Nichtaktivität des integrierten Kopfes kann es zu einer Verstopfung der Düsen kommen, und zwar dadurch, daß Tinte antrocknet oder an den internen Schichten der Platte Korrosionserscheinungen auftreten, was dann mit einer Verschlechterung der Druckqualität und Verminderung der Wirksamkeit des Kopfes selbst verbunden ist. Da die Lebensdauer eines Druckkopfes viel größer als der Zeitraum ist, für den die im Reservoir vorhandene Tinte ausreicht, muß bei jedem Wechsel der inteqrierten Einheit notwendigerweise auch die Druckplatte weggeworfen werden, die an sich noch wirksam wäre.
Ein anderer Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker ist aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 61-020752 bekannt, bei dem ein mit Tinte gefüllter Tintenbehälter am Schlittenaufbau austauschbar montiert ist. Eine gegenüber diesem Aufbau feststehende Hohlnadel durchdringt den Behälter und steht in Berührung mit der Tinte, so daß die Tinte über eine Zwischenleitung einem am Schlitten montierten Druckkopf zugeführt werden kann. Der Behälter ist in einer nach vorne geneigten Stellung angeordnet, und die Nadel durchdringt den tiefsten Abschnitt des Behälters, so daß die Tinte bis zum letzten Tropfen aufgebraucht werden kann.
Die Erfindung ist definiert in den beigefügten Ansprüchen, auf die jetzt Bezug genommen werden kann.
Die Erfindung wird weiter erläutert in der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die lediglich ein nicht beschränkendes Beispiel darstellen soll. Hierbei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
FIG. 1 eine geschnittene Ansicht eines thermischen Tintenstrahl-Druckkopfes, der die Erfindung beispielshalber verkörpert,
FIG. 2 eine geschnittene Ansicht eines Stütz- oder Tragaufbaus des in FIG. 1 gezeigten Kopfes,
FIG. 3 eine geschnittene Ansicht einer Patrone für die Tinte zur Verwendung in Verbindung mit dem Kopf nach FIG. 1,
FIG. 4 eine Ansicht im Horizontalschnitt längs der Linie IV-IV nach FIG. 3,
FIG. 5 eine geschnittene Ansicht längs der Linie V-V nach FIG. 3,
FIG. 6 eine geschnittene Ansicht längs der Linie VI-VI nach FIG. 2,
FIG. 7 eine Ansicht im Längsschnitt eines Mehrfarbenkopfes, der nach der Erfindung ausgebildet ist, und
FIG. 8 eine Ansicht im Längsschnitt eines Mehrfarbendruckkopfes, der eine einzige Patrone für Tinten unterschiedlicher Farben hat.
FIG. 1 und 2 zeigen einen Druckkopf 1 mit einem Tragaufbau 10, der an einem bewegbaren Schlitten 12 eines Druckers (in den Zeichnungen nicht dargestellt, jedoch dem Fachmann allgemein bekannt) befestigt ist.
An einem Vorsprung oder Verlängerungsabschnitt 14 des Aufbaus 10 ist ein Hohlraum oder ein Zwischenreservoir 16 vorgesehen, das nach unten hin offen und nach oben hin von einer Stirnwand 18 des Aufbaus 10 geschlossen ist.
Der Aufbau 10 enthält vier Arme 20 bis 23, die mit der Stirnwand 18 verbunden sind und die sich im wesentlichen in einer zu dieser Wand senkrechten Richtung erstrecken. Von den vier Armen sind die Arme 20 und 23 in der Zeichnung zu sehen. Jeder Arm, beispielsweise der Arm 20 (FIG. 2), ist von zwei Längsabschnitten 24, 26 zweier benachbarter, senkrecht aufeinanderstehender Seitenwände 24' und 26' des Aufbaus 10 gebildet. Die Wände 24' und 26' und zwei andere Seitenwände, die jeweils zu den Wänden 24' und 26' parallel verlaufen und ihnen gegenüberstehen und von denen lediglich die Wand 28' zu sehen ist, definieren einen Aufnahmeraum 30 zum Aufnehmen einer Tintenpatrone 32 (FIG. 1). Die Patrone 32 kann deshalb über eine Öffnung 34, die der Stirnwand 18 gegenübersteht, in den Raum 30 eingeführt und daraus entnommen werden.
Die vier Arme 20 bis 23 haben daher die Funktion von Winkelführungen für die Patrone 32 während des Vorganges des Einsetzens in den Raum 30.
Ein rohrförmiges Bauelement 36 ist an der Wand 18 so angebracht, daß es das Zwischenreservoir 16 mit dem Raum 30 verbindet. Das Bauelement 36 erstreckt sich innerhalb des Raumes 30 und hat ein spitzes Ende 37, das zur Öffnung 34 hin gerichtet ist.
Am Verlängerungsabschnitt 14 (vgl. FIG. 1) ist ein thermisches Tintenstrahl-Druckelement 35 oder ein thermischer Tintenstrahl-Druckkopf von einer Art befestigt, die auf dem Gebiet des Druckens von Punkten auf einem Druckträger 29 allgemein bekannt ist. Das Element 35 schließt das Zwischenreservoir 16 nach unten hin ab, wie es aus FIG. 1 und 2 hervorgeht, und es weist eine Siliciumplatte 39 auf, die eine Vielzahl von Metallschichten trägt, welche zwischen Isolierschichten und Schichten aus Harz angeordnet sind, und zwar von einer Art, wie sei beispielsweise in der italienischen Patentanmeldung Nr. 67044-A/89, eingereicht am 26. Januar 1989, beschrieben ist. Insbesondere wird die Tinte projiziert auf dem Träger 29 über eine Vielzahl Düsen 45 (vgl. FIG. 2), die mit entsprechenden Ausstoßkammern (in den Zeichnungen nicht dargestellt) in Verbindung stehen und in einer der Isolierschichten des Elements 35 vorgesehen sind. Die Ausstoßkammern stehen in Verbindung mit dem Zwischenreservoir 16 über einen Zufuhrkanal, der durch die Siliciumplatte 39 geführt ist. Angeordnet auf der Außenseite der Platte 39, die zum Druckträger 29 hin gerichtet ist, sind leitende Bereiche oder Flecken, die über eine der Metallschichten des Druckelements 35 mit Heizelementen (nicht gezeigt) verbunden sind, die in den Ausstoßkammern enthalten sind. Elektrische Leiter eines Flachkabels 53, das extern an dem Tragaufbau 10 befestigt ist, sind an den Bereichen oder Flecken der Platte 39 angelötet oder angeschweißt.
Die Patrone 32 (vgl. FIG. 3 und 4) enthält einen Behälter 33, der im wesentlichen die Gestalt eines Parallelepipeds hat und von vier Seitenwänden 40, 41, 42 und 43 gebildet ist, die in bezug auf eine Frontwand 44 fixiert bzw. feststehend sind.
Im Inneren des Behälters 33 ist ein Hilfsraum 46 vorgesehen, der bezüglich der Längsachse A-A der Patrone 32 seitlich angeordnet ist und von der Vorder- oder Frontwand 44, der Seitenwand 42 und einer zur Wand 44 senkrecht verlaufenden Innenwand 48 begrenzt ist. Der Raum 46 ist an einer Seite zum Inneren der Patrone 32 hin offen, wohingegen er auf der entgegengesetzten Seite durch ein Element 50 aus elastischem Material, beispielsweise Weichgummi, geschlossen ist. Wenn die Patrone 32 in den Tragaufbau 10 eingesetzt ist, sind der Raum 46 und das Verschlußelement 50 in einer mit dem röhrenförmigen Element 36 ausgerichteten Position, so daß dieses das Element 50 durchsticht und mit seinem Ende 37 in den Raum 46 der Patrone ragt.
Der Behälter 33 ist mit einem schwammartigen Material 52 mit Verbindungsporen gefüllt, welches Material zum Imprägnieren oder Tränken mit Tinte geeignet ist. An der Eintrittsöffnung 46' des Hilfsraumes 46 ist ein Metallgitter 47 angeordnet, das den Eintritt von schwammförmigem Material 52 in den Raum 46 verhindern soll.
Nachdem der Behälter 33 mit dem schwammartigen Material oder Schaumstoff 52 gefüllt ist, wird der Behälter 33 mit einer Abdeckung 54 verschlossen, die mit den der Wand 44 gegenüberliegenden Rändern der Wände 40 bis 43 eine Dichtung bildet.
Die Abdeckung 54 weist nach außen hin eine Öffnung 56 auf, die es dem mit der Abdeckung 54 in Berührung stehenden Schaumstoff gestattet, daß er mit dem externen atmosphärischen Druck in Verbindung steht. Die Öffnung 56 weist eine Leitung 57 auf, die sich in Richtung auf das Innere des Behälters 33 erstreckt und in einem Dom 58 angeordnet ist, der von der Abdeckung 54 aus nach außen ragt.
Die Patrone 32 wird mit Tinte beispielsweise dadurch gefüllt, daß über die Leitung 56 (vgl. FIG. 3) Luft abgesaugt und vom Boden her über die Öffnung 50 mit Hilfe eines Nadelröhrchens, das dem Röhrchen 36 nach FIG. 2 ähnlich ist und mit einem Tintenvorrat (in den Zeichnungen nicht dargestellt) in Verbindung steht, Tinte eingeführt wird. Die Patrone ist beladen bzw. gefüllt, sobald die Tinte den Hilfsraum 46 ausfüllt und das schaumförmige Material 52 vollständig mit Tinte durchtränkt ist.
Die tintengefüllten Patronen können über einen langen Zeitraum als Vorrat aufbewahrt werden, und zwar in beliebiger Stellung ohne Gefahr des Austritts von Tinte, da die Kapillarwirkung des schwammartigen Materials 52 die Tinte im Behälter 33 zurückhält.
Zum Einleiten eines Druckvorgangs wird eine tintengefüllte Patrone 32 in den Raum 30 (FIG. 2) des Tragaufbaus 10 in einer solchen Weise eingesetzt, daß das Ende 37 des rohrförmigen Elements 36 in den Hilfsraum 46 (FIG. 1) eindringt, nachdem das Verschlußelement 50 durchstochen ist.
Vor dem Einleiten des Druckvorgangs wird der Kopf 1 zu einer Saugstation (in den Zeichnungen nicht dargestellt) bewegt, in welcher die in der Patrone 32 enthaltene Tinte durch die Düsen 45 (vgl. FIG. 2) gesaugt wird. Auf diese Weise bildet die Tinte in jeder Düse einen Meniskus, dessen Oberflächenspannung einem Unterdruck das Gleichgewicht hält, der im Hilfsraum 46 (FIG. 1) und im Hilfsreservoir 16 aufgrund der Kapillarwirkung des schwammartigen Materials 52 erzeugt wird. Dieser Unterdruck ist in der Größenordnung von 1 bis 5 cm Wassersäule, wenn der Kopf 1 nicht in Betrieb ist, und er kann bis auf 20 bis 30 cm Wassersäule während des Druckvorganges ansteigen, wenn eine gewisse Menge an Tinte vom Reservoir 16 des Druckelements 35 wieder angesaugt wird, um von den Düsen 45 ausgestoßene Tinte zu ersetzen. Die Verwendung einer vom Kopf 1 separaten Patrone 32 für die Tinte ermöglicht es, das Reservoir 16 und das Druckelement 35 während der Lagerzeit des Druckers von Tinte freizuhalten, wodurch sichergestellt wird, daß die Düsen bei einem nachfolgenden Betrieb des Druckers wirksam sind.
Weiterhin kann im Falle einer Unterbrechung der Aktivität des Druckers die Patrone 32, wenn sie bereits im Kopf 1 montiert ist, entfernt und aufbewahrt werden, und das Reservoir 16 und die Düsen 45 können von Resttinte befreit und gereinigt werden. Auf diese Weise wird eine Verstopfung der Düsen durch getrocknete Tinte vermieden, und die Korrosionsgefahr oder Infiltration von Tinte in das Metall und die Isolierschichten des Druckelements 35 wegen längerem Vorhandensein von Tinte in Berührung mit diesen Schichten wird so gering wie möglich gehalten.
Der Kopf 1 kann auch für einen Mehrfarbendruck eingesetzt werden. Wie es in FIG. 7 dargestellt ist, kann ein Tragaufbau 60 mehrere Patronen 62 aufweisen, die Tinten unterschiedlicher Farbe enthalten.
Der Tragaufbau 60 kann beispielsweise vier Patronen 62 aufnehmen, von denen der Einfachheit halber in den Zeichnungen lediglich zwei dargestellt sind. Jede Patrone ist der Patrone 32 nach FIG. 3 ähnlich und enthält eine Tinte einer anderen Farbe, beispielsweise Schwarz, Magenta, Cyan und Blau.
Der Tragaufbau 60 enthält vier Zwischenreservoirs 161, 162, 163 und 164, die den vier Patronen entsprechen und dem Reservoir 16 nach FIG. 2 ähnlich sind, wobei jedes Reservoir mit einem röhrchenförmigen Element 361 bis 364 ausgerüstet ist, das in der Lage ist, ein entsprechendes Verschlußelement 502 bis 503 der Patronen 62 zu durchstechen. Jedes Zwischenreservoir ist am Boden durch dieselbe Anzahl Druckelemente 351 bis 354 abgeschlossen, die dem Element 35 nach FIG. 2 ähnlich sind, wobei jedes Druckelement auf denselben Druckträger in Folge mit seiner eigenen Farbe drucken kann.
FIG. 8 zeigt einen Tragaufbau 70, der eine einzige Patrone 72 aufnehmen kann, die beispielsweise in eine Vielzahl unabhängiger Reservoire oder Kammern unterteilt ist, von denen jede mit einer Tinte unterschiedlicher Farbe gefüllt ist.
Der Aufbau 70 enthält eine Stirnwand 74 rechteckförmiger Gestalt, die mit Winkelnuten 76 versehen ist, welche an den vier Ecken angeordnet sind und zum Aufnehmen und Führen der Patrone 72 dienen.
Die Patrone 72 wird von einem Behälter 78 in Form eines Parallelepipeds gebildet und ist beispielsweise in vier separate Kammern 80 durch Wände 82 unterteilt. Am Boden 84 jeder Kammer ist eine Sammelkammer 86 für Tinte vorgesehen, die von einer zylindrischen Wand 88 begrenzt ist und in Richtung auf das Innere der jeweiligen Kammer 80 über ein Gitter 87 offen ist. Die Kammer 86 ist durch ein Verschlußelement 90 abgeschlossen, das im Boden 84 vorgesehen ist und aus Weichgummi besteht. An der Wand 74 sind jeweils bei einer Stelle, die jedem Element 90 entspricht, Röhrchen 92 mit einem spitzen Ende vorgesehen, die in der Lage sind, die Elemente 90 zu durchstechen und in die Kammern 86 einzudringen, wenn die Patrone 72 in den Aufbau 70 eingesetzt wird. Die Röhrchen 92 stehen in Verbindung mit Hilfsreservoirs 94, die in äußeren Vorsprüngen oder Verlängerungsabschnitten 96 der Bodenwand 74 vorgesehen sind. Jedes Reservoir 94 ist durch ein thermisches Tintenstrahl- Druckelement 93 von dem hier zuvor beschriebenen Typ abgeschlossen.
Jedes Fach oder jede Kammer 80 der Patrone 72 ist mit einem schaum- oder schwammartigen Material 95 angefüllt, das mit einer Tinte unterschiedlicher Farbe getränkt oder imprägniert werden kann.
Die Druckelemente 93 sind miteinander ausgerichtet und parallel zur Vorwärtsbewegungsrichtung des Kopfes während des Druckvorganges angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, mit jeder der vier Farben oder mit verschiedenen Farbschattierungen selektiv dadurch zu drucken, daß Tintentropfen unterschiedlicher Farbe in dieselbe Druckposition ausgegeben werden. Die Patrone 72 ist nach oben hin durch eine Abdeckung 98 verschlossen, die an die Seitenwände und Trennwände 82 in einer solchen Weise angeschweißt ist, daß die Fächer oder Kammern 80 vollständig voneinander getrennt sind. Rohr- oder Leitungsstücke 89, die in der Abdeckung 98 vorgesehen sind, verbinden jede Kammer 80 mit dem Außenatmosphärendruck.
Zusammenfassend wird somit bei dem dargestellten thermischen Tintenstrahl-Druckkopf die Tinte in Form von kleinen Tröpfchen über eine Vielzahl von Düsen ausgestoßen, die mit zugeordneten Ausstoßkammern zum Ausstoßen der Tinte aufgrund schnellen Erhitzens von in den Ausstoßkammern enthaltenen Heizelementen in Verbindung stehen. Die Dusen, die Ausstoßkammern, die Heizelemente und die zugeordneten elektrischen Leiter haben eine Konstruktion aus einer Vielzahl von Metallschichten und Isolierschichten, die von einer Siliciumplatte getragen werden. Die Platte ist am Aufbau des Kopfes befestigt und wird mit Tinte gespeist, die in einer entfernbaren Patrone enthalten ist, welche in den Aufbau des Kopfes eingesetzt werden kann. Die Patrone enthält ein starres Reservoir mit einem Schaumstoff oder schwammartigen Material, das mit Tinte gesättigt ist, und die Patrone kann mit dem Kopf mittels einer nadelartigen Leitung hydraulisch verbunden werden, die am Kopf befestigt ist und eine Gummimembran der Patrone durchsticht. während Zeiten der Lagerung, Aufbewahrung oder Inaktivität des Kopfes kann die Patrone entfernt werden, so daß die Düsen getrocknet werden können, um mögliche Düsenverstopfungen und Korrosion der Schichten oder Lagen der Platte durch Tinte zu vermeiden.
Der dargestellte thermische Tintenstrahl-Druckkopf ist im wesentlichen frei von den Nachteilen, die oben in der Einleitung diskutiert worden sind. Eine vollständigere Verwendung der Druckplatte wird für ihre gesamte Wirksamkeitsdauer erreicht, wobei sie während inaktiver Druckzeiträume von Tinte freigehalten wird, um die Korrosionsgefahr durch Tinte so gering wie möglich zu halten.

Claims

1. Tintenpatrone, die entfernbar an einem thermischen Tintenstrahl-Druckkopf angebracht werden kann, enthaltend einen Behälter (33), der von starren Seitenwänden (40 bis 43) und einer Stirnwand (44) gebildet ist und mit einem tintengetränkten porösen Material (52) gefüllt ist, und ein durchlochbares Verschlußelement (50), das an der Stirnwand befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine Tintenaufnahmekammer (46) enthält, die von der Stirnwand und wenigstens einer der Seitenwände und durch eine dritte Wand (48) begrenzt ist, die bezüglich der Stirnwand fixiert ist, wobei die Aufnahmekammer zum Inneren des Behälters hin offen ist und frei von dem porösen Material ist und wobei das Verschlußelement bei einer Position angeordnet ist, die der Aufnahmekammer entspricht.

2. Tintenpatrone für Tinte, die an einem thermischen Mehrfarben-Tintenstrahl-Druckkopf entfernbar angebracht werden kann, enthaltend einen Behälter (78), der von Seitenwänden und einer Stirnwand gebildet ist und von Zwischenwänden (82), die senkrecht zur Stirnwand verlaufen, in eine Vielzahl unabhängiger Fächer unterteilt ist, wobei jedes Fach ein durchlochbares Verschlußelement (90) aufweist, das an der Stirnwand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Fächer mit einem porösen Material (95) gefüllt ist, das mit Tinte unterschiedlicher Farbe tränkbar ist, und daß eine Tintenaufnahmekammer (86) innerhalb jedes Faches angeordnet ist und durch die Stirnwand und wenigstens eine der Seitenwände und Zwischenwände (82) und durch eine dritte Wand (88) begrenzt ist, die bezüglich der Stirnwand fixiert ist, wobei die Kammer auf einer Seite mit dem Fach in Verbindung steht und an der entgegengesetzten Seite durch das Verschlußelement verschlossen ist und frei von dem porösen Material ist.

3. Drucksystem für einen thermischen Tintenstrahldrucker, enthaltend einen Tragaufbau (10), der wenigstens einen Druckkopf (1) und eine entsprechende Tintenpatrone (32) zur Zufuhr von Tinte zu dem Kopf trägt, welcher Druckkopf ein Mehrschichtdruckelement (35) aufweist, das an dem Träger fest angebracht ist und eine Vielzahl Düsen (45) aufweist, die mit einer Tintenzwischenleitung (16) in dem Träger hydraulisch verbunden sind, welcher Trägeraufbau (10) eine Aufnahmevorrichtung (20, 23) zum entfernbaren Lokalisieren der Tintenpatrone an dem Träger in bezug auf den Kopf enthält, welcher Träger ein Verbindungselement (36) aufweist, das in hydraulischer Verbindung mit der Leitung (16) steht und sich in die Aufnahmevorrichtung erstreckt, um die Patrone mit der Zwischenleitung hydraulisch zu verbinden, wenn die Patrone in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt ist, welche Patrone einen Behälter (33) enthält, der von starren Wänden (40 bis 43) und einer Stirnwand (44) einschließlich eines Verschlußelements (50) gebildet ist, das zum Durchtritt von Tinte geeignet ist, wenn es mit dem Verbindungselement (36) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit einem porösen Material (52) gefüllt ist, das mit Tinte getränkt ist, und eine Tintenaufnahmekammer (46) enthält, die von der Stirnwand und wenigstens einer der Seitenwände und einer dritten Wand (48) begrenzt ist, die bezüglich der Stirnwand fixiert ist, wobei die Aufnahmekammer in Richtung auf das Innere des Behälters offen ist und frei von dem porösen Material ist und wobei das Verschlußelement bei einer Position angeordnet ist, die der Aufnahmekammer entspricht.

4. Drucksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung Führungselemente (20, 23) aufweist, die bezüglich einer Stirnwand (18) des Tragaufbaus fixiert sind und die sich senkrecht zu dieser Wand (18) erstrecken, um die Patrone am Kopf zu führen und zu haltern.