DE69902435T2

DE69902435T2 - Selbstreinigende Tintenstrahldruckkopfpatronen

Info

Publication number: DE69902435T2
Application number: DE69902435T
Authority: DE
Inventors: Dilip K. Chatterjee; Edward P. Furlani; Syamal K. Ghosh
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: US6267464B1; EP1016532B1; EP1016532A3; JP2000218829A; EP1016532A2; DE69902435D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldrucker und insbesondere auf ein verbessertes Selbstreinigungssystem für Tintenstrahlpatronen.
Normalerweise sind Tintenstrahldrucker jeweils mit einer Tintenpatrone ausgestattet, aus der Tintentröpfchen auf ein Empfangsmedium gerichtet werden. Innerhalb der Patrone ist die Tinte üblicherweise in einer Vielzahl von Kanälen enthalten, wobei durch Energieimpulse Tintentröpfchen entweder nach Bedarf oder kontinuierlich durch in einer Platte in Form einer Lochanordnung vorgesehene Düsen oder Öffnungen ausgestoßen werden.
Bei einem Thermo-Tintenstrahldrucker werden die Energieimpulse im allgemeinen durch eine Anordnung elektrischer Widerstände bewirkt, die jeweils in einem der Kanäle angeordnet und jeweils durch Stromimpulse einzeln adressierbar sind, so dass sie sofort Wärme abgeben und ein Tröpfchen oder Bläschen in den an den Widerständen anliegenden Kanälen ausbilden. Die Funktion von Thermo-Tintenstrahldruckern ist im einzelnen in US-A-4,849,774", US-A-4,500,895 und US-A- 4,794,409 beschrieben.
Andererseits umfasst ein piezoelektrisches Tintenstrahldrucksystem einen Körper aus piezoelektrischem Material, in dem eine Vielzahl paralleler, oben offener und durch Wandungen getrennter Kanäle ausgebildet sind. An gegenüberliegenden Seiten der Wandungen sind Metallelektroden angeordnet, die als Scher-Betätigungselemente zum Auswerfen von Tröpfchen aus den Kanälen wirken. Mit den offenen Enden der Kanäle ist eine Düsenanordnung mit mindestens einer Lochplatte verbunden, durch deren Öffnungen Tintentröpfchen ausgeworfen werden. Durch Anlegen der elektrischen Energieimpulse an die parallelen Elektroden werden die Kanäle veranlasst, durch Scherwirkung Tröpfchen durch die Lochplatte auszustoßen.
Die Funktion piezoelektrischer Tintenstrahldruckköpfe ist im einzelnen in US-A- 5,598,196, US-A-5,311,218 und US-A-5,248,998 beschrieben.
Alle Tintenstrahlpatronen, und zwar sowohl Thermo- als auch piezoelektrische Patronen, arbeiten mit einer Vielzahl von Funktionskomponenten, die alle präzise zusammenwirken müssen, um maximale Effizienz zu erreichen. Eine der wichtigsten Komponenten ist eine Lochplatte mit einer Vielzahl darin angeordneter Öffnungen oder Düsen. Die Düsen sind normalerweise im Querschnitt kreisrund, und der Durchmesser der Düsen kann, je nach den technischen Daten des Druckers, zwischen 10 und 100 um variieren. Je höher die Auflösung der Druckausgabe ist, desto kleiner muss das Tintentröpfchen und damit der Durchmesser der Düsen oder Öffnungen sein. Während des Druckens wird durch diese Öffnungen Tinte ausgestoßen. Um eine fehlerfreie Druckausgabe zu erzielen, müssen die Lochplatten und sämtliche Düsen sauber und frei von Abfällen und Hindernissen für den Tintenfluss gehalten werden. Wenn die Lochplatte und die Düsen nicht sauber sind, können Probleme auftreten, die die Leistung des Druckers untergraben. Zum Beispiel können Papierfasern und andere sich auf der Lochplattenoberfläche und in den Düsen ansammelnde Abfälle die Qualität der gedruckten Bilder beeinträchtigen. Auch können Abfälle aus einer angetrockneten Tintenkruste entstehen, und auch Papierstaub auf der Lochplatte sowie in den Tintenkanälen und den Düsen können zu verminderter Leistung des Druckers führen.
Gemäß US-A-5,300,958 werden die vorstehend beschriebenen Probleme dadurch überwunden, dass man in der Haupt-Druckereinheit "Wartungs- oder Service-Stationen" vorsieht. Die Wartungsstationen sind derart ausgelegt, dass die Druckkopf- Tintenpatrone, wenn sie nicht arbeitet und sich in einer "Ruhestellung" befindet, zum Zweck der Reinigung der Patronen in der Wartungsstation außerhalb der Druckzone positioniert ist. Die Wartungsstation umfasst zahlreiche Komponenten, die vielerlei Funktionen erfüllen, darunter: (a) Vorfüllen der Druckkopfpatrone, (b) Abdecken der Lochplatte und der darin befindlichen Düsen (Öffnungen), wenn der Druckkopf nicht in Betrieb ist, (c) Abwischen von Verunreinigungen von der Lochplatte, (d) Verhindern, dass Tinte in den Öffnungen der Lochplatte trocknet, und (e) Bereitstellen eines Behälters zum Abführen der entfernten Abfälle.
Zur Durchführung dieser Reinigung beschreibt US-A-5,103,244 eine Wischerkonstruktion mit mehreren Lamellen. Die gewünschte Reinigung wird in der Weise durchgeführt, dass der Druckkopf (die Patrone) über die gewünschte Wischerlamelle gezogen wird. Außerdem umfasst der Wischermechanismus eine Vielzahl nachgiebiger Lamellen, die jeweils eine achteckige Form aufweisen und um eine Achse drehbar angeordnet sind.
Eine andere in US-A-5,300,958 beschriebene Reinigungskonstruktion weist eine Druckkopf-Wischereinheit auf, die aus nur einem oder zwei Elementen besteht, die derart gegeneinander angeordnet sind, dass sie zwischen sich einen Kapillar-Durchgang ausbilden. Die Patrone weist ein Abteil mit einer durchgehenden Öffnung und ein mit einer Reinigungslösung imprägniertes, saugfähiges Element auf.
Noch eine andere Reinigungskonstruktion ist in US-A-5,574,485 beschrieben, die mit einem Hochfrequenz-Ultraschall-Flüssigkeitswischer arbeitet und bei der den Druckkopfdüsen eine Reinigungsdüse in einem Abstand gegenübersteht. In der Reinigungsdüse ist eine Reinigungslösung durch Oberflächenspannung so gehalten, dass sie einen Meniskus ausbildet und sich zur Druckkopfdüsen-Oberfläche hin vorwölbt, an diese anlegt und damit eine Brücke aus Reinigungsflüssigkeit ausbildet. Neben der Aufgabe, Tinte zu lösen, wird die Reinigungsflüssigkeit durch ein unmittelbar vor der Reinigungsdüse angeordnetes piezoelektrisches Material mit Ultraschallfrequenz angeregt, so dass sich ein hochfrequenter Flüssigkeitswischer ergibt, der das Reinigen verstopfter Düsen ohne physischen Kontakt mit der Druckkopfdüsen-Oberfläche erleichtert.
EP-B-0 585 615 beschreibt ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, das jedoch ohne Ultraschallwandler und ohne Reinigungsflüssigkeit arbeitet.
JP-A-58096563 zeigt ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät mit einem auf die Lochplatte wirkenden Ultraschallwellen-Vibrator. Allerdings enthält diese Konstruktion nichts, aus dem abgeleitet werden könnte, dass der Ultraschall-Wandler in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Reinigungsflüssigkeits-Verteileranordnung einsetzbar wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Reinigungsverfahren für Tintenstrahldruckpatronen anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein effizienteres Reinigungssystem für Druckkopfpatronen anzugeben, das das kontrollierte Abführen von in den Öffnungen der Düsenstruktur angesammelten Abfällen, das Entsorgen der Abfälle ohne Verunreinigung und Beschädigung der Patronen und damit das effiziente Reinigen der Druckkopfpatronen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll eine Vorrichtung zum Reinigen von Tintenstrahldruckpatronen bereitgestellt werden, die kompakt, robust und effizient ist.
Gemäß noch einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll eine Reinigungsvorrichtung bereitgestellt werden, die die Tintenstrahlpatronen nicht abnutzt oder beschädigt.
Diese Aufgaben werden erfüllt durch eine Tintenstrahlpatrone für einen Tintenstrahldrucker mit:
(a) einem Druckkopf mit einer eine Vielzahl von Öffnungen für den Tintenauswurf aufweisenden Lochplatte sowie einem Fuß;
(b) einer Patrone zur Aufnahme eines Behälters mit Tinte, die darauf ausgelegt ist, durch die Öffnungen ausgeworfen zu werden, wobei die Patrone eine Reinigungsrohrverzweigung umfasst mit einer Vielzahl von Eintrittsrohren und einem Austrittskanal, durch den Reinigungsflüssigkeit leitbar ist, so dass diese Flüssigkeit über die Außenfläche der Lochplatte gelenkt wird; und
(c) einer Vielzahl betätigbarer Ultraschallwandler, die in dem Fuß eingebettet und in Wirkbeziehung zur Lochplatte angeordnet sind und die bei Betätigung Ultraschallwellen erzeugen, die auf die Lochplatte auftreffen, um Verunreinigungen zu lösen, wodurch die über die Oberfläche der Lochplatte geleitete Reinigungsflüssigkeit die gelösten Verunreinigungen mitnimmt.
Die Erfindung bietet unter anderem die folgenden Vorteile:
- Sie überwindet viele der Nachteile der bekannten Technologie, etwa das Problem der Beschädigung der Lochplatten durch Abnutzung, Abrieb und Verformung.
- Sie stellt ein Verteilersystem in der Patrone selbst bereit, das das effiziente Zuführen der Reinigungsflüssigkeit zum Reinigen der Lochplatte ermöglicht.
- Betätigbare Ultraschall-Wandler, die das effiziente Reinigen der Lochplatte ermöglichen, sind in die Lochplatte eingebettet.
- Die mit hoher Frequenz betätigbaren Hochfrequenz-Ultraschallwandler zum Reinigen der Tintenstrahlpatrone sind kostengünstig elektronisch integriert, und
- die Benutzung von Lösungsmitteln und anderen unerwünschten Chemikalien kann entfallen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Eine stirnseitige Ansicht der Wartungsstation mit den erfindungsgemäßen selbstreinigenden Patronen;
Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht einer erfindungsgemäßen selbstreinigenden Druckpatrone;
Fig. 3 eine teilweise isometrische Ansicht der montierten selbstreinigenden Druckpatrone gemäß Fig. 2, in der die Abdeckung zu erkennen ist, und
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3, in dem die Einzelheiten der Düsenstruktur dargestellt sind.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Reinigen einer Tintenstrahldruckpatrone bereit, die mit mindestens einem in eine Lochplatte einer Tintenstrahlpatrone eingebetteten betätigbaren Ultraschall-Wandler arbeitet. Bei Betätigung der eingebetteten betätigbaren Ultraschall-Wandler wird eine Abdeckung mit der Lochplatte in Anlage gebracht, so dass sie die Lochplatte luftdicht abdichtet, und ein Reinigungsflüssigkeits- Strom wird über die Lochplatte gepumpt.
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 die erfindungsgemäße Wartungsstation 100 im einzelnen beschrieben werden. Die Wartungsstation 100 umfasst selbstreinigende Tintenstrahldruckpatronen 42, 44, 46 und 48, die mit einem Druckkopfwagen 10 verbunden sind, der, wie durch einen Richtungspfeil 20 angedeutet ist, auf einer Wagenstange 32 durch die Druckzone vor- und zurückbewegt wird. Der Druckkopfwagen 10 wird normalerweise mittels eines (nicht dargestellten) Antriebsriemens, der mit einem (nicht dargestellten) Wagenmotor verbunden ist, in zwei Richtungen bewegt. Die Abdeckungen 52, 54, 56 und 58 sind starr an einer beweglichen Plattform 50 befestigt. Die Plattform 50 kann aus Metallen wie Aluminium oder Stahl oder hochbelastbaren Kunststoffen bestehen. Die Plattform 50 bewegt sich, wie durch den Richtungspfeil 60 angedeutet ist, auf und ab. Zur vollständigen Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung sind hier vier Tintenstrahldruckpatronen 42, 44, 46 und 48 dargestellt. Bei der in dieser Erfindung beschriebenen beispielhaften Ausführungsform enthält die Patrone 42 schwarze Tinte, während die Patronen 44, 46 und 48 nur Tinte der Farben Cyan, Gelb bzw. Magenta enthalten können. Die Patronen 42, 44, 46 und 48 weisen jeweils eine Düsenstruktur auf, die eventuell Tintenkanäle (s. Fig. 2) ausbildet, in jedem Fall aber Düsenstrukturen 62, 64, 66 und 68 umfasst, durch die Tintentröpfchen auf ein Empfangselement ausgeworfen werden. Außerdem könnte, soweit dies für die Anwendung des Druckers nötig ist, eine beliebige Anzahl von Tintenpatronen 42, 44, 46 und 48 unterschiedlicher Farben verwendet werden. Bei den Tintenstrahlpatronen 42, 44, 46 und 48 handelt es sich vorzugsweise um piezoelektrische Tintenstrahl-Druckköpfe, wobei jedoch auch andere Patronenarten, zum Beispiel Thermo-Patronen, erfindungsgemäß akzeptabel und nützlich sind.
Betrachtet man nochmals Fig. 1, so ist zu erkennen, dass die Tintenstrahlpatronen 42, 44, 46 und 48 Einlassöffnungen 42a, 44a, 46a und 48a zum Zuführen von Tinte in den Farben Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb zu den Tintenstrahlpatronen 42, 44, 46 bzw. 48 aufweisen. Den Tintenstrahlpatronen 42, 44, 46 bzw. 48 entsprechende Reinigungsrohrverzweigungen 61, 63, 65 und 67 sind mit Reinigungsflüssigkeits-Einlassöffnungen 42b, 44b, 46b bzw. 48b und (nicht dargestellten) Auslassöffnungen zum Umwälzen der Reinigungsflüssigkeit durch die Lochplatte 40 mittels einer Pumpe 70 ausgestattet. Die durch die Einlassrohre 41, 43, 45 und 47 eintretende Reinigungsflüssigkeit wird, wie duch Pfeile angedeutet ist, durch einen Filter 69 über Auslassrohre 51, 53, 55 und 57 zur Pumpe 70 zurückgeleitet.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die Wartungsstation 100 gemäß Fig. 1 in einem Bereich außerhalb der Druckzone und an einem Ende der durch den Pfeil 20 angedeuteten doppelsinnigen Bewegung des Wagens 10 angeordnet ist. Die Reinigung erfolgt, wenn die Tintenstrahlpatronen 42, 44, 46, 48, von der Wagenstange 32 bewegt, in die Wartungsstation 100 eintreten, wo sie in die Abdeckungen 52, 54, 56 und 58 eingreifen und von diesen bedeckt werden. Dann wird Reinigungsflüssigkeit eingeführt, und die Ultraschall-Wandler 71, 73 und 75 werden betätigt, was im folgenden noch im einzelnen beschrieben wird.
In Fig. 2 sind in der auseinandergezogenen Ansicht der Druckkopfpatrone 42 die Einzelheiten der Düsenstruktur 62 und der Reinigungsrohrverzweigung 61 mit den in den Druckkopffuß 80 eingebetteten Wandlern 71, 73, 75 zu erkennen. Die Druckkopfpatrone 42 umfasst mehrere Komponenten, die jeweils einzeln hergestellt und dann montiert werden. Die Düsenstruktur 62 weist eine Kunststoff oder Gummidichtung 30 auf, die die Lochplatte 40 umgibt und mit einem Druckkopffuß 80 verbunden ist. Die Dichtung 30 trägt dazu bei, die Abdeckung 120 (s. Fig. 3) gegen die Patrone 42 abzudichten, so dass die Patrone 42 während des Reinigungsprozesses wasserdicht bleibt. Die Lochplatte 40 weist mehrere Öffnungen auf, darunter zumindest eine Reihe in engem Abstand zueinander angeordneter Öffnungen 79 zum Auswerfen von Tintentropfen. Der Durchmesser der Öffnungen 79 kann zwischen 10 und 100 um variieren. Die Lochplatte 40 kann durch Elektroformung, Nickel- oder chemische Ätzung oder Laserschneiden von Metallblechen, zum Beispiel Aluminium, Kupfer oder Edelstahl, hergestellt werden, und die Außenoberfläche ist zur Verminderung von Korrosion durch chemisch aktive Substanzen in der Tinte goldbeschichtet. Die Öffnungen 72, 74 und 76 in der Lochplatte 40 sind zur Aufnahme der eingebetteten betätigbaren Wandler 71, 73 und 75 (s. Fig. 3) vorgesehen. Desgleichen sind die Öffnungen in der Lochplatte 40 als Einlasskanäle 77 und Auslasskanäle 78 vorgesehen, die die Reinigungsflüssigkeit in den Druckkopffuß 80 hinein und aus diesem heraus leiten. Der Druckkopffuß 80 umfasst aus piezoelektrischer Keramik, zum Beispiel Blei-Zirkonat-Titanat, bestehende Tintenkanäle 82 und 84 sowie die betätigbaren Ultraschall-Wandler 71, 73 und 75 (s. Fig. 3). Der Druckkopffuß 80 besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxid-Keramik oder alternativ aus Metallen, wie Aluminium oder Edelstahl. Für die zufließende Reinigungsflüssigkeit sind eine Reihe von Einlassrohren 85 vorgesehen, die die Flüssigkeit zum Ultraschall-Reinigen durch Betätigung der betätigbaren Ultraschall-Wandler 71, 73 und 75 über die Lochplatte 40 leiten, und zum Ableiten der Reinigungsflüssigkeit aus der Reinigungsrohrverzweigung 61 durch den Reinigungsflüssigkeits-Auslass 42c ist ein Auslass 88 vorgesehen. Eine Reihe von Rohren 85, die einen Reinigungsflüssigkeitsstrom über die Lochplatte 40 leiten, sind mit Öffnungen 94 in der Reinigungsflüssigkeits-Einlassrohrverzweigung 90 ausgerichtet, die zum Reinigungsflüssigkeits-Einlass 42b führen. Die Reinigungsflüssigkeit fließt zunächst durch einen Auslasskanal 78 in der Lochplatte 40, dann durch einen weiteren Auslasskanal 88 im Druckkopffuß 80 und schließlich durch einen Auslass 42c ab, der in einer in der Reinigungsrohrverzweigung 61 angeordneten Auslassrinne 92 vorgesehen ist. Die Rohre 85 ragen durch einen Einlasskanal 77 in der Lochplatte 40 hindurch und fluchten mit der Oberfläche der Lochplatte 40. Die Düsenstruktur 62 wird an der Reinigungsrohrverzweigung 61 montiert, und die montierten Einheiten werden anschließend mit dem Tintenbehälter 95 verbunden.
Fig. 3 zeigt eine Teilansicht der Tintenpatrone 42 in Wirkbeziehung zur Abdeckung 52. Die Abdeckung 52 ist mit der Tintenpatrone 42 in Eingriff und bildet um die Dichtung 30 herum eine wasserdichte Abdichtung aus. Die Reinigungsflüssigkeit wird durch das Einlassrohr 41 zur Düsenstruktur 62 gepumpt, und die betätigbaren Ultraschall-Wandler 71, 73 und 75 werden zum wirksamen Reinigen der verstopften Öffnungen 79 und der Tintenkanäle 82 und 84 (s. Fig. 2) 10 bis 30 Sekunden lang betätigt.
Fig. 4 zeigt einen Teil-Querschnitt der Tintenpatrone 42 entlang der Linie 4-4 in Fig. 3. Die betätigbaren Ultraschall-Wandler 71, 73 und 75 sind derart in den Druckerfuß 80 eingebettet, dass ihre aktiven Oberflächen mit der Oberfläche der Lochplatte 40 in einer Ebene liegen. Die Öffnungen 79 in der Lochplatte 40 sind mit den offenen Enden der Tintenkanäle 82 und 84 ausgerichtet, so dass bei elektronischer Adressierung der einzelnen Kanäle Tintentröpfchen aus jenen Tintenkanälen ausgeworfen werden.
Im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung versteht es sich, dass für den Fachmann Abwandlungen und Verbesserungen möglich sind, ohne vorn Rahmen der Erfindung abzuweichen. Die vorstehende Beschreibung soll nur als Beispiel dienen, der Rahmen der Erfindung ist durch die nachfolgenden Ansprüche definiert.

Claims

1. Tintenstrahlpatrone (10) für einen Tintenstrahldrucker mit:

(a) einem Druckkopf (42, 44, 46, 48) mit einer eine Vielzahl von Öffnungen (62, 64, 66, 68) für den Tintenauswurf aufweisenden Lochplatte (40) sowie einem Fuß (80);

(b) einer Patrone (10) zur Aufnahme eines Behälters (95) mit Tinte, die darauf ausgelegt ist, durch die Öffnungen (62, 64, 66, 68) ausgeworfen zu werden, wobei die Patrone eine Reinigungsrohrverzweigung (61, 63, 65, 67) umfasst mit einer Vielzahl von Eintrittsrohren (85) und einen Austrittskanal (78), durch den Reinigungsflüssigkeit leitbar ist, so dass diese Flüssigkeit über die Außenfläche der Lochplatte (40) gelenkt wird; und

(c) einer Vielzahl betätigbarer Ultraschallwandler (71, 73, 75), die in dem Fuß (80) eingebettet und in Wirkbeziehung zur Lochplatte (40) angeordnet sind, und die bei Betätigung Ultraschallwellen erzeugen, die auf die Lochplatte (40) auftreffen, um Verunreinigungen zu lösen, wodurch die über die Oberfläche der Lochplatte (40) geleitete Reinigungsflüssigkeit die gelösten Verunreinigungen mitnimmt.

2. Tintenstrahldruckvorrichtung zur Aufnahme einer Tintenstrahlpatrone (10) und zur Reinigung dieser Tintenstrahlpatrone (10), die folgendes umfasst:

(a) die Tintenstrahlpatrone (10) mit:

(i) einem Druckkopf (42, 44, 46, 48) mit einer eine Vielzahl von Öffnungen (62, 64, 66, 68) für den Tintenauswurf aufweisenden Lochplatte (40) sowie einem Fuß (80);

(ii) einem Behälter (95) zur Aufnahme von Tinte, die darauf ausgelegt ist, durch die Öffnungen (62, 64, 66, 68) ausgeworfen zu werden; und

(iii) einer Reinigungsrohrverzweigung (61, 63, 65, 67), die mit dem Tintenbehälter (95) verbunden ist und eine Vielzahl von Eintrittsrohren (85) umfasst sowie einen Austrittskanal (78), durch den Reinigungsflüssigkeit über die Außenfläche der Lochplatte (40) leitbar ist; und

(b) eine Vielzahl betätigbarer Ultraschallwandler (71, 73, 75), die in dem Fuß (80) eingebettet und in Wirkbeziehung zur Lochplatte (40) angeordnet sind, und die bei Betätigung Ultraschallwellen erzeugen, die auf die Lochplatte (40) auftreffen, um Verunreinigungen zu lösen, wodurch die über die Oberfläche der Lochplatte (40) geleitete Reinigungsflüssigkeit die gelösten Verunreinigungen mitnimmt.