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Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf Tintenstrahl-Drucker und -Verfahren und insbesondere auf einen
selbstreinigenden Tintenstrahldrucker und ein Verfahren zu dessen
Montage.
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Tintenstrahldrucker erzeugen Bilder
auf einem Empfangsmaterial dadurch, dass sie Tintentropfen bildweise
auf ein Empfangsmaterial abgeben. Die breite Akzeptanz, die Tintenstrahldrucker
im Markt gefunden haben, beruht weitgehend auf den Vorteilen der
berührungsfreien,
geräuscharmen
und energiesparenden Arbeitsweise und des kostengünstigen Betriebes
sowie der Fähigkeit
des Druckers, auf normales Papier zu drucken.
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Dabei arbeiten "kontinuierliche" Tintenstrahldrucker mit elektrostatischen
Ladetunnels, die benachbart zu jenen Positionen angeordnet sind,
von denen Tintentropfen in Form eines Tintenstroms ausgestoßen werden.
Durch die Ladetunnels werden ausgewählte Tintentropfen elektrisch
geladen. Die geladenen Tropfen werden durch vorhandene Ablenkplatten,
die untereinander eine vorbestimmte elektrische Differentialspannung
aufweisen, abwärts abgelenkt.
Zum Auffangen der geladenen Tropfen kann eine Rinne vorgesehen sein,
während
die nicht geladenen Tropfen frei auf das Empfangsmedium auftreffen
können.
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Bei "DOD"-Tintenstrahldruckern
ist an jeder Ausstoßöffnung ein
Druckbetätigungsmittel
vorgesehen, das den Tintentropfen erzeugt. Dabei können eine
von zwei Arten von Betätigungselementen
eingesetzt werden, nämlich
thermische Betätigungselemente
oder piezoelektrische Betätigungselemente. Bei
thermischen Betätigungselementen
heizt ein an einer zweckmäßigen Stelle
vorgesehenes Heizsegment die Tinte auf, so dass eine bestimmte Menge der
Tinte die Phase wechselt und eine gasförmige Dampfblase ausbildet
und der Tinteninnendruck dadurch so stark ansteigt, dass ein Tintentropfen
in Richtung des Empfangsmediums ausgestoßen wird. Bei piezoelektrischen
Betätigungselementen
wird ein piezoelektrisches Material eingesetzt, dessen piezoelektrische
Eigenschaften derart gewählt
sind, dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, wenn eine mechanische
Spannung angelegt wird. Auch das Gegenteil trifft zu, d. h. ein
angelegtes elektrisches Feld erzeugt eine mechanische Spannung im
Material. Einige natürlich
vorkommende Materialien, die diese Eigenschaften aufweisen, sind
Quarz und Turmalin. Die am häufigsten
hergestellten piezoelektrischen Keramikmaterialien sind Bleizirkonat-Titanat,
Bariumtitanat, Bleititanat und Bleimetaniobat.
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Tinten für Hochleistungs-Tintenstrahldrucker müssen, unabhängig davon,
ob es sich im "kontinuierliche" oder "piezoelektrische" Drucker handelt, eine
Reihe besonderer Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel sollte die
Tinte nicht trocknend sein, so dass das Trocknen der Tinte in der
Tintenausstoßkammer
verhindert oder soweit verlangsamt wird, dass die Hohlräume und
entsprechenden Öffnungen auch
bei gelegentlichem Spritzen von Tintentropfen frei bleiben. Durch
die Zugabe von Glykol wird der freie Durchfluss der Tinte durch
die Tintenstrahlkammer erleichtert. Natürlich ist der Tintenstrahldruckkopf
den Umgebungsbedingungen ausgesetzt, unter denen der Tintenstrahldruck
stattfindet. Die zuvor erwähnten Öffnungen
sind daher verunreinigenden Partikeln der unterschiedlichsten Art
ausgesetzt. Diese Verunreinigungen können sich auf den um die Öffnungen
herum ausgebildeten Oberflächen
und auch in den Öffnungen
und den Kammern selbst ansammeln. Das heißt, die Tinte kann zusammen
mit diesen Partikeln einen störenden
Grat bilden, der die Öffnung
blockiert oder die Obertlächenbenetzung
derart vermindert, dass die ordnungsgemäße Ausbildung des Tintentropfens
verhindert wird. Um die ordnungsgemäße Ausbildung der Tintentropfen
wieder herzustellen, müssen
die abgelagerten Partikel von der Oberfläche und der Öffnung entfernt
werden. Nach dem Stand der Technik erfolgt diese Reinigung üblicherweise
durch Bürsten,
Abwischen, Besprühen, Absaugen
und/oder Hindurchspritzen von Tinte durch die Öffnung.
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Man kann also sagen, dass bei Tinten
für Tintenstrahldrucker
die folgenden Probleme bestehen: Die Tinten neigen dazu, in den Öffnungen
und um diese herum auszutrocknen und die Öffnungen zu verstopfen; durch
das Abwischen der Öffnungsplatte
entsteht eine Abnutzung an Platte und Wischer, und der Wischer selbst
erzeugt Partikel, die die Öffnung
verstopfen; Reinigungszyklen sind zeitaufwendig und verringern die
Produktivität
von Tintenstrahldruckern. Außerdem
sinkt die Druckgeschwindigkeit beim Drucken großer Formate, weil dabei der
Druck eines Bildes durch häufige
Reinigungszyklen unterbrochen wird. Die Druckgeschwindigkeit sinkt
auch in Fällen,
in denen zum Ausgleich für
verstopfte oder schlecht arbeitende Öffnungen ein besonderes Druckmuster
eingesetzt wird.
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Reiniger für Druckköpfe sind bekannt. Ein Tintenstrahldruckkopfreiniger
ist in US-A-4 970
535 mit dem Titel "Flächenreiniger
für Tintenstrahldruckköpfe", erteilt am 13.
November 1990 an James C. Oswald, beschrieben. Dieses Patent beschreibt
einen Flächenreiniger
für einen
Tintenstrahldruckkopf, bei dem eine kontrollierte Luftführung durch
eine an der Druckkopftläche
ausgebildete Abschlusswandung vorgesehen ist. Mit dem Auslass ist
eine Unterdruckquelle verbunden, die in dem Hohlraum einen Unterdruck
erzeugt. Unterhalb des Auslasses sind eine Sammelkammer und ein
ausziehbares Fach vorgesehen, um die Beseitigung der entfernten
Tinte zu erleichtern. Das Oswald-Patent beschreibt also keinerlei
Verwendung von Bürsten
oder Wischern. Das Oswald-Patent bezieht sich aber auch nicht auf die
Verwendung flüssiger
Lösungsmittel
zum Entfernen der Tinte; stattdessen wird nach der Oswald-Technik zum Entfernen
der Tinte erwärmte
Luft eingesetzt. Der Einsatz erwärmter
Luft ist jedoch weniger reinigungswirksam als die Verwendung eines flüssigen Lösungsmittels.
Außerdem
können
durch die erwärmte
Luft empfindliche elektronische Schaltungen auf der Druckkopfoberfläche beschädigt werden.
Ferner scheint das Oswald-Patent die Druckkopfoberfläche nicht
so zu reinigen, dass die Druckgeschwindigkeit durch den Reinigungsvorgang
nicht beeinträchtigt
wird. US-A-4 734 718 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verhüten des
Verstopfens einer Tintenstrahldruckerdüse, bei der dem Druckkopf gegenüberliegend
auf einer außerhalb
der Druckzone angeordneten Patrone ein Kappenelement vorgesehen
ist. Das Kappenelement ist zum Druckkopf hin und von diesem weg
bewegbar. Aus einem Wartungs-Lösemitteltank
wird dem Kappenelement ein Wartungs-Lösemittel zugeführt. Ein
nasenartiger Vorsprung ist Teil einer im Kappenelement vorgesehenen
Kammer.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
einen selbstreinigenden Drucker, der ohne Beeinträchtigung
der Druckgeschwindigkeit gereinigt werden kann, und ein Verfahren
zu dessen Montage anzugeben.
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Im Hinblick auf diese Aufgabe ist
die Erfindung durch die verschiedenen hier beiliegenden Ansprüche definiert.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung weist der selbstreinigende Drucker einen Druckkopf
auf, in dem eine Vielzahl von Tintenkanälen ausgebildet ist, wobei
jeder Tintenkanal in einer Öffnung
endet. Außerdem
weist der Druckkopf eine alle Öffnungen
umgebende Oberfläche
auf. Der Druckkopf kann Tintentropfen durch die Öffnung ausstoßen, die
dann auf ein Empfangsmedium (z. B. Papier oder transparentes Material)
gelangen, das auf einer angrenzend an den Druckkopf angeordneten
Auflagewalze aufgenommen ist. Auf der Oberfläche können sich Partikel ablagern,
die die Öffnung
ganz oder teilweise verstopfen können.
Bei diesen Partikeln kann es sich um Schmutz-, Staub-, Metallpartikel
und/oder Verkrustungen angetrockneter Tinte handeln. Das Vorhandensein
von Partikeln stört den
ordnungsgemäßen Ausstoß der Tintentropfen aus
ihren jeweiligen Öffnungen
und kann daher zu unerwünschten
Bildartefakten, etwa zu Streifenbildung, führen. Es ist daher wünschenswert,
die Partikel von der Oberfläche
und/oder der Öffnung
zu entfernen, jedoch so, dass die Druckgeschwindigkeit dadurch nicht
beeinträchtigt
werden. Deshalb ist eine Reinigungsanordnung so bezüglich der
Oberfläche und/oder
der Öffnung
angeordnet, dass ein Flüssigkeitsstrom
entlang der Oberfläche
und/oder über
die Öffnung
gelenkt wird, um die Partikel von der Oberfläche und/oder der Öffnung zu
entfernen. Die Reinigungsanordnung umfasst eine Membran, die gegenüber der
Oberfläche
und/oder der Öffnung
angeordnet ist und mit dieser einen Spalt bildet. Der Spalt ist derart
bemessen, dass der Flüssigkeitsstrom
durch ihn hindurchfließen
kann. Durch die Membran wird der Flüssigkeitsstrom im Spalt beschleunigt,
und in der Flüssigkeit
wird eine hydrodynamische Scherkraft erzeugt. Diese Scherkraft wirkt
auf die Partikel ein und entfernt sie von der Oberfläche und/oder
der Öffnung.
Außerdem
ist eine mit dem Spalt in Flüssigkeitsverbindung
stehende Pumpe vorgesehen, die die Flüssigkeit durch den Spalt pumpt.
Ein Filter sorgt ferner dafür,
dass die Partikel aus der Flüssigkeit
herausgefiltert werden und später
beseitigt werden können.
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Eines der Merkmale der Erfindung
besteht darin, dass gegenüber
der Oberfläche
und/oder der Öffnung
eine Membran angeordnet ist, die mit diesen Elementen einen Spalt
derart bildet, dass im Spalt eine hydrodynamische Scherkraft erzeugt
werden kann, die die Partikel von der Oberfläche und/oder der Öffnung entfernt.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass die erfindungsgemäße Reinigungsanordnung
die Partikel ohne den Einsatz von Bürsten oder Wischern, die sonst
die Oberfläche
und/oder die Öffnung
beschädigen
könnten,
von der Oberfläche und/oder
der Öffnung
entfernt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
liegt darin, dass die Oberfläche
und/oder die Öffnung
ohne Beeinträchtigung
der Druckgeschwindigkeit von den Partikeln gereinigt werden.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in
denen beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, offenkundig.
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Die Beschreibung schließt zwar
mit Ansprüchen,
in denen der Gegenstand der Erfindung im einzelnen dargestellt und
klar beansprucht wird, aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen dürfte die Erfindung wohl aber
besser verständlich
werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Ansicht eines erfindungsgemäßen selbstreinigenden
Tintenstrahldruckers mit einem Druckkopf;
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2 ein
Detail eines vertikalen Schnitts durch den Druckkopf, wobei im Druckkopf
eine Vielzahl von Kanälen
ausgebildet ist, die jeweils in einer Öffnung enden;
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3 ein
Detail eines vertikalen Schnitts durch den Druckkopf, wobei in dieser
Darstellung einige der Öffnungen
mit einer Partikelsubstanz verunreinigt sind, die entfernt werden
soll;
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4 eine
Ansicht einer Reinigungsanordnung zum Entfernen der Partikelsubstanz;
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5 einen
vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Reinigungsanordnung, wobei
diese eine Membran aufweist, die der Öffnung gegenüber so angeordnet
ist, dass zwischen den Öffnungen
und der Membran ein Spalt ausgebildet wird, und die Reinigungsanordnung
ferner einen mit dem Spalt in Verbindung stehenden Druckwellengenerator
zum Erzeugen einer Vielzahl von Druckwellen in der im Spalt vorhandenen
Flüssigkeit
aufweist;
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6 ein
vergrößertes Detail
eines vertikalen Schnitts durch die Reinigungsanordnung, in dem auch
die Partikelsubstanz zu sehen ist, die durch eine durch den Spalt
fließende
Flüssigkeit
von der Oberfläche
und der Öffnung
entfernt wird;
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7 ein
vergrößertes Detail
eines vertikalen Schnitts durch die Reinigungsanordnung, wobei in
dieser Ansicht der Spalt wegen einer größeren Länge der Membran eine geringere
Höhe aufweist, um
verunreinigende Partikel aus dem Tintenkanal zu entfernen; und
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8 ein
vergrößertes Detail
eines vertikalen Schnitts durch die Reinigungsanordnung, wobei in
dieser Ansicht der Spalt wegen einer größeren Breite der Membran eine
größere Breite
aufweist, um verunreinigende Partikel aus dem Tintenkanal zu entfernen.
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Die Beschreibung richtet sich insbesondere auf
jene Elemente, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder unmittelbarer
mit ihr zusammenwirken. Es versteht sich, dass nicht besonders dargestellte
oder beschriebene Elemente in unterschiedlicher, dem Fachmann bekannter
Weise ausgebildet sein können.
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1 zeigt
einen allgemein mit 10 bezeichneten selbstreinigenden Drucker
zum Drucken eines Bildes 20 auf ein Empfangsmedium 30,
bei dem es sich um eine Reflexions-Empfangsmedium (z. B. Papier)
oder ein Transmissions-Empfangsmedium (z. B. ein Transparent) handeln
kann. Das Empfangsmedium 30 ist auf einer Auflagewalze 40 aufgenommen, die
durch einen mit der Auflagewalze 40 in Eingriff befindlichen
Auflagewalzen-Motor 50 angetrieben werden kann. Wenn der
Auflagewalzen-Motor 50 die Auflagewalze 40 antreibt,
wird daher das Empfangsmedium 30 in einer durch den ersten
Pfeil 55 angedeuteten Richtung transportiert.
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In 1 und 2 ist zu sehen, dass der
Drucker 10 ferner einen angrenzend an die Auflagewalze 40 positionierten
Druckkopf 60 aufweist. Der Druckkopf 60 umfasst
einen Druckkopf-Körper 65 mit
einer Vielzahl von Tintenkanälen 70,
wobei jeder Tintenkanal 70 in einem Kanalauslass 75 endet.
Außerdem
ist jeder Kanal 70, in dem ein Tintenkörper 77 vorhanden
sein kann, durch ein Paar sich gegenüberliegender Seitenwände 79a und 79b definiert.
Am Druckkopf-Körper 65 ist – zum Beispiel
mittels eines geeigneten Klebers – eine Abdeckplatte 80 mit
einer Vielzahl darin ausgebildeter Öffnungen 90 angebracht, die
jeweils bezüglich
eines der Kanalauslässe 75 in einer
Linie so ausgerichtet sind, dass jede Öffnung 90 dem Empfangsmedium 30 zugewandt
ist. Eine Oberfläche 85 der
Abdeckplatte 80 umgibt alle Öffnungen 90 und ist
ebenfalls dem Empfangsmedium 30 zugewandt. Wenn im Kanal 70 ein
Tintenkörper 77 vorhanden
ist, bildet sich in der Öffnung 90 eine
konvexer Meniskus 100 aus, der durch die Oberflächenspannung
des Meniskus 100 an der Öffnung 90 gehalten
wird. Um ein Bild 20 auf das Empfangsmedium 30 zu drucken,
muss sich natürlich
ein Tintentropfen 105 von der Öffnung 90 in Richtung
des Empfangsmediums 30 lösen, so dass der Tropfen 105 auf
das Empfangsmedium 20 auftreffen kann. Hierzu kann der
Druckkopf-Körper 65 zum
Erzeugen eines "piezoelektrischen
Tintenstrahls" aus
einem piezoelektrischen Material, etwa Bleizirkoniumtitanat (PZT)
bestehen. Ein solches piezoelektrisches Material reagiert mechanisch
auf elektrische Reize, so dass die Wände 79a/b sich
gleichzeitig einwärts
verformen, das Volumen des Kanals 70 sich verringert und
ein Tintentropfen 105 aus dem Kanal 70 ausgestoßen wird.
Alternativ kann es sich bei dem Druckkopf-Körper 65 um einen solchen
zum Erzeugen eines "kontinuierlichen
Tintenstrahls" handeln,
wobei dann der Ausstoß des
Tintentropfens 105 durch eine Druckwelle ausgelöst wird,
die durch einen (nicht dargestellten) Druckwandler im Tintenkörper 77 erzeugt wird.
In diesem Fall kann mittels eines (auch nicht dargestellten), mit
dem Meniskus 100 in Verbindung stehenden Heizelements Wärme an den
Meniskus 100 angelegt werden, durch die die Oberflächenspannung
des Meniskus 100 während
der maximalen Druckwelle verringert wird. Durch die Kombination
von maximalem Druck und verringerter Oberflächenspannung wird dann der
Tintentropfen 105 von der Öffnung 90 gelöst. In jedem
Fall wird der Tropfen 105 vorzugsweise entlang einer zur Öffnung 90 senkrecht
verlaufenden ersten Achse 107 ausgestoßen.
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Betrachtet man nochmals 1 und 2, so erkennt man einen allgemein mit 110 bezeichneten Transportmechanismus,
der mit dem Druckkopf 60 verbunden ist und den Druckkopf 60 zwischen
einer ersten Position 115a (gestrichelt dargestellt) und
einer zweiten Position 115b hin- und herbewegen kann. Der
Druckkopf 60 greift gleitend an einer langgestreckten Führungsschiene 120 an,
die den Druckkopf 60 während
seiner Hin- und Herbewegung parallel zur Auflagewalze 40 führt. Außer dem weist
der Transportmechanismus 110 einen am Druckkopf 60 angebrachten
Treibriemen 130 auf, der den Druckkopf 60 zwischen
einer ersten Position 115a und einer zweiten Position 115b hin-
und herbewegt, wie dies im Folgenden beschrieben wird. Dabei greift
ein umschaltbarer Treibriemenmotor 140 am Riemen 130 derart
an, dass der Riemen 130 sich und damit den Druckkopf 60 bezüglich der
Walze 40 hin- und herbewegt. Außerdem überwacht ein mit dem Druckkopf 60 gekoppelter
Lagegeberstreifen 150 die Position des Druckkopfs 60 während seiner
Hin- und Herbewegung zwischen der ersten Position 115a und
der zweiten Position 115b. Eine mit dem Motor der Auflagewalze 50,
dem Treibriemenmotor 140, dem Lagegeberstreifen 150 und
dem Druckkopf 60 verbundene Steuerung 160 überwacht
ferner die Funktion dieser Elemente, um in geeigneter Weise das
Bild 20 auf dem Empfangsmedium 30 auszubilden.
Bei dieser Steuerung kann es sich um eine Steuerung Modell CompuMotor
der Parker Hannifin Incorporated in Rohnert Park, California, USA,
handeln.
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Es soll nun 3 betrachtet werden. Dabei wurde beobachtet,
dass die Abdeckplatte 80 durch eine Partikelsubstanz 165 verunreinigt
werden kann, die sich auf der Oberfläche 85 ablagert. Diese
verunreinigende Substanz 165 kann auch die Öffnung 90 ganz
oder teilweise verschließen.
Die verunreinigende Substanz 165 kann zum Beispiel aus
Schmutz-, Staub-, Metallpartikeln und/oder Verkrustungen aus getrockneter
Tinte bestehen. Die Ablagerung der verunreinigenden Substanz 165 ist
unerwünscht,
denn wenn die verunreinigende Substanz 165 die Öffnung 90 vollständig verschließt, kann
kein Tintentropfen 105 mehr aus der Öffnung 90 ausgestoßen werden. Auch
wenn die verunreinigende Substanz 165 die Öffnung 90 nur
teilweise verschließt,
kann die Flugbahn des Tintentropfens 105 gegenüber der
Achse 107 entlang einer zweiten Achse 167 (wie
dargestellt) abgelenkt werden. Wenn der Tintentropfen 105 sich entlang
der zweiten Achse 167 bewegt, landet er an einer nicht
vorgesehenen Position auf dem Empfangsmedium 30. Auf diese
Weise führt
ein vollständiger
oder teilweiser Verschluss der Öffnung 90 zu Druckartefakten,
zum Beispiel einer "Streifenbildung", und dies Ergebnis
ist höchst
unerwünscht. Das
Vorhandensein der verunreinigenden Substanz 165 kann auch
die Oberflächenbenetzung
verändern und
die ordnungsgemäße Ausbildung
des Tropfens 105 verhindern. Um Druckartefakte zu vermeiden,
ist es daher wünschenswert,
die verunreinigende Substanz 165 zu beseitigen (d. h. zu
entfernen). Außerdem
sollte die Entfernung der verunreinigenden Substanz 165 so
erfolgen, dass die Druckgeschwindigkeit dadurch nicht berührt wird.
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Gemäß 1, 4, 5 und 6 ist daher benachbart zur Oberfläche 85 eine
allgemein mit 170 bezeichnete Reinigungsanordnung angeordnet, die
einen Strom einer Reinigungsflüssigkeit
entlang der Oberfläche 85 und über die Öffnung 90 hinweg
leiten kann, um die verunreinigende Substanz 165 von diesen
Elementen zu entfernen, während
sich der Druckkopf 60 in seiner zweiten Position 115b befindet.
Aus den im Folgenden zu beschreibenden Gründen kann die Reinigungsanordnung 70 ein
Gehäuse 180 aufweisen.
Am Gehäuse 180 ist
ein allgemein rechteckiges Hohlgefäß 190 mit einem offenen
Ende 195 angebracht, das einen mit dem offenen Ende 195 in
Verbindung stehenden Hohlraum 197 ausbildet. An dem offenen
Ende 195 ist eine elastomere Dichtung 200 zum
Beispiel mittels eines geeigneten Klebers befestigt, die etwa aus
Gummi oder dergleichen bestehen kann, eine oder mehrere Öffnungen 90 umgibt
und dichtend an der Oberfläche 85 anliegt. Entlang
des Hohlraums 197 erstreckt sich ein senkrecht gegenüber den Öffnungen 90 ausgerichtetes Bauelement,
zum Beispiel eine langgestreckte Membran 210. Die Membran 210 weist
einen Endbereich 215 auf, der in der Position gegenüber der Öffnung 90 einen
Spalt 220 einer vorbestimmter Größe zwischen der Öffnung 90 und
dem Endbereich 215 ausbildet. Ferner kann der Endbereich 215 der
Membran 210 gegenüber
einem Bereich der Oberfläche 85,
der keine Öffnung 90 enthält, angeordnet
sein, so dass der Spalt 220 zwischen der Oberfläche 85 und
dem Endbereich 215 ausgebildet wird. Wie im Folgenden noch
im Einzelnen besprochen wird, ist die Größe des Spalts 220 derart
gewählt,
dass eine Flüssigkeit durch
ihn hindurchströmen
kann, um eine verunreinigende Substanz 165 von der Oberfläche 85 und/oder der Öffnung 90 zu
entfernen. Zum Beispiel kann die Geschwindigkeit der Flüssigkeit
im Spalt 220 etwa 1 bis 20 m/s betragen, wobei diese Angabe
nur als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen ist. Ebenfalls
als Beispiel und nicht einschränkend
zu verstehen ist die Angabe, dass der Spalt 220 eine Höhe von etwa 3 bis 30 Tausendstel
eines Zolls aufweisen kann, wobei eine Spalthöhe von etwa 5 bis 20 Tausendstel
eines Zolls bevorzugt ist. Schließlich kann der zumindest teilweise
auf das Vorhandensein der Membran 210 zurückzuführende hydrodynamische Druck
der Flüssigkeit
im Spalt etwa 0,07 bis 2,14 KP/cm2 (1 bis
30 psi) betragen. Aus Gründen,
die im Folgenden noch detailliert besprochen werden, unterteilt
die Membran 210 den Hohlraum 197 in eine Einlasskammer 230 und
eine Auslasskammer 240.
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Wie aus 1, 4, 5 und 6 ferner ersichtlich ist, werden die
Einlasskammer 230 und die Auslasskammer 240 durch
ein geschlossenes Leitungssystem 250 verbunden. Es ist
ersichtlich, dass das Leitungssystem 250 mit dem Spalt 220 in
Flüssigkeitsverbindung
steht, um die Flüssigkeit
durch den Spalt 220 umzuwälzen. Dabei weist das Leitungssystem 250 einen
ersten Leitungsabschnitt 260 auf, der sich von der Auslasskammer 240 zu
einem einen Vorrat der Flüssigkeit
enthaltenden Behälter 270 erstreckt. Ferner
weist das Leitungssystem 250 einen zweiten Leitungsabschnitt 280 auf,
der sich vom Behälter 270 zur
Einlasskammer 230 erstreckt. Im zweiten Leitungsabschnitt 280 befindet
sich eine Umwälzpumpe 290,
die die Flüssigkeit
vom Behälter 270 durch
den zweiten Leitungsabschnitt 280, in die Einlasskammer 230,
durch den Spalt 220, in die Auslasskammer 240, durch
den ersten Leitungsabschnitt 260 und in den Behälter 270 zurück pumpt,
wie dies durch eine Vielzahl zweiter Pfeile 295 angedeutet
ist. Im ersten Leitungsabschnitt 260 kann ein erster Filter 300,
im zweiten Leitungsabschnitt 280 ein zweiter Filter 310 angeordnet
sein, die während
des Umpumpens der Flüssigkeit
durch das Leitungssystem 250 die verunreinigende Substanz 165 aus
der Flüssigkeit
herausfiltern (d. h. entfernen).
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Wie am besten in 5 zu erkennen ist, ist an einer vorbestimmten
Position im ersten Leitungsabschnitt 260 vorzugsweise ein
erstes Ventil 320 vorgesehen, das derart betätigt werden
kann, dass der Durchfluss der Flüssigkeit
durch den ersten Leitungsabschnitt 260 blockiert wird.
Außerdem
ist an einer vorbestimmten Position im zweiten Leitungsabschnitt 280 vorzugsweise
ein zweites Ventil 330 vorgesehen, das derart betätigt werden
kann, dass der Durchfluss der Flüssigkeit
durch den zweiten Leitungsabschnitt 280 blockiert wird.
Aus Gründen,
die im Folgenden noch beschrieben werden, sind das erste Ventil 320 und
das zweite Ventil 330 derart im ersten Leitungsabschnitt 260 bzw.
im zweiten Leitungsabschnitt 280 angeordnet, dass sie den
Hohlraum 197 gegenüber
dem Behälter 270 abtrennen. Ein
dritter Leitungsabschnitt 340 ist mit einem offenen Ende
mit dem ersten Leitungsabschnitt 260 verbunden und mit
dem anderen offenen Ende in einen Sumpf 350 geführt. Aus
Gründen,
die im Folgenden noch beschrieben werden, steht mit dem Sumpf 350 eine
Saugpumpe (d. h. eine Vakuumpumpe) 360 in Verbindung. Außerdem ist
im dritten Leitungsabschnitt 340 ein drittes Ventil 370 vorgesehen,
das derart betätigt
werden kann, dass das Leitungssystem 250 gegenüber dem
Sumpf 350 getrennt wird.
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In 5 und 6 ist zu erkennen, dass im
Betrieb der Reinigungsanordnung 170 das erste Ventil 320 und
das zweite Ventil 310 geöffnet sind, während das
dritte Ventil 370 geschlossen ist. Dann wird die Umwälzpumpe 290 betätigt, so
dass Flüssigkeit
aus dem Behälter 270 in
die Einlasskammer 230 gesaugt wird. Die Flüssigkeit
strömt
dann durch den Spalt 220. Während die Flüssigkeit
durch den Spalt 220 fließt, wird jedoch wegen des vorhandenen
Endabschnitts 215 der Membran 230 eine hydrodynamische
Scherkraft in der Flüssigkeit
erzeugt. Es wird davon ausgegangen, dass diese Scherkraft ihrerseits durch
eine sich in der Flüssigkeit
bildende hydrodynamische Spannung erzeugt wird, die eine senkrecht zur
Oberfläche 85 (bzw.
zur Öffnung 90)
wirkende "senkrechte" Komponente δn und
eine entlang der Oberfläche 85 (oder über die Öffnung 90 hinweg)
wirkende "Scherkraft"-Komponente τ aufweist.
Die die senkrechte Kraftkomponente δn und
die Scherkraft-Komponente τ darstellenden
Vektoren sind am besten in 6 zu
sehen. Die zuvor erwähnte
hydrodynamische Scherkraft wirkt derart auf die verunreinigende
Substanz 165 ein, dass die verunreinigende Substanz 165 von
der Oberfläche 85 und/oder
der Öffnung 90 entfernt
und von der durch den Spalt 220 strömenden Flüssigkeit mitgenommen wird.
Wenn die verunreinigende Substanz 165 von der Oberfläche 85 und
der Öffnung 90 entfernt
wird, strömt
die Flüssigkeit
mit der von ihr mitgenommenen verunreinigende Substanz 165 in
die Auslasskammer 240 und von dort in den ersten Leitungsabschnitt 260. Durch
den weiteren Betrieb der Umwälzpumpe 290 strömt die Flüssigkeit
mit der darin mitgenommenen verunreinigenden Substanz 165 in
den Behälter 270, von
wo aus die Flüssigkeit
in den zweiten Leitungsabschnitt 280 gepumpt wird. Zweckmäßigerweise sollte
jedoch die verunreinigende Substanz 165 beim Umwälzen durch
das Leitungssystem 250 aus der Flüssigkeit entfernt werden, damit
die verunreinigende Substanz 165 sich nicht erneut auf
der Oberfläche 85 und
an der Öffnung 90 ablagert.
Daher sind der erste Filter 300 und der zweite Filter 310 vorgesehen, um
die verunreinigende Substanz 165 aus der durch das Leitungssystem 250 umgewälzten Flüssigkeit herauszufiltern.
Nachdem die gewünschte
Menge der verunreinigenden Substanz 165 von der Oberfläche 85 und/oder
der Öffnung 90 entfernt
ist, wird daher die Umwälzpumpe 290 abgeschaltet,
und das erste Ventil 320 und das zweite Ventil 330 werden
geschlossen, so dass der Hohlraum 197 gegenüber dem
Behälter 270 abgetrennt
wird. Dann wird das dritte Ventil 370 geöffnet und
die Saugpumpe 360 betätigt,
um die Flüssigkeit
aus dem ersten Leitungsabschnitt 260, dem zweiten Leitungsabschnitt 280 und dem
Hohlraum 197 im Wesentlichen vollständig abzusaugen. Die abgesaugte
Flüssigkeit
fließt
in den Sumpf 350, von wo aus sie später entsorgt wird. Wegen der
Filter 300/310 ist die in den Sumpf 350 fließende Flüssigkeit
jedoch im Wesentlichen frei von verunreinigender Substanz 165,
so dass sie auf Wunsch wieder in den Behälter 270 zurückgeführt werden
kann.
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Es wurde erkannt – s. 7 und 8 -,
dass die auf die Oberfläche 85 und
die Öffnung 90 wirkende hydrodynamische
Kraft durch die Länge
und die Breite der langgestreckten Membran 210 bestimmt
wird. Dies ist wichtig für
die Steuerung der Stärke
der Reinigungswirkung. Außerdem
wurde festgestellt, dass wenn der Endbereich 215 der Membran 210 gegenüber der Öffnung 90 angeordnet
ist, Länge
und Breite der langgestreckten Membran 210 bestimmten,
wie weit die Flüssigkeit
in den Kanal 70 eindringt (s. Darstellung). Es wird davon
ausgegangen, dass die Eindringtiefe der Flüssigkeit in den Kanal 70 wiederum vom
Wert der senkrechten Kraft δn bestimmt wird. Dabei wurde jedoch entdeckt,
dass der Betrag der senkrechten Kraft δn sich
umgekehrt proportional zur Höhe
des Spalts 220 verhält.
Die senkrechte Kraft δn und damit die Eindringtiefe der Flüssigkeit
in den Kanal 70 können
daher durch Verlängerung
der Membran 210 vergrößert werden.
Außerdem
wurde entdeckt, dass sich der Wert der senkrechten Kraft δn zum
Druckabfall in der Flüssigkeit
während
deren Bewegung entlang des Endabschnitts 215 der Oberfläche 85 direkt
proportional verhält.
Daher kann die senkrechte Kraft δn und damit die Eindringtiefe der Flüssigkeit
in den Kanal 70 durch Verbreiterung der Membran 210 vergrößert werden.
Diese Effekte sind wichtig für
das Entfernen von verunreinigender Substanz 165, die sich
unter Umständen
an den Seitenwänden 79a oder 79b des
Kanals 70 abgelagert hat. Im Einzelnen kann man dadurch,
dass man der langgestreckten Membran 210 eine größeren Länge X gibt,
die Höhe
des Spalts 220 verringern und dadurch auf Wunsch die Reinigungswirkung
verbessern. Desgleichen kann man dadurch, dass man der langgestreckten
Membran 210 eine größere Breite
W gibt, die Länge
des Spalts 220 vergrößern und
dadurch auf Wunsch die Reinigungswirkung verbessern. Somit kann
der normale Fachmann ohne übermäßiges Experimentieren
sowohl die Länge
X als auch die Breite W der Membran 210 verändern, um
entsprechend der vorliegenden Schwere der Verkrustung mit verunreinigender
Substanz durch die optimale Spaltgröße eine optimale Reinigungswirkung
zu erzielen. Aus den vorstehenden Erläuterungen wird ersichtlich,
dass vergleichbare Ergebnisse auch durch Veränderung der Größe des Spalts 220 durch
Veränderung
der Höhe
H der Dichtung 200 erzielt werden können.
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Gemäß 1 kann eine Hubeinrichtung 380 mit
der Reinigungsanordnung 170 verbunden sein, durch die die
Reinigungsanordnung 170 derart angehoben wird, dass die
Dichtung 200 sich dichtend an die Oberfläche 85 anlegt,
wenn sich der Druckkopf 60 in seiner zweiten Position 115b befindet.
Hierzu ist die Hubeinrichtung 380 mit der Steuerung 160 verbunden,
so dass die Funktion der Hubeinrichtung 380 durch die Steuerung 160 gesteuert
wird. Natürlich kann
die Hubeinrichtung 380 nach Abschluss des Reinigungsvorgangs
wieder abgesenkt werden, so dass die Dichtung mit der Oberfläche 85 außer Anlage
gelangt.
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Wie bereits erwähnt wurde, sollte das Entfernen
von verunreinigender Substanz 165 so erfolgen, dass die
Druckgeschwindigkeit dadurch nicht beeinträchtigt wird. Hierzu verringert
die Steuerung 160, die die Bewegung des Druckkopfs 60 über den
Motor 140 und den Treibriemen 130 steuert, die
Geschwindigkeit des Druckkopfs 60, wenn dieser den Rand des
Empfangsmediums 30 verlässt
und sich in seine zweite Position 115b bewegt, um von der
Reinigungsanordnung 170 gereinigt zu werden.
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Nach dem Reinigen der Oberfläche 85 und/oder
der Öffnung 90 in
der vorstehend beschriebenen Weise wird der Druckkopf 60 wieder
beschleunigt, wenn er die Reinigungsanordnung 170 verlässt und
sich zum Empfangsmedium 30 zurückbewegt. Die Beschleunigung
des Druckkopfs 60 wird derart gewählt, dass sowohl die Verlangsamung
des Druckkopfs 60 als auch die Zeit ausgeglichen werden,
die der Druckkopf 60 in der zweiten Position 115b verweilt.
Diese Beschleunigung des Druckkopfs 60 auf seinem Weg zurück zum Empfangsmedium 30 wird vorteilhafterweise
zur Reinigung der Oberfläche 85 und/oder
der Öffnung 90 genutzt,
ohne dass sich dadurch die Druckzeit verlängert. Alternativ kann die Reinigung
des Druckkopfs 60 statt während des Druckens einer Seite
auch zwischen dem Drucken einzelner Seiten erfolgen. Wenn der Druckkopf 60 das Empfangsmedium 30 zum
Drucken des Bildes 20 erreicht, bewegt er sich selbstverständlich mit
konstanter Geschwindigkeit.
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In 5 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung steht ein allgemein mit 400 bezeichnetes
Mittel zum Erzeugen von Druckwellen, z. B. eine Kolbenanordnung,
in Flüssigkeitsverbindung
zur Einlasskammer 230. Die Kolbenanordnung 400 weist
einen sich hin- und herbewegenden Kolben 410 auf, der in
der Einlasskammer 230 eine Vielzahl von Druckwellen erzeugt,
die sich in der Flüssigkeit
in der Einlasskammer 230 ausbreiten und in den Spalt 220 eintreten.
Der Kolben 410 bewegt sich zwischen einer ersten und einer
zweiten Position, wobei die zweite Position gestrichelt dargestellt
ist. Die Wirkung der Druckwellen besteht darin, dass die Entfernung
der verunreinigenden Substanz 165 von der Oberfläche 85 und/oder
der Öffnung 90 durch
die Kraft der Druckwellen verbessert wird.
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Die Reinigungsflüssigkeit kann aus jedem beliebigen
flüssigen
Lösungsmittel
bestehen, etwa Wasser, Isopropanol, Diethylenglykol, Diethylenglykol-Monobutylether,
Oktan, Säuren
und Basen, oberflächenaktiven
Lösungen
und Kombinationen dieser Mittel. Verwendbar sind auch komplex zusammengesetzte
Flüssigkeiten,
wie Mikroemulsionen, mizellare oberflächenaktive Lösungen,
in Flüssigkeit
dispergierte blasenbildende Mittel und Feststoffe.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
ist ersichtlich, dass ein Vorteil der Erfindung darin besteht, dass
die Reinigungsanordnung 170 die verunreinigende Substanz 165 von
der Oberfläche 85 und/oder der Öffnung 90 ohne
Verwendung von Bürsten
oder Wischern entfernt, die sonst die Oberfläche 85 und/oder die Öffnung 90 beschädigen könnten. Denn die
Membran 210 erzeugt in der durch den Spalt 220 fließenden Flüssigkeit
eine Scherkraft, die die verunreinigende Substanz 165 von
der Oberfläche 85 und/oder
der Öffnung 90 entfernt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
ist ersichtlich, dass ein weiterer Vorteil der Erfindung darin besteht,
dass die Oberfläche 85 und/oder
die Öffnung 90 von
verunreinigender Substanz 165 gereinigt wird, ohne dass
dadurch die Druckgeschwindigkeit beeinträchtigt wird. Denn der Druckkopf 60,
der bei Annäherung
an die zweite Position 115b verlangsamt wird, wird wieder
beschleunigt, während
er sich zum Empfangsmedium 30 zurückbewegt. Die Beschleunigung
des Druckkopfs 60 auf seinem Weg zurück zum Empfangsmedium 30 ist
dabei so gewählt, dass
sie die Verlangsamung des Druckkopfs 60 und die Zeit, während der
der Druckkopf 60 in der zweiten Position 115b verweilt,
ausgleicht.
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Die Erfindung wurde vorstehend unter
besonderer Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben; für den Fachmann
versteht es sich jedoch, dass die einzelnen Elemente der bevorzugten
Ausführungsformen
in unterschiedlicher Weise verändert
oder durch gleichwertige Elemente ersetzt werden können, ohne
vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Außerdem können zahlreiche Modifikationen
vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes
Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne vom wesentlichen
Inhalt der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann im Behälter 270 ein
Heizelement zum Erwärmen
der im Behälter
vorhandenen Flüssigkeit
vorgesehen werden, um die Reinigungswirkung auf der Oberfläche 85,
im Kanal 70 und/oder der Öffnung 90 zu verbessern.
Dies ist besonders nützlich,
wenn bei der verwendeten Reinigungsflüssigkeit die Reinigungswirkung
durch Erhöhung
der Temperatur der Flüssigkeit
verbessert wird. Als weiteres Beispiel könnten bei einem Mehrfarbendrucker, der
eine Vielzahl von jeweils einer von mehreren Farben entsprechenden
Druckköpfen aufweist,
für jede Farbe
eine oder mehrere besondere Reinigungsanordnungen eingesetzt werden,
um eine gegenseitige Verunreinigung der Druckköpfe durch Tinten anderer Farben
zu verhindern. Gemäß einem
weiteren Beispiel könnte
mit der Reinigungsanordnung 170 ein Verunreinigungs-Detektor
verbunden sein, der erkennt, wann eine Reinigung nötig ist.
Bei einem solchen Verunreinigungs-Detektor könnte es sich um einen mit der
Tinte in den Kanälen 70 in
Flüssigkeitsverbindung
stehenden Druckwandler handeln, der einen Anstieg des Tintenrückstaudrucks
erkennt, der entsteht, wenn teilweise oder vollständig blockierte Kanäle 70 versuchen,
Tintentropfen 105 auszustoßen. Ein solcher Verunreinigungs-Detektor
könnte auch
aus einem mit den Tintenkanälen 70 in
Flüssigkeitsverbindung
stehenden Strömungs-Detektor
bestehen, der einen zu geringen Tintenstrom erkennt, wenn teilweise
oder vollständig
blockierte Kanäle 70 versuchen,
Tintentropfen 105 auszustoßen. Als Verunreinigungs-Detektor
könnte
auch ein optischer Detektor gewählt
werden, der mit der Oberfläche 85 und den Öffnungen 90 in
optischer Verbindung steht und die Anwesenheit von verunreinigender
Substanz 165 mittels Reflexion oder Emissionsvermögen erkennt. Schließlich könnte ein
solcher Verunreinigungs-Detektor
auch aus einer Vorrichtung bestehen, die die Tintenmenge misst,
die während
des Durchspülens der
Kanäle 70 in
regelmäßigen Abständen in
einen spucknapfartigen Behälter
abgegeben wird. In diesem Fall würde
dann die in den spucknapfartigen Behälter abgegebene Tintenmenge
von dem Gerät
gemessen und mit einer bekannten Tintenmenge verglichen, die bei
nicht durch verunreinigende Substanz 165 blockierten Öffnungen
in den spucknapfartigen Behälter
abgegeben werden sollte.