DE60020363T2

DE60020363T2 - Druckvorrichtung für seitenbreites format

Info

Publication number: DE60020363T2
Application number: DE60020363T
Authority: DE
Inventors: Kia Silverbrook; Tobin Allen King
Original assignee: Silverbrook Research Pty Ltd
Current assignee: Silverbrook Research Pty Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: EP1177102B1; AUPP922299A0; DE60020363D1; ATE296203T1; IL145472A0; US6443555B1; IL145472A; EP1177102A4; WO2000054973A1; EP1177102A1; JP2002538999A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Drucker und insbesondere digitale Tintenstrahldrucker für Großformatdruck.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Großformatige seitenbreite Drucker sind aus verschiedenen kommerziell erhältlichen Modellen, z.B. dem HP 3500CP^TM Drucker von Hewlett-Packard hinlänglich bekannt.
Leider sind diese Drucker und andere ähnliche Großformatdrucker überaus langsam, da der Druckkopf in einer Abfolge von Querschwaden über die Seite druckt. Der Aufbau eines thermischen Tintenstrahldruckers, der in dieser Weise arbeitet, wird in der US 5,459,498 von Secombe et al. beschrieben.
Um dieses zu überwinden, wurden Versuche unternommen, Drucker zu konstruieren, die die gesamte Breite der Seite gleichzeitig bedrucken können. Beispiele derartiger bekannter seitenbreiter thermischer Tintenstrahldrucker sind in der US 5,218,754 von Rangappan und US 5,367,326 von Pond et al. beschrieben. Ein seitenbreiter Druckkopf traversiert nicht hin und zurück über die Seite und erhöht von daher die Druckgeschwindigkeiten signifikant. Die Vorschläge für den Aufbau eines seitenbreiten Druckkopfes sind jedoch aufgrund der funktionalen Beschränkungen, die von der Standard-Druckkopf Technologie herrühren, kommerziell nicht erfolgreich geworden. Ein 600 dpi thermischer Bubble Jet Druckkopf, der so konfiguriert ist, dass er sich über die gesamte Breite einer 1372 mm (54 Inch) breiten Standardpapierrolle erstreckt, würde 136.000 Tintenstrahldüsen benötigen und würde 24 kW Wärme während des Betriebs erzeugen. Dies ist nahezu äquivalent zu der Wärme, die von 24 Heizstäben für den Hausgebrauch erzeugt wird und würde eine aktive Kühlung unter Einsatz eines Wärmetauschsystems, wie Fremdbelüftung oder Wasserkühlung benötigen. Dies ist für die meisten häuslichen und kommerziellen Umgebungen unmöglich, da das Kühlsystem für den Drucker wahr scheinlich eine gewisse Art externer Ventilation benötigte. Ohne externe Ventilation würde der Raum, in welchem der Drucker sich befindet, wahrscheinlich überheizt werden.
Das Energieverbrauchsproblem beeinflusst ebenfalls die Größe des für seitenbreites Großformatdrucken benötigten Druckkopfes. Der Abstand zwischen thermischen Tintenstrahldüsen kann nicht weniger als ein Minimalabstand betragen, in welchem die erzeugte Wärme zum Abfeuern von Tinte aus einer Düse versehentlich die Tinte von einer benachbarten Düse abfeuert. Ein ähnliches Problem tritt bei piezoelektrischen Tintenstrahldruckköpfen auf. Das piezoelektrische Material weist eine geringe Größenänderung pro aufgebrachtem Volt auf; typischerweise etwa 3 × 10^–6 m pro V. Sogar falls diese Größenänderung unter Einsatz eines Biegeaktuatormechanismusses optimiert wird, erlauben die physikalischen Abmessungen des benötigten piezoelektrischen Materials lediglich eine Druckkopfkonstruktion mit einer Düse pro 1 bis 4 mm², um die für den Auswurf von Tinte aus einer Düse erforderliche Größenänderung hervorzurufen.
Im Hinblick auf die von der herkömmlichen Tintenstrahltechnologie ermöglichte geringe Düsenpackungsdichte wird die Größe des für eine vollständige farbige großformatige seitenweise Bedruckung benötigten Druckkopfes unpraktisch.
Ein weiteres Hindernis für die kommerziellen Hersteller seitenbreiter Druckköpfe sind die Kosten. Diese Druckköpfe werden unter Verwendung von Mikro-Elektro-Mechanischem System (MEMS)-Techniken gebildet, die ähnlich zu der Herstellung von Silicium Computer-Chips sind. In diesem Verfahren werden die Tintendüsen und Ejektor-Mechanismen in einer Abfolge von Ätz- und Ablagerungsprozeduren auf Silicium-Wafern gebildet, wie es auch bei anderen Computer-Chips der Fall ist.
Die Kosten von Druckkopfchips sind grob proportional zu der Fläche des benötigten Wafers, wobei jedoch die Kosten des Druckkopfes unproportional mit einer ansteigenden Fläche des verwendeten Wafers ansteigen. Dies liegt daran, dass die Herstellungskosten zu eskalieren beginnen, da die Chip-Defektrate ebenfalls mit der Wafergröße ansteigt. Es werden während der Silicium Chip-Herstellung unweigerlich Fehler auftreten und daher ist ein gewisser Grad an Verlust stets präsent. Ein einzelner Chip führt dazu, einen gesamten seitenbreiten Druckkopfchip defekt werden zu lassen, wie es der Fall bei regulärer Silicium Chip-Herstellung ist. Da jedoch der seitenbreite Chip größer als reguläre Chips ist, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass ein einzelner Chip defekt ist und dadurch die Defektrate insgesamt im Vergleich zur herkömmlichen Chip-Herstellung anhebt. Das Problem wird weiter verschlimmert, wenn sehr viel größere seitenbreite Chips für ein Großformatdrucken hergestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß schlägt die vorliegende Erfindung einen seitenbreiten Tintenstrahldrucker vor, enthaltend:
eine Druckkopfanordnung mit einer langgezogenen seitenbreiten Aufreihung von Tintenstrahldüsen, Kammern und thermisch biegbaren Betätigungselementen unter Einsatz von MEMS-Techniken, wobei sich die Aufreihung über eine Länge von mindestens 914 mm (36 Inch) erstreckt.
In einem mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehenden Gesichtspunkt wird ein seitenbreiter Tintenstrahldrucker vorgeschlagen, enthaltend:
eine Druckkopfanordnung mit einer langgezogenen seitenbreiten Aufreihung von Tintenstrahldüsen, Kammern und unter Einsatz von MEMS-Techniken gebildeten thermisch biegbaren Betätigungslementen;
wobei die Druckkopfanordnung in der Weise konstruiert und angeordnet ist, dass eine angemessene Wärmeableitung bei ausgeglichenen Betriebsbedingungen ohne Einsatz eines fremden Wärmeaustauschsystems auftritt.
Bevorzugt führt die Druckkopfanordnung die Mehrheit der Wärme ab, die während des Betriebs von den Tintenstrahldüsen, Kammern und Aktuatoren von der aus den Düsen ausgestoßenen Tinte abgeführt wird. In einer weiterhin bevorzugten Form weist die Druckkopfanordnung eine Vielzahl von Tintenstrahldruckkopfmodulen auf, die von einem Ende zum anderen angeordnet sind, um die Aufreihung zu bilden, wobei jedes Modul einen Druckkopfchip aufweist, auf welchem die Düsen, Kammern und Betätigungselemente gebildet sind, wobei der für jede Düse benötigte Oberflächenbereich des Chips weniger als 0,5 mm² beträgt. In einer besonders bevorzugten Form beträgt der für jede Düse benötigte Oberflächenbereich des Chips weniger als 0,1 mm² und kann in geeigneter Weise weniger als 0,02 mm² betragen.
In einem weiterhin bezogenen Gesichtspunkt wird ein seitenbreiter Tintenstrahldrucker vorgeschlagen, enthaltend:
eine Druckkopfanordnung mit einer langgezogenen seitenbreiten Aufreihung von Tintenstrahldüsen, Kammern und unter Einsatz von MEMS-Techniken gebildeten thermisch biegbaren Betätigungselementen;
wobei sich die Anordnung über eine Länge von mindestens 914 mm (36 Inch) erstreckt; und
die Düsen, Kammern und Betätigungselemente in einem oder mehreren Druckkopfchips gebildet sind, so dass der für jede Düse benötigte Oberflächenbereich des Chips weniger als 0,5 mm² beträgt.
In einem weiterhin bezogenen Gesichtspunkt wird ein seitenbreiter Tintenstrahldrucker vorgeschlagen, enthaltend:
eine Druckkopfanordnung mit einer langgezogenen seitenbreiten Aufreihung von Tintenstrahldüsen, Kammern und unter Einsatz von MEMS-Techniken gebildeten thermisch biegbaren Betätigungselementen,
wobei sich die Aufreihung über eine Länge von mindestens 914 mm (36 Inch) erstreckt und
die Druckkopfanordnung eine Vielzahl von Tintenstrahldruckkopfmodulen aufweist, die von einem Ende zum anderen Ende angeordnet sind, um die Aufreihung zu bilden.
In einer insbesondere bevorzugten Form beinhaltet die Druckkopfanordnung darüber hinaus eine Vielzahl von Druckkopfeinheiten, wobei jede Einheit eine Vielzahl von darauf befestigten Druckkopfmodulen umfasst, so dass die Druckkopfeinheiten ihrerseits auf der Druckkopfanordnung befestigt sind, um die Aufreihung zu bilden. In einigen Ausführungsformen werden 70 Druckkopfmodule in einem überlappenden Format anei nandergefügt, um eine Druckkopfanordnung zu schaffen, die sich über 1.372 mm (54 Inch) erstreckt. Es versteht sich, dass durch die Überlappung benachbarter Druckkopfmodule der von jedem Modul erstellte Druck elektronisch justiert werden kann, um präzise den Druck an den Druck von Modulen an jeder Seite anzusetzen.
Es versteht sich, dass durch Befestigung einer Anzahl von Druckkopfmodulen auf einer Druckkopfeinheit und dann Verwenden einer Anzahl von Druckkopfeinheiten, um die Druckkopfanordnung zu bilden, zwei Levels der Modularität bei der Konstruktion bestehen, die es ermöglichen, defekte Komponenten einfach und relativ preiswert zu entfernen und zu ersetzen. Es wurde gefunden, dass seitenbreite Druck mit Druckkopfchips, welche thermisch biegbare Betätigungselemente verwenden, einen hoch auflösenden Druck erzeugen können, während sie erheblich weniger Energie verbrauchen. Ein im Format 1.372 mm (54 Inch) breiter seitenbreiter Druckkopf, der gemäß der herkömmlichen thermischen Tintenstrahltechnologie aufgebaut ist, würde 136.000 Tintenstrahldüsen vorsehen, um eine Auflösung von 600 dpi zu produzieren. Er könnte eine 45,72 m (150 Fuß) lange Rolle eines Standard 1.372 mm (54 Inch) breiten Papiers in etwa 2,4 Minuten bedrucken, würde jedoch 24 kW Energie benötigen, von denen etwa 20 kW durch Fremdluft, Wasser oder anderes Kühlmittel abgeführt werden müssten. Ein Drucker gemäß der vorliegenden Erfindung würde ebenfalls die Standard 45,72 m (150 Fuß) Länge einer 1.372 mm (54 Inch) breiten Rolle in 2,4 Minuten bedrucken, jedoch bietet er unter Einsatz von 364.000 Düsen eine 1.600 dpi Auflösung (im allgemeinen als fotografische Qualität akzeptiert) und würde lediglich 0,655 kW verbrauchen, die keine zusätzliche Kühlung benötigen würde. Mit diesem Grad des Energieverbrauchs würde der Ausstoß von Tinte genügend Wärme abführen. Dies ermöglicht eine größere Düsenpackungsdichte und reduziert die Gesamtgröße der Druckkopfanordnung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ungeachtet jeglicher anderer Formen, die in den Bereich der Erfindung fallen können, wird nun eine bevorzugte Ausführungsform, die als Macroprint^TM (Macroprint ist eine Marke von Silverbrook Research Pty Ltd.) bezeichnet wird, lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Frontansicht des Druckers mit Medien auf den Zuführungs- und Aufnahmespulen ist;
2 eine Frontansicht des Druckers ohne Medien auf den Spulen ist;
3 eine perspektivische Rückansicht des Druckers mit Medien auf den Zuführungs- und Aufnahmespulen zeigt;
4 eine Frontaufsicht auf den Drucker ohne Medien auf den Zuführungs- oder Aufnahmespulen ist;
5 eine Draufsicht ist;
6 eine rückseitige Draufsicht ohne Medien auf den Zuführungs- oder Aufnahmespulen ist;
7 eine Ansicht auf das rechte Ende ist;
8 eine Ansicht auf das linke Ende ist;
9 eine vorderseitige perspektivische Darstellung des Druckers ist, wobei der oberseitige Deckel geöffnet ist, um die Tintenpatronen freizulegen;
10 eine perspektivische Frontansicht des Druckers ist, der das abgenommene Frontpanel zeigt, um die Druckkopfeinheiten freizulegen;
11 ein vergrößerter Ausschnitt aus 10 ist;
12 eine Teilquerschnittsansicht des Bereiches A-A der 4 ist;
13 ein vergrößerter Bereich der 12 ist;
14 eine perspektivische Ansicht ist, die die entfernte Beinzugriffsabdeckung zeigt;
15 eine perspektivische unterseitige Ansicht einer einzelnen Druckkopfeinheit in Isolation mit 10 angebrachten Druckkopfmodulen zeigt;
16 eine perspektivische oberseitige Ansicht einer einzelnen Druckkopfeinheit in Isolation ist;
17 eine perspektivische Ansicht von 7 Druckkopfeinheiten ist, die von einem Ende zum anderen Ende auf einem schwimmenden Metalltragechassis montiert sind;
18 eine unterseitige perspektivische Ansicht der Druckkopfeinheiten aus 17 ist;
19 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Druckkopfeinheit und eines Teils des Tintenzuführsystems des Druckers ist;
20 eine perspektivische Ansicht der Druckkopfanordnung gemeinsam mit den Tintenpatronen und Tintenreservoirs des Tintenzuführsystems ist;
21 ein teilweiser Querschnitt ist, der die Fluid-Kommunikation zwischen einer Tintenpatrone und einem Tintenreservoir zeigt;
22 eine rückseitige perspektivische Ansicht des elektrischen Systems des Printers ist;
23 eine vorderseitige perspektivische Ansicht des elektrischen Systems des Druckers ist;
24 ein vergrößerter Ausschnitt der 22 ist, welcher die gedruckte Hauptschaltkreiskarte zeigt;
25a eine perspektivische Ansicht des Medienschneiders ist;
25b ein vergrößerter Teil der 25a ist, der das rotierende Messerrad und den Motor des Medienschneiders zeigt;
26 eine oberseitige perspektivische Ansicht ist, die den Medienweg durch den Drucker zeigt; und
27 eine rückseitige perspektivische Ansicht ist, die den Medienweg durch den Drucker zeigt.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die als Macroprint^TM bekannte bevorzugte Ausführungsform ist ein Großformatdrucker, der Drucke in 1.6000 dpi fotografischer Qualität bis zu einer Breite von 1.372 mm (54 Inch) druckt. Beabsichtigte Absatzmärkte schließen fotografische Büros, CAD-Büros, Werbeagenturen, Unternehmens- und Ausbildungsanwendungen ein. Das Produkt ist an Standard Mediengrößen und Typen von A4-Blättern bis zu Rollen mit 1.372 mm (54 Inch) Breite und von 45,72 m (150 Fuß) Länge angepasst. Das Hauptmerkmal von Macroprint^TM ist seine Druckgeschwindigkeit: Üblicherweise 600-fach schneller als vergleichbare Maschinen.
Das Produkt ist einfach zu bedienen und wurde mit pulverbeschichteten metallischen Paneelen und Standard Strangpresserzeugnissen konstruiert, um teure und komplizier te Zusammenbauten und zahlreiche Formteile zu minimieren. Unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 wird das Druckerhauptgehäuse 56 zwischen beabstandeten Beinen 43 getragen. Eine intuitive Bedienoberfläche auf einem LCD Farbtouchscreen 57 begrüßt den Anwender und initialisiert die Maschine aus dem Standby-Modus. Für den Anwenderkomfort ist direkt neben dem Touchscreen 57 ein großer Not-Aus-Knopf 58 vorgesehen.
Wie aus den 7 und 8 ersichtlich, werden die Beine 43 mit Bodentragwerken 59 verbunden, die Rollen 70 für die Mobilität und herausschraubbare Füße 60 für die Stabilität enthalten. Eine Papierablage 61 erstreckt sich zwischen den Bodentragwerken 59, um einzelne bedruckte Blätter aufzunehmen.
Eines der Beine 43 ist mit Datenanschlüssen 62 und einer Hauptstromversorgung 63 versehen. Die Beine 43 tragen das Druckerhauptgehäuse 56 an linken und rechten Endformteilen 64 bzw. 65. Die Oberseite des Druckergehäuses enthält einen Deckel 66, der mittels des Handgriffes 67 geöffnet werden kann, um die in 9 gezeigten Tintenpatronen 6 zu ersetzen. Die Front des Hauptgehäuses 56 weist ein Frontpaneel 69 auf, welches abgenommen werden kann, um die Druckkopfanordnung weiter freizulegen, wie es in 10 gezeigt ist.
Wie es am besten in den 15, 16, 17 und 18 gezeigt ist, verwendet Macroprint^TM eine Vollbreitenanordnung von 70 Druckkopfmodulen 1, die von einem zum anderen Ende in einem kleinen Winkel zur Medienzuführrichtung montiert sind, um potentiell eine geringfügige Überlappung zwischen dem Druck benachbarter Module zu schaffen. Der Druck aus jedem Modul 1 wird nach der Installation so ausgerichtet, dass er präzise an den Druck benachbarter Module anschließt. Jedes Modul 1 weist einen Druckkopfchip 2 auf, der unter Einsatz von MEMS (Micro-Elektro-Mechanische Systeme)-Techniken konstruiert ist, um die Tintendüsen, Kammern und Betätigungselemente auszubilden. Die tatsächlich von Macroprint^TM verwendeten Druckkopfchips werden MEMJET^TM-Chips genannt (MEMJET ist die Marke von Silverbrook Research Pty Ltd.). Diese Chips sind in der US-Anmeldung des Anmelders mit dem Titel „A Method of Manufacturing a Thermal Actuator" (Docket No. MJ07) entsprechend der US 6 426 014 A beschrieben. Darüber hinaus folgt die Konstruktion der bevorzugten Ausführungsform entlang ähnlicher Linien zu der, die in der australischen vorläufigen Patentanmeldung Nr. PQ4559 gebildet ist, welche am 9. Dezember 1999 eingereicht und „Memjet Four Color Modular Printhead Packaging" (Docket No. MJ 57) korrespondierend zu US 6 428 142 A bezeichnet und in der australischen vorläufigen Patentanmeldung Nr. PQ5959, eingereicht am 2. März 2000 und entsprechend der US 6 623 106 „Modular Printhead" (Docket No. MJ22) bezeichnet wird.
MEMJET^TM-Chips besitzen 5.280 Düsen, wobei jede ihren eigenen mechanischen Tintentropfenauswurfmechanismus aufweist. MEMJET^TM-Chips, die cyan, magenta, gelb und schwarze (CMYK) Tinte verwenden, schaffen einen Druckkopf mit 1.600 Düsen pro Inch für jede Farbe. Dies ruft einen Farbdruck bei einer Bildauflösung von 1.600 dpi hervor, welche für fotografische Bildqualität ausreichend ist.
Wie in den 15, 16 und 17 gezeigt, werden zehn Druckkopfmodule 1 an einer modularen Druckkopfeinheit 3 befestigt, die als eine MEMJET^TM-Druckkopfeinheit bezeichnet wird. Sieben Druckkopfeinheiten 3 werden entlang eines metallischen Chassis (17) aneinander gesetzt, um 1.372 mm (54 Inch) Druckbreite zu schaffen. Die Busbalken 68 liefern positive und negative Spannungen zu den Druckkopfeinheiten 3 über Gabelterminals.
Es ist möglich, großformatigere Drucker herzustellen, aber 1.372 mm (54 Inch) ist eine große Standard-Rollengröße. Das modulate Design der Duckkopfanordnung ermöglicht es, auf individuelle Druckkopfmodule 1 zuzugreifen, um sie, falls nötig, zu ersetzen. Es versteht sich, dass dieses wesentlich komfortabler und kosteneffektiver als der Ersatz der gesamten Druckkopfanordnung oder sogar einer einzelnen MEMJET^TM-Druckkopfeinheit 3 ist. Wie am besten in 20 dargestellt, sind die MEMJET^TM-Druckkopfeinheiten 3 über Tintenkonnektoren 4 miteinander verkettet, so dass vier Farben über die gesamte Länge der Druckkopfanordnung übertragen werden können.
Andere Design-Konfigurationen der Druckkopfanordnung können angepasst werden, um Druckkopfchips vorzusehen, die Fixierer, Infrarottinten und/oder spezielle metallische Tinten gemeinsam mit den CMYK-Tinten liefern. Andere Design-Konfigurationen beinhalten eine den MEMJET^TM-Druckkopfeinheiten 3 hinzugefügte Luftkammer und Pumpe (nicht dargestellt), welche positiven Druck durch die metallische Düsenabdeckung 5 zuführt, um den Eintritt von Fremdpartikeln auszuschließen. Die Tintenpatronen 6 können ebenfalls einen Mikroluftfilter (nicht dargestellt) zur Verwendung mit einer Mikropumpe (nicht dargestellt) und Federabdeckungsanordnung 7 enthalten.
Die MEMJET^TM-Druckkopfeinheiten 3 sind mit einem Metallchassis 8 wärmeverbunden/befestigt, welches Ausgangszackenräder 9 trägt. Wie am besten in den 12 und 13 dargestellt, liegen die Zackenräder 9 der primären Zuführwalze 10 gegenüber, um das Medium bei 14 aus der Druckkopfanordnung herauszuführen. Bewegliche Andrückwalzen 12 liegen den sekundären Medienzuführwalzen 13 gegenüber. Die Medien werden bei 11 durch die Wirkung der gegen eine passive Federwalze wirkenden primären Walze 10 eingezogen und die Medien werden der sekundären Walze 13 zugeführt. Das Chassis 8 ist gefedert und bewegt die MEMJET^TM-Druckkopfeinheiten 3 automatisch von den Metallplatten 23 weg, um eine Anpassung an dickere Printmedien vorzunehmen. Die obere Oberfläche des Chassis 8 nimmt die gedruckten Elektronikkarten (PCBs) 15 für die Steuerung jeder MEMJET^TM-Druckkopfeinheit 3 auf. Jedes PCB 15 weist bis zu 512 Megabyte DRAM 16, einen doppelten USB2-Anschluss 17, einen Controller-Chip 18 und einen Druckkopfmodul-Interface-Anschluss auf. Ein Flachbandkabel 19 verbindet die PCBs 15 mit den Druckkopfmodulen 1 und jedes PCB 15 ist über USB2-Kabel 20 mit einem Haupt-PCB 21 verkettet verbunden, der in einem Druckerbein 43 angeordnet ist.
Die MEMJET^TM-Chips 2 werden von der Abdeckungsanordnung 7 abgedeckt, wenn sie nicht in Betrieb sind. Die Abdeckungsanordnung weist eine über die gesamte Breite bewegliche Metallplatte mit einer elastomeren (oder ähnlichen) Dichtung auf. Die Metallplatte ist federnd befestigt und wird mittels der angetriebenen Nockenwelle 24 in Position bewegt. Die Nockenwelle 24 bewegt ferner die Anordnung von MEMJET^TM-Druckkopfeinheiten 3 aus dem Weg, wenn Medien geladen werden. Die Nockenwelle wird, wie es am besten in 22 zu sehen ist, vom Nockenwellenmotor und Getriebe 25 angetrieben.
Unter Bezugnahme auf 19 wird das Tintenzuführsystem ohne die tragenden Metallteile gezeigt. Die gesamte Anordnung der MEMJET^TM-Druckkopfeinheiten 3 wird mit CMYK-Tinten aus vier über diesen befestigten individuellen Reservoirs 26 gespeist. Diese Reservoirs werden von austauschbaren Tintenpatronen 6 gespeist, welche an der Oberseite des Druckers unter dem aufklappbaren Deckel 66 sitzen. Die Patronen 6 werden über die Austrittsdüse 28 direkt in die Tintenreservoire 26 eingesteckt. Die Tintenreservoire 26 weisen Sensoren 27 auf, die die Tintenniveaus überwachen.
21 zeigt die Austrittsdüse 28 der Tintenpatrone im Detail. Die Patrone 6 weist eine Folienblase 29 auf, die um ein Tintenauslassformteil 30 herum abgedichtet ist. Eine federbelastete gummibeschichtete Kugellagerung 31 stellt die Dichtung für die Tintenpatrone 6 dar. Die Auslassdüse 28 ist mit der Tinteneinlassanordnung 32 des Reservoirs 26 verbindbar. Diese besteht aus einer federbelasteten Rosette 33 mit einer hydrophoben Dichtung 34, die sich über einem hohlen metallischen Stift 35 bewegt. Sobald sich die Rosette 33 entlang des Stiftes 35 abwärts bewegt, tritt diese in das Tintenauslassformteil 30 ein und bewegt das Kugellager 31, so dass es der Tinte 36 ermöglicht wird, heraus zu fließen.
Die Tintenpatrone 6 ist eine einfache Karton- oder dünne Kunststoffform und die Patronen werden, wie es am besten in den 13 und 20 zu sehen ist, über Halteclips 38 und korrespondierende Ausnehmungen 39 mit einer metallischen Durchführung 37 schnappverbunden. Die Tintenreservoirs 26 werden an der Unterseite der Durchführung 37 befestigt. Die Patronen 6 halten etwa 800 ml Tinte bereit und weisen einen QA-Chip (nicht dargestellt) auf, welcher an die Sensoren 27 in den Tintenreservoirs 26 anschließbar ist.
Die 1, 3, 12, 13, 26 und 27 zeigen den Medienverlauf durch den Macroprint^TM-Drucker. Der Drucker nimmt eine Standard 1372 mm (54 Inch) Druckmedienrolle auf, die auf eine Kunststoffzuführspule 40 aufgewickelt ist. Die Medien 41 werden von der Zuführspule 40 über die Druckkopfanordnung zu einer Aufnahmespule 42 geführt. Die Zuführ- und Aufnahmespulen 40 und 42 erstrecken sich zwischen den Druckerbeinen 43 und werden von Motor und Getriebeanordnungen 44 angetrieben, die in den 22 und 23 gezeigt sind. Alternativ kann auch eine Medienrolle größeren Durchmessers mit Macroprint^TM aufgrund der hohen Betriebsdruckgeschwindigkeiten verwendet werden. Die größere Rolle kann auf einem separaten Support, etwa einem in der Druckindustrie häufig verwendeten Standard-Digitalabwickler vorliegen und direkt in den Macroprint^TM von der Rückseite unter Nutzung der Eintrittswalzen 71 für Alternativmedien eingeführt werden.
Die Medien 41 werden anfänglich durch einen von den angetriebenen primären und sekundären Walzen 10 und 13 gebildeten konvoluten Pfad durchgefördert. Während des Ladens der Medien wird das Blatt zwischen der primären Walze 10 und der federnden passiven Walze (13 und 27) gefördert. Die primäre Walze 10 drückt die Medien 41 in Richtung der sekundären Walze 13, während die Andruckwalzen 12 von der sekundären Walze 13 wegschwenken, so dass die Medien 41 um die Kurve der Walze von Bürsten 45 geführt werden können. Wenn die Medien 41 den Scheitelpunkt der sekundären Walze 31 erreichen, schwenken die Andruckwalzen 12 herunter und stellen positive Haftung für die weitere Führung her. Die Medien 41 passieren die über die gesamte Breite verlaufende metallische Platte 23 zwischen den MEMJET^TM-Druckkopfein-heiten 3 und der Abdeckungsanordnung 7 und treten über zwei Sätze passiver Walzen zur Aufnahmespule 42 aus.
Unter Bezugnahme auf 25a und 25b ist der Drucker mit einer Medienschneideanordnung ausgestattet. Diese besteht aus einem traversierenden Block mit Papiersensor 46, der unter Wirkung eines Riemenantriebes 48 auf einer Welle 47 läuft. Ein metallischer Schwenkarm 49 trägt ein rotierendes Messerrad 50, welches die Medien 41 schneidet. Der Arm 49 wird durch Verwendung der Metallfeder 51 nach oben oder unten positioniert, die Anschläge (nicht dargestellt) an jedem Wangenformteil (54) des Druckers kontaktiert. Falls die Medien 41 versehentlich gezogen werden, schwenken das Schneidmesser 50 und der traversierende Block 46 um die Welle 47 aus dem Weg, um Beschädigungen vorzubeugen. Sensorkabel 52 vom Bildsensor 46 verlaufen in einem metallischen U-Kanal 53 und sind mit dem Haupt-PCB 21 im Druckerbein verbunden. Eine federbelastete Spannvorrichtung 55 ist auf der linken Seite des Druckers befestigt, um die Schneidvorrichtung zu komplettieren.
Die 1.600 dpi hohe Auflösung des Macroprint^TM ermöglicht Wirtschaftlichkeit des Tintenverbrauchs und eine Bildqualität, die allen heutigen Produkten überlegen ist. Die MEMJET^TM-Druckkopfeinheiten 3 verwenden 1 Picoliter Tinte pro 1.600 dpi-Düse gegenüber einem derzeitigen Durchschnitt von 21 Picolitern pro 600 dpi-Düse. Das Verhältnis des Tintenverbrauchs einer aktuellen 600 dpi-Düse im Vergleich zu einer MEMJET^TM 1.600 dpi-Düse ist 2,95:1. Der Macroprint^TM-Drucker kann ein Medienblatt von A1-Größe mit einer 1.600 dpi-Fotoqualität in 2 Sekunden bedrucken. Dies macht ihn etwa 600-fach schneller als den Spitzendrucker HP 3500 CP^TM. Die 1.372 mm (54 Inch) breite und 45,72 m (150 Fuß) lange Standardrolle Papier kann in 2,4 Minuten im Vergleich zu 24 Stunden für den Drucker HP 3500 CP bedruckt werden. Es ist theoretisch möglich, einen thermischen Tintenstrahldruckkopf herzustellen, der sich über die gesamte 1.372 mm (54 Inch) Breite einer Standardrolle erstreckt, um die gleichen Druckgeschwindigkeiten zu erreichen, jedoch würde sein Energieverbrauch etwa 40-fach höher als Macroprint^TM sein. Demgemäß würde er ein zusätzliches aktives Kühlsystem zum Abführen der Wärme benötigen. Sogar mit den meisten Fremdwärmeaustauschsystemen würde die Düsenpackungsdichte nicht hoch genug sein, um einen großformatigen seitenbreiten Druckkopf einer praktischen Größe zu schaffen. Aufgrund dieser Hindernisse sind seitenbreite thermische Tintenstrahldrucker keine kommerzielle Realität geworden. Durch Verwendung thermisch biegbarer Betätigungsorgane in den MEMS-Druckkopfchips und die Modularisierung der Druckkopfanordnungskonstruktion ermöglicht der Macroprint^TM-Drucker praktisches großformatiges Drucken in tatsächlich kommerzieller Weise.

1: Druckkopfmodule
2: Druckkopfchip
3: Druckkopfeinheit
4: Tintenkonnektoren
5: metallische Düsenabdeckung
6: Tintenpatronen
7: federbelastete Abdeckungsanordnung
8: Metallchassis
9: Ausgangszackenräder
10: primäre Zuführwalze
11: Medieneintrittspunkt
12: motorangetriebene Andruckwalzen
13: sekundäre Medienzuführwalze
14: Medienaustrittspunkt
15: PCBs
16: DRAM
17: USB2-Anschluss
18: Controller-Chip
19: Flachbandkabel
20: USB2-Kabel
21: Haupt-PCB
23: Metallplatte
24: angetriebene Nockenwelle
25: Motor und Getriebe
26: Tintenreservoirs
27: Reservoirsensoren
28: Tintenpatronenaustrittsdüse
29: Folienblase
30: Tintenauslassformteil
31: federbelastete gummibeschichtete Kugellagerung
32: Tinteneinlassanordnung
33: federbelastete Rosette
34: hydrophobe Dichtung
35: Stift
36: Tinte
37: metallische Durchführung
38: Halteclips
39: Halteclipausnehmungen
40: Zuführspule
41: Medien
42: Aufnahmespule
43: beabstandete Beine
44: Motor- und Getriebeanordnungen
45: Bürsten
46: traversierender Block und Papiersensor
47: Welle
48: Riemenantrieb
49: Schwenkarm
50: rotierendes Messerrad
51: Metallfeder
52: Sensorkabel
53: U-Kanal aus Metall
54: Wangenformteil
55: federbelastete Spannvorrichtung
56: Druckerhauptgehäuse
57: Color-LCD und Touchscreen
58: Not-Aus-Knopf
59: Bodentragwerke
60: herausschraubbare Füße
61: Papierablage
62: Datenanschlüsse
63: Hauptstromversorgung
64: linkes Endformteil
65: rechtes Endformteil
66: Deckel
67: Handgriff
68: Busbalken
69: Frontpaneel
70: Rollen
71: Eintrittswalzen für Alternativmedien

Claims

Seitenbreiter Tintenstrahldrucker, enthaltend: eine Druckkopfanordnung mit einer langgezogenen seitenbreiten Aufreihung von Tintenstrahldüsen, Kammern und thermisch biegbaren Betätigungselementen unter Einsatz von MEMS-Techniken, wobei sich die Aufreihung über eine Länge von mindestens 914 mm (36 Inch) erstreckt.
Seitenbreiter Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, wobei die Mehrheit der von den thermisch biegbaren Betätigungselementen erzeugten Wärme von durch die Düsen ausgestoßener Tinte abgeführt wird.
Seitenbreiter Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, wobei die Druckkopfanordnung eine Vielzahl von Tintenstrahldruckkopfmodulen (1) aufweist, die von einem Ende zum anderen angeordnet sind, um die Aufreihung zu bilden, wobei jedes Druckkopfmodul (1) einen Druckkopfchip (2) aufweist, auf welchem die Düsen, Kammern und thermisch biegbaren Betätigungselemente in der Weise gebildet sind, daß der für jede Düse benötigte Oberflächenbereich des Druckkopfchips (2) weniger als 0,5 mm² beträgt.
Seitenbreiter Tintenstrahldrucker nach Anspruch 3, wobei der für jede Düse benötigte Oberflächenbereich des Druckkopfchips (2) weniger als 0,1 mm² beträgt.
Seitenbreiter Tintenstrahldrucker nach Anspruch 4, wobei der für jede Düse benötigte Oberflächenbereich des Druckkopfchips (2) weniger als 0,02 mm² beträgt.