DE60119434T2

DE60119434T2 - Druckkopf-reinigungsanordnung mit walze und reinigungsverfahren für einen tintenstrahldruckkopf mit unbeweglicher rinne

Info

Publication number: DE60119434T2
Application number: DE60119434T
Authority: DE
Inventors: Eastman Kodak Company Ravi Rochester Sharma; Eastman Kodak Company Todd R. Rochester Griffin; Eastman Kodak Company Charles F. Rochester Faisst
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: EP1162070A1; EP1162070B1; DE60119434D1; JP2002011890A; US6367905B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen selbstreinigenden Tintenstrahldrucker und ein Verfahren zum Reinigen desselben und insbesondere eine Druckkopf-Reinigungsanordnung mit einer Walze zum Reinigen der Oberfläche des Druckkopfs und der Tintendüsen für einen Tintenstrahldrucker mit einer unbeweglichen Rinne mit einer Abdeckung.
Ein Tintenstrahldrucker erzeugt durch bildweises Ausstoßen von Tintentröpfchen Bilder auf einem Empfangsmaterial. Tintenstrahldrucker arbeiten berührungslos, geräuscharm, mit geringem Energieaufwand und geringen Betriebskosten und können zudem auf normalem Papier drucken. Vor allem wegen dieser Vorteile haben sie eine hohe Marktakzeptanz gefunden.
Bei Tintenstrahldruckern mit Tropfenabgabe auf Anforderung, den so genannten „On Demand"-Tintenstrahldruckern, wird das Tintenstrahltröpfchen an jeder Düse eines Druckkopfs mit einem Druckerzeuger erzeugt. Diese Druckerzeuger können als Heizelemente oder als piezoelektrische Elemente ausgebildet sein. Als Heizelemente ausgebildete Druckerzeuger bewirken bei zweckdienlicher Anordnung eine Erwärmung der Tinte, sodass ein Teil der Tinte den Aggregatzustand wechselt und eine Gasblase bildet, die den Innendruck der Tinte soweit erhöht, dass ein Tintentröpfchen auf das Aufzeichnungsmedium geschleudert wird. Für piezoelektrische Druckerzeuger wird ein piezoelektrisches Material verwendet, dessen Eigenschaften bewirken, dass bei Anlegen einer mechanischen Spannung ein elektrisches Feld erzeugt wird. Umgekehrt erzeugt das Anlegen eines elektrischen Feldes eine mechanische Spannung in dem Material. Zu den natürlichen Substanzen, die diese Eigenschaften besitzen, gehören Quarz und Turmalin. Die am häufigsten hergestellten Piezo-Keramiken sind Bleizirkonattitanat, Bariumtitanat, Bleititanat und Bleimetaniobat.
Bei Tintenstrahldruckern mit kontinuierlichem Strahl, so genannten „Continuous"-Tintenstrahldruckern, werden elektrostatische Ladetunnel in der Nähe der Stelle angeordnet, an der Tintentröpfchen in Form eines Stroms ausgestoßen werden. Ausgewählte Tröpfchen werden dabei von den Ladetunneln elektrisch geladen. Die aufgeladenen Tröpfchen werden anschließend von Ablenkblechen, zwischen denen eine vorbestimmte elektrische Potentialdifferenz besteht, abgelenkt. Zum Abfangen der aufgeladenen Tröpfchen kann eine Rinne verwendet werden, während die nicht aufgeladenen Tröpfchen ungehindert auf das Aufzeichnungsmedium gelangen können.
Eine neue Art eines mit kontinuierlichem Strahl arbeitenden Tintenstrahldruckers wurde vor nicht allzu langer Zeit offenbart. US-A-6 079 821, Chwalek u.a., 27. Juni 2000, beschreibt einen mit kontinuierlichem Strahl arbeitenden Tintenstrahldrucker, bei dem eine asymmetrische Beheizung eines Tintenstrahls auf Anforderung eine Umlenkung ausgewählter Tropfen bewirkt. In einer Betriebsart werden die ausgewählten Tropfen dabei auf ein Bildaufzeichnungsmedium umgelenkt, während die anderen Tropfen in einer Rinne mit einer Abdeckung abgefangen werden, die in unmittelbarer Nähe (beispielsweise 3 mm) einer Tintenstrahl-Düsenplatte angeordnet ist.
Tinten für schnelldruckende Tintenstrahldrucker müssen unabhängig davon, ob diese Drucker „kontinuierlich" oder „piezoelektrisch" arbeiten, eine Reihe besonderer Eigenschaften aufweisen. So sollte die Tinte beispielsweise einen Zusatz enthalten, der das Eintrocknen der Tinte in der Tintenausstoßkammer verhindert oder so stark verlangsamt, dass die Hohlräume und die entsprechenden Düsen durch ein gelegentliches kurzes Ausstoßen von Tintentröpfchen offengehalten werden können. Die Zugabe von Glykol erleichtert den ungehinderten Durchfluss der Tinte durch die Tintenstrahlkammer. Der Tintenstrahldruckkopf ist natürlich den Einflüssen der Umgebung am Einsatzort des Tintenstrahldruckers ausgesetzt. So sind die vorher erwähnten Düsen beispielsweise Schwebstoffen unterschiedlicher Art ausgesetzt. Staubpartikel können sich an um die Düsen herum ausgebildeten Oberflächen und auch in den Düsen und Kammern selbst ansammeln. Die Tinte kann sich mit solchen Staubpartikeln zu einem Hindernis verbinden, das die Düse verstopft oder durch Änderung der Oberflächenbenetzung eine einwandfreie Bildung des Tintentröpfchens verhindert. Zur Wiederherstellung einer einwandfreien Tröpfchenbildung sollten die Staubpartikel von der Oberfläche und aus der Düse entfernt werden. Nach dem Stand der Technik erfolgt diese Reinigung gewöhnlich durch Bürsten, Abwischen, Sprühen, Unterdruckabsaugung und/oder kurzes Ausstoßen von Tinte durch die Düse.
Somit sind Tintenstrahldrucker mit folgenden Problemen behaftet: Die Tinten neigen dazu, in den Düsen und um die Düsen herum auszutrocknen und die Düsen zu verstopfen, während das Abwischen der Düsenplatte Verschleiß an der Platte und am Wischer verursacht, wobei der Wischer selbst Partikel erzeugt, welche die Düse verstopfen. Hinzu kommt, dass das Reinigen einer Tintenstrahl-Düsenplatte, die infolge der Anordnung einer unbeweglichen Rinne nur begrenzt zugänglich ist, zusätzliche Anforderungen an die Auslegung der Reinigungselemente und der verwendeten Verfahren stellt.
Tintenstrahldruckkopfreiniger sind an sich bekannt. Ein Wischsystem für Tintenstrahldruckköpfe wird in dem William S. Osborne u.a. am 25. März 1997 erteilten US-Patent 5 614 930 mit dem Titel „Orthogonal Rotary Wiping System For Ink Jet Printheads" offenbart. Das Patent offenbart eine rotierende Service-Station mit einer Taumeleinrichtung, auf der ein Wischer montiert ist. Durch Drehung der Taumeleinrichtung wird der Druckkopf entlang einer Strecke linear ausgerichteter Düsen abgewischt. Zusätzlich werden die Wischer mit einem Kratzer gereinigt. Osborne u.a. offenbaren jedoch nicht die Verwendung eines von außen zugeführten Lösungsmittels zur Unterstützung des Reinigungsvorgangs und auch nicht die vollständige Entfernung des von außen zugeführten Lösungsmittels. Außerdem wird die Größe eines Kratzers von den Vorgaben des Druckkopfs selbst begrenzt. Dies gilt insbesondere für Tintenstrahldruckkopfsysteme mit einer unbeweglichen Rinne, welche die Oberflächen des Druckkopfs teilweise umschließt. Systeme mit einer unbeweglichen Rinne erfordern einen Mechanismus, der zum Reinigen des Druckkopfs innerhalb der von der integrierten Rinne vorgegebenen engen Toleranzen arbeiten kann. Den durch die geringen Abstände und die begrenzte Größe gängiger Tintenstrahldruckköpfe bedingten Beanspruchungen ist das von Osborne u.a. offenbarte System nicht gewachsen.
EP 0 988 978 B1 offenbart eine Reinigungswalze, die teilweise in eine Reinigungsflüssigkeit eintaucht, sodass durch Drehung der Walze Reinigungsmittel auf den Druckkopf transportiert wird. Eine Rinne oder Maßnahmen zum Einbringen der Walze in den engen Raum zwischen der Rinne und dem Druckkopf sind nicht vorgesehen.
Es besteht daher ein Bedarf für einen geeigneten Tintenstrahldrucker mit einem Reinigungsmechanismus und ein Verfahren zum Montieren desselben, bei dem der Reinigungsmechanismus in der Lage ist, die Oberfläche des Druckkopfs in den von engen Toleranzen und begrenztem Raum gesetzten Grenzen zu reinigen. Es besteht ferner ein Bedarf für die Zuführung von Reinigungsflüssigkeit zum Schmieren und zur Unterstützung des Reinigungsvorgangs in einer Weise, die keine Abnutzung der Druckkopfdüsenplatte verursacht. Darüber hinaus besteht ein Bedarf für einen Reinigungsmechanismus, der innerhalb des von einer unbeweglichen Rinne mit einer Abdeckung vorgegebenen begrenzten Raums einsetzbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbstreinigenden Tintenstrahldrucker mit einem Reinigungsmechanismus und ein Verfahren zum Montieren desselben zu schaffen, bei dem eine Oberfläche des zu dem Drucker gehörenden Druckkopfs wirksam gereinigt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Tintenstrahldruckkopfanordnung mit einem Reinigungsmechanismus und eines Verfahrens zum Montieren desselben für den Einsatz in kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern mit einer unbeweglichen Rinne.
Angesichts dieser Aufgaben wird ein Reinigungsmechanismus offenbart, der aus einer Druckkopfreinigungsanordnung für den Einsatz in einem selbstreinigenden Drucker besteht. Der selbstreinigende Drucker umfasst einen Druckkopf mit einer Oberfläche und einem darin ausgebildeten Tintenkanal sowie ein Bauelement, das als Rinne zum Auffangen von Tinte fungiert und der Oberfläche des Druckkopfs gegenüber angeordnet ist. Der Reinigungsmechanismus dient zum Entfernen von Verunreinigungen von der Oberfläche des Druckkopfs.
Als beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird ein selbstreinigender Drucker offenbart, bei dem ein Druckkopf eine Vielzahl von darin ausgebildeten Tintenkanälen aufweist, die jeweils in eine Düse münden. Der Druckkopf weist ferner eine Oberfläche auf, die alle Düsen umgibt. Der Druckkopf vermag Tinte derart durch die Düsen zu spritzen, dass Tintenstrahlen anschließend erwärmt werden, sodass sich Tintentropfen bilden und zum Drucken wahlweise abgelenkt werden. Die Tintentropfen werden entweder von einem Empfangsmedium, wie zum Beispiel Papier, oder von einer Rinne abgefangen. Bei einem Verfahren wird Tinte wahlweise auf ein Empfangsmedium auf einer in der Nähe des Druckkopfs angeordneten Auflageplatte umgelenkt, während die nicht umgelenkten Tintentropfen von der Rinne abgefangen werden.
Die von der Rinne abgefangene Tinte kann dem Kreislauf wieder zugeführt werden. Auf der Oberfläche können sich Verunreinigungen befinden, wie zum Beispiel ein öliger filmartiger Belag oder Schwebstoffe. Diese Verunreinigungen können die Düse ganz oder teilweise verstopfen. Der ölige Film kann zum Beispiel aus Fett bestehen, während sich die Schwebstoffe aus Schmutz-, Staub- und Metallpartikeln und/oder Verkrustungen eingetrockneter Tinte zusammensetzen können. Die Anwesenheit von Verunreinigungen kann das einwandfreie Ausstoßen der Tintentröpfchen aus den jeweiligen Düsen behindern und daher unerwünschte Bildfehler, wie zum Beispiel Streifenbildung, zur Folge haben. Es ist daher wünschenswert, die Verunreinigungen von der Oberfläche und den Düsen zu entfernen.
Deshalb wird ein Reinigungsmechanismus relativ zu der Oberfläche und/oder den Düsen so angeordnet, dass eine Druckkopf-Reinigungsanordnung bei entsprechender Ausrichtung die Verunreinigungen durch Berührung mit einer Walze von der Oberfläche und/oder den Düsen entfernt. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben, ist der Reinigungsmechanismus so konfiguriert, dass durch Zuführung von Reinigungsflüssigkeit zu der Druckkopf-Reinigungsanordnung die Reinigung durch die Walze erleichtert und verstärkt wird. Bei einer Ausführungsform umfasst die Walze eine Rotationswelle mit einer Beschichtung aus einem schwammartigen porösen Material. Ein mit der Rotationswelle verbundener und/oder darin integrierter Antrieb bewirkt die Bewegung der Walze. Der Antrieb wird von einem Motor angetrieben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Reinigungsflüssigkeit der Oberfläche des Druckkopfs durch Kanäle in der Rinne zugeführt. Das schwammartige Mate rial trägt dazu bei, dass die Verunreinigungen während der Hin- und Herbewegung der Walze über die Oberfläche des Druckkopfs an der Walze haften.
Ein Merkmal der Erfindung ist die Schaffung eines Mechanismus zum Ausrichten und Transportieren der Walze während des Reinigungsvorgangs.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Schaffung eines Ultraschallwandlers, der die Energie für die Reinigung durch die Walze und die Reinigungsflüssigkeit bereitstellt.
Ein technischer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der erfindungsgemäße Reinigungsmechanismus in dem beengten Raum zwischen der Oberfläche des Druckkopfs und der unbeweglichen Rinne Verunreinigungen von der Oberfläche und/oder der Düse (bzw. den Düsen) entfernt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1(a) ein vereinfachtes Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Druckers mit einem Seitendruckkopf mit unbeweglicher Rinne und einem in der Nähe des Druckkopfs angeordneten Reinigungsmechanismus;
1(b) ein vereinfachtes Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines Druckers mit einem Abtastdruckkopf mit unbeweglicher Rinne und einem in der Nähe des Druckkopfs angeordneten Reinigungsmechanismus;
2 eine isotropische Ansicht des Druckkopfs mit unbeweglicher Rinne, wobei der Druckkopf eine Vielzahl von darin ausgebildeten Kanälen aufweist, die jeweils in eine Düse münden;
3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Druckkopfs, in der umgelenkte Tintentropfen auf ein Empfangsmedium gelenkt und nicht umgelenkte Tintentropfen von der unbeweglichen Rinne abgefangen werden;
4 eine fragmentierte Querschnittsansicht des in 3 dargestellten Druckkopfs;
5 eine fragmentierte Querschnittsansicht eines verschmutzten Druckkopfs mit einer schematischen Darstellung der durch Verunreinigung bewirkten Fehlausrichtung von Tintentropfen;
6 eine Schnittansicht einer Walzen-Reinigungsanordnung mit einer Abdeckung, einer Walze und einer Rotationswelle zum Entfernen von Verunreinigungen von einer Oberfläche des Druckkopfs nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
7 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer beispielhaften dritten Ausführungsform des Druckers, der hier mit einem Seitendruckkopf mit unbeweglicher Rinne und einer dem Druckkopf benachbart angeordneten, in Längsrichtung wirkenden Walzen-Reinigungsanordnung ausgerüstet ist;
8 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer beispielhaften vierten Ausführungsform des Druckers, der hier mit einem Seitendruckkopf mit unbeweglicher Rinne und einem auf demselben Block wie der Druckkopf angeordneten, in Querrichtung wirkenden Walzen-Reinigungsmechanismus ausgerüstet ist;
9 eine isometrische Ansicht des Druckkopfs mit einer für eine translatorische Bewegung in Querrichtung ausgerichteten Walzen-Reinigungsanordnung;
10 eine Seitenansicht der in 9 dargestellten, für eine translatorische Bewegung in Querrichtung ausgerichteten Walzen-Reinigungsanordnung;
11 eine isometrische Ansicht des Druckkopfs mit einer für eine translatorische Bewegung in Längsrichtung ausgerichteten Walzen-Reinigungsanordnung nach einer vierten beispielhaften Ausführungsform;
12 eine Seitenansicht der in 11 dargestellten Walzen-Reinigungsanordnung;
13 eine Schnittansicht einer modifizierten Rinne, die der Oberfläche des Druckkopfs Reinigungsflüssigkeit zuführt;
14 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer beispielhaften fünften Ausführungsform des Druckers, der hier mit einem Seitendruckkopf mit unbeweglicher Rinne und einem auf demselben Block wie der Druckkopf angeordneten Schwenkarm-Walzenmechanismus ausgerüstet ist;
15 eine isometrische Ansicht einer Schwenkarm-Walzenreinigungsanordnung im Ruhezustand und während des Reinigungsvorgangs;
16 eine Schnittansicht eines Beispiels eines Schwenkarm-Walzenreinigers;
17 eine Schnittansicht eines Beispiels eines Schwenkarm-Walzenreinigers mit Luftkanalversorgung in einer modifizierten Rinne;
18 ein weiteres Beispiel einer Schwenkarmwalze mit Abdeckung in Reinigungsstellung und in Ruhestellung;
19 die in 18 dargestellte Schwenkarmwalze während des Druckvorgangs; und
20 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer beispielhaften sechsten Ausführungsform des Druckers, der hier mit einem Seitendruckkopf mit unbeweglicher Rinne und einem auf demselben Block wie der Druckkopf angeordneten Reinigungsmechanismus ausgerüstet ist, wobei zum Reinigen ein mit der Walzen-Reinigungsanordnung gekoppelter Ultraschallwandler eingesetzt wird.
Wenn nicht anders angegeben, entsprechen die in der ausführlichen Beschreibung genannten Bezugsziffern und Teile den entsprechenden Angaben in der Zeichnung.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf Elemente, die Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder unmittelbar mit dieser zusammenwirken. Hier im Einzelnen nicht dargestellte oder beschriebene Elemente können die verschiedensten, dem Fachmann bekannte Formen annehmen.
1(a), 1(b), 2 und 3 zeigen eine als Ganzes mit 410 bezeichnete erste Ausführungsform und eine als Ganzes mit 420 bezeichnete zweite Ausführungsform für selbstreinigende Druckersysteme mit einer Bildquelle 10, beispielsweise einem Scanner oder Computer, der Rasterbilddaten, Umrissbilddaten in Form einer Seitenbeschreibungssprache oder andere digitale Bilddaten bereitstellt. Die Bildquelle 10 wird von einer Bildverarbeitungseinheit 12, welche die Bilddaten abspeichert, in punktschattierte Bitmap-Bilddaten umgewandelt. Eine Vielzahl von Heizelement-Steuerschaltungen 14 liest die Daten aus dem Speicher in der Bildverarbeitungseinheit 12 aus und beaufschlagt eine Gruppe von Düsen-Heizelementen 50, die Bestandteil eines Druckkopfs 16 sind, mit zeitvarianten elektrischen Impulsen.
3 veranschaulicht die Wirkung der Düsen-Heizelemente 50 und des Druckkopfs 16 während des Druckvorgangs. Dabei werden die elektrischen Impulse zur richtigen Zeit und an die richtige Düse angelegt, sodass Tropfen 23 einen kontinuierlichen Tintenstrom bilden, um auf einem Empfangsmedium 18, in der Regel Papier, an der von den Daten im Speicher der Bildverarbeitungseinheit 12 bezeichneten richtigen Stelle Punkte zu erzeugen. Im nichtdruckenden Bereich gebildete, nicht umgelenkte Tintentropfen 21 werden von der Rinne 17 abgefangen, die in dieser Darstellung relativ zum Druckkopf 16 unbeweglich ist. Der Druckkopf 16 kann als Seitendruckkopf oder als Abtastdruckkopf ausgeführt werden.
In 1(a) und 1(b) wird das Aufzeichnungsmedium 18 von einem Aufzeichnungsmedium-Transportsystem 20 relativ zu dem Druckkopf 16 bewegt. Dabei wird das Aufzeichnungsmedium-Transportsystem 20 von einem Papiertransport-Steuerungssystem 22, das seinerseits von einem Mikrokontroller 24 gesteuert wird, elektronisch gesteuert. Das Papiertransport-Steuerungssystem 22 ist in 1(a) und 1(b) nur schematisch dargestellt und kann, wie der Fachmann weiß, mechanisch auf vielfältige Weise konfiguriert werden. So könnte beispielsweise eine Farbhebewalze als Papiertransportsystem 22 verwendet werden, um die Übertragung der Tintentropfen 23 auf das Aufzeichnungsmedium 18 zu erleichtern. Die Verwendung solcher Farbhebewalzen ist bekannt. Wenn Seitendruckköpfe verwendet werden, ist es am einfachsten, das Aufzeichnungsmedium 18 an einem unbeweglichen Druckkopf vorbei zu bewegen. Bei einem abtastenden Drucksystem (wie in 1(b) schematisch dargestellt) ist es dagegen meistens am einfachsten, den Druckkopf entlang einer Achse (der Unterabtastrichtung) und das Aufzeichnungsmedium 18 entlang einer rechtwinklig dazu verlaufenden Achse (der Hauptabtastrichtung) in einer relativen Rasterbewegung zu bewegen.
In 1(a), 1(b), 3 und 4 wird die Tinte in einem Tintenreservoir 28 unter Druck bevorratet. Im nichtdruckenden Zustand können die kontinuierlichen Tintenstrahltropfenströme das Aufzeichnungsmedium 18 nicht erreichen, weil die Rinne 17 den Tintenstrom so blockiert, dass ein Teil der Tinte von einer Tintenrückführeinheit 19 dem Kreislauf erneut zugeführt werden kann. Die Tintenrückführeinheit 19 frischt die Tinte auf und führt sie in das Tintenreservoir 28 zurück. Solche Tintenrückführeinheiten sind bekannt. Der für einen optimalen Betrieb richtige Tintendruck hängt von einer Reihe von Faktoren, u.a. der Geometrie und den thermischen Eigenschaften der Düsen und den thermischen Eigenschaften der Tinte, ab. Ein konstanter Tintendruck kann unter Einsatz des Tintendruckreglers 26 durch Beaufschlagung des Tintenreservoirs 28 mit Druck erzielt werden.
Mit einer Tintenkanalvorrichtung 30 und durch den Tintenkanal 31 wird die Tinte 29 auf die Rückseite des Druckkopfs 16 verteilt, wie in 4 gezeigt. Die Tinte fließt vorzugsweise durch in das Siliziumsubstrat des Druckkopfs 16 geätzte Schlitze und/oder Löcher zur Vorderseite 15 des Druckkopfs, wo sich eine Vielzahl von Düsen 25 und Heizelementen 50 befindet. 2 zeigt eine isotropische Ansicht des Druckkopfs 16 und der Rinne 17. Wenn der Druckkopf 16 aus Silizium hergestellt wird, können die Heizelement-Steuerschaltungen 14 in den Druckkopf 16 integriert werden. Die Rinne 17 fängt nicht umgelenkte Tintentropfen 21 ab, während umgelenkte Tintentropfen 23 auf dem Aufzeichnungsmedium 18 landen.
Wie in 5 gezeigt, kann die Vorderseite 15 durch Verunreinigungen 55 verschmutzt werden. Die Verunreinigungen 55 können beispielsweise aus einem öligen Film oder auf der Vorderseite 15 abgelagerten Schwebstoffen bestehen. Die Verunreinigungen 55 können auch eine oder mehrere der Vielzahl von Düsen 25 teilweise oder ganz verstopfen. Die Schwebstoffe können beispielsweise aus Schmutz-, Staub- und Metallpartikeln und/oder Verkrustungen eingetrockneter Tinte bestehen. Der ölige Film kann beispielsweise aus Fett oder dergleichen bestehen. Die Anwesenheit von Verunreinigungen 55 ist insofern unerwünscht, weil, wenn die Verunreinigungen 55 eine oder mehrere der Düsen 25 ganz verstopfen, aus einer oder mehreren der Düsen 25 keine Tinte ausgestoßen werden kann. Die Begriffe „Düse" und „Düsen" werden hier im Übrigen im Singular oder Plural durchgängig austauschbar verwendet.
Wenn die Verunreinigungen 55 die Düse 25 teilweise verstopfen, kann außerdem die Flugbahn der Tintentröpfchen 60 von einer ersten Achse 63 zu einer zweiten Achse 65 umgelenkt werden (wie in der Zeichnung dargestellt). Wenn die Tintentröpfchen 60 sich entlang der zweiten Achse 65 bewegen, landen sie auf dem Aufzeichnungsmedium 18 an einer nicht beabsichtigten Stelle. Auf diese Weise führt eine völlige oder teilweise Verstopfung der Düse 25 zu Druckfehlern, wie zum Beispiel „Streifenbildung", einem höchst unerwünschten Ergebnis. Ähnliche Druckfehler entstehen, wenn nicht ausgewählte Tropfen 21 sich entlang einer dritten Achse 66 bewegen. Darüber hinaus kann die Anwesenheit von Verunreinigungen 55 die Oberflächenbenetzung verändern und eine einwandfreie Bildung eines Tröpfchens 60 verhindern. Es ist daher wünschenswert, die Verunreinigungen 55 zu entfernen, um diese und andere Druckfehler zu vermeiden.
Daher werden die selbstreinigenden Druckersysteme 410 und 420 erfindungsgemäß mit einem Reinigungsmechanismus 140 ausgerüstet, mit dem Verunreinigungen 55 gleichzeitig von der Vorderfläche 15 des Druckkopfs 16 und den Düsen 25 entfernt werden können. Im Einzelnen ist das in 1(a) dargestellte selbstreinigende Druckersystem 410 für einen Seitendruckkopf und das in 1(b) dargestellte selbstreinigende Druckersystem 420 für einen Abtastdruckkopf bestimmt. Der Reinigungsmechanismus 140 umfasst eine Druckkopf-Reinigungsanordnung 32, die so angeordnet ist, dass sie den Reinigungsflüssigkeitsstrom 300 lenkt. Zum Entfernen der Verunreinigungen 55 wird eine Walze 190 verwendet, die sich entlang der Vorderseite 15 und über die Düsen 25 bewegt. Die Reinigungsflüssigkeit 300 kann aus einem beliebigen geeigneten flüssigen Lösungsmittel, wie zum Beispiel Wasser, Tinte, Isopropanol, Diethylenglykol, Diethylenglykolmonobutylether, Oktan, Säuren und Basen, Tensidlösungen und einer beliebigen Kombination derselben bestehen. Komplexe Flüssigkeitszusammensetzungen, wie zum Beispiel Mikroemulsionen, micellare Tensidlösungen, Vesikel und in der Reinigungsflüssigkeit 300 dispergierte Feststoffpartikel können ebenfalls verwendet werden.
Zum besseren Verständnis der Realisierung einer Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 und insbesondere der Walze 190 sei auf 6 verwiesen. Die Walze 190 wird vorzugsweise mit einem weichen, porösen, schwammartigen Material beschichtet, welches die Druckkopffläche 15 nicht scheuert und Reinigungsflüssigkeit 300 und Verunreinigungen 55 halten kann. Geeignete Materialien für das weiche, poröse, schwammartige Material sind u.a. Polyurethanschaumstoff, Polytetrafluorethylenschaumstoff und andere ähnliche Substanzen. Mit Walze 190 ist daher hier eine Walze mit einer Beschichtung gemeint, die aus einem weichen, porösen, schwammartigen Material mit solchen Eigenschaften besteht.
Die Pfeile 604a und 604b zeigen an, wie sich die Walze 190 bewegt, wenn sie von einem in die Rotationswelle 191 integrierten und mit dieser verbundenen Antrieb (nicht dargestellt) angetrieben wird. Ein solcher Antrieb kann seinerseits von einem Motor angetrieben werden (ebenfalls nicht dargestellt). Die Abdeckung 80 ist mit Innenkanälen 250, 260 versehen, die der Druckkopffläche 15 gefilterte oder frische Reinigungsflüssigkeit zuführen und durch Erzeugung eines Sogs verbrauchte Reinigungsflüssigkeit abführen. Die Reinigungsflüssigkeit 300 kann dabei durch den Kanal 250 zugeführt und der Sog durch Anschluss an eine Umwälzpumpe 36 im Kanal 260 erzeugt werden, wie in 1(a) und 1(b) gezeigt. Ein der Unterdrucknut 262 benachbart angeordnetes Wischblatt 198 quetscht die verbrauchte Reinigungsflüssigkeit aus der Walze 190. Diese Anordnung bewirkt an der Walze 190 eine Strömung der Reinigungsflüssigkeit 300, durch die Verunreinigungen sowohl von der Druckkopffläche 15 als auch von den Düsen 25 entfernt werden. Die Strömungsrichtung der Reinigungsflüssigkeit 300 kann bei Bedarf durch Umschalten der Kanäle 250 und 260 und/oder durch Umkehren der Drehrichtung der Walze 190 umgekehrt werden.
Im Betrieb werden die Walze 190 und die Reinigungsflüssigkeitspumpe 36 bei Empfang eines elektronischen Signals von dem Mikrokontroller 24 über die Steuerung 40 der Reinigungsanordnung aktiviert, sodass sich die Walze 190 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht und Reinigungsflüssigkeit 300 auf die Walze 190 gesprüht wird. Der Mikrokontroller 24 sendet außerdem ein elektronisches Signal an die Druckkopf-Transportsteuerung 42, das dem Druckkopf 16 den Befehlt erteilt, in Richtung des Pfeils 44a eine translatorische Bewegung zur Walze 190 hin durchzuführen. Die Walze 190 wird vorzugsweise vorher mit der Fläche 15 des Druckkopfs 16 ausgerichtet, sodass, wenn der Druckkopf 16 die Walze 190 erreicht, die Druckkopffläche 15 und die Düsen 25 die Walze 190 berühren.
Im Zuge der weiteren Bewegung des Druckkopfs 16 in der von dem Pfeil 44a angezeigten Richtung werden die Verunreinigungen 55 auf der Druckkopffläche 15 und in der Düse 25 von der sich drehenden Walze 190 entfernt. Dadurch werden die Druckkopffläche 15 und die Düsen 25 gereinigt. Die verunreinigte Reinigungsflüssigkeit auf der Walze 190 wird anschließend von dem Wischblatt 198 aus der Walze 190 gequetscht und durch die Unterdrucknuten 262 abgeführt. Das Besprühen der Walze 190 mit Reinigungsflüssigkeit und deren Entfernung nach Gebrauch gewährleistet eine wirksame Reinigung der Druckkopffläche 15 und der Düsen 25. Nach erfolgter Reinigung der Druckkopffläche 15 und der Düsen 25 wird der Druckkopf 16 translatorisch in Richtung des Pfeils 44b in seine normale Druckstellung zurückbewegt. Zu beachten ist hier, dass bei den Druckersystemen 410 und 420 die Walze 190 vorzugsweise fliegend angeordnet wird. Würde die Walze 190 an beiden Enden mit Streben abgestützt, könnte die der Rinne am nächsten liegende Strebe während des Reinigungsvorgangs mit der Rinne 17 kollidieren.
Im Übrigen wird ein Fachmann mit durchschnittlichen Fachkenntnissen nachvollziehen können, dass der vorstehend beschriebene Vorgang, die Walze 190 mit der Druckkopffläche 15 in Berührung zu bringen, nur eine von vielen Möglichkeiten für den Einsatz des Reinigungsmechanismus 190 zum Reinigen der Druckkopffläche 15 und der Düsen 25 ist. So kann die Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 beispielsweise statt die Druckkopffläche 15 vorher mit der Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 auszurichten, wahlweise auch mit einer eigenen Translationsfähigkeit ausgerüstet werden. Nur als Beispiel sei erwähnt, dass die Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 auf einer Hebevorrichtung abgestützt und in Richtung des Pfeils 46b in die richtige Lage für die Berührung der Walze 190 mit der Druckkopffläche 15 gehoben werden kann. Nach erfolgter Reinigung der Druckkopffläche 15 und der Düsen 25 wird der Druckkopf 16 translatorisch in Richtung des Pfeils 44b in seine normale Druckstellung zurückbewegt und die Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 in Richtung des Pfeils 46a in ihre Ruhestellung gesenkt.
In der in 1(a) und 1(b) dargestellten Anordnung überfährt die Walze 190 jeweils nur eine der Düsen 25, sodass die Möglichkeit besteht, das Verunreinigungen 55 zu einer anderen Düse geschoben werden. Um zu vermeiden, dass Verunreinigungen 55 zu anderen Düsen geschoben werden, ist es vorteilhaft, die Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 translatorisch in Richtung des fünften Pfeils 70a zu bewegen, wie in 7 gezeigt. Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird daher ein selbstreinigendes Tintenstrahldruckersystem 430 offenbart und mit einer Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 ausgerüstet, die eine Walze 190 aufweist, deren Länge einer Seitenbreite entspricht, und eine Abdeckung 80, die translatorisch in Richtung des fünften Pfeils 70a bewegt wird. Die translatorische Bewegung der Walze 190 in der Richtung 70a und 70b erfolgt entlang einer Führungsschiene (nicht dargestellt). Die Drehachse für die Walze 190 verläuft parallel zu der linearen Anordnung von Düsen 25. In der dargestellten Ausführung hat die Walze 190 die Länge einer Seitenbreite und ist daher für Tintenstrahl-Seitendruckköpfe oder Abtastdruckköpfe verwendbar.
8, 9 und 10 zeigen ein Beispiel einer vierten Ausführungsform eines als Ganzes mit 440 bezeichneten selbstreinigenden Tintenstrahldruckersystems, bei dem eine Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 auf demselben Block befestigt ist wie der Druckkopf 16. Zur Reinigung der Druckkopffläche 15 führt die Walze 190 eine translatorische Bewegung entlang der Führungsschiene 77 aus. Wie vorher erwähnt, ist die Walze 190 mit einer Beschichtung und mit einer Abdeckung 80 versehen. Die Abdeckung 80 stellt Mittel für die Zuführung der Reinigungsflüssigkeit 300 und die Abführung verbrauchter Reinigungsflüssigkeit 305 bereit. Zur Verbesserung der Reinigung der Walze 190 kann wahlweise ein Abwischbausch 90 vorgesehen werden (in 9 dargestellt). Auf diese Weise kann die Walze 190 während der Bewegung in Richtung der Pfeile 75a und 75b von dem Abwischbausch 90 geschrubbt werden. In 8, 9 und 10 ist die Walze 190 rechtwinklig zu den Düsen 25 ausgerichtet.
11 und 12 zeigen das selbstreinigende Tintenstrahldruckersystem 440, bei dem die Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 auf demselben Block montiert ist wie der Druckkopf 16 und die Länge der Walze 190 einer Seitenbreite entspricht. Die Walze 190 ist dabei entlang der parallel zu den Düsen 25 verlaufenden Drehachse ausgerichtet und auf demselben Block wie der Druckkopf 16 eingebaut. Zum Reinigen der Druckkopffläche 15 fuhrt die Walze 190 eine translatorische Bewegung entlang der aus dem Rahmen 110 ragenden Führungsschiene 115 aus. Wie vorher erwähnt, ist die Walze 190 mit einem weichen, porösen Material beschichtet und mit einer Abdeckung 80 versehen, die das Reinigen der Walze 190 erleichtert. Der besseren Übersicht halber werden die Walze 190 und die Abdeckung 80 in 11 als 630 dargestellt. Zur Verbesserung der Reinigung der Walze 190 kann wahlweise ein Abwischbausch 90 eingesetzt werden, der die Walze 190 schrubbt, während diese sich in Richtung der Pfeile 79a und 79b bewegt.
13 zeigt, wie die Reinigungsflüssigkeit 300 der Druckkopffläche 15 durch einen Reinigungsflüssigkeitszuführungskanal 85 in einer modifizierten Rinne 17a zugeführt werden kann. In diesem Fall wird die Reinigung der Druckkopffläche 15 und der Düsen 25 dadurch verbessert, dass während der translatorischen Bewegung der Walze 190 in Richtung des Pfeils 79a Reinigungslösung 300 aus der modifizierten Rinne 17a auf die Walze 190 gesprüht wird. Wenn als Reinigungslösung Tinte verwendet wird, kann der Walze 190 Reinigungslösung 300 dadurch zugeführt werden, dass man Tinte aus der Düse 25 auf die Druckkopffläche 15 fließen lässt. In beiden Fällen kann überschüssige Reinigungsflüssigkeit 300 auf der Oberfläche der Walze 190 durch die Unterdrucknut 262 und mittels des Wischblatt 198 in der Abdeckung 80 entfernt werden.
14 und 15 zeigen eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen selbstreinigenden Tintenstrahldruckersystems 450, bei dem die Walze 190 die Druckkopffläche 15 während des Reinigungsvorgangs mittels eines Schwenkarmmechanismus 455 berührt. Bei Empfang elektronischer Informationen von dem Mikrokontroller 24 über die Steuerung 40 der Reinigungsanordnung betätigt ein Motor 500 einen Schwenkarm 502, um die Walze 190 in Richtung des Pfeils 605 in eine Reinigungsposition am Druckkopf 16 zu schwenken.
Ein Fachmann mit durchschnittlichen Fachkenntnissen wird nachvollziehen können, dass der Motor 500 und der Schwenkarm 502 auf vielfältige Weise konfiguriert werden können. So kann beispielsweise, wie in 16 gezeigt, der Druckkopfkörper 16 so modifiziert werden, dass er eine Ausnehmung für die Aufnahme der Walze 190 in entweder der Ruhestellung oder der Reinigungsstellung bereitstellt. Beim Reinigen der Walze wird die Walze 190 durch Aktivierung veranlasst, am Wischblatt 610 zu reiben, sodass Reinigungsflüssigkeit 305 aus der Walze gequetscht und in den Kanal 615 abgeführt wird. Da die Tinte selbst als Reinigungsmittel verwendbar ist, kann Reinigungsflüssigkeit 300 durch die Düsen 25 zugeführt werden, wenn als Reinigungsflüssigkeit Tinte verwendet wird, oder durch die modifizierte Rinne 17a. Wahlweise kann die modifizierte Rinne 17a auch, wie in 17 gezeigt, mit einem Luftkanal 87 versehen werden, um nach erfolgter Reinigung in Richtung des Pfeils 100 Luft oder Gas auf die Fläche 15 zu richten. Bei einem weiteren Beispiel einer fünften Ausführungsform eines selbstreinigenden Tintenstrahldruckersystems 450 kann der Schwenkarm-Walzenmechanismus 455 mit einer Abdeckung 80 der in 18 dargestellten Art versehen werden. 18 zeigt den Schwenkarm-Walzenmechanismus 455 in der Reinigungsstellung und in der Ruhestellung (gestrichelt dargestellt). 19 zeigt die Walze 190 in der Ruhestellung während des Druckvorgangs. Dabei werden nicht umgelenkte Tintentropfen 21 von der Rinne 17 abgefangen, während umgelenkte Tropfen 23 auf ein Aufzeichnungsmedium (nicht dargestellt) gelangen.
20 zeigt ein Beispiel einer sechsten Ausführungsform des Tintenstrahldruckersystems 460, mit dem Verunreinigungen 55 gleichzeitig von der Druckkopffläche 15 und den Düsen 25 entfernt werden können. Die sechste Ausführungsform des Tintenstrahldruckers 460 unterscheidet sich von den Tintenstrahldruckersystemen 410, 420, 430, 440 und 450 in der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform nur dadurch, dass die Walze 190 von einem Ultraschallwandler 470 gerüttelt wird. Elektrische Signale und Strom von der Steuerung 40 der Reinigungsanordnung werden dem Ultraschallwandler 470 über eine elektrische Leitung 480 zugeführt. Auch wenn in 20 nur ein Beispiel gezeigt wird, kann der Wandler 470 natürlich auf vielfältige Weise mit der Walze 190 gekoppelt werden. Ferner kann der Ultraschallwandler 470 mit dem Reinigungsflüssigkeitsvorrat 270 gekoppelt werden, um die Reinigungsflüssigkeit 300 für eine verbesserte Reinigung der Druckkopffläche 15 und der Düsen 25 mit Energie zu versorgen.
Somit schafft und offenbart die Erfindung Variationen und Ausführungsformen selbstreinigender Druckersysteme 410, 420, 430, 440, 450 und 460 mit einem entsprechenden Reinigungsmechanismus 140 einschließlich Variationen einer Druckkopf-Reinigungsanordnung 32 mit einer oder mehreren Versionen einer Walze 190 und einen Mechanismus und ein Verfahren zum Montieren entsprechender selbstreinigender Drucker mit einem Reinigungsmechanismus 140, der sowohl die Druckkopffläche 15 als auch die Düsen 25 des Druckers reinigen kann.

Claims

Druckkopf-Reinigungsanordnung (32) für einen selbstreinigenden Tintenstrahldrucker (410, 420, 430, 440, 450, 460) mit einem Druckkopf (16), der eine mit einer Vielzahl von Düsen (25) versehene Oberfläche (15) aufweist, wobei der Drucker einen Lagerblock zum Haltern der Druckkopf-Reinigungsanordnung (32) umfasst, welche aufweist: a) eine Walze (190) zum Reinigen der Oberfläche (15) des Druckkopfs; b) eine Abdeckung (80), die an der Walze befestigt ist und einen Förderkanal (250) sowie einen Unterdruckkanal (260) zum Transportieren bzw. zum Ansaugen einer Reinigungsflüssigkeit (300) mit Unterdruck aufweist, wobei die Reinigungsflüssigkeit mittels der Walze und mittels des Förderkanals in der Abdeckung zur Oberfläche des Druckkopfs transportierbar und mittels des Unterdruckkanals zurücksaugbar ist, so dass Verunreinigungen von der Oberfläche des Druckkopfs entfernt werden, während die Walze um die Oberfläche des Druckkopfs herum bewegt wird, wobei der Drucker eine mit dem Druckkopf einstückig verbundene Rinne (17, 17a) umfasst zum Auffangen von durch die Düsen (25) strömender Tinte in einem Nichtdruck-Modus und wobei die Walze und die Abdeckung während der Reinigung zwischen den Druckkopf und die einstückig damit verbundene Rinne passen.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 1, mit einem Filter, der an der Abdeckung befestigt ist und Verunreinigungen aus der Flüssigkeit zu entfernen vermag, die durch den Unterdrucksog der Abdeckung zurücktransportiert wird.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 1, worin die Walze zusätzlich umfasst: a) eine Rotationswelle (191) zum Bewegen und Verbinden der Walze mit der Abdeckung; und b) eine die Rotationswelle umgebende weiche Beschichtung, die bei Berührung mit der Oberfläche des Druckkopfs Verunreinigungen von der Oberfläche des Druckkopfs entfernt.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 1, mit einem Mechanismus (455) zum Anheben und zum translatorischen Bewegen der Walze über den Druckkopf.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 4, worin der Mechanismus derart ausgebildet ist, dass er die Walze entlang der y-Achse des Druckkopfs bewegt, um eine Reinigung zu bewirken.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 3, mit: a) einem mit der Rotationswelle verbundenen Antrieb; und b) einem mit dem Antrieb verbundenen Motor, der derart ausgebildet ist, dass er die Drehung der Rotationswelle bewirkt.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 1, worin die Abdeckung dem Druckkopf auf dem Lagerblock benachbart angeordnet ist.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 1, worin die Walze und die Abdeckung mindestens gleich lang sind wie der Druckkopf.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 1, mit einem Schwenkarmmechanismus, der derart ausgebildet ist, dass er die Walze am Lagerblock befestigt.
Druckkopf-Reinigungsanordnung nach Anspruch 9, worin der Schwenkarmmechanismus zusätzlich umfasst: a) einen Schwenkarm mit einem mit der Walze verbundenen ersten Ende und einem zweiten Ende; und b) einem mit dem zweiten Ende des Schwenkarms verbundenen Motor, der die Walze von einer Druckposition in eine Reinigungsposition zu drehen vermag.