DE10224066A1

DE10224066A1 - Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung

Info

Publication number: DE10224066A1
Application number: DE2002124066
Authority: DE
Inventors: Thomas Wartmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-11

Abstract

Eine Vorrichtung, die es ermöglicht, das Austrocknen der Tinte in den Druckpausen bei Tintenstrahldruckern zu verhindern. Hierzu werden die Druckköpfe hermetisch abgedichtet und durch ein beheiztes Vlies, das mit einem entsprechenden Lösungsmittel getränkt ist, in einer Dampfatmosphäre gehalten. Die Abdichtung kann elektrisch von den Druckköpfen abgehoben werden und so entstehen keine Reibungsverluste beim Herausfahren des Druckkopfes. Eine Nachfülleinrichtung sorgt immer für die richtige Dosierung des Lösungsmittels. Bei Verwendung eines separaten Vorratsbehälters ist es möglich, die Nachfüllung per Software zu automatisieren.

Description

Viele Tintendrucker vereinigen die Tintenpatronen mit aktiven Druckköpfen. Die Tinte aus dem Vorratsbehälter wird dann durch Verdampfen oder durch Elektrostriktion durch Düsen als Tröpfchen auf das Papier gebracht.
In den Druckpausen trocknen die Tintenreste an der Übergangszone des Druckkopfes zu der sie umgebenen Luft. Sie bilden Verkrustungen, die meist nicht oder sehr schwer durch die in die Drucker integrierten Reinigungsprozeduren gelöst werden können.
Hierzu spritzen z. B. die Drucker im Reinigungszyklus Tinte (für jede Druckfarbe) in einen separaten Auffangbehälter. Manchmal lösen sich die Verkrustungen der Tinte nicht vollständig, sodaß durch die verstopften Düsen beim Ausdruck ein Streifenmuster entsteht. Diese Art von Reinigung verbraucht im Verhältnis zum Verbrauch beim Ausdruck ein vielfaches an Tinte. Oft kann man in den Auffangbehältern regelrechte Gebirge von eingetrockneter Tinte erkennen.
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung, indem sie insbesondere bei Tintendruckern mit beweglich angeordneten Druckköpfen die Tinte vor dem Austrocknen schützt.
Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind:
Eine elektrisch betätigte Gummidichtung legt sich in den Ruhepausen um die Druckköpfe.
Es findet eine aktive Befeuchtung durch Dampf statt.
Dieser wird aus einem separaten Wasser- bzw. einem Lösungsmittelvorrat gewonnen.
Zusätzlich werden die Düsen bzw. Druckköpfe durch Heißdampf gereinigt. Eine anschließende kurze Tintenspülung bläst die Düsen wieder frei.
Der Austrocknungsschutz verbraucht keine Tinte.

1. Stand der Technik

Ein großes Problem bei den heute erhältlichen Tintenstrahldruckern ist die Tatsache, daß die Tinte in den Druckköpfen bei längeren Druckpausen austrocknet. Bei einigen Druckern gibt es Vorrichtungen, um die Köpfe mechanisch zu reinigen. Vielfach werden jedem Druckvorgang Spülphasen vorangestellt, bei denen alle Düsen gleichzeitig betätigt werden. Die Tinte wird in spezielle Auffangbehälter versprüht. Bei einigen Modellen sind in der Ruheposition der Köpfe Bürsten und ein Staubschutz vorhanden. Trotz dieser Maßnahmen kann das Austrocknen der Tinte nicht verhindert werden.

2. Der Erfindungsgedanke

Gerade im privaten Bereich werden aus Preisgründen gerne Tintenstrahldrucker eingesetzt. Hier sind die Druckzeiten gegenüber den Pausenzeiten vernachlässigbar. Ein dauernder Einsatz, wie im Bürobereich ist hier nicht gegeben. Deshalb ist es außerordentlich wichtig ein Austrocknen der Tinte zu verhindern.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die Druckköpfe nach Gebrauch hermetisch abzudichten und zusätzlich durch das Erzeugen einer Wasser-, oder lösungsmittelhaltigen Atmosphäre in diesem Raum die Tinte ständig feucht und gebrauchsfrisch zu halten.

Dies ist wichtig, da man die Druckköpfe nie vollständig abdichten kann und deshalb immer etwas Feuchtigkeit aus der Tinte entweicht. Es gilt erfindungsgemäß diesen Feuchtigkeitsverlust (Lösungsmittelverlust) ständig auszugleichen.

Geht man davon aus, daß die Farben auf einzelne Tintenpatronen K1-K3 aufgeteilt sind, so sind diese in einer gemeinsamen Halterung (HA hier stilistisch als Balken gezeichnet) auf dem Transportschlitten befestigt. Die Düsen jedes Druckkopfes DRK sind nach unten gerichtet. In der Ruhestellung kommen die Düsen genau über der Verdunstungseinrichtung zu liegen. Die Dichtungen DK sorgen für eine möglichst luftdichte Abschottung dieses Luftraumes. Innerhalb des Hohlraumes unterhalb der Druckköpfe liegt ein Vlies Fz. Dies kann ein saugfähiger Filz oder ein Baumwollgewebe sein. Dieses Textilstück entnimmt soviel Lösungsmittel aus dem Vorratsbehälter Ka2, wie es seiner Kapillarkraft entspricht. Der Flüssigkeitsstand in diesem Behälter ist immer niedriger als im Verdunstungsraum HR. Dadurch kann dieser nie vollaufen.

Erfindungsgemäß muß eine Vorrichtung vorgesehen werden, die es ermöglicht das Lösungsmittel nachzufüllen ohne die gesamte Einrichtung zu überschwemmen. Ein weiteres Nachfüllen muß ab einem bestimmten Pegel verhindert werden. Dies kann entweder mechanisch oder elektrisch geschehen.

Mechanische Lösung

Die zu verdampfende Flüssigkeit wird durch den Trichter Tr in den Behälter Ka1 eingefüllt. Der Behälter Ka2 ist mit Ka1 durch einen Kanal VK verbunden. Beide Flüssigkeitsstände sind somit immer gleich. Dieser zweite Behälter Ka2 wird zum einen benötigt, um den Docht sicher zu lagern bzw. den Schwimmermechanismus von der Textileinlage zu trennen (Verklemmen ist möglich) zum anderen verhindert er das Verdunsten der Flüssigkeit aus dem Raum HR. Um ein Überlaufen beim Einfüllen zu verhindern, bzw. das Vollaufen des Verdunstungsraumes zu verhindern, sorgt ab einem bestimmten Flüssigkeitspegel der Schwimmer Sw, daß der Trichter durch den Stopfen DS verschlossen wird. Ein weiteres Nachfüllen der Flüssigkeit in die Vorratsbehälter KA1 bzw. Ka2 wird dadurch unterbunden.

Die Feder F sorgt in Verbindung mit der Schwimmerkraft dafür, daß bei Niedrigststand des Flüssigkeitspegels der Dichtstopfen DS nie von selbst aufgeht (Verdunstungsschutz), aber die Flüssigkeitssäule im Trichter beim Auffüllen die Federkraft überwinden kann.

Elektrische Lösung

Der oben genannte Schwimmermechanismus kann bei Verschmutzung (Verkalkung, Staub) manchmal nicht sehr zuverlässig arbeiten (z. B. nicht dicht). Es kann deshalb daran gedacht werden die Öffnung zum Trichter während eines Servicezyklus (zum Nachfüllen der Flüssigkeit) auch elektromagnetisch zu öffnen. In diesem Fall wird eine Meldung an die zentrale Recheneinheit des Druckers gesendet, daß der Mindestspiegel unterschritten wurde. Es kann erst wieder gedruckt werden, wenn der Flüssigkeitspegel ein normgerechtes Niveau erreicht hat.

3. Ausführung

Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht der o. g. mechanischen Version. Die drei (exemplarisch) Farbkartuschen des Druckkopfes K1-K3 liegen in ihrer Ruhestellung auf der Befeuchtungseinrichtung auf. Die Dichtlippen DK können als O-Ringe oder als umlaufende Gummi-Weichteile ausgebildet sein. Es ist in jedem Fall darauf zu achten, daß die Reibungskräfte, die beim Einfahren des Druckkopfes an diesen Dichtungen entstehen, nicht zu groß werden.
Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit auf die Kräfte auf Null zu reduzieren. Dazu wird das Verdunstungsteil VD durch einen Schlauch Sch1 mit der Fülleinrichtung verbunden. Es wird dadurch beweglich gelagert. Im Ruhezustand drückt die Feder Fe2 die Dichtungen DK an die Farbkartuschen an. Soll der Kopf bewegt werden, so wird der Zugmagnet EM aktiviert. Dieser zieht die ganze Einheit mit der Kraft F2 nach unten. Jetzt sind die Druckköpfe frei und können bewegt werden.
Die Vorrichtung eignet sich sowohl für verteilte Tintenpatronen, als auch für Kompaktköpfe, bei denen die einzelnen Farben in einem Kopf zusammengefaßt sind.
Normalerweise verdunstet die Lösungsflüssigkeit aus dem Vlies Fz durch den normalen Dampfdruck. Dies reicht meistens aus um die Tinte flüssig zu halten. Wird jedoch ein besonderer Reinigungszyklus benötigt, so sollte es möglich sein die Druckköpfe mit Flüssigkeit zu benetzen (Kondensation). Dies kann erreicht werden, wenn der Verdunstungsprozess beschleunigt wird. Hierzu ist an der Unterseite des Verdunstungsbehälters ein elektrisch heizbarer Widerstand R angebracht. Ist das Material M1 unterhalb des Vlieses thermisch leitend, so wird das Tuch erhitzt und gibt verstärkt Dampf ab.
Während des Druckvorganges kann durch den offenen Verdunstungsraum mehr Lösungsmittel verdunsten. Dies könnte nur durch zusätzliche Schieber, die die einzelnen Öffnungen bedecken, verhindert werden. Dies ist aber sehr aufwendig. Es reicht zumindest den Vorratsraum Ka2 abzuschotten. Durch eine Verdickung VS, die vorzugsweise aus Gummi besteht, wird der Kanal für die Zuführung der Flüssigkeit bis auf die Dicke des Saugdochtes verengt.
Fig. 2 zeigt eine Verschlußöffnung von oben. Zweckmäßigerweise entspricht die Form der Abdichtung DK der Kontur des Druckkopfes.
Fig. 4 zeigt die Ausführung der elektromagnetischen Nachfülleinrichtung. Der Trichter Tr1 wird durch die Dichtung DS, die an dem Magnet Mg befestigt ist, abgeschlossen. Die Feder Fe3 erzeugt den nötigen Anpreßdruck. Wird die Spule Spu mit dem notwendigen Strom I1 durchflutet, wird der Magnet Mg entgegen der Federkraft bewegt und gibt die Einfüllöffnung frei.
Anstatt des Trichters kann, man sich auch einen Vorratsbehälter denken. Der Flüssigkeitsbedarf kann dann ohne Intervention des Druckerbenutzers automatisch durch die Druckerlogik ergänzt werden.
Der Flüssigkeitsstand wird zweckmäßigerweise durch bekannte Füllstandssensoren kontrolliert. Vorzugsweise eignet sich die dargestellte Vorrichtung gerade bei niedrigen Flüssigkeitsständen für diese Aufgabe.
In Fig. 4 ragt ein durchsichtiger Plexiglaskeil in die Flüssigkeit. Der Reflexionskoeffizient eines in Richtung L einfallendenden Lichtstrahles ist im gefüllten Zustand minimal (der Brechungsindex des Plexiglases ist in etwa gleich mit dem der Flüssigkeit). Sinkt der Flüssigkeitsspiegel unter die Höhe des Kegels ab, so wird mehr Licht reflektiert. Durch Anbringen einer Reflexionslichtschranke kann diese Lichtmenge in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

Anhang

Bildunterschriften

Fig. 1 Gesamtansicht
Fig. 2 Dichtzelle von oben
Fig. 3 magnetisch betätigter Dichtschieber (gezeichnet ohne Vlies Fz)
Fig. 4 Magnetischer Verschluß der Nachfülleinrichtung Verwendete Zeichen K1-K3 Tintentanks für Druckerfarbe
HA Halterung für die Tintentanks
DRK Druckkopf
DR Bewegungsrichtung der Druckköpfe beim Drucken (Druckrichtung)
K oberer maximal erlaubter Flüssigkeitsstandstand
d1 Differenz der Flüssigkeitsstände W1 und K
R Heizwiderstand bzw. Heizfolie
M1 wärmedurchlässige Auflage des Vlieses
HR hermetisch dichter Raum unterhalb der Druckköpfe
DK Dichtungen, die HR zu den Druckpatronen hin abschließen
W1 Flüssigkeitsstand in der Nebenkammer Ka2
W2 Flüssigkeitsstand in der Nachfüllkammer Ka1
Ka1 Nachfüllkammer mit Vorrichtung zum Nachfüllen der Flüssigkeit von außen
Ka2 Nebenkammer zur Aufnahme des Endes des Vlieses.
Fz Vlies auf Gewebe oder Filz
VK Verbindungsloch zwischen Neben- und Nachfüllkammer
SW Schwimmer
F Druckfeder zum Zuhalten der Nachfüllöffnung Tr1
Tr1 Nachfüllöffnung, als Trichter ausgebildet
DS Dichtung für Nachfüllöffnung
F1 Kraftrichtung von Feder Fe2
Fe2 Feder, die den Anpressdruck für die Dichtungen DK an die Tintenbehälter erzeugt.
F2 Kraftrichtung des Elektromagneten EM
EM Elektromagnet
Vd beweglicher Dichtungsträger (enthält Fz, DK und VS)
VS Dichtlippe zum Abschotten von HR und Ka2
Sch1 Verbindungsschlauch zum Anschluß an Ka2
Mg Dauermagnet
Spu Erregungsspule
I1 Erregungsstrom
KL1 Reflexsensor für den Flüssigkeitspegel
L Lichtrichtung

Claims

1. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung gekennzeichnet durch eine hermetische Abdichtung der Sprühdüsen während der Druckpausen mit einer aktiven Befeuchtung durch ein Lösungsmittel in der Dampfphase, das im Stande ist die Tinte flüssig zu halten oder anzulösen.

2. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Druckköpfe in ihrer Ruhestellung auf beweglich angeordneten Dichtlippen DK aufliegen, die so dicht sind, daß sie ein Austrocknen der Tinte verzögern.

3. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß, daß die Dichtlippen während des Druckvorganges vom Druckkopf senkrecht zur Druckrichtung DR wegbewegt werden.

4. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung durch einen Elektromagneten EM geschieht.

5. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum unter den Druckköpfen HR mit einem feuchtigkeitsaufsaugenden Vlies Fz ausgelegt ist, welches durch eine Vorrichtung, die außerhalb dieses Raumes angeordnet ist, ständig mit Lösungsmittel bzw. Wasser feucht gehalten wird.

6. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies auf einer beheizbaren Fläche M1 aufliegt.

7. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die beheizbare Fläche aus einem elektrischen Widerstandsmaterial R besteht.

8. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch eine Dichtlippe VS gegenüber der Umgebungsluft abgedichtet ist.

9. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies in eine Vorkammer Ka2 hineinragt, die von einer automatischen Füllvorrichtung auf einen Flüssigkeitsstand W1 gefüllt wird.

10. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstand W1 unterhalb der Kante K liegt, die die Oberkante des Vlieses markiert, um ein Überschwemmen des Hohlraumes HR zu vermeiden.

11. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Füllvorrichtung aus einem Behälter Ka1 besteht, der mit der Vorkammer Ka2 durch ein Loch VK verbunden ist und somit W1 = W2 ist.

12. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter der automatischen Füllvorrichtung zur Einfüllöffnung Tr1 hin durch eine Dichtung DS abgeschottet ist.

13. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung DS durch einen Schwimmermechanismus betätigt wird, der es ermöglicht erst unterhalb eines bestimmten Flüssigkeitsstandes W2 die Dichtung DS freizugeben und es dann zu ermöglichen durch die Einfüllöffnung Tr neue Flüssigkeit von außen nachzufüllen.

14. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung DS durch einen Elektromagneten Mg, Spu betätigt wird.

15. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet durch einen Sensor gesteuert wird, der den Flüssigkeitsstand mißt.

16. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, daß dieser Sensor vorzugsweise ein Reflexsensor ist.

17. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß der Drucker ein Signal an den angeschlossenen Rechner, schickt in dem der Benutzer aufgefordert wird Flüssigkeit nachzufüllen.

18. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllöffnung erst nach Bestätigung durch den Benutzer, innerhalb eines bestimmten Zeitfensters, freigegeben wird, um ein Verdunsten des Lösungsmittels zu verhindern bzw. zu vermindern.

19. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß bei hartnäckigen Verkrustungen, softwaregesteuert mehrmals ein spezieller Reinigungsprozeß gestartet wird, dergestalt, daß das Fließ soweit aufgeheizt wird, bis der Kondensationspunkt der Flüssigkeit erreicht wird, wobei anschließend der Druckkopf außerhalb der Verschlußzone in Betrieb genommen wird und dieser kurze Zeit Farbe versprüht.

20. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllvorrichtung Tr1 als geschlossener Vorratsbehälter ausgeführt ist.

21. Vorrichtung zum Schutz von Tintendruckköpfen vor Austrocknung nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, daß es eine Software-Routine gibt, die die Nachfüllung des Lösungsmittels automatisiert.