Tintendruckeinrichtung mit austauschbarem, elektrothermische Wandler enthaltenden Druckkopf

Abstract

 Tintendruckeinrichtung mit einem elektrothermische Wandler (17) mit zugeordneter Ansteueranordnung aufweisenden Tinten­druckkopf, der über eine Halterung auswechselbar auf einem Druckerwagen (10) angeordnet ist. Der Tintendruckkopf (11) wird über die Halterung aus einem stationär dem Drucker zugeordneten Vorratsbehälter (29) mit Tinte versorgt, wobei die Halterung einen Tintenkoppelmechanismus mit Verschluß- und Kontakt­mechanismus aufweist, der derart ausgestaltet ist, daß beim Einsetzen des Tintenkopfes in die Halterung die Tintenzu­fuhr (28) geöffnet und die Ansteueranordnung kontaktiert und beim Entfernen des Tintendruckkopfes aus der Halterung die Tintenzufuhr (28) nachlaufsicher unterbrochen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Tintendruckeinrichtung ge­mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches l.

[0002] Tintendruckeinrichtungen mit Tintendruckköpfen, die thermoelektrische Wandler enthalten, sind allgemein bekannt und mit Erfolg zur Anwendung gelangt. So wird in der DE-OS 3l 42 l2l eine Fluidstrahlaufzeichnungseinrich­tung beschrieben, bei dem der Tintenkopf elektrothermische Wandler aufweist. Die elektrothermischen Wandler sind ge­meinsam mit einer entsprechenden Ansteueranordnung auf einem Substrat integriert.

[0003] Die Lebensdauer von derartigen in sogenannter Bubble-Jet-­Technologie hergestellten Tintenköpfen, insbesondere der in ihnen verwendeten Thermalwandler ist begrenzt.

[0004] Aus diesem Grunde ist es bisher üblich, den Tintendruck­kopf austauschbar auszugestalten und dabei den Tintenvor­rat in Form einer nicht nachfüllbaren Tintenblase im Tin­tenaustauschkopf mit zu integrieren.

[0005] Dabei ist als nachteilig anzusehen, daß der Tintenschreib­kopf nach Leerschreiben seines relativ kleinen Tintenvo­lumens von ca. 5 cm³ auch bei unveränderter Funktions­fähigkeit seiner Thermalwandler unbrauchbar wird.

[0006] Bildet man außerdem einen derartigen Tintendruckkopf als Mehrfarbendruckkopf aus, so wird er infolge der im Druck­kopf enthaltenen mehrfarbigen Tintenvorratsbehälter schwer, was einen hohen Antriebsaufwand verursacht. Dies insbesondere dann, wenn derartige Tintendruckköpfe in Zeilendruckeinrichtungen verwendet werden, bei denen der Tintendruckkopf beim Beschreiben des Aufzeichnungsträgers mit Hilfe von elektromotorischen Antriebseinrichtungen zeilenweise bewegt wird.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tintendruckeinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß der Tintendruckkopf in Abhängigkeit von der Lebensdauer der Thermalwandler ausgetauscht werden kann und zwar unabhängig von dem funktionsbedingten Verbrauch an Schreibflüssig­keit und der Anzahl der verwendeten Schreibdüsen.

[0008] Diese Aufgabe wird bei einer Tintendruckeinrichtung der eingangs genannten Art gemäß dem kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches gelöst.

[0009] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0010] Gemäß der Erfindung wird die leichte Austauschbarkeit eines hochauflösenden, eine Vielzahl von Schreibdüsen ent­haltenden Tintenschreibkopfes, der z.B. auch als Mehr­farbentintenschreibkopf ausgestaltet sein kann, dadurch erreicht, daß spezielle Demultiplexer-Treiberchips auf dem die Thermalwandler aufnehmenden Substrat integriert sind, die die Zahl der Ansteuerleitungen reduzieren und damit die elektrische Steckbarkeit des Tintenkopfes über Kon­taktsteckerleisten auf kleinem Raum ermöglichen.

[0011] Die Verwendung einer tintenzuführenden Hohlnadel in der eigentlichen Tintenkopfhalterung, sowie eines durch sie leicht perforierbaren Elastomerverschlusses im Tintenkopf ermöglicht die fluidmechanische Steckbarkeit des Tinten­kopfes und damit die Verwendung eines großvolumigen stationären Tintenvorratsbehälters. Ein Schlauchklemmen­ hebelmechanismus der Tintenkopfhalterung gewährleistet sowohl bei aufgesetztem Tintenschreibkopf als auch bei abgenommenen Tintenschreibkopf die Auslaufsicherheit des stationären Tintenversorgungssystems.

[0012] Damit ist es möglich auch leere, d.h. luftgefüllte Tinten­schreibköpfe zu verwenden, die hinsichtlich ihrer Lager-­und Transportfähigkeit nicht mehr beschränkt sind. Ein Rückfließen der in der Tintenzuführung befindlichen Tinte in den Versorgungsbehälter aufgrund des z.B. durch die Tintenschwerkraft dort herrschenden Unterdrucks wird beim Aufsetzen eines leeren Tintenschreibkopfes dadurch verhin­dert, daß in Flußrichtung der Tinte vor der Halterung ein Rückflußsperrfilter, das z.B. ein Kapillarfilter sein kann, angeordnet ist.

[0013] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Tintendruck­einrichtung befindet sich gesteuert über eine entspre­chende Ansteueranordnung der Tintenkopf in Schreibpausen in einer Parkposition außerhalb des Schreibbereiches. Dort können die Tintenaustrittsflächen mit einer Elasto­mer-Saugglocke abgedichtet und gespült werden. Die Posi­tionierung und Saugfunktion der Saugglocke erfolgt mit Hilfe eines Schwenksystems. In dieser beim Ein- und Aus­schalten vorgesehenen Betriebsart wird der Tintendruck­kopf mit Tinte gespült und damit an den Düsenaustritts­flächen gereinigt. Evtl. im Tintenvorratsraum und im Tintenversorgungssystem befindliche Gasblasen, die die Funktion des Tintendruckkopfes beeinträchtigen, werden dadurch entfernt. Die gespülte Tinte wird dabei in einem stationär dem Drucker zugeordneten Entsorgungsbehälter aufgefangen.

[0014] Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beispielsweise näher be­schrieben.

[0015] Es zeigen

Fig. l eine schematische Darstellung eines Vierfarben­Tintendruckkopfes mit elektrothermischen Wandlerelementen.

Fig. 2 eine schematische Funktionsdarstellung einer Tintendruckeinrichtung mit auswechselbarem Tintendruckkopf und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer die elektro­thermischen Wandler, die zugehörige Ansteueranordnung und die die Ansteueranordnung kontaktierende Kontaktstecker­leiste aufnehmende gemeinsame Substratfläche.

[0016] In einer hier nicht im einzelnen dargestellten Mehrfarben­tintendruckeinrichtung in Thermalwandlertechnik wird mit Hilfe einer hier nicht dargestellten elektromotorischen Einrichtung ein auf einem Druckerwagen l0 auswechselbar angeordneter Tintendruckkopf ll im Schreibbetrieb zeilen­weise entlang einer Schreibwalze l2 bewegt. Der Tin­tendruckkopf ll besteht aus einem die Tintenkanäle l3 auf­nehmenden Kanalblock l4, der aus Kunststoff gegossen sein kann. Entsprechend der Anzahl der verwendeten Farben sind am Tintendruckkopf ll wie in der Fig. l dargestellt, vier Schreibdüsengruppen auf Düsenplatten l5 angeordnet, die wiederum im Kanalblock l4 getrennt über Tintenkanäle l3 mit farbiger Tinte versorgt werden. Die Düsenplatten weisen dabei jeweils 20 Düsen l6 auf, der gesamte Drucker als 80 Düsen.

[0017] Die Düsenöffnungen l6 der Düsenplatten l5 stehen mit Ther­malwandlern l7 in Verbindung, wobei die Düsenplatten l5 mit den Düsenöffnungen l6 oberhalb der Thermalwandler l7 ange­ordnet sind. Die Thermalwandler l7 und die die Thermalwand­ler abdeckenden Düsenplatten l5 einer Düsengruppe sind je­weils auf einer gemeinsamen Substratfläche l8 angeordnet, die auch die Ansteuerleitungen l9 für die Thermowandler l7 aufnimmt. Angesteuert werden die Thermowandler l7 über einen Demultiplexer-Treiberchip, der ebenfalls integriert auf der Substratfläche l8 angeordnet ist. Der Treiberchip 20 wiederum steht an seinem Eingang mit Kontaktflächen 2l in Verbindung, die mit einer Kontaktsteckerleiste 22, die auf dem Druckerwagen l0 angeordnet ist, zusammenwirken.

[0018] Zum Schutze vor Verschmutzung sind die Kontaktflächen 2l und die zugehörigen Treiberchips am Tintendruckkopf ll über ein Abdeckblech 23 abgedeckt.

[0019] Abgedichtet ist jeder Tintenkanal l3 des Tintendruck­kopfes ll über einen Elastomerverschluß 24. Der gesamte Tintendruckkopf ist auswechselbar auf dem Druckerwagen l0 angeordnet. Zu diesem Zwecke weist der Druckerwagen l0 eine Halterung mit einem Tintenkoppelmechanismus mit Ver­schluß- und Kontaktmechanismus auf, der derart ausgestal­tet ist, daß beim Einsetzen des Tintendruckkopfes ll in die Halterung die Tintenzufuhr geöffnet und die Ansteuer­anordnung 20 kontaktiert und beim Entfernen des Tinten­druckkopfes aus der Halterung die Tintenzufuhr nachlauf­sicher unterbrochen wird.

[0020] Deswegen weist die Halterung eine Tintenzuführungsnadel 25 in Form einer Hohlnadel auf, die von einem Fließstoff ent­haltenden Resttintenaufnehmer 26 des Druckerwagens l0 umgeben ist. Die Tintenzuführungsnadel 25 (Hohlnadel) steht über ein Rückflußsperrfilter 27 in Form eines Kapillarfilters mit einer elastischen Tintenzuführungs­leitung 28 in Verbindung, die den Tintendruckkopf ll aus einem stationären Vorratsbehälter 29 - der auswechselbar in einer Halterung 30 angeordnet ist - mit Tinte versorgt.

[0021] Für jede Farbe ist dabei jeweils ein Tintenvorratsbehälter angeordnet, mit entsprechenden Tintenversorgungssystem. Übersichtlichkeitshalber ist dabei nur ein System darge­stellt.

[0022] Weiters befindet sich im Bereich der Halterung ein Ver­schlußmechanismus aus einem Schlauchklemmenhebel 3l, der entgegen einer Feder 32 ausgelenkt werden kann und der ein Betätigungsstück 33 aufweist, das mit einem Betätigungs­ansatz 24 am Tintendruckkopf ll zusammenarbeitet. Bei ab­genommenem Tintendruckkopf ll entsprechend der Fig. 2 drückt die Feder 32 den Schlauchklemmenhebel 3l mit seinem walzenförmigen Klemmansatz 35 gegen die Tintenzuführlei­tung 28 und klemmt diese ab. Damit wird ein Ausfließen der Tinte aus der Tintenzuführungsnadel 25 z.B. beim Transport der Tintendruckeinrichtung durch hydrostatischen Überdruck bzw. ein Rückfließen der Tinte aus der Tintenzuführleitung in den tieferliegenden Versorgungsbehälter 2l durch hydrostatischen Unterdruck verhindert.

[0023] Zur Kontaktierung des Tintendruckkopfes ll weist die Hal­terung eine Kontaktsteckerleiste 22 mit darauf angeord­neten federnden Kontakten 36 auf, die mit den Kontakt­flächen 2l der Substratflächen l8 (Fig. 3) zusammenarbei­ten. Eine flexible Leitung 37 verbindet die Kontakt­steckerleiste 22 mit der hier nicht dargestellten zen­tralen Druckersteuerung.

[0024] Beim Aufsetzen eines leer angelieferten Tintendruckkopfes ll in die Halterung des Druckerwagens l0 perforiert die Tintenzuführungsnadel 25 (Hohlnadel) die Elastomerver­schluß 24 der Tintenkanäle l3. Gleichzeitig öffnet der Betätigungsansatz 34 über das Betätigungsstück 33 den Schlauchklemm-Mechanismus und stellt damit die Verbindung zwischen den Tintenvorratsbehältern 29 und dem Druckkopf ll her. Gleichzeitig erfolgt der elektrische Kontakt über die Kontaktsteckerleiste 22 bzw. die Kontakte 36 der Substratfläche l8.

[0025] In Schreibpausen und zum Auswechseln des Tintendruckkopfes ll befindet sich der Tintendruckkopf ll mit seinem Drucker­wagen l0 in einer Parkposition außerhalb des Schreibbe­ reiches. In Schreibpausen wird der Tintendruckkopf ll mit­tels einer Elastomer-Saugglocke 39 dort verschlossen. Vor einem Auswechseln des Tintendruckkopfes ll wie auch vor Beginn des Druckbetriebs wird über eine elektromotorische Antriebseinrichtung 38 die eine Elastomer-Saugglocke 39 aus dem Tintenaustrittsbereich l5 des Tintendruckkopfes ll geschwenkt. Zu diesem Zweck weist die Elastomer-Saugglocke 39 Ansätze 40 auf, die in Schlitzen einer Kurbelscheibe 4l geführt sind. Die Elastomer-Saugglocke 39 steht über einen elastischen Schlauch 42 mit einem Entsorgungsbehälter 43 in Verbindung, dem eine Unterdruck erzeugende Einrichtung in Form einer Pumpe zugeordnet sein kann. Dieser die Spültinte aufnehmende Entsorgungsbehälter 43 ist in einer Halterung 45 auswechselbar befestigt.

[0026] Nach einem Auswechseln des Tintendruckkopfes ll und nach­dem sich mittels des oben beschriebenen Schwenkmechanismus die Saugglocke 39 wieder um die Austrittsbereiche des Tin­tendruckkopfes ll gelegt hat, wird die Unterdruck erzeu­gende Einrichtung 44 (Pumpe) betätigt und damit Tinte in den Tintenkanal l3 eingesaugt. Gleichzeitig werden die Düsen l6 der Düsenplatte l5 durchgespült und damit die im Tintendruckkopf ll befindliche Luft entfernt.

[0027] Auch in Schreibpausen kann in Abständen ein Durchspülen des Tintenschreibkopfes und damit ein Reinigen der Schreib­düsen l6 erfolgen.

Ansprüche

1. Tintendruckeinrichtung mit einem elektrothermische Wandler (l7) mit zugeordneter Ansteueranordnung (20) auf­weisenden Tintendruckkopf (ll) der über eine Halterung auswechselbar auf einem Druckerwagen (l0) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Tintendruckkopf über die Halterung aus einem stationär dem Drucker zugeordneten Vorratsbehälter (29) mit Tinte versorgt wird, wobei die Halterung einen Tinten­koppelmechanismus mit Verschluß- und Kontaktmechanismus aufweist, der derart ausgestaltet ist, daß beim Einsetzen des Tintendruckkopfes (ll) in die Halterung die Tintenzu­fuhr geöffnet und die Ansteueranordnung kontaktiert und daß beim Entfernen des Tintendruckkopfes aus der Halte­rung die Tintenzufuhr nachlaufsicher unterbrochen wird.

2. Tintendruckeinrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß in Flußrichtung der Tinte vor der Halterung ein Rücklaufsperrfilter (27) z.B. ein Kapillarfilter vorgesehen ist.

3. Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine Hohlnadel (25) aufweist und der Tintendruck­kopf (ll) im Bereich der Halterung einen Elastomerver­schluß (24) aufweist, der beim Koppelungsvorgang von der Hohlnadel (25) durchstoßen wird.

4. Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußmechanismus einen Schlauchklemmenhebel (3l) auf­weist, der mit einem Betätigungsstück (34) des Tinten­druckkopfes (ll) zusammenarbeitet und der bei abgenommenem Tintendruckkopf die Tintenzufuhrleitung (28) unter der Wirkung einer Feder (32) abklemmt.

5. Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintendruckkopf als Mehrfarbentintendruckkopf ausgebildet ist, wobei jeder Farbe eine Gruppe von auf einer Substrat­fläche (l8) angeordneten Düsen (l6) zugeordnet ist.

6. Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdichteinrichtung (39) für den Tintendruckkopf vor­gesehen ist, die im Ruhezustand der Tintendruckeinrichtung bedarfsweise den Tintenaustrittsbereich (l6) des Tinten­druckkopfes (ll) abdeckt.

7. Tintendruckeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckeinrichtung einen saugglockenartigen Bereich (39) mit angeschlossener Absaugleitung aufweist, der mit einem Entsorgungsbehälter (43) in Verbindung steht, der die beim Spülen des Tinten­druckkopfes aus den Düsen austretende Verlusttinte auf­nimmt.

8. Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche l bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrothermischen Wandler (l7), die zugehörige An­steueranordnung (20) und die die Ansteueranordnung (20) kontaktierenden Kontaktflächen (2l) in integrierter Form auf einer gemeinsamen Substratfläche (l8) angeordnet sind.

9. Tintendruckeinrichtung nach einem der Ansprüche l bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Ansteueranordnung (20) um eine Demultiplexer­Treiberschaltung handelt.

l0. Tintendruckeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlnadel (25) im Bereich der Halterung des Druckerwagens (l0) von einem Resttinte aufnehmenden Element (26) umgeben ist.

Zeichnung