DE3446182A1

DE3446182A1 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf und tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3446182A1
Application number: DE19843446182
Authority: DE
Inventors: Koji Mitaka Tokio/Tokyo Terasawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1985-07-11
Also published as: US4628333A; DE3446182C2

Description

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P^LLMANN - CIRAMS " OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling

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Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 2024 8000 München

Tel.:089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münch

18. Dezember 1984 Canon Kabushiki Kaisha DE 4487

Tokio, Japan

Tintenstrahlaufzeichnungskopf und Tintenstrahlaufzeichnung svorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, genauer gesagt einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf zur Abgabe von Tinte, die von einer Tintenkammer zugeführt wird, in der sich eine Luftschicht befindet, und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die Luft aus der Tintenkammer des Aufzeichnungskopfes mittels Unterdruck entfernt.

Ein Aufzeichnungskopf einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung des Standes der Technik besitzt eine gemeinsame Tintenkammer für eine Vielzahl von Düsen. Die Tintenkammer wird zusammen mit dem Kopf bewegt, wenn sich ein Schlitten bewegt. Um Stoßbelastungen infolge einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Schlittens abzubauen, ist die Tintenkammer mit einer Luftschicht versehen, die einen momentanen Anstieg des Tintendrucks in der Düse zum Zeitpunkt der Schlittenrückkehr absorbiert und den

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auf die Düse aufgebrachten Druck auf ein Minimum bringt. Die Menge der in einer solchen Schicht befindlichen Luft, die für eine derartige Pufferfunktion benötigt wird, beträgt üblicherweise 0,1 - 0,3 cm. Um das Volumen der Luftschicht konstant zu halten, werden beim Stand der Technik Luftabsaugeinrichtungen benötigt, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind.

Wie man Figur 1 entnehmen kann, ist ein Kopf 1, der mit einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Düsen versehen ist, auf einem Schlitten 2 montiert, der auf einer Welle 3 hin- und herbewegbar ist. Der Aufzeichnungskopf 1 besitzt eine Tintenkammer zur Zuführung von Tinte zu Düsen. Tinte 6 wird der Tintenkammer über ein Tintenzuführrohr 4 zugeführt. Eine Luftschicht 7 ist im Kopf 1 ausgebildet. Um die Luftschicht 7 auf der Tinte 6 auszubilden, d.h. um das Volumen der Luftschicht konstant zu halten,

eine/

ist ein Luftabsaugrohr 5 an Luftabsaugeinrichtung angeschlossen und zusammen mit dem Schlitten bewegbar. Da es sich bei dem Rohr um ein flexibles Kunststoffrohr handelt, wird die Tinte sofort verdampft. Da das Rohr darüberhinaus bewegt wird, muß die Anordnung komplex ausgebildet sein.

3ei einem anderen Verfahren zum Absaugen von Luft findet ein Entlüftungsventil 8 Verwendung, wie in Figur 2 gezeigt. Das Entlüftungsventil 8 dichtet normalerweise die Luftschicht 7 und die Tinte 6 über ein stationäres Dichtungselement 9 ab. Wenn die durch Verdampfung der Tinte eingeführte Luft das Volumen der Luftschicht erhöht, wird das Entlüftungsventil 8 in Richtung des Pfeiles gegen die von einer Feder 8b ausgeübte Vorspannkraft gedrückt, so daß das Tintenniveau ansteigt und die Luft durch ein Entlüftungsloch 8a evakuiert wird. Bei dieser Ausführungsform

ist es jedoch äußerst schwierig, das Tintenniveau visuell zu erfassen, und es besteht ein Verschmutzungsrisiko durch Leckage der Tinte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf zu schaffen, der eine Luftschicht mit einem konstanten Volumen in einer Tintenkammer aufrechterhält, die Abführung von Luft sicherstellt und verhindert, daß Luft in die Düse eindringt. Ferner soll eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, die in die Düse eingeführte Luft zu evakuieren.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, der mit einer Düse zur Abgabe von Tinte, einer Tintenkammer zur Zuführung der Tinte zur Düse und einem in der Tintenkammer montierten Ventilmechanismus, der über Unterdruck betätigt wird, versehen ist, und bei dem durch die Zuführung der Tinte eine Luftschicht gebildet wird.

Desweiteren soll durch die Erfindung eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf aufweist, der eine Düse zur Abgabe von Tinte, eine Tintenkammer zur Zuführung der Tinte zur Düse und einen in der Tintenkammer montierten Ventilmechanismus, der über Unterdruck betätigt wird, besitzt und bei dem durch Zuführung der Tinte eine Luftschicht ausgebildet wird, einen Kappenmechanismus zum Abdichten der Düse und einen an eine Unterdruckquelle angeschlossenen Verbindungsmechanismus zur Evakuierung von Luft und zum Abdichten eines Entlüftungsloches, das eine Verbindung zwischen der Unterdruckquelle und der Tintenkammer über den Ventilmechanismus herstellt.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach den Patentansprüchen gelöst.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes'gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Die Figuren 1 und 2

Aufzeichnungsköpfe nach dem Stand der Technik;

Figur 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß

ausgebildeten Aufzeichnungskopf;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Ventilmechanismus;

Figur 5 -eine schematische Darstellung eines Kopfes;

Figur 6 ein Zeitablaufdiagramm;

die Figuren 7 und 8

andere Ausführungsformen;

einen Schnitt durch einen anderen erfindungsgemäß ausgebildeten Aufzeichnungskopf;

eine Vorderansicht des in Figur 9 gezeigten Aufzeichnungskopfes;

die Gesamtkonstruktion;

	Figur	9
30
	Figur	10
35	Figur	11

Figur 12 eine Vorderansicht einer Kappe;

Figur 13 einen Schnitt durch ein Schaltventil;

und
5

Figur 14 ein Zeitablaufdiagramm.

Die Figuren 3 bis 14 zeigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen Elemente, die denen der Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Auf die Beschreibung dieser Elemente wird verzichtet.

Der in Figur 3 gezeigte Aufzeichnungskopf besitzt eine Düse IA mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen und ein Entlüftungsloch IB sowie einen Ventilsitz IC in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Tinte 6 und der Luftschicht 7, Ferner ist ein Ventil 10 vorgesehen, das normalerweise durch Federkraft mit dem Ventilsitz IC in Kontakt gehalten wird. Das Ventil 10 besteht aus einem elastischen Material. Wenn Luft über ein Entlüftungsloch ID, bei dem es sich um eine Luftabsaugverbindung zur Aussenseite des Aufzeichnungskopfes 1 handelt, abgesaugt wird, wird das Ventil 10 durch einen Druckunterschied gegenüber der Luftschicht 7, die sich auf atmosphärischem Druck befindet, verformt und vom Ventilsitz IC wegbewegt. Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Ventils. Ein Flansch eines Ventilschaftes 11 steht normalerweise über eine Feder 12 in Preßkontakt mit dem Ventilsitz IC, und das Ventil wird aufgrund eines Druckunterschiedes zwischen dem Entlüftungsabschnitt HA und der Luftschicht 7, der Tinte zugeführt wird und die sich auf atmospärischem Druck befindet, geöffnet. Dies wird über den Absaugvorgang durch das Entlüftungsloch ID erreicht, so daß die Tinte ohne weiteres von der Tintenkammer zugeführt werden kann.

Der Flansch des Ventilschaftes 11 oder der Ventilsitz IC können so ausgebildet sein, daß sie ohne weiteres über eine Gummiauskleidung abgedichtet werden können.

Wenn die im Aufzeichnungskopf 1 der Figur 3 befindliche Luftschicht 7 ansteigt, wird, wie in Figur 5 gezeigt, eine Kappe 16 in Richtung eines Pfeiles bewegt, um die Düse IA abzudichten, und eine Luftabsaugverbindung 13 wird mit der Entlüftungsöffnung ID in Preßkontakt gebracht, wie durch den Pfeil dargestellt. Die Luftabsaugverbindung 13 wird an ein Absaugrohr 14, eine Unterdruckquelle 15 und einen Tintenabzugsspeicher (nicht gezeigt) angeschlossen. Wenn bei der Ausführungsform der Figur 5 der Druck der Luftschicht in der Tintenkammer reduziert wird, wird Tinte von dem an einen Haupttank (nicht gezeigt) angeschlossenen Tintenzuführrohr angesaugt, so daß überschüssige Luft aus dem Aufzeichnungskopf ausgestoßen und das Tintenniveau erhöht wird. Die Öffnungskraft für das Ventil ist unter Berücksichtigung eines Ausgleichs mit der Unterdrucksaugkraft festgelegt.

Der zeitliche Ablauf für das Versehen der Düse mit der Kappe und das Absaugen der Luft ist in Figur 6 dargestellt. Figur 6a zeigt den zeitlichen Ablauf für das Anordnen der Kappe, während Figur 6b den zeitlichen Ablauf für den Luftabsaugvorgang darstellt. Die Düse wird mittels der Kappe abgedichtet. Nach dem Schließen der Düse wird die Luft abgesaugt, indem man von der Unterdruckquelle erzeugten Unterdruck auf das Ventil einwirken läßt (Luftabsaugung-EIN). Wie in Figur 6 gezeigt, wird die Luft nur während des Kappenaufbringungsvorganges abgesaugt, so daß die Einführung von Luft aus der Düse verhindert wird.

Die Luft kann abgesaugt werden, wenn die Unterdruckquelle an die Kappe 16 angeschlossen ist. Wie in Figur 7 gezeigt, ist ein Filter 17 am Luftabsaugabschnitt vorgesehen. Wenn das Tintenniveau ansteigt und ein Niveau erreicht, so daß die Tinte vom Entlüftungsloch ID ausgestoi3en werden kann, steigt der Tintenströmungsbahnwiderstand des Filters 17 an, während der Tintenströmungsbahnwiderstand der Düse relativ dazu absinkt, so daf3 die Tinte in der Düse in ausreichender Weise abgesaugt wird. Bei dem FiI-ter 17 kann es sich um ein poröses Filter mit einem Lochdurchmesser von weniger als lOOpm handeln, beispielsweise um ein Membranfilter oder ein Keramikfilter. Das Filter 17 besitzt die Eigenschaft, daß es gegenüber Tinte einen Strömungswiderstand aufweist, der 100 mal so hoch ist wie der gegenüber Luft, so daß er der Tinte einen hohen Strömungswiderstand entgegensetzt, wenn diese in das Filter strömt.

Wie man Figur 8 entnehmen kann, ist ein Filter im Ventil 10, das aus dem elastischen Material besteht, angeordnet.

Figur 9 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Aufzeichnungskopf 1. Das Luftabsaugventil befindet sich an der Grenzfläche zwischen der Tinte 6 und der Luftschicht 7. Das aus elastischem Material bestehende Ventil 10 steht normalerweise mit dem Ventilsitz IC in Kontakt. Wenn ein Unterdruck über das Belüftungsloch ID aufgebracht wird, bewegt sich das Ventil 10 vom Ventilsitz IC weg und tritt über die Entlüftungslöcher ID und IB mit der Luftschicht 7 in Verbindung. Die Düsa IA ist unter der Tintenkammer 6 angeordnet. Figur 10 zeigt eine Vorderansicht von der Düse der Figur her gesehen. Figur 11 zeigt den Zustand, in dem der Aufzeichnungskopf 1 der Figur 9 durch eine Kappe 18 abgedichtet ist und die Tinten und die Luft über die Düse IA und

das Entlüftungsloch ID abgesaugt werden. Wie in Figur 12 gezeigt ist, umfasst die Kappe 18 ein hohles elastisches Luftabsaugelement 18A sowie ein elastisches Düsenelement 18B. Hieran sind ein Luftabsaugrohr 19 und ein Düsenabsaugrohr 21 angeschlossen, die mit der Unterdruckquelle 22 in Verbindung stehen. Ein Schaltventil 20 ist an den Mittelpunkt des Luftabsaugrohres angeschlossen. Einen Schnitt hierdurch zeigt.Figur 13. Ein Kern 23A und ein elastisches

in/.
Ventil 23B sina einem Solenoid 23 bewegbar, und das Luftabsaugrohr wird normalerweise durch eine Feder 24 verschlossen. Nur wenn das Solenoid 23 erregt wird, stehen die Unterdruckquelle 22 und das elastische Luftabsaugelement 18A miteinander in Verbindung.

Der Grund dafür, warum es erforderlich ist, das Schaltventil 20 vorzusehen, ist darin zu sehen, daß der Strömungswiderstand in den Leitungen 19A und 19B viel geringer gehalten werden soll als der Strömungswiderstand der Düse, so daß die Luftschicht 7 in der Tintenkammer durch Unterdruck rasch evakuiert werden kann. Wenn die Luft evakuiert und der Absaugvergang von der Düse durchgeführt würde, würde die von der Düse abgesaugte Tintenmenge absinken und Luft in die Düse eingeführt werden, was zur Folge hätte, daß die gestörte Tintenabgabefunktion der Düse nicht ohne weiteres behoben werden könnte.

Um sicherzustellen, daß eine ausreichende Tintenmenge von der Düse abgesaugt wird, wird die Kappe in Richtung des Pfeiles der Figur 11 in einem in Figur IA gezeigten zeitliehen Ablauf bewegt. Um die Düse und das Entlüftungsloch abzudichten, wird das Schaltventil in die EIN-Stellung geschaltet, um das Luftabsaugrohr anzuschließen, und wird die Unterdruckquelle betätigt, um mittels Unterdruck Tinte und Luft aus dem Aufzeichnungskopf abzusaugen. Figur 14a zeigt ein Ablaufdiagramm des Schaltventils, Figur 14b

«we

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ein Ablaufdiagramm der Unterdruckquelle und Figur 14c ein Ablaufdiagramm der Kappe. Da das Luftabsaugrohr einen sehr niedrigen Strömungswiderstand besitzt, wird es in einer relativ kurzen Zeitspanne blockiert, jedoch ist das Düsensystem so ausgebildet, daß es über einen langen Zeitraum einen Absaugvorgang durchführen kann, um in der Düse befindliche Luftblasen zu entfernen. Die Verbindung zwischen der Unterdruckquelle 22 und der Düse kann in wiederholter Weise ein- und ausgeschaltet werden, wie durch die gestrichelte Linie in Figur 14 gezeigt, je nach der Konstruktion der Unterdruckquelle. Schließlich wird die Kappe geöffnet, um den Aufzeichnungskopf zur Durchführung eines Druckvorganges betriebsbereit zu machen.

Die Verbindung der Unterdruckquelle zum Tintenabsaugrohr und der Kappe ist nicht auf die in Figur 11 gezeigte beschränkt, sondern es können auch Schaltventile im Luftabsaugrohr und dem Düsenabsaugrohr vorgesehen sein, so daß der Luftabsaugvorgang und der Düsenabsaugvorgang wahlweise durchgeführt werden könnne.

Erfindungsgemäß sind somit der Ventilmechanismus und das Entlüftungsloch, die mittels Unterdruck geöffnet werden, in der Luftschicht der Tintenkammer vorgesehen, und die Dichtungskappe für die Düse ist so angeordnet, daß der Luftabsaugvorgang zwangsläufig durchgeführt wird. Die austretende Tinte kann ohne weiteres mit Hilfe des Unterdruckpumpenmechanismus gehandhabt werden,und eine Luftschicht mit konstantem Volumen wird in einer kurzen Zeit sichergestellt, indem das Entlüftungsloch und die Düse auf einem richtigen Niveau angeordnet und die Höhenlage der Düse und des Entlüftungsloches eingestellt werden. Wenn die Unterdruckabsaugkappe an der Düse vorge-

sehen ist, wird der Tintenabsaugvorgang von der Düse beim Ansteigen des Tintenniveaus sichergestellt, indem das Filter arn Luftabsaug-Entlüfungsloch vorgesehen wird. Auf diese Weise werden ciio Abgabe-Erholungs-Eiqenschäften beständig gehalten, ·-;ie Einführung von Staubpartikeln von der Aussenseite des Aufzeichnungskopfes wird vermieden.

Der Ventilmechanisrnus, der durch Unterdruck geöffnet wird, ist in erfindungsgemäßer Weise in der Luftschicht der Tintenkammer des Aufzeichnungskopfes vorgesehen, so daß die Luftabsaugung durch die Kappe zusammen mit der Düse sichergestellt wird. Fehler in bezug auf das Abgabevermögen infolge von in der Düse vorhandenen Luftblasen werden vermieden, indem das Luftabsaugrohr durch das Schaltventil blockiert wird, so daß eine ausreichende Menge an Tinte von der Düse abgesaugt werden kann.

Die vom Luftabsaugrohr abgesaugte Tinte wird durch Unterdruck zur Unterdruckquelle bewegt, so daß eine Verunreinigung durch die ausgestoßene Tinte verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird somit ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf vorgeschlagen, der eine Düse zur Abgabe von Tinte und eine Tintenkammer zur Zuführung von Tinte zur Düse aufweist. Ein mittels Unterdruck betätigter Ventilmechanismus befindet sich in der Tintenkammer, in der eine Luftschicht erzeugt wird, wenn die Tinte der Tintenkammer zugeführt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Tintenstrahlaufzeichnungskopf, gekennzeichnet durch: Eine Düse (IA) zur Abgabe von Tinte; eine Tintenkammer zur Zuführung von Tinte zu der Düse (IA); und

einen Ventilmechanismus (10),der über Unterdruck betätigbar in der Kammer angeordnet ist, wobei in der Tintenkammer eine Luftschicht (7) erzeugt wird, wenn die Tinte in die Kammer geführt wird.

2. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (IA) durch eine Kappe (16) verschlossen und dann durch den Ventilmechanismus (10) über einen von einer Unterdruckquelle (15) gelieferten Unterdruck geöffnet wird.

3. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (17) in der Nähe des Ventilmechanismus (10) angeordnet ist.

4. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventjlmechanismus (10) und die Düse ClA) so ausgebildet sind, daß sie einen Absaugvorgang mittels Unterdruck bewirken können.

5. Tintenstra'nlaufZeichnungsvorrichtung, gekennzeichnet durch:

EinenTintenstrahlaufzeichnungskopf (1) mit einer Düse (IA) zur Abgabe von Tinte , einer Tintenkammer zur Zuführung der Tinte, zu der. Düse (IA) und einem Ventilmechanismus (10), der über in der Tintenkammer vorhandenen Unterdruck betätigbar ist, wobei die Tintenkammer eine Luftschicht (7) erzeugt, wenn die Tinte zugeführt wird; 15

einen Kappenmechanismus (18, 16) zum Schließen der Düse (IA); und

einen Luftabsaugverbindungsmechanismus (13), der zur Bereitstellung von Unterdruck an eine Unterdruckquelle (15, 22) angeschlossen ist, um ein Entlüftungsloch (IB, ID) zuschließen, das die Unterdruckquelle (15, 22) und die Tintenkammer über den Ventilmechanismus (10) verbindet.

6. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckquelle (22) an den Kappenmechanismus (18) angeschlossen ist.

7. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugbahn zwischen der Tintenkammer und der Unterdruckquelle (22) durch den Ventilmechanismus (10) und den Kappenmechanismus (18) umschaltbar ist.

8. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sin Abzugstintenspeicher an die Unterdruckquells(22)angeschlossen ist.

9. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kappenmechanismus (18) und der Luftabsaugverbindungsmechanismus als Einheit ausgebildet sind.