DE60117220T2

DE60117220T2 - Tintenstrahldruckkopf mit kapillarer strömungsreinigung

Info

Publication number: DE60117220T2
Application number: DE60117220T
Authority: DE
Inventors: c/o Eastman Kodak Company Ravi Rochester Sharma; c/o Eastman Kodak Company Gilbert A Rochester Hawkins
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: US20020085059A1; US6513903B2; DE60117220D1; EP1223035B1; EP1223035A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucker mit Selbstreinigungsfunktionen sowie einen Druckkopf zur Verwendung mit Druckern, die eine Reinigungsfunktion aufweisen.
Ein Tintenstrahldrucker erzeugt Bilder auf einem Empfangsmaterial, indem er bildweise Tintentröpfchen auf das Empfangsmaterial ausstößt. Die Vorteile der berührungslosen, leisen und energiesparenden Verwendung und des kostengünstigen Betriebs neben der Fähigkeit des Druckers, ein Empfangsmedium, wie beispielsweise Normalpapier zu bedrucken, begründen weitgehend die große Marktakzeptanz von Tintenstrahldruckern.
Es sind zahlreiche Arten von Tintenstrahldruckern entwickelt worden. Eine Bauform des Tintenstrahldruckers ist der "kontinuierliche" Tintenstrahldrucker. Kontinuierliche Tintenstrahldrucker erzeugen einen Strom von Tintentröpfchen während des Druckvorgangs. Dabei treffen bestimmte Tröpfchen auf ein Empfangsmedium auf, während andere Tröpfchen abgelenkt werden. Auf diese Weise kann der kontinuierliche Tintenstrahldrucker einen Strom von Tintentröpfchen kontrolliert auf das Empfangsmedium zur Ausbildung eines Bildes lenken. Eine Bauform eines kontinuierlichen Tintenstrahldruckers verwendet elektrostatische Ladungstunnel, die eng benachbart zum Strom der Tintentröpfchen angeordnet sind. Die gewählten Tröpfchen werden durch die Ladetunnel elektrostatisch geladen. Die geladenen Tröpfchen werden durch Ablenkplatten nach unten abgelenkt, zwischen denen eine vorbestimmte elektrische Potenzialdifferenz herrscht. Die geladenen Tröpfchen werden ggf. in eine Rinne abgelenkt, während die ungeladenen Tröpfchen ungehindert auf das Aufzeichnungsmedium auftreffen können.
Eine Bauform des Tintenstrahldruckers ist der "On-Demand"-Tintenstrahldrucker. "On-Demand"-Tintenstrahldrucker stoßen Tintentröpfchen nur dann aus, wenn ein Bild erzeugt werden soll. In einer Form eines „On-Demand"-Tintenstrahldruckers wird eine Vielzahl von Tintenstrahldüsen sowie ein Druckstellglied für jede Düse bereitgestellt. Die Druckstellglieder dienen dazu, die Tintenstrahltröpfchen zu erzeugen. Diesbezüglich ist eines von zwei Arten von Druckstellgliedern verwendbar: Wärmestellglieder und piezoelektrische Stellglieder. Bei Wärmestellgliedern ist ein Wärmeelement in der Tintenstrahldüse angeordnet, das die Tinte erwärmt. Dadurch verändert eine Tintenmenge ihren Zustand und wird zu einer Gasblase, wodurch der interne Tintendruck ausreichend hoch wird, so dass ein Tintentröpfchen auf das Aufzeichnungsmedium ausgestoßen wird.
Bei piezoelektrischen Stellgliedern wird für jede Düse ein piezoelektrisches Material bereitgestellt. Das piezoelektrische Material besitzt piezoelektrische Eigenschaften, so dass ein angelegtes elektrisches Feld eine mechanische Spannung in dem Material erzeugt. Einige natürlich vorkommende Materialien, die diese Eigenschaft besitzen, sind Quarz und Turmalin.
Die gängigsten piezoelektrischen Keramiken sind Bleizirconattitanat, Bariumtitanat, Bleititanat und Bleimetaniobat. Wenn diese Materialien in einem Tintenstrahldruckkopf verwendet werden, üben sie mechanischen Druck auf die Tinte in dem Druckkopf aus, wodurch ein Tintentröpfchen aus dem Druckkopf ausgestoßen wird.
Tinten für Hochgeschwindigkeitstintenstrahldrucker, gleichgültig, ob dies „kontinuierliche" oder „On-Demand"-Drucker sind, müssen eine Reihe von besonderen Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise sollten die Tinten ein Merkmal gegen Eintrocknen aufweisen, so dass das Eintrocknen der Tinte in der Tintenausstoßkammer derart verhindert oder verzögert wird, dass durch gelegentliches „Ausstoßen" von Tintentröpfchen die Hohlräume und entsprechenden Öffnungen offen bleiben.
An der Stelle, an der der Tintendruckvorgang erfolgt, ist der Tintenstrahldruckkopf der Umgebung ausgesetzt. Die zuvor erwähnten Öffnungen und Druckkopfflächen sind also vielen in der Luft vorhandenen Partikeln ausgesetzt. Partikelförmige Rückstände können sich auf der Druckkopffläche um die Öffnungen herum ansammeln und sich in den Öffnungen und Kammern selbst sammeln. Die Tinte kann sich mit diesen Partikelrückständen verbinden, so dass sich ein Grat bildet, der die Öffnung verschließt oder der die Oberflächenbenetzung derart verändert, dass eine einwandfreie Bildung eines Tintentröpfchens verhindert wird. Selbstverständlich sollten die Partikelrückstände von der Oberfläche und der Öffnung beseitigt werden, um die einwandfreie Tröpfchenbildung wieder herzustellen.
Reinigungseinrichtungen für Tintenstrahldruckköpfe sind bekannt. Eine Tintenstrahldruckkopf-Reinigungseinrichtung wird beschrieben in US-A-4,970,535 mit dem Titel "Ink Jet Print Head Face Cleaner", erteilt am 13. November 1990 an James C. Oswald. Das genannte Patent beschreibt eine Reinigungseinrichtung für eine Tintenstrahldruckkopffläche, die einen kontrollierten Luftweg durch ein Gehäuse bereitstellt, das gegen die Druckkopffläche ausgebildet ist. Luft wird durch einen Einlass in einen Hohlraum des Gehäuses geleitet. Die in den Hohlraum eintretende Luft wird an Tintenstrahlöffnungen an der Kopfseite vorbei- und aus einem Auslass herausgeführt. An dem Auslass ist eine Vakuumquelle angeschlossen, um in dem Hohlraum einen atmosphärischen Unterdruck zu erzeugen. Eine Sammelkammer und eine entnehmbare Lade sind unter dem Auslass angeordnet, um die Beseitigung der entnommenen Tinte zu ermöglichen. Die Verwendung erwärmter Luft ist jedoch kein sehr wirksames Mittel, um getrocknete Partikel von der Druckkopffläche zu entfernen. Die Verwendung erwärmter Luft kann zudem die empfindliche elektronische Schaltung beschädigen, die auf der Druckkopffläche vorhanden sein kann.
Reinigungssysteme, die eine Reinigungsflüssigkeit verwenden, wie beispielsweise einen Alkohol oder andere Lösungsmittel, haben sich als besonders wirksam erwiesen. Das ist darauf zurückzuführen, dass Reinigungsflüssigkeiten dazu beitragen, die Tinte und andere Verunreinigungen, die auf der Oberfläche des Druckkopfs eingetrocknet sind, zu lösen. Eine Möglichkeit zur Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung eines Druckkopfes wird als „Wet Wiping" (Nasswischen) bezeichnet. Beim "Wet Wiping" wird Reinigungsflüssigkeit auf den Druckkopf aufgebracht, und ein Wischer dient dazu, die Reinigungsflüssigkeit und Verunreinigungen vom Druckkopf zu entfernen. Beispiele für verschiedene Ausführungsformen des "Wet Wiping" werden in US-A-5,914,734 beschrieben. Jedes dieser Ausführungsbeispiele verwendet eine Reinigungsstation, um eine dosierte Menge an Reinigungsflüssigkeit auf den Druckkopf aufzutragen und Reinigungsflüssigkeit sowie Verunreinigungen vom Druckkopf abzuwischen. Wischer können allerdings die empfindliche elektronische Schaltung und die MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) beschädigen, die ggf. auf der Druckkopffläche vorhanden sind. Außerdem können die Wischer selbst Verunreinigungen auf der Oberfläche des Druckkopfes hinterlassen, die ggf. die Öffnungen verstopfen.
Es wird daher bevorzugt, die Oberfläche eines Druckkopfes durch Aufbringen einer Reinigungsflüssigkeit auf den Druckkopf zu reinigen, wobei die Reinigungsflüssigkeit dazu dient, den Druckkopf zu reinigen, um dann die Reinigungsflüssigkeit von dem Druckkopf ohne Kontakt mit dem Druckkopf zu beseitigen.
Eine Tintenstrahldruckkopf-Reinigungseinrichtung, die ein Lösungsmittel zur kontaktlosen Reinigung von Teilen des Druckkopfes verwendet, wird in der Parallelanmeldung US-A-4,600,928 von Braun et al beschrieben. Dieses Patent betrifft Reinigungskomponenten innerhalb eines Tintenstrahldruckkopfes der kontinuierlichen Bauart. In US-A-4,600,928 dient eine Öffnungsplatte zur Ausbildung von Tintentröpfchen. Diese Tintentröpfchen werden geladen und an einer Fangeinrichtung vorbeigeführt, die selektiv geladen ist, um bestimmte Tröpfchen anzuziehen. Die Tröpfchen, die an der Fangeinrichtung vorbeigelassen werden, können auf ein Medium auftreffen. Während des Reinigungsvorgangs wird ein Flüssigkeitsmeniskus aus Tinte statisch entlang einer Achse geführt, die sich allgemein lotrecht zur Öffnungsplatte erstreckt und einen Meniskus zwischen der Ladungsplatte, der Öffnungsplatte und/oder der Fangeinrichtung bildet. Dieser Meniskus wird per Ultraschall erregt, um die Öffnungsplatte zu reinigen und die Platte sowie die Fangeinrichtung zu laden. Die Tinte aus dem Meniskus wird dann in einen Sumpf ausgestoßen, der sich an der Reinigungsstation befindet.
In US-A-5,574,485 beschreiben Anderson et al. eine Reinigungsstation zur Reinigung eines Druckkopfes, indem ein Flüssigkeitswischer über die Öffnungen des Druckkopfes geführt wird. In US-A-5,574,485 umfasst die Reinigungsstation einen Reinigungsflüssigkeitsstrahl und zwei Vakuumöffnungen, die den Strahl flankieren. Während der Reinigung wird der Strahl in eine zum Druckkopf benachbarte Position gebracht. Der Strahl ist von dem Druckkopf um einen Abstand „t" getrennt. In US-A-5,574,485 ist „t" definiert als ca. 0,254 mm oder 254 um. Wenn der Strahl derart positioniert wird, bildet der Strahl eine Strömung aus einer Reinigungsflüssigkeit an dem Druckkopf. Eine Meniskusbrücke aus Reinigungsflüssigkeit wird zwischen dem Druckkopf und dem Strahl gebildet. US-A-5,574,485 beschreibt, dass der Druckkopf gereinigt wird, indem diese Meniskusbrücke über die Oberfläche des Druckkopfes geführt und mithilfe eines Ultraschallschwingers in Bewegung gebracht wird. Die Reinigungsflüssigkeit und darin eingeschlossene Verunreinigungen werden von der Oberfläche mithilfe der Vakuumabsaugung durch die Vakuumöffnungen entfernt.
US-A-4,600,928 beschreibt, dass ein Druckkopf kontaktlos mithilfe eines statischen Flüssigkeitsmeniskus gereinigt werden kann, während US-A-5,574,485 beschreibt, dass ein Druck kopf mithilfe eines Meniskus gereinigt werden kann, der über die Oberfläche eines Druckkopfes geführt wird.
EP-A-1 052 099 beschreibt einen selbstreinigenden Druckkopf, der einen Druckkopfkörper umfasst, der mit einer Tintenausstoßöffnung, einer Reinigungsöffnung und einer Ablauföffnung versehen ist, wobei eine Quelle einer Reinigungsflüssigkeit mit der Reinigungsöffnung verbunden ist und worin ein Flüssigkeitsrücklauf mit der Ablauföffnung verbunden ist. Ein Abdeckungselement ist gegenüber dem Öffnungsbereich positionierbar, um ein abgedichtetes Gehäuse zu bilden, das einen Hohlraum bildet, der derart bemessen ist, dass ein Flüssigkeitsstrom dadurch von der Reinigungsöffnung über die Tintenausstoßöffnung zur Ablauföffnung treten kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass es oft notwendig ist, mechanische Kräfte zur Beseitigung von Verunreinigungen aufzuwenden, die auf der Oberfläche eines Druckkopfes eingetrocknet sind oder die sich innerhalb einer Tintenausstoßöffnung befinden. Wenn eine Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung eines Druckkopfes in kontaktloser Weise verwendet wird, stammt die Kraft zur Beseitigung von Verunreinigungen auf dem Druckkopf und aus den Tintenausstoßöffnungen von dem Flüssigkeitsdruck, der in Form eines Stroms aus Reinigungsflüssigkeit angewandt wird. Nach dem Stand der Technik wird jedoch kein selbstreinigender Drucker oder ein selbstreinigender Druckkopf beschrieben, der einen unter Druck stehenden Strom aus Reinigungsflüssigkeit verwendet, um Kraft zur Beseitigung von Verunreinigungen auf dem Druckkopf anzuwenden.
Nach dem Stand der Technik wird auch kein kontaktloses Verfahren zur Umschließung eines unter Druck stehenden Stroms einer Reinigungsflüssigkeit innerhalb eines definierten Strömungsverlaufs während der Reinigung beschrieben. Es besteht somit Bedarf nach einem selbstreinigenden Drucker und einem selbstreinigenden Druckkopf, der einen unter Druck stehenden Strom einer Reinigungsflüssigkeit verwendet, um einen Druckkopf und auf dem Druckkopf ausgebildete Tintenausstoßöffnungen zu reinigen. Darüber hinaus besteht Bedarf nach einem selbstreinigenden Drucker und einem selbstreinigenden Druckkopf, der ein kontaktloses Verfahren zum Umschließen eines unter Druck stehenden Stroms einer Reinigungsflüssigkeit innerhalb eines definierten Strömungsverlaufs während der Reinigung bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstreinigenden Drucker mit einem Druckkopf, der eine mit Öffnungen versehene Platte aufweist, die eine Tintenausstoßöffnung, eine Reinigungsöffnung und eine Ablauföffnung bilden. Die Öffnungsplatte bildet zudem eine äußere Fläche zwischen den Öffnungen. Eine Quelle unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit steht mit der Reinigungsöffnung in Verbindung, und ein Flüssigkeitsrücklauf steht mit der Ablauföffnung in Verbindung. Ein bewegbares Reinigungselement ist zu der mit Öffnungen versehenen Platte benachbart und separat davon angeordnet, um eine Strömungsbahn für kapillare Flüssigkeit zwischen einer Reinigungsfläche des bewegbaren Reinigungselements und der äußeren Fläche der mit Öffnungen versehenen Platte von der Reinigungsöffnung über die Tintenausstoßöffnung bis hin zur Ablauföffnung zu bilden. Während der Reinigung leitet die Quelle unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit einen Strom einer Reinigungsflüssigkeit in die kapillare Strömungsbahn ab und unter Druck stehende Reinigungsflüssigkeit gelangt von der kapillaren Strömungsbahn durch die Ablauföffnung in den Flüssigkeitsrücklauf.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen selbstreinigenden Druckers, wobei der Drucker in einem Druckmodus betrieben wird,
2 das Ausführungsbeispiel aus 1, wobei der selbstreinigende Drucker in einem selbstreinigenden Modus betrieben wird,
3a eine vergrößerte Schnittansicht der Öffnungsplatte, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche,
3b eine Ansicht der unteren Fläche der Reinigungsfläche,
4 eine Schnittteilansicht des erfindungsgemäßen selbstreinigenden Druckkopfes, der sich in einem Druckmodus befindet, wobei das Flüssigkeitsströmungssystem detaillierter dargestellt ist,
5 eine Schnittteilansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckkopfes, der sich in einem Reinigungsmodus befindet, wobei die Reinigungsfläche von der Außenfläche des Druckkopfes getrennt ist und wobei das Flüssigkeitsströmungssystem detaillierter dargestellt ist,
6 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkopfes, wobei der Druckkopfkörper eine einzelne Struktur umfasst, die die Öffnungsplatte, die Tintenausstoßöffnung, die Reinigungsöffnung, die Ablauföffnung und die Flüssigkeitsströmungsbahn bildet,
7 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkopfes mit einem gemeinsamen Reinigungsflüssigkeitsreservoir, das mit der Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn und der Ablaufströmungsbahn in Verbindung steht,
8 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkopfes mit einem gemeinsamen Reinigungsflüssigkeitsreservoir, wobei die Tinte als Reinigungsflüssigkeit verwendet wird,
9a die Außenfläche des erfindungsgemäßen Druckkopfes und der Reinigungsfläche in einer Reinigungsposition,
9b eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckkopfes und der Reinigungsfläche,
10a die Außenfläche eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckkopfes und der Reinigungsfläche in einer Reinigungsposition,
10b eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckkopfes, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche,
11a die Außenfläche eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckkopfes und der Reinigungsfläche in einer Reinigungsposition,
11b eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckkopfes, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche,
12a die Außenfläche eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckkopfes und der Reinigungsfläche in einer Reinigungsposition,
12b eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Druckkopfes, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche,
13a die Außenfläche eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckkopfes und der Reinigungsfläche in einer Reinigungsposition,
13b eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Öffnungsplatte, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche,
13c eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Öffnungsplatte, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche mit wellenförmigen Flächen,
14a ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Darstellung der Außenfläche des Druckkopfes sowie ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsfläche in einer Reinigungsposition,
14b eine Schnittansicht der Außenfläche, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche mit einer musterförmigen Anordnung von Reinigungsflüssigkeitsöffnungen, Tintenausstoßöffnungen und Ablauföffnungen sowie einer musterförmigen Anordnung von kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahnen, die durch Vertiefungen in der unteren Fläche der Reinigungsfläche gebildet werden.
14c eine Schnittansicht der Außenfläche, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und eines weiteren Ausführungsbeispiels der Reinigungsfläche mit einer musterförmigen Anordnung kapillarer Flüssigkeitsströmungsbahnen, die durch hydrophile und hydrophobe Bereiche auf der unteren Fläche der Reinigungsfläche gebildet werden,
15a ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Darstellung der Außenfläche des Druckkopfes sowie ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsfläche in einer Reinigungsposition,
15b eine Schnittansicht der Außenfläche, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche mit einer gemusterten Anordnung von Reinigungsflüssigkeitsöffnungen, Tintenausstoßöffnungen und Ablauföffnungen sowie einer musterförmigen Anordnung von kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahnen, die durch die geometrische Anordnung der Reinigungsfläche gebildet werden,
16a weitere mögliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, wobei ein Array aus zehn Tintenausstoßöffnungen von einer Flüssigkeitsströmung durch eine einzelne Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn zwischen einer Reinigungsflüssigkeitsöffnung und einer Ablauföffnung gereinigt werden,
16b eine Schnittansicht der Außenfläche, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche mit einer gemusterten Anordnung von Reinigungsflüssigkeitsöffnungen, Tintenausstoßöffnungen und Ablauföffnungen sowie einer musterförmigen Anordnung von kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahnen, die durch die geometrische Anordnung der Reinigungsfläche gebildet werden,
16c ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Ablaufflüssigkeitskanal,
16d eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Öffnungsplatte, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche,
17a ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein Array aus zehn Tintenausstoßöffnungen von einer Flüssigkeitsströmung durch eine einzelne Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn zwischen einer Reinigungsflüssigkeitsöffnung und einer Ablauföffnung gereinigt wird,
17b eine Schnittansicht der Öffnungsplatte, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche mit einer musterförmigen Anordnung von Reinigungsflüssigkeitsöffnungen, Tintenausstoßöffnungen und Ablauföffnungen sowie einer kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn,
18a ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein Array aus Tintenausstoßöffnungen von einer Flüssigkeitsströmung durch eine Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn, die zwischen einer Reinigungsflüssigkeitsöffnung und einer in einer Vertiefung in der Außenfläche eingelassenen Ablauföffnung gebildet wird, gereinigt werden,
18b eine Schnittansicht der Öffnungsplatte, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche mit einer musterförmigen Anordnung von Reinigungsflüssigkeitsöffnungen, Tintenausstoßöffnungen und Ablauföffnungen sowie der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn,
19 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkopfes mit einem daran angebrachten Spritzschutz, einem Stellglied und einem optionalen Ultraschallwandler, und
20 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkopfes mit einem Spritzschutz, einem Stellglied und einem optionalen Ultraschallwandler, wobei der Druckkopf ein einzelnes Flüssigkeitsreservoir und ein Filter umfasst, Die vorliegende Beschreibung betrifft insbesondere Elemente, die einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden oder direkt damit zusammen wirken. Es sei darauf hingewiesen, dass nicht ausdrücklich gezeigte oder beschriebene Elemente verschiedene Formen annehmen können, die einschlägigen Fachleuten bekannt sind.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen selbstreinigenden Druckers 20. Der Drucker 20 druckt Bilder auf Bedruckstoffe oder Medien 34, bei denen es sich um ein Auflichtempfangselement (z.B. Papier) oder um ein Durchlichtempfangselement (z.B. Transparentfolie) handeln kann. Der Drucker 20 umfasst ein Gehäuse 21 mit einem Druckkopf 50, einem Medientransport 26 und einem Druckkopftransport 22.
Wie in 1 gezeigt, erfolgt der Y-Achsenversatz des Mediums 34 in Beziehung zum Druckkopf 50 über den Medientransport 26. Der Medientransport 26 kann eine beliebige Zahl bekannter Systeme umfassen, um die Medien 34 innerhalb eines Druckers 20 zu bewegen, unter anderem einen Motor 27, Antriebswalzen 28, eine (nicht gezeigte) motorisch angetriebene Druckauflage sowie weitere bekannte Systeme für Papier- und Medientransport. Ein Druckkopftransport 22 ist an dem Druckkopf 50 befestigt und verschiebt den Druckkopf 50 entlang einer X-Achse in Beziehung zu den Medien 34. Der Druckkopftransport 22 kann eine beliebige Zahl von Systemen umfassen, um den Druckkopf 50 in Beziehung zu Medien 34 zu bewegen, u.a. eine (nicht gezeigte) motorisch angetriebene Riemenanordnung sowie eine (nicht gezeigte) schneckengetriebene Anordnung.
Die Steuerung 24 steuert den Betrieb des Druckkopftransports 22 und des Medientransports 26 und kann dadurch den Druckkopf 50 zum Drucken an einer beliebigen X-Y-Koordinate in Beziehung zu den Medien 34 positionieren. Zu diesem Zweck kann die Steuerung 24 eine Steuerung des Modells „CompuMotor" von Parker Hannifin Incorporated, aus Rohrnert Park, Kalifornien, U.S.A., sein. Der Druckkopf 50 ist vorzugsweise in einem Gehäuse 21 angeordnet.
Der Druckkopf 50 umfasst einen Druckkopfkörper 52. Der Druckkopfkörper 52 kann eine Schachtel, ein Gehäuse, einen geschlossenen Rahmen oder eine andere durchgehende Fläche oder ein sonstiges starres Gehäuse umfassen, das eine Innenkammer 54 bildet. Ein Flüssigkeitsströmungssystem 100 ist zumindest teilweise innerhalb der Innenkammer 54 angeordnet. Der Druckkopfkörper 52 kann an dem Medientransport 26 befestigt sein, um mit dem Medientransport 26 bewegt zu werden. Der Medientransport 26 kann einen (nicht gezeigten) Halter bilden, der sich mit dem Medientransport 26 bewegt und derart ausgebildet ist, dass er den Druckkopfkörper 52 aufnimmt und hält. Wie zu erkennen, kann der Druckkopfkörper 52 in zahlreichen Formen und Größen ausgebildet sein, und die Form und Größe des Druckkopfkörpers 52 wird durch die räumlichen und funktionalen Anforderungen des Druckers 20 bestimmt, in den der Druckkopf 50 eingebaut werden soll.
Es wird eine mit Öffnungen versehene Platte 60 bereitgestellt. Die mit Öffnungen versehene Platte 60 kann aus einer Oberfläche auf dem Druckkopfkörper 52 ausgebildet sein. Alternativ hierzu und wie in dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, bildet der Druckkopfkörper 52 eine Öffnung 56, in der die mit Öffnungen versehene Platte 60 befestigt wird. Die mit Öffnungen versehene Platte 60 kann aus einem dünnen und flexiblen Material bestehen, wie beispielsweise aus Nickel. Bei Verwendung einer derartigen flexiblen, mit Öff nungen versehenen Platte 60 wird ein (nicht gezeigtes) Strukturelement zur Abstützung der mit Öffnungen versehenen Platte 60 benutzt. Alternativ hierzu kann die mit Öffnungen versehene Platte 60 aus einem starren Material hergestellt sein, wie Silicium, Polymer oder ähnlichem. Die mit Öffnungen versehene Platte 60 bildet eine flüssigkeitsumfassende Oberfläche 61 und eine äußere Fläche 68. Wenn die mit Öffnungen versehene Platte 60 in der Öffnung 56 befestigt ist, ist die äußere Fläche 68 zum Medium 34 gerichtet, während die flüssigkeitsumfassende Oberfläche 61 zur Innenkammer 54 gerichtet ist. Zwischen der flüssigkeitsumfassenden Oberfläche 61 und der äußeren Fläche 68 sind drei Durchgänge gebildet: ein Tintenstrahldurchgang 62, der eine Tintenausstoßöffnung 63 bildet, ein Reinigungsflüssigkeitsdurchgang 64, der eine Reinigungsöffnung 65 bildet, und ein Ablaufdurchgang 66, der eine Ablauföffnung 67 bildet.
Ein Flüssigkeitsströmungssystem 100 umfasst einen Vorrat unter Druck stehender Tinte 110, einen Vorrat unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit 130 und einen Flüssigkeitsrücklauf 150. Flüssigkeitsverbindungen sind zwischen dem Vorrat 110 und dem Tintenstrahldurchgang 62, zwischen dem Vorrat 130 und dem Reinigungsflüssigkeitsdurchgang 64 sowie zwischen dem Flüssigkeitsrücklauf 150 und dem Ablaufdurchgang 66 ausgebildet. Während des normalen Druckbetriebs bewirkt das Flüssigkeitsströmungssystem 100, dass kontrollierte Mengen der Tinte 114 zur Tintenausstoßöffnung 63 strömen und Tintentröpfchen 58 bilden. Bilder 32 werden auf dem Medium 34 durch Ablagerung von Tintentröpfchen 58 auf dem Medium 32 in bestimmten Konzentrationen an bestimmten X-Y-Koordinaten erzeugt.
Es wurde beobachtet, dass die äußere Fläche 68 während des Druckbetriebs durch Verunreinigungen 80 verschmutzt werden kann. Verunreinigungen 80 können beispielsweise ein öliger Film oder Partikel sein, die sich auf der äußeren Fläche 68 ablagern. Die Partikelteilchen können Partikel aus Schmutz, Staub, Metall und/oder Verkrustungen aus getrockneter Tinte oder ähnliches sein. Der ölige Film kann Fett oder ähnliches sein. In dieser Hinsicht können die Verunreinigungen 80 die Tintenausstoßöffnung 63 teilweise oder vollständig verschließen. Das Vorhandensein von Verunreinigungen 80 ist nicht wünschenswert, weil Tintentröpfchen 58 nicht aus der Tintenausstoßöffnung 63 austreten können, wenn diese durch Verunreinigungen 80 vollständig verschlossen ist. Wenn Verunreinigungen 80 die Tintenausstoßöffnung 63 teilweise verschließen, werden die Tintentröpfchen 58 möglicherweise an einer falschen oder nicht vorgesehenen X-Y-Koordinate des Mediums 32 abgelagert. Ein der artiger vollständiger oder teilweiser Verschluss der Tintenausstoßöffnung 63 führt zu unerwünschten Druckartefakten, wie „Streifenbildung", was äußerst störend ist. Das Vorhandensein von Verunreinigungen 80 kann die Flächenbenetzung beeinflussen und somit die einwandfreie Bildung von Tintentröpfchen 58 auf der äußeren Fläche 68 in Nähe der Tintenausstoßöffnung 63 behindern, was derartige Druckartefakte bewirkt. Es ist daher wünschenswert, Verunreinigungen 80 zu entfernen, um Druckartefakte zu vermeiden.
2 zeigt ein Diagramm des Druckers 20 in einem Betrieb zur Entfernung von Verunreinigungen 80 von der äußeren Fläche 68 und der Tintenausstoßöffnung 63. Wenn die Steuerung 24 eine Reinigungsoperation veranlasst, wird der Druckkopf 50 in einen Reinigungsbereich 40 bewegt, der entlang der X-Achse gebildet wird, aber von dem Druckbereich 30 getrennt ist. Eine Reinigungsfläche 41 und ein Stellglied 29 sind innerhalb des Reinigungsbereichs 40 angeordnet. Wie in 2 gezeigt, wird während des Reinigungsvorgangs das Stellglied 29 verwendet, um die Reinigungsfläche 41 in Nähe der äußeren Fläche 68 anzuordnen.
3a zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der Öffnungsplatte, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn und der Reinigungsfläche, und 3b zeigt eine Ansicht der unteren Fläche der Reinigungsfläche. Die Reinigungsfläche 41 umfasst eine untere Fläche 47, eine obere Fläche 51 sowie Seitenwände 49, die die untere Fläche 47 mit der oberen Fläche 51 verbinden. Die untere Fläche 47 und die Seitenwände 49 sind an einer Kante 45 miteinander verbunden. Die untere Fläche 47 bildet entlang der Kante 45 einen Umfang 44. Der Umfang 44 ist typischerweise 1 bis 10 μm breit. Zwar wird der Umfang 44 in 2 als mit der unteren Fläche 47 coplanar dargestellt, aber der Umfang 44 kann entweder über oder unter der unteren Fläche 47 angeordnet sein. Der Umfang 44 ist allgemein derart ausgebildet, dass er der Form der äußeren Fläche 68 entspricht, um eine nahezu konstante Beabstandung zwischen der unteren Fläche 47 und der äußeren Fläche 68 im Bereich des Umfangs 44 zu bilden.
Das Stellglied 29 dient dazu, die Reinigungsfläche 41 in Nähe der äußeren Fläche 68 derart zu positionieren, dass die untere Fläche 47 der äußeren Fläche 68 in einem Bereich der äußeren Fläche 68 gegenüber liegt, der mindestens eine Reinigungsöffnung 65 und eine Ablauföffnung 67 umfasst. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die untere Fläche 47 der äußeren Fläche 68 in einem Bereich gegenüber, der eine Reinigungsöffnung 65, eine Ablauföffnung 67 und eine Tintenausstoßöffnung 63 umfasst. Das Stellglied 29 transportiert die untere Fläche 47 allerdings nicht in Kontakt mit der äußeren Fläche 68. Stattdessen transportiert das Stellglied 29 die untere Fläche 47 in eine Position, die zur äußeren Fläche 68 benachbart und von dieser getrennt ist. Der Raum zwischen der unteren Fläche 47 und der äußeren Fläche 68 bildet eine kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48.
In der vorliegenden Erfindung positioniert ein Stellglied 29 einen Umfang 44 an einer Position, an der der Umfang 44 um eine Entfernung S von der äußeren Fläche 68 beabstandet ist. S liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 100 μm, um zu gewährleisten, dass die Reinigungsflüssigkeit 134 auf die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 beschränkt bleibt, auch wenn der Druck der Reinigungsflüssigkeit 134 in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 über dem atmosphärischen Druck liegt. Die Beabstandung S kann auf unterschiedlichem Wege zuverlässig hergestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel wirkt eine (nicht gezeigte) hochgenaue mechanische Positionierungsstruktur mit dem Stellglied 29 zusammen, um die äußere Fläche 68 und den Umfang 44 derart zu führen, dass die Beabstandung S entsteht. Eine derartige Struktur kann mithilfe von Fertigungstechnologien, wie der Mikrobearbeitung (Micro-Machining) hergestellt werden, wie in der MST-Technik (Micro-Systems Technology) bekannt ist.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel wirken ein oder mehrere (nicht gezeigte) Sensoren mit dem Stellglied 29 zusammen, um den Umfang 44 im Abstand S zur äußeren Fläche 68 zu positionieren. In diesem Ausführungsbeispiel stellt der Sensor ein Signal bereit, dass die Position des Umfangs 44 relativ zur äußeren Fläche 68 an einer oder mehreren Stellen um den Umfang 44 anzeigt, und das Stellglied 29 wird derart betrieben, dass es den Umfang 44 auf eine Position bewegt, die von der äußeren Fläche 68 entfernt ist. Diesbezüglich kann das Stellglied 29 aus mikrogefertigten Stellgliedstrukturen gebildet werden, wie in der MST-Technik bekannt ist. Das Stellglied 29 kann zudem ein piezoelektrisches Stellglied sein.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität zwischen dem Umfang 44 und der äußeren Fläche 68 gemessen und als Maß des Abstands S verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kapazität zwischen dem Umfang 44 und der äußeren Fläche 68 gemessen. Die Steuerung 24 ermittelt die Nähe des Umfangs 44 zur äußeren Fläche 68 als Funktion deren Kapazität. Die Steuerung 24 betreibt dann das Stellglied 29 derart, dass die Position der Reinigungsfläche 41 modifiziert wird, um den Abstand S zwischen dem Umfang 44 und der äußeren Fläche 68 beizubehalten. In einem Ausführungsbeispiel ist der Umfang 44 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, und die Kapazität zwischen dem elektrisch leitenden Material des Umfangs 44 und der äußeren Fläche 68 wird gemessen. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind ein oder mehrere (nicht gezeigte) Kapazitätssensoren auf dem Umfang 44 angeordnet. Diese Sensoren können mithilfe mikrogefertigter Sensorstrukturen gebildet werden, die in der MST-Technik bekannt sind. Selbstverständlich kann der Abstand S zwischen dem Umfang 44 und der äußeren Fläche 68 auch mit akustischen Verzögerungssensoren oder mit optischen Sensoren gemessen werden. Diese Sensoren lassen sich ebenfalls mithilfe bekannter Mikrofertigungstechniken herstellen.
Selbstverständlich können auch andere in der Technik der Steuerungssysteme bekannte Steuerungen vorgesehen werden, um das Stellglied 29 so anzusteuern, dass der Abstand S abhängig von Signalen, die von einem Sensor empfangen werden, gewahrt bleibt. Derartige Steuerungen können unabhängig von der Steuerung 24 arbeiten. Diese Steuerungen können aber auch in Zusammenarbeit mit der Steuerung 24 arbeiten.
Nachdem der Umfang 44 der Reinigungsfläche 41 in einem gewünschten Abstand S zur äußeren Fläche 68 angeordnet worden ist, wird ein unter Druck stehender Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 aus der Reinigungsöffnung 65 ausgestoßen und tritt in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 ein. Die Reinigungsflüssigkeit 134 kann eine geeignete flüssige Lösungsmittelzusammensetzung sein, wie beispielsweise Wasser, Isopropanol, Diethylenglycol, Diethylenglycolmonobutylether, Octan, Säuren und Basen, grenzflächenaktive Lösungen sowie Kombinationen daraus. Komplexe flüssige Zusammensetzungen sind ebenfalls verwendbar, beispielsweise Mikroemulsionen, micellare, grenzflächenaktive Lösungen, Vesikel sowie in der Flüssigkeit dispergierte feste Teilchen. In bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann Tinte als Reinigungsflüssigkeit verwendet werden. Wenn sich der unter Druck stehende Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 zur äußeren Fläche 68 ausdehnt, nähert er sich der unteren Fläche 47 der Reinigungsfläche 41. An diesem Punkt bewirkt die kapillare Anziehung, dass die Reinigungsflüssigkeit 134 eine Brücke zwischen der Reinigungsfläche 41 und der äußeren Fläche 68 bildet. Wenn sich die Strömung fortsetzt, dehnt sich das Volumen der Texte oder Grafiken 129 zwischen der unteren Fläche 47 und der äußeren Fläche 68 aus, bis es die Kanten 45 der Reinigungsfläche 41 erreicht.
Ein Meniskus 126 aus Reinigungsflüssigkeit 134 bildet sich zwischen der äußeren Fläche 68 und der Reinigungsfläche 41 an der Kante 45. Der Meniskus 126 bildet eine strömungsmechanische Dichtung, die verhindert, dass der unter Druck stehende Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 aus der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 austritt. Um den unter Druck stehenden Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 innerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 zu halten, muss der Meniskus 126 stabil sein, auch wenn der Druck der Reinigungsflüssigkeit in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 nicht dem atmosphärischen Druck entspricht. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Druck der Reinigungsflüssigkeit 134 in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 größer als der atmosphärische Druck außerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 ist. Dies kann auch beispielsweise der Fall sein, wenn der unter Druck stehende Strom 128 in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 kleiner als der atmosphärische Druck ist.
Diesbezüglich ist der maximale Flüssigkeitsdruck, der in einer kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 der vorliegenden Erfindung gehalten werden kann, eine Funktion des Abstands S zwischen dem Umfang 44 und der äußeren Fläche 68. Der maximale Druck, der um den Umfang 44 der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 gehalten werden kann, ist folgendermaßen definiert: DeltaP < 2·Gamma/Swobei Delta P für den Maximaldruck in der Reinigungsflüssigkeit um den Umfang 44 in Bezug auf den atmosphärischen Druck steht und Gamma für die Oberflächenspannung der Reinigungsflüssigkeit 134 steht. Diese Beziehung ist in der Technik der Kapillarmechanik bekannt. Daraus lässt sich ableiten, dass der Maximaldruck, der in einer bestimmten kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 gehalten werden kann, invers proportional zu S ist. Daher ist der Abstand S erfindungsgemäß sehr klein, vorzugsweise 0,1 bis 100 μm, um zu ermöglichen, dass die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 Flüssigkeit bei relativ hohen Drücken halten kann.
Wenn der Druck in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 nahezu konstant ist, wie dies der Fall ist, wenn nur eine geringe Strömung an Reinigungsflüssigkeit aus der Reinigungsöffnung zur Ablauföffnung vorliegt, muss der Maximaldruck in der Flüssigkeitsströmungsbahn kleiner als Gamma/S sein, wobei S der größte Abstand zwischen dem Umfang 44 und der äußeren Fläche 68 ist. Wenn der Druck diesen Wert überschreitet, und wenn die Ablauföffnung 67 im Wesentlichen innerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 gebildet wird, wird der Meniskus 126 instabil, so dass Reinigungsflüssigkeit 134 aus der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 austreten kann.
Zur Erhöhung der Stabilität des Meniskus 126 ist die äußere Fläche 68 vorzugsweise in dem Bereich der äußeren Fläche 68 hydrophil, der in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 integriert ist. Die Stabilität des Meniskus 126 kann zudem dort weiter erhöht werden, wo die äußere Fläche 68 in den Bereichen hydrophob ist, die außerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 liegen.
Die Reinigungsfläche 41 kann aus einer Vielzahl von Materialien gebildet werden. Es ist aber allgemein wünschenswert, dass die Reinigungsflüssigkeit an der unteren Fläche 47 der Reinigungsfläche 41 angezogen wird, während sie von den Seitenwänden 49 und der oberen Fläche 51 der Reinigungsfläche 41 abgestoßen wird. Wenn beispielsweise eine wässrige Reinigungsflüssigkeit 134 verwendet wird, kann die Reinigungsfläche 41 mithilfe hydrophiler und hydrophober Oberflächen gebildet werden, die die Stabilität des Meniskus 126 verbessern. Diesbezüglich ist die untere Fläche 47 der in 3 gezeigten Reinigungsfläche 41 hydrophil, während die Seitenwände 49 und die obere Fläche 51 der Reinigungsfläche hydrophob sind, so dass die Reinigungsflüssigkeit 134 nicht dazu neigt, sich zu den Seitenwänden 49 oder zur Reinigungsfläche 41 auszudehnen. Vorzugsweise sind die untere Fläche 47 und die Seitenwände 49 der Reinigungsfläche 41 in rechten Winkeln angeordnet und weisen scharfe Ecken mit einem Krümmungsradius im Bereich von 0,1 μm auf, um den Meniskus 126 in einer stabilen Position zu halten, was verhindert, dass er sich von dem Umfang 44 wegbewegt, wie in der kapillaren Strömungstechnik bekannt ist.
Nach seiner Bildung ist der Meniskus 126 ausreichend stabil, um die Integrität der Dichtung auch dann zu wahren, wenn in Bezug zum atmosphärischen Druck ein negativer Druck in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 gebildet wird. Dies ist möglich, weil der Meniskus 126 nach Fixierung an der Kante 45 der Reinigungsfläche 41 eine Druckdifferenz benötigt, um von der Kante 45 der Reinigungsfläche weggezogen werden zu können. Die Größenordnung dieser Druckdifferenz ist durch die zuvor besprochene Druckgleichung bestimmt. Der Meniskus 126 ist somit stabil und bildet eine wirksame Dichtung für die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 über einen Bereich positiver und negativer Flüssigkeitsdrücke. Das Maß, in dem dieser Bereich von dem atmosphärischen Druck abweichen kann, ist unter der zuvor beschriebenen Gleichung als eine Funktion der Oberflächenspannung der Reinigungsflüssigkeit 134 und S bestimmt. Wichtig ist, dass der Druck invers proportional zur Größenordnung von S ist, so dass der Druck in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 wesentlich über den atmosphärischen Druck erhöht oder unter den atmosphärischen Druck gesenkt werden kann, wenn S minimiert wird.
Über den Bereich der Drücke ändert sich die Form der strömungsmechanischen Dichtung, jedoch nicht die Kontaktlinien zwischen dem Meniskus 126 und dem Umfang 44. Die genaue Form, Größe und die Druckverteilung der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 sind somit bekannt und können durch Steuerung der Drücke der Reinigungsflüssigkeit 124 in der Flüssigkeitsströmungsbahn 136 und der Ablaufflüssigkeitsbahn 156 genau gesteuert werden. Dies lässt sich beispielsweise erreichen, indem man den Druck in dem Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132 und in dem Ablaufreservoir 152 steuert, oder indem man den Betrieb der Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 und der Ablaufpumpe 158 steuert. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn nur eine einzelne Ablauföffnung 67 vorhanden ist und sich in dem Umfang 44 befindet. In einem derartigen Ausführungsbeispiel bleibt der Meniskus 126 trotz Änderungen in der Druckverteilung innerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 stabil, die dazu dienen, die Strömungsgeschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit 134 auszugleichen, die in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 eintritt, sowie die Geschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit 134, die die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 über die Ablaufflüssigkeitsbahn 156 verlässt.
Der Meniskus 126 ist zudem verwendbar, um den Druckkopf während der Reinigung in einer Reihe von Winkeln anzuordnen. Dieser Winkelbereich umfasst Winkel von bis zu 90 Grad in Bezug zum Winkel der Schwerkraft, die auf den Druckkopf wirkt. Dies ist möglich, weil der Gravitationsdruckabfall über einen 2,54 cm langen Druckkopf, der vertikal ausgerichtet ist, nur ca. 1/400 einer Atmosphäre (0,002533125 bar) beträgt. Im Vergleich dazu ist die Drucktoleranz eines Meniskus 126, bei beispielsweise einem Wert S von 7 μm, 1/10 einer Atmosphäre (0,101325 bar) für eine typische Reinigungsflüssigkeit.
Wie zuvor beschrieben, ist die mechanische Kraft verwendbar, um Verunreinigungen 80 von der äußeren Fläche 68 und der Tintenausstoßöffnung 63 physisch zu entfernen. In der vorliegenden Erfindung wird diese mechanische Kraft durch einen unter Druck stehenden Strom 128 einer Reinigungsflüssigkeit 134 innerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 bereitgestellt. Der unter Druck stehende Strom 128 wird durch einen Druckgradienten zwischen der Reinigungsöffnung 65 und der Ablauföffnung 67 erzeugt. In einem derartigen Druckgradienten wird der Flüssigkeitsdruck an der Reinigungsöffnung 65 in einer Höhe bereitgestellt, die größer als der Flüssigkeitsdruck an der Ablauföffnung 67 ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der Druckgradient relativ ist, und dass ein unter Druck stehender Strom 128 einer Reinigungsflüssigkeit 134 sogar dann erzeugt werden kann, wenn der Flüssigkeitsdruck der Reinigungsflüssigkeit 134 an der Ablauföffnung 67 positiv ist. Demnach ist auch klar, dass ein derartiger Druckgradient ohne Anlegen eines Vakuums an die Ablauföffnung 67 erzielbar ist.
Die Reinigungsfähigkeit des unter Druck stehenden Stroms 128 von Reinigungsflüssigkeit 134 lässt sich durch Verwendung eines optionalen Ultraschallwandlers 46 verbessern, wie in 2 gezeigt. Dieser Ultraschallwandler 46 wird an der Reinigungsfläche 41 befestigt und dient dazu, den unter Druck stehenden Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 per Ultraschall zu erregen, während dieser durch die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 strömt. Die Ultraschallerregung trägt dazu bei, Verunreinigungen 80 von der äußeren Fläche 68 und den Tintenausstoßöffnungen 63 zu lösen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Stellglied 29 betreibbar, um die Reinigungsfläche 41 in Schwingung zu versetzen und den unter Druck stehenden Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 zu erregen. Das Stellglied 29 kann bei Ultraschall oder anderen Frequenzen betrieben werden, um den unter Druck stehenden Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 zu erregen.
Es sei darauf hingewiesen, dass es unter Verwendung der erfindungsgemäßen kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 möglich ist, mit großer Genauigkeit die Bereiche der äußeren Fläche 68 zu definieren, die gereinigt werden sollen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich der unter Druck stehende Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 ausbreitet, um die gesamte kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 während der Reinigung auszufüllen. Die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 ist also nur in den Bereichen der Öffnungsplatte vorhanden, die innerhalb des Umfangs 44 der Reinigungsfläche 41 liegen. Die Größe, Form und Richtung der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 ist somit durch die geometrischen Eigenschaften des Umfangs 44 der unteren Fläche 47 bestimmt. Daher kann man einer kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn ein sehr komplexes Muster verleihen, indem man die Form des Umfangs 44 der unteren Fläche 47 einfach modifiziert. Diesbezüglich kann der Umfang 44 der unteren Fläche 47 so definiert werden, dass er eine Vielzahl von Strukturen bereitstellt, um den unter Druck stehenden Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 von einer Reinigungsöffnung zu einer Ablauföffnung 67 zu steuern.
Die Größe, Form und Richtung der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 kann somit durch andere Eigenschaften der unteren Fläche 47 bestimmt werden. Beispielsweise können die Bereiche der unteren Fläche 47 und der äußeren Fläche 68 innerhalb des Umfangs 44 definiert werden, die hydrophile Eigenschaften und die hydrophobe Eigenschaften aufweisen. Diese Eigenschaften können auch dazu dienen, die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 zu bestimmen.
Selbstverständlich können diese Merkmale miteinander kombiniert werden, um eine sehr genaue Steuerung des Stroms 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 über die äußere Fläche 68 zu ermöglichen. Nachfolgend wird eine Reihe konkreter Ausführungsbeispiele detaillierter beschrieben.
Obwohl die Reinigungsfläche 41 in 2 so dargestellt wird, dass sie in einem Reinigungsbereich 40 angeordnet ist, kann die Reinigungsfläche 41 auch an jeder anderen Position entlang der X-Achse des Verfahrwegs des Druckkopfes 50 angeordnet werden. Wie nachfolgend detaillierter gezeigt wird, können sich die Reinigungsfläche 41 und das Stellglied 29 mit dem Druckkopf 50 bewegen, um die Gesamtgröße des Druckers 20 zu reduzieren und die Zeit zu minimieren, die erforderlich ist, um den Druckkopf 50 in den Reinigungsbereich zu verfahren.
4 zeigt eine Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen selbstreinigenden Druckkopfes 50 mit einem Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsströmungssystems 100 in detaillierterer Darstellung. Wie in 4 gezeigt und hierin beschrieben, ist das Flüssigkeitsströmungssystem 100 in dem Druckkopf 50 enthalten. Selbstverständlich können Elemente des Flüssigkeitsströmungssystems 100 durch Strukturen bereitgestellt werden, die außerhalb des Druckkopfes 50 angeordnet sind, und die Reinigungsflüssigkeit 134 sowie die Tinte 114 können mithilfe (nicht gezeigter) Schläuche oder anderer derartiger Elemente zum Druckkopf hin- und von diesem weggeführt werden. Der Druckkopf 50 umfasst einen Druckkopfkörper 52, der eine Innenkammer 54 mit einem offenen Ende 56 bildet. Wie zuvor beschrieben, kann der Druckkopf 50 zudem in dem offenen Ende 56 eine mit Öffnungen versehene Platte 60 umfassen.
In dem Ausführungsbeispiel aus 4 ist die unter Druck stehende Tintenquelle 110 in der Innenkammer 54 enthalten und umfasst ein Reservoir 112 mit Tinte 114, eine Tintenpumpe 118 sowie ein Tintenventil 120. Eine Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116a verbindet das Reservoir 112 mit der Tintenpumpe 118. Die Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116c verbindet das Tintenventil 120 mit der Tintenstrahlöffnung 62. Während des Druckbetriebs wird Tinte 114 mithilfe der Tintenpumpe 118 aus dem Reservoir 112 gesaugt. Die unter Druck stehende Tinte 114 aus der Tintenpumpe 118 wird über die Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116b zum Tintenventil 120 transportiert. Während des Druckbetriebs wird das Tintenventil 120 in offener Stellung gehalten, wodurch die Tinte 114 durch das Tintenventil 120 treten kann. Um das Medium 32 auf das Medium 34 zu drucken, werden Tintentröpfchen 58 aus der Tintenstrahlöffnung 62 in Richtung des Mediums 28 ausgestoßen, so dass die Tintentröpfchen 58 vom Medium 34 abgefangen werden.
Um Tintentröpfchen 58 zu erzeugen, wird mindestens ein Segment der Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116, beispielsweise Segment 116c, aus einem piezoelektrischen Material gebildet, wie Bleizirkoniumtitanat (PZT). Ein derartiges piezoelektrisches Material spricht mechanisch auf elektrische Reize derart an, dass sich die Seitenwände 124 simultan nach innen verformen, wenn sie elektrisch stimuliert werden. Wenn sich die Seitenwände 124 simultan nach innen verformen, nimmt das Volumen der Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116c ab, so dass die Tintentröpfchen 58 aus der Tintenausstoßöffnung 63 gestoßen werden. Die Tintentröpfchen 58 werden vorzugsweise entlang einer zur Tintenausstoßöffnung 63 lotrechten Achse ausgestoßen.
Die unter Druck stehende Quelle der Reinigungsflüssigkeit 130 umfasst ein Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132 mit einem Vorrat an Reinigungsflüssigkeit 134, einer Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 und einem Reinigungsflüssigkeitsventil 140. Das Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132 und die Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 sind über die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136a verbunden. Die Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 und das Reinigungs flüssigkeitsventil 140 sind über die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136b verbunden. Das Reinigungsflüssigkeitsventil 140 ist wiederum mit dem Reinigungsflüssigkeitsdurchgang 64 über die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136c verbunden.
Der Flüssigkeitsrücklauf 150 umfasst das Ablaufreservoir 152, welches Reinigungsflüssigkeit 132 und Verunreinigungen 80 enthält, eine Ablaufpumpe 158 und ein Reinigungsflüssigkeitsventil 160. Das Ablaufreservoir 152 und die Ablaufpumpe 158 sind über die Ablaufflüssigkeitsströmungsbahn 156a verbunden. Die Ablaufpumpe 158 und das Ablaufflüssigkeitsventil sind über die Ablaufflüssigkeitsströmungsbahn 156b verbunden. Das Ablaufflüssigkeitsventil 160 ist wiederum mit Ablaufdurchgang 66 über die Ablaufflüssigkeitsströmungsbahn 156c verbunden. Während des Druckbetriebs sind das Reinigungsflüssigkeitsventil 140 und das Ablaufflüssigkeitsventil 160 geschlossen.
5 zeigt den erfindungsgemäßen Druckkopf 50 in einer Teilschnittansicht während eines Selbstreinigungsvorgangs. Während des Reinigungsvorgangs wird die Reinigungsfläche 41 von dem Stellglied 29 in eine Position verfahren, die zur äußeren Fläche 68 benachbart, aber von dieser getrennt ist. Dadurch wird eine kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 gebildet, die sich über einen Teil der äußeren Fläche 68 erstreckt und die Reinigungsöffnung 65, die Tintenausstoßöffnung 63 und die Ablauföffnung 67 umschließt.
Wenn die Reinigungsfläche 41 so positioniert ist, wird die Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 aktiviert. Dadurch wird Reinigungsflüssigkeit 134 aus dem Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132 gesogen. Die Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 setzt die Reinigungsflüssigkeit 134 unter Druck, um einen unter Druck stehenden Strom 128 von Reinigungsflüssigkeit 134 in der Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136b zu erzeugen. Das Reinigungsflüssigkeitsventil 140 wird geöffnet, wodurch die unter Druck stehende Reinigungsflüssigkeit in die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136c und in den Reinigungsflüssigkeitsdurchgang 64 tritt. Dieser unter Druck stehende Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 entlädt sich aus der Reinigungsöffnung 65 in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48. Der Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 tritt dann in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 ein. Der Reinigungsflüssigkeitsdruck an der Ablauföffnung 67 wird auf einem Niveau gehalten, das niedriger als der Flüssigkeitsdruck an der Reinigungsöffnung 65 ist. Dadurch strömt Reinigungsflüssigkeit aus der Reinigungsöffnung 65 durch die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 in die Ablauföffnung 67.
In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel reduziert die Ablaufpumpe 158 den Druck an der Ablauföffnung 67 auf ein Niveau, das niedriger als das des Drucks an der Reinigungsflüssigkeitsöffnung ist. Die Ablaufpumpe 158 entfernt die Reinigungsflüssigkeit 134, die Tinte 114 und die Verunreinigungen 80 aus der Ablauföffnung 67 über die Ablaufflüssigkeitsströmungsbahn 156a in das Ablaufreservoir 152.
Nach einem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Strömung 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 durch die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 so definiert, dass die Strömung 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 in den Tintenstrahldurchgang 62 eintritt, um Tinte 114 oder Verunreinigungen 80 aus dem Tintenstrahldurchgang 62, der Tintenausstoßöffnung 63 oder der Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116(b) oder 116(c) zu entfernen. Diesbezüglich kann der Druck der Tintenausstoßöffnung 63 abgesenkt werden, um Reinigungsflüssigkeit 134 in die Tintenausstoßöffnung 63 zu saugen. Dies kann durch Einwirken der piezoelektrischen Seitenwände 124 auf die Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116b erfolgen oder durch eine (nicht gezeigte) optionale zweite Reinigungsflüssigkeitspumpe, die mit der Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116(b) oder 116(c) verbunden ist.
Auch lässt sich dies erreichen, indem man den Druck der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 so bestimmt, dass Reinigungsflüssigkeit 134 in die Tintenausstoßöffnung 63 eintritt und aus dieser austritt, um Verunreinigungen 80 zu entfernen. In einem derartigen Ausführungsbeispiel ist der Druck an der Tintenausstoßöffnung 63 so bestimmt, dass er niedriger als das Druckdifferenzial zwischen der Reinigungsöffnung 65 und der Ablauföffnung 67 ist. Dadurch strömt Reinigungsflüssigkeit 134 in die Tintenausstoßöffnung 63. Durch Modulation der Größe des Druckdifferenzials zwischen der Reinigungsöffnung 65 und der Ablauföffnung 67 kann die Reinigungsflüssigkeit 134 während des Reinigungsvorgangs in die Tintenausstoßöffnung 63 und aus dieser heraus bewegt werden. In einem derartigen Ausführungsbeispiel muss der Abstand S jedoch kleiner oder gleich dem Durchmesser der Tintenausstoßöffnung 63 sein, und die Ansaugkraft der Ablauföffnung 67 darf nicht größer als 2·Gamma/S sein.
5 zeigt das Tintenventil 120 in geschlossener Stellung, so dass der Strom der Tinte 114 während des Reinigungsvorgangs gesperrt ist. Ein Strom von Tinte 114 kann selbstverständlich auch gleichzeitig mit dem Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 anliegen, um eine Reinigung der Tintenausstoßöffnung 63 und des Tintenstrahldurchgangs 62 zu ermöglichen. Auf diese Weise ist es nicht notwendig, dass Reinigungsflüssigkeit in die Tintenausstoßöffnung 63 strömt.
6 zeigt den erfindungsgemäßen Druckkopf 50, worin der Druckkopfkörper 52 eine einzelne Struktur umfasst, die die mit Öffnungen versehene Platte 60, die Flüssigkeitsführungen 70 und Teile des Flüssigkeitsströmungssystems 100 zeigt, beispielsweise, aber nicht abschließend, das Reservoir 112, die Tintenflüssigkeitsströmungsbahn 116a, 116b und 116c, das Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132, die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136 und die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136a, 136b und 136c, das Ablaufreservoir 152, die Ablaufflüssigkeitsströmungsbahn 156a, 156b und 156c sowie die Durchgänge 62, 64, 66 und die Öffnungen 63, 65 und 67.
Selbstverständlich können in den Ausführungsbeispielen aus 3, 4 und 5 das Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132 und das Tintenreservoir unter Druck gesetzt werden, wodurch eine Tintenpumpe 118 und eine Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 entfallen können.
In bestimmten Ausführungsbeispielen können die Ventile 120, 130, 160 sowie die Pumpen 138, 118 und 158 als integrale Bestandteile des Druckkopfkörpers 52 ausgebildet sein. Der Druckkopfkörper 52 kann zumindest teilweise aus piezoelektrischen Materialien ausgebildet sein, um Tinten- oder Flüssigkeitsausstoßpumpen 118, 138 und 158 sowie Ventile 120, 130 und 160 zu bilden. Eine zuvor beschriebene, mit Öffnungen versehene Platte 60 kann einstöckig aus dem Druckkopfkörper 52 ausgebildet sein, oder der Druckkopfkörper 52 kann alternativ hierzu einen Bereich 57 bilden, der in die mit Öffnungen versehene Platte 60 eingreift. Strömungsmechanische Verbindungen werden zwischen der Quelle der unter Druck stehenden Tinte 110 und der Tintenausstoßöffnung 63, zwischen Quelle unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit 130 und der Reinigungsöffnung und zwischen dem Flüssigkeitsrücklauf 150 und der Ablauföffnung 67 gebildet.
In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Quelle der unter Druck stehenden Tinte 110, die Quelle unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit 130 und der Flüssigkeitsrücklauf 150 mit den gleichen strukturellen Elementen wie in 4 dargestellt. Selbstverständlich sind aber auch andere Strukturen verwendbar und können einstückig in dem Druckkopfkörper 52 ausgebildet sein.
7 zeigt eine Teilschnittansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckkopfes 50, worin das Flüssigkeitsströmungssystem 100 die Reinigungsflüssigkeit 134 umwälzt und filtert. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein einziges Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132 vorgesehen. Das Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132 ist mit einer Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136a verbunden, die an eine Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 angeschlossen ist. Die Reinigungsflüssigkeitspumpe 138 und das Reinigungsflüssigkeitsventil 140 sind über die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136b verbunden. Das Reinigungsflüssigkeitsventil 140 ist wiederum mit dem Reinigungsflüssigkeitsdurchgang 64 über die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136c verbunden. Während des Reinigungsvorgangs wird ein Strom 128 aus Reinigungsflüssigkeit 134 aus der Reinigungsöffnung 65 in der zuvor beschriebenen Weise erzeugt.
In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel tritt der unter Druck stehende Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 über die äußere Fläche 68 und durch den Tintenstrahldurchgang 62, reinigt die äußere Fläche 68 und den Tintenstrahldurchgang 62 von Verunreinigungen 80 und tritt in die Ablauföffnung 67 ein. In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel werden Reinigungsflüssigkeit 134 und Verunreinigungen 80 aus der Ablauföffnung 67 gepumpt, durch ein Filter 166 geführt und in das Reinigungsflüssigkeitsreservoir 132 geleitet, während die Verunreinigungen 80 zurückgehalten werden. 6 zeigt zudem einen Ultraschallwandler 144, der mit der Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136c verbunden ist. Der Ultraschallwandler 144 erregt die Strömung 128 der Reinigungsflüssigkeit 134, um die Reinigungsfunktion des Stroms 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 zu verbessern.
Wie in 8 gezeigt, kann Tinte 114 als Reinigungsflüssigkeit verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel liefert das Tintenreservoir 112 Flüssigkeit zur Tintenpumpe 118 und zur Reinigungsflüssigkeitspumpe 138. Die Tinte 114 wird sowohl zum Reinigen als auch zum Drucken verwendet. In dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde die zum Reinigen verwendete Tinte 114 von dem Filter 166 gefiltert und in das Tintenreservoir 112 zurückgeleitet. In einem anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel wird die Tinte 114 als eine Reinigungsflüssigkeit 134 verwendet und die Tintenausstoßöffnung 63 kann zum Ausstoßen eines Stroms 128 von Reinigungsflüssigkeit 134 in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 verwendet werden. In einem derartigen Ausführungsbeispiel sind die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 136, die Reinigungsflüssigkeitspumpe 138, das Reinigungsflüssigkeits ventil 140 und die Reinigungsöffnung 65 optional. Selbstverständlich kann die Tinte 112 in Bezug auf beliebige hier beschriebene Ausführungsbeispiele als Reinigungsflüssigkeit 134 dienen.
In der Praxis kann die Anordnung der Reinigungsöffnung 65, der Ablauföffnung 67, der Reinigungsfläche 41 und der Tintenausstoßöffnung 63 komplex oder einfach sein, wie erforderlich, um eine kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 zu bilden, die sich von der Reinigungsöffnung 65 über die Tintenausstoßöffnung 63 und über die äußere Fläche 68 erstreckt, um Tinte 114 und Verunreinigungen 80 wirksam von der äußeren Fläche 68 und der Tintenausstoßöffnung 63 zu entfernen. Es sind viele potenzielle geometrische Anordnungen möglich, und die tatsächliche zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gewählte Anordnung hängt von den physischen Eigenschaften der Reinigungsflüssigkeit 134, der äußeren Fläche 68, der Verunreinigungen 80, der Rheologie der Tinte 114 und der Reinigungsflüssigkeit 134, der Anzahl der Tintenausstoßöffnungen 63, der Reinigungsöffnungen 65 und der Ablauföffnungen 67 sowie von der relativen Ausrichtung der Öffnungen 63, 65 und 67 ab.
9–18 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Diese Figuren sollen nur einige der vielen möglichen Kombinationen von Elementen zeigen, die der vorliegenden Erfindung entsprechen.
9a zeigt eine Ansicht der äußeren Fläche 68 einer mit Öffnungen versehenen Platte 60 und der Reinigungsfläche 41.
In 9a werden die Reinigungsöffnung 65, die Tintenausstoßöffnung 63 und die Ablauföffnung 67 mithilfe verdeckter Linien dargestellt und sind an einer einzigen Achse A-A angeordnet. Die Reinigungsfläche 41 ist in Bezug zur äußeren Fläche 68 derart definiert, dass sie eine kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 zwischen Reinigungsöffnung 65 und Ablauföffnung 67 bildet. Die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 tritt über eine Tintenausstoßöffnung 63 und über Teile der äußeren Fläche 68, die einer Reinigung bedürfen.
Der in 9a mit „D" bezeichnete Abstand zwischen den Reinigungs- und Ablauföffnungen ändert sich je nach Druckbedingungen, Medienwahl, Größe und relativer Anordnung der Tintenausstoßöffnungen 63 auf der äußeren Fläche 68 und der Rheologie der Tinte 114 sowie der zur Reinigung des Druckkopfes verwendeten Reinigungsflüssigkeit 134. Um die vorliegende Erfindung zur Reinigung der Tintenausstoßöffnungen 63 und der zugehörigen Flächen auf einem Druckkopf mit 300 dpi (Punkten je Zoll) zu implementieren, kann der Abstand D in jedem Abstand innerhalb eines Bereichs zwischen 50 μm und 10.000 μm definiert werden. Der bevorzugte Bereich liegt jedoch zwischen 200 μm und 1000 μm.
9b zeigt einen Schnitt der mit Öffnungen versehenen Platte 60, der Reinigungsfläche 45 und der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 entlang Achse A-A. Wie in der Zeichnung zu sehen, ist der Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 durch die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 definiert und bewegt die Verunreinigungen 80 von der äußeren Fläche 68 in die Ablauföffnung 67.
10a und 10b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Reinigungsfläche 41. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Reinigungsfläche 41 einen Vorhang 90 aus hydrophobem, dünnen Folienmaterial. Wie in 10b gezeigt, die eine Schnittansicht entlang der Achse B-B der mit Öffnungen versehenen Platte 60, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 und der Reinigungsfläche 41 zeigt, erstreckt sich der Vorhang 90 von der Kante 45 weg von der unteren Fläche 47. Der in 9b gezeigte Vorhang 90 ist ein Polyimid der Dicke 1 bis 10 μm. Selbstverständlich kann der Vorhang 90 auch aus anderen Polymer- oder Metallfolien hergestellt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Druck, der innerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 gehalten werden kann, durch den Abstand S zwischen dem Umfang 44 und der äußeren Fläche 68 definiert. Der Umfang 44 und die Kante 45 sind jedoch an der Unterkante 92 des Vorhangs 90 definiert. Ein bevorzugter Abstandsbereich zwischen dem Umfang 44, wie an der unteren Kante 92 definiert, und der äußeren Fläche 68 liegt im Bereich von 0,1 bis 100 μm.
11a zeigt eine Teilansicht der äußeren Fläche 68 einer mit Öffnungen versehenen Platte 60 eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In 10a werden die Reinigungsöffnung 65, die Tintenausstoßöffnung 63 und die Ablauföffnung 67 mithilfe verdeckter Linien dargestellt. 10b zeigt eine Schnittansicht entlang der Achse C-C der mit Öffnungen versehenen Platte 60, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 und der Reinigungsfläche 41. In diesem Ausführungsbeispiel definiert eine einzelne Reinigungsöffnung 65 einen einzelnen Strom 128 aus Reinigungsflüssigkeit 134 in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48. Eine Partition 70 ist durch die untere Fläche 47 definiert. Der Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 kann nicht in die durch die Partition 70 definierten Bereiche eindringen. Zwischen der unteren Fläche 47 und der äußeren Fläche 68 werden somit zwei kapillare Flüssigkeitsströmungsbahnen 48a und 48b gebildet. Die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48a wird zwischen dem Umfang 44 auf einer Seite 71 der Partition 70 gebildet, und die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48b wird zwischen dem Umfang 44 und der anderen Seite 72 der Partition 70 gebildet.
Die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48a leitet den Strom 200 zur Säuberung der Tintenausstoßöffnung 63 und der Oberfläche 68a und weiter in die Ablauföffnung 67a, während die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48b den Strom 202 zur Reinigung der Tintenausstoßöffnung 63 und der Fläche 68a leitet und weiter in die Ablauföffnung 67b.
Die Partition 70 kann auf verschiedene Weise ausgebildet werden. Die Partition 70 kann durch Auftragen eines hydrophoben Materials auf der unteren Fläche 47 oder durch Ausbildung einer Teilung, eines Lochs oder einer Vertiefung in der äußeren Fläche 68a gebildet werden. Die Partition kann zudem unter Verwendung einer hydrophoben Beschichtung oder einer Teilung, eines Lochs oder einer Vertiefung auf der äußeren Fläche 68 gebildet werden. Selbstverständlich sind auch andere geometrische Anordnungen für die Partition 70 verwendbar, wobei auch mehrere Partitionen auf der äußeren Fläche 68 und der unteren Fläche 47 definiert werden können. Diese Merkmale können in einer beliebigen Zahl von Mustern neu kombiniert werden, um kapillare Flüssigkeitsströmungsbahnen 48 zu definieren und eine beliebige Anzahl von Tintenausstoßöffnungen 63 unter Verwendung einer beliebigen Zahl von Reinigungsöffnungen 65 und einer beliebigen Zahl von Ablauföffnungen 67 zu reinigen.
12a zeigt eine Ansicht der äußeren Fläche 68 und der Reinigungsfläche 41 zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In 11a werden die Reinigungsöffnung 65, die Tintenausstoßöffnungen 63a und 63b und die Ablauföffnungen 67a und 67b mithilfe verdeckter Linien dargestellt. Wie in 12a gezeigt, ist es nicht erforderlich, eine Partition oder ähnliche Struktur zu verwenden, um einen Strom 128 aus Reinigungsflüssigkeit 134 zur Reinigung der äußeren Fläche 68 und der Tintenausstoßöffnung 63 zu bilden. Wenn ein Strom 128 aus Reinigungsflüssigkeit 134 in einer kapillaren Flüssigkeits strömungsbahn gebildet wird, expandiert die Flüssigkeit zunächst, um die Strömungsbahn zu füllen und den Meniskus 128 zu bilden. Anschließend erzeugt der kontinuierliche Strom der Reinigungsflüssigkeit 134 in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 einen Druck innerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48. Wie in 12b dargestellt, die einen Schnitt einer mit Öffnungen versehenen Platte 60, einer Reinigungsfläche 41 und einer kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 zeigt, beginnt ein Strom 128 einer Reinigungsflüssigkeit 134 aus der Reinigungsöffnung 65 zu fließen, wenn der Druck in der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 den Druck in der Ablauföffnung 67 übersteigt, strömt weiter über die äußere Fläche 68 und über die Tintenausstoßöffnungen 63a und 63b in die Ablauföffnungen 67a und 67b. Dadurch wird der gesamte Bereich der äußeren Fläche 68 innerhalb der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 gereinigt.
Die Reinigungsfläche 41 kann eine kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 bilden, die in Bezug zum Abstand D überdimensioniert ist. In einem derartigen Ausführungsbeispiel braucht die Reinigungsfläche 41 nicht unbedingt genau auf die Reinigungsöffnung, die Ablauföffnung und die Tintenausstoßöffnung ausgerichtet zu werden. Selbstverständlich ist es sogar möglich, die vorliegende Erfindung mithilfe einer Reinigungsfläche zu verwerten, die eine einfache Platte umfasst, die in einem Abstand S in Bezug zur äußeren Fläche 68 angeordnet ist und die gleich oder größer als das Maß der äußeren Fläche ist. In einem derartigen Ausführungsbeispiel bewirkt die Entladung der Reinigungsflüssigkeit 134 in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48, dass die Reinigungsflüssigkeit 134 eine Reinigungsflüssigkeitsbrücke 127 bildet, die sich mit der äußeren Fläche 68 zusammen erstreckt, um die gesamte äußere Fläche 68 zu reinigen.
13a zeigt eine Ansicht der äußeren Fläche 68 und der Reinigungsfläche 41 zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In 12a werden die Reinigungsöffnung 65, die Tintenausstoßöffnungen 63 und die Ablauföffnungen 67 mithilfe verdeckter Linien dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel aus 13a und 13b ist die untere Fläche der Reinigungsfläche 41 so definiert, dass der Umfang 44 eine Form bildet, die der Form der äußeren Fläche 68 entspricht. Der Umfang 44 ist in einem Abstand S zur äußeren Fläche 68 angeordnet, wie zuvor beschrieben. Die Teile der äußeren Fläche 68, die innerhalb des Umfangs 44 liegen, werden allerdings in einem Abstand gehalten, der nicht notwendigerweise von der äußeren Fläche um den Abstand S beabstandet sein muss. In 13b bilden die Teile der unteren Fläche 47, die innerhalb des Umfangs 44 liegen, eine halbkreisförmige Kammer 95. Die halbkreisförmige Kammer 95 kann beispielsweise eine Strömung 128 aus Vortexwirbeln 129 der Reinigungsflüssigkeit sein, um die Reinigung der äußeren Fläche 68 während der Strömung zu verbessern. Die Kammer 95 ist zudem verwendbar, um einen Kontakt zwischen dem Reinigungselement 41 und den (nicht gezeigten) Strukturen zu vermeiden, die aus der äußeren Fläche 68 hervorstehen.
In dem Ausführungsbeispiel aus 13c werden die mit Öffnungen versehene Platte 60, die Reinigungsfläche 41 und die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn 48 im Schnitt gezeigt. Wie in 12c zu sehen, umfasst die Reinigungsfläche 41 einen Satz wellenförmiger Flächen 90a, 90b und 90c, die als Vertiefungen in der unteren Fläche 47 ausgebildet sind. Während des Reinigungsvorgangs versetzt das Stellglied 29 die Reinigungsfläche 41 und die wellenförmigen Flächen 90a, 90b und 90c in Schwingungen. Die wellenförmigen Flächen 90a, 90b und 90c sind so geformt, dass sie fokussierte Flüssigkeitsdruckwellen 92a, 92b und 92c in der Reinigungsflüssigkeit 134 erzeugen, um die Reinigungsenergie an bestimmten Punkten auf der äußeren Fläche 68 zu erhöhen. Wie gezeigt, wird die verstärkte Reinigungsenergie an die äußere Fläche 68, die Tintenausstoßöffnungen 63a und 63b sowie an die Ablauföffnungen 67a und 67b gelenkt. Die Erhöhung der Reinigungsenergie wirkt mit der Strömung 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 zusammen, um dazu beizutragen, Verunreinigungen 80 von der äußeren Fläche 68 zu beseitigen.
14a zeigt ein Array aus Tintenausstoßöffnungen 63. Jede Tintenausstoßöffnung 63 ist von einer Reinigungsöffnung 65 und einer Ablauföffnung 67 flankiert, um einen Reinigungsbereich 75 zu bilden, der jeder Tintenausstoßöffnung zugeordnet ist. Ein Abstand 69 trennt jeden der Reinigungsbereiche 75.
14b zeigt einen Schnitt der mit Öffnungen versehenen Platte 60, der kapillaren Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahnen 48a, 48b, 48c und 48d und der Reinigungsfläche 41. Wie in 14b gezeigt, ist die Reinigungsfläche 41 während der Reinigung in Nähe der äußeren Fläche 68 positioniert, und eine Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 48 ist zwischen der äußeren Fläche 68 und der unteren Fläche 47 der Reinigungsfläche 41 gebildet. Vorzugsweise bildet jeder Reinigungsbereich 75 eine separate Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 48 entlang der äußeren Fläche 68. Dies kann beispielsweise dann genutzt werden, wenn es wünschenswert ist, die verschiedenen Reinigungsflüssigkeiten 134 oder Tinte 114 zu trennen.
Selbstverständlich kann die Bildung der Mehrzahl von Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahnen 48a, 48b, 48c und 48d mithilfe verschiedener Ausführungsbeispiele der Reinigungsfläche 41 erfolgen. Beispielsweise wird die Reinigungsfläche 41 in 14b so dargestellt, dass sie eine untere Fläche 47 mit kapillaren Strömungsflächen 78 aufweist, die von den eingelassenen Flächen 76 mithilfe von Seitenwänden 77 und 79 getrennt sind. Jede eingelassene Fläche 76 ist von der kapillaren Strömungsfläche 78 getrennt, um die Bildung einer Flüssigkeitsbrücke zwischen der äußeren Fläche 68 und der eingelassenen Fläche 76 zu vermeiden. In dem in 14b gezeigten Ausführungsbeispiel sind die eingelassene Fläche 76 und die Seitenwände 77 und 79 hydrophob, um der Bildung einer Brücke aus Reinigungsflüssigkeit zwischen der äußeren Fläche 68 und den eingelassenen Flächen 76 zu vermeiden. Selbstverständlich können die Seitenwände 77 und 79 mit den kapillaren Strömungsflächen 78 über einen scharfen Krummungsradius von ca. 0,1 μm verbunden werden, um jeden Meniskus 126 zu fixieren.
14c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Reinigungsfläche 41, wobei separate Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahnen 48a, 48b, 48c und 48d ohne Verwendung von Vertiefungen gebildet werden. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die untere Fläche 47 der Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 48 wechselnde hydrophile und hydrophobe Bereiche. Wie in 14c gezeigt, sind die kapillaren Strömungsflächen 78a, 78b, 78c und 78d hydrophil und werden von hydrophoben Flächen 77a, 77b, 77c, 77d und 77e begrenzt.
15a zeigt eine Ansicht der äußeren Fläche 68 und der Reinigungsfläche 41 zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In 15a werden die Reinigungsöffnung 65, die Tintenausstoßöffnungen 63 und die Ablauföffnungen 67 mithilfe verdeckter Linien dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel aus 15a wird eine Anordnung von Tintenausstoßöffnungen 63 gezeigt. Jede Tintenausstoßöffnung 63 ist von einer Reinigungsöffnung 65 und einer Ablauföffnung 67 flankiert, um einen Reinigungsbereich 75 zu bilden, der jeder Tintenausstoßöffnung 63 zugeordnet ist. Ein Abstand 69 trennt jeden der Reinigungsbereiche 75. Wie in 13a gezeigt, bildet eine Reinigungsfläche 41 einen Satz separater Reinigungsflächen 41a, 41b, 41c und 41d. Jede dieser Flächen wird von einem Querelement 41e verbunden Wie gezeigt, umfasst das Querelement 41e ein einzelnes Querelement, das die Reinigungsflächen 41a, 41b, 41c und 41d an einem Ende verbindet. Selbstverständlich kann das Querelement 41e mithilfe einer beliebigen Zahl von Strukturen definiert werden, um eine stabile Abstützung zwischen den Querelementen 41a, 41b, 41c und 41d bereitzustellen.
15b zeigt einen Schnitt der mit Öffnungen versehenen Platte 60, der kapillaren Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahnen 48a, 48b, 48c und 48d und der Reinigungsflächen 41a, 41b, 41c und 41d entlang der Linie E-E in 14a. Wie in 14a und 13b gezeigt, stellt jede Reinigungsfläche 41a, 41b, 41c und 41d eine kapillare Strömungsfläche 78a, 78b, 78c bzw. 78d zur Verfügung. Wenn die Reinigungsfläche 41 innerhalb eines Abstands S von der äußeren Fläche 68 angeordnet ist, werden die Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahnen 48a, 48b, 48c und 48d erzeugt. Dies ermöglicht eine separate Strömung der Ströme 128a, 128b, 128c und 128d der Reinigungsflüssigkeit 134 entlang der äußeren Fläche 68.
16a und 16b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei ein Array aus zehn Tintenausstoßöffnungen 63h von einem Strom 128 einer Reinigungsflüssigkeit 134 gereinigt wird, der aus einer Reinigungsöffnung 65 in eine Ablauföffnung 67 strömt. Wie in 16a gezeigt, ist die Reinigungsöffnung 65 derart bemessen, dass sie einen Strom 128c der Reinigungsflüssigkeit 134 über einen Bereich der äußeren Fläche 68 bildet, der jede Tintenausstoßöffnung 63h einschließt. Die Ablauföffnung 67 ist so bemessen, dass sie den Strom 128c der Reinigungsflüssigkeit 134 aufnimmt, der über eine derartige Fläche strömt. Die Reinigungsfläche 41c und 70d sind optional vorgesehen, um den Strom 128c der Reinigungsflüssigkeit 134 über die äußere Fläche 68 zu begrenzen. Alternativ hierzu kann eine (nicht gezeigte) Rinne in der äußeren Fläche 68 zwischen der Reinigungsöffnung 65 und der Ablauföffnung ausgebildet werden, wobei die Seitenwände der Rinne als Strömungsführungen dienen.
16b zeigt eine Schnittansicht der mit Öffnungen versehenen Platte 60, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 und der Reinigungsfläche 41 entlang der Achse F-F. Wie in 15b gezeigt, ist die Reinigungsfläche 41 derart geformt, dass sie eine Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 48 auf der äußeren Fläche 68 bildet, die die Reinigungsöffnung 65, die Tintenausstoßöffnungen 63h und die Ablauföffnung 67 umfasst. Dies ermöglicht es, einen Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 zu bilden, der jede Tintenausstoßöffnung 63h reinigt. Wie in 15a gezeigt, haben die Reinigungsöffnung 65 und die Ablauföffnung 67 eine lineare Dimension, die sich allgemein entlang der linearen Verteilung der Tintenausstoß öffnungen 63h erstreckt. Selbstverständlich ist dieses nützliche Merkmal in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht unerlässlich.
16b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung der Reinigungsöffnung 65 und des Meniskus 126, das zur Unterstützung der Entfernung von grenzflächenaktiven Stoffen dient. Grenzflächenaktive Stoffe sind Materialien, die dazu tendieren, am Meniskus 126 auf der Reinigungsflüssigkeit 134 aufzuschwimmen. Grenzflächenaktive Stoffe fangen oft Verunreinigungen 80 ein, so dass es vorteilhaft ist, grenzflächenaktive Stoffe von dem Meniskus 126 der Reinigungsflüssigkeit 134 zu entfernen. Hierzu ist die Ablauföffnung 67 derart ausgebildet, dass sie sich über die kapillare Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 48 und die Ablauföffnung 67 erstreckt. Der Druck an der Ablauföffnung 67 ist so eingestellt, dass er kleiner als der atmosphärische Druck ist. Hierdurch werden Luft und Reinigungsflüssigkeit 134 sowie genzflächenaktive Stoffe und ggf. eingeschlossene Verunreinigungen 80 in die Ablauföffnung 67 gesogen.
In 16c und 16d wird ein alternatives Ausführungsbeispiel der Ablauföffnung 67 gezeigt, das mit der Reinigungsfläche 41 zusammenwirkt. Wie in 16c und 16d gezeigt, bildet die Ablauföffnung 67 einen Ablaufkanal 67a. Der Ablaufkanal 67a erstreckt sich weg von der Ablauföffnung 67 entlang der äußeren Fläche 68. Während der Reinigung ist die Reinigungsfläche 41 benachbart zur äußeren Fläche 68 angeordnet, so dass die Ablauföffnung 67 innerhalb der kapillaren Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 48 angeordnet ist. Die Ablauföffnung 67a erstreckt sich jedoch aus der kapillaren Reinigungsflüssigkeitsströmungsbahn 48 heraus. Der Druck an der Ablauföffnung 67a ist so eingestellt, dass er kleiner als der atmosphärische Druck ist. Dadurch werden Luft, grenzflächenaktive Stoffe und Reinigungsflüssigkeit in den Ablaufkanal 67a und in die Ablauföffnung 67 gesogen.
17a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, worin ein Array aus zehn Tintenausstoßöffnungen 63i von einer Reinigungsöffnung 65, einer Ablauföffnung 67 und einer Reinigungsfläche 41 bedient werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Tintenausstoßöffnungen linear so angeordnet, dass die Ablauföffnung 67 an einem Ende des Arrays und die Reinigungsöffnung 65 an. dem anderen Ende des Arrays angeordnet ist. Der Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 reinigt den Array der Tintenausstoßöffnungen 63i. Selbstverständlich kann dieses Ausführungsbeispiel in Verbindung mit entweder (nicht gezeigten) Strömungsführungen oder einer Rinne 71, die Seitenwände 72 und 74 aufweist, verwendet werden.
17b zeigt eine Schnittansicht der mit Öffnungen versehenen Platte 60, der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn 48 und der Reinigungsfläche 41 entlang der Achse G-G. Wie in 16b gezeigt, wird Reinigungsflüssigkeit in der Rinne 71 abgelagert, die von der unteren Fläche 47 der Reinigungsfläche 41 abgedeckt wird. Ein Meniskus 126 der Reinigungsflüssigkeit bildet sich zwischen der unteren Fläche 47 und der äußeren Fläche 68. Dadurch bildet sich eine Druckdichtung, die es ermöglicht, dass die unter Druck stehende Reinigungsflüssigkeit in die Rinne 71 eingeleitet werden kann. Selbstverständlich kann die untere Fläche 47 der Reinigungsfläche 41 auch derart gebildet werden, dass sie einen Meniskus 126 mit den Seitenwänden 72 und 74 der Rinne 71 bildet.
18a zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, worin die Reinigungsöffnungen 65a und 65b, die Ablauföffnung 67a und 67b und die Arrays der Tintenausstoßöffnung 63 und 63f innerhalb von Vertiefungen 73 und 74 der äußeren Fläche 68 angeordnet sind. Wie in 18b gezeigt, die eine Schnittdarstellung der mit Öffnungen versehenen Platte 60, der Flüssigkeitsströmungsbahnen 48a und 48b und der Reinigungsfläche 41 entlang der Achse H-H zeigt, sind die Partitionen 70a und 70b nicht als Erhebungen über der äußeren Fläche 68 definiert, sondern bilden die Seiten von Vertiefungen 73 und 74 in der mit Öffnungen versehenen Platte. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Arrays der Tintenausstoßöffnungen 63f und 63g auf den Oberflächen 73 und 74 definiert, während die Reinigungsöffnungen 67a und 67b in den Strömungsführungen 73a bzw. 74a definiert sind, während die Ablauföffnungen 67a und 67b als Strömungsführungen 73a bzw. 74a definiert sind. Der Strom 128a und 128b der Reinigungsflüssigkeit wird entlang der Oberflächen 73 und 74 gebildet und wird in den Flüssigkeitsströmungsbahnen 48a und 48b geführt. Dieses Ausführungsbeispiel schützt den Array aus den Tintenausstoßöffnungen 63f und 63g vor Beschädigung aufgrund eines unbeabsichtigten Kontakts mit den Objekten im Drucker 20.
19 zeigt eine Draufsicht (19a), eine Vorderansicht (19b) und eine Seitenansicht (19c) des erfindungsgemäßen Druckkopfes 50 mit einer optionalen Reinigungsfläche 41 und einem Stellglied 29, befestigt auf dem Druckkopfkörper 52. Wie in 19a, 19b und 19c gezeigt, wird die Reinigungsfläche 41 während der Druckvorgänge auf eine Position inner halb der Reinigungsfläche 41 zurückgezogen, die nicht mit dem potenziellen Strom von Tintentröpfchen 58 aus der Tintenausstoßöffnung 63 kollidiert.
20a, 20b und 20c zeigen jeweils eine Drauf-, Vorder- und Seitenansicht des erfindungsgemäßen Druckkopfes 50, wobei die Reinigungsfläche 41 und das Stellglied 29 an dem Druckkopfkörper 52 befestigt sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Reinigungsfläche 41 von einem Stellglied 29 gegen die Reinigungsfläche 41, die einen Meniskus 126 bildet, vorgeschoben. Der unter Druck stehende Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 wird zwischen der Reinigungsöffnung 65 und der Ablauföffnung 63 gebildet. Wie ebenfalls in 20 gezeigt, kann ein Ultraschallwandler 46 an der Reinigungsfläche 41 befestigt werden, um den Strom 128 der Reinigungsflüssigkeit 134 per Ultraschall zu erregen und die Reinigung der Tintenausstoßöffnung 63 und der äußeren Fläche 68 zu verbessern.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Reinigungsflüssigkeitsdurchgang 64, der Ablaufdurchgang 66 und der Tintenstrahldurchgang 62 so dargestellt sind, dass sie durch die mit Öffnungen versehene Platte 60 in verschiedenen Winkeln in Bezug zu den Oberflächen 61 und 68 treten. Selbstverständlich können in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung die Durchgänge 62, 64 und 66 winklige, gekrümmte oder gerade Bahnen zwischen der Oberfläche 61 und der Oberfläche 68 bilden, so wie dies durch Überlegungen zur Fertigung, Herstellung, Rheologie oder Kosten bestimmt wird.
Obwohl die Grundsätze der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Druckkopf 50 mit einer Quelle der unter Druck stehenden Tinte 110 beschrieben wurden, die Tintentröpfchen 58 unter Verwendung eines Kanals 116b oder 116c erzeugt, der durch piezoelektrisches Material 124 verengt werden kann, ist die Anwendung dieser Erfindung nicht auf Druckköpfe von derartiger Konstruktion beschränkt. Es sei darauf hingewiesen, dass einschlägige Fachleute die vorliegende Erfindung an die Reinigung von Druckköpfen anpassen können, die Tintentröpfchen sonstiger „On-Demand"-Bauarten erzeugt, etwa beispielsweise thermische „On-Demand"-Bauarten und kontinuierliche Bauarten.

Claims

Selbstreinigender Druckkopf mit: einem Druckkopfkörper (52), der eine mit Öffnungen versehene Platte (60) aufweist, wobei die Öffnungen eine Tintenausstoßöffnung (63), eine Reinigungsöffnung (65) und eine Ablauföffnung (67) bilden und die Platte eine äußere Fläche (68) zwischen den Öffnungen bildet; einer Quelle unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit (130), die mit der Reinigungsöffnung in Verbindung steht; einem Flüssigkeitsrücklauf (150), der mit der Ablauföffnung (67) in Verbindung steht; und einem bewegbaren Reinigungselement, das der mit Öffnungen versehenen Platte benachbart und separat davon angeordnet ist, um eine kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn (48) zwischen einer Reinigungsfläche (41) des bewegbaren Reinigungselements und der äußeren Fläche der mit Öffnungen versehenen Platte von der Reinigungsöffnung über die Tintenausstoßöffnung bis hin zur Ablauföffnung auszubilden; worin während der Reinigung die Quelle unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit einen Strom (128) einer Reinigungsflüssigkeit (134) in die kapillare Strömungsbahn ableitet und unter Druck stehende Reinigungsflüssigkeit aus der kapillaren Strömungsbahn durch die Ablauföffnung in den Flüssigkeitsrücklauf gelangt.
Selbstreinigender Druckkopf nach Anspruch 1, worin der Flüssigkeitsrücklauf eine Ablaufpumpe aufweist, die während der Reinigungsvorgänge Reinigungsflüssigkeit aus der kapillaren Flüssigkeitsströmungsbahn abpumpt.
Selbstreinigender Druckkopf nach Anspruch 1, worin während der Reinigung der Druck der Reinigungsflüssigkeit an der Reinigungsöffnung einen ersten Druckpegel erreicht und der Druckpegel der Reinigungsflüssigkeit an der Ablauföffnung einen zweiten, niedrigeren Wert erreicht.
Selbstreinigender Druckkopf nach Anspruch 1, worin die Reinigungsfläche eine kontinuierliche Umfangsfläche bildet und worin während der Reinigung die kontinuierliche Umfangsfläche in einem Abstand angeordnet ist, der geringer ist als das Produkt aus der Oberflächenspannung der Reinigungsflüssigkeit multipliziert mit zwei und dividiert durch den gewünschten maximalen Druck der Reinigungsflüssigkeit innerhalb der Umfangsfläche.
Selbstreinigender Druckkopf nach Anspruch 1, mit einer Betätigungseinrichtung zum Bewegen der Reinigungsfläche in eine Position, in der sie der äußeren Fläche benachbart und separat davon angeordnet ist.
Selbstreinigender Drucker mit: einem Druckkopf, der eine mit Öffnungen versehene Platte aufweist, wobei die Öffnungen eine Tintenausstoßöffnung, eine Reinigungsöffnung und eine Ablauföffnung bilden und die Platte eine äußere Fläche zwischen den Öffnungen bildet; einer Quelle unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit, die mit der Reinigungsöffnung in Verbindung steht; einem Flüssigkeitsrücklauf, der mit der Ablauföffnung in Verbindung steht; und einem bewegbaren Reinigungselement, das der mit Öffnungen versehenen Platte benachbart und separat davon angeordnet ist, um eine Strömungsbahn für kapillare Flüssigkeit zwischen einer Reinigungsfläche (41) des bewegbaren Reinigungselements und der äußeren Fläche der mit Öffnungen versehenen Platte von der Reinigungsöffnung über die Tintenausstoßöffnung bis hin zur Ablauföffnung zu bilden; worin während der Reinigung die Quelle unter Druck stehender Reinigungsflüssigkeit einen Strom einer Reinigungsflüssigkeit in die kapillare Strömungsbahn ableitet und unter Druck stehende Reinigungsflüssigkeit von der kapillaren Strömungsbahn durch die Ablauföffnung in den Flüssigkeitsrücklauf gelangt.
Selbstreinigender Druckkopf nach Anspruch 6, worin während der Reinigung der Druck der Reinigungsflüssigkeit an der Reinigungsöffnung einen ersten Druckpegel erreicht und der Druckpegel der Reinigungsflüssigkeit an der Ablauföffnung einen zweiten, niedrigeren Wert erreicht.
Selbstreinigender Druckkopf nach Anspruch 7, worin während der Reinigung der Druckpegel der Flüssigkeit an der Ablauföffnung positiv ist.
Verfahren zum Reinigen der äußeren Fläche und der Tintenausstoßöffnungen eines Druckkopfes mit einer in der äußeren Fläche ausgebildeten Reinigungsflüssigkeitsöffnung und einer Ablauföffnung und mit einem Reinigungselement , einem unter Druck stehenden Vorrat an Reinigungslösung, der mit der Reinigungsöffnung in Verbindung steht, und einem Ablaufvorrat, der mit der Ablauföffnung in Verbindung steht, mit den Schritten: Bewegen des Reinigungselements in eine benachbarte und separate Position über einem Abschnitt der äußeren Fläche des Druckkopfs, um eine kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn zwischen der äußeren Fläche und dem Reinigungselement in einem Bereich der äußeren Fläche auszubilden, der eine Reinigungsöffnung, eine Ablauföffnung und eine Tintenausstoßöffnung umfasst; Ableiten eines unter Druck stehenden Stroms von Reinigungsflüssigkeit in die kapillare Flüssigkeitsströmungsbahn, um eine Brücke aus einer Reinigungsflüssigkeit zwischen dem Reinigungselement, der äußeren Fläche, der Reinigungsöffnung, der Tintenausstoßöffnung und der Ablauföffnung zu bilden; und Bilden eines unter Druck stehenden Stroms aus einer Reinigungsflüssigkeit durch die Brücke vom Vorrat an Reinigungsflüssigkeit bis zum Ablauf.