DE3244809C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Tintenstrahlschreibers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem Tintenstrahlschreiber müssen zur Gewähr­ leistung eines einwandfreien Flugs der Tintentröpfchen die Düse eines Schreibkopfes die Tintenströmungsbahn bezüglich Form und Oberflächenzustand mit hoher Ge­ nauigkeit ausgebildet sein. Zahlreiche Faktoren be­ einträchtigen das richtige Verspritzen und die Flug­ bahn der aus der Düse austretenden Tinte, wozu u. a. die Bildung feiner Bläschen in der Düse sowie Ver­ stopfungen infolge von Staub o. dgl., der im Normal­ betrieb häufig an der Außenseite der Düse anhaftet und in deren Öffnung festklebt, zu zählen sind. Als Folge dieser Faktoren können häufig die Tinten­ tröpfchen nicht oder nur mit abnormaler Geschwindig­ keit ausgestoßen bzw. verspritzt werden, oder sie fliegen nicht geradlinig oder teilen sich und flie­ gen in verschiedene Richtungen.

Es wird angenommen, daß Bläschen und Verstopfungen bzw. Verschlüsse, die die Hauptursachen für die ge­ schilderten Probleme sind, aus den im folgenden an­ gegebenen Gründen auftreten.

Die Gründe für die Bläschenbildung sind folgende:

• a) Der Schreibkopf wird während des Schreibvorgangs oder während der Bereitschaftszeit einem Stoß aus­ gesetzt, wobei durch die abnormale Beschleunigung Bläschen in die Düse eingesaugt werden.
• b) Wenn das dem piezoelektrischen Kristallelement zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aufzuprägende Treibersignal fehlerhaft oder mit Störsignalen überlagert ist und daher eine gestörte Wellenform besitzt, kann die Düse Luftblasen ansaugen.
• c) In der Tinte gelöste Luft wird abgeschieden.
• d) Im Ruhezustand des Schreibkopfes sinkt die Um­ gebungstemperatur ab, wobei sich die Tinte ther­ misch zusammenzieht und damit Luftblasen in die Düse eingesaugt werden.

Verstopfung bzw. Verschluß ist dagegen auf ein Aus­ trocknen und Erhärten von Tinte, wenn der Schreib­ kopf für längere Zeit nicht benutzt wird oder wenn die Umgebungstemperatur ungewöhnlich stark absinkt, zurückzuführen. Weiterhin kann eine solche Ver­ stopfung auftreten, wenn in der Tinte enthaltene Staubkörnchen oder Fremdkörper ausfallen und sich an der Düseninnenfläche absetzen. Zudem kann in der Luft schwebender Staub oder der Papierstaub vom Auf­ zeichnungspapier sich an der Düse absetzen, in deren Bohrung eintreten und sie dadurch verstopfen.

Zur Beseitigung von Bläschen oder festen Substanzen, welche den normalen Ausstoß von Tintentröpfchen be­ hindern, wird üblicherweise ein hoher Druck an die im Schreibkopf befindliche Tinte vom Tintenzufuhr­ teil her angelegt, so daß in der Düse befindliche Bläschen und Fremdstoffe zwangsweise aus der Düse ausgetrieben werden.

Auf diese Weise können jedoch Bläschen und Fremd­ stoffe nicht in ausreichendem Maße aus der Düse aus­ getrieben werden, weil bei diesem Vorgehen lediglich Tinte ausgetrieben wird und dabei in vielen Fällen die Beseitigung von Bläschen oder Fremdstoffen nicht möglich ist, auch wenn wiederholt größere Tinten­ mengen ausgetrieben werden und aus der Düse aus­ strömen.

Wenn es sich dabei als unmöglich erweist, die Bläs­ chen oder Fremdstoffe aus der Düse zu entfernen, wird häufig der Schreibkopf des Tintenstrahlschrei­ bers zunächst entleert und dann erneut mit Tinte ge­ füllt, oder der Schreibkopf wird als unbrauchbar verworfen, was beides äußerst unwirtschaftlich ist.

In der DE-OS 26 59 398 ist eine Heizvorrichtung für Schreibköpfe in Tintenmosaikschreibeinrichtungen be­ schrieben, mit der Tinte in einem eine Vielzahl von Schreibdüsen enthaltenden Schreibkopf erwärmt werden kann. Diese Heizvorrichtung verfügt über einen als eine Fühleinrichtung für die Temperatur dienenden Heißleiter, der zusammen mit einem als elektrischen Widerstand ausgeführten Heizelement in einer Wärme­ leitplatte in der Nähe der Schreibdüsen vorgesehen ist. Die Fühleinrichtung erfaßt die Temperatur der Wärmeleitplatte, und ein Operationsverstärker steuert das Heizelement so an, daß die Temperatur der Wärme­ leitplatte auf einem gewünschten Wert gehalten wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Temperatur der Tinte möglichst konstant bleibt, wodurch eine gleichbleibende Schriftqualität gewährleistet wer­ den soll.

Weiterhin ist in IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 16, Nr. 10, März 1974, Seite 3295 eine Viskosi­ täts-Steuerschaltung für einen Tintenstrahlschreiber erläutert, wobei speziell darauf verwiesen wird, daß die Änderung der Tintenviskosität abhängig von der Temperatur einen Hauptfaktor für Schwankungen von Geschwindigkeit und Tröpfchenabstand bildet. Ähnlich wie bei dem aus der DE-OS 26 59 398 bekannten Stand der Technik ist auch hier eine Fühleinrichtung aus einem Thermoelement in einem Schreibkopf unterge­ bracht, um so die Temperatur der aus dem Schreibkopf austretenden Tinte überwachen zu können. Mittels einer Steuerschaltung wird eine Kühleinrichtung an­ gesteuert, die die Tinte im Schreibkopf zu erwärmen und abzukühlen vermag. Auch mit dieser bekannten Viskositätssteuerschaltung wird eine möglichst kon­ stante Temperatur der Tinte angestrebt, um so die Viskosität der Tinte immer auf einem gewünschten Wert zu halten.

Aus der DE-OS 28 27 673 ist ein Tintenstrahlschrei­ ber bekannt, bei dem ein mit einer Anzahl von parallel und in gegenseitigen Abständen angeordneten Strahl­ düsen besetzter Schreibkopf relativ zu einem Auf­ zeichnungsmedium bewegbar ist. Zur Durchführung eines Schreibvorgangs werden die Tintentröpfchen selektiv aus den einzelnen Strahldüsen ausgestoßen. Der Schreibkopf selbst ist in eine Stellung zur Durchführung eines einem Versagen vorbeugenden Tinten­ ausstoßes verfahrbar, die sich an einer Stelle außer­ halb des Schreibbereiches auf dem Aufzeichnungsmedium befindet. Ein Zeitgeber erzeugt ein Takt- oder Zeit­ steuersignal, und ein Detektor stellt das Vorhanden­ sein des Schreibkopfes in einer bestimmten Stellung fest. Ein Schreibregler steuert die Relativbewegung des Schreibkopfes zum Aufzeichnungsmedium und einen selektiven Tintenausstoß aus den Strahldüsen in Ab­ hängigkeit von Schreibbefehlssignalen, dem Zeitsteuer­ signal und dem Ausgangssignal des Detektors.

Schließlich ist es aus der DE-AS 24 41 496 bekannt, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit­ tels einer Heizeinrichtung die Tinte kontinuierlich auf z. B. 60°C zu erwärmen, um dadurch das Ausscheiden von Gasbläschen zu verbessern.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Ver­ fahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß in der Düse des Schreibkopfes vorhandene Bläs­ chen und verstopfende Fremdstoffe möglichst einfach und vollständig beseitigt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale ge­ löst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 10.

Mit Hilfe der Heizeinrichtung wird die Tintenströ­ mungsstrecke während des Tintenausstoßes beim Spül­ vorgang ganz oder teilweise auf eine höhere Tempera­ tur als beim Schreibvorgang erwärmt.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine detaillierte schematische Darstellung eines Schreibkopfteils eines Tintenstrahl­ schreibers,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 1,

Fig. 3 ein Betriebsdiagramm und

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Erholungs­ grads.

Zunächst ist ein Schreibkopf 32 anhand von Fig. 1 und 2 näher erläutert. Im Inneren des Schreibkopfes 32 sind zahlreiche Druckkammern 61 und 62, ein Speisezulaß 63, ein gemeinsa­ mes Tintenreservoir 64 und ein Tintenzulaufkanal 65 ausgebildet. Die Druckkammern 61 sind so an­ geordnet, daß sie mehrere Reihen in Bewegungsrichtung des Schreibkopfes 32 bilden, und ihre Zahl bestimmt sich durch die aus Punkten zu bildenden Symbole o. dgl.; in Fig. 1 sind nur sieben Druckkammern dargestellt. Eine Deckelplatte 66 bildet eine Seitenwand der Druckkammern 61. An der Deckelplatte 66 sind piezo­ elektrische Kristallelemente 67 in einer der Zahl der Druckkammern 61 entsprechenden Zahl angeordnet, wobei Druckkammern, Kristallelemente und Deckelplatte sieben Sätze flexibler Wandteile festlegen. Ein Heizelement 68 dient zum teilweisen oder vollständigen Erwärmen der die Düsen 62 einschließenden Tintenstrecke und besteht aus einem durch Ätzen oder Aufdrucken gebildeten Wider­ stand. Eine elastische Platte 69 bildet eine oberseiti­ ge Abdeckung für das Tintenreservoir 64 und ist so aus­ gebildet, daß sie sich in Abhängigkeit von der im Re­ servoir enthaltenen Tintenmenge ausdehnen und zusammen­ ziehen kann. Ein an der Oberseite der elastischen Platte 69 angebrachter Meßfühler 70 lie­ fert Signale, welche die im Tintenreservoir 64 enthal­ tene Tintenmenge angeben, zu einem Steuerteil. Ein aus einem elastischen Werkstoff bestehender Ballonbehälter 71 dient für Tintenversorgungszwecke; sein Innendruck ist im voraus so eingestellt, daß er aufgrund seiner Zusammenziehwirkung einen bestimmten Druck (z. B. 10⁴ Pa-6 · 10⁴ Pa) ausübt. Eine Verbindungsleitung 72 ver­ bindet den Tintenzulaufkanal 65 mit dem Ballonbehälter 71 . Auf halber Länge der Verbindungsleitung 72 ist in diese ein automatisches Ventil 73 eingeschaltet. Eine Ventil­ betätigungseinheit 74 gibt nach Maßgabe des Ausgangssig­ nals des Tintenmengen-Meßfühlers 70 Signale zum Öffnen oder Schließen des automatischen Ventils 73 ab. Eine Zwangsbetätigungseinheit 75 (in einem Schreibkopf-An­ triebsteil angeordnet) dient zum zwangsweisen Öffnen des Ventils 73. Während der Zeitspanne, in welcher das automatische Ventil 73 durch die Betätigungseinheit 74 angesteuert wird, vermag die Zwangsbetätigungseinheit 75 das Ventil 73 mittels der Ausgangssignale des Steuer­ teils zu öffnen, wobei aufgrund der Zusammenziehwir­ kung des Ballonbehälters 71 die Tinte aus allen Düsen 62 ausgetrieben werden kann, so daß die Tintenströmungs­ strecken vom Ballonbehälter 71 zu den Düsen 62 des Schreibkopfes 32 durchgespült werden. Ein Impulsgenera­ tor 76 erzeugt Impulse zur Ansteuerung der piezoelektri­ schen Kristallelemente 67 nach Maßgabe der Ausgangssi­ gnale vom Steuerteil. Eine Heizelement-Treiberschal­ tung 77 dient zur Ansteuerung des Heizelements 68. Der Impulsgenerator 76 und die Treiberschaltung 77 sind bei­ de im Schreibkopf-Antriebsteil untergebracht.

Nachstehend ist die Arbeitsweise des beschriebenen Tin­ tenstrahlschreibers anhand von Fig. 3 erläutert. Die Vorgänge des Ausstoßens von Tintentröpfchen aus den Dü­ sen 62 für den Schreibvorgang, der Tintennachfüllung vom Tintenreservoir 64 zu jeder Druckkammer 61 sowie der automatischen Tintenzufuhr zum Tintenreservoir 64 sind dabei dieselben wie bei bisherigen Tintenstrahl­ schreibern, so daß auf ihre nähere Erläuterung verzich­ tet werden kann.

Der Schreib- oder Ausdruckvorgang erfolgt un­ ter der Steuerung des Steuerteils mittels einer Ab­ tast- oder Pendelbewegung des Schreibkopfs 32.

Dabei bewegt das Steuerteil den Schreibkopf 32 in bestimmten zeitlichen Abständen (von z. B. 90 s) in eine Spritzstellung. Nach Maßgabe der von einem Stellungs-Detek­ tor gelieferten Signale hält der Schreibkopf 32 da­ bei sicher und genau in dieser Stellung an, worauf das Steuerteil einen Spritzvorgang einleitet. Zu diesem Zweck werden gemäß Fig. 3 Signalimpulse S 11, S 12, S 13, . . . S 1 N (mit N = Zahl der Düsen, d. h. 7 beim beschriebe­ nen Beispiel) zur aufeinanderfolgenden Ansteuerung der Düsen in vorgegebenen Zeitabständen T ₁ (von z. B. 5 ms) vom Schreibkopf-Antriebsteil zum Schreibkopf 32 aus­ gegeben. Wenn die aus den einzelnen Düsen ausgespritz­ ten Tintentröpfchen nach einer bestimmten Zeitspanne T ₂ auf einen Kanalstörungs-Detektor auftreffen, lie­ fert letzterer Signale S 20 gemäß Fig. 3 zum Steuerteil. Das Steuerteil stellt dabei fest, ob in jedem Signal S 20 je ein Impuls entsprechend den Ansteuerim­ pulsen S 11-S 1 N enthalten ist oder nicht; wenn auch nur ein einziger entsprechender Impuls nicht vorliegt, ent­ scheidet das Steuerteil, daß der betreffende Tinten­ kanal gestört ist. Während sodann die Düsen 62 und ihre umgebenden Bereich durch das Heizelement 68 erwärmt werden, wird der Schreibkopf 32 zu einer Spülstellung ver­ bracht, und die Zwangsbetätigungseinheit 75 wird nach dem Erreichen einer vorbestimmten Temperatur oder nach einer vorbestimmten Zeitspanne betätigt, so daß der ge­ samte Tintenströmungsdurchgang im Inneren des Schreib­ kopfes 32 auf einmal durchgespült wird. Damit können Luftbläschen und Verstopfungen beseitigt werden. Nach dem Spülvorgang führt das Steuerteil den Schreibkopf 32 zur Fortsetzung des Schreibvorgangs zum Schreibbereich zurück. Falls während des Spritzvorgangs keine Ka­ nalstörung festgestellt wird, wird der Schreibkopf 32 nicht in die Spülstellung verbracht, sondern unmittelbar zur Schreibstellung zurückgeführt. Die automatische Ka­ nalstörungsprüfung erfolgt im Schreibbetrieb und in der Bereitschaftsstellung, und wenn eine Kanalstörung fest­ gestellt wird, wird der Spülvorgang mit Erwärmung des Schreibskopfes eingeleitet. Obgleich die Kanalstörungs­ prüfung intermittierend stattfindet, kann dann, wenn durch Sichtprüfung zwischen den Störungsprüfvorgängen eine Kanalstörung in der Bereitschaftsstellung des Schreibkopfes 32 festgestellt wird, durch Betätigung eines Zwangsspülschalters auf ähnliche Weise ein Spül­ vorgang mit Erwärmung durchgeführt werden.

Wenn die Tinte aus den Düsen 62 zum Überfließen gebracht und letztere zudem erwärmt werden, wird, wie erwähnt, die Wirksamkeit bezüglich des Austreibens von Blasen und Verstopfungen deutlich verbessert. Gründe dafür sind, daß (a) Bläschen und Feststoffe bei höherer Temperatur beschleunigt in der Tinte gelöst werden, daß (b) wegen der bei höherer Temperatur herabgesetzten Tintenviskosi­ tät die Tintenströmung innerhalb der Düsen 62 beschleu­ nigt wird und sich damit Bläschen und Verstopfungen leicht austreiben lassen, und daß (c) die Blasen selbst infolge ihrer thermischen Ausdehnung sich in einer Düse am Schreibkopfteil leicht verschieben und dabei leich­ ter den Kontakt mit letzterem verlieren, so daß sie sich einfacher austreiben lassen.

Um die vorstehend geschilderten Verbesserungen konkret zu belegen, wurden Luftbläschen in die Düsen eines Schreibkopfes mit dem Aufbau gemäß Fig. 1 und 2 einge­ bracht, worauf Tinte 5 s lang bei der niedrigen Tempera­ tur von 30°C zum Überfließen gebracht wurde. Der Prozent­ satz der Wiederherstellung oder Erholung des einwand­ freien Ausstoßzustands der Tintentröpfchen (im folgen­ den als Erholungsgrad bezeichnet) betrug dabei nicht mehr als 1%, da hierbei die Bläschen nur schwierig aus dem Schreibkopf zu entfernen sind, und er lag auch bei einer Verlängerung der Tintenüberfließzeit auf 30 s nur in der Größenordnung von 3%. Wenn dagegen die Düsen auf 100°C erwärmt werden und die Tinte 30 s lang zum Überfließen gebracht wird, ergibt sich ein Erholungsgrad von 36%. Dabei zeigt es sich auch, daß der Erholungsgrad bei wiederholtem Ausspritzen von Tinte expotentiell ansteigt. Die Kennlinie von Fig. 4 veran­ schaulicht die Beziehung zwischen der Temperatur des Düsenteils und dem Erholungsgrad. Wie aus Fig. 4 hervor­ geht, ist der Erholungsgrad bei einer Temperatur von bis zu 30°C äußerst niedrig, während sich bei einer Tempera­ tur von über 30°C die vorteilhaften Wirkungen schnell einstellen und der Erholungsgrad mit ansteigender Tempe­ ratur ständig größer wird.

Vom Fertigungsstandpunkt ist es am günstigsten, als Heizelement 68 das aufgedruckte Widerstandselement zu verwenden. Wahlweise kann jedoch auch ein normaler Wi­ derstandsdraht oder eine sogenannte Flächenwiderstands­ heizeinheit verwendet werden.

Es kann auch ein handelsübliches Konstantheizelement vorgesehen sein. In diesem Fall können mehre­ re derartige Heizelemente mit jeweils verschiedenem Curie-Punkt verwendet werden, wobei die mehrstufige Tem­ peraturregelung mittels einer sehr einfachen Schaltung erfolgen kann.

Zur weiteren Verbesserung der erzielten Wirkungen kann der die Tinte aus den einzel­ nen Düsen zum Überfließen bringende Druck höher einge­ stellt werden. Beispielsweise wird bei einer Drucker­ höhung von 30% und mehr der Erholungsgrad um 15% ver­ bessert.

Es kann auch die Zeitspanne, während welcher die Tinte aus den Düsen überfließt, verlängert werden; dabei kann es sich zeigen, daß die angestrebte Wirkung durch kurzfristige, intermittierende Wiederholung des Überfließens (Spülens) mit geringerem Tintenverbrauch als beim länger dauernden, ständigen Überfließenlassen erzielt wird.

Bei einem Schreibkopf, bei dem die in die Düsen einge­ drungenen Bläschen besonders schwierig zu beseitigen sind, zeigt es sich, daß der Erholungsgrad einer gestör­ ten Düse nicht mehr als 1% beträgt, wenn die Tinte bei 80°C für 5 s ausgespritzt wird; dagegen erhöht sich der Erholungsgrad auf 25%, wenn die Tinte zweimal jeweils 5 s lang in einem Abstand von 5 ausgespritzt wird.

Noch bessere Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn das Überfließenlassen bzw. Spritzen der Tinte erst nach Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur während einer bestimmten Zeitspanne und nicht unmittelbar zu dem Zeit­ punkt einsetzt, zu dem die Düsenabschnitte und die Tin­ tenströmungskanäle zur Erwärmung auf eine feste Tempera­ tur beheizt werden.

Darüber hinaus kann die für den gesamten Spülvorgang benötigte Zeit dann verkürzt werden, wenn das Überflie­ ßen von Tinte eingeleitet wird, bevor die Düsenabschnit­ te und die Tintenströmungskanäle auf eine feste Tempe­ ratur erwärmt worden sind. Die Zeit für das Abkühlen der Düsenabschnitte kann dann verkürzt werden, wenn das Überfließenlassen von Tinte nach Beendigung der Erwär­ mung fortgesetzt wird. In diesem Fall kann insbesondere die Zeitspanne der Unterbrechung des Auf­ zeichnungsvorgangs verkürzt werden, da andernfalls we­ gen der großen Temperaturabhängigkeit der Tintenvisko­ sität gewartet werden müßte, bis die Tintenviskosität wieder eine bestimmte Größe erreicht hat.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird eine Kanal­ störung automatisch festgestellt; ersichtlicherweise ist die Erfindung jedoch auch auf einen Tintenstrahl­ schreiber anwendbar, bei dem eine ständige Sichtprüfung auf Kanalstörung, d. h. Verstopfung o. dgl., stattfindet.

Es können somit Bläschen und Verstopfungen im Vergleich zu bisherigen Verfahren äußerst wirksam beseitigt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Reinigen eines Tintenstrahlschrei­ bers mit einer Heizeinrichtung (68) zum Erwärmen der Tinte, dadurch gekennzeichnet, daß die im Düsenbereich angeordnete Heiz­ einrichtung (68) nur während einer Zeitspanne eingeschaltet wird, in der kein Aufzeichnungs- oder Schreibvorgang durchgeführt wird oder in der Tinte für einen Spülvorgang ausgestoßen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Reinigen der auf die Tinte einwirkende Druck auf einen Wert erhöht wird, der höher als der Druck beim Aufzeichnungs- oder Schreibvorgang ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Reinigen in zwei voneinander getrennten Stufen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stufen jeweils während fünf Sekunden vorgenommen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Stufe 5 Sekunden nach dem Ende der ersten Stufe eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Reinigen nach dem Beginn des Erwärmens vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Erwärmen vor dem Abschluß des Reinigens beendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Reinigen nach dem Erwärmen durchgeführt und das Erwärmen vor dem Abschluß des Reinigens beendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß beim Erwärmen eine Tintenströmungsstrecke auf eine Temperatur im Be­ reich von mehr als 30° erwärmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß beim Erwärmen eine Tintenströmungsstrecke auf eine Temperatur von 100°C erwärmt wird.