DE69715833T2

DE69715833T2 - Tintenstrahldrucker mit einzelnem durchgang

Info

Publication number: DE69715833T2
Application number: DE69715833T
Authority: DE
Inventors: P. Hine; R. Moynihan
Original assignee: Spectra Inc
Current assignee: Fujifilm Dimatix Inc
Priority date: 1996-11-04
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: WO1998019864A1; CA2228780C; JP3258335B2; JP2000507522A; EP0891257A4; EP0891257A1; US5771052A; DE69715833D1; EP0891257B1; CA2228780A1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldrucker und insbesondere auf Tintenstrahldrucker, die dafür konfiguriert sind, Bilder in einem einzigen Durchgang eines Objekts zu drucken, das sich neben dem Drucker bewegt.

Stand der Technik

WO 95/25637 offenbart einen Tintenstrahlkopf, der wenigstens eine Druckkammermembran umfaßt, die aus Kohlenstoff hergestellt ist und mit einer Matrix von eng beabstandeten Tintendurchlässen und einer piezoelektrischen Platte versehen ist, die an der Oberfläche der Druckkammermembran befestigt ist. In einer Ausführungsform besitzt der Kopf eine lineare Matrix von Düsen mit 96 Öffnungen, die bezüglich der Abtastrichtung in einem Winkel angeordnet sind, um eine Auflösung von etwa 300 Punkten pro Zoll (120 Punkte pro cm) in der Unterabtastrichtung zu erzeugen. Eine weitere Ausführungsform verwendet eine Zeile von piezoelektrischen Platten, die an einer 150 cm breiten einzelnen Kohlenstoffplatte angebracht sind, um einen Tintendruckkopf mit einer Breite von einer Seite zu erzeugen. In einer weiteren Ausführungsform sind erste und zweite Kohlenstoff-Druckkammermembranen vorgesehen, die erste und zweite Matrizen von eng beabstandeten internen Tintendurchlässen aufweisen und ferner erste und zweite piezoelektrische Platten aufweisen, die jeweils an den ersten und zweiten Oberflächen befestigt sind. Ein Kohlenstoffkragenelement hält die ersten und zweiten Druckkammerelemente in einer festen parallelen Beziehung zu den Auslaßöffnungen der Matrizen der inneren Durchlässe, die darin eine gemeinsame Ebene abschließen. Ein Kohlenstoffverteilerelement besitzt eine erste Oberfläche, die sich in der gemeinsamen Ebene der Auslaßöffnungen der Druckkammerelemente erstreckt, und besitzt entsprechende Durchlässe, die darauf ausgerichtet sind und sich durch das Verteilerelement erstrecken. Es besitzt ferner eine zweite Oberfläche, die mit Tintendurchlässen versehen ist, die sich von den entsprechenden Durchlässen in Richtung zu einer gemeinsamen Linie erstrecken und dort enden, die sich längs der zweiten Oberfläche erstreckt. Eine Mündungsplatte ist an der zweiten Oberfläche des Verteilerelements befestigt und besitzt eine lineare Matrix von Mündungen, die auf die gemeinsame Linie ausgerichtet sind, um Tinte von den in der zweiten Oberfläche ausgebildeten Tintendurchlässen aufzunehmen.
Bei vielen Gelegenheiten ist es erwünscht, Bilder auf ein kontinuierlich bewegtes Objekt, wie z. B. ein Paket, das auf einer Fördereinrichtung befördert wird, oder eine Bahn oder ein Band eines Substrats, in einen einzigen Durchlauf zu drucken, d. h. ohne daß irgendeine wiederholte Bewegung oder Rückkehrbewegung des Tintenstrahlkopfes bezüglich des Objekts erforderlich ist. Die Beabstandung der Tintenstrahlmündungen in einem Tintenstrahldrucker in einer Zeile, die sich quer zur Breite des Substrats erstreckt, bietet jedoch normalerweise keine ausreichende Auflösung, um ein annehmbares Bild zu erzeugen. In vielen Fällen ist es erwünscht, die Farbe der beim Drucken verwendeten Tinte wechseln zu können, ohne den Druckkopf auszutauschen, wobei jedoch herkömmliche Drucker üblicherweise nicht fähig sind, ein Drucken verschiedenfarbiger Tinten aus dem gleichen Druckkopf zu erlauben.

Offenbarung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einzeldurchlauf- Tintenstrahldrucker zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Einzeldurchlauf- Tintenstrahldrucker, der die im Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche angegebenen Merkmale aufweist.
Die Ausführungsformen der Erfindung schaffen einen Einzeldurchlauf-Tintenstrahldrucker, der unter Verwendung des gleichen Druckkopfes mit Tinten unterschiedlicher Farben drucken kann, und der ein hochauflösendes Bild erzeugen kann.
Im obenerwähnten Tintenstrahldrucker weist der Druckkopf eine oder mehrere Matrizen von Mündungen auf, die sich quer über die volle Breite des gedruckten Bildes erstrecken, das auf einem Objekt erzeugt werden soll. Der Druckkopf besitzt wenigstens zwei Tintenstrahlmodule, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Bandes bezüglich des Tintenstrahlkopfes erstrecken, wobei die Module mit Öffnungen in einer Mündungsplatte in Verbindung stehen, die in versetzter Beziehung zueinander in Richtung der Bandbewegung angeordnet sind. Um relativ breite Bilder mit annehmbarer Auflösung zu drucken, wie z. B. solche mit 10 Zoll (25,4 cm) oder mehr, sind vorzugsweise mehrere Sätze von Tintenstrahlmodulen vorgesehen, wobei die Enden der benachbarten Module in Richtung quer zur Breite des Bandes überlappen, so daß die Tinte zu Mündungen geliefert wird, die benachbarten Bildbereichen in den auf dem Band erzeugten Bildern entsprechen. Die Tinte wird jedem der Module über Durchlässe in einer Verteilerplatte zugeführt, die zwischen den Modulen und der Mündungsplatte eingesetzt ist und mittels eines Unterstützungsrahmens unterstützt ist. Jedes der Module besitzt ferner vorzugsweise einen Auslaßdurchlaß, wobei der Verteiler ebenfalls Rückgabedurchlässe aufweist, wodurch es möglich wird, die Tinte kontinuierlich durch alle Module zirkulieren zu lassen, selbst wenn sie nicht beim Drucken verwendet wird, um somit die Suspension der Pigmente in einer pigmentierten Tinte aufrechtzuerhalten.
Um eine gleichmäßige Tintentropfengröße bei allen Umgebungstemperaturen sicherzustellen, können Heizvorrichtungen im Unterstützungsrahmen vorgesehen sein, um die Tinte auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten, unabhängig von Umgebungstemperaturschwankungen. Wenn heißschmelzende Tinte verwendet wird, können die Heizvorrichtungen geregelt werden, um die Tinte auf eine Temperatur über ihrem Schmelzpunkt zu halten.
Um einen Austausch oder Wechsel der Tintenzuführungen zu erlauben, enthält der Druckkopf ferner Schnelltrennkupplungen, wobei zum Vermeiden der Verunreinigung der Tinte innerhalb des Kopfes ein separater Filter zwischen der Schnelltrennkupplung und dem Druckkopf an einer Einlaßseite vorgesehen ist. In einer bestimmten Ausführungsform, die eine Auflösung von etwa 275 Punkte/Zoll (108 Punkte/cm) und eine Druckbreite von etwa 5,6 Zoll (14,2 cm) bietet, sind 12 Tintenstrahlmodule, die jeweils 128 Mündungen versorgen, in zwei benachbarten Zeilen vorgesehen, die sich senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bandes erstrecken, wobei die Enden der Module in einer Zeile sich zwischen den Enden der Module in der anderen Zeile erstrecken, so daß benachbarte Tintenstrahlmodule mit Mündungen kommunizieren, die benachbarten Bildbereichen in der Mündungsplatte zugeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform, die etwa 600 Punkte/Zoll (236 Punkte/cm) Auflösung über eine Druckbreite von 10,25 Zoll (26,0 cm) bietet, sind 48 Module in vier Zeilen beabstandet quer zur Breite des Bandes ausgerichtet, wobei jedes Modul 128 Öffnungen versorgt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild ist, das die Anordnung einer repräsentativen Ausführungsform eines Einzeldurchlauf-Tintenstrahldruckers gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Explosionsansicht ist, die eine repräsentative Anordnung eines Tintenstrahlmoduls zur Verwendung im Drucker der Erfindung zeigt;
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die bestimmte Komponenten einer repräsentativen Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfes zur Verwendung im Drucker der Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ist, die die Komponenten der Fig. 3 in zusammengefügter Beziehung erläutert;
Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht ist, die die Anordnung des in Fig. 4 gezeigten Druckkopfes im Drucker der Erfindung zeigt;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht ist, die eine weitere repräsentative Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 7 eine schematische Querschnittsansicht der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform längs der Linie VII-VII in Richtung der Pfeile betrachtet zeigt.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

In der in Fig. 1 gezeigten repräsentativen Anordnung ist ein Druckkopf 10 neben einer Andruckrolle 12 angeordnet, auf der ein Substrat 14, wie z. B. eine Papierbahn, unterstützt ist. Im Betrieb wird die Papierbahn 14 kontinuierlich in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Figur angetrieben, wobei in Reaktion auf die Drucksignale, die auf einer Leitung 16 von einer Steuereinheit 18 empfangen werden, der Druckkopf 10 Tintentropfen aus den Mündungen in einer Mündungsplatte längs benachbarter Bahnen 20 in einer im folgenden beschriebenen Weise ausstößt. Die Tropfen werden in Richtung zur Bahn 14 in zeitlicher Beziehung zur Bewegung der Bahn ausgestoßen, um in einem einzigen Durchlauf ein Bild zu erzeugen, das sich im wesentlichen über die volle Breite des Substrats erstrecken kann. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit zur Bewegung eines Druckkopfes quer zur Breite des Substrats eliminiert, wobei das Bild in einer einzigen Durchlaufbewegung zwischen dem Substrat und dem Druckkopf, d. h. der Bewegung der Bahn 14 bezüglich des Druckkopfes 2, gedruckt werden kann.
Es ist klar, daß anstelle der Anwendung auf eine Bahn 14, die auf einer Andruckplatte 12 unterstützt wird, die Oberfläche, auf die die Tintentropfen aufgetragen werden, die Oberfläche eines Objekts sein kann, wie z. B. eines Paketes, das mittels einer Fördereinrichtung am Druckkopf 10 vorbeigeführt wird.
Um die Tinte mit auswählbarer Farbe zum Druckkopf zuzuführen, ist eine Tintenzuführungsleitung 22 über einen Wegwerffilter 24 und eine Schnelltrennkupplung 26 mit einem weiteren Filter 28 verbunden, der ein Teil des Druckkopfes 10 ist. Die Tinte zirkuliert von der Zuführungsleitung 22 durch den Druckkopf in der im folgenden beschriebenen Weise mittels einer Pumpe 30, die Tinte aus einem Wegwerf-Tintenbehälter 32 durch ein Sieb 34 ansaugt. Am Auslaßende des Druckkopfes 10 ist eine weitere Schnelltrennkupplung 36 mit einer Rückführungsleitung 38 verbunden, die zu einer J-Rohr-Einheit 40 mit einer in die Atmosphäre geöffneten Belüftungsöffnung über einen Filter 42 führt.
Ein Standrohrablauf 44 führt von der J-Rohr-Einheit 40 zum Wegwerf-Tintenbehälter 32, der seinerseits über einen Filter 46 in die Atmosphäre entlüftet ist. Um ein Vertropfen der Tinte aus den Mündungen in der Mündungsplatte zu verhindern, wird ein leichter Unterdruck an den Druckkopfmündungen aufrechterhalten durch Positionieren der J-Rohr-Einheit 40 derart, daß der Spiegel der Tinte 48 im J-Rohr-Auslaß 49 zum Standrohrablauf 44 mit einem ausgewählten Abstand 50 unterhalb der Tintenstrahlmündungen liegt, die sich in einer Mündungsplatte 52 am Boden des Druckkopfes befinden, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die J-Rohr-Einheit 40 enthält ein Ventil 41 zwischen dem Einlaß von der Rückführungsleitung 38 und dem Filter 42, welches normalerweise geschlossen ist, jedoch geöffnet werden kann, um Luftblasen aus dem Standrohr 44 abzuführen, und ein weiteres Ventil 43 zwischen dem Einlaß 38 und dem Auslaß 49, welches normalerweise offen ist, jedoch geschlossen werden kann, wenn Druck auf die Tinte im Druckkopf ausgeübt wird, um die Mündungen in der Mündungsplatte 52 zu spülen. Wie im folgenden beschrieben wird, ist die Mündungsplatte 52 im Druckkopf 10 vorzugsweise eine einzelne Platte, die mit 1536 Mündungen versehen ist für die Ausführungsform, die im folgenden mit Bezug auf die Fig. 2 bis 5 beschrieben wird, oder mit 6144 Mündungen für eine Mündungsplatte, die in einer Ausführungsform des in den Fig. 6 und 7 gezeigten Typs verwendet wird.
Da das Verstopfen einer einzelnen Mündung in der Mündungsplatte mit Fremdmaterial eine ausreichende Bildverschlechterung hervorrufen kann, um den Druckkopf unbrauchbar zu machen, und da die Schnelltrennkupplungen für die Tintenzuführung eine Gelegenheit zum Einbringen von Verunreinigungen in das System bieten, sind spezifische Filteranordnungen vorgesehen, um irgendeine Verunreinigung der zu den Mündungen im Druckkopf zugeführten Tinte zu verhindern. Zu diesem Zweck sind sowohl beim Wegwerf-Tintenbehälter 32 als auch der J-Rohr-Einheit 40, die in die Atmosphäre entlüftet werden, die Belüftungsöffnungen mit den Filtern 42 und 46 abgedeckt, die vorzugsweise 1 um-Filter sind, um eine Verunreinigung zu verhindern, wenn während des Betriebs des Systems Luft in diese Komponenten gesaugt wird. Außerdem ist ein Wegwerffilter 24, der vorzugsweise ein 5-10 um-Cassettentypfilter ist, in der Leitung 22 an der Schnelltrennkupplung 26 enthalten, während der Filter 28, der vorzugsweise ein 10 um-Nukleopor-Filter ist, irgendwelche Verunreinigungen auffängt, die eingebracht werden können, wenn die Schnelltrennkupplung getrennt und wiederverbunden wird.
In der Explosionsansicht der Fig. 2 ist die Anordnung eines repräsentativen Tintenstrahlmoduls 54 gezeigt, das im Druckkopf 10 verwendet wird. Die Herstellung und der Zusammenbau solcher Tintenmodule ist genauer beschrieben in der Patentanmeldung von Moynihan u. a. mit der laufenden Nr. 08/406.297, nun US 5605659, 5640184 und 5701148. Das in Fig. 2 gezeigte Tintenstrahlmodul 54 enthält eine Kohlenstoff-Druckkammerplatte 56, die auf gegenüberliegenden Seiten mit Matrizen 58 von eng beabstandeten Nuten versehen ist, die Tintendruckkammern bilden, wobei jede dieser Matrizen von einer piezoelektrischen Wandlerplatte 60 (Meßwandlerplatte) abgedeckt ist, die eine Matrix von Elektroden 62 aufweist, die bezüglich der Druckkammern in den Matrizen 58 so angeordnet sind, daß sie in Reaktion auf ein geeignetes elektrisches Signal selektiv einen entsprechenden Abschnitt der Wandlerplatte verformen und somit das Volumen einer entsprechenden Druckkammer ändern.
Die Druckkammerplatte 56 besitzt ferner eine längsverlaufende Öffnung 64, die in der dargestellten Ausführungsform Tinte an einem Ende von einem internen Durchlaß 66 aufnimmt, von der unteren Stirnfläche 68 der Platte 56 wegführt und, nachdem die Tinte zur Druckkammer zugeführt worden ist, die Tinte am gegenüberliegenden Ende durch einen internen Durchlaß 70 in eine Öffnung im unteren Ende 68 der Platte ausgibt.
Um gelöste Luft aus der Tinte zu extrahieren, wenn sie durch die längsverlaufende Öffnung 64 geleitet wird, erstreckt sich ein Entgaser 72, der ein rohrförmiges Element 74 umfaßt, das aus luftdurchlässigem, tintenundurchlässigem Material gefertigt ist, wie z. B. stranggepreßten Polytetrafluorethylen, vorzugsweise mit einer Dicke von 0,1 mm und einem Innendurchmesser von 1,5 mm durch die längsverlaufende Öffnung 64 und durch eine Öffnung 76 im Ende der Druckkammerplatte 56. Ein Pfropfen 78 verschließt das vorstehende Ende des rohrförmigen Elements 74, wobei das gegenüberliegende Ende mit einer Unterdruckquelle 80 verbunden ist, die einen ausreichenden Unterdruck von z. B. 0,7 Atmosphären liefert, um den gelösten Luftgehalt der Tinte, die durch die Längsöffnung 64 läuft, auf ein Niveau unter das Niveau zu reduzieren, bei dem Luftblasen in der Druckkammer während des Betriebs des Tintenstrahlsystems gebildet werden können. Um das Rohr 72 zu hindern, in Reaktion auf die Beaufschlagung mit dem Unterdruck zu kollabieren, ist ein poröser Träger, wie z. B. ein Stab aus porösem Kohlenstoff oder ein schraubenlinienförmiger Draht mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Rohres, in das Rohr eingesetzt.
Um den Druckkopf 10 zu bilden, werden mehrere Tintenstrahlmodule 54 auf einer Verteilerschichtanordnung 84 montiert, die in einem Unterstützungsrahmen 82 angeordnet ist. Die Verteiler-Schichtanordnung 84 umfaßt eine Versteifungsplatte 85, eine Filterschicht 86, eine Verteilerplatte 88 und eine Mündungsplatte 90, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Die Mündungsplatte 90 besitzt lineare Matrizen von gleichmäßig beabstandeten Mündungen 90, die in zwei Gruppen angeordnet sind, wobei die Endmündungen in benachbarten Matrizen voneinander in Richtung der Matrizen mit dem gleichen Abstand beabstandet sind wie die Mündungen in den Matrizen. Außerdem sind die Mündungen in aufeinanderfolgenden Matrizen in jeder Gruppe um einen Abstand versetzt, der gleich der Mündungsbeabstandung in der jeweiligen Matrix ist, dividiert durch die Anzahl der Matrizen in jeder Gruppe minus 1. Auf diese Weise ist die Auflösung im resultierenden Bild in Richtung der Länge der Matrizen gleich der Anzahl der Mündungen pro Längeneinheit in jeder Matrix multipliziert mit der Anzahl der Matrizen in der Gruppe.
Die Filterschicht 86 in der Verteileranordnung 84 ist vorgesehen, um mögliches Festkörpermaterial, das die Mündungen verstopft, am Erreichen der Mündungen 91 in der Mündungsplatte 90 zu verhindern, jedoch den Partikeln des Feststoffmaterials, die kleiner sind als die Mündungen in der Platte 90, ein Durchlaufen der Filterschicht zu ermöglichen. Die Filterschicht kann dem Typ entsprechen, der z. B. beschrieben ist in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung von Moynihan mit dem Titel "filter arrangement for ink jet head" laufende Nr. 08/231.102, eingereicht am 22. April 1994 (nun US-Patent 5724082). Wenn z. B. die Mündungen 91 einen Durchmesser von etwa 50 um aufweisen, kann die Größe der Öffnungen in der Filterschicht 86 etwa 25 bis 30 um betragen.
Die Versteifungsplatte 85 ist vorgesehen, um die Steifigkeit und die elektrische Isolation für die Verteiler-Schichtanordnung 84 zu bewirken, und kann z. B. aus einem keramischen Aluminiummaterial gefertigt sein. Sowohl die Versteifungsplatte 85 als auch die Filterschicht 86 weisen mehrere Löcher 92 auf, die auf die Tinteneinlaß- und Auslaßdurchlässe 66 und 70 in jeden der Tintenstrahlmodule 54 und auf die Gewindebohrungen 94 für Schrauben 95 ausgerichtet sind, mit denen die Module an der Verteilerplatte 88 befestigt werden, und für weitere Schrauben 95, mit denen die Verteilerplatte am Unterstützungsrahmen 82 befestigt wird, wobei die Mündungsplatte 90 mit der Verteilerplatte 88 verklebt wird.
Die Verteilerplatte entspricht dem Typ, der in der obenerwähnten Anmeldung von Moynihan u. a. mit der laufenden Nr. 08/406.297 beschrieben ist, und besitzt geeignete Durchlässe 96, mit denen die Tinte, die durch eine Einlaßöffnung 98 an der Kante des Rahmens 82 aufgenommen und durch die Öffnungen 100 in der Filterschicht 86 und die Versteifungsplatte durchgelassen worden ist, auf die Tinteneinlaßöffnungen 66 in den Tintenstrahlmodulen 54 verteilt wird. Die von den Tintenauslaßöffnungen 70 in den Modulen zur Verteilerplatte gelieferte Tinte wird mittels entsprechender Rückführungsdurchlässe 101 in der Verteilerplatte 88 und durch Öffnungen 102 in der Filterschicht und die Versteifungsplatte zu einer Auslaßöffnung 104 in der Kante des Unterstützungsrahmens 82 befördert. Die Unterstützungsrahmen-Auslaßöffnung 104 ist ihrerseits über die Schnelltrennkupplung 36 mit der Rückführungsleitung 38 verbunden, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Für eine bequemere Ausbildung der erforderlichen Durchlässe ist die Verteilerplatte 88 vorzugsweise aus Kohlenstoff gefertigt, wie in der obenerwähnten Anmeldung mit der laufenden Nr. 08/406.297 beschrieben ist, während zur Verleihung von Steifigkeit der Unterstützungsrahmen 82 aus Aluminium gefertigt sein kann. Der Unterstützungsrahmen 82 enthält zwei weitere Öffnungen 106, um Heizelemente aufzunehmen, die dazu dienen, die Verteileranordnung 84 auf einer gleichmäßigen und konstanten Temperatur über der Umgebungstemperatur zu halten.
Fig. 4 zeigt einen zusammengesetzten Druckkopf, bei dem zur Vereinfachung der Darstellung nur die vier Tintenstrahlmodule 54, wie in Fig. 3 gezeigt, im Rahmen 82 montiert sind. Die Querschnittsansicht der Fig. 5 zeigt jedoch alle zwölf Tintenstrahlmodule 54, die im Rahmen 82 montiert sind. Diese sind in zwei nebeneinanderliegenden Gruppen vorgesehen, wobei die benachbarten Enden der Module überlappen. Mit 128 Düsen in jedem Tintenstrahlmodul, die 0,022 Zoll (0,56 mm) beabstandet sind, wird eine Auflösung von etwa 275 Punkten pro Zoll (108 Punkte/cm) in Richtung quer zur Bahn und eine maximale Bildbreite von etwa 5,6 Zoll (14,2 cm) geschaffen.
Da außerdem der Druckkopf selbst keinen Tintenvorrat enthält, befindet sich ein minimales Volumen an Tinte innerhalb des Druckkopfes. Wenn folglich die Tintenzufuhr vom Druckkopf getrennt wird und eine weitere Tintenzuführung mit einer anderen Art von Tinte verwendet werden soll, kann die im Druckkopf zurückbleibende Tinte schnell und bequem herausgespült werden, bevor die neue Tintenzuführung mit dem Druckkopf verbunden wird, wobei die Auslaßleitung 38 mit einem Abfallbehälter verbunden wird, bis die neue Tinte durch den Druckkopf gelaufen ist. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist der Druckkopf 10 mittels eines Kopfhalters 108 unterstützt, der sich neben der Bahn 14 gering beabstandet von der Andruckrolle 12 befindet, wobei die Bahn 14 durch Antriebsrollen 110 kontinuierlich an der Mündungsplatte 88 vorbeibewegt wird, aus der Tintentropfen längs der entsprechenden Bahnen 20 auf die Bahn aufgebracht werden. Die Tintenstrahlmodule 54 sind mit einer Kopfschnittstellenplatine 112 verbunden, die Tropfenausstoß-Betätigungssignale auf der Leitung 16 von der Steuereinheit 18 empfängt und diese den Modulen 54 zu geeigneten Zeitpunkten zuführt, um ein Bild auf der Bahn 14 zu erzeugen, wenn sich diese am Druckkopf vorbeibewegt.
Wie ferner in Fig. 5 gezeigt ist, sind Heizvorrichtungen 114 in den Unterstützungsrahmenöffnungen 106 montiert. In dieser Ausführungsform, die insbesondere für Tinten nützlich ist, die bei Raumtemperatur flüssig sind, werden die Heizvorrichtungen 114 vorzugsweise so geregelt, daß sie eine konstante gleichmäßige Temperatur im Druckkopf auf einem Niveau halten, das etwas über der maximalen Umgebungstemperatur liegen sollte, so daß die Viskosität der Tinte und somit die Tropfengröße konstant gehalten werden kann.
In der in den Fig. 6 und 7 gezeigten weiteren Ausführungsform enthält ein Druckkopf 120 48 Module 54, die in der Weise angeordnet sind, wie oben mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben worden ist, mit der Ausnahme, daß die Mündungen in jeder Zeile etwa 0,020 Zoll (0,51 mm) beabstandet sind und vier Gruppen von 12 Modulen jeweils nebeneinanderliegend und überlappend über der Breite 121 einer Bahn vorgesehen sind, wodurch eine Druckbildbreite von etwa 10,25 Zoll (26,0 cm) erzeugt wird. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist in dieser Ausführungsform ein austauschbarer Tintenvorratsbehälter 122 in einem Rahmen 124 montiert, in welchem die Module 54 montiert sind, durch Befestigen des Vorratsbehälters am Druckkopf. Relative Bewegungen und Schwingungen zwischen dem Vorratsbehälter und dem Druckkopf werden somit minimiert, wodurch Druckstöße vermieden werden, die das Strahlen der Tinte und die Bildqualität beeinträchtigen könnten. In diesem Fall ist der Vorratsbehälter 122 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet und besitzt eine Verbindungsleitung 126, die zu einer Unterdruckquelle führt, um den Unterdruck von etwa 3 bis 5 Zoll (7,6 bis 12,7 cm) Wassersäule an der Mündungsplatte aufrechtzuerhalten. Wie in der Ausführungsform der Fig. 2-5 ist jedes Tintenstrahlmodul 54 mit einer Schnittstellenplatine 128 verbunden, die ihrerseits über die Leitung 16 mit der Steuereinheit 18 verbunden ist, welche Betätigungssignale an die piezoelektrischen Wandlerelektroden liefert, um den Tropfenausstoß anzuregen. Für die Verwendung mit heißschmelzender Tinte werden der Tintenvorratsbehälter 122 sowie der Rahmen 124 und die Module 54 auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der Tinte gehalten mittels Druckkopfheizvorrichtungen des Typs, der oben mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben worden ist, und einer Vorratsbehälterheizvorrichtung 129, die in Fig. 7 schematisch gezeigt ist.
In bestimmten Tintenstrahlsystemen kann eine flüssige Tinte verwendet werden, die durch Belichtung mit ultravioletter Strahlung oder anderer Strahlung ausgehärtet werden kann. In solchen Fällen kann der Drucker eine Strahlungsquelle 132 zum Aushärten der auf die Bahn 14 aufgetragenen Tinte, wenn diese den Druckkopf 10 verläßt, enthalten.
In Reaktion auf die Betätigungssignale von der Steuereinheit werden Tintentropfen längs der Bahnen 20 in Richtung zu einer Bahn 14 ausgestoßen, die mittels der Antriebsrollen 110 längs einer Andruckplatte 12 angetrieben wird, welche mit einem kleinen Abstand 130 von etwa 0,02 bis 0,03 Zoll (0,51 bis 0,76 mm) von der Mündungsplatte in der Verteileranordnung 84 angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann eine Auflösung von etwa 600 Punkten pro Zoll (236 Punkte pro cm) über eine Bildbreite von etwa 10,25 Zoll (26,0 cm) geschaffen werden, wobei die Auflösung in Richtung der Bahnbewegung durch die Bahngeschwindigkeit und die Rate, mit der die Betätigungssignale den Tintenstrahlmodulen zugeführt werden, gesteuert wird, um somit in dieser Richtung etwa die gleiche Bildauflösung zu erhalten. Die benachbarten Module 54 in jeder Gruppe weisen vorzugsweise einen Abstand 134 von etwa 0,32 bis 0,4 Zoll (0,8 bis 1,0 cm) auf, so daß die Gesamtbreite der Matrix von Modulen in Bewegungsrichtung der Bahn etwa 3,5 bis 4,4 Zoll (8,9 bis 11,2 cm) beträgt.
In hochauflösenden Tintenstrahlsystemen verursachen Tropfenplazierungs- und Tropfenvolumenfehler einen Verlust an Bildqualität. Das Vorsehen von Heizvorrichtungen, die dazu dienen, eine konstante und gleichmäßige Tintentemperatur aufrechtzuerhalten, wie oben beschrieben worden ist, reduziert Tropfenvolumenfehler auf ein tolerierbares Maß. Tropfenplazierungsfehler werden minimiert durch Positionieren der Mündungen in der Mündungsplatte mit einer Genauigkeit von etwa 0,0001 Zoll (2,5 um), durch Halten der Bahn 14 im kleinstmöglichen Abstand 130 von der Mündungsplatte, und durch Halten der Führung der Bahn 14 in genauer Ausrichtung auf die Achse des Druckkopfes.
Bei Bedarf können mehrfarbige Bilder erzeugt werden durch Vorsehen von zwei oder mehr Druckköpfen 10 aufeinanderfolgend längs der Bewegungsbahn der Bahn 14. In diesem Fall müssen die entsprechenden Bildpixelmündungen in den Mündungsplatten der Druckköpfe genau ausgerichtet sein und es muß eine genaue Führung der Bahn 14 während ihres Durchlaufes an den aufeinanderfolgenden Druckköpfen aufrechterhalten werden. Es ist klar, daß anstelle des Auftragens auf eine Bahn 14, die durch Antriebsrollen 110 über eine Andruckplatte 12 angetrieben wird, die aus dem Druckkopf ausgestoßenen Tintentropfen auf benachbarte Oberflächen von Objekten aufgetragen werden können, wie z. B. von Paketen oder Behältern, die von einer Fördereinrichtung in der gleichen Richtung wie die Bahn befördert werden.
Obwohl die Erfindung hier mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind für Fachleute viele Abwandlungen und Variationen offensichtlich. Dementsprechend sind alle solche Variationen und Abwandlungen im beabsichtigten Umfang der Erfindung enthalten, wie er in den beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Einzeldurchgang-Tintenstrahldrucker, der Antriebsmittel zum Transportieren eines eine Bildaufnahmeoberfläche besitzenden Objekts (14) in einer ausgewählten Richtung, einen Tintenstrahl-Druckkopf (10), der in einer eng beabstandeten Beziehung zum Objekt angeordnet ist, um Tintentropfen auf dessen Bildaufnahmeoberfläche zu schleudern, und eine Tintenzuführung (30, 32) zum Zuführen von Tinte zum Druckkopf umfaßt, wobei der Druckkopf umfaßt:

einen Unterstützungsrahmen (82) mit einer Öffnung;

eine Mündungsplatte, die am Unterstützungsrahmen befestigt ist und Mündungen (91) besitzt, die sich im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts (14) und in der Richtung quer zur Breite der Bildaufnahmeoberfläche erstrecken;

eine Verteilerplatte (88), die mit mehreren Durchlässen ausgebildet ist, die mit den Mündungen in der Mündungsplatte in Verbindung stehen, und weitere Durchlässe besitzt, um Tinte von einem Tinteneinlaß zu Tintenstrahlmodulen zu transportieren; und

Tintenstrahlmodule (54), die in der Öffnung im Unterstützungsrahmen unterstützt sind und Stirnflächen besitzen, die mit Durchlässen in der Verteilerplatte in Verbindung stehen, um hierdurch den Mündungen in der Mündungsplatte, mit denen die Durchlässe in Verbindung stehen, Tinte zuzuführen, wobei sich die Tintenstrahlmodule in der Richtung quer zur Breite der Bildaufnahmeoberfläche erstrecken und Tintendruckkammern sowie zugeordnete Meßwandler, die den Mündungen in der Mündungsplatte entsprechen, besitzen,

wobei die Mündungsplatte (90) wenigstens zwei parallele Zeilen von Mündungen (91) besitzt, die sich in einer seitlich und longitudinal versetzten Beziehung zu den Endmündungen in benachbarten Zeilen, die voneinander in Längsrichtung um den gleichen Abstand wie die Mündungen in den Zeilen beabstandet sind, erstrecken, und wobei wenigstens zwei Tintenstrahlmodule (54) in seitlich und longitudinal versetzter Beziehung innerhalb der Öffnung des Unterstützungsrahmens unterstützt sind, um entsprechenden Zeilen von Mündungen Tinte zuzuführen.

2. Drucker nach Anspruch 1, der umfaßt: eine Schnelltrennkupplung (26), die die Tintenzufuhr mit dem Druckkopf verbindet; und einen Filter (28) zwischen der Schnelltrennkupplung und dem Druckkopf, um Verunreinigungen, die während des Austausches einer Tintenzuführung eingeführt werden, einzufangen.

3. Drucker nach Anspruch 2, der umfaßt:

einen Wegwerffilter (24) in der Tintenzuführungsleitung, der mit der Schnelltrennkupplung (26) verbunden ist.

4. Drucker nach Anspruch 2 oder 3, der umfaßt:

eine Rückführungsleitung (38) zum Zurückführen von Tinte vom Druckkopf zur Tintenzuführung; und eine weitere Schnelltrennkupplung (36) zum Verbinden der Rückführungsleitung mit dem Druckkopf

5. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Tintenzuführung enthält:

einen Tintenbehälter (32); und

eine Pumpe (30) zum Fördern von Tinte vom Tintenbehälter zum Druckkopf.

6. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, der umfaßt:

eine Filterschicht (86), die zwischen der Mündungsplatte (90) und den Tintenstrahlmodulen (54) angeordnet ist und Öffnungen besitzt, die groß genug sind, um Partikel zu blockieren, die zu groß sind, um sich durch die Mündungen (91) in der Mündungsplatte zu bewegen, jedoch nicht groß genug sind, um Partikel zu blockieren, die klein genug sind, um sich durch Mündungen in der Mündungsplatte zu bewegen.

7. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, der umfaßt:

eine langgestreckte Öffnung (64) in jedem Tintenstrahlmodul (54), die einen Weg schafft, durch den Tinte zu den darin befindlichen Tintendruckkammern (58) strömt; und

ein Entluftungsrohr (74), das in dem langgestreckten Durchlaß angeordnet und aus einem luftdurchlässigen, tintenundurchlässigen Material hergestellt ist und mit einer Quelle für Unteratmosphärendruck verbunden ist.

8. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem jedes Tintenstrahlmodul umfaßt:

einen Tinteneinlaßdurchlaß (66);

einen Tintenverteilungsdurchlaß (64), der Tinte vom Einlaßdurchlaß empfängt und sie auf die Tintendruckkammern im Modul verteilt; und

einen Tintenauslaßdurchlaß (70), der Tinte vom Ende des Tintenverteilungsdurchlasses empfängt; und

wobei die Verteilerplatte (88) umfaßt:

einen Tintenzuführungsdurchlaß (96) zum Zuführen von Tinte zu den Tintenempfangsdurchlässen in den Tintenstrahlmodulen; und

einen Tintenrückführungsdurchlaß (101), der Tinte von den Auslaßdurchlässen in den Tintenstrahlmodulen empfängt und eine Verbindung mit der Auslaßleitung vom Druckkopf herstellt.

9. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Zeilen von Mündungen in Gruppen angeordnet sind, wobei die Mündungen in aufeinanderfolgenden Zeilen in jeder Gruppe um eine Strecke versetzt sind, die gleich dem Mündungsabstand in jeder Zeile dividiert durch die Anzahl von Zeilen in jeder Gruppe minus eins ist.

10. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, der zwölf Tintenstrahlmodule umfaßt, die in zwei Gruppen aus jeweils sechs Modulen angeordnet sind, wobei die Module in jeder Gruppe mit den Enden der Module in der anderen Gruppe überlappen und wobei:

jedes Tintenstrahlmodul eine Kohlenstoffplatte (156) umfaßt, wobei eine Matrix aus Tintenstrahlkammern auf jeder Seite der Kohlenstoffplatte angeordnet ist und umfaßt:

einen piezoelektrischen Meßwandler (62), der auf jeder Seite der Kohlenstoffplatte angebracht ist und Elektroden zum Betätigen von Abschnitten des Meßwandlers, die den benachbarten Tintenstrahlkammern in der Kohlenstoffplatte entsprechen, besitzt.

11. Drucker nach Anspruch 10, bei dem die Mündungsplatte mehrere Zeilen von Mündungen, die in Gruppen angeordnet sind, umfaßt, und die Mündungen in jeder Zeile von Mündungen in der Mündungsplatte um etwa 0,02 Zoll (0,57 mm) beabstandet sind und die Zeilen in jeder Gruppe versetzt sind, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Bildelementen, die durch aufeinanderfolgende Mündungen in Bewegungsrichtung der Bahn erzeugt werden, zu schaffen, wodurch eine Auflösung von ungefähr 275 Punkten pro Zoll (108 Punkte/cm) in der Richtung quer zur Breite der Bahn geschaffen wird.

12. Drucker nach einem der Ansprüche 1-9, der achtundvierzig Tintenstrahlmodule umfaßt, die in vier Gruppen aus jeweils zwölf Modulen angeordnet sind, wobei die Module in jeder Gruppe mit den Enden der Module in benachbarten Gruppen überlappen und wobei:

jedes Tintenstrahlmodul eine Kohlenstoffplatte umfaßt, wobei auf seiten der Kohlenstoffplatte eine Matrix aus Tintendruckkammern angeordnet ist und enthält:

einen piezoelektrischen Meßwandler, der auf jeder Seite der Kohlenstoffplatte angeordnet ist und Elektroden zum Betätigen von Abschnitten des Meßwandlers, die den benachbarten Tintendruckkammern in der Kohlenstoffplatte entsprechen, besitzt.

13. Drucker nach Anspruch 12, bei dem die Mündungsplatte mehrere Zeilen von Mündungen umfaßt, die in Gruppen angeordnet sind, wobei die Mündungen in jeder Zeile um etwa 0,02 Zoll (0,57 mm) beabstandet sind und die Zeilen in jeder Gruppe versetzt sind, um einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Bildelementen, die durch aufeinanderfolgende Mündungen in der Bewegungsrichtung der Bahn erzeugt werden, zu schaffen, wodurch eine Auflösung von ungefähr 600 Punkten pro Zoll (236 Punkte/cm) in der Richtung quer zur Breite der Bahn geschaffen wird.

14. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, der eine Heizeinrichtung im Druckkopf umfaßt, um die darin befindliche Tinte auf einer im wesentlichen gleichmäßigen, konstanten Temperatur zu halten.

15. Drucker nach einem vorhergehenden Anspruch, der eine Strahlungsquelle, die ein auf das Bildaufnahmesubstrat aufgebrachtes Tintenbild härtet, nachdem sich das Substrat am Druckkopf vorbeibewegt hat, umfaßt.