DE2702859A1

DE2702859A1 - Vorrichtung zur reinigung von tinte in tintenstrahldruckern

Info

Publication number: DE2702859A1
Application number: DE19772702859
Authority: DE
Inventors: Frederick Hochberg; Jun William Boone Pennebaker; Keith Samuel Pennington; Hugo Karl Seitz
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-01-30
Filing date: 1977-01-25
Publication date: 1977-08-04
Also published as: IT1068478B; FR2339426A1; DE2702859C2; GB1560659A; JPS5433617B2; FR2339426B1; US4011157A; CA1085288A; JPS5294134A

Description

ki/se

Aninelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 975 005

Vorrichtung zur Reinigung von Tinte in Tintenstrahldruckern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Bei Tintenstrahldruckern werden aus einer oder mehreren Düsen Tropfen ausgestoßen, die wahlweise gesteuert auf dem Aufzeichnungsträger auftreffen. Die für den Druck nicht benötigten Tropfen v/erden in der Druckstation von einer sogenannten Tintenauffangblende aufgefangen und zur Wiederverwendung zum Tintenvorratsbehälter zurückgeführt. In der geringen Entfernung zwischen Düse und Tintenauffangblende wird die für den Druck nicht benötigte Tinte mit Staubpartikeln, Fusseln oder sogar Insektenflügeln verunreinigt. Wegen den bei Tintenstrahldruckern einzuhaltenden engen Toleranzen müssen feste Verunreinigungen aus der zurückgeführten Tinte entfernt werden, bevor dieselbe in die zum Druckkopf führende Leitung wieder eintritt. Mechanische Filter, wie Edelstahlsiebe, wurden zu diesem Zweck bereits vorgeschlagen (P 25 52 513.7).

Tintenstrahlzeilendrucker sind mit einer Mehrzahl von Düsen ausgerüstet und pumpen des öfteren pro Stunde eine Tintenmenge von mehr als 5 Litern. Gewöhnlich sind in dem Umwälzsystem mehrere

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Filterebenen vorgesehen. Zunehmend feinere Filter sind jeder Ebene zugeordnet. Somit wird die Tinte veranlaßt, durch Siebe, Platten, Geflechte und Membranen aus unterschiedlichsten Materialien zu fließen. In der ersten Filterstation werden die größten Einzelverunreinigungen entfernt. Durch die Natur der Verunreinigungen und der verwendeten Filter müssen bekannte Tintenstrahldrucker des öfteren ausgeschaltet werden, um die verschmutzten Filter zu reinigen oder auszutauschen. Dadurch wird natürlich der Druckerausstoß herabgesenkt. Das Problem nimmt mit der Anzahl der Düsen und der umzuwälzenden Tintenmenge zu. Z.B. ist bei einem Tintenstrahldrucker, der eine Druckzeile in weniger als einer Sekunde mit einer großen Anzahl von Düsen, beispielsweise 144 herstellt, die für den Druck nicht verwendete Tintenmenge, die in einer gemeinsamen Tintenauffangblende zu ihrer Rückführung gesammelt wird, viel größer als die Tintenmenge, die in einem Tintenstrahlserialdrucker nicht zum Druck gelangt. Wegen einer derart großen Tintenmenge, die in einem kurzen Zeitabschnitt umzuwälzen ist, führt das Filtern der Tinte mittels eines Siebes \ oder Geflechtes in der ersten Filterstation zu einer schnellen ;

i I

Filterverstopfung. Zur Lösung der häufigen Filterverstopfung wird j

im Stand der Technik lediglich vorgeschlagen, die effektive Filter-!

i fläche zu vergrößern. Eine größere Filterfläche kann jedoch zu anderen Problemen Anlaß geben, die in der räumlichen Größe oder |der Kostenbegrenzung liegen. Deshalb ist die verwendbare Filter-' jgröße begrenzt. !

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i !

|Es hat sich gezeigt, daß große Mengen von Flüssigkeit im Nebel j !aufgelöst werden können, d.h., der Nebel kann in Aerosol in kurzer zeit mittels Ultraschall gebildet v/erden. Beispielsweise ist die ¹ 3

Nebelbildungsgeschwindigkeit von Wasser 0,2 cm /sek. bei 60 Watt und 1,3 MHz. Höhere Geschwindigkeiten sind leicht erzielbar mit einer höheren Ultraschallkraft aus einem oder mehreren Übertragern. Der Tropfendurchmesser bei 1,3 MHz beträgt ungefähr 2 u. Während der Nebelbildung können sich größere Tropfen bilden, jedoch werden dieselben durch Gravitationskräfte zum Rückfall gebracht. Das Aerosol enthält kleinere und leichtere Tröpfchen. Ultraschallnebel-

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erzeuger, die für Aerosol verwendbar sind, sind handelsüblich und werden häufig auf dem medizinischen Sektor bei der Inhalationstherapie für ein breites Feld von Medikamenten verwendet.

Ultraschallnebelerzeuger wurden auch verwendet für die Erzeugung von Nebel aus unterschiedlichen Tintenarten, einschließlich magnetischer Tinte für das wahlweise Niederschlagen desselben auf Oberflächen zum Zwecke des Überziehens, Drückens, Kopierens oder ähnliches. Derartige Anwendungen von Nebelerzeugern sind bereits vorgeschlagen worden, so z.B. durch die deutsche Patentanmeldung P 25 41 634.6.

Diese Anwendungen zeigen eine Ultraschallnebelerzeugung aus Tinte oder einer anderen Markierflüssigkeit, um einen Nebel zu bilden_f der gegen ein Medium gerichtet wird. Der so erzeugte Nebel berührt das Aufnahmemedium lediglich durch Verwendung eines Trägergases oder durch Kombination mit elektrostatischer oder magnetischer j Ablenkung oder Anziehung. Die für das Drucken nicht zu verwenden- '; den Tröpfchen werden aufgefangen, gesammelt und dem Tintenvorrat zur Wiederverwendung zugeleitet.

!Die bekannten Ultraschallnebelerzeuger erzeugen jedoch nur einen Nebel von Partikeln auf den nur Einflüsse hinsichtlich des ! Richtens, Aufladens, Ablenkens oder ähnliches ausgeübt werden, j

i bevor das Aufnahmemedium befeuchtet wird. \

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, den ί Filtervorgang bei dem Umwälzen der Tinte innerhalb eines Tinten- j Strahldruckers zu verbessern, um die Filterstandszeit zu erhöhen und somit die Ausfallzeit des Tintenstrahldruckers zu verkürzen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen ,

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine Nebelkammer zur Bildung von Aerosol aus

einer verunreinigten Tinte,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Nebelkammer

zur Bildung von Aerosol aus einer Fontäne von verunreinigter Tinte und

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Aufschlagkam-

mer.

Das Gehäuse 1 ist als ein Ringkanal ausgebildet und besitzt die Nebelkammer 4, welche die schräge Wand 24 aufweist, an welcher der Ultraschallerzeuger 14 angeordnet ist.

Verunreinigte Tinte 7 gelangt von der nicht gezeigten, für den Druck nicht benötigte Tinte auffangenden Tintenauffangblende aus

über die Leitung 19 in den Tank 10 und wird dort gesammelt. Die Leitung 20 führt dem Tank 10 frische Tinte aus einem nicht ge-izeigten Tintenhauptvorratsbehälter zu. über der Leitung 12 wird unreine Tinte 7 aus dem Tank 10 zur Einlaßöffnung 2 geleitet, die in der Nähe der Nebelkammer 4 im Gehäuse 1 angeordnet ist.

Der Fluß der unreinen Tinte 7 durch die Leitung 12 wird durcn die !Pumpe 32 aufrechterhalten, so daß die Flußgeschwindigkeit niedrig genug ist, um eine Schicht von unreiner Tinte 7 zu erzeugen, die über die schräge Wand 24 in der Nebelkammer 4 läuft. Nach Erregung des Ultraschallerzeugers 14 durch nicht gezeigte Mittel, erzeugt !der letztere ein Aerosol 17 aus Tinte, im wesentlichen frei von Verunreinigungen.

Das Aerosol 17, das im wesentlichen frei von Verunreinigungen ist, enthält Tröpfchen in der Größe von 1 bis 2 p, wobei in dem Aerosol Verunreinigungspartikel lediglich so klein sind, um in den Tintentröpfchen enthalten sein zu können. Wie weiter oben festgestellt

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fallen relativ schwere Tröpfchen von Tinte infolge von Gravitationskräften schnell auf die schräge Wand der Nebelkammer zurück.

Um das Tintenaerosol 17 durch den Ringkanal hindurchzuführen, ist _: oberhalb der Nebelkammer 4 das Gebläse 6 angeordnet, das einen Luftstrom von bestimmtem Druck und Geschwindigkeit in der Richtung der Pfeile 16 erzeugt. Das Tintenaerosol 17 tritt im Ringkanal 1 in den Luftstrom ein zum Transport durch die Aufschlagkammer 5 hindurch.

Um das Aerosol 17 aus den transportierenden Luftstrom auszuscheiden, sind die Platten 15 innerhalb der Aufschlagkammer 5 angeordnet und hemmen den Luftstromfluß. Jede Platte 15 besitzt ein Feld von Löchern. Die Platten 15 sind so angeordnet, daß zwischen benachbarten Platten 15 die Löcher axial versetzt sind, wodurch der Luftstrom gezwungen wird, einen gewundenen Weg durch die Aufschlagr kammer 5 zu nehmen. Diese Anordnung steigert die Wahrscheinlichkeit, daß die Tröpfchen des Tintenaerosols 17 auf die Platten 15 aufschlagen und sich verbinden, um größere Tropfen flüssiger Tinte 27 zu bilden, die zum Boden der Aufschlagkammer 5 langsam abfließen. Die Bodenfläche der Aufschlagkammer 5 ist zur Auslaßöffnung 3 hin gene.gt, die mit der Leitung 13 verbunden ist, die ihrerseits zur Druckstation führt.

Diejenigen Tröpfchen des Tintenaerosols 17, die nicht in ihren flüssigen Zustand zurückkehren, verbleiben im transportierenden Luftstrom und werden über den Ringkanal der Nebelkammer 4 erneut zugeführt.

Die Auslaßöffnung 8 ist in der Strömungsrichtung des Aersolfgeseheh nach der Nebelkammer 4 angeordnet, und zwar tiefer als der Ultraschallerzeuger, um Nebelrückstände aufzunehmen, die nichtvernebelte Tinte und Verunreinigungen enthalten. Diese Rückstände werden über die Leitung 18 in den Tank 10 geleitet. Der Tank to kann zum Zwecke seiner Reinigung von den Leitungen 12, 18, 19 getrennt

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und ausgewechselt werden.

Es ist klar, daß andere Anordnungen von Eingangs- und Ausgangsleitungen verwendbar sind. Beispielsweise kann der Tank 10 auch der Tintenhauptvorratstank sein, so daß die Leitung 20 sich erübrigt.

In der Ultraschalltechnik sind die Vibrationsfrequenz und die Charakteristika der in Schwingungen zu versetzenden Substanz Faktoren, welche die Größe der resultierenden, nebelversetzten Partikel bestimmen. Die Geschwindigkeit des Luftstromes berücksichtigt die Steuerung der Aufschlaggeschwindigkeit des erzeugten Aerosols. Die Aufschlagparameter ergeben sich aus der Gleichung für die Ablenkung von Partikelbahnen δ relativ zum Luftstrom

δ = τθν_β

iwobei θ der Winkel ist, um den der Luftstrom abgelenkt wird, (v ) die Durchschnittsluftgeschwindigkeit und τ die Relaxationszeit für das Abklingen der Tropfengeschwindigkeit relativ zum Luftstrom; ist. Die Beziehung von τ zum Tropfendurchmesser D,zur Tropfen- j dichte ρ und zur Viskosität der Luft μ ist durch die folgen- ' de Gleichung gegeben:

TfTp

Die Bedeutung dieser Beziehungen ist detailliert aus der DT-OS 2 617 885 entnehmbar.

!obwohl die Erfindung für die Aufnahme des Aerosols in Verbindung mit einem Luftstrom beschrieben ist, sind auch andere geeignete Trägergase verwendbar. In ähnlicher Weise ist statt der gezeigten Nebelkammer mit einem einzigen Ultraschallerzeuger die Erfindung auch ausführbar für einen größeren Tintenmengendurchsatz durch Verwendung von mehr als einem Ultraschallerzeuger gleicher oder größerer Leistung.

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•1'

Nebelerzeuger, die in der Erfindung verwendbar sind, sind handelsüblich. Ein derartiger Nebelerzeuger hat eine Arbeitsfrequenz von 1,3 MHz. Der Durchmesser der Kammer beträgt 8 cm, ihre Höhe 10 cm. Die Tinte wird in einen 3 μ große Partikel (Nominalgröße) enthaltenden Nebel mit einer Geschwindigkeit von 6 cm /Min. aufgelöst.

Obwohl dieser Nebelerzeuger, wie entsprechend der Erfindung gefordert, einen Nebel aus μ großen Tintenpartikeln erzeugen kann, ist es klar, daß auch andere Ultraschallnebelerzeuger verwendbar sind.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Elemente, welche die gleiche Funktion wie in Fig. 1 erfüllen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Nebelkammer 4 der Fig. 2 hat einen tiefen Bodenteil, in dem Tinte 7, die zu reinigen ist und Nebelrückstände, die feste Verunreinigungen enthalten und Tinte gesammelt wird. Der Boden 34 der Nebelkammer 4 I ist von der Nebelkammer trennbar ausgeführt, um ein periodisches Entfernen der Nebelrückstände zu ermöglichen,

Es ist ersichtlich, daß andere Anordnungen für das Entfernen der Vernebelungsrückstände aus der Nebelkammer 4 verwendbar sind, beispielsweise wäre auch ein periodisches Spülen der Nebelkammer 4 denkbar, für welches zusätzliche Einlaß- und Auslaßöffnungen vorhanden sein müßten. Solch eine Änderung des dargestellten

i i

Apparates würde weiter die Maschinenausfallzeit herabsetzen, j da ein derartiges Spülen eine gesteuerte Funktion darstellen würde,! die nach einer gegebenen Druckzeit ausführbar wäre. Die Erfin- i dung ist auch mit verschiedenen Anordnungen der Tintenzu- ' führleitungen ausführbar. Beispeilsweise kann die Tinte 7 führende Leitung 12 mit der Einlaßöffnung 2 über ein Ventil verbunden sein, das in Abhängigkeit vom durch bekannte Mittel in der Nebelkammer 4 festgestellten Tintenpegel steuerbar ist.

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•φ *

In Fig. 3 ist eine andere Form einer Aufschlagkammer dargestellt, die geeignet ist zur Verwendung in den beiden Ausführungsformen nach Fign. 1 und 2.

Am Eingang der Aufschlagkammer 5 befindet sich die Platte 25, die ein Feld von Düsen aufweist zur Bildung von Tintennebelstrahlen aus dem in den transportierenden Luftstrom eingegebenen Tintenaerosol 17. Diese Tintennebelstrahlen 37 schlagen auch die feste Platte 35 auf und bilden größere Tropfen von im wesentlichen reiner Tinte 27, die sich am Boden der Aufschlagkammer 5 ansammelt.

Andere Aufschlagmittel, als die zuvor beschriebenen, sind natürlich ebenfalls verwendbar. Separatoren, wie mechanische Zentrifugen, Zyklone sind bekannt. Als weitere Beispiele sind auch ein spiralförmiger Schlitz oder eine sich bewegende Flügelanordnung zu nennen. Bei magnetischen Tinten kann eine magnetische Ausscheidung verwendet werden, um das in der Nebelkammer gebildete Aerosol wiederzuverflüssigen. Elektrostatische Ausscheidungsmethoden sind anwendbar mit einer Vielzahl von handelsüblich erhaltbaren Tinten, einschließlich magnetischer Tinte.

i ;

Es ist auch ersichtlich, daß bei Verwendung einer sich bewegenden ; [Flügelanordnung in der Aufschlagkammer zur Verflüssigung des JAerosols 17 die Flügelanordnung auch die Funktion des Gebläses 6,

d.h., die Zuführung eines unter Druck stehenden transportierenden jLuftstromes ausführen kann.

Die Wirkungsweise der Erfindung als erste Filterstation in einer Tintenwälzanordnung eines Tintenstrahldruckers ist in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben.

Die im Tank 10 gesammelte, verunreinigte Tinte 7 wird über die Leitung 12 zur Einlaßöffnung 2 des Gehäuses 1 gepumpt. Die Pumpe 32 steuert den Fluß der verunreinigten Tinte 7, um eine dünne Schicht verunreinigter Tinte 7, die über die schräge Wand 24 der Nebel-

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kammer 4 fließt, zu bilden. Ultraschallschwingungen, ausgesandt vom übertrager 14, bilden das Aerosol 17, das Tintenpartikel enthält, die im wesentlichen frei sind von Verunreingungen, die größer sind, als 1 U. Nebelrückstände, die feste Verunreinigungen und vernebelte

i Tinte enthalten, fließen langsam aus der Nebelkammer durch die Auslaßöffnung 8 und kehren über die Leitung 18 zum Tank IO zurück.' Der Luftstrom, der sich unter Steuerung seines Druckes und seiner Geschwindigkeit durch das Gebläse 6 bewegt, trägt das Tintenaerosol 17 stromabwärts durch den Durchgang gegen die Aufschlagkammer 5.

Die Platten 15 in der Aufschlagkammer 5 sind mit Lochfeldern versehen. Die Löcher benachbarter Platten sind so versetzt, daß der Luftstrom, in dem das Tintenaerosol 17 aufgenommen ist, einem gewundenen Weg folgt. Als Ergebnis dieses gewundenen Weges wird aas Aufschlagen von Aerosoltröpfchen auch die Platten 15 verstärkt und wirct die Tinte aus dem Luftstrom durch Trägheiteffekte separiert. Die aufschlagenden Tröpfchen fließen zusammen und sammeln sich am j Boden der Aufschlagkammer 5 an. Die Tinte 27 verläßt die Aufschlagt kammer durch die Auslaßöffnung 3 und gelangt in die Leitung 13, ;die mit der Druckstation verbunden ist.

Nichtverflüssigte Aerosoltröpfchen verbleiben in dem transpor- ;tierenden Luftstrom und kehren mit demselben über den Ringkanal in die Nebelkammer 4 zurück.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer Tintenumwälzanordnung eines Tintenstrahldruckers beschrieben ist, ist es klar, daß die erfindungsgemäße Anordnung auch für Anwendungen, die ein Flüssigkeitsfiltern zur Entfernung fester Verunreinigungen aufweisen, in Frage kommt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Reinigung einer Flüssigkeit unter zur Hilfenahme eines durch Ultraschall erzeugten Tintenerosols, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallerzeuger (14) in einem einen Ringkanal bildenden Gehäuse (1) angeordnet ist, daß im Ringkanal eine Druckgasströmung aufrechterhalten wird, daß in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Ultraschallerzeuger (14) die Einlaßöffnung (2) für die verunreinigte Flüssigkeit (7) sich befindet und nach demselben (14) eine Aufschlagkammer (5) für das Tintenerosol (17) zur Verflüssigung des letzteren angeordnet ist, die mit einer Auslaßöffnung (3) für die gereinigte Flüssigkeit (27) ausgerüstet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in einem Tintenumwälzsystera eines Tintenstrahldruckers, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) ein Gebläse (6) angeordnet ist und daß in Strömungsrichtung der Luft gesehen, nach der Einlaßöffnung (2) der Ultraschallerzeuger (14) an einer schrägen Wand (24) des Gehäuses (1) befestigt ist, an deren tiefsten Stelle eine Auslaßöffnung (8) für Verunreinigungen der Tinte und nicht vernebelte Tinte angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (2) über eine Rohrleitung (12) und eine Pumpe (32) mit einem Tank (10) verbunden ist, mit dem auch die Auslaßöffnung (8) für die Verunreinigungen über eine Rohrleitung (18) verbunden ist, und daß dieser Tank (10) sowohl an die Tintenauffangblende (über 19) als auch an den Tintenhauptvorratsbehälter (über 20) angeschlossen ist.

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ORIGINAL INSPKTED

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (3) der Aufschlagkammer (5) über eine Rohrleitung (13) mit der Druckstation verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufschlagkammer (5), in der Strömungsrichtung der Luft gesehen, mehrere Platten (15) hintereinander mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, von denen eine jede Lochreihen aufweist, die gegenüber denselben der benachbarten Platten versetzt angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß in der Aufschlagkammer (5), in der Strömungsrichtung der Luft gesehen, zwei Platten (25, 35) hintereinander mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind, von denen nur die erste (25) Lochreihen aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, in einem Tintenumwälzsystem eines Tintenstrahldruckers, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringkanal (1) eine Nebelkammer (4) mit einem nach unten weisenden Kammerteil angeordnet ist, an dem sich die Einlaßöffnung (2) für die Tinte befindet und an dessen Boden (34) der Ultraschallerzeuger (14) angeordnet ist und daß, in Strömungsrichtung der Luft gesehen, vor der Nebelkammer (4) im Ringkanal ein Gebläse (6) angeordnet ist.

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