DE3010747A1

DE3010747A1 - Tauchkolbenpumpe, insbesondere fuer das tintenzufuehrsystem eines fluessigkeitsstrahldruckers

Info

Publication number: DE3010747A1
Application number: DE3010747A
Authority: DE
Inventors: Matahira Kotani; Masafumi Matsumoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1980-09-25
Anticipated expiration: 2000-03-21
Also published as: DE3010747C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Tauchkalbenpumpe, insbesondere für das Tintenzuführsystem eines Flüssigkeitsstrahldruckers.

Für Flüssigkeitsstrahldrucker ader -schreiber, die zur Erzielung präziser Druckvargänge mit amplitudengesteuerter elektrischer Aufladung von Flüssigkeitströpfchen arbeiten, ist eine mit konstanter Fördermenge arbeitende Flüssigkeitszuführpumpe erforderlich. Bei Verwendung einer Tauchkolbenpumpe in dem Tintenzuführsystem ist ein in einem Spalt zwischen Zylinder und Halben auftretender Tintenleckstram sorgfältig zu berücksichtigen, insbesondere sollte der Spalt sehr genau eingehalten werden, damit ein konstanter Förderstram erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einer sehr genauen und konstanten Flüssigkeitsfördermenge arbeitende Tauchkolbenpumpe zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen aufgeführt.

Die erfindungsgemäße Tauchkolbenpumpe erfüllt nicht nur die gestellte Aufgabe, sie ist darüber hinaus besonders für die 'Massenherstellung geeignet und hat kompakte Abmessungen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsfarm der erfindungsgemäßen Pumpe ist die Buchse mittels Gewinde an dem Zylinderblock befestigt und somit austauschbar. Ferner ist vorzugsweise

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vorgesehen, die Außenaberfläche des Kolbens durch eine thermische Behandlung ader durch Überziehen mit einem organischen Film go zu gestalten, daß sie eine hohe Abriebfestigkeit hat. Als Überzugmaterial kann mit Uorteil eine Te trafluoräthylen-Schicht verwendet werden.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema einer Tintenzuführvorrichtung für einen Flüssigkeitsstrahl

drucker, der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen kompakten Tauchkolbenpumpe enthält, und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht von Druckkammern innerhalb der kompakten

erfindungsgemäßen Tauchkolbenpumpe.

Wesentlicher Bestandteil des Flüssigkeitsstrahldruckers mit amplitudengesteuerter elektrischer Aufladung ist eine Düse 1 zur Abgabe von durch eine Tintenzuführvorrichtung geförderter

2G Tinte. Ein an der Düse 1 befestigter elektromechanischer Wandler 3 vibriert die Düse mit einer gegebenen Frequenz und bildet dabei Tintentröpfchen 2, die in einem Aufladetunnel it nach einem Drucksteuersignal selektiv aufgeladen werden. Eine am vorderen Ende des Aufladetunnels k angebrachte Fühlelektrode 5 prüft den richtigen Ladezustand der Tröpfchen 2 und gibt ein Ausgangssignal ab, welches zur Synchronisierung der Anlegung des Aufladesignals an den Aufladetunnel k mit dem Tröpfchenbildungszyklus benutzt wird, wie dem Fachmann bekannt ist.

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Die so aufgeladenen Tröpfchen 2 passieren ein durch eine konstante Hochspannung an einem Paar Ablenkelektroden 6,7 gebildetes elektrisches Feld und werden dabei in Abhängigkeit von ihrer Ladung abgelenkt. Abgelenkte Tintentröpfchen 2a gelangen auf ein von einer Druckwalze 9 unterstütztes zu bedruckendes Papier 10, und nicht am Druckvorgang beteiligte Tintentröpfchen 2b gelangen in einen Abfluß 8 zur Wiederverwertung.

Die zuvor erwähnten Elemente 1,3,4,5,6,7 und B sind auf 1D einem Schlitten befestigt, der auf einer Welle verschiebbar gelagert und durch einen Antrieb quer bewegbar ist. Durch Querverschiebung des Schlittens und Ablenkung der Tintentröpfchen durch die Elektroden 6,7 in senkrechter Richtung kann nach Art einer Punktmatrix jedes gewünschtes Zeichen auf dem Papier 1Ü geschrieben werden.

Die vom Abfluß 8 gesammelte Tintenflüssigkeit gelangt durch eine Leitung 26 zurück in die Zuführvorrichtung, in der eine Tauchkolbenpumpe einen Tintenstrom mit konstanter Fördermenge über eine Leitung 4D zur Düse 1 fördert. Dieser

2G Tintenstram mit konstanter Fördermenge ist sehr wichtig für einen genauen Druck und/oder eine stabile Tröpfchenbildung. Die erfindungsgemäße Tauchkolbenpumpe mit konstanter Fördermenge enthält zwei koaxiale Zylinderblöcke 11 und 12, zwei koaxiale Holben 13 und 17 und eine zwischen den beiden Kolben befindliche Membran 14. Zylinderblock 11 und Halben 13 bilden eine erste Druckkammer 15, Zylinderblock 11, Holben 13 und Membran 14 eine zweite Druckkammer 16. Die Druckbildung in den Hammern 15 und 16 ändert sich entsprechend der hin- und hergehenden Bewegung der koaxialen

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Kolben 13,17 und der Membran 14. Die Membran 14 ist in ihrer Mitte durch eine l/erstärkung unterstützt und am Halben 17 befestigt, und außen zwischen den Zylinderblöcken 11 und 12 eingespannt. Wenn der Kolben 17 hin- und hergehend angetrieben wird, überträgt er diese Bewegung auf die Membran 14 und den Kolben 13.

Üer Kolben 17 ist mit einem Stößel 1Q eines Elektromagneten 19 verbunden, welcher den Kolben 17 in der Zeichnung nach rechts verschiebt, während eine zwischen dem Zylinderblock

1D und einem Flanschabschnitt des Kolbens 17 eingespannte Feder 2G für die Rückbewegung des Kolbens 17 sorgt. Die Hublänge des Stößels 18 und damit die Durchflußmenge der Tauchkolbenpumpe mit konstantem Durchsatz ist mittels einer Stellschraube 21 justierbar. Alternativ kann die Durchflußmenge durch Änderung der Frequenz eines an den Elektromagneten 19 angelegten Aktiviersignals verändert werden.

Die vom Abfluß 8 stammende Tinte aus der Leitung 26 gelangt über ein Einlaßventil 23 in die zweite Druckkammer 16 und wird van dort über ein Auslaßventil 25 und eine Leitung 27 in einen Auffangbehälter 2Θ gefördert, wo sie mit frischer Tinte aus einem Tintenflüssigkeitsreservoir 3D mit Tintenpatrone 29 vermischt wird. Durch ein Filter 31 in dem Auffangbehälter 2Q gelangt die Tintenflüssigkeit über eine Leitung 32 und ein Einlaßventil 22 in die erste Druckkammer 15.

Über ein Auslaßventil 24 gelangt die Tintenflüssigkeit mit konstanter Fördermenge zu einem Druckakkumulator 33, der aus einem Zylinder 34, einem elastischen Element 35 wie

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einem Balg oder einer Membran, einer Kappe 36 und einer Feder 37 besteht. Durch die Feder 37 und Kappe 36 wird das mit seinem Umfang an dem Zylinder 3k befestigte elastische Element 35 nach unten gedrückt. Der Druckakkumulator 33 absorbiert Durchflußmengenschwankungen, so daß von ihm die Tintenflüssigkeit mit konstanter Fördermenge und ohne Pulsieren durch ein Filter 38, ein elektromagnetisches Ventil 39 und die Leitung ^D zur Düse 1 gelangt.

Eine Buchse M der erfindungsgemäßen Tauchkolbenpumpe dient als Gleitführung des Kolbens 13 und ist mit einem außen angebrachten Gewinde in ein Innengewinde des Zylinderblocks 11 eingeschraubt, somit austauschbar an dem Zylinderblock befestigt.

In Fig. 2 sind die Verhältnisse zwischen Zylinderblock 11, Buchse if 1 und Kolben 13 schematisch dargestellt. üJenn der Kolben 13 in Pfeilrichtung nach rechts bewegt ujird, dann fließt durch einen Spalt </ eine Leckmenge Δη: = —r^—j- · Darin ist ΔΕ} die Leckmenge,

2D D der Durchmesser des Kolbens 13,

_<f der Spalt (= ) P eine Druckdifferenz P_ - P., wobei P„ der Druck in der ersten Kammer und P,| der Druck in der zweiten Kammer : ist,

J^ Überlappungslänge des Kolbens 13, und Aji. die Viskosität der Tintenflüssigkeit .

Mit steigender Flüssigkeits-Viskosität M. steigt aucFNuruckdifferenz P, folglich können die beiden Faktoren vernachlässigt

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werden. Am meisten ujird nach Dbiger Gleichung die Leckmenge AR durch den Spalt d zwischen Buchse k"] und Kolben 13 beeinflußt; der Spalt kann aber bei hoher Fertigungsgenauigkeit von Duchse ^1 und Holben 13 genau kontrolliert werden.

Deshalb kommt es bei dem Zylinderblack 11 nicht auf hohe Genauigkeit an, die Zylinderblöcke 11 und 12 können aus Kunstharz bestehen. Der äußere Umfang des Kolbens 13 besitzt durch Anwendung einer Gberflächen-Ldärmebehandlung oder

1U durch Beschichtung mit einem organischen Film uiie Tetrafluorethylen eine hohe Abriebfestigkeit. bJenn der Elektromagnet 19 den Stößel 1ö mit den Kolben 13 und 17 und der Membran 1 ^t nach rechts beuegt, veranlaßt der in dar ersten Druckkammer 15 steigende Druck die Öffnung des Auslaßventils Zh gegen die Federkraft, die Tintenflüssigkezf fließt zum Druckakkumulator 33. Gleichzeitig wird auch in der zweiten Druckkammer 16 der Druck erhöht und dadurch die Kugel des Auslaßventils 25 gegen die Federkraft in Fig. 1 nach links verschoben, so daß Tintenflüssigksit

2ü durch die Leitung 27 zum Auffangbehälter 28 fließt. Am rechten Hubende wird der Elektromagnet 19 stromlos, und jetzt schiebt die Feder 2D die Kolben 17 und 13 mit dem Stößel 18 nach links bis an das Ende der Stellschraube Während der Bewegung der Kolben 17, 13 und der Membran 1^ nach ldnks entsteht in der ersten Druckkammer 15 ein Unterdruck, welcher das Einlaßventil 22 öffnet und durch die Leitung 32 Tintenflüssigkeit von dem Auffangbehälter 2ß ansaugt. Die Menge der vom Auffangbehälter 2B in die Düse 1 geförderten Tintenflüssigkeit wird bestimmt durch

3G die Hublänge des Kalbens 13 und seine Forderfrequenz. Da gleichzeitig auch in der zweiten Druckkammer 16 ein Unter-

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druck entsteht, öffnet das Einlaßventil 23 und saugt überschüs'sige Tinte aus dem Abf.lu(3 S in die Leitung 26,

Auf diese* Weise fördert die Pumpe mit konstanter Fördermenge Tintenflüssigkeit zur Düse 1, und gleichzeitig wird wirtschaftlich die Tintenmenge wiedergewonnen., die nicht am eigentlichen Druckvorgang beteiligt ist»

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Claims

PATENTANWÄLTE

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Odlce Mandatairos agreed pres !'Office european des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister

- ^Müller Siekerwall 7,

4,

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Case: 1444-GER-T
Mü/üdt/Th

SHARP HABUSHIKI KAISHA 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, üsaka 545 / Japan

Tauchkolbenpumpe, insbesondere für das Tintenzuführsystem eines Flüssigkeitsstrahldruckers

Priorität: 22. März 1979, Japan, No. 54-37764

PATENTANSPRÜCHE

1.) Tauchkolbenpumpe, insbesondere für das Tintenzuführsystem eines Flüssigkeitsstrahldruckers, gekennzeichnet durch

- einen Zylinderblock (11) mit einem Abschnitt, an dem eine Buchse (41) befestigt ist,

- einen durch einen Antrieb (18,19) in der Buchse verschiebbaren Kolben (13),

- ein an einem Ende des Kolbens befestigtes elastisches Element (14)

- eine durch den Zylinderblock (11) und das andere

Ende des Kolbens (13) gebildete erste Druckkammer (15),

- eine durch den Zylinderblock (12), den Kolben (13) und das elastische Element (14) gebildete zweite Druckkammer (1S) j

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- ein mit der ersten Druckkammer (15) verbundenes und in dieselbe bei einer angetriebenen Kolbenbeiuegung in einer vorgegebenen Richtung Flüssigkeit einlassendes erstes Einlaßventil (22),

- ein mit der ersten Druckkammer verbundenes und aus derselben bei einer angetriebenen Kolbenbeiuegung in der Gegenrichtung Flüssigkeit herauslassendes erstes Auslaßventil (24),

- ein mit der zweiten Druckkammer (1S) verbundenes und in dieselbe bei einer angetriebenen Kolbenbewegung in der vorgegebenen Richtung Flüssigkeit einlassendes zweites Einlaßventil (23), und

- ein mit der zweiten Druckkammer verbundenes

und aus derselben bei einer angetriebenen Kolbenbewegung in der Gegenrichtung Flüssigkeit herauslassendes zweites Auslaßventil (25).

2. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (41) austauschbar an dem Abschnitt des Zylinderblocks (11) befestigt ist.

3. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Kolbens (13) mit einer Schicht überzogen ist, die eine hohe Abriebfestigkeit hat.

4. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Tetrafluoräthylen besteht.

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5. Tauchkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch ein Einstellglied (21)zum Justieren der Hublänge des Kolbens (13) in der Buchse (it1).

G. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenantrieb aus einem an dem anderen Ende des Kolbens befestigten Stößel (10) und einem Elektromagnet (19), welcher im erregten Zustand den Kolben in der vorgegebenen Richtung antreibt, besteht.

7. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) durch eine Feder (2Ü) in der Gegenrichtung angetrieben wird.

8. Tauchkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, in Verbindung mit dem Tintenzuführsystem eines Flüssigkeitsstrahldruckers, der eine Düse zum Ausstoßen von Tintenflüssigkeit und einen Strahlabfluß zum Sammeln überflüssiger Tintenflüssigkeit aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß - das erste Einlaßventil (22) und die erste Druckkammer der mit konstanter Fördermenge arbeitenden Tauchkolbenpumpe über eine erste Leitung (32) mit einem Flüssigkeitsreservoir (30) des Tintenzuführsystems verbunden ist, so daß bei einer Kolbenbeuegung in der vorgegebenen Richtung Flüssigkeit aus dem Reservoir in die erste Druckkammer (15) gelangt;

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- das erste Auslaßventil (24) und die erste Druckkammer der Pumpe über eine zweite Leitung (40) mit der Düse (1) verbunden sind, um bei der Kolbenbetusgung in der Gegenrichtung Tintenflüssigkeit aus der ersten Druckkammer zur Düse zu fördern;

- das zweite Einlaßventil (23) über eine dritte Leitung (26) mit dem StrahlabfluB (B) verbunden ist, um bei einer Kolbenbewegung in der vorgegebenen Richtung überschüssige Flüssigkeit von dem Abfluß zu der zweiten Druckkammer (16) zu fördern, und

- das ztueite Auslaßventil (25) über eine vierte Leitung (27) mit dem Tintenreseruoir (28,3d) verbunden ist, um bei einer Kolbenbeuegung in der Gegenrichtung überschüssige Tintenflüssigkeit von der zweiten Druckkammer (16) an das Reservüir zurückzugeben .

9. Tauchkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Zylinderblocks (11) ein Gewinde enthält, und daß die Außenfläche der Buchse (41) einen Gewindeabschnitt aufweist, welcher in das Gewinde des Zylinderblocks eingeschraubt ist.

1G. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch θ oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Auslaßventil (24) und der Düse (1) ein Druckakkumulatar (33) angeordnet ist.

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11. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 10,

gekennzeichnet durch ein zwischen dem Druckakkumulatar und der Düse angeordnetes Filterelement (38).

12. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß zujischen dem Filterelement (3B) und der Düse (1) ein elektromagnetisches Uentil (39) angeordnet ist.

13. Tauchkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hublänge des Kolbens (13) in der Buchse (41) durch eine Einstellschraube (21) justierbar ist.

14. Tauchkolbenpimpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine Membran (14) ist, deren Umfang an dem Zylinderblock (11) befestigt ist.

15. Tauchkolbenpumpe zur Abgabe einer Flüssigkeit mit einer konstanten Ourchflußmenge, gekennzeichnet durch

- einen Zylinder, an dessen Innenoberfläche eine Büchse (41) befestigt ist,

- einen in der Buchse verschiebbar angeordneten halben (13), und

- einen Zylinderblock (11), welcher in Verbindung mit dem Zylinder und dem Holben eine Druckkammer bildet.

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16. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder integral mit dem Zylinderblock vereinigt ist.

17. Tauchkalbenpumpe nach Anspruch 1S,

dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (M) austauschbar an der Innenoberfläche des Zylinders befestigt ist.

IB. Tauchkolbenpumpe nach Anspruch 15, 16 ader 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) auf seinem äußeren Umfang durch eine Behandlung eine hohe Abriebfestigkeit aufuieist.

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