DE3010747C2

DE3010747C2 - Tintenzuführsystem

Info

Publication number: DE3010747C2
Application number: DE19803010747
Authority: DE
Inventors: Masafumi Matsumoto; Matahira Kotani
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2000-03-21
Also published as: DE3010747A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Tintenzuführsystem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs der vorliegenden Zusatzanmeldung zum Hauptpatent DE 29 48 131 (Patentanmeldung P 29 48 131.0).

Ein solches Tintenzuführsystem für konstante Strömungsgeschwindigkeit ist insbesondere für Flüssigkeitsstrahldrucker geeignet, die zum Erzielen präziser Druckvorgänge mit amplituden gesteuerter elektrischer Aufladung von Flüssigkeitströpfchen arbeiten. Es ist eine konstante Fördermenge erforderlich, damit ein gleichmäßiges Druckbild erzielt wird. Bei Verwendung eines Tintenzuführsystems gemäß dem Hauptpatent DE 29 48 31 (Patentanmeldung P 29 48 131.0) ist ein in dem Spalt zwischen Bohrung und Arbeitskolben auftretender Tintenleckstrom zu berücksichtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tintenzuführsystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Spalt zwischen Bohrung und Arbeitskolben einen möglichst geringen Einfluß auf die konstant zu haltende Flüssigkeitsfördermenge ausübt.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Hauptanspruch gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Tintenzuführsystem erfüllt nicht nur die gestellte Aufgabe, es ist darüber hinaus besonders für die Massenherstellung geeignet und hat kompakte Abmessungen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Buchse mittels Gewinde an dem Zylinderblock befestigt und somit austauschbar. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, die Außenoberfläche des Kolbens durch eine thermische Behandlung oder durch Überziehen mit einem organischen Film so zu gestalten, daß sie eine hohe Abriebfestigkeit hat. Als Überzugmaterial kann mit Vorteil eine Tetrafluoräthylen-Schicht verwendet werden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschema eines Tintenzuführsystems für einen Flüssigkeitsstrahldrucker, der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kompakten Tintenzuführsystems enthält, und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht von Druckkammern innerhalb des kompakten erfindungsgemäßen Tintenzuführsystems.

Wesentlicher Bestandteil des Flüssigkeitsstrahldruckers mit amplitudengesteuerter elektrischer Aufladung ist eine Düse 1 zur Abgabe von durch Tintenzuführsystem geförderter 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 4 nach einem Drucksteuersignal selektiv aufgeladen werden. Eine am vorderen Ende des Aufladetunnels 4 angebrachten Fühlelektrode 5 prüft den richtigen Ladezustand der Tröpfchen 2 und gibt ein Ausgangssignal ab, welches zur Synchronisierung der Anlegung des Aufladesignals an den Aufladetunnel 4 mit dem Tröpfchenbildungszyklus benutzt wird, wie dem Fachmann bekannt ist.

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 8 sind auf 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 10 geschrieben werden.

Die vom Abfluß 8 gesammelte Tintenflüssigkeit gelangt durch eine Leitung 26 zurück in das Zuführsystem, in der eine Tauchkolbenpumpe einen Tintenstrom mit konstanter Fördermenge über eine Leitung 440 zur Düse 1 fördert. Dieser Tintenstrom mit konstanter Fördermenge ist sehr wichtig für einen genauen Druck und/oder eine stabile Tröpfchenbildung. Die Tauchkolbenpumpe mit konstanter Fördermenge enthält zwei koaxiale Zylinderblöcke 11 und 12, zwei koaxiale Kolben 13 und 17 und eine zwischen den beiden Kolben befindlichen Membran 14. Zylinderblock 11 und Kolben 13 bilden eine erste Druckkammer 15, Zylinderblock 11, Kolben 13 und Membran 14 eine zweite Druckkammer 16. Die Druckbildung in den Kammern 15 und 16 ändert sich entsprechend der hin- und hergehenden Bewegung der koaxialen Kolben 13, 17 und der Membran 14. Die Membran 14 ist in ihrer Mitte durch eine Verstärkung unterstützt und am Kolben 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.

Der Kolben 17 ist mit einem Stößel 18 eines Elektromagneten 19 verbunden, welcher den Kolben 17 in der Zeichnung nach rechts verschiebt, während eine zwischen dem Zylinderblock 12 und einem Flanschabschnitt des Kolbens 17 eingespannte Feder 20 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 (Einstellglied) 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 von dort über ein Auslaßventil 25 und eine Leitung 27 in einen Auffangbehälter 28 gefördert, wo sie mit frischer Tinte aus einem Tintenflüssigkeitsreservoir 30 mit Tintenpatrone 29 vermischt wird. Durch ein Filter 31 in dem Auffangbehälter 28 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 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 34 befestigte elastische Element 35 nach unten gedrückt. Der Druckspeicher 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 40 zur Düse 1 gelangt.

Eine Buchse 41 der Tauchkolbenpumpe dient als Gleitführung des Kolbens 13 und ist mit einem außen angebrachten Gewinde in ein Innengewinde des Zylinderblocks 11 eingschraubt, somit austauschbar an dem Zylinderblock 11 befestigt.

In Fig. 2 sind die Verhältnisse zwischen Zylinderblock 11, Buchse 41 und Kolben 13 schematisch dargestellt. Wenn der Kolben 13 in Pfeilrichtung nach rechts bewegt wird, dann fließt durch einen Spalt δ eine Leckmenge

Darin ist

ΔQ die Leckmenge,
D der Durchmesser des Kolbens 13,

P eine Druckdifferenz P₂-P₁, wobei P₂ der Druck in der ersten Kammer 15 und P₁ der Druck in der zweiten Kammer 16 ist,
ℓ Überlappungslänge des Kolbens 13, und
µ die Viskosität der Tintenflüssigkeit.

Mit steigender Flüssigkeits-Viskosität µ steigt auch die Druckdifferenz P, folglich können die beiden Faktoren vernachlässigt werden. Am meisten wird nach obiger Gleichung die Leckmenge ΔQ durch den Spalt δ zwischen Buchse 41 und Kolben 13 beeinflußt; der Spalt kann aber bei hoher Fertigungsgenauigkeit von Buchse 41 und Kolben 13 genau kontrolliert werden.

Deshalb kommt es bei dem Zylinderblock 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 Oberflächen-Wärmebehandlung oder durch Beschichtung mit einem organischen Film wie Tetrafluoräthylen eine hohe Abriebfestigkeit. Wenn der Elektromagnet 19 den Stößel 18 mit den Kolben 13 und 17 und der Membran 14 nach rechts bewegt, veranlaßt der in der ersten Druckkammer 15 steigende Druck die Öffnung des Auslaßventils 24 gegen die Federkraft, die Tintenflüssigkeit fließt zum Druckspeicher 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 Tintenflüssigkeit durch die Leitung 27 zum Auffangbehälter 28 fließt. Am rechten Hubende wird der Elektromagnet 19 stromlos, und jetzt schiebt die Feder 20 die Kolben 17 und 13 mit dem Stößel 18 nach links bis an das Ende der Stellschraube 21. Während der Bewegung der Kolben 17, 13 und der Membran 14 nach links entsteht in der ersten Druckkammer 15 ein Unterdruck, welcher das Einlaßventil 22 öffnet und durch die Leitung 32 Tintenflüssigkeit von dem Auffangbehälter 28 ansaugt. Die Menge der vom Auffangbehälter 28 in die Düse 1 geförderten Tintenflüssigkeit wird bestimmt durch die Hublänge des Kolbens 13 und seine Förderfrequenz. Da gleichzeitig auch in der zweiten Druckkammer 16 ein Unterdruck entsteht, öffnet das zweite Einlaßventil 23 und saugt überschüssige Tinte aus dem Abfluß 8 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.

Claims

1. Tintenzuführsystem für einen Tintenstrahldrucker mit einer Pumpe nach dem Hauptpatent DE 29 48 131, die als einziges Förderelement sowohl die überschüssige Tinte aus der Strahlabflußrinne (8) abzieht und dem Tintenkreislauf wieder zuführt, als auch frische Tinte aus dem Tintenreservoir (30) fördert und dabei die Düse (1) Tinte mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit bereit stellt, und das die folgenden Teile umfaßt:

- einen Zylinderblock (11) in dem der hin- und herbewegliche Kolben (13) angeordnet ist,
- eine erste Druckkammer (15), die vom Zylinderblock (11) und dem einen Ende des Kolbens (13) gebildet wird,
- ein elastisches Element (14), das am anderen Ende des Kolbens (13) gebildet wird,
- ein elastisches Element (14), das am anderen Ende des Kolbens (13) befestigt ist,
- eine zweite Druckkammer (16), die vom Zylinderblock (11), dem Kolben (13) und dem elastischen Element (14) gebildet wird,
- eine Antriebseinrichtung (17, 18, 19, 20), die den Kolben (13) im Zylinderblock (11) hin- und her verschiebt,
- ein erstes Einlaßventil (22), das mit der ersten Druckkammer (15) und einer ersten, zum Auffangbehälter (28) führenden Leitung (32) in Verbindung steht und Tinte aus dem Auffangbehälter (28) in die erste Druckkammer (15) einläßt, wenn der Kolben (13) in einer ersten Richtung verschoben wird,
- ein erstes Auslaßventil (24), das mit der ersten Druckkammer (15) und einer zweiten, zur Düse (1) führenden Leitung (40) verbunden ist, um die Tinte aus der ersten Druckkammer (15) zur Düse (1) hin auszulassen, wenn der Kolben (13) in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung verschoben wird,
- ein zweites Einlaßventil (23), das mit der zweiten Druckkammer (16) und einer dritten, zur Strahlabflußrinne (8) führenden Leitung (26) in Verbindung steht, um die überschüssige Tinte aus der Strahlabflußrinne (8) in die zweite Druckkammer (16) einzulassen, wenn der Kolben (13) in der ersten Richtung verschoben wird, und
- ein zweites Auslaßventil (25), das mit der zweiten Druckkammer (16) aus einer vierten direkt zum Auffangbehälter (28) führenden Leitung (27) in Verbindung steht, um die aus der Strahlabflußrinne (8) abgezogene Tinte aus der zweiten Druckkammer (16) zum Auffangbehälter (28) hin auszulassen, wenn der Kolben (13) in der zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung verschoben wird,

gekennzeichnet durch, eine die Bohrung auskleidende Buchse (41), in der der Kolben (13) läuft.

2. Tintenzuführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (41) austauschbar am Zylinderblock (11) befestigt ist.

3. Tintenzuführungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (41) in einem Zylinder befestigt ist.

4. Tintenzuführungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder integral mit dem Zylinderblock (11) vereinigt ist.

5. Tintenzuführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (11) ein Gewinde enthält, und daß die Außenfläche der Buchse (41) einen Gewindeabschnitt aufweist, welcher in das Gewinde des Zylinderblocks eingeschraubt ist.

6. Tintenzuführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) auf seinem äußeren Umfang durch eine Behandlung eine hohe Abriebfestigkeit aufweist.

7. Tintenzuführungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Kolbens (13) mit einer Schicht überzogen ist, die eine hohe Abriebfestigkeit hat.

8. Tintenzuführungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Tetrafluoräthylen besteht.

9. Tintenzuführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Einstellglied (21) zum Justieren der Hublänge des Kolbens (13) in der Buchse (41).

10. Tintenzuführungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hublänge des Kolbens (13) in der Buchse (41) durch eine Einstellschraube (21) justierbar ist.

11. Tintenzuführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenantrieb aus einem an dem anderen Ende des Kolbens befestigten Stößel (18) und einem Elektromagnet (19), welcher im erregten Zustand den Kolben in der vorgegebenen Richtung antreibt, besteht, der entgegen der Wirkung des Rückstellelementes (20) wirksam ist.

12. Tintenzuführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Druckspeicher und der Düse (1) angeordnetes Filterelement (38).

13. Tintenzuführungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Filterelement (38) und der Düse (1) ein elektromagnetisches Ventil (39) angeordnet ist.

14. Tintenzuführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine Membran (14) ist, deren Umfang an dem Zylinderblock (11) befestigt ist.