DE3035270C2 - Tintenstrahldrucker - Google Patents

Description

— eine Synchronisiereinrichtung (106), die eine Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Synchronisation zwischen Pumpenantrieb und 20 kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst
Druckerkopfantrieb bewirkt, derart, daß die Durch diese Maßnahme wird der Druck im Druck-Pumpe nur während des Rücktransportes des speicher während des gesamten Druckvorganges konti-Druckerkopfes (10) zur Abgabe von Tinte akti- nuierlich langsam abgebaut und während des Rücklaufs viert wird, und wieder in kurzer Zeit auf den vollen Druck gebracht.

— eine relativ geringe Tintenaufnahmekapazität 25 Beim zeilenweisen Drucken fällt daher jede Druckzeile des Druckakkumulators (90), kontinuierlich gleichsinnig geradlinig ab, so daß sich ein

einwandfreies Schriftbild ergibt. Durch die Verwendung

2. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch eines Druckakkumulators mit relativ geringer Tintengekennzeichnet daß die Synchronisiereinrichtung aufnahmekapazität erfolgt eine schnelle Anpassung an (106) beim Rücktransport des Druckerkopfes (10) 30 Temperaturänderungen.

ein elektrische? Steuersignal abgibt durch das die Es ist zwar bereits aus der DE-AS 23 36 485 bekannt,

Pumpe eingeschaltet wird. während des Druckvorganges keinen Pumpvorgang

3. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1 oder 2, durchzuführen. Der Nachfüllvorgang erfolgt hierbei jedadurch gekennzeichnet daß die Pumpe als Kolben- weils nach der Rückbewegung des Druckerkopfcs in pumpe ausgebildet ist und durch einen Elektroma- 35 seine Ausgangslage. Auch hier erhält man eine geradligneten (64) antreibbar und der Elektromagnet (64) nige Druckanordjiung der Druckwerte. Dabei muß jeüber das Steuersignal der Synchronisiereinrichtung doch in Kauf genommen werden, daß an jedem Zeüen- (106) erregbar ist anfang eine Pause zum Auffüllen des drucklosen Zwi-

4. Tintenstrahldrucker nach einem der Ansprüche schenspeichers vorhanden sein muß. ZV\ dieser Anord-1—3, dadurch gekennzeichnet daß die Kapazität des 40 nung soll die Aufgabe gelöst werden, zwischen dem Druckspeichers (90) derart ausgelegt ist, daß die Zwischenspeicher und der Nachfüüeinrichtung keine Druckschwankung (AP') während einer Druckperio- Schlauchverbindungen zu verwenden. Statt dessen wird de (Te) kleiner ist als 1,5% und daß das Pumpvolu- der Zwischenspeicher direkt an dem Druckerkopf angemen der Pumpe derart gewählt ist daß der volle ordnet und mit diesem verfahren. Auch die Verbindung Druckanstieg in einem Zeitintervall (TX) innerhalb 45 zwischen dem Zwischenspeicher und dem Stutzen des der Rücklaufzeit (Tr)eintritt. Tintenreservoirs erfolgt ohne Zwischenschaltung von

Leitungen über Bohrungen und Kanäle. Zum Hcraus-

drücken von Tinte aus dem Reservoir kann eine Pumpe

vorgesehen werden. Wo diese Pumpe angeordnet sein 50 soll, ist dagegen nicht angegeben.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahl- Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedan-

drucker, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 be- kens sind in den Unteransprüchen angegeben,

schrieben ist. Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung

Ein solcher Drucker ist aus der prioritätsälteren deut- aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme

sehen Patentanmeldung P 29 48 131.0-15, die zur DE-OS 55 auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

48 131 geführt hat, bekannt. Zur Förderung von Tinte Fig. 1 eine schematicche Darstellung eines in dem

sind dort Pumpen vorgesehen, die mit konstanter erfindungsgemäßen Tintenstrahldrucker enthaltenen

Durchsatzmenge arbeiten. Wenn aber beispielsweise Druckerkopfantriebes,

der letzte Druckvorgang bei 40°C beendet wurde und F i g. 2 eine teilweise schematische Schnittdarstellung

später ein neuer Druckbetrieb z. B. bei 5°C aufgenom- 60 des nachstehend beschriebenen Tintenstrahldruckers,

men wird, so kann mit einem gleichbleibend guten Fig. 3 eine Draufsicht auf eine mit dem Tintcnslrahl-

Druckergebnis nicht gerechnet werden. Ursache ist drucker von F i g. 2 bedruckte Druckvorlagc,

hauptsächlich der zum Ausgleich von Druckvibrationen F i g. 4 und 5 grafische Kennliniendarsicllungen zn ci-

vorgesehene Druckakkumulator, der nach herkömmli- ner mit konstantem Durchsatz fördernden Pumpe bzw.

ehern Fachwissen eine relativ große Kapazität haben 65 zu einer Tintenzuführvorrichtung in dem Tintenstrahl-

soll. Diese verhindert jedoch eine Anpassung an schnei- drucker von F i g. 2,

Ie Temperaturänderungen. Fi g. 6(A) bis (C) Beispiele von mit dcmTintcn-Strahl-

Bci dem Tintenstrahldrucker nach der DE-AS drucker von Fig. 2 erzielten Druckergebnissen, und

m 35 im

F i g. 7(A) bis (E) grafische Darstellungen von zeitlich voneinander abhängigen Einzeloperationen; des Tintenstrahldruckers von F i g~ 2.

Gemäß Fig. 1 gehört zu dem Druckerkopfantrieb des durch Ladungsamplituden gesteuerten Tintenstrahldruckers ein Druckerkopf 10, der im Verlauf von; Führungsschienen 12 durch einen als Impulsmotor (oder Gleichstrom-Servomotor) ausgebildeten Motpr 16 in Verbindung mit einem über Seilrolfen 20 einschließlich einer Spannrolle 22 geführten Zugseil 18 über ein zu bedruckendes Papier 14 bewegbar ist Das Zugseil 18 (oder Riemen) ist so an einer gewünschten Stelle an dem Druckerkopf 10 befestigt, daß dieser bei vorwärts- oder rückwärtslaufendem Motor 16 über eine Druckzone zwischen A und B hin- und herläuft.

Gemäß Fig.Z wo der Tintenstrahldrucker schematisch dargestellt ist, enthält der Druckerkopf IQ sine Düse 24 zur Abgabe von durch eine Tintenzuführvorrichtung geförderter Tinte. Die Düse 24 wird durch einen an ihr befestigten elektromechanischen Wandler 26 mit einer gegebenen Frequenz vibriert und gibt mit dieser Frequenz Tintentröpfchen 28 ab, welche in eineia Aufladetunnel 30 abhängig von einem Druckinformationssignal selektiv aufgeladen werden. In dem Aafladetunnel 30 befindet sich eine die korrekte Aufladung der Tintentröpfchen 28 überprüfende Fühlelektrode 32, deren Ausgangssignal in an sich bekannter Weise für die Synchronisierung der Ladesignal-Zuführung an den Aufladetunnel 30 mit dem Rhythmus der Tröpfchenbildung herangezogen wird. Die durch die Ladungsamplituden aufgeladenen Tintentröpfchen 28 passieren ein durch ein Ablenkelektrodenpaar 34, 36 erzeugtes konstantes elektrisches Hochspannungsfeld, welches bestimmte Tintentröpfchen 28a in Richtung auf das von einer Druckunterlage 38 getragene zu bedruckende Papier 14 ablenkt Nicht geladene Tintentröpfchen 286 nehmen nicht am eigentlichen Druckvorgang teil und werden einem Auffangtrichter 40 zur Wiedergewinnung zugeleitet.

Der auf am Führungsschienen 12 verschiebbare Druckerkopf 10 umfaßt die zuvor beschriebenen Elemente 24,26,30,32,34,36 und 40. Die Ablenkung durch die Ablcnkclektroden 34,36 erfolgt in Vertikalrichtung, und der Druckerkopf 10 selbst bewegt sich in Horizontalrichtung; so ist nach Art einer Punktmatrix jedes ge wünschte Zeichen oder Muster auf dem Papier 14 druckbar.

Die vom Auffangtrichter 40 erfaßte Tinte wird über eine Leitung 42 zurückgeleitet in die Tintenzuführvorrichlung, die als wichtiges .Restandteil eine Kolbenpumpe enthält, durch die Tintenflüssigkeit mit konstanter Durchsatzm^nge über eine Leitung 44 zu der Düse 24 gefördert wird. Eine konstante Tintenfördermenge ist zur Stabilisierung der Tröpfchenbildung und zur Sicherstellung eines präzisen Druckbildes sehr wichtig. Die mit konstantem Durchsatz fördernde Pumpe besteht im wesentlichen aus zwei koaxialen Zylinderblöcken 46,48 und zwei koaxialen Kolben 50,52, zwischen denen sich eine mittels eines Stützelementes 60 abgestützte Membran 54 befindet. Der Kolben 50 bildet einerseits mit dem Zylinderblock 46 eine ersie Druckkammer 56 und andererseits mit der Membran 54 und dem Zylinderblock 46 eine zweite Druckkammer 58. Beide Kolben 50, 52 sind über das Stützelement 60 miteinander verbunden. Außen ist die Membran 54 zwischen den Zyiindcrblöckcn 46, 48 eingespannt. Wenn der Kolben 52 hin- und hergehend anget !eben wird, nehmen die Membran 54 und der Kolben 50 an dieser Bewegung teil, und dabei ändern sich die Drücke in den Druckkammern 5b und58.

Der Kolben 52 ist mit einem Stößel 62 eines Elektromagneten 64 verbinden, der bei Erregung niit Gleichstrorti den Kolben 52 nach rechts verschiebt. Eine zwi schen Zylinderblock 48 und einem Flansch des Kolbens 52 eingespannte Feder 66 bringt den Kolben 52 wieder nach links zurück/Jvfitteis giner Stellschraube 68 wird die HÜyänge des Stößels 62'und damit die fintenför dermeng? der konstant fördernden Pumpe justiert Al ternativ kann die Durchflußihenge durch Änderung einer Frequenz eines dem Magneten zugeführten Gleichstrom-Aktiviersignals justiert werden. Die vom Auffangtrichter 4X) gesammelte Tinte ge langt über eine Leitung 42 und ein Einlaßyenul 70 in die zweite Druckkammer 58 und von dprt über ein Auslaßventil 74 in einen mit einem Filter 82 versehenen Rückgewinnungstank 72, welcher außer dar rgckgeführten Tinte von einem eine Tintenpatrone 80 enthaltenden Tintenreservair 78 mit frischer Tinte versorgt wird. Aus dem Rückgewinnungstank; 72 gelang. Tinte über eine Leitung 84 und ein Einlaßventil 86 in die erste Druckkammer 56, aus der sie die mit konstanter Fördermenge fördernde Pumpe in einen Druckakkumulator 90 be wegt, der aus einem Zylinder 92, einem elastischen Ele ment 94 (..·, B. Balg oder Membran), einer Kappe 96 und einer Feder 98 besteht Das elastische Element 94 ist umfangsseitig an dem Zylinder 92 befestigt und wird durch die Feder 98 mit Kappe 96 nach unten vörge spannt Der Druckakkumulator 90 dient4er Unterdrük- kung von pulsierenden Druckschwankungen. Anschließend gelangt die von Druckschwankungen befreite Tinte mit konstanter Fördermenge durch ein Filter 100, ein Magnetventil 102 und eine Leitung 44 zu der Düse 24.

Wenn der Elektromagnet 64 über eine durch eine Steuereinheit 106 kontrollierte Magnettreiberschaltung 104 mit Gleichstrom erregt wird, drückt er den Stößel 62 und damit auch die Kolben 52,50 und die Membran 54 in F i g. 2 nach rechts, und durch die dabei fc der ersten Druckkammer 56 erzeugte Druckerhöhung wird die Kugel des Auslaßventils 88 gegen Federkraft nach oben verdrängt und Tinte in den Druckakkumulator 90 gefördert. Zur gleichen Zeit steigt auch in der zweiten Druckkammer 58 der Druck an, so daß hier ebenfalls das Auslaßventil 74 öffnet und Tinte durch die Leitung 76 in den Rückgewinnungstank 72 gefördert wird.

Sobald der Stößel 62 eine bestimmte Position erreicht hat, wird der Erregerstrom des Elektromagneten 64 abgeschaltet, und die Feder 66 schiebt die Kolben 52, 50 und den Stößel 62 nach links zurück, bis letzterer am Ende der Stellschraube 68 zur Ruhe kommt. Während der gemeinsamen Bewegung der Kolben 52,50 und der Membran 54 nach links entsteht in der ersten Druckka.nmer 36 ein Unterdruck, welcher das Einlaßventil 86 öffnet und Tinte über die Leitung 84 aus dem Rückgewinnungstank 72 ansaugt; die Menge dieser Tinte ist von dem Hub und der Erregerfrequenz des Kolbens 50 abhängig. Ein gleichzeitig in der zweiten Druckkammer 58 entstehender Unterdruck öffnet das Einlaßventil 70 und saugt die vom Auffangtrichter 40 wiedergewonnene Tinte über die Leitung 42 an.

Im Verlauf dieses wiederholten Operationscblaufs erhält die Düse 24 Tinte mit konstanter Fördermenge, und die nicht zum Drucken benutzte überschüssige Tinte wird vollständig wiedergewonnen.

Die Kapazität des Druckakkumulators 90 zum Ausgleich von durch die mit konstanter Fördermenge fördernde Pumpe erzeugten pulsierenden Druckschwan-

kungen ist von großem Einfluß auf die verbleibenden Restschwankungen und das Verhalten im Übergangsbereich bei Tintendruckänderungen. Wird die Kapazität des Druckakkumulators 90 sehr groß gewählt, dann kann dieser zwar Druckschwankungen sehr gut ausgleichen, hat aber dafür eine sehr lange Ansprechzeit, und der damit ausgerüstete Tintenstrahldrucker hätte den Nachteil, bei plötzlichen Änderungen der Umgebungstemperatur nicht sofort zu normalem Betriebsverhalten zurückkehren zu können, in F i g. 5 ist die Abhängigkeit zwischen Druck und Ansprechzeit einer den Druckakkumulator 90 enthaltenden Tintenzuführvorrichtung grafisch dargestellt. Bei einem Druckakkumulator 90 mit großer Kapazität (Kurve I) dauert der Druckanstieg von P\ auf Pi relativ lange, während ein Druckakkumulator 90 mit kleiner Kapazität (Kurve III) für diesen Druckanstieg von P\ auf Pi nur eine kurze Zeit benötigt. Der erfindungsgemäße Tintenstrahldrucker enthält einen Druckakkumuiaiur SG ii'iii geringer Kapazität. Damit der Druckvorgang nicht durch pulsierende Druckschwankungen beeinträchtigt wird, erfolgt die Ansteuerung des Kopfantriebs 108 über die Steuereinheit 106 in der Weise, daß der Stößel 62 synchron mit dem Druckerkopf-Antrieb aktiviert wird. Unter Vernachlässigung des Luftwiderstands kann der Ablenkbetrag y der Tintentröpfchen 28a wie folgt errechnet werden:

Darin bedeuten m die Masse, ν die Geschwindigkeit und q die Ladungsmenge der Tintentröpfchen 28a; £die elektrische Ablenk-Feldstärke; /die Länge der Ablenkelektrode 34 in F i g. 2; und L der Abstand zwischen dem zu bedruckenden Papier 14 und der Ablenkelektrode 34 in Fig. 2.

Zur Ezielung eines sauberen Druckbildes muß der Ablenkbetrag y immer konstant gehalten werden. Bei einem Einsatz dieses Tintenstrahldruckers mit Ladungsamplitudensteuerung als Aufzeichnungsgerät in einem Faksiniilesystem werden gemäß F i g. 3 gewöhnlich drei Zeilen gleichzeitig gedruckt Bei einem zu kleinen Ablenkbetrag entstehen unerwünschte Zwischenräume zwischen den Druckbändern B\... Jedoch bei einem zu großen Ablenkbetrag können sich die Tintentröpfchen an den Grenzen zwischen den Druckbändern Si, B? ... B_n gegenseitig überlappen.

In der zuvor angegeben Gleichung können die Werte für die Feldstärke £ die Länge / und den Abstand L ohne Rücksicht auf Umgebungsbedingungen konstant gehalten werden: schwierig ist dies dagegen für die Werte der Masse m. Geschwindigkeit ν und Ladungsmenge q. Bei Verwendung einer mit konstanter Fördermenge fördernden Pumpe in der Tintenzuführvorrichtung kommt es bei einer Viskositätsänderung der Tinte infolge Temperaturänderungen zwangsläufig zu einer Druckänderung im Druckakkumulator 90, und die Durchflußmenge Q bleibt konstant In F i g. 4 sind die Abhängigkeit der Strömungsmenge und des Druckes von der Umgebungstemperatur für die konstant fördernde Pumpe aufgetragen. Daraus geht hervor, daß bei dieser konstant fördernden Pumpe die Werte für die Masse m. Geschwindigkeit ν und Ladungsmenge q auch bei Änderungen der Umgebungstemperatur weitgehend konstant gehalten werden können.

Dagegen ist ein gleichmäßiges Förderverhalten nicht /ti erwarten, wenn beispielsweise der letzte Druckvorgang bei einer Temperatur von 40⁰C und einem Druck P\ beendet wurde und ein neuer Druckvorgang mit einer Temperatur von 40°C und einem Druck ,°t beendet wurde und ein neuer Druckvorgang mit einer Tempcrutür von 5°C beginnt. Die Änderung des Druckes auf einen Normaldruck Pi bedarf eines vorbeslimmien Zeitraums, in dessen Verlauf die Fördermenge kleiner als der konstante Wert ist und deshalb der Ablenkbctrag/größer als ein vorgegebener Wert ist. Wie vorstchend bereits erklärt kann der für den Druckangleich an den Normaldruck Pi erforderliche vorgegebene Zeitraum dadurch auf ein Minimum reduziert werden, daß der Druckakkumulator 90 eine geringe Kapazität hut. Vom Erfinder durchgeführte Versucht: ergaben ein sauberes Druckbild, durch restliche Drucksehwankungen verursachte Verzerrungen waren kleiner als 1.5%. In Fig. 6(A) ist ein ideales Druckbild dargestellt, bei dem die pulsierenden Druckschwankuiigen gleich null sind. rig.&(ß) zeigt ein durch bcirächiüchc Druck Schwankungen hervorgerufenes gestörtes Druckbild.

Wenn dieser gestörte Abschnitt jedoch so gelegt wird, daß er in einer vorgegebenen Position erscheint, dann bleibt das nutzbare Druckbild einwandfrei, s. F i g. 6(C).

Die Erfindung zeigt eine Möglichkeit auf. den für die Erreichung des Normaldrucks erforderlichen Zeitraum (ist oben erläutert worden) auf ein Minimum zu reduzieren. Wie erwähnt hat der Druckakkumulator 90 eine geringe Kapazität und verursacht zu Störungen des Druckbildes führende Druckschwankungen, die zwar nicht vernachlässigt werden dürfen, aber durch das erfindungsgemäße Steuersystem in dur Weise unschädlich gemacht werden, daß der gestörte Abschnitt beim eigentlichen Druckvorgang in eine vorbestimmte Position gelegt wird und das Druckbild sauber bleibt

Nachstehend wird in Verbindung mit Fig.7 die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Tintenstrahldrukkers erläutert Wenn die Steuereinheit 106 dem Drukkerkopfantrieb 108 ein Antriebssynchronsignal Sy zuführt, gibt letzterer an den Impulsmotor 16 ein Vorwärtslaufsignal ab. Dadurch wird der Impulsmotor 16 mit Hilfe eines Drehfrequenzsignals während eines Zeitraums Ta in Vorwärtslaufrichtung beschleunigt, rotiert während eines Zeitraums Tt mit einer vorgewühlten konstanten Drehzahl (F i g. 7C), um danach während eines sich anschließenden Zeitraums Ta durch das Drchfrequenzsignal wieder abgebremst zu werden. Während eines Zeitraums Ts steht der Motor 16. und eine Vorschuboperation Tf wird beendet. An der Hintcrflanke des nächsten Antriebssynchronsignals Sy läuft der Impulsmotor 16 über einen Zeitraum Tr rückwärts, und damit ist ein Operationszyklus der Dauer / abgeschfossen und eines der Bänder gedruckt Für das Ausdrucken der oben erläuterten Druckbänder B\, Bi ...Bn wird dieser Operationsablauf entsprechend oft wiederholt.

In F i g. 7(A) ist die Zeiteinteilung der Druckoperation aufgetragen, die schraffiert gezeichnete eigentliche Druckperiode Te fällt mit der Periode zusammen, in welcher der Druckerkopf mit gleichmäßiger Geschwindigkeit vorwärts bewegt wird. Gemäß F i g. 7(D) wird der Elektromagnet 64 durch ein Aktiviersignal der Magnettreiberschaltung 104 während eines Zeitraums Ti erregt welcher sich an die Hinterflanke des Antricbssynchronsignais Sy für den Rückwärtslauf des Impulsmotors 16 anschließt Folglich fördert die erste Druck-

&5 kammer 56 der konstant fördernden Pumpe Tinte, während der Druckerkopf 10 rückwärts bewegt wird und keine echte Druckoperation ausführt Die erste Druckkammer 56 gibt im Zeitraum Tl Tinte an die Düse 24 ab

und bezieht ihrerseits Tinte aus dem Rückgewinnungsiiink 72 während eines Zeitraums T2. Der Druckverlauf P(Q) der von dem Druckakkumulator 90 zur Düse 24 geförderten Tinte i;;t in F i g. 7(E) dargestellt. Die pulsierenden Druekschwankimgcn JP(dQ) acr konstant for· ^r. dernden Pumpe liegen bei b"/o, jedoch wahrend der eigentlichen Druckperiode Ti? liegt die Druckschwankung ..//'Ίιη'ς·· 1,5%, so daß eiri einwandfreier Druckvorgang gewährleistet ist. In Fig.6(C) findet der eigentliche Druckvorgang in einem Abschnitt a₂ statt, jedoch nicht to in einem Abschnitt <?|.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

30

35

45

50

55

60

65

Claims (1)

1 2 24 53 036 wird die Pumpe in Betrieb gesetzt sobald der Patentansprüche: „ Druckmesser im Druckspeicher anspricht. Dies ist re gelmäßig der FaJI, wenn die Druckvorrichtung in Bc-

1.Tintenstrahldrucker mit trieb ist, also während der Schreibperiode und während

5 des Rücklaufs, da dauernd Tinte ausgestoßen wird und

— einem Druckerkopf (10), der durch einen Druk- daher der Druck im Druckspeicher fortwährend abkerkopfantrieb antreibbar auf einer Führung nimmt Hierdurch treten während des Druckvorgangcs (12) vor-und rückführbar gelagert ist durch die Pumpe bedingte Druckschwankuagen auf.

— einer mit konstanter Durchsatzmenge fördern- Hierdurch wird das Schriftbild unsauber, da die <3uchden Tintenpumpe mit Pumpenantrieb, die Tinte io stäben einer Zeile nicht auf einer Geraden liegen.

in einen Druckakkumulator (90) fördert, der mit Mit der vorliegenden Erfindung soll daher die Aufga-

dem Druckerkopf (10) über eine Leitung (44) be gelöst werden, einen Tintenstrahldrucker der geverbunden ist und nannten Art so auszubilden, daß unter weitgehender

— einem Tintenreservoir (78), von dem Tinte über Verhinderung von Druckschwankungen während des eine Leitung der Tintenpumpe zugeführt wird, is Schreibvorgangs auch bei schnellen Temperaturänderungen ein sauberes Schriftbild mit auf einer Geraden

gekennzeichnet durch liegenden Druckwellen, wie Buchstaben eto, erhalten

wird