DE3300719A1

DE3300719A1 - Anordnung und verfahren zum zufuehren von tinte zum druckkopf eines tintenstrahldruckers

Info

Publication number: DE3300719A1
Application number: DE3300719A
Authority: DE
Inventors: James David 45068 Waynesville Ohio McCann; John David 44067 Sagamore Hills Ohio Vogel; Theodore Frazer 45432 Beavercreek Ohio Williams
Original assignee: Mead Corp 45463 Dayton Ohio; Mead Corp
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1982-01-18
Filing date: 1983-01-11
Publication date: 1983-07-28
Also published as: GB2113615B; JPS58128865A; GB2113615A; GB8301149D0; US4399446A; FR2519905A1

Description

PRINZi BUNKE & PARJNER • - - - - .-

Patentanwftfife *'" European Patent Attorneys München Stuttgart

- 8-

11. Januar 1983

THE MEAD CORPORATION
Courthouse Plaza Northeast
Dayton, Ohio 45463 /V.St.A.

Unser Zeichen: M 1571

Anordnung und Verfahren zum Zuführen von Tinte zum Druckkopf eines Tintenstrahldruckers

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Tintenstrahldrucker und insbesondere auf eine Anordnung und ein Verfahren zum Zuführen von Tinte zum Druckkopf eines solchen Druckers.
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In der Vergangenheit sind mehrere verschiedene Arten von Tintenzufuhranordnungen verwendet worden, mit deren Hilfe dem Druckkopf eines Tintenstrahldruckers Tinte unter Druck zugeführt werden konnte. Typischerweise enthält der Druckkopf eines Tintenstrahldruckers eine Flüssigkeit skammer, der Tinte zugeführt wird, und er weist wenigstens eine Öffnung auf, aus der ein Flüssigkeitsfaden austritt. Auf die Flüssigkeitsfäden werden mechanische Störungen beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Wandlers zur Einwirkung gebracht, damit die Fäden so angeregt werden, daß sie in Strahltropfenströme aufbrechen. Bei der Bildung der Tropfen aus den Flüssigkeitsfäden werden die Tropfen in ausgewählter Weise aufgeladen, und

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sie werden dann mittels eines elektrostatischen Feldes so abgelenkt, daß sie getrennt in Druckbahnen und in Fangbahnen gelangen. Die in die Druckbahnen gelenkten Tropfen treffen auf ein Druckaufnahmemedium, beispielsweise eine Papierbahn, während die zu den Fangbahnen gelenkten Tropfen zu einem oder zu mehreren Tropfenfängern gelangen, die die Tropfen einsaugen und wieder zur erneuten Benutzung in das Flüssigkeitszufuhrsystem zurückleiten. Ein solcher bekannter Drucker ist in der US-PS 3 701 998 dar- ι gestellt.

Eine bei solchen Tintenstrahldruckern verwendete Flüssigkeitszufuhranordnung ist in der US-PS 3 761 953 dargestellt. Diese Tintenzufuhranordnung enthält einen Flüssigkeitsrückführweg, der von einer Flüssigkeitspumpe zu einem Druckregulierungstank und wieder zurück zur Pumpe führt. Die Flüssigkeit wird aus dem Druckregulierungstank abgezogen und dem Druckkopf zugeführt, wobei die Tinte im Rückführungsweg aus einem Vorratstank aufgefüllt wird. Es erfolgt zwar eine Flüssigkeitszufuhr zu dem Druckkopf mit einem gewünschten Druck, jedoch findet eine Steuerung der Strömungsmenge nicht statt. Außerdem ist diese bekannte Zufuhranordnung relativ kompliziert, und sie erfordert eine beträchtliche Anzahl von Bauteilen.

Ein bei Tintenstrahldruckern auftretendes großes Problem ist die Schwierigkeit, den Drucker so zu starten, daß die Strahltropfenströme entstehen, ohne daß andere Bauteile des Druckers benetzt werden. Wenn der Tintenstrom durch die Druckkopföffnungen beginnt, zeigen die anfänglich erzeugten Strahltropfenströme die Neigung zu einer gewissen Instabilität sowohl hinsichtlich der Flugbahn als auch hinsichtlich der Tropfengröße. Diese Instabilität kann erneut beim Abschalten des Druckers auftreten, wenn die Flüssigkeitsströmung durch die Öffnungen aufhört.

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] In der US-PS 4 042 937 ist eine Tintenzufuhranordnung beschrieben, bei der der Ablauf des Reinigens, des Anlassens, der Drucksteuerung und des Abschaltens des Druckers von zwei elektromagnetbetätigten Ventilen gesteuert wird, die in die Einlaß- und Auslaßleitungen des Druckkopfs eingeschaltet sind. Das Einlaßventil liegt zwischen einer Pumpe und dem Druckkopf, während das Auslaßventil zwischen dem Druckkopf und dem Zufuhrbehälter liegt, der der Pumpe Tinte zuführt. Das Anlas-

2Q sen erfolgt durch Füllen des Druckkopfs mit Tinte, durch Schließen des Einlaßventils, damit sich hinter dem Einlaßventil Druck bis zu einem Wert aufbauen kann, der beträchtlich größer als der für den Betrieb erforderliche Wert ist, und danach durch öffnen des Einlaßventils. Beim Abschalten wird das Einlaßventil geschlossen, während das Auslaßventil offengehalten wird, so daß im Druckkopf ein Unterdruck erzeugt wird. In dem Tintenzufuhrsystem gemäß der US-PS 4 042 937 ist nichts zur Steuerung der Flüssigkeitsströmungsmenge zum Druckkopf vorgesehen, sondern sie arbeitet lediglich mit der Pumpe, die immer die Tintenströmung zum Druckkopf liefert, die sich aufgrund der öffnungs- und Schließfolgen der Ventile ergibt.

Ein weiteres Problem bei Tintenstrahldruckern besteht darin, daß in der Tintenkammer des Druckkopfs Luft eingeschlossen werden kann. Lufttaschen oder Blasen im Druckkopf können wegen ihrer Kompressibilität ein sauberes Arbeiten des Druckers verhindern. In der US-PS 3 974 ist ein Tintenstrahldrucker beschrieben, bei dem Luftblasen aus dem Druckkopf entfernt werden, indem die Tinte mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit aus einer Einlaß leitung durch den Druckkopf zu einer Aus laß leitung geleitet wird. Dadurch werden Lufttaschen ausgespült, die sonst im Druckkopf zurückbleiben könnten. Eine für eine Lösung der beiden Schwierigkeiten ausgelegte Tintenzufuhranordnung ist in der US-PS 4 314 264 beschrieben. Es hat sich herausgestellt, daß innerhalb

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eines Bereichs rtatischer Unterdrücke innerhalb des Druckkopfs, insbesondere zwischen etwa 5 und 27,5 cm Wassersäule unter dem atmosphärischen Druck, vor dem Anlaufen keine Tinte durch die Druckkopföffnungen austritt und keine Luft durch diese öffnungen eingesaugt wird. Diese bekannte Tintenzufuhranordnung enthält eine Pumpe, mit deren Hilfe dem Pumpenauslaß Tinte aus einem Tintenzufuhrbehälter unter Druck zugeführt wird. Die Tinte wird dann über eine Zuleitung dem Druckkopf zu-

]0 geführt, und sie kann über eine Rückleitung aus dem Druckkopf wieder in den Tintenzufuhrbehälter zurückgeleitet werden. Außerdem sind mehrere Tintenleitungen vorgesehen, durch die Tinte aus dem Pumpenauslaß zum Pumpeneinlaß zurückgeleitet werden kann. Jede dieser Leitungen enthält eine Strömungsdrossel, damit innerhalb jeder Leitung ein anderer Strömungswiderstand erhalten wird. Es ist ein Ventilsystem vorgesehen, mit dessen Hilfe ein Teil der Tinte vom Pumpenauslaß in eine ausgewählte Tintenrückleitung gelenkt wird. Durch Umschalten zwischen den verschiedenen Rückleitungen kann der statische Druck innerhalb des Druckkopfs stufenweise in den idealen Startbereich gebracht werden. Anschließend kann dann ein Druckkopfauslaßventil geschlossen werden, so daß eine Druckschockwelle erzeugt wird, die in den Druckkopf wandert und sich durch diesen ausbreitet. Die Schockwelle erzeugt einen praktisch augenblicklichen Druckanstieg, der ausreicht, einen richtigen Anfang der Strahltropfenströme hervorzurufen.

wie ohne weiteres zu erkennen ist, können Änderungen des Strömungswiderstandes innerhalb der Tintenzufuhranordnung ausreichen, den statischen Druck im Druckkopf unmittelbar vor dem Betriebsbeginn so zu verändern, daß er nicht innerhalb des optimalen Druckbereichs liegt.

³^ Dies gilt nicht nur für Änderungen des Strömungswiderstandes innerhalb der Rückleitungen, sondern auch für Änderungen innerhalb des qesamten Umlaufsystems. Solche

Änderungen können beispielsweise aufgrund von Ablagerungen von Schmutz oder von Teilchen aus getrockneter Tinte innerhalb des Strömungssystems auftreten. Dadurch kann das Einstellen des Systems ziemlich kritisch sein, wenn das Auströpfeln oder das Einsaugen von Luft vermieden werden soll.

Es besteht somit ein Bedarf nach einem Flüssigkeitszufuhrsystem für einen Tintenstrahldrucker, bei dem die 2Q Versorgungsflüssigkeit des Druckkopfs in einfacher und zuverlässiger Weise gesteuert wird und in dem das Anlassen und Abschalten zuverlässig gesteuert werden.

Somit wird gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Tintenzuführanordnung zum Zuführen von Tinte zum Druckkopf eines Tintenstrahldruckers geschaffen, der Strahltropfenströme ausstößt. Es ist ein Tintenvorratsbehälter zum Speichern einer Tintenmenge vorgesehen; ferner ist eine Pumpvorrichtung mit einem Pumpeneinlaß und einem Pumpenauslaß vorgesehen, die Tinte aus dem Tintenvorratsbehälter am Pumpeneinlaß empfängt und am Pumpenauslaß Tinte unter Druck abgibt. Eine Druckkopfzuleitung ermöglicht eine Tintenströmung vom Pumpenauslaß zum Druckkopf. Eine geschlossene Behältervorrichtung, die mit dem Pumpenauslaß, dem Tintenvorratsbehälter und dem Druckkopf in Verbindung steht, enthält eine Tintenmenge und kann eine zweite Tintenströmung zum Druckkopf mit einem mit der Zeit zunehmenden statischen Druck erzeugen.

Eine steuerbare Ventilvorrichtung leitet in auswählbarer Weise Tinte aus dem Pumpenauslaß zu der abgeschlossenen Behältervorrichtung. Eine Steuervorrichtung zum steuerbaren Betätigen der steuerbaren Ventilvorrichtung sorgt dafür, daß ein Teil der Tinte aus dem Pumpenauslaß in die geschlossene Behältervorrichtung geleitet wird, so daß die Luft in der geschlossenen Behältervorrichtung bei deren Füllung mit Tinte allmählich komprimiert wird,

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wodurch dem Druckkopf Tinte mit einem mit dor Zeit zunehmenden statischen Druck zugeführt wird.

Die steuerbare Ventilvorrichtung kann in ausgewählter Weise auch Tinte aus der geschlossenen Behältervorrichtung in den Tintenvorratsbehälter ablassen. Die Vorrichtung zum Betätigen der Ventilvorrichtung betätigt in steuerbarer Weise diese Ventilvorrichtung auch so, daß die in der geschlossenen Behältervorrichtung enthaltene Tinte in den Tintenvorratsbehälter abgelassen wird.

Der Vorratsbehälter kann mit einer Vakuumpumpe ausgestattet sein, mit deren Hilfe die Tintenmenge innerhalb des Vorratsbehälters bei einem unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck erhalten werden kann, damit die in der Tinte enthaltene Luftmenge reduziert wird.

Die Tintenzufuhranordnung kann außerdem eine Tintenrückleitvorrichtung mit einer Tintenrückleitung enthalten, mit deren Hilfe ein Teil der Tinte aus dem Pumpenauslaß zum Pumpeneinlaß zurückgeleitet werden kann. Zum ausgewählten Leiten von Tinte vom Pumpenauslaß zur Tintenrückleitung ist eine zweite steuerbare Ventilvorrichtung vorgesehen. Eine zweite Elektromagnetvorrichtung zum steuerbaren Betätigen der zweiten steuerbaren Ventilvorrichtung arbeitet mit der ersten steuerbaren Ventilvorrichtung so zusammen, daß ein Teil der Tinte vom Pumpenauslaß in die Tintenrückleitung gelenkt wird, wenn die Tinte nicht von der ersten Elektromagnet-Vorrichtung zur geschlossenen Behältervorrichtung geleitet wird. In der Rückleitung ist eine Strömungsdrosselvorrichtung enthalten, die auf einen vorbestimmten Strömungswiderstand einstellbar ist, so daß der statische Druck in der Druckkopfzuleitung auf einen im wesent liehen konstanten Wert gehalten wird, unabhängig von der Wirkung der ersten und der zweiten Ventilvorrichtung.

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Die Tintcnzufuhranordnung kann außerdem iin Strömungsweg zwischen der geschlossenen Behältervorrichtung und dem Druckkopf ein Rückschlagventil enthalten. Das Rückschlagventil verhindert eine Flüssigkeitsströmung vom Druckkopf zur geschlossenen Behältervorrichtung, doch setzt es der von der geschlossenen Behältervorrichtung zum Druckkopf strömenden Flüssigkeit im wesentlichen keinen Strömungswiderstand entgegen. Die Tintenzufuhranordnung kann ferner eine Druckkopfrückleitung enthalten, mit deren Hilfe Tinte aus dem Druckkopf in den Tintenvorratsbehälter zurückgeleitet werden kann. In dieser Rückleitung befindet sich ein Druckkopfauslaßventil, und es ist eine dritte Elektromagnetvorrichtung vorgesehen, mit der dieses Druckkopfauslaßventil in steuerbarer Weise betätigt werden kann. Die Flüssigkeitsströmung durch die Druckkopfrückleitung ist möglich, wenn das Druckkopfauslaßventil geöffnet ist, doch kann sie beim Schließen des Druckkopfauslaßventils schnell beendet werden, damit die Erzeugung der Strahltropfenströme eingeleitet wird.

In der geschlossenen Behältervorrichtung ist ein Druckfühler vorgesehen, der auf den darin vorhandenen Luftdruck anspricht. Eine von dem Druckfühler in Äbhängigkeit von einem vorbestimmten Luftdruck arbeitende Steuervorrichtung veranlaßt die dritte Elektromagnetvorrichtung, das Druckkopfauslaßventil zu schließen, damit die Erzeugung der Strahltropfenströme eingeleitet

wird.
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Das Verfahren zum Zuführen von Tinte zum Druckkopf eines Tintenstrahldruckers, der mehrere daraus austretende Strahltropfenströme erzeugt, enthält das selektive Anschließen der geschlossenen Behältervorrichtung in der Weise, daß eine Flüssigkeitsströmung zwischen dem Pumpenauslaß und der geschlossenen Behältervorrichtung erzeugt wird, wodurch ein Teil der Tinte aus dem Pumpenauslaß in die geschlossene Behältervorrichtung geleitet * J

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wird, damit diese allmählich gefüllt wird. Die darin befindliche Luft wird komprimiert, damit dem Druckkopf eine Tintenströmung mit allmählich zunehmendem statischen-. Druck zugeführt wird, während der Re„st der Tinte aus dem Pumpenauslaß dem Druckkopf über die Druckkopfzuleitung zugeführt wird. Nach Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks in der geschlossenen Behältervorrichtung wird diese vom Pumpenauslaß abgetrennt. Die Behältervorrichtung wird dann mit dem Tintenvorratsbehälter verbunden, so daß Tinte aus der geschlossenen Behältervorrichtung in den Tintenvorratsbehälter abgelassen wird.

Das Verfahren kann ferner den Schritt enthalten, daß das Druckkopfauslaßventil im wesentlichen gleichzeitig mit dem Erreichen des vorbestimmten Drucks in der geschlossenen Behältervorrichtung geschlossen wird. Die Tintenströmung durch den Druckkopf wird auf diese Weise schnell beendet, so daß die Erzeugung der Strahltropfenströme eingeleitet wird.

Das Verfahren kann ferner das Anlegen eines partiellen Unterdrucks an dem Tintenvorratsbehälter und an die Druckkopfrückleitung sowie das anschließende Öffnen des Druckkopfauslaßventils umfassen. Der partielle Unterdruck bewirkt dabei ein schnelles Absinken des statischen Drucks innerhalb des Druckkopfs, so daß eine schnelle Beendigung der Tintentropfenströme bewirkt wird.

Mit Hilfe der Erfindung sollen somit eine Tintenzufuhr- °^ anordnung und ein Verfahren zum Zuführen von Tinte zum Druckkopf eines Tintenstrahldruckers geschaffen werden. Die Anordnung enthält eine Pumpe und eine geschlossene Behältervorrichtung, die in ausgewählter Weise zwischen den Pumpenauslaß und den Druckkopf eingefügt werden kann. Die Anordnung und das Verfahren sollen so ausgestaltet sein, daß die Inbetriebnahme dadurch erfolgt, daß die geschlossene Behältervorrichtung gefüllt wird, wodurch

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eine zweite Tintonströmung zum Druckkopf mit einem statischen Druck erzeugt wird, der mit der Zeit linear zunimmt. Ferner sollen die Anordnung und das Verfahren so ausgestaltet sein, daß die Inbetriebnahme eingeleitet wird, ohne daß Tinte aus dem Druckkopf herauströpfelt oder daß Luft in den Druckkopf eingesaugt wird. Ferner sollen die Anordnung und das Verfahren so ausgestaltet sein, daß der Druckkopf beim Abschalten des Druckers an eine Unterdruckquelle angeschlossen wird, damit eine rasche Absenkung des statischen Drucks im Druckkopf erzielt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, deren einzige Figur 1 eine schematische Darstellung der Tintenzufuhranordnung nach der Erfindung zeigt.

Die Tintenzufuhranordnung liefert Tinte an den Druckkopf 10 eines Tintenstrahldruckers, der in bekannter Weise Strahltropfenströme erzeugt. Der Druckkopf 10 kann irgendein bekannter Druckkopf sein, wie er beispielsweise in der US-PS 3 701 998 dargestellt ist, der mehrere Tihtenstrahltropfenströme zur Ablagerung auf einem Druckaufnahmemedium erzeugt.

Die Tintenzufuhranordnung enthält einen Tintenvorratsbehälter 14, in dem eine Tintenmenge 16 gespeichert ist. Eine Vakuumpumpe 18 bewirkt eine teilweise-Evakuierung

des über der Tintenmenge 16 befindlichen Luftraums 20. 30

Eine Pumpe 28, die einen Pumpeneinlaß 30 und einen Pumpenauslaß 32 aufweist, empfängt am Pumpeneinlaß Tinte aus dem Tintenvorratsbehälter 14, und sie gibt am Pumpenauslaß 32 Tinte unter Druck ab. Die Tinte wird vom Pumpenauslaß 32 dem Druckkopf 10 über eine Druckkopfzuleitungsvorrichtung zugeführt, die eine Druckkopfzuleitung 44 enthält. In der Zuleitung 44 ist eine feste

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Strömungsdrossel 4 8 angebracht, die einen Strömungswider stand in dieser Leitung erzeugt.

Eine geschlossene Behältervorrichtung enthält einen abgeschlossenen Behälter 56, der gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist und über eine Leitung 58 mit dem Druckkopf 10 in Verbindung steht. Der geschlossene Behälter 56 ist durch eine Leitung 60 über eine Steuer-, bare Ventilvorrichtung 62 mit dem Pumpenauslaß 3 2 verbunden; die Ventilvorrichtung 62 wird mit Hilfe einer Elektromagnetvorrichtung 64 in steuerbarer Weise betätigt. Die Behältervorrichtung 56 ist über eine Ablaßleitung 66, die an der Ventilvorrichtung 62 mit der Leitung 6 0 in Verbindung steht, auch an den Tintenvorratsbehälter 14 angeschlossen. Die Ventilvorrichtung ist so betätigbar, daß der geschlossene Behälter 56 entweder mit dem Pumpenauslaß 32 oder mit dem Tintenvorratsbehälter 14, jedoch nicht mit beiden gleichzeitig, verbunden werden kann. Die Leitung 60 enthält ferner eine einstellbare Strömungsdrossel 70, die der durch die Leitung strömenden Tinte einen Strömungswiderstand entgegensetzt.

Eine Tintenrückleitung 72 verbindet den Pumpenauslaß mit dem Pumpeneinlaß 30. Die Tintenrückleitung 72 enthält eine einstellbare Strömungsdrossel 74 sowie eine von einer Elektromagnetvorrichtung 78 betätigte steuerbare Ventilvorrichtung 76. Die Ventilvorrichtung 76 kann so betätigt werden, daß sie die Rückleitung 72 entweder ³Q öffnet oder schließt. Die Elektromagnetvorrichtung 78 wird in Zusammenwirkung mit der Elektromagnetvorrichtung 64 so betätigt, daß die Ventilvorrichtungen 76 und 62 stets gleichzeitig betätigt werden. Ein Teil der Tinte am Pumpenauslaß 32 wird entweder in die Leitung 60 oder in die Leitung 72 gelenkt, jedoch nicht gleichzeitig in beide Leitungen. Die Strömungdrossel 74 ist so eingestellt, daß ein richtiger Strömungswiderstand erhalten

wird, so daß der gleiche Anteil der Tinte am Pumpenauslaß 32 in die Leitung 72 wie in die Leitung 60 gelenkt wird. Die der Zuleitung 4 4 zugeführte Tintenmenge und der in dieser Leitung herrschende statische Druck zeigen daher keine Schwankungen, wenn die Leitung 6 0»mit dem Pumpenauslaß 32 verbunden oder vom Pumpenauslaß 32 abgetrennt wird.

In der Leitung 58 ist ein Rückschlagventil 80 angebracht.

Das Rückschlagventil 80 ist so ausgewählt, daß es eine Flüssigkeitsströmung vom Druckkopf 10 zum geschlossenen-Behälter 56 verhindert, jedoch im wesentlichen keinen Flüssigkeitsströmungswiderstand für die vom geschlossenen Behälter 56 zum Druckkopf 10 fließende Tinte darstellt.

Eine Druckkopfrückleitungsvorrichtung enthält eine Druckkopfrückleitung 82, die den Druckkopfauslaß 84 des Druckkopfs 10 mit dem Tintenvorratsbehälter 14 verbindet. In der Rückleitung 82 ist ein Auslaßventil 86 angebracht, das von einer Elektromagnetvorrichtung 88 steuerbar betätigt wird. Das Auslaßventil 86 kann so betätigt werden, daß entweder eine Flüssigkeitsströmung durch den Druckkopf 10 in die Rückleitung 82 ermöglicht wird oder diese Strömung beendet und ein öffnen der Rückleitung 82 zur Atmosphäre hin bewirkt wird.

An der Oberseite des geschlossenen Behälters 56 ist ein druckempfindlicher Schalter 92 angebracht, der auf den Luftdruck in dem geschlossenen Behälter 56 anspricht. Der Schalter 92 ist an eine Steuervorrichtung angeschlossen, die einen Computer 94 umfaßt, der die Elektromagnetvorrichtung 88 und damit auch das Auslaßventil 86 in Abhängigkeit von Signalen vom Schalter 92 steuern kann. Der Computer 94 kann auch den Betrieb der übrigen elektromagnetbetätigten Ventile in der Anordnung steuern.

Ein Betriebszyklus der erfindungsgemäßen Tintenzufuhr-

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anordnung ist in der anschließenden Tabelle angegeben:

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15 20 25 30 35

Schritt Nr.	Ventil	62	76	86	Beschreibung
1 2 3 4 5	0 1 1 0 0	0 1 1 0 0	0 0 1 1 0	Umlauf Umlauf/Füllen Inbetriebnahme Betrieb Abschalten

Eine "1" in der Tabelle gibt an, daß der dem jeweiligen Ventil zugeordnete Elektromagnet betätigt ist, während eine "0" anzeigt, daß der Elektromagnet nicht betätigt ist.

Wie beim Schritt Nr. 1 angegeben ist, befindet sich die Anordnung anfänglich in einem Umlaufbetrieb, in dem das Druckkopfauslaßventil 86 nicht betätigt ist, so daß eine Flüssigkeitsströmung aus der Pumpe 28 durch den Druckkopf 10 erzeugt wird, wobei die Flüssigkeit über die Druckkopfrückleitung 82 zum Tintenvorratsbehälter 14 zurückgeleitet wird. Der von der Vakuumpumpe 18 an den Tintenvorratsbehälter 14 angelegte Unterdruck verursacht innerhalb des Druckkopfs 10 einen statischen Druck, der genügend unterhalb des atmosphärischen Drucks liegt, so daß durch die im Druckkopf 10 angebrachten öffnungen Luft in den Druckkopf eingesaugt wird. Während dieser Betriebsart werden vom Druckkopf 10 keine Strahltropfenströme erzeugt.

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Die Ventilvorrichtung 62 ist während dieser Betriebsart nicht betätigt, so daß keine Tinte vom Pumpenauslaß 32

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in den geschlossenen Behälter 56 strömt. Außerdem verbindet die Leitung 66 den geschlossenen Behälter 56 mit dem Tintenvorratsbehälter 14 und somit mit der Vakuumpumpe 18. Der an den geschlossenen Behälter 56 angelegte partielle Unterdruck hat das Schließen des Rückschlagventils 80 zur Folge, und jegliche Tinte, die im geschlossenen Behälter 56 enthalten sein kann, wird aus diesem in den Tintenvorratsbehälter 14 abgelassen. Die Ventilvorrichtung 76 ist auch nicht betätigt, so daß ein Teil der Tinte vom Pumpenauslaß 32 in die Leitung 72 geleitet und zum Pumpeneinlaß 30 zurückbefördert wird.

Wenn der Betrieb des Druckers eingeleitet werden soll, muß das Strömen von Flüssigkeitsfäden aus den Druckkopföffnungen zur Erzeugung der Strahltropfenströme hervorgerufen werden. Wie beim Schritt Nr. 2 angegeben ist, werden die Ventilvorrichtungen 62 und 76 von den Elektromagnetvorrichtungen 64 bzw. 78 betätigt, so daß die Tintenströmung durch die Leitung 72 unterbrochen wird und die Tintenströmung aus dem Pumpenauslaß in den geschlossenen Behälter 56 beginnt. Die Strömungsdrossel 70 bildet einen vorbestimmten Strömungswiderstand, so daß der anfänglich durch die Leitung 72 strömende Teil der Tinte vom Pumpenauslaß 32 nun durch die Leitung 60 strömt. Die Tinte aus der Leitung 60 fließt in den geschlossenen Behälter 56 und dann durch die Leitung 58. Das Rückschlagventil 80 setzt der Strömung aus dem Behälter 56 zum Druckkopf 10 im wesentlichen keinen Widerstand entgegen, so daß sich die Tinte mit der Tinte aus der Zu-

³^ leitung 44 vereinigt und in und durch den Druckkopf 10 strömt.

Da der Innendurchmesser der Leitung 58 kleiner als der der Leitung 60 ist, strömt die Tinte mit höherer Geschwindigkeit in den geschlossenen Behälter 56 als sie aus diesem ausströmt, so daß sich der geschlossene Behälter 56 allmählich mit Tinte füllt. Wenn der Behälter 56

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gefüllt wird, wird die darin enthaltene Luft komprimiert. Die den Behälter 56 durch die Leitung 58 verlassende Tinte wird daher dem Druckkopf 10 mit einem statischen Druck zugeführt, der mit der Zeit linear zunimmt, da die Tinte dem Behälter 56 mit einer konstanten Geschwindigkeit zugeführt wird. Wenn sich die Tinte mit der dem Druckkopf 10 über die Zuleitung 44 zugeführten Tinte vereinigt, nimmt der statische Druck innerhalb des Druckkopfs 10 allmählich zu.

Wenn der statische Druck innerhalb des Druckkopfs 10 ansteigt, wird ein ausreichend nahe dem atmosphärischen Druck liegender Druckwert erreicht, woraufhin keine Luft mehr durch die Öffnungen in den Druckkopf 10 eingesaugt wird. Da die durch den Druckkopf 10 erfolgende Tintenströmung darin verbliebene Luftblasen hinwegtransportiert ist der Druckkopf 10 an diesem Zeitpunkt luftfrei. Der statische Druck innerhalb des Druckkopfs 10 ist an diesem Zeitpunkt aber immer noch genügend niedriger als der atmosphärische Druck, so daß kein Ausfließen von Tinte durch die Öffnungen stattfindet.

Der innerhalb des geschlossenen Behälters 56 angebrachte Druckschalter 92 ist so ausgewählt, daß er auf den Luftdruck innerhalb des Behälters 56 anspricht, der dem statischen Druck im Druckkopf 10 entspricht, bei dem keine Luft eingesaugt wird und keine Tinte ausläuft. Der Druckschalter 92 zeigt somit dem Computer. 94 an, daß der Druckkopf 10 für den Beginn der Erzeugung von Strahltropfenströmen bereit ist.

Wie beim Schritt Nr. "3 zu erkennen ist, schickt der Computer 94 ein Signal an die Elektromagnetvorrichtung 88 zur Betätigung des Druckkopfauslaßventils 86, so daß die Tintenströmung durch den Druckkopf schnell beendet wird. Als Folge davon wird auf die Tinte im Druckkopf 10 ein plötzlicher Druckimpuls ausgeübt, der ein rasches

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Fließen von Tinte durch die Druckkopföffnungen und das Erzeugen der gewünschten Strahltropfenströme zur Folge hat. Der Druckimpuls wandert durch den Druckkopf 10 und schließt das Rückschlagventil 80, so daß eine Strömung aus dem Druckkopf 10 in den geschlossenen Behälter 56 verhindert wird. Der Impuls wird am Rückschlagventil und an der festen Drossel 48 in Richtung zum Druckkopf reflektiert. Der Druckimpuls wird dann am geschlossenen Auslaßventil 86 reflektiert, was sich fortsetzt, bis er abgeklungen ist. Die Betätigung des Auslaßventils 86 Öffnet außerdem die Druckkopfrückleitung 82 zur Atmosphäre, so daß jede darin befindliche Tinte in den Tintenvorratsbehälter 14 abfließt.

Sobald sich die Strahltropfenströme gebildet haben, kann die im Behälter 56 enthaltene Tinte abgelassen werden, Wie beim Schritt Nr. 4 zu erkennen ist. Die Ventilvörrichtungen 62 und 78 werden abgeschaltet, so daß die Leitung 60 vom Pumpenauslaß 32 abgetrennt und mit der Ablaßleitung 66 verbunden wird. Der an den Tintenvorratsbehälter 14 von der Vakuumpumpe 18 angelegte partielle Unterdruck gelangt somit zum Behälter 56, was das Ablassen der Tinte aus diesem Behälter erleichtert. Da die Ventilvorrichtung 76 abgeschaltet ist, wird der der Leitung 60 vom Pumpenauslaß 32 zugeführte Teil der Tinte nun in die Leitung 72 gelenkt. Auf diese Weise bleibt die Tintenströmung durch die Leitung 44 zum Druckkopf 10 von der Abschaltung der Ventilvorrichtung

62 unbeeinflußt.
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Das Abschalten des Druckers geschieht so, wie beim Schritt Nr. 5 angegeben ist. Das Druckkopfauslaßventil 86 wird abgeschaltet, so daß die Auslaßseite des Druckkopfs 10 über die Druckkopfrückleitung 82 mit dem eva-"° kuierten Tintenvorratsbehälter 14 verbunden wird. Die im Druckkopf 10 enthaltene Tinte erfährt aufgrund des an die Rückleitung 82 angelegten Unterdrucks einen

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extrem raschen Druckabfall, und die Tintenströmung durch die Druckkopföffnungen wird schnell beendet, was eine schnelle und saubere Beendigung des Fließens der Strahltropf enströme ergibt. Der Druck im Druckkopf 10 wird ausreichend abgesenkt, damit ein Einsaugen von Luft in die Druckkopföffnungen hervorgerufen wird, so daß sichergestellt wird, daß kein Auslaufen von Tinte stattfindet.

Es ist zu erkennen, daß mit Hilfe der Erfindung eine besondere Tintenzufuhranordnung geschaffen worden ist, bei der die Vorgänge der Inbetriebnahme und des Abschaltens wirksam kontrolliert sind. Durch Vorsehen der geschlossen - nen Behältervorrichtung zur Erzielung eines linearen Druckanstiegs im Druckkopf werden die verschiedenen Betriebsvorgänge des Druckers in einfacher und zuverlässiger Weise gesteuert.

Das hier beschriebene Verfahren und die Ausgestaltung der Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar, die jedoch nicht auf diese speziellen Ausführungen beschränkt sind; im Rahmen der Erfindung können ohne weiteres Abwandlungen und Änderungen dieser Ausführungen vorgenommen werden.

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Claims

PRINZ, BUNKEi&i PAßTIMER _oonnr._ih

Patentanwälte · European Patent Attorneys

München Stuttgart

11 . Januar 1983

THE MEAD CORPORATION
Courthouse Plaza Northeast
Dayton, Ohio 45463 /V.St.A.

Unser Zeichen: M 1571

Patentansprüche

1.] Anordnung zum Zuführen von Tinte zum Druckkopf (10) —* eines Tintenstrahldruckers für die Erzeugung von Strahltropfenströmen mit einem Tintenvorratsbehälter (14) zum Speichern einer Tintenmenge (16), einer Pumpenvorrichtung (28) mit einem Pumpeneinlaß (30) und einem Pumpenauslaß (32) für den Empfang von Tinte aus dem Tintenvorratsbehälter (14) am Pumpeneinlaß (30) und für die Abgabe von Tinte unter Druck am Pumpenauslaß (32) und einer DruckkopfZuleitungsvorrichtung (44) zur Erzeugung einer Tintenströmung vom Pumpenauslaß (32) zum Druckkopf (10), gekennzeichnet durch eine geschlossene Behältervorrichtung (56) , die mit dem Pumpenauslaß (32), dem Tintenvorratsbehälter (14) und I dem Druckkopf (10) in Verbindung steht und eine Tintenmenge für die Erzeugung einer zweiten Tintenströmung zu dem Druckkopf (10) mit einem mit der Zeit ansteigenden statischen Druck enthalten kann, eine steuerbare Ventilvorrichtung (62) , die in ausgewählter Weise Tinte vom Pumpenauslaß (32) zu der geschlossenen Behältervorrichtung (56) lenkt, und eine Vorrichtung (64)

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zum steuerbaren Betätigen der steuerbaren Ventilvorrichtung (62) in der Weise, daß ein Teil der Tinte vom Pumpenauslaß (32) in die geschlossene Behältervorrichtung (56) gelenkt wird, die Luft in der geschlossenen Behältervorrichtung (56) allmählich komprimiert wird, wenn diese mit Tinte gefüllt wird und dadurch Tinte aus der geschlossenen Behältervorrichtung dem Druckkopf (10) mit einem mit der Zeit ansteigenden statischen Druck zugeführt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die steuerbare Ventilvorrichtung (62) außerdem derart ausgebildet ist, daß sie in ausgewählter Weise ein Ablassen von Tinte aus der geschlossenen Behältervorrichtung (56) in den Tintenvorratsbehälter (14) ermöglicht, und daß die Vorrichtung (64) zum Betätigen der Ventilvorrichtung (62) diese Ventilvorrichtung (62) außerdem in steuerbarer Weise so betätigt, daß die in der geschlossenen Behältervorrichtung (56) enthaltene Tinte in den Tintenvorratsbehälter (14) abgelassen wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenvorratsbehälter (14) eine Vakuumpumpenvorrichtung (18) enthält, die die Luft in dem Tintenvorratsbehälter (14) auf einem unterhalb des atmosphärischen Drucks liegenden Druck halt, damit der Anteil der Luft in der Tintenmenge (16) herabgesetzt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Tintenumlaufvorrichtung mit einer Tintenrückleitung (72) zum Zurückleiten eines Teils der Tinte aus dem Pumpenauslaß (32) zum Pumpeneinlaß (30), einer zweiten steuerbaren Ventilvorrichtung (76), die Tinte aus dem Pumpenauslaß (32) in ausgewählter Weise zu der Tintenrückleitung (72) lenkt, einer zweiten Vorrichtung

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(78) zum steuerbaren Betätigen der zweiten steuerbaren Ventilvorrichtung (76) in Zusammenwirkung mit der erster steuerbaren Ventilvorrichtung (62) in der Weise, daß ein Teil der Tinte vom Pumpenauslaß (32) zu der Tintenrückleitung (72) gelenkt wird, wenn die Tinte nicht von der ersten Vorrichtung (64) in die geschlossene Behältervorrichtung (56) gelenkt wird, und einer Strömungsdrosselvorrichtung (74) in der Tintenrückleitung (72), die auf einen vorbestimmten Flüssigkeitsströmungswider-' stand einstellbar ist, so daß der Flüssigkeitsdruck in der DruckkopfZuleitungsvorrichtung (4 4) auf einem im wesentlichen konstanten Viert unabhängig von der Wirkung der ersten und der zweiten Ventilvorrichtung (62, 76) gehalten wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Rückschlagventilvorrichtung (80), die in den Flüssigkeitsströmungsweg zwischen der geschlossenen Behältervorrichtung (56) und dem Druckkopf (10) eingefügt ist und eine Flüssigkeitsströmung von dem Druckkopf (10) zu der geschlossenen Behältervorrichtung (56) verhindert, jedoch der Flüssigkeitsströmung von der geschlossenen Behältervorrichtung (56) zu dem Druckkopf keinen wesentlichen Flüssigkeitsströmungswiderstand entgegensetzt.

6. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 4, gekennzeichnet durch eine Druckkopfruckleitungsvorrichtung (82) zum Zurückleiten von Tinte aus dem Druckkopf (10) in den Tintenvorratsbehälter (14), ein Druckkopfauslaßventil (86) und eine dritte Vorrichtung (88) zum steuerbaren Betätigen des Druckkopfauslaßventils (86) in der Weise, daß eine Flüssigkeitsströmung durch die Druckkopfruckleitungsvorrichtung (82) ermöglicht wird, wenn das Druckkopfauslaßventil (86) offen ist, wodurch eine Tintenströmung durch den Druckkopf (10) beim Schließen des Druckkopfauslaßventils (86) zur Einleitung der

Erzeugung der Strahltropfenströme schnell beendet werden kann.

7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine innerhalb der geschlossenen Behältervorrichtung (56) angebrachte Druckfühlervorrichtung (92), die auf den in der Behältervorrichtung (56) herrschenden Druck anspricht, und eine von der Druckfühlervorrichtung (92) in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Luftdruck bejQ tätigte Steuervorrichtung (94), die die dritte Vorrichtung (88) veranlaßt, das Druckkopfauslaßventil (86) zur Einleitung der Erzeugung der Strahltropfenströme zu schließen.

8. Anordnung zum Zuführen von Tinte zum Druckkopf (10) eines Tintenstrahldruckers für die Erzeugung von Strahltropfenströmen mit einem Tintenvorratsbehälter (14) zum Speichern einer Tintenmenge (16), einer Pumpenvorrichtung (28) mit einem Pumpeneinlaß (30) und einem Pumpenauslaß (32) für den Empfang von Tinte aus dem Tintenvorratsbehälter (14) am Pumpeneinlaß (30) und für die Abgabe von Tinte unter Druck am Pumpenauslaß (32), einer DruckkopfZuleitungsvorrichtung (44) zur Erzeugung einer Tintenströmung vom Pumpenauslaß (3 2) zum Druckkopf (10), eine Druckkopfrückleitungsvorrichtung (82) zur Erzeugung einer Tintenströmung aus dem Druckkopf (10) in den Tintenvorratsbehälter (14) und ein Druckkopfauslaßventil (86), das in ausgewählter Weise eine Tintenströmung durch die Druckkopfrückleitungsvorrichtung (82) verhindert, gekennzeichnet durch eine geschlossene Behältervorrichtung (56), die mit dem Pumpenauslaß (32) und dem Druckkopf (10) in Verbindung steht und eine zweite Tintenströmung zu dem Druckkopf (10) erzeugt, eine steuerbare Ventilvorrichtung (62), die in ausgewählter Weise Tinte vom Pumpenauslaß (32) zu der geschlossenen Behältervorrichtung (56) lenkt, eine Druckfühlervorrichtung (92) , die in einem oberen Bereich der

-δ-geschlossenen Behältervorrichtung (56) angebracht ist und auf den in der Behältervorrichtung herrschenden Luftdruck anspricht, und eine auf die Druckfühlervorrichtung (92) ansprechende Steuervorrichtung (94), die die steuerbare Ventilvorrichtung (62) und das Druckkopfauslaßventil (86) so steuert, daß ein Teil der Tinte vom Pumpenauslaß (32) so in die geschlossene Behältervorrichtung (56) gelenkt werden kann, daß diese allmählich gefüllt wird, die darin befindliche Luft komprimiert wird und dein Druckkof (10) eine Tintenströmung mit einem allmählich ansteigenden statischen Druck zugeführt wird, wobei die Steuervorrichtung (94) außerdem abhängig von einem vorbestimmten Luftdruck innerhalb der geschlossenen Behältervorrichtung (56), der von der Druckfühlervorrichtung (92) festgestellt wird, das Druckkopfauslaßventil (96) schließt, wodurch die Erzeugung der Strahltropfenströme eingeleitet wird.

9. Verfahren zum Steuern der Tintenströmung zu einem Druckkopf (10) in einem Tintenstrahldrucker mit einem Tintenvorratsbehälter (14), einer Pumpe (28), die Tinte aus dem Tintenvorratsbehälter (14) an einem Pumpeneinlaß (30) empfängt und Tinte unter Druck an einem Pumpenauslaß (32) abgibt, und einer Druckkopfzuleitung (44), die den Druckkopf (10) und den Pumpenauslaß (32) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein , mit dem Druckkopf (10) in Verbindung stehender geschlossener Behälter (56) zur Aufnahme einer Tintenmenge vorgesehen wird, daß der geschlossene Behälter (56) in ausgewählter Weise so angeschlossen wird, daß eine Flüssigkeitsströmung zwischen dem Pumpenauslaß (32) und dem geschlossenen Behälter (56) erzeugt wird, wodurch ein Teil der Tinte vom Pumpenauslaß (32) zu dem geschlossenen Behälter (56) gelenkt wird, damit sich

³^ dieser allmählich füllt und damit die darin befindliche Luft komprimiert wird, wodurch eine Tintenströmung zu dem Druckkopf (10) mit einem allmählich ansteigenden

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Druck entsteht, während der Rest der Tinte vom Pumpenauslaß (32) über die Druckkopfzuleitung (44) dem Druckkopf (10) zugeführt wird, daß der geschlossene Behälter (56) bei Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks innerhalb des Behälters (56) vom Pumpenausfaß (32)

abgetrennt wird und daß der geschlossene Behälter (56) mit dem Tintenvorratsbehälter (14) verbunden wird, damit aus dem geschlossenen Behälter (56) Tinte in den Vorratsbehälter (14) abgelassen wird. 10

10. Verfahren zum Steuern der Tintenströmung zu einem Druckkopf (10) in einem Tintenstrahldrucker mit einem Tintenvorratsbehälter (14), einer Pumpe (28), die an einem Pumpeneinlaß (30) Tinte aus dem Tintenvorratsbehälter (14) empfängt und an einem Auslaß (32) Tinte Unter Druck abgibt, einer Druckkopfzuleitung (44), die den Druckkopf (10) und den Pumpenauslaß (32) verbindet, einer Druckkopfrückleitung (82), die den Druckkopf (10) und den Tintenvorratsbehälter (14) verbindet, und einem Druckkopfauslaßventil (86), das in steuerbarer Weise eine Flüssigkeitsströmung durch die Druckkopfrückleitung (82) verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Druckkopf (10) in Verbindung stehender geschlossener Behälter (56) zur Aufnähme einer Tintenmenge vorgesehen wird, daß eine Tintenströmung vom Pumpenauslaß (32) durch die Druckkopfzuleitung (44), den Druckkopf (10) und die Druckkopfrückleitung (82) in den Tintenvorratsbehälter (14) erzeugt wird, daß der geschlossene Behälter (56)in

®Q ausgewählter Weise so angeschlossen wird, daß eine Flüssigkeitsströmung zwischen dem Pumpenauslaß (32) und dem geschlossenen Behälter (56) erzeugt wird, wodurch ein Teil der Tinte vom Pumpenauslaß (32) zu dem geschlossenen Behälter (56) gelenkt wird, damit sich dieser allmählich füllt und damit die darin befindliche Luft komprimiert wird, wodurch eine Tintenströmung zu dem Druckkopf (10) mit einem allmählich ansteigenden

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Druck entsteht, während der Rest der Tinte vom Pumpenauslaß (32) über die Druckkopfzu]eitung (44) dem Druckkopf (10) zugeführt wird, und daß das Druckkopfauslaßventil (86) bei Erreichen eines vorbestimmten Luftdrucks innerhalb des Behälters (56) geschlossen wird, was eine rasche Beendigung der Tintenströmung durch den Druckkopf (10) zur Folge hat, so daß die Erzeugung der Strahltropfenströme eingeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Behälter (56) von dem Pumpenauslaß (32) im wesentlichen gleichzeitig mit dem Schließer des Druckkopfauslaßventils (86) abgetrennt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Tintenvorratsbehälter (14) und an die Druckkopfrückleitung (82) ein partieller Unterdruck angelegt wird und daß das Druckkopfauslaßventil (86) geöffnet wird, so daß der partielle Unterdruck dadurch ein schnelles Absenken des Flüssigkeitsdrucks innerhalb des Druckkopfs (10) bewirkt, was eine rasche Beendigung der Strahltropfenströme verursacht.

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