DE60002221T2 - Anordnung zum drucken mit kontinuierlichem tintenstrahl - Google Patents

Description

• Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Endlostintenstrahldruckanordnung, die einen Eindüsen-Endlostintenstrahldruckkopf, der mit Heizmitteln ausgestattet ist, eine Tintenzufuhrleitung, die eine Tintenquelle mit dem Tintenkopf verbindet und Zwischenschlagtinte von dem Druckkopf zu der Tintenquelle zurückführt, ein Filter in der Zufuhrleitung und ein Tintenzufuhrhandhabungsmittel zur Steuerung der Zufuhr von Tinte zu dem Druckkopf umfasst.
• Es ist bekannt (US 3,999,190), dass die Viskosität der Tinte kurz vor der Verteilung aus dem Druckkopf exakt gesteuert werden muss, um eine korrekte Tröpfchenbildung aufrecht zu erhalten, und dass das Erwärmen des Druckkopfes auf eine vorherbestimmte Temperatur eine exakte Steuerung der Viskosität ermöglicht. Es ist ebenfalls bekannt (US 4,106,030), dass ein Endlostintenstrahldruckkopf mit gefilterter Tinte versorgt werden muss.
• Das Dokument JP-A-10 000 790 offenbart eine Endlostintenstrahldruckanordnung, die einen Eindüsen-Endlostintenstrahldruckkopf, eine Tintenzufuhrleitung, die eine Tintenquelle mit dem Tintenkopf verbindet und Zwischenschlagtinte von dem Druckkopf zu der Tintenquelle zurückführt, ein Filter in der Zufuhrleitung und ein Tintenzufuhrhandhabungsmittel zur Steuerung der Zufuhr von Tinte zu dem Druckkopf umfasst, wobei das Filter mit einem Heizmittel versehen ist.
• Jedoch bleibt die Viskosität von Tinte, die dafür bestimmt ist, auf Endlostintenstrahldruckanordnungen angewendet zu werden, ein wichtiges Problem in der Tintenstrahldrucktechnologie, insbesondere im Hinblick auf die Tatsache, dass ein zunehmendes Interesse daran besteht, mit Tinte zu drucken, die einen hohen Anteil an Pigmenten enthält, beispielsweise Tinte, die chemisch oder thermodynamisch stabilisierte Pigmente, stark scheuernde Pigmente und anorganische Pigmente mit hoher Dichte oder Tinte, die Sicherheitsmerkmale, wie beispielsweise fluoreszierende Pigmente, enthält.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Endlostintenstrahldruckanordnung vorzuschlagen, die in vorteilhafter Weise zum Drucken von Tinte der oben genannten Art verwendet werden kann.
• Zu diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung eine Endlostintenstrahldruckanordnung, die einen Eindüsen-Endlostintenstrahldruckkopf, der mit einem Heizmittel ausgestattet ist, eine Tintenzufuhrleitung, die eine Tintenquelle mit dem Tintenkopf verbindet und Zwischenschlagtinte von dem Druckkopf zu der Tintenquelle zurückführt, ein Filter in der Zufuhrleitung und ein Tintenzuführhandhabungsmittel zur Steuerung der Zufuhr von Tinte zu dem Druckkopf umfasst, wobei das Filter mit einem Heizmittel versehen ist und die Tintenzufuhrhandhabungsmittel dafür ausgelegt sind, in dem Filter ständig eine Temperatur aufrecht zu erhalten, die höher ist als anderswo in der Tintenzufuhr, und den Druckkopf auf einer konstanten Temperatur zu halten, die höher ist als die Umgebungstemperatur.
• Das Filter kann in einem Metallgehäuse angeordnet sein, das ein elektrisches Heizelement umfasst. Insbesondere kann das Filter zwischen zwei Metallplatten angeordnet werden, von denen eine mit einem Heizmittel versehen ist.
• Es können mindestens fünf statische Mischer an strategischen Punkten in das System integriert sein, wobei zwei statische Mischer in die Tintenzufuhrleitung integriert sein können, von denen einer unmittelbar vor dem Filter und der andere unmittelbar hinter dem Filter angeordnet ist.
• Gemäß einer Ausführungsform kann das Filter unmittelbar benachbart zum Druckkopf angebracht sein.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Tintenzufuhrleitung mit mindestens einem Element des Tintenzufuhrhandhabungssystems zwischen dem hinteren Ende des statischen Mischers hinter dem Filter und dem Einlass des Druckkopfes verbunden sein.
• Die statischen Mischer in der Tintenzufuhrleitung können beheizt sein.
• Eine bevorzugte Ausführungsform und eine Alternative zu der Anordnung gemäß der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
• Fig. 1 eine schematische Zeichnung der Anordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist,
• Fig. 2 eine Zeichnung ist, die Fig. 1 entspricht und die alternative Ausführungsform zeigt, und
• Fig. 3 eine schematische Ansicht eines beheizten Filtermittels ist.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bezeichnet die Bezugsnummer 1 einen Tintenbehälter. Die Form dieses Behälters sollte vorzugsweise so beschaffen sein, dass ein wirksames Rühren der Tinte ermöglicht wird. Er sollte kein "Totvolumen" enthalten. Eine zylindrische Form mit einer abgerundeten Bodenkante hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Auch eine Halbkugelform des Behälters wäre zufriedenstellend. Eine experimentelle Implementierung dieses Konzepts verwendete als Behälter ein kreisförmiges Gefäß mit einem Volumen von 500 ml und einem schraubbaren Deckel.
• Durch eine Zufuhrleitung 2 wird Tinte aus dem Behälter aufgenommen und durch einen ersten statischen Mischer 3 geführt. Ein statischer Mischer ist eine bekannte Vorrichtung, die aus einer Reihe von linksgängigen und rechtsgängigen spiralförmigen Elementen besteht, die in einem geraden Röhrenteil angeordnet sind. Mischer dieser Art werden von verschiedenen Unternehmen hergestellt. Die von TAH Industries Inc. in New Jersey, USA, sowie die von Statiflo International Ltd. in Cheshire, UK, hergestellten haben sich als nützlich herausgestellt.
• Die Tintenaufnahmeleitung 2 versorgt eine Pumpenbaugruppe 17 und ein System zur Zufuhr und Handhabung von Tinte 16.
• Die Bezugsnummern 4 und 8 bezeichnen eine Tintenumlaufschleife, die einen wichtigen Teil der Zeichnung darstellt. Durch einen zweiten statischen Mischer 4 wird Tinte aus dem Behälter 1 entnommen, durch ein Rohr aus rostfreiem Stahl 6 geführt, daraufhin durch eine Umlaufpumpe 7, die vorzugsweise eine peristaltische Pumpe ist, geführt, daraufhin durch ein weiteres Rohr aus rostfreiem Stahl 6 geführt und durch einen dritten statischen Mischer 8 zu dem Behälter 1 zurückgeführt. Beide Rohre aus rostfreiem Stahl 6 sind parallel in denselben Aluminiumblock 5 eingelassen, der mit einem Heizmittel versehen ist, wodurch die Rohre aus rostfreiem Stahl 6 auf einer konstanten Temperatur gehalten werden können. Die Strömungsgeschwindigkeit durch die Umlaufschleife wird auf einer Geschwindigkeit gehalten, die einige Male höher ist als die Tintenströmung durch die Druckseite des Systems.
• Der Behälter 1 umfasst schließlich die Rückführungsleitung 29, die aus dem Tintenhandhabungssystem 16 austritt und durch einen vierten statischen Mischer 9 verläuft. Der vierte Mischer 9 ist jedoch optional. Ohne diesen sind ebenfalls akzeptable Ergebnisse erzielt worden.
• Der Behälter 1 wird oben auf einem magnetischen Rührer 11 angeordnet und enthält eine magnetische Rührleiste 18. Dementsprechend sind zwei unabhängige Bewegungsmittel vorgesehen: die Umlaufschleife 4-8 und die zusätzlichen Rührer 11 und 18. Letztere könnten ebenfalls ein mechanischer Rotationsrührer sein.
• Der Tintenhandhabungsblock 16 umfasst die Pumpenbaugruppe 17, die hier durch ein getrenntes Saug- und Antriebspumpenpaar symbolisiert ist. Jedoch soll diese Darstellung nur als Beispiel dienen. Der Tintenhandhabungsblock umfasst des Weiteren eine Anzahl von Verbindungs-, Ventil- und Steuermitteln, die nicht im Einzelnen dargestellt sind und die Steuerung des Drucks und der Zusammensetzung der Tinte sicherstellen: Zufuhr der Tinte, Zufuhr des Lösungsmittels, Messung der Viskosität, Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit usw., sowie die Zufuhr von Waschflüssigkeit.
• Dieses System kann einen Behälter zur Tintennachfüllung, einen Behälter für Lösungsmittel usw. umfassen.
• Eine weitere Leitung versorgt den Druckkopf 15 mit Tinte von dem Handhabungsblock 16. Sie umfasst einen fünften und sechsten statischen Mischer 13 und 14 und ein Filter 12, das zwischen den statischen Mischern 13 und 14 vorgesehen ist. Das Filter 12 ist mit einem Heizmittel ausgestattet. Am Auslass des Mischers 14 tritt die Tinte in den Druckkopf 15 ein, der ein beheizter Eindüsendruckkopf ist. Der Zwischenschlag des Druckkopfes 15 wird durch die Leitung 10 zu dem Tintenhandhabungsblock 16 und von dort durch den statischen Mischer 9 zu dem Tintenbehälter 1 zurückgeführt.
• Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist eine Verbindung 19 zwischen dem Tintenhandhabungsblock 16 und dem beheizten Filter 12 einerseits und dem beheizten Druckkopf 15 andererseits bereitgestellt. Die Verbindung 19 ist ein elektrischer Schaltkreis, der zum Heizen des Druckkopfes 15 und des Filters 12 und zur Steuerung der Temperatur derselben verwendet wird.
• Beheizte Druckköpfe sind an sich bekannt. Um das Heizen des Filters 12 zu erreichen, können viele Weisen gewählt werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird ein Beispiel gegeben. In Fig. 1 und 2 befindet sich das Filter 12 in einem Gehäuse 20.
• Der Durchlauf von erwärmter Tinte der Reihe nach durch ein statisches Mischelement 13, ein beheiztes Tiefenfilter (12, 20) und ein zweites statisches Mischelement 14 vor dem Durchlauf zum Druckkopf sowie die Möglichkeit, den Druckkopf während des Druckverfahrens auf einer konstanten erhöhten Temperatur zu halten, sind zwei Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung. Es hat sich herausgestellt, dass diese Merkmale für das Drucken von Tinte mit einem hohen Pigmentanteil, insbesondere mit Sicherheitsmerkmalen, wie beispielsweise fluoreszierende Pigmente, entscheidend sind.
• Es hat sich herausgestellt, dass durch die Verwendung eines Endlostintenstrahldruckkopfes der bekannten Art in der beschriebenen Anordnung und durch Einstellen der Kopftemperatur auf 50 Grad C sowie durch Erhöhen der Tintenzufuhr auf 45-50 Grad C das Drucken von Tinte mit Raumtemperaturviskositäten von mehr als 12 cps möglich war. Es wird die Notwendigkeit aufgezeigt, sowohl einen beheizten Druckkopf als auch ein beheiztes Tintenzufuhrsystem zu integrieren.
• Die Verwendung eines beheizten Filters ist ein Hauptbestandteil der vorliegenden Erfindung. Durch die Verwendung von Betriebsbedingungen, die Heizfiltration umfassen, und durch die Integrierung von statischen Mischern an den Einlässen der Filter sind hervorragende Strömungseigenschaften erreicht worden. Die Reinheit der Strömung durch das Filter wird verbessert, und es ist ein geringerer Druck erforderlich, um eine akzeptable Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen. Die Verwendung eines hohen Drucks bei hochviskoser Tinte kann verursachen, dass das Filtermittel zusammengedrückt wird, wodurch die Form und die Dimensionen der Lücken in dem Mittel verändert werden, die Reinheit der Strömung verringert wird und die Filtereigenschaften des Filters verändert werden. Durch Erwärmen der Tinte wird die Viskosität verringert, und so können die Filtereigenschaften der Tinte verbessert werden. Jedoch erhöht die Verringerung der Viskosität die Geschwindigkeit des Absetzens der Pigmente. Daher wird die Tinte im Bereich des Filters auf eine höhere Temperatur erwärmt als anderswo in der Tintenzufuhrleitung. Dies verbessert die Filtereigenschaften, während an anderen Stellen im Drucker die Absetzgeschwindigkeit minimiert wird.
• Die Hinzufügung eines statischen Mischers zu dem Einlass des Filters bedeutet, dass die Tinte, die in den Filter eintritt, homogen ist, und verhindert eine Verstopfung oder Belastung des Filters, die durch eine heterogene Strömung von stark pigmenthaltiger Tinte verursacht wird. Ein statischer Mischer am Ausgang oder Auslass des Filters stellt sicher, dass die Tinte, die aus dem Filter austritt, homogen ist. Dies ist kurz vor der Düse besonders wichtig, da die Homogenität der Tinte eine Hauptanforderung für eine zuverlässige Tropfenbildung und einen zuverlässigen Spritzvorgang ist.
• Bei der Anordnung des beheizten Filters im Verhältnis zum Druckkopf ist es wichtig, sicherzustellen, dass ein so geringer Temperaturverlust wie möglich auftritt. Gemäß Fig. 1 ist das Filter 12 so befestigt, dass sein Auslassmischer 14 unmittelbar benachbart zum Druckkopf 15 angeordnet ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann es notwendig sein, einen Tintenhandhabungsverteiler, der zum System 16 gehört, in der Zufuhrleitung zwischen dem Mischer 14 und dem Kopf 15 anzuschließen, jedoch muss die Anforderung, den Temperaturverlust zwischen dem Filter und dem Druckkopf zu minimieren, aufrecht erhalten bleiben.
• Fig. 3 zeigt schematisch die Konstruktionsanordnung des Filters 12. Das Filter 12 ist ein 20 Mikrometer-Filter. Es befindet sich zwischen zwei Metallplatten 21 und 22, wobei an der Rückseite der Platte 22 ein Heizelement 23 befestigt ist. Das Filter könnte ebenfalls in ein Wärmeband eingewickelt sein oder sich in einem beheizten Gehäuse befinden.
• Wie hierin zuvor beschrieben, ist die Verwendung des korrekten Temperaturprofils in der Tintenzufuhr zu dem Druckkopf ein Hauptmerkmal der Erfindung. Daher muss das optimale Temperaturprofil, das mit einer gegebenen Tinte zu verwenden ist, spezifisch für diese Tinte derart bestimmt werden, dass:
• - die Temperatur des Druckkopfes so gesteuert wird, dass die Tinte die ideale Viskosität für die Verwendung mit der spezifischen Druckkopfkonfiguration aufweist.
• - das Filter auf einer Temperatur gehalten wird, bei der eine wirksame Filterung bei dem in der Tintenzufuhr bestehenden Druck erreicht werden kann.
• - die Temperatur des Druckkopfes höher ist als die Umgebungstemperatur.
• - die Temperatur des Filters höher ist als die Temperatur im Rest der Tintenzufuhr, abgesehen vom Druckkopf.
• - die Temperatur der Tintenzufuhr höher sein kann als die Umgebungstemperatur.

Claims (8)

1. Endlostintenstrahldruckeranordnung, die einen Eindüsen- Endlostintenstrahldruckkopf (15) umfasst, der mit Folgendem ausgestattet ist: einem ersten Heizmittel (19), einer Tintenzufuhrleitung (2, 10), die eine Tintenquelle (1) mit dem Druckkopf verbindet und Zwischenschlagtinte von dem Druckkopf zu der Tintenquelle zurückführt, einem Filter (12) in der Zufuhrleitung und einem Tintenzufuhrhandhabungsmittel (16) zur Steuerung der Zufuhr von Tinte zu dem Druckkopf, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (12) mit einem zweiten Heizmittel (23) versehen ist und dass die Tintenzufuhrhandhabungsmittel (16) dafür ausgelegt sind, in dem Filter ständig eine Temperatur aufrecht zu erhalten, die höher ist als anderswo in der Tintenzufuhr, und den Druckkopf (15) auf einer konstanten Temperatur zu halten, die höher ist als die Umgebungstemperatur.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (12) in einem Metallgehäuse (20) angeordnet ist, das ein elektrisches Heizelement enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (12) zwischen zwei Metallplatten (21, 22) angeordnet ist, von denen eine mit einem Heizmittel (23) ausgestattet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens fünf statische Mischer (3, 4, 8, 13, 14) an strategischen Punkten in das System integriert sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden statischen Mischer (13, 14) in die Tintenzufuhrleitung (2, 10) integriert sind, von denen einer unmittelbar vor dem Filter (12) angeordnet ist und der andere unmittelbar hinter dem Filter angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter unmittelbar benachbart zum Druckkopf angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenzufuhrleitung mit mindestens einem Element des Tintenzufuhrhandhabungssystems (16) zwischen dem hinteren Ende des statischen Mischers (14) hinter dem Filter und dem Einlass des Druckkopfes (15) verbunden ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die statischen Mischer (13, 14) in der Tintenzufuhrleitung beheizt sind.