DE69115501T2

DE69115501T2 - Zweistufige pumpe für kontinuierlich arbeitenden tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE69115501T2
Application number: DE69115501T
Authority: DE
Inventors: Andrew Fry; Jeremy Turner
Original assignee: Domino Printing Sciences PLC
Current assignee: Domino Printing Sciences PLC
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2011-10-26
Also published as: GB9023552D0; JPH06502467A; DE69115501D1; WO1992008052A1; EP0555273B1; EP0555273A1; US5380164A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zweistufige Pumpe zur Verwendung in einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucksystem.
In der EP-A-0522088 der Anmelderin wird ein Tintenstrahlversorgungssystem für einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker offenbart, bei dem Tinte unter Druck durch eine Düse geführt wird und der Tintenstrom in kleine Tröpfchen aufgebrochen wird, die dann einzeln aufgeladen und abgelenkt werden, um auf einem sich relativ zu der Düse bewegenden Substrat zu drucken. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe, die für den Einsatz in einem solchen System geeignet ist.
Bei einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker werden Tintentropfen mit typischen Geschwindigkeiten von 18 bis 25 m/s über eine Distanz von typischerweise 75 mm vorwärtsgetrieben. Dies wird erreicht, indem man Tinte in einer Kammer, die sich in eine Düse mit einer typischen Öffnungsgröße von 60 um öffnet, unter einen konstanten Druck setzt. Der Druck wird auf die Tinte ausgeübt, indem man entweder die Tinte direkt pumpt und dann diesen Druck auf das benötigte Niveau einregelt, oder durch indirekte Mittel wie beispielsweise Unterdrucksetzen der Luft oberhalb des Tintenreservoirs. Nichtdruckende Tintentropfen werden der Tintenhauptmasse über einen Tropfenfänger und -ableiter, durch den Luft fließt, um die Tinte entlang des Ableiters zu bewegen, wieder zugeführt.
Bekannte Einrichtungen, um Druck auf die Tinte auszuüben, sind u.a. eine Getriebepumpe, bei der der resultierende erzeugte Druck üblicherweise aufgrund der Wirkung der Zahnradzähne gepulst ist, wodurch die Verwendung irgendeiner Form von Dämpfung notwendig ist; ein Kompressor, bei dem Druck auf die Oberfläche eines Tintenreservoirs ausgeübt wird und Tinte mittels eines separaten Fördersystems von einer Niederdruckseite zugeführt wird; eine Peristaltikpumpe, bei der es sich um eine Niederdruckpumpe handelt, die häufig verwendet wird, um Tinte und Luft entlang einer Ableitungsleitung vor dem Zuführen zu einer Hochdruckpumpe zu fördern; und eine Verdrängerdruckpumpe, die mit oder ohne eine Membran betrieben werden kann. Wenn ein Tintenstrahldrucker eingeschaltet wird, wird ein höherer Luftstrom entlang des Ableiters benötigt, als wenn nicht druckende Tropfen in der Ableitungsleitung vorhanden sind. Es ist daher allgemein üblich, die Pumpe so auszulegen, daß sie eine höhere Luftstromrate liefert als diejenige, die benötigt wird, wenn das System druckt. Dieses Merkmal führt aufgrund von Verdampfung zu einer hohen Tintenlösemittel-Verbrauchsrate. Darüberhinaus ist es allgemein üblich, eine Ausströmleitung vom Druckkopf zu der zweckmäßigsten Niederdruckquelle, die oft die Ableitungsleitung ist, zu richten, was die Ableitereffizienz während des Betriebs der Ausströmleitung verringert. Zudem werden kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker oft in industriellen Umgebungen eingesetzt, wobei an das Gerät hohe Anforderungen gestellt werden und Pumpen, beispielsweise Getriebepumpen, bei sehr hohen Taktgeschwindigkeiten von typischerweise über 1000 U/min arbeiten und so zu einer raschen Abnutzung und zu einem frühen Ausfall neigen.
EP-A-0092264 offenbart eine zweistufige volumetrische Pumpe zum Pumpen von verflüssigtem Petroleumgas, bei der schwimmende Membranen verwendet werden, um die Kammern einer jeden der zwei Stufen zu trennen.
US-A-4865525 offenbart eine Dosierpumpe mit einer ersten Pumpenkammer und einer zweiten Pumpenkammer, die als ein Ausströmventil wirkt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine zweistufige Pumpe vorgeschlagen, wobei die Pumpe folgendes umfaßt:
- eine erste Stufe, die eine Kammer mit einem Einlaß und einem Auslaß über mindestens ein Rückschlagventil zu einem Kanal beinhaltet, wobei die erste Stufenkammer durch eine erste Membran, die durch einen auf einer Pumpenwelle montierten ersten Kolben bewegbar ist, geteilt wird;
- eine zweite Stufe, die eine Kammer mit einem Einlaß vom Kanal und einem Auslaß beinhaltet, wobei die zweite Stufenkammer durch eine zweite Membran, die durch einen auf einer Pumpenwelle montierten zweiten Kolben bewegbar ist, geteilt wird;
- wobei die Kolben so angeordnet sind, daß sie und damit ihre jeweilige Membran um 180º phasenverschoben angetrieben werden;
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Pumpe eine Zweiphasenpumpe zur Verwendung in einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucksystem ist;
- die erste Membran eine schalenförmige Membran ist, die am ersten Kolben befestigt ist;
- die zweite Membran eine abrollende Membran ist, die am zweiten Kolben befestigt ist;
wodurch im Einsatz Tinte und Luft in die erste Stufenkammer eindringen, mittels des ersten Kolbens unter Druck gesetzt und durch den Kanal zu der zweiten Stufenkammer weitergeleitet, dort weiter unter Druck gesetzt und aus dem Auslaß der zweiten Stufenkammer hinausegeführt werden.
Die zweistufige Pumpe der vorliegenden Erfindung kann Tinte und Luft von einem Druckniveau von typischerweise etwa 4 x 10&sup4; Pa auf ein Druckniveau von etwa 6 x 10&sup5; Pa oder mehr pumpen und pumpt Luft mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit, um den Ableiter von einem plötzlichen Tintenzustrom in den leeren Ableiter freizumachen; aber Luftdruck und Dichte am Einlaß sinken, wenn die Pumpe Tinte fördert, und verringeren dadurch die Luftstromrate auf das erforderliche Maß, um das maximale Volumen an Tinte aus nichtdruckenden Tropfen entlang der Ableitungsleitung zu fördern und einen ständigen Tintenfluß Die Verwendung einer abrollenden Membran in der zweiten Stufenkammer bedeutet, daß sich die Membran, wenn sich der Zylinder bewegt, biegt und Tinte die Falte in der Membran ausfüllt, wodurch das verdrängte Luftvolumen verringert, das Kompressionsverhältnis erhöht und die Effizienz verbessert wird. Eine einfachere schalenförmige Membran kann in der ersten Stufe verwendet werden, in der die relativ kleinere Druckdifferenz keine übermäßige Biegung der Membran verursacht. Eine hohe Strömungsrate wird beim Einschalten ohne Tinte in dem Ableiter erreicht, um ein effizientes Freiräumen des Ableiters beim Einschalten sicherzustellen, und ein minimaler Luftstrom wird während des Druckens erzeugt, um so den Lösemittelverbrauch zu minimieren. Diese zweistufige Flußrate kann erreicht werden, ohne daß man die Pumpenmotorgeschwindigkeit verändern muß.
Der Kanal zwischen den beiden Stufen besitzt bevorzugt einen Einlaß für ein Ausströmen vom Druckkopf.
Bevorzugt besitzt die Pumpe zwei erste Stufenkammern, die mittels zugehöriger Kanäle jeweils mit zwei zweiten Stufenkammern verbunden sind, wobei jede Kammer eine zugehörige Membran besitzt, die durch einen zugehörigen Zylinder bewegbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung, die eine Querschnittsansicht zeigt, beschrieben.
In der Zeichnung weist die Pumpe 9 zwei Stufen auf, die jeweils allgemein mit A und B bezeichnet sind. Die erste Stufe A umfaßt ein Paar Kammern 91, 92, deren jede einen Einlaß 93 von dem Ableiter und einen Auslaß 94 zu einem Kanal 95, der in jedem der zwei Zylinderköpfe 96 der Pumpe 9 vorgesehen ist, besitzt.
Ein Paar Zylinder 97 sind an einer Pumpenwelle 98 mittels eines exzentrischen Trägers oder Nockens 99 an der Pumpenwelle 98 und geeigneter Halterungen 100 montiert. Eine gekröpfte Pumpenwelle und Verbindungsstäbe können alternativ verwendet werden.
Erste und zweite Paare von Membranen 101, 116 sind als Dichtungen zwischen jedem Zylinderkopf 96 und dem Apparatekörper der Pumpe 9 zusammengepreßt, wobei die Dichtungen 101, 116 zusammengedrückt sind, um einen Dichtungsabschluß auszubilden. Jede Membran 101, 116 ist vorzugsweise aus einem EPDM-(Ethylen-Propylen-Terpolymer-) Gummimaterial hergestellt. Jede der ersten Membranen 101 durchläuft jede Kammer 91, 92 der ersten Stufe A und ist zwischen zwei Platten 102, 103 am Ende eines jeden Zylinders 97 eingespannt. Jede Membran 101 ist "schalenförmig", d.h. sie hat keine Falten oder Runzeln innerhalb der Kammern 91, 92.
Die zweite Stufe B der Pumpe besitzt ein ähnliches Paar Kammern 104, 105, wobei die Kanäle 95 durch Einlässe 106 in eine jeweilige Kammer 104, 105 hineinführen. Jede Kammer weist einen Auslaß 107 auf, der auch mit Rückschlagventilen versehen sein kann.
Ein Zylinder 108 bewegt sich in jeder Kammer 104, 105, wobei jeder Zylinder 108 mittels eines exzentrischen Trägers oder Nockens 109 und Halterungen 110 an der Pumpenwelle 98 montiert ist. Wieder können eine gekröpfte Welle und Verbindungsstäbe verwendet werden. Der zweite Zylinderträger 109 ist gegenüber dem ersten Zylinderträger 99 um 180º phasenverschoben, so daß sich die zwei Paare von Zylindern 97, 108 um 180º phasenverschoben bewegen.
Jede Membran 116 des zweiten Membranpaares verläuft durch jede zweite Stufenkammer 104, 105 und ist mittels Platten 111, 112 an einem jeweiligen Zylinder 108 eingespannt. Die Membran 116 in jeder zweiten Stufenkammer 104, 105 ist so ausgelegt, daß sie während einer Bewegung des Zylinders 108 "abrollt" und so am Ende eines jeden Ansaugtaktes eine Falte 113 erzeugt.
am Ende eines jeden Ansaugtaktes eine Falte 113 erzeugt.
Eine Ausströmleitung 114 führt vom Druckkopf in jeden Kanal 95, wobei jeder Kanal 95 Rückschlagventile 115 besitzt, um einen Rückstrom von Tinte und/oder Luft zu verhindern. Als eine Alternative könnte die Ausströmleitung 114 in die Einlässe 93 der ersten Stufenkammern 91, 92 führen. Die Ausströmleitung 114 kann auch ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil besitzen, um zu verhindern, daß Luft zurück zum Druckkopf gelangt. Die Pumpenwelle 98 wird durch einen (nicht gezeigten) Motor geringer Geschwindigkeit angetrieben, der z.B. ein Schrittmotor sein kann, welcher so eingestellt ist, daß er mit einer konstanten Geschwindigkeit läuft, aber beispielsweise beim Einschalten beschleunigt werden kann. Tinte und/oder Luft aus dem Ableiter werden den Kammern 91, 92 der ersten Stufe A zugeführt, die in der Lage sind, mittels Bewegung der Zylinder 97 einen relativ kleinen Druckanstieg auf den Fluß auszuüben. Die erste Stufe A ist in der Lage, Luft, die etwa 5 Volumenprozent Tinte enthält, von einem Teilvakuum auf einen Druck leicht oberhalb des Atmosphärendrucks zu pumpen, wobei die Volumenveränderung der Kammern 91, 92 ausreichend ist, um einen Luftstrom entlang des Ableiters zu erzeugen, welcher -wenn dieser frei von Tinte ist - fünfmal so groß ist wie derjenige, wenn Tinte vorhanden ist.
Tinte und Luft werden durch die Kanäle 95 in die zweite, Hochdruckstufe B getrieben. In den Kammern 104, 105 der zweiten Stufe B biegen sich die Membranen 116, wenn sich die Zylinder 108 bewegen, und Tinte füllt die Falten in den Membranen 116, wobei diese Tinte nicht bei jedem Hub vollständig ausgestoßen wird. Dies verringert das verdrängte Luftvolumen, was ein hohes Kompressionsverhältnis ergibt und so eine hohe Effizienz und den Druckanstieg der Tinte und/oder Luft von etwa 1,5 x 10&sup5; Pa auf etwa 5 x 10&sup5; Pa erlaubt. Tinte und Luft unter hohem Druck passieren den Auslaß 107 nach draußen.
Da die Zylinder um 180º phasenverschoben arbeiten, gibt es dere bei der Ableiter-Saugwirkung, verursachen, die zu Schwankungen der Leistung führen könnten. Um diesen Effekt auf ein akzeptables Maß zu reduzieren, sollten die Einlässe 93 der Kammern 91, 92 der ersten Stufe A Röhrchen großen Durchmessers sein, deren Kapazität derjenigen der Ableitungsleitung entspricht, um eine wirksame Vorkammer auszubilden und so Druckpulsationen zu glätten.
Die beschriebene Pumpe besitzt ein Minimum an beweglichen Teilen, die sämtlich einer relativ geringen Belastung ausgesetzt sind, wenn sie bei der typischen Betriebsgeschwindikeit von 20 U/min läuft. Die von der Pumpe angesaugte Luft wird zu jeder Zeit auf einem Minimum gehalten, um so den Lösemittelverlust durch Verdampfung zu reduzieren, und die Pumpe sieht auch einen Punkt zur Aufnahme des Ausströmens vom Druckkopf vor.
Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel betrug der Luftstrom ohne Druckbetrieb und ohne einen laufenden Tintenstrahl 500 ml/min. Mit in Betrieb befindlichem Tintenstrahl verringerte das Drosseln der Ableitungsleitung durch die Tinte den Druck am Einlaß in die erste Stufe, und der Luftstrom fiel auf etwa 120 ml/min und zusätzlich 7 ml/min an Tinte.
Wenn der Tintenstrahl abgestellt ist, wird die Tinte in den Falten der abrollenden Membran 116 allmählich verdrängt, und der Luftstrom durch die Pumpe und der Einlaßdruck in die erste Stufe steigen an.

Claims

1. Zweistufige Pumpe (9), wobei die Pumpe folgendes umfaßt:

- eine erste Stufe (A), die eine Kammer (91, 92) mit einem Einlaß (93) und einem Auslaß (94) über mindestens ein Rückschlagventil (115) zu einem Kanal (95) beinhaltet, wobei die erste Stufenkammer (91, 92) durch eine erste Membran (101), die durch einen auf einer Pumpenwelle (98) montierten ersten Kolben (97) bewegbar ist, geteilt wird;

- eine zweite Stufe (B), die eine Kammer (104, 105) mit einem Einlaß (106) vom Kanal (95) und einem Auslaß (107) beinhaltet, wobei die zweite Stufenkammer (104, 105) durch eine zweite Membran (116), die durch einen auf einer Pumpenwelle (98) montierten zweiten Kolben (108) bewegbar ist, geteilt wird;

- wobei die Kolben (97, 108) so angeordnet sind, daß sie und damit ihre jeweilige Membran (101, 116) um 180º phasenverschoben angetrieben werden;

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Pumpe eine Zweiphasenpumpe zur Verwendung in einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucksystem ist;

- die erste Membran eine schalenförmige Membran (101) ist, die am ersten Kolben (97) befestigt ist;

- die zweite Membran eine abrollende Membran (116) ist, die am zweiten Kolben (108) befestigt ist;

wodurch im Einsatz Tinte und Luft in die erste Stufenkammer (91, 92) eindringen, mittels des ersten Kolbens (97) unter Druck gesetzt und durch den Kanal (95) zu der zweiten Stufenkammer weitergeleitet, dort weiter unter Druck gesetzt und aus dem Auslaß (107) der zweiten Stufenkammer (104, 105) hinausgeführt werden.

2. Pumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (95) zwischen den beiden Stufen (A, B) einen Einlaß (114) für ein Ausströmen von einem Druckkopf besitzt.

3. Pumpe gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei erste Stufenkammern (91, 92) besitzt, die mittels zugehöriger Kanäle (95) jeweils mit zwei zweiten Stufenkammern (104, 105) verbunden sind, wobei jede Kammer (91, 92, 104, 105) eine zugehörige Membran (101, 116) besitzt, die durch einen zugehörigen Kolben (97, 108) bewegbar ist.

4. Pumpe gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (97, 108) auf der oder seiner zugehörigen Pumpenwelle (98) mit Hilfe eines exzentrischen Nockens (99) montiert ist.