DE69707965T2

DE69707965T2 - Erfassung des Tröpfchendurchflusses

Info

Publication number: DE69707965T2
Application number: DE69707965T
Authority: DE
Inventors: John C. Loyd
Original assignee: Kodak Versamark Inc
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: EP0805040B1; CA2203956A1; JPH1034975A; DE69707965D1; EP0805040A3; AU1994197A; US5739829A; EP0805040A2; AU714215B2

Description

Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft kontinuierliche Tintenstrahldrucksysteme und insbesondere die Erfassung des Fluidfließverhaltens in der Vakuumöffnung der Auffangeinrichtung und in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung zum Tintenbehälter kontinuierlicher Tintenstrahldrucksysteme.

Stand der Technik

Beim kontinuierlichen Tintenstrahldruck wird elektrisch leitfähige Tinte unter Druck einem Verteilerbereich zugeführt, der sie auf mehrere Öffnungen verteilt, die typischerweise in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. Die Tinte tritt aus den Öffnungen in Fäden aus, die in Tröpfchenstrahlen zerfallen. Einzelne Tröpfchenstrahlen werden im Bereich der Auftrennung der Fäden selektiv aufgeladen, und aufgeladene Tropfen werden aus ihrer normalen Bahn abgelenkt. Die abgelenkten Tropfen können aufgefangen und in das System zurückgeführt werden, während die nicht abgelenkten Tropfen auf einen Druckbildträger gelangen.
Bei den Strahlauftrennpunkten ist eine Aufladeplatte, die eine Reihe ansteuerbarer Elektroden aufweist, angeordnet, um in benachbarten Tröpfchen entsprechend Drucksignalen selektiv eine elektrische Ladung zu induzieren. Die aufgeladenen Tröpfchen werden aus ihrer normalen Bahn abgelenkt. Beispielsweise werden beim üblichen binären Druck die aufgeladenen, nicht für den Druck bestimmten Tröpfchen zu einer Auffangvorrichtung hin abgelenkt, während die nicht aufgeladenen Tröpfchen auf den Druckbildträger gelangen.
Die bisherigen Auffangvorrichtungen haben keine Einrichtung zum Erfassen des Fluidfließverhaltens bzw. des Fluidflusses in der Vakuumöffnung und der Rückführleitung der Auffangvorrichtung. Der Fluidfluss wird einfach dadurch hergestellt, dass das Behältervakuum auf einen bestimmten Wert eingestellt wird, wobei die Systemmerkmale die Art des Fluidflusses bestimmen.
In der EP-A 0 568 419 wird ein Verfahren zur Optimierung der Arbeitsweise von Tintenstrahldruckern offenbart, bei dem die Messung des Drucks im Tintenbehälter verwendet wird, um den Tintenfluss in der Tintenrückführleitung zu bestimmen. Die Messung wird dazu verwendet, eine Pumpe für konstanten Fluss zu steuern, die in der Leitung einen Unterdruck aufrechterhält, wobei die Pumpe entweder auf die geringste für die effektive Tintensammlung erforderliche Leistung oder während Unregelmäßigkeiten der Tintensammlung auf maximale Leistung geschaltet wird.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Mittel zum Erfassen eines Blasenflusses bereitzustellen, statt einfach nur das Behältervakuum für alle Drucker auf einen festen Wert einzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung des Fluidfließverhaltens, mit der das Fluidfließverhalten in der Vakuumöffnung und in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung zum Tintenbehälter erfasst wird. Ein plötzlicher Rückgang der Druckschwankungen in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung dient der Feststellung, dass sich in der Vakuumöffnung und in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung ein Blasenfluss eingestellt hat.
Die Erfindung schafft ein Fluidflusserfassungsverfahren zum Erkennen des Fluidfließverhaltens in der Vakuumöffnung und der Rückführleitung der Auffangeinrichtung zu einem Tintenbehälter eines kontinuierlichen Tintenstrahldruckers zur Erzeugung einer Reihe paralleler, selektiv aufgeladener Tropfenstrahlen aus einem Fluidsystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Bereitstellen einer Auffangeinrichtung mit schwacher Luftströmung zur Erzielung eines Blasenflusses in der Vakuumöffnung der Auffangeinrichtung und in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung, wobei die Rückführleitung der Auffangeinrichtung den Rückfluss aus der Auffangeinrichtung enthält, und ist gekennzeichnet durch das Erzeugen eines hohen Ausgangsvakuums im Tintenbehälter, um im Rückstrom aus der Auffangeinrichtung einen Schwallfluss hervorzurufen, das Überwachen von Druckschwankungen im Rückfluss der Auffangeinrichtung zu dem Tintenbehälter, das automatische Absenken des Vakuums im Tintenbehälter auf einen voreingestellten Wert oberhalb des Übergangspunkts zum Blasenfluss, das schrittweise Absenken des Behältervakuums ausgehend von dem voreingestellten Pegel, während die Stärke der Druckschwankungen überwacht wird, das Konstanthalten des Pegels des Behältervakuums, wenn die Stärke der Druckschwankungen durch Eintritt des Blasenflusses unter einen vorgegebenen Pegel abgefallen ist, das Erhöhen des Behältervakuums um einen vorgegebenen Schritt und das Beibehalten dieses Behältervakuums als Arbeitspunkt für den Blasenfluss im Drucker.
Ferner stellt die Erfindung die Vorrichtung gemäß Anspruch 5 zur Verfügung.
Somit ist es die Aufgabe der Erfindung, für den kontinuierlichen Tintenstrahldruck ein System und ein Verfahren zur Erkennung des Fluidfließverhaltens zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Erkennungseinrichtung für die Vakuumöffnung der Auffangeinrichtung und die Rückführleitung der Auffangeinrichtung zum Tintenbehälter bereitzustellen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Seitenansicht eines Tintenstrahldruckkopfs, der sich für das erfindungsgemäße Erkennen des Fluidfließverhaltens eignet, und
Fig. 2: die Vakuumöffnung der Auffangvorrichtung und die Rückführleitung der Auffangvorrichtung zum Tintenbehälter, für die der Fluidfluss erfindungsgemäß erfasst wird.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ein wesentlicher Zweck der Erfindung ist es, das Fluidfließverhalten in der Vakuumöffnung und in der Rückführleitung der Auffangvorrichtung zum Tintenbehälter bei Auffangvorrichtungen mit schwacher Luftströmung zu erkennen, bei denen sich in diesen Bereichen ein Blasenfluss einstellt.
Von den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Tintenstrahldruckkopfs, wie er in Verbindung mit der Erfindung verwendet wird. Der als Ganzes mit 10 bezeichnete Druckkopf enthält eine Resonatoreinheit 12 mit einem Tintenverteiler und einer Öffnungsplatte (nicht eingezeichnet) zur Erzeugung von Tintenfäden 14. Der Resonator stimuliert die Auftrennung der Fäden in Tröpfchen im Bereich von Aufladeelektroden 16 auf der als Ganzes mit 18 bezeichneten Auffangeinheit. Tintentropfen werden von den Aufladeelektroden selektiv aufgeladen und zu einer Auffangfläche 20 und in einen Auffangschlund 22 abgelenkt. Nicht aufgeladene Tropfen wandern nicht abgelenkt zu einem Druckbildträger (nicht eingezeichnet). Die gesammelte Tinte wird durch das Rohr 24 der Auffangeinrichtung abgezogen und in den Kreislauf zurückgeführt.
Gemäß Fig. 1 führt die Vakuumöffnung 26 der Auffangeinrichtung nicht für den Druck verwendete Tinte in das Fluidsystem zurück. Die Vakuumöffnung weist die Auffangfläche 20, einen Radius und den Auffangschlund 22 auf. Die Auffangfläche 20 nimmt die selektiv aufgeladenen Tintentropfen auf, und der Radius der Auffangeinrichtung lenkt den Strom selektiv aufgeladener Tintentropfen von der Auffangfläche in den Auffangschlund. Die nicht für den Druck verwendeten Tropfen aus der Reihe von Tintenstrahlen treffen auf der Fläche 20 der Auffangeinrichtung auf und erzeugen einen Tintenfilm, der auf der Fläche haftet. Durch den Aufprall der Tropfen fließt der Tintenfilm zum Radius hin. Der Film bleibt, auch während er um den Radius und entlang der Oberfläche zur Schlundöffnung hin fließt, an der Auffangeinrichtung haften. Der Auffangschlund 22 nimmt den Strom der selektiv aufgeladenen Tintentropfen von der Auffangfläche auf. In den Schlund gelangt zusammen mit der Tinte Luft, und in Abhängigkeit vom Vakuumpegel im Tintenbehälter entsteht stromabwärts im Schlund entweder ein Schwallfluss oder ein Blasenfluss.
Wie in Fig. 1 gezeigt, hat der Schlund 22 einen kurzen, engen Spalt 34 mit plötzlicher Erweiterung 36 stromabwärts des Spalts sowie zusammenlaufende und auseinanderlaufende Kanäle, die zusammen den aufgenommenen Luftstrom bestimmen. Der Strom gelangt bis zum Rohr 24 der Auffangeinrichtung, von wo aus er durch die angeschlossene Rückführleitung 25 der Auffangeinrichtung abgeführt wird.
Verschiedene, von Drucker zu Drucker unterschiedliche Faktoren beeinflussen den Schwellenvakuumpegel für einen Blasenfluss. Beispielsweise sind die Fließeigenschaften in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung je nach der gewählten Länge von zwölf oder vier- undzwanzig Fuß unterschiedlich. Außerdem sind die Fließeigenschaften in der Vakuumöffnung der Auffangeinrichtung von Einrichtung zu Einrichtung unterschiedlich. Schließlich unterscheiden sich auch die verschiedenen Tinten in ihren Fließeigenschaften.
Ferner kann wegen der Unterschiede von Drucker zu Drucker ein fester Vakuumpegel im Verhältnis zum Schwellenwert eines bestimmten Druckers für den Blasenfluss zu hoch oder zu niedrig sein. Ist der Pegel beispielsweise zu hoch, stellt sich kein Blasenfluss ein, so dass die Vorteile des Blasenflusses nicht erzielt werden. Ist der Pegel dagegen zu niedrig, stellt sich zwar der Blasenfluss ein, jedoch wird die Tinte nicht schnell genug vom Druckkopf entfernt. Die Folge davon können Tintenspritzer und eine Beschädigung des Druckkopfes sein. Die ideale Vakuumeinstellung ist somit das Vakuum, bei dem sich erstmals ein Blasenfluss einstellt, wenn das Behältervakuum abgesenkt wird. Dieser Vakuumpegel ist der höchste, bei dem ein Blasenfluss zustande kommt. In diesem Fall besteht nicht die Gefahr, dass das Vakuum zu niedrig ist, um die Tinte vom Druckkopf zurückzuführen.
Erfindungsgemäß wird daher ein plötzlicher Rückgang der Druckschwankungen im Rückfluss der Auffangeinrichtung dazu verwendet, zu erkennen, dass sich in der Vakuumöffnung und in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung ein Blasenfluss eingestellt hat. Gemäß Fig. 2 wird der Druckwandler 28 in der Rückführleitung 25 der Auffangeinrichtung beim Ende des Tintenbehälters 30 zur Überwachung der Druckschwankungen im Rückfluss aus der Auffangeinrichtung verwendet.
Wenn der Druckkopf erstmals im Auffangzustand ist, erzeugt ein von der Vakuumpumpe 32 erzeugter hoher anfänglicher Vakuumpegel im Behälter einen Schwallfluss, bei dem ein schäumender Tintenschwall in der Vakuumöffnung und in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung mit einer viel höheren Geschwindigkeit fließt, als es der mittleren Flüssigkeitsgeschwindigkeit entspricht. Ein Schwallfluss ist mit sehr hohen Druckausschlägen verbunden, da abwechselnd ein schäumender Schwall und Flüssigkeit am Druckwandler vorbeifließen. Das Behältervakuum wird automatisch auf einen von der Leitungslänge der Auffangeinrichtung abhängigen voreingestellten Wert abgesenkt, der noch deutlich über dem für die betreffende Länge maßgeblichen Übergangspunkt zum Blasenfluss liegt. Von diesem Punkt aus wird das Behältervakuum dann abgesenkt, und zwar vorzugsweise in Druckschritten von 127 mm (5 Inch) Wasser. Nach jedem Schritt lässt man den Fluss sich stabilisieren und kontrolliert den Druckwandler auf Druckschwankungen. Werden große Druckschwankungen festgestellt, wird das Behältervakuum um einen weiteren Schritt abgesenkt. Das geschieht so lange, bis die Druckschwankungen auf einen vorgegebenen annehmbaren Wert zurückgegangen sind.
Bei schrittweiser Absenkung des Behältervakuums geht der Schwallfluss plötzlich in den Blasenfluss über. Bei diesem zweiphasigen Fluss liegt der aufgenommene Luftstrom in Form einzelner, getrennter Blasen vor statt in Form eines Schaums, der in der flüssigen Phase mitgeführt wird und mit gleicher Geschwindigkeit wandert wie die Flüssigkeit. Beim Blasenfluss sind daher eine deutlich verringerte Luftströmung und viel weniger Bewegung gegeben als beim Schwallfluss. Die im Flüssigkeitsstrom mitgeführten Blasen erzeugen nur geringe Druckschwankungen am Druckwandler, der auf große Druckschwankungen kontrolliert wird. Der plötzliche Rückgang der Druckschwankungen wird vom Steuerprogramm des Fluidsystems als Eintritt des Blasenflusses gewertet. Dann wird der Behältervakuumpegel um ein von der Länge der Leitung der Auffangeinrichtung abhängiges Inkrement auf den Arbeitspunkt erhöht. Diese schrittweise Erhöhung ergibt eine größere Schwankungsbreite über dem niedrigsten annehmbaren Vakuumpegel. Die schrittweise Erhöhung ist wegen des Hysteresemusters der Fließeigenschaft in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung ohne erneuten Übergang zum Schwallfluss möglich. Der Behältervakuumpegel, bei dem der Übergang vom Blasenfluss zum Schwallfluss erfolgt, ist abhängig von der Richtung der Änderung des Behältervakuums. Bei Herabsetzung des Behältervakuums erfolgt der Übergang des Schwallflusses zum Blasenfluss bei einem niedrigeren Vakuumpegel, während bei Erhöhung des Behältervakuums der Übergang vom Blasenfluss zum Schwallfluss bei einem höheren Vakuumpegel erfolgt. Wenn sich der Blasenfluss also einmal eingestellt hat, kann der Vakuumpegel geringfügig erhöht werden, ohne dass es wieder zum Schwallfluss kommt.

Gewerbliche Anwendbarkeit und Vorteile

Die Erfindung eignet sich für den Tintenstrahldruck und hat den Vorteil, dass sie ein System und ein Verfahren zur Fluidflusserfassung bereitstellt, um das Fluidfließverhalten in der Vakuumöffnung und in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung zum Tintenbehälter zu erkennen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass Druckschwankungen im Rückfluss von der Auffangeinrichtung überwacht werden können. Noch ein Vorteil der Erfindung ist es, dass das Fluidfließverhalten in der Vakuumöffnung und in der Rückführleitung der Auffangeinrichtung dadurch gesteuert werden kann, dass die Einstellung des Behältervakuums so lange verändert wird, bis sich ein bestimmtes Fließverhalten eingestellt hat, was sich an den erfassten Schwankungen feststellen lässt.
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden, es versteht sich jedoch, dass im Rahmen der beiliegenden Patentansprüche Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind.

Claims

1. Fluidflusserfassungsverfahren zum Erkennen des Fluidfließverhaltens in einer Vakuumöffnung (26) einer Auffangeinrichtung und in einer Rückführleitung (25) einer Auffangeinrichtung zu einem Tintenbehälter (30) eines kontinuierlichen Tintenstrahldruckers zur Erzeugung einer Reihe paralleler, selektiv aufgeladener Tropfenstrahlen aus einem Fluidsystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet:

Bereitstellen einer Auffangeinrichtung (18) mit schwacher Luftströmung zur Erzielung eines Blasenflusses in der Vakuumöffnung der Auffangeinrichtung und in der Rückführleitung (25) der Auffangeinrichtung, wobei die Rückführleitung der Auffangeinrichtung den Rückfluss aus der Auffangeinrichtung enthält,

gekennzeichnet durch

Erzeugen eines hohen Ausgangsvakuums im Tintenbehälter (30), um im Rückstrom aus der Auffangeinrichtung einen Schwallfluss hervorzurufen;

Überwachen der Druckschwankungen im Rückfluss der Auffangeinrichtung zum Tintenbehälter (30);

automatisches Absenken des Vakuums im Tintenbehälter (30) auf einen voreingestellten Wert oberhalb des Übergangspunkts zum Blasenfluss;

schrittweises Absenken des Behältervakuums ausgehend von dem voreingestellten Pegel, während die Stärke der Druckschwankungen überwacht wird;

Konstanthalten des Pegels des Behältervakuums, wenn die Stärke der Druckschwankungen durch Eintritt des Blasenflusses unter einen vorgegebenen Pegel abgefallen ist;

Erhöhen des Behältervakuums um einen vorgegebenen Schritt und Beibehaltung dieses Behältervakuums als Arbeitspunkt für den Blasenfluss im Drucker.

2. Fluidflusserfassungsverfahren nach Anspruch 1,

bei dem die Vakuumöffnung (26) der Auffangeinrichtung aufweist:

eine Auffangfläche (20),

einen Auffangradius und

einen Auffangschlund (22).

3. Fluidflusserfassungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem der Auffangschlund (221 einen kurzen, engen Spalt 134) mit einer plötzlichen Erweiterung (36) stromabwärts des Spalts sowie zusammenlaufende und auseinanderlaufende Kanäle aufweist, um den aufgenommenen Luftstrom zu steuern.

4. Fluidflusserfassungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Vakuumöffnung (26) der Auffangeinrichtung nicht für den Druck verwendete Tinte in das Fluidsystem zurückführt.

5. Tintenstrahldrucker zur Erzeugung einer Reihe paralleler, selektiv aufgeladener Tropfenstrahlen aus einem Fluidsystem, umfassend:

eine Vakuumöffnung (26) einer Auffangeinrichtung und eine Rückführleitung (25) der Auffangeinrichtung zu einem Tintenbehälter (30);

eine Auffangeinrichtung (18) mit schwachem Luftstrom zur Erzielung eines Blasenflusses in der Vakuumöffnung der Auffangeinrichtung und in der Rückführleitung (25) der Auffangeinrichtung, wobei die Rückführleitung der Auffangeinrichtung den Rückstrom aus der Auffangeinrichtung enthält, gekennzeichnet durch

Mittel zum Erzeugen eines hohen Ausgangsvakuums im Tintenbehälter (30), um einen Schwallfluss im Rückstrom aus der Auffangeinrichtung zu erzeugen;

Mittel zum Überwachen von Druckschwankungen im Rückstrom aus der Auffangeinrichtung zum Tintenbehälter (30);

Mittel zum automatischen Absenken des Vakuums im Tintenbehälter (30) auf einen voreingestellten Wert oberhalb des Übergangspunkts zum Blasenfluss;

Mittel zum schrittweisen Absenken des Behältervakuums unter den voreingestellten Pegel, während die Stärke der Druckschwankungen überwacht wird;

Mittel zur Konstanthaltung des Behältervakuumpegels, wenn die Stärke der Druckschwankungen durch Eintritt des Blasenflusses unter einen vorgegebenen Wert abgefallen ist; und

Mittel zur Erhöhung des Behältervakuums um einen vorgegebenen Schritt und zur Beibehaltung dieses Behältervakuums als Arbeitspunkt für den Blasenfluss im Drucker.

6. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 5, bei dem die Vakuumöffnung (26) der Auffangeinrichtung eine Auffangfläche (20), einen Auffangradius und einen Auffangschlund (22) aufweist.

7. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 6, bei dem der Auffangschlund (22) einen kurzen, engen Kanal (34) mit einer plötzlichen Erweiterung (36) stromabwärts des Kanals sowie zusammenlaufende und auseinanderlaufende Kanäle zur Steuerung des aufgenommenen Luftstroms aufweist.

8. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Vakuumöffnung (26) der Auffangeinrichtung nicht für den Druck verwendete Tinte in das Fluidsystem zurückführt.