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DE69306295T2 - Regelung des Gegendrucks beim Farbstrahldrucken - Google Patents

Regelung des Gegendrucks beim Farbstrahldrucken

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Publication number
DE69306295T2
DE69306295T2 DE69306295T DE69306295T DE69306295T2 DE 69306295 T2 DE69306295 T2 DE 69306295T2 DE 69306295 T DE69306295 T DE 69306295T DE 69306295 T DE69306295 T DE 69306295T DE 69306295 T2 DE69306295 T2 DE 69306295T2
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DE
Germany
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back pressure
container
ink
reservoir
regulator
Prior art date
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DE69306295T
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Robert R Beeson
Bruce Cowger
Christopher A Schantz
William J West
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Hewlett Packard Development Co LP
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Publication date
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    • B41J2/17596—Ink pumps, ink valves

Landscapes

  • Ink Jet (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein System zum Steuern des Fluiddrucks in den Behältern von Tintenstrahldruckern und das mit Druckern, die feste oder flüssige Tinten verwenden, verwendet werden kann, ausgerichtet.
    • Hinterprundinformationen
  • Ein Typ von Tintenstrahldruckern verwendet Tinte, die unter Umgebungsbedingungen fest ist und während des Druckbetriebs in einen flüssigen Zustand erwärmt wird. Die feste Tinte ist in einem Behälter gelagert, auf dem ein Druckkopf angebracht ist. Der Druckkopf umfaßt eine Abfeuerkammer, durch die die verflüssigte Tinte durch angrenzende Öffnungen in dem Druckkopf für einen Auswurf gerichtet wird. Die Vorrichtung zum Auswerfen der verflüssigten Tinte kann beispielsweise ein piezoelektrisches Element verwenden, das auf ein Steuersignal anspricht, um ein Volumen der verflüssigten Tinte in der Abfeuerkammer abrupt zusammenzudrücken, wodurch eine Druckwelle erzeugt wird, die die Tintentropfen durch die Druckkopföffnungen zwingt.
  • Typischerweise müssen feste Tinten auf etwa 130ºC erwärmt werden, um den verflüssigten Zustand zum Drucken zu erreichen. Der resultierende Temperaturanstieg in dem Behälter führt zu einem wesentlichen Ausbreiten des Volumens der Luft in dem Behälter. Ferner umfassen feste Tinten üblicherweise flüchtige Ausspritzmittel, die zu einem wesentlichen Anstieg im Dampfdruck in dem Behälter beitragen, während die Tinte geschmolzen wird. Wenn der Fluiddruckanstieg, der der Luftausbreitung zugeordnet werden kann, und der Dampfdruckanstieg erlaubt werden würden, um sich innerhalb des Behälters aufzubauen, würde die verflüssigte Tinte unsteuerbar durch den hohen Behälterdruck durch den Druckkopf gezwungen werden. Das Problem einer Flüssigtinte, die sich auf eine solche Art und Weise durch den Druckkopf bewegt, ist als Auslaufen bekannt.
  • Unabhängig davon, ob ein wesentlicher Anstieg im Fluiddruck in dem Behälter ist, ist es typischerweise wünschenswert, einen kleinen Gegendruck in dem Behälter zu errichten, derart, daß die verflüssigte Tinte in dem Behälter bleiben wird, bis sie durch den aktivierten Druckkopf absichtlich herausgeworfen wird. Bezüglich seiner Verwendung in dieser Anmeldung bedeutet der Ausdruck "Gegendruck" das Teilvakuum in dem Behälter, um dem Fluß von verflüssigter Tinte durch den Druckkopf zu widerstehen. Gegendruck wird in dem positiven Sinn aufgefaßt, derart, daß ein Anstieg im Gegendruck eine Erhöhung des Teilvakuums darstellt. Demgemäß wird der Gegendruck in positiven Ausdrücken gemessen, wie z.B. als Wassersäulenhöhe.
  • Der Gegendruck in dem Behälter darf jedoch nicht so stark sein, daß der Druckkopf nicht in der Lage ist, den Gegendruck zu überwinden, um Tinte auszuwerfen.
  • Tintenstrahldrucker, die flüssige Tinten verwenden, verwenden oft einen Tintenauswurfmechanismus vom thermischen Typ, der Widerstände umfaßt, die zum Verdampfen von Anteilen von Tinte neben benachbarten Öffnungen selektiv erwärmt werden. Die schnelle Ausbreitung des Tintendampfes zwingt Tintentröpfchen durch die Öffnungen.
  • Drucker vom Flüssigtintentyp sind für das oben erwähnte Auslaufproblem anfällig und benötigen daher die Errichtung eines gesteuerten Gegendruckpegels in dem Behälter. Der Gegendruckpegel muß geregelt werden, um Veränderungen in dem Fluiddruck in dem Behälter, wie z.B. Druckveränderungen, die beispielsweise Veränderungen der Umgebungstemperatur oder des Umgebungsdrucks zuweisbar sind, zu berücksichtigen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gegendrucksteuersystem, wie es in den Ansprüchen spezifiziert ist, geschaffen.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zum Steuern des Gegendrucks in einem Tintenstrahldrucker ausgerichtet, der mit normaler Flüssigtinte oder mit verflüssigter Tinte druckt, welche normalerweise in einem festen Zustand in einem Behälter gelagert ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Gegendruck in dem Behälter durch eine Pumpe gesteuert, die mit dem Behälter verbunden ist und durch die Druckvorrichtung aktiviert wird, um Luft von dem Behälter zu pumpen, wodurch ein Gegendruck in dem Behälter trotz des Fluiddruckanstiegs beibehalten wird, der auftritt, während eine feste Tinte geschmolzen wird. Es ist ebenfalls ein Regler vorhanden, der mit dem Behälter verbunden ist und zum Begrenzen des Betrags des Gegendrucks, der durch die Pumpe gehalten wird, betreibbar ist, derart, daß der Gegendruck unter einem Pegel bleibt, der andernfalls bewirken würde, daß der Druckkopf versagt.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern des Gegendrucks in einer Tintenstrahldruckvorrichtung.
  • Fig. 2 ist ein Teilquerschnittdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Pumpe und eines Reglers zum Steuern des Gegendrucks in dem Tintenbehälter der Vorrichtung zeigt.
  • Fig. 3 ist ein Diagramm eines alternativen Reglers, der mit dem System verwendet werden kann.
  • Bezugnehmend auf Fig. 1 ist das System 20 der vorliegenden Erfindung mit einem Behälter 22 verbunden, der Tinte 24 enthält, die bei Zimmertemperatur in einem festen Zustand ist.
  • Ein Druckkopf 26 ist an dem Behälter 22 angebracht und durch Vorrichtungen, die in der Technik bekannt sind, wie z.B. piezoelektrische Elemente, zum Auswerfen von Tintentropfen 28 auf Papier 30, das relativ zu dem Druckkopf bewegt wird, betreibbar.
  • Es ist der Anmerkung wert, daß, obwohl sich das folgende beschreibende Material allgemein auf einen Drucker vom Festtintentyp bezieht, das System der vorliegenden Erfindung ebenfalls bei Flüssigtintendruckern anwendbar ist, die Druckköpfe vom thermischen Typ verwenden.
  • Die piezoelektrischen Elemente des Druckkopfs 26 können durch ein herkömmliches Drucksteuersystem 22 in einer Seguenz zum Auswerfen der Tropfen 28, um auf dem Papier ein Bild oder einen Text zu erzeugen, selektiv aktiviert werden.
  • Wenn der Drucker aktiviert ist, wird ein Heizer 24 betrieben, um die gelagerte Tinte 24 zu verflüssigen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erreicht die Tinte den flüssigen Zustand (und daher dem zum Drucken bereiten Zustand) bei etwa 130ºC.
  • Als Folge der Erwärmung der Tinte steigt der Fluiddruck in dem Behälter 22 an. Das System 20 der vorliegenden Erfindung wird zum Einstellen des Drucks in dem Behälter während der Zeit verwendet, zu der die Tinte in dem flüssigen Zustand ist, um in dem Behälter einen Gegendruck bei einem Pegel zu errichten, der geeignet ist, um zu verhindern, daß Tinte aus dem Druckkopf ausläuft. Darüberhinaus wird der Gegendruck derart geregelt, daß er keinen Pegel überschreitet, der bewirken würde, daß der Druckkopf versagt, und zwar als Resultat seiner Unfähigkeit, den Gegendruck zu überwinden, was dazu führen könnte, daß Luft in den Behälter durch den Druckkopf gezogen wird.
  • Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt das System der vorliegenden Erfindung allgemein eine Pumpe 36 und einen zugeordneten Vakuumregler 38, die durch einen Kanal 40 mit der Oberseite des Behälters 22 verbunden sind. Die Pumpe kann irgendeine Positiv-Verschiebungspumpe, wie z.B. die gezeichnete Pumpe vom Membrantyp, sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine flexible Pumpmembran 42 an einem Pumpenkörper 44 angebracht und durch eine Feder 46 in einer Position getragen, um eine Pumpenkammer 48 zu definieren.
  • Ein Verteiler 52 ist ebenfalls durch den Pumpenkörper 44 definiert. Der Verteiler 52 ist mit der Pumpenkammer 48 durch ein Absperrventil 50 verbunden. Der Verteiler 52 ist ebenfalls über den Kanal 40 mit dem Inneren des Behälters 22 in fluidmäßiger Verbindung. Demgemäß ist der Fluidweg zwischen der Pumpenkammer 48 und dem Behälterinneren durch den Verteiler 52 und den verbundenen Kanal 40 definiert.
  • Die Pumpe 36 wird durch einen sich hin und her bewegenden Druckstab 54 mechanisch betätigt, welcher, wenn er vorgeschoben wird, die Feder 46 zusammendrückt und dadurch das Volumen der Pumpenkammer 48 reduziert. Der Druckanstieg in der Kammer 48, der dem reduzierten Volumen zugeordnet werden kann, bewirkt, daß Luft in der Kammer von einem Tor 56 und einem zugeordneten Absperrventil 58 herausgestoßen wird.
  • Das Ausbreiten der Feder 46, das auftritt, wenn der Druckstab 54 zurückgezogen wird, erhöht das Volumen der Pumpenkammer 48, derart, daß der folgliche Druckabfall in der Kammer einen ausreichenden Druckgradienten erzeugt, um Luft von dem Verteiler 52 (und daher von dem Behälter 22) in die Kammer 48 zu ziehen. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß der sich hin und her bewegende Druckstab und die Feder-vorgespannte Membran eine Pumpe schaffen, die, während sie arbeitet, den Druck in dem Kanal, der zu dem Behälter 22 führt, durchgehend reduziert.
  • Vorzugsweise ist der Druckstab 54 mit einem Motor (nicht gezeigt) verbunden, der durch die Drucksteuerung 32 betätigt wird, und zwar immer dann, wenn der Drucker eingeschaltet wird, derart, daß die Pumpe immer dann arbeiten wird, wenn die Tinte erwärmt wird.
  • Die Pumpe 36, die oben beschrieben wurde, ist zum Entfernen des Gases oder von Luft innerhalb des Behälters 22 wirksam, wodurch sie den Druckanstieg, der andernfalls auftreten würde, während beispielsweise die Tinte von dem festen in den flüssigen Zustand gebracht wird, regelt. Die Pumpe 36 errichtet daher einen Gegendruck in dem Behälter, während die Tinte in dem flüssigen Zustand ist, derart, daß die flüssige Tinte nicht aus dem Druckkopf auslaufen wird.
  • Der Kanal 40 ist ohne weiteres von dem Behälter 22 abnehmbar, derart, daß der Benutzer den Behälter 22 wie benötigt mit Tinte wieder auffüllen kann. Es ist offensichtlich, daß das System zum Errichten des Gegendrucks in dem Behälter nicht durch das Wiederauffüllen des Behälters beeinträchtigt wird.
  • Der Regler 38 ist mit der Pumpe 36 über den Verteiler 52 verbunden und wirkt, um Umgebungsluft zu dem Verteiler (und daher zu dem Kanal 40) zu liefern, derart, daß der Gegendruck in dem Behälter 22 nicht durch die Pumpe 36 auf einen Pegel erhöht wird, der so hoch ist, daß der Druckkopf versagt. Vorzugsweise ist der Regler 38 als eine Erweiterung des Pumpenkörpers 44 aufgebaut, wobei der Körper ein Volumen definiert, das durch eine Membran 60 in eine Einlaßkammer 62 und in eine Auslaßkammer 64 aufgeteilt wird. Die Einlaßkammer 62 des Reglers ist durch ein Tor 66 in fluidmäßiger Verbindung mit der Umgebungsluft.
  • Eine Nadelventilanordnung 68 ist ein Teil des Reglers 38. Die Ventilanordnung 68 umfaßt eine einstellbare Nadel 70, welche vorgeschoben oder gegen ein Ende der Ventilröhre 72 zurückgezogen werden kann, die auf der Membran 60 befestigt ist, um einen Luftkanal zwischen der Einlaßkammer 62 und der Auslaßkammer 64 zu schaffen. Eine Kompressionsfeder 74 drängt die Röhre 72 gegen die Nadel 70. Ein Vorschieben oder Zurückziehen der Nadel 70 erhöht oder erniedrigt jeweils den Betrag des Druckabfalls in der Auslaßkammer 64, der zum Öffnen des Ventils 68 notwendig ist, wodurch die Auslaßkammer 64 mit Umgebungsluft über die Ventilröhre 72 und das Tor 66 versorgt wird.
  • Luft in der Auslaßkammer 64 kann durch ein Tor 76 in den Verteiler 52 laufen, wodurch der Gegendruckanstieg in dem Behälter gelindert wird, der andernfalls auftreten würde, wenn die Pumpe 36 damit fortfahren würde, Luft allein aus dem Behälter 22 zu pumpen.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Systems wird die Nadelventilanordnung 68 des Reglers 38 eingestellt, derart, daß das Ventil immer dann aufgehen wird, wenn der Gegendruck in dem Behälter 22 (und daher in der Auslaßkammer 64) auf etwa 500 Nm&supmin;² (2 Zoll Wassersäulenhöhe) ansteigt. Es ist offensichtlich, daß das Einstellen der Nadelventilanordnung, um den gewünschten Gegendruckpegel zu errichten, eine Funktion der Membranfläche, Dicke und Elastizität sowie der Federrate und der freien Länge sein wird.
  • Wenn der Drucker ausgeschaltet wird, wird die Pumpe 36 ebenfalls deaktiviert, wonach sich die Tinte abkühlt und verfestigt. Sobald die Tinte abkühlt, erniedrigt sich ihr Volumen. Die Luft in dem Behälter kühlt sich ab und zieht sich zusammen, wobei auch Dämpfe in dem Behälter kondensieren. Der folgliche Anstieg des Gegendrucks in dem Behälter, der der Volumenreduktion der Luft und Tinte zugeordnet ist, wird durch den Regler 38 gelindert, damit er unter dem vorbestimmten Gegendruckpegel (z.B. 500 Nm&supmin;² = 2 Zoll Wassersäulenhöhe) bleibt.
  • Vorzugsweise ist das System derart angeordnet, daß, wenn sich der Drucker in der korrekten Ausrichtung zum Drucken befindet, die Membran 60 des Reglers in der horizontalen Ausrichtung sein wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Teilvakuumdruck in der Auslaßkammer 64 wird daher teilweise durch das Gewicht der Membran 60 und der verbundenen Ventilröhre 72 beeinträchtigt, da das Gewicht dieser Komponenten dahin tendiert, die Feder 74 zusammenzudrücken und das Volumen der Auslaßkammer 64 zu reduzieren. Sollte der Drucker gekippt oder auf andere Art und Weise aus der Druckposition bewegt werden, derart, daß der Drucker und der angebrachte Pumpenkörper 44 zu einer vertikalen Ausrichtung bewegt werden, werden das Gewicht der Reglermembran 60 und der zugeordneten Ventilkomponentenröhre 72 von der Feder 74 entfernt, was in einem leichten Anstieg des Auslaßkammervolumens und in einem damit zusammenhängenden Anstieg des Gegendrucks in dem Behälter resultiert. Folglich wird sich der Gegendruck in dem Behälter 22 etwas verändern (ansteigen), immer wenn der Drucker aus der Druckausrichtung bewegt wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Auslaufens, wenn sich der Drucker nicht in der Druckausrichtung befindet, etwas reduziert wird.
  • Nach der Beschreibung und Darstellung der Prinzipien der Erfindung bezugnehmend auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel sollte es offensichtlich sein, daß die Erfindung weiter in Anordnung und Detail modifiziert werden kann, ohne von solchen Prinzipien abzuweichen. Der Kanal 40 kann sich beispielsweise zu mehr als einem einzigen Tintenbehälter 22 zum Steuern des Gegendrucks innerhalb dieser Behälter verzweigen. Ferner kann der Vakuumregler 38 durch ein Luftwehr 80 (Fig. 3) ersetzt werden. Das Luftwehr 80 könnte eine Kammer, die mit einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser oder einer anderen Flüssigkeit mit einem relativ niedrigen Dampfdruck, gefüllt ist, um einen Verdampfungsverlust zu vermeiden, aufweisen. Eine Röhre 84, die sich zur Umgebungsluft an einem Ende öffnet, würde an dem Luftwehr 80 angebracht sein, um sich in die Flüssigkeit 82 bis zu einer Tiefe zu erstrecken, die dem Gegendruck (d.h. der Wassersäulenhöhe) entspricht, der in dem Behälter 22 errichtet werden soll.
  • Es wird ebenfalls ins Auge gefaßt, daß die Einrichtung zum Regeln des Gegendruckpegels, der durch die Pumpe errichtet wird, als Teil des Absperrventils 58, das der Ventilkammer 48 zugeordnet ist, aufgenommen werden könnte, wodurch der Bedarf nach einer getrennten Reglerkomponente hinfällig wird. In dieser Hinsicht könnte das Absperrventil entworfen sein, um absichtlich zu lecken (d.h. einen Luftrückfluß in die Pumpenkammer 48 zu erlauben), und insbesondere bei einer relativ hohen Rate zu lecken, wenn der Behältergegendruck, der mit der Ventilkammer 48 kommuniziert, den gewünschten Maximalgegendruck erreicht, der in dem Behälter errichtet werden soll. Vorzugsweise würde die Leckrate des Ventils immer dann sehr niedrig sein, wenn sich der Gegendruck in dem bevorzugten Bereich befindet. Die langsame Leckrate würde eine vorübergehende Gegendruckaufrechterhaltung schaffen, immer dann, wenn der Stift für ein kurzes Intervall inaktiviert ist, wie es z.B. während eines Leistungsversagens auftreten könnte. Obwohl die Einweg- oder Absperr-Ventile 50, 58 als diskrete Komponenten gezeichnet worden sind, wird es ins Auge gefaßt, daß die Ventile einstückig mit einer Erweiterung der Membran 42 ausgebildet sein können, die die diesen Ventilen zugeordneten Tore bedecken würde.

Claims (7)

1. Ein Gegendrucksteuersystem für einen Behälter (22), der einen Tintenvorrat (24) und eine Volumen an Arbeitsfluid enthält, mit folgenden Merkmalen:
einem Druckkopf (26), der an dem Behälter befestigt ist, wobei der Druckkopf eine Einrichtung zum Auswerfen von Tintentropfen aus dem Behälter aufweist;
einer Pumpe (36), die mit dem Behälter (22) verbunden ist und zum Pumpen von Arbeitsfluid aus dem Behälter betreibbar ist, wodurch ein Gegendruck in dem Behälter errichtet wird; und
einem Regler (38) zum Begrenzen des durch die Pumpe errichteten Gegendrucks auf einen vorbestimmten Pegel, wobei der Regler ein Ventil (68; 58; 84) aufweist, das mit dem Behälter verbunden ist und auf Änderungen in dem Gegendruck in dem Behälter durch Liefern von Umgebungsluft zu dem Behälter anspricht, wobei die Pumpe und der Regler den Gegendruck in dem Behälter aufrecht erhalten, während Tintentropfen durch den Druckkopf ausgeworfen werden.
2. Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die Tinte (24) in einem festen Zustand enthalten ist, und bei dem der Behälter einen Heizer (34) umfaßt, der zum Verflüssigen der Tinte betreibbar ist, wobei das System eine Steuereinrichtung (32) zum Aktivieren der Pumpe zum Pumpen von Arbeitsfluid aus dem Behälter als Reaktion auf einen Betrieb des Heizers aufweist, und bei dem das Arbeitsfluid Luft ist.
3. Das System gemäß Anspruch 1, bei dem der Regler ein Vakuumregler (38) vom Membrantyp ist.
4. Das System gemäß Anspruch 1, bei dem der Regler ein Luftwehr (80) ist.
5. Das System gemäß Anspruch 1, bei dem der Regler (38) einstellbar ist, um eine Einstellung des vorbestimmten Gegendruckpegels zu erlauben.
6. Das System gemäß Anspruch 1, bei dem der Behälter (22) und der Regler (38) an einem Druckgerät angebracht sind, und bei dem der Regler (38) angeordnet ist, um eine erste Position einzunehmen, wenn sich das Druckgerät in einer Betriebsposition befindet, und bei dem sich der vorbestimmte Pegel des Gegendrucks verändert, wenn der Regler aus der ersten Position bewegt wird.
7. Ein Verfahren zum Steuern eines Gegendrucks in einem Tintenbehälter (22), der einen Vorrat an fester Tinte (24) und ein Luftvolumen aufweist, mit folgenden Schritten:
Anbringen eines Druckkopfs (26) an dem Behälter;
Auswerfen von Tintentropfen aus dem Behälter;
Pumpen von Luft aus dem Behälter, wodurch ein Teilvakuum in dem Behälter während der Zeit, zu der Tintentropfen aus dem Behälter ausgeworfen werden, errichtet und beibehalten wird; und
selektives Entlüften des Behälters zur Umgebungsluft als Reaktion auf Veränderungen im Gegendruck, wodurch der Gegendruckpegel in dem Behälter begrenzt wird.
DE69306295T 1992-04-24 1993-04-15 Regelung des Gegendrucks beim Farbstrahldrucken Expired - Lifetime DE69306295T2 (de)

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