DE2934947C2 - Pulsationsfreie Pumpe für einen Tintenstrahldrucker - Google Patents

Description

— zwei im wesentlichen quer zur Axialrichtung des Kolbens (26, 31, 32) an festgelegten Axialpositionen des Kolbens gespannte Membranen (24,25) (Diaphragmen),

— eine erste durch den Zylinderblock (21) uhd eine Stiraf-äche des Kolbens (26) gebildete Druckkammer (28),

— eine zweite durch eine der beiden Membranen, den Kolben und den Zylinderblock gebildete zweite Druckkammer (29),

— eine dritte zwischen den beiden Membranen liegende Druckkammer (27),

— ein erstes Einlaßventil (36), über welches die im Sammelbehälter (16) gesammelte überschüssige Tinte in die zweite Druckkammer (29) gelangt;

— ein erstes Auslaßventil (42), über welches Tinte von der zweiten Druckkammer zum Tintenbehälter (38) gelangt,

— ein zweites Einlaßventil (41), über welches Tinte vom Tintenbehälter (38) >n die dritte Druckkammer (27) gelangt,

— eine Ventilvorrichtung (30) in einer Verbindung zwischen der dritten Druckkammer und der ersten Druckkammer sowie

— ein zweites Auslaßventil (43), über welches die in der ersten Druckkammer unter Druck gesetzte Tinte zur Düse (8) gelangt.

2. Pumpe nach Anspruch!, gekennzeichnet durch eine Verbindung (30) zur Überführung von Flüssigkeit von der zweiten oder dritten Druckkammer (29 bzw. 27) zur ersten Druckkammer (28).

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

— eine am der ersten Druckkammer (28) abgewandten Ende des Kolbens angesetzte Kolbenstange (34) und

— ein Gleichstrom-Solenoid zur Verschiebung der Kolbenstange (34).

4. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (350) zur Justierung des Kolbenhubs und damit zur Regulierung der Tintenfördermenge.

5. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche: gekennzeichnet durch einen Drucksammelbchältcr (45) zwischen dem zweiten Auslaßventil (43) und der Düse (8).

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucker und betrifft eine mit konstantem Durchsatz fordernde Pumpe für das Tintenzuführsystem eines solchen Druckers. Hinsichtlich der Gattung solcher Pumpen wird auf den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 hingewiesen.

Für Tintenstrahldrucker mit gesteuerter elektrischer Aufladung der Tintentröpfchen werden an die Tintenförderpumpe hinsichtlich konstanter Fördermenge und -geschwindigkeit hohe Anforderungen gesteut, um einen genauen Druckvorgang und ein Druckergebnis mit gutem Kontakt sicherzustellen. Innerhalb der Pumpe muß nicht nur die Tintenfördergeschwindigkeit beim Austritt aus der Düse sehr genau stabilisiert sein, es ist ebenso wichtig, die Tintenviskosität auf einem festgelegten Wert zu halten. Eine aus der FR-PS 20 26 101 bekannte Zweistufenpumpe mit Regelkreis eignet sich nicht für Tintenstrahldrucker, da sie räumlich zu groß ist und eine Rückführung überschüssiger Tinte ir.den Pumpenkreislauf in gleichzeitiger Wiederaufbereitung der

Überschußtinte nicht vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe für einen Tintenstrahldrucker mit gesteuerter Ladungsamplitude zu schaffen, mit der sich eine sehr genaue Tintenfördermenge bzw. Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Düse sicherstellen läßt. Insbesondere soll die zu schaffende Pumpe in sehr kleinen Abmessungen herstellbar sein.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist in kurzer Zusammenfassung im Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die räumlich sehr klein herstellbare Pumpe in integraler Verbindung eine Druckkammer auf, von der aus die Tintenzufuhr zu einer Düse erfolgt und enthält außerdem eine weitere Druckkammer zur Aufnahme von überschüssiger Tinte aus einem Tintenauffangbehälter des Tintenstrahldruckers. Die Pumpe enthält also als Baueinheit mindes: :ns zwei Druckkammern, die durch Diaphragmen voneinander getrennt sind und außerdem einen koaxial geführten Kolben. Die erste Druckkammer dient, wie erwähnt, zur Aufnahme von überschüssiger Tinte, die sich in einem Tintenauffangbehälter ansammelt. In der zweiten Druckkammer wird der Strahldruck entwickelt, um die Tintenflüssigkeit über die Düse des Sf-ahldruckersystems mit konstanter Strömungsmenge auszustoßen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform

so näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen auf einem Antriebsschlitten befestigten Tintenstrahldrucker vom Typ mit gesteuerter Ladungsamplitude der ausgestoßenen Tintenstrahltröpfchen und

Fig. 2 in Blockbilddarstellung ein Tintenstrahldrukkersystem. das eine erfindungsgemäße Tintenförderpumpe für konstante Tintenfördermenge gemäß der Erfindung enthält.

Die schematische Darstellung der Fig. I zeigt unter anderem den Schlittenantrieb eines Tintenstrahldrukkers der hier in Rede stehenden Art:

Ein Druckerkopf 1 ist auf Führungsschienen 3 gleitend entlang einer Papierbahn 2 verschiebbar. Zum Antriebsmechanismus gehören ein Impulsmotor 5 (oder

hi ein Gleichstrom-Servomotor), ein /wischen Umlenkscheiben gespannter Antriebsdraht 4 (oder ein Band) und eine Spannrolle 7. Der Antriebsdraht 4 ist an geeigneter Stell·: mit dem Druekerkopf I verbunden, so daß

dieser hin- und herbewegbar isL

Die Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Pumpe für konstante Tintenfördergeschwindigkeit in einem Tintenstrahldrucker wird nachfolgend unter Bezug auf F i g. 2 beschrieben:

Der Druckerkopf 1 umfaßt eine Düse 8, über die ein durch das Tintenfördersystem zugeführter Tintenstrahl ausgestoßen wird. Ein mit der Düse 8 verbundener elektromagnetischer Wandler 11 beaufschlagt die Düse 8 mit einer festgelegten Frequenz, um dadurch aiii Düsenaustritt die erwünschten Tintentröpfchen 10 zu erzeugen. Die so entstehenden Tintentröpfchen 10 werden entsprechend einem Druckbefehlssignal innerhalb eines Ladetunnels 12 selektiv aufgeladen. Stromab vom Ladetunnel 12 befindet sich eine Abtastelektrode 13, die ermittelt, ob die Tintentröpfchen 10 richtig aufgeladen sind. Ein Ausgangssignal der Abtastelektrode 13 dient zur Synchronisation der Zufuhr des Ladesignals zum Ladetunnel 12 im Rhythmus der Tröpfchenbildung in bekannter Weise.

Die so aufgeladenen Tintentröpfchen 10 werden beim Durchtritt zwischen einem Paar von Ablenkelektroden 14 und 15 durch ein konstantes Hochspannu'.gsfeld entsprechend ihren jeweiligen Ladungsamplituden abgelenkt. Die abgelenkten Tintentröpfchen 10a sind jetzt auf die über eine Walze 17 gespannte Papierbahn 2 gerichtet. Tintentröpfchen 106, die für den momentanen Druckvorgang nicht erwünscht sind, sind nicht aufgeladen und gelangen in einen Strahlauffangbehälter 16, um in den Druckprozeß zurückgeführt zu werden.

Die Ablenkelektroden 14 und 15 und der Auffangbehälter 16 können im Druckerkopf 1 untergebracht sein. Die durch die Ablenkelektroden 14 und 15 bewirkte Ablenkung erfolgt in Vertikalrichtung und der Vorschub des Druckerkopfs 1 erfolgt in seitlicher Richtung, so daß die Bildung des gewünschten Druckmusters auf der Papierbahn 2 nach Art einer Punktmatrix erfolgt.

Die durch den Auffangbehälter 16 gesammelte Tintenflüssigkeit wird über eine Leitung 37 zum Tintenzuführsystem zurückgeführt und gelangt in eine konstant fördernde Pumpe, welche die Tinte mit festgelegter Strömungsmengengeschwindigkeit und genau bestimmter Viskosität über eine Leitung 47 der Düse 8 zuführt. Wie bereits erwähnt, ist eine konstante Strömungsmenge und konstante Viskosität der Tinte unerläßlich, um ein sauberes Druckbild zu erhalten und um die Erzeugung der Tröpfchen zu stabilisieren.

Die Pumpe enthält als wesentliche Bauteile drei koaxiale Zylinderblocks 21,22 und 23 und drei Koaxialkolben 26,31 und 32. Der Zylinderblock 21 und der Kolben 26 bilden eine erste Druckkammer 28. Durch den Zylinderblock 21, den Kolben 26 und ein zwischen den Zylinderblocks 21 und 22 eingespanntes Diaphragma 24 wird eine zweite Druckkammer 29 gebildet. Eine dritte Druckkammer 27 ist durch den Zylinderblock 22, den Kolben 31, das Diaphragma 24 sowie durch ein zweites Diaphragma 25 gebildet, das zwischen den Zylinderblocks 22 und 23 festgelegt ist. Das Diaphragma 24 weist einen größeren Durchmesser auf als das Diaphragma 25. Der Druck in den Kammern 28,29 und 27 ändert sich entsprechend der Hin- und Herverschiebung der Koaxialkolben 26,31,32 sowie der Diaphragmen 24 und 25.

Insbesondere ist das Diaphragma 25 unter Verwendung des Kolbens 31 am Kolben 32 fixiert. Andererseits ist das Diaphragma 24 unter Zuhilfenahme des Kolbens 26 am Kolben 31 festgelegt. Wird der Kolben 32 hin- und hergehend angetrieben, so werden auch die Diaphragmen 24 und 25 so- /ie der Kolben 26 entsprechend und unisono' bewegt.

Der Kolben 32 ist mit einer in ein Gleichstromsolenoid 33 eintauchenden Kolbenstange 34 verbunden. Das Solenoid 33 bewirkt eine Rechtsverschiebung des Kotbens 32. Eine zwischen dem Zylinderblock 23 und einem Flanschabschnitt am Kolben 32 angeordnete Feder 35 besorgt die Linksverschiebung oder den Rückschub des Kolbens 32. Der Hub des Kolbens 34 läßt sich mittels einer Einstellschraube 350 variieren. Damit dient die Einstellschraube 350 gleichzeitig auch zur Einjustierung derTintenfördermenge des Pumpensystems.

Die zweite Druckkammer 29 steht über ein Einlaßventil 36 mit der Leitung 37 in Verbindung, über welche die Zuführung der über den Auffangbehälter 36 gesammelte nicht benötigte Tintenflüssigkeit erfolgt. Diese rückgeführte Tinte gelangt über ein nicht gezeigtes Ventil und eine Leitung in einen Aufbereitungstank 38. Der Aufbereitungstank 38 sammelt die rückgeführte Tinte und ist mit einem Tintenbehälter 37 für frische Tinte verbunden. Der Aufbereitungstank 38 enthält ein Filter 39. Die im Aufbereitungstank ^S gesammelte Tintenflüssigkeit gelangt über eine Leming 40 und ein Einlaßventil 41 in die dritte Druckkammer 27. Die dritte Druckkammer 27 kommuniziert über ein Ventil 30 mit der ersten Druckkammer 28. Außerdem ist die dritte Druckkammer 27 über ein Auslaßventil 42 und eine Leitung 4e mit dem Aufbereitungstank 38 verbunden, um überschüssige Tinte zurückzuführen.

Für die erste Druckkammer 28 ist ein Auslaßventil 43 vorgesehen, über welches Tinte mit konstanter Strömungsmenge in einen Drucksammelbehälter 45 gelangt. Der Drucksammelbehälter 45 enthält ein Diaphragma oder eine Membran 44 zur Zurückhaltung von Luft. Der Drucksammelbehälter 45 dient zum Ausgleich von Schwankungen in der Tintenfördermenge; von ihm aus erfolgt die pulsationsf reie Zuführung der Tinte zur Düse 8 über einen Auslaß 46 und die Leitung 47.

Schiebt die Kolbenstange 34 bei Erregung des Gleichstromsolenoids 33 nach rechts, so werden auch die Kolben 32, 31 und 26 nach rechts verschoben. Dadurch entsteht in der dritten Druckkammer 27 ein Unterdruck, da das Diaphragma 24 größer ist als das Diaphragma 25. Dadurch wird das Einlaßventil 41 geöffnet und über die Leitung 40 strömt Tinte vom Aufbereitungstank 38 zu. Gleichzeitig wird die in der zweiten Druckkammer 29 enthaltene Tinte unte. der Druckverschiebebewegung des Diaphragmas 24 in den Aufbereitungsbehälter 38 gedrückt. Die in der ersten Druckkammer 28 enthaltene Tinte wird aufgrund der Rechtsver-Schiebung des Kolbens 26 über das Auslaßventil 43 in den Drucksammelbehälter 45 gepreßt.

Hat sich die Kolbenstange 34 um ein bestimmtes Stück nach rechts verschoben, so wird das Solenoid 33 entregt. Jetzt verschieben sich die Kolben 32,31 und 26 sowie die Kolbenstange 34 unter der Wirkung der Feder 35 nach links, bis die Kolbenstange 34 an die Spitze der Einstellschraube 350 anschlägt.

Bei der Linksverschiebung der Kolben 32, 31 und 26 entsteht in der dritten Druckkammer 27 ein Überdruck Dementsprechend wird die in der dritten Druckkammer 27 enthaltene Tintenflüssigkeit über die Leitung 30 in die erste Druckkammer 28 gedrückt. Die erste und dritte Druckkammer 27 bzw. 28 wirken also einander entgegen, oder anders ausgedrückt, die Arbeitsphasen unterscheiden sich gegeneinander um 180°. Die zur ersten Druckkammer 28 geförderte Tintenmenge ist durch das Volumen der ersten Druckkammer 28 bestimmt. Überschüssige Tinte wird über das Ablaßventil 42 und die

Leitung 48 /um Aufbereitungstank 38 /uriiekbeförderl. Dieser beschriebene Zyklus läuft wiederholt ab und die Tinte wird mit sehr konstanter Fördermenge pulsationsfrei vom Druck.sammelbehälter45 über ilen Auslaß 46 und die Leitung 47 /ur Düse 8 befördert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Pampe mit einem im Inneren eines Zylinderblocks verschiebbaren Kolben für einen Tintenstrahldrucker mit einer Düse, über die von der Pumpe geförderte Tinte tröpfchenweise ausstoßbar ist und mit einem Sammelbehälter zum Auffangen überschüssiger bzw. nicht benötigter Tintentröpfchen nach dem Austritt aus der Düse, welche in das Tintenversorgungssystem zurückgeführt werden, sowie mit einem Tintenbehälter, gekennzeichnet durch