DE3881475T2 - Entlüftung von tinte im tintenstrahlsystem. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Entfernen gelöster Luft aus Tinte, die in einer Tintenstrahlvorrichtung verwendet wird, und insbesondere ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum hochwirksamen Entlüften von Tinte.
• In vielen Tintenstrahlsystemen wird Tinte einer Kammer oder einem Kanal zugeführt, der mit einer Düse verbunden ist, aus der die Tinte Tropfen für Tropfen ausgestrahlt wird, als Ergebnis aufeinanderfolgender Zyklen verringerten und erhöhten Drucks, der auf die Tinte in dem Kanal einwirkt, üblicherweise mittels eines Piezo-elektrischen Kristalls, welches eine druckerzeugende Fläche hat, die mit dem Kanal in Verbindung steht. Wenn die in den Kanal eingeführte Tinte gelöste Luft enthält, kann die Dekompression der Tinte während der Abschnitte verringerten Drucks des Druckzyklus bewirken, daß die gelöste Luft kleine Blasen in der Tinte in dem Kanal bildet. Wiederholte Dekompression der Tinte in der Kammer läßt diese Blasen wachsen, und solche Blasen können Fehlfunktionen der Tintenstrahlvorrichtung hervorrufen.
• Bisher ist vorgeschlagen worden, einer Tintenstrahlvorrichtung entlüftete Tinte zuzuführen und die Tinte in einem entlüfteten Zustand zu halten, indem das gesamte Zufuhrsystem hermetisch abgedichtet bleibt, beispielsweise unter Verwendung flexibler Kunststoffbeutel oder Taschen als Zufuhr entlüfteter Tinte. Solche Anordnungen sind jedoch nicht vollständig zufriedenstellend, da die flexiblen Kunststoffbeutel wenigstens teilweise luftdurchlässig sind, und in Heißschmelztintensystemen ist dieses Problem verstärkt, da das Kunststoffbeutelmaterial bei erhöhten Temperaturen, bei denen die erwärmte Tinte fähig ist, größere Luftmengen zu lösen, beispielsweise bis zu 20 Volumenprozent, zunehmend luftdurchlässig wird. Außerdem kann Luft während der Zeitspannen des Nicht-Strahlens an der Tintenstrahldüse in die Tinte eintreten. Solche gelöste Luft kann durch die Tinte in die Strahldruckkammer verteilt werden und hierdurch eine Fehlfunktion der Strahlung verursachen. Daher ist die Luftblasenbildung in dem Tintenkopf eines Heißschmelzstrahlgerätes eine hauptsächliche Ursache von Heißschmelztintenstrahlfehlern.
• Gemäß der Erfindung enthält ein Tintenstrahlsystem einen Tintenstrahlkopf und einen Entlüfter zum Entfernen von gelöstem Gas aus der Tinte, die dem Kopf zugeführt wird, und eine Drucksteuerungseinrichtung, die dem Entlüfter verminderten Gasdruck zuführt (wie beispielsweise in der US-A-4340895 offenbart) und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüfter weiterhin gasdurchlässige/Tinten-undurchlässige Sperreinrichtungen aufweist, die die Wandung eines schmalen, länglichen Tinte enthaltenden Kanals bilden, der einen Tintenflußweg von einem Tank der Heiß-Schmelztinte zum Kopf schafft, und Luftkammereinrichtungen, die eine Luftkammer an der Seite der Sperreinrichtung bilden, die dem Tinte enthaltenden Kanal gegenüberliegt, wobei der verminderte Gasdruck auf die Luftkammer wirkt und ausreicht, um Gas, welches in der Tinte in dem Tinte enthaltenden Kanal gelöst ist, aus der Tinte durch die Sperreinrichtung zu entziehen, wenn die Tinte durch den schmalen, Tinte enthaltenden Kanal zum Kopf fließt.
• Die Erfindung beinhaltet außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahlsystems, bei dem Heiß-Schmelztinte von einem Tank durch einen schmalen, länglichen Kanal einem Tintenstrahlkopf zugeführt wird, wobei der Kanal eine Wandung hat, die von einer gasdurchlässigen/Tinte-undurchlässigen Sperre gebildet wird, und verringerter Gasdruck auf die Seite der Sperre einwirkt, die von dem Kanal entfernt ist, so daß in der Tinte gelöste Luft der Tinte durch die Sperre hindurch entzogen wird.
• In einer besonderen Ausführungsform enthält die Tintenzufuhr, die zu dem Tintenstrahlkopf führt, einen Entlüftungskanal, in dem die Tinte zu einer länglichen, dünnen Schicht zwischen zwei gegenüberliegenden Wandabschnitten geformt wird, wobei wenigstens eine der Wandabschnitte eine flexible, luftdurchlässige Membran enthält, die eine Luftkammer abdeckt, in der der Luftdruck reduziert oder erhöht werden kann. Außerdem ist ein Rückschlagventil stromaufwärts des Entlüftungskanals vorgesehen, so daß ein erhöhter Druck in der Luftkammer Tinte und alle eingeschlossenen Luftblasen aus dem Tintenstrahlkopf ausstößt. Innerhalb des Tintenstrahlkopfs wird Tinte durch Konvektion von der Düse zu dem Entlüftungskanal zirkuliert.
• Fig. 1 ist ein teilweise im Schnitt dargestelltes Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Tintenstrahl- Tintenzufuhrsystems einschließlich eines Tintenentlüfters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, und
• Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Tintenentlüfters, der in dem Tintenzuführsystem der Fig. 1 verwendet ist.
• In der typischen Ausführungsform der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt ist, enthält eine Tintenstrahlvorrichtung einen Tintenzuführtank 10, der flüssige Tinte zur Verwendung in einem Tintenstrahlkopf 11 enthält, von dem Tinte ausgestoßen wird, um ein gewünschtes Muster auf einem Blatt oder Streifen 12 aus Papier oder einem anderen Bildtragmaterial auf übliche Weise herzustellen. Der Tintenstrahlkopf 11 wird von herkömmlichen Mitteln zur hin- und hergehenden Bewegung quer zu der Bahn 12 gehaltene d. h. senkrecht zu der Ebene der Fig. 1, und die Bahn wird von zwei Sätzen von Antriebsrollen 13 und 14 in der Richtung, die durch den Pfeil angezeigt ist, an dem Tintenstrahlkopf vorbei transportiert.
• Das Tintenzuführsystem enthält eine Tintenpumpe 15 zum Befördern der Tinte von der Tintenzufuhr 10 durch eine flexible Zuführleitung 16 zu einem Tank 17, der zur Bewegung mit dem Tintenstrahlkopf 11 gehalten ist. Das Tintenzuführsystem kann von der Art sein, die in der WO 88 08514 (veröffentlicht am 3.11.1988) beschrieben ist. In diesem Tintenzuführsystem wird Tinte von der Tintenquelle 10 zu dem Tank 17 nur dann gefördert, wenn der Spiegel der Tinte 18 in dem Tank niedrig ist.
• Um die Tinte in dem Tank 17 bei atmosphärischem Druck zu halten, ist ein Ventil 19 vorgesehen. Demzufolge enthält die Tinte 18, die in dem Tank 17 steht, selbst dann Luft, wenn die Tinte in der Tintenquelle 10 gegen Luft geschützt war. Wenn zudem Heißschmelztinten verwendet werden, können bis zu 20 Volumenprozent Luft in der Tinte gelöst werden. Wenn Tinte mit derart gelöster Luft der periodischen Dekompression unterworfen wird, die in dem Tintenstrahlkopf 11 stattfindet, können Blasen in der Tinte gebildet werden, die Fehler im Betrieb des Tintenstrahlkopf s zur Folge haben.
• Um dieses Problem zu lösen, ist ein Tintenentlüfter 20 in der Tintenzuführbahn zwischen dem Tank 17 und dem Tintenstrahlkopf 11 vorgesehen. Eine Luftpumpe 21 ist durch eine flexible Luftleitung 22 verbunden, um den Luftdruck in dem Tintenentlüfter zu erhöhen oder zu verringern. Der Tintenentlüfter 20 ist zur hin- und hergehenden Bewegung mit dem Tintenstrahlkopf 11 und dem Tank 17 angebracht, und in der dargestellten Ausführungsform wird die Luftpumpe 21 durch Eingriff eines vorrückbaren Pumpenhebels 23 mit einem vorstehenden Ansatz 24 an dem Entlüfter 20 während der wechselseitigen Bewegung des Entlüfters betätigt.
• Der Pumpenhebel 23 ist mit einem Kolben 25 innerhalb der Pumpe verbunden und so angeordnet, daß dann, wenn ein Unterdruck auf den Entlüfter einwirkt, der Pumpenhebel während der Bewegung des Entlüfters in einer Richtung ergriffen wird, wodurch der Kolben in einer Richtung bewegt wird, in der ein verringerter Druck durch die Leitung 22 aufgebracht wird, wonach der Kolben in Position verriegelt werden kann. Wenn ein erhöhter Druck dem Entlüfter zugeführt werden soll, wird der Hebel 23 zusammen mit dem Kolben 25 von dem Anschlag 24 in der entgegengesetzten Richtung bewegt.
• Die innere Konstruktion des Entlüfters 20 und des Tintenstrahlkopfs 11 ist in der Querschnittsansicht der Fig. 2 abgebildet. An dem unteren Ende des Tanks 17 ist ein Rückschlagventil 26 angeordnet, welches es erlaubt, daß Tinte von dem Tank zu dem schmalen, länglichen Entlüftungskanal 27 fließt, der zu zwei Kanälen 28 und 29 in dem Tintenstrahlkopf 11 führt, durch die Tinte dem Kopf zugeführt wird. In einer besonderen Ausführungsform ist der Kanal 27 etwa 0,10 cm dick, 1,5 cm breit und 8,89 cm lang und durch parallele Wände 30 und 31 begrenzt, die aus einem flexiblen Folienmaterial bestehen, das für Luft, nicht jedoch für Tinte durchlässig ist. Das Material kann beispielsweise eine 0,025 cm dicke Schicht einer Silikonfolie medizinischer Gütestufe wie Dow Corning SSF Mexd-174 sein.
• An der von dem Kanal 27 anderen Seite der Membrane 30 und 31 sind Luftkammern 32 und 33 angeordnet, die mit der Luftleitung 22 verbunden sind. Jede Luftkammer enthält eine Membranstütze 34, die in dem dargestellten Beispiel aus einem gewählten porösen Streifen oder Sieb besteht, um die Membran abzustützen, wenn der Druck innerhalb der Luftkammer reduziert ist. Die Luftpumpe 21 ist angeordnet, um normalerweise den Druck in jeder Luftkammer bei weniger als etwa 0,75 Atmosphären, vorzugsweise bei etwa 0,4 bis 0,6 Atmosphären zu halten. Außerdem sind die Länge und Breite des Kanals 27 so ausgewählt, daß während des Betriebs des Tintenstrahlkopfs die dorthin zugeführte Tinte einem verringerten Druck innerhalb des Kanals über wenigstens eine halbe Minute ausgesetzt ist, vorzugsweise über wenigstens eine Minute. Bei dieser Anordnung wird genügend gelöste Luft durch die Membranen 30 und 31 aus der Tinte innerhalb des Kanals entzogen, um den Gehalt an gelöster Luft der Tinte unter der Größe zu halten, bei der Blasen in dem Tintenstrahlkopf gebildet werden können.
• Die Membranen 30 und 31 und die Luftkammern 32 und 33 sind außerdem so angeordnet, daß Tinte, die Luftblasen enthalten kann, durch die Düse 35 in dem Tintenstrahlkopf 11 ausgestoßen wird, wenn der Betrieb des Systems nach einem Abschalten gestartet wird. Zu diesem Zweck ist die Luftpumpe 21 angeordnet, wie oben beschrieben ist, um einen erhöhten Druck durch die Leitung 22 dem Entlüfter 20 zuzuführen. Dies führt dazu, daß die flexiblen Membrane 30 und 31 aufeinander zu bewegt werden. Da das Rückschlagventil 26 die Tinte daran hindert, zurück in den Tank 17 zu fließen, wird die Tinte in dem Kanal 27 in den Tintenstrahlkopf 11 gezwängt, wobei jegliche Tinte, die Luftblasen enthalten kann, durch die Tintenstrahldüse 35 ausgestoßen wird.
• Um Tinte in dem Tintenstrahlkopf 11 zu entlüften, die gelöste Luft durch die Düse 35 aufgenommen haben kann, ist eine Heizeinrichtung 36 an der Rückwand 37 eines Tintenstrahlkanals 38 angebracht, der von den Kanälen 28 und 29 zu der Düse 35 führt. Wenn die Heizeinrichtung 36 erregt ist, wird Tinte in dem Kanal 38, die gelöste Luft enthalten kann, welche durch die Düse 35 während inaktiver Betriebszeiten des Strahlkopfs eingetreten ist, stetig durch Konvektion nach oben durch den Kanal 38 und dann durch den Kanal 29 zu dem Entlüftungskanal 27 zirkuliert. In dem Entlüftungskanal 27 wird die Tinte entlüftet, wenn sie nach unten zu dem Kanal 28 fließt, und wird dann durch den Kanal 28 zu dem Kanal 38 zurückgeführt.
• Beim Betrieb wird Tinte aus dem Tank 17, die gelöste Luft enthält, durch den Kanal 27 zu dem Tintenstrahlkopf 11 befördert, wenn der Tintenstrahlkopf arbeitet. Der reduzierte Druck in den Luftkammern 32 und 33 bewirkt, daß gelöste Luft in der Tinte durch die Membranen 30 und 31 aus der Tinte entzogen wird. Wenn der Entlüfter 20 sich in der wechselseitigen Bewegung bewegt, wird die Luftpumpe 21 von dem Vorsprung 24 und dem Hebel 23 betätigt, um den reduzierten Druck in den Luftkammern aufrecht zu erhalten. Wenn es erforderlich ist, Tinte von dem Tintenstrahlkopf beim Starten des Systems auszustoßen, ist die Luftpumpe 21 angeordnet, um den Luftkammern 32 und 33 erhöhten Druck zuzuführen. Während Nicht-Strahlperioden des Tintenstrahlkopfs zirkuliert die Tinte konvektiv durch die Kanäle 38, 29, 27 und 28 und transportiert Tinte, die Luft enthalten kann, von der Düse 35 zu dem Entlüfter.
• Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine spezielle Ausführungsform beschrieben ist, eröffnen sich dem Fachmann zahlreiche Modifikationen und Variationen. Beispielsweise können die durchlässige Membran und die Luftkammer eine Wand eines Tintentanks bilden.

Claims (10)

1. Tintenstrahlsystem, das einen Tintenstrahlkopf (11) und einen Entlüfter zur Entfernung von gelöstem Gas aus der Tinte, die dem Kopf zugeführt wird, umfaßt, und das eine Drucksteuerungseinrichtung (21) umfaßt, die ,dem Entlüfter verminderten Gasdruck zuführt; dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüfter weiterhin gasdurchlässige/tinten-undurchlässige Sperreinrichtungen (30, 31) umfaßt, die die Wandung eines schmalen, länglichen, Tinte enthaltenden Kanals (27) bilden, der einen Tintenflußweg von einem Tank (17) mit Heiß-Schmelztinte zum Kopf (11) schafft; und Luftkammereinrichtungen (32, 33), die auf der dem Tinte enthaltenden Kanal gegenüberliegenden Seite eine Luftkammer bilden; wobei der verminderte Gasdruck auf die Luftkammer (32, 33) wirkt und ausreicht, um in der Tinte im Tinte enthaltenden Kanal (27) gelöstes Gas der Tinte durch die Sperreinrichtung (30, 31) hindurch zu entziehen, wenn die Tinte durch den schmalen, Tinte enthaltenden Kanal (27) zum Kopf (11) fließt.

2. System nach Anspruch 1, das ein Rückschlagventil (26) an einem Einlaßende des Tintenflußweges (27) hat, sowie Tintenkanaleinrichtungen (28, 29), die das andere Ende des Tintenflußweges mit dem Tintenstrahlkopf verbinden, wobei die Drucksteuerungseinrichtung (21) eine Einrichtung zum Anlegen erhöhten Drucks an die Luftkammereinrichtung enthält, so daß Tinte in den Bereich des Tintenflußweges auf den Tintenstrahlkopf zu gedrückt wird.

3. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Tintenstrahlkopf eine Düse (35) hat, sowie einen geschlossenen Kreislauf (28, 29, 38) zwischen der Düse und dem Tinte enthaltenden Element (27), der eine Heizeinrichtung (36) enthält, die konvektive Zirkulation der Tinte im geschlossenen Kreislauf zwischen der Düse und dem Tinte enthaltenden Element bewirkt.

4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sperreinrichtung eine Membran (31, 32) ist.

5. System nach Anspruch 4, wobei die Membran (31, 32) flexibel ist und eine Membranstütze (34) in der Luftkammereinrichtung vorhanden ist, die die Membraneinrichtung in ihrer Stellung hält, wenn verringerter Druck auf die Luftkammereinrichtung wirkt.

6. System nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Membrandikke im wesentlichen 0,025 cm beträgt.

7. System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Membran aus Silikonfolienmaterial besteht.

8. Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahlsystems, bei dem Heiß-Schmelztinte von einem Tank (17) durch einen schmalen, länglichen Kanal (27) einem Tintenstrahlkopf (11) zugeführt wird, wobei der Kanal eine Wandung hat, die von einer gasdurchlässigen/tinten-undurchlässigen Sperre (30, 31) gebildet wird, und verringerter Gasdruck an der Seite der Sperre wirkt, die von dem Kanal entfernt ist, so daß in der Tinte gelöste Luft der Tinte durch die Sperre hindurch entzogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der verringerte Gasdruck weniger als drei Viertel des Gasdrucks auf der anderen Seite der Sperre beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Tinte über eine halbe Minute lang mit der Sperre in Kontakt gehalten wird.