DE1498073B1

DE1498073B1 - Device for forming ink droplets

Info

Publication number: DE1498073B1
Application number: DE19651498073
Authority: DE
Inventors: Adams Roman A; Bischoff Vinvent E
Original assignee: AB Dick Co
Current assignee: AB Dick Co
Priority date: 1964-11-09
Filing date: 1965-09-21
Publication date: 1970-10-29
Also published as: NL6513962A

Description

1 4Ö81 4Ö8

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bildung von Tintentröpfchen für einen Tintentröpfchenstrählschreiber, bei dem die Tröpfchen durch Ableiten der Tinte von einem Tintenvorrat über Rohrleitungen durch einen Düsenabschnitt gebildet werden, der durch einen elektromagnetischen Wandler in Schwingungen versetzt wird, wobei der elektromagnetische Wandler eine durchgehende Öffnung hat, in der ein Metallrohr angeordnet ist, das über die Rohrleitungen an den Tintenvorratsbehälter angeschlossen ist, wobei das eine Ende des Metallrohres mit dem des Wandlers zusammenfällt und das Metallrohr und der Wandler miteinander verbunden sind.The invention relates to a device for forming ink droplets for an ink droplet jet writer, in which the droplets are drawn off by diverting the ink from an ink supply via pipes be formed by a nozzle section which is vibrated by an electromagnetic transducer is displaced, wherein the electromagnetic transducer has a through opening in which a Metal tube is arranged, which is connected to the ink tank via the pipelines, one end of the metal tube coinciding with that of the transducer and the metal tube and the Converters are interconnected.

Bei einem bekannten Gerät dieser Art ist eine Scheibe vorgesehen, welche dazu dient, den Flüssigkeitsstrom einem radial verlaufenden, pulsierenden elektrostatischen Feld auszusetzen. Bei dieser Anordnung werden Tröpfchen durch das pulsierende elektromagnetische Feld gebildet, welches in der Öffnung vorhanden ist, durch welche die Flüssigkeit strömt.In a known device of this type, a disc is provided which serves to control the flow of liquid expose to a radial, pulsating electrostatic field. With this arrangement droplets are formed by the pulsating electromagnetic field that is generated in the There is an opening through which the liquid flows.

Weiter ist ein Gerät bekannt, durch welches eine Aufzeichnung von Signalen auf einem Schreibmedium dadurch ermöglicht wird, daß durch mechanische Schwingungen ein Strom von Tintentröpfchen erzeugt wird, auf das Schreibmedium gerichtet und durch ein elektrisches Signal derart abgelenkt wird, daß die Information auf das Medium geschrieben wird.Also known is an apparatus by which signals are recorded on a writing medium this enables a stream of ink droplets to flow through mechanical vibrations is generated, directed at the writing medium and deflected by an electrical signal in such a way that that the information is written on the medium.

Dieses bekannte Gerät besteht aus einem Tintenbehälter, in welchem sich Tinte unter Druck befindet. Dabei speist der Tintenbehälter ein Rohr, welches mit einer Düse verbunden ist. Ein elektromechanischer Wandler dient dazu, die Düse mit einer geeigneten hohen Frequenz in Schwingungen zu versetzen. Die Tinte wird daher aus der Düse in Form eines Strahls ausgetrieben, der kurz darauf in einzelne Tröpfchen zerbricht.This known device consists of an ink container in which there is ink under pressure. The ink container feeds a pipe which is connected to a nozzle. An electromechanical one The converter is used to make the nozzle vibrate at a suitable high frequency. The ink is therefore expelled from the nozzle in the form of a jet, which shortly afterwards in individual Droplet breaks.

Da diese Tröpfchen geladen und dann durch ein elektrisches Feld ausgelenkt werden müssen, muß dafür gesorgt werden, daß diese Tröpfchen eine möglichst gleichmäßige Masse aufweisen.Since these droplets have to be charged and then deflected by an electric field, must it must be ensured that these droplets have a mass that is as uniform as possible.

Ferner ist es zweckmäßig, die Tröpfchen mit einem, engen Abstand zu bilden, da, je geringer der Abstand ist, um so besser die erzielbare Auflösung ist.Furthermore, it is expedient to form the droplets with a narrow spacing, since the smaller the spacing the better the achievable resolution.

Ferner sollen die Tröpfchen eine geringe Größe und damit geringe Masse haben, so daß die zur Ablenkung der Tröpfchen erforderliche Amplitude der Signale nicht übermäßig groß zu sein braucht.Furthermore, the droplets should have a small size and thus small mass, so that the deflection the amplitude of the signals required for the droplets need not be excessively large.

Es wurde eine Anzahl verschiedener Anordnungen zur Bildung der Tintentröpfchen vorgeschlagen, beispielsweise ein gezogenes Glasrohr, welches durch einen Wandler in Schwingungen versetzt wird, oder ein Metallrohr oder ein magnetostriktives Metallrohr, welches magnetostriktiv in Schwingungen versetzt wird. Eines der Probleme bei diesen Arten von Wandlern besteht darin, daß der Bereich der Frequenzen, über welche sie verwendet werden können, begrenzt ist.A number of different arrangements for forming the ink droplets have been proposed, for example a drawn glass tube, which is made to vibrate by a transducer, or a metal pipe or a magnetostrictive metal pipe which is magnetostrictively set in vibration will. One of the problems with these types of transducers is that the range of frequencies over which they can be used is limited.

Ferner ist die Leistung, welche für den Betrieb oder die Schwingungen des Wandlers erforderlich ist, relativ groß. Dies bedingt die Verwendung einer relativ teueren Hochfrequenzstromquelle. Ferner findet eine Elektrolyse der Metallrohre statt, da eine Spannung über die Tinte und das Metallrohr angelegt wird. Hieraus ergibt sich eine ziemlich starke Korrosion des Metalles.Furthermore, the power that is required for the operation or the vibrations of the converter is relatively large. This requires the use of a relatively expensive high frequency power source. Further finds electrolysis of the metal tubes takes place as a voltage is applied across the ink and the metal tube. This results in fairly severe corrosion of the metal.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Gerät zur Bildung von Tintentröpfchen der eingangs umrissenen Art zu schaffen, bei welchem Elektrolysewirkungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt sind und welches über einen verhältnismäßig weiten Frequenzbereich bei geringem Leistungsbedarf für die Erzeugung der erforderlichen mechanischen Schwingungen betrieben werden kann.It is an object of the present invention to provide an apparatus for forming ink droplets of the type outlined at the beginning, in which electrolysis effects are reduced to a minimum are and which over a relatively wide frequency range with low power requirements can be operated to generate the necessary mechanical vibrations.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Wandler ein ringförmiger piezoelektrischer Kristall vorgesehen ist, der über das Ende des dünnen MetaUrohres gesteckt ist, mit diesem fest verbunden ist, und zwar derart, daß das Metallrohr als die innere Anschlußelektrode für die Wechselspannung eines Erregers des Kristalls dient, während der zweite Anschluß auf der Außenseite des Kristalls vorgesehen ist, und daß das Metallrohr und der Kristall auf der Ausflußseite durch eine durchbohrte Scheibe abgeschlossen sind, während das Metallrohr auf der anderen Seite an eine biegsame Rohrleitung angeschlossen ist.According to the invention, this object is achieved in that a ring-shaped piezoelectric transducer is used as the transducer Crystal is provided, which is pushed over the end of the thin metal tube, firmly connected to this is, in such a way that the metal tube as the inner terminal electrode for the AC voltage one exciter of the crystal is used, while the second connection is on the outside of the crystal is provided, and that the metal tube and the crystal on the outflow side through a pierced Disc are completed while the metal tube on the other side is attached to a flexible pipe connected.

Diese Anordnung hat den Vorzug, daß die Tintentröpfchen mit kleiner Signalleistung und ohne nennenswerte Elektrolysewirkung, also ohne nennenswerte Korrosion des Rohres erzeugt werden.This arrangement has the advantage that the ink droplets with small signal power and without significant Electrolysis effect, i.e. without any significant corrosion of the pipe.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung an Hand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigtThe advantages of the invention emerge from the following explanation of the invention by hand of the drawings. In the drawings shows

F i g. 1 schematisch eine Anordnung für ein Aufzeichnungssystem bekannter Art, undF i g. 1 schematically shows an arrangement for a recording system of known type, and

Fig. 2 ein Gerät zur Bildung von Tintentröpfchen gemäß der Erfindung.Fig. 2 shows an apparatus for forming ink droplets according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Tintentropfen-Aufzeichnungsgerät herkömmlicher Art schematisch aufgezeichnet. Dieses Gerät weist einen Tintenbehälter 10 auf, welcher Tinte unter Druck enthält. Ein Rohr 12 verbindet den Tintenbehälter 10 mit einer Düse 14. Das Rohr und die Düse werden durch einen elektromechanischen Wandler 16 entsprechend dem Ausgang einer Schwingungsquelle 18 in Schwingungen versetzt. Die Schwingungsquelle kann ein Oszillator mit einer Frequenz sein, die zwischen 5 kHz und 85 kHz liegt.In Fig. 1 is an ink drop recording apparatus conventionally recorded schematically. This apparatus has an ink tank 10, which contains ink under pressure. A tube 12 connects the ink container 10 to a nozzle 14. The The tube and the nozzle are driven by an electromechanical transducer 16 according to the output a vibration source 18 set in vibration. The vibration source can be an oscillator be at a frequency that is between 5 kHz and 85 kHz.

Der elektromechanische Wandler 16 wird mit der Frequenz der Schwingungsquelle in Schwingungen versetzt, wodurch auch das Rohr und die Düse in Schwingungen versetzt werden. Dadurch wird der Tintenstrom 20 zu Tintentropf en 22 aufgebrochen. Eine Signalquelle 24, welche durch die Schwingungsquelle synchronisiert ist, ist zwischen die Düse und und einen Ladezylmder 26 geschaltet. Damit nimmt jeder Tintentropfen eine Ladung auf, deren Amplitude durch die Amplitude des Videosignals bestimmt wird, das von der Quelle und an den Ladering 26 angelegt wird.The electromechanical transducer 16 vibrates at the frequency of the vibration source offset, which also causes the pipe and the nozzle to vibrate. This will make the Ink stream 20 broken up into ink drops 22. A signal source 24, which is synchronized by the vibration source, is between the nozzle and and a charging cylinder 26 is switched. Each drop of ink takes on a charge, its amplitude is determined by the amplitude of the video signal sent from the source and to the loading ring 26 is created.

Die geladenen Tintentropfen gelangen nach dem Durchtritt durch den Ladering in ein statisches elektrisches Feld, das zwischen zwei Platten 30,32 erzeugt wird, die mit einer Feldpotentialquelle 34 verbunden sind. Infolge der Wirkung zwischen dem Feld und der Ladung an jedem Tropfen werden die Tropfen aus ihrer MittelHnienbahn zwischen den Platten entsprechend der Ladung, die sie tragen, abgelenkt. Daher wird, wenn die Tropfen schließlich auf ein Schreibmedium 36 fallen, welche sich an den Platten vorbeibewegt, eine Markierung auf dem Schreibmedium mit Tinte erhalten, welche der Information der Videosignale entspricht.After passing through the charging ring, the charged ink droplets become a static electrical one Field that is generated between two plates 30, 32, which are connected to a field potential source 34 are. As a result of the action between the field and the charge on each drop, the Drops are deflected from their median path between the plates according to the charge they carry. Therefore, when the drops finally fall onto a writing medium 36 which adheres to the Plates moved past, a mark on the writing medium with ink received which of the information corresponds to the video signals.

Es ergibt sich also, daß der Tropfenabstand gleich-It follows that the drop spacing is equal to

mäßig, die Größe der Tropfen klein und der Abstand zwischen den Tropfen eng sein soll.moderate, the size of the drops should be small and the distance between the drops should be narrow.

In der Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Gerät zur Bildung von Tintentröpfchen für einen Strahlschreiber gezeigt. Es ist ein ringförmiger piezoelektrischer Kristall 40 mit emer durchgehenden Bohrung für das Einsetzen eines Metallrohres 42 vorgesehen. Dabei fallen das Ende des Metallrohres und das des piezoelektrischen Kristalls zusammen. Das Metallrohr und der piezoelektrische Kristall sind miteinander zur Bildung einer bleibenden wasserdichten Verbindung verlötet. Die zusammenfallenden Enden des Kristalls und des Rohres sind von einer durchbohrten Scheibe 44 bedeckt. Durch die in dieser Ringscheibe 44 vorgesehene Bohrung 46 kann die Tinte unter Druck austreten. Ein Erreger 18 ist zwischen der Außenseite des Metallrohres 12 und der Außenseite des piezoelektrischen Kristalls 40 angeordnet. Das nicht von der Ringscheibe bedeckte Ende des Metallrohres ist mit einer biegsamen Rohrleitung 48 verbunden, welche ihrerseits mit dem Tintenbehälter 10 in Verbindung steht. Das Ganze ist hermetisch abgedichtet.In Fig. 2 is an inventive device for Formation of ink droplets for a jet pen shown. It's an annular piezoelectric Crystal 40 provided with a through hole for inserting a metal tube 42. Included the end of the metal tube and that of the piezoelectric crystal coincide. The metal pipe and The piezoelectric crystal are connected to each other to form a permanent watertight bond soldered. The coincident ends of the crystal and the tube are from a pierced disc 44 covered. Through the bore 46 provided in this annular disk 44, the ink can be pressurized step out. An exciter 18 is between the outside of the metal pipe 12 and the outside of the piezoelectric crystal 40 arranged. The end of the metal tube not covered by the washer is connected to a flexible conduit 48, which in turn with the ink container 10 in connection stands. The whole thing is hermetically sealed.

Der piezoelektrische Kristall erregt das Rohr ausreichend zum Aufbrechen der stetigen Strömung der aus der Bohrung austretenden Tintenfiüssigkeit in gesonderte Tröpfchen. Dabei liegt die Erregerfrequenz unterhalb der Resonanzfrequenz der Einheit. Die hermetische Abdichtung hat die Aufgabe, Elektrolyseeinwirkungen auszuschließen.The piezoelectric crystal energizes the tube enough to break up the steady flow of the Ink liquid emerging from the bore in separate droplets. The excitation frequency is here below the unit's resonance frequency. The hermetic seal has the task of preventing the effects of electrolysis to exclude.

Für den Betrieb des beschriebenen Gerätes ist eine sehr geringe Leistung erforderlich. Das Gerät kann daher sehr klein gebaut werden. Ferner läßt es sich bei Verwendung maschinell hergestellter Teile leicht in Großserienfertigung herstellen. Der Aufbau ist derart, daß eine hermetische Abdichtung vornanden ist, welche gegen Elektrolyse und atmosphärische Einflüsse schützt. Das Gerät hat den weiteren Vorteil, daß mit Rücksicht auf den Frequenzbereich, welcher durch das direkte Einsetzten des Rohres in den Kristall ermöglicht wird, höhere Frequenzen für die Tropfenbildung möglich sind. Der Tropfenabstand ist außerdem auf zwei Tropfendurchmesser herabgesetzt, wodurch auch die Schreibleistung verbessert wird. Schließlich können kleinere Tropfen aus dem Gerät erhalten werden, als dies aus der verhältnismäßig großen Öffnung der Ringscheibe für möglich gehalten wurde. Die Öffnung der Ringscheibe kann daher größer sein. Dadurch kann der notwendige Druck herabgesetzt werden, wodurch die Möglichkeit der Verstopfung der Öffnung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.Very little power is required to operate the device described. The device can therefore be built very small. It can also be used using machine-made parts easy to mass-produce. The construction is such that there is a hermetic seal which protects against electrolysis and atmospheric influences. The device has the other The advantage that with regard to the frequency range, which is due to the direct insertion of the tube in the crystal is enabled, higher frequencies for the drop formation are possible. The drop spacing is also reduced to two droplet diameters, which also improves writing performance will. Finally, smaller drops can be obtained from the device than from the relatively large opening of the washer was considered possible. The opening of the washer can therefore be larger. This allows the necessary pressure to be reduced, whereby the Possibility of clogging the opening is minimized.

Claims

Claim:

Device for forming ink droplets for an ink droplet jet recorder, in which the Droplets by diverting the ink from a supply of ink via piping through a Nozzle portion are formed, which vibrates by an electromagnetic transducer is displaced, wherein the electromagnetic transducer has a through opening in which a metal tube is arranged, which is connected to the ink reservoir via the pipes is, one end of the metal tube coinciding with that of the transducer and the metal pipe and the transducer are connected to each other, characterized in that that a ring-shaped piezoelectric crystal (40) is provided as a transducer, which over the end of the thin metal tube (42) is inserted, is firmly connected to this, in such a way that the metal tube as the inner connection electrode for the alternating voltage of an exciter (18) of the Crystal (40) is used, while the second connection is provided on the outside of the crystal (40) is, and that the metal tube (42) and the crystal (40) on the outflow side through a pierced Disc (44) are completed, while the metal tube on the other side is attached to a flexible one Pipeline (48) is connected.

1 sheet of drawings