DE2166927A1

DE2166927A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines troepfchenstrahles, insbesondere fuer tintentroepfchenschrieber

Info

Publication number: DE2166927A1
Application number: DE19712166927
Authority: DE
Inventors: Steven Istvan Zoltan
Original assignee: Clevite Corp
Current assignee: Clevite Corp
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-09-08
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2166927B2; DE2166927C3

Description

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P 21 66 927-2 ' 30. August 1976

Ausscheidung aus P 21 44 892.O-27

CLEVITE CORPORATION Gzw/goe

Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere

für Tintentröpfchenschreiber.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere Tintentröpfchenschreiber, mit einem Vorratsbehälter für eine Flüssigkeit und einer mit der Flüssigkeit gefüllten Versorgungsleitung, die den Vorratsbehälter mit einem Reaktionsraum verbindet, der, ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt, von einem elektromechanischen Wandler zumindest teilweise begrenzt wird und der mit einer Mündung mit einer kleinen Öffnung zur Abgabe der Tröpfchen verbunden ist.

Tintentröpfchenschreiber sind in mannigfaltigen Ausführungsformen bekanntgeworden. Sie beruhen überwiegend auf dem Prinzip, daß Tinte unter Druck einer Düse mit einer kleinen Öffnung zugeführt wird. Der austretende Tintenstrom zerfällt in Tropfen, die in Größe und gegenseitigem Abstand schwanken. Um die Größe der Tröpfchen und deren gegenseitigen Abstand einander anzupassen, ist es bekannt, einen elektromechanischen Wandler vorzusehen, der entweder die Zufuhrleitung zur Düse in Schwingungen versetzt oder mechanisch auf den Querschnitt dieser Düse einwirkt, indem dieser periodisch verändert wird ent·

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sprechend der angelegten Frequenz (DT-OS 1 9^2 912). Diese bekannte Anordnung arbeitet daher quasi mit einer gesteuerten Blende, die von dem elektromechanischen Wandler betätigt wird. Die periodischen Querschnittsveränderungen "zerhacken" sozusagen den Flüssigkeitsstrom und bestimmen dabei die Tropfenbildung. Die Tinte tritt dabei in Form eines geschlossenen W Stromes zunächst aus und zerfällt dann anschließend in die Tropfen.

Die bekannte Vorrichtung besitzt den Nachteil, daß sie Mittel zum Aufrechterhalten eines Druckes im Flüssigkeitssystem aufweisen und zusätzlich auch solche Mittel enthalten muß, um den Flüssigkeitsstrahl von der zu beschriftenden Fläche fernzuhalten, wenn dies bei einem Schreibvorgang einmal notwendig sein sollte, denn der Flüssigkeitsstrahl tritt auch bei abgeschal-U tetem elektromechanischen Wandler ungehindert aus. Diese Mittel bedeuten einigen Aufwand und komplizieren die Vorrichtung.

Schließlich dürfte auch die bekannte Vorrichtung relativ unempfindlich sein, weil die Bewegung des Übertragers auf das im Querschnitt schwankende Element mechanisch übertragen werden muß .

Auf dem gleichen Grundprinzip wie die vorbeschriebene bekannte Vorrichtung, nämlich auf dem Prinzip der "Zerhackung" eines

durch statischen Druck erzeugten Flüssigkeitsstromes beruht die durch die US-PS 3,33^ 350 bekanntgewordene Vorrichtung. Durch diese Patentschrift ist also eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere Tintentröpfchenschreiber, mit einem Vorratsbehälter für eine Flüssigkeit und einer mit der Flüssigkeit gefüllten Versorgungsleitung bekannt, die den Vorratsbehälter mit einem Reaktionsraum verbindet, der ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt, von einem elektromechanischen Wandler begrenzt wird, und der mit einer Mündung mit einer kleinen Öffnung zur Abgabe der Tröpfchen verbunden ist. In diesem Falle bildet also der Wandler unmittelbar einen Teil der Flüssigkeitsleitung, und zwar am Ende unmittelbar vor der Mündung. Der Wandler wirkt somit unmittelbar auf die Flüssigkeit ein und nicht, wie im erstbeschriebenen bekannten Fall, indirekt. Die Zerhackung scheint jedoch nicht durch querschnittsverändernde Maßnahmen, sondern dadurch, daß das in Schwingungen versetzte Innenröhrchen sich axial ausdehnt und zusammenzieht (Spalte 1, Zeile 55 )i zvl erfolgen. Es ist möglicherweise auch nur daran gedacht, daß sich durch die Vibration des Innenrohres 50 eintropfenbeeinflussender Effekt auf den Flüssigkeitsstrom ausüben läßt.

Diese bekannte Vorrichtung hat prinzipiell die gleichen Nachteile wie die eingangs erläuterte bekannte Vorrichtung (Aufwand und Komplizierung wegen Druckerzeugung und Wegleiten des Flüssig-

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keitsstrahles, Beeinflussung der Tropfenbildung). Sie bezieht sich nur auf die Beeinflussung eines Flüssigkeitsstromes zwecks Harmonisierung der Tröpfchenbildung.

Nach einem völlig anderen Prinzip arbeitet die bekannte Vorrichtung nach der US-PS 2,512,743· Während die vorstehend beschriebenen Schriften die rein mechanischen Vibrationseffekte auf einen Flüssigkeitsstrom ausnutzen, wird beim Gegenstand dieser US-PS die Wirkung von Ultraschallwellen auf die Flüssigkeit an einer Öffnung ausgenutzt. In einem mit Flüssigkeit gefüllten Raum ist ein Ultraschallgeber eingesetzt, dessen Schallwellen auf eine Öffnung im Behälter gerichtet sind. Es treten dabei Kavitations- und Gleichrichtungs-Effekte auf (Spalte 6, Zeilen 44, 50, 57-58 und Spalte 7, Zeilen 36-37), die einen Austritt eines Tröpfchenstrahles bewirken.

Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Prinzips dürfte darin liegen, daß die Tröpfchenbildung verhältnismäßig ungleichmäßig sein dürfte, sowie, daß sich Zerstäubungseffekte nachteilig bemerkbar machen. Kavitationseffekte verlaufen bekanntermaßen sehr unruhig ab (Zerplatzen von Blasen), was die Tröpfchenbildung sehr weitgehend beeinflußt. Zudem verlangt das bekannte Prinzip offenbar eine sehr große Schallintensität an der Öffnung. Die US-PS sieht zu diesem Zweck beispielsweise einen Trich-

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ter 1 vor, der eine Fokussierung der Schallwellen bewirken soll.

Die Schweizer PS 428 793 zeigt von Ausführungsbeispiel zu Ausführungsbeispiel verschiedene Prinzipien von Vorrichtungen zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles.

In der Ausführung nach Fig. 1 ist ein Ultraschallgeber im Inneren eines Behälters 5 angeordnet, an dem sich eine Öffnung 6 befindet. Diese Ausführung gleicht der Ausführung nach Fig. 4 der vorstehenden US-PS 2,512,743» wenn man sich an der Spitze des Trichters 2o die Schallquelle denkt. Es sollten sich dann auch die im Zusammenhang mit dieser US-PS erwähnten Effekte ergeben.

Der Ausführung nach Fig. 2 liegt eine Druckmodulation aufgrund der Vibrationen des elektromechanischen Überträgers zugrunde. Durch einen außerhalb eines Behälters 5 angeordneten elektromechanischen Übertrager, der eine Membran l4 betätigt, vergleichbar mit einem Lautsprecher, bei dem sozusagen die Membran l4 die Lautsprechermembran darstellt, wird ein Wellenfeld in der Flüssigkeit im Behälter 5 aufgebaut und bewirkt eine den Knoten und Schwingungsbäuchen entsprechende Druckverteilung.

Die Hauptnachteile der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 bestehen darin, daß es praktisch nicht möglich ist, ein gleich-

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förmiges Wellenfeld mit entsprechender gleichmäßiger Druckverteilung aufzubauen, so daß die Tropfenbildung ungleichmäßig ist.

Die Pig. 3 und 4 der Schweizer PS beziehen sich auf ein anderes Prinzip. Hierbei wird die elektromagnetische Wirkung eines zwischen den Elektroden 17, l8 fließenden HF-Stromes mit dem Feld eines Permanentmagneten 22 ausgenutzt, wobei keine Volumenänderung der Kammer 19 auftritt, sondern in axialer Richtung der Kammer eine elektromagnetische Wechselwirkung auf den Tintenfluß ausgeübt wird, indem quasi der Flüssigkeitsstrom innerhalb der Kammer in axialer Richtung =vibriert^M (Spalte 3» Zeilen 43-^)· Da es sich hierbei um eine statische Wechselwirkung handelt, dürfte es erforderlich sein, mittels eines entsprechenden Druckes einen Flüssigkeitsstrom durch die Kammer 19 aufrechtzuerhalten.

ψ Diese bekannten Ausführungen besitzen den bereits eingangs erwähnten Nachteil aller mit einer unter statischem Druck stehenden und einen Flüssigkeitsstrom erzeugenden Druckschreiber.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 der Schweizer PS wird durch ein äußeres elektrisches Feld die Oberflächenspannung an der Öffnung 6 periodisch geändert. Diese Ausführungsform dürfte nur eine geringe Tropfenfolge zulassen.

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Die Erfindung geht von der bekannten Vorrichtung nach der US- ^⁸S 3,334,350 aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln bei zumindest nahezu drucklosen! System eine gleichmäßige gesteuerte Tropfenbildung zu erreichen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Flüssigkeit unter keinem oder einem solchen geringen statischen Druck steht, daß im Ruhezustand des Wandlers, abgestimmt mit der Weite der Öffnung, durch die Oberflächenspannung ein Austritt der Flüssigkeit verhinderbar ist, daß ein radial polarisiertes piezoelektrisches Keramik-Scheibchen als Wandler vorgesehen ist, das peripher mittels Ring-Dichtungen zwischen zwei Gehäuseteilen eingespannt ist, derart, daß zwischen dem Umfang des Scheibchens und dem Gehäuse ein schmaler Ringraum als Reaktionsraum gebildet ist, in den die Versorgungsleitung einmündet und an den die Mündung angeschlossen ist, daß zum Erzeugen eines Tropfens jeweils ein elektrischer Impuls mit kurzer Anstiegszeit an den Wandler anlegbar ist, dessen Kurvenform und Polarität so gewählt ist, daß der Wandler eine schnelle Expansion durchführt, wodurch aufgrund der Volumenverminderung des Reaktionsraumes unter Überwindung der Oberflächenspannung ein Tropfen an der Öffnung abgegeben wird und dessen Abfallzeit im Verhältnis zur Anstiegszeit lang ist, so daß der Wandler nach der schnellen Expansion wieder langsam kontrahiert und dabei Flüssigkeit über die Versorgungsleitung aus dem Vorratsbehälter nachzieht, ohne daß Luft über die Öffnung eintritt.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet ohne statischen Druck in der Flüssigkeit und formt die einzelnen Tropfen durch eine gesteuerte Expansion und Kontraktion des die Flüssigkeit teilweise begrenzenden Wandlers, d.h. nach einem völlig anderen Prinzip; im Falle der Erfindung wird die Imkompressibilität einer Flüssigkeit ausgenutzt. Dies führt dazu, daß im abgeschal- - teten Zustand der elektrischen Ansteuerung 'des Wandlers keine Flüssigkeit austritt. Außerdem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß die Beeinflussung der Tropfenform über die Form der Ansteuerimpulse besser beherrschbar ist, und daß sie empfindlicher reagiert.

Die Erfindung beruht im Gegensatz zu dem Stand der Technik, von dem ausgegangen \irird, nicht auf der Beeinflussung eines Flüssigkeitsstromes zwecks Harmonisierung der Tröpfchenbildung, sondern bezieht sich unmittelbar auf die Erzeugung der Tropfen aus einer "ruhenden" Flüssigkeit aufgrund von Volumenverdrängungs· Effekten in dem Reaktionsraum in Abstimmung mit Oberflächenspannungs-Effekten an der.Mündungsöffnung.

Gegenüber dem erläuterten Stand der Technik, wie er durch die US-PS 2,512,7^3 und die verschiedenen Ausführungsformen nach der Schweizer PS 428 793 gegeben ist, unterscheidet sich die Erfindung ganz offensichtlich bereits vom Prinzip her; bei, diesen

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bekannten. Vorrichtungen werden Prinzipien verwendet, die mit dem erfindungsgemäßen Prinzip, bei dem der Wandler den Reaktionsraum teilweise umgibt, nicht vergleichbar ist.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein System entsprechend der Erfindung, teilweise im Schnitt und teilweise als Schema,

Fig. 2 eine zweckmäßige Schaltung zur Ansteuerung des Systems nach Fig. 1,

Fig. 2a eine Modifikation der Schaltung nach Fig. 2,

Fig. 2b eine andere Modifikation der Schaltung nach Fig. 2,

Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Vorratsbehälter 1 enthält Tinte oder eine andere Flüssigkeit 2. Eine Leitung 4 steht in Verbindung mit der Flüssigkeit 2 und ist dabei mit Flüssigkeit gefüllt. Eine kleine Mündung 5 ist für den Ausstoß der Flüssigkeit in Form von Tröpfchen 7 vorgesehen.

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Als Wandler ist eine dünne piezoelektrische Keramikscheibe 44 vorgesehen. Diese Scheibe ist peripher mittels kreisringförmiger Dichtungen 46 und 47 innerhalb eines Gehäuses eingespannt, das aus den Teilen 49 und 50 besteht. Ein ringförmiger Durchlaß 51 von kleinem Querschnitt wird durch die inneren Wände der Gehäuseteile 49, 50»· Dichtungsringe 46, 47 und den äußeren

^ Rand der Scheibe 44 gebildet. Eine Flüssigkeits-Versorgungsröhre 8 kleiner Bohrung ist in einer Öffnung 52 im Gehäuseteil 50 befestigt und steht in Verbindung mit dem Reaktionsraum 51· Die Röhre 8 kann sich direkt bis zu dem Flüssigkeits-Vorratsbehälter 1 erstrecken, oder sie kann damit durch eine größere Röhre 6, z.B. eine Plastikröhre, verbunden sein. Mit dem ringförmigen Reaktionsraum 51 steht eine zweite Öffnung 54 im Gehäuse in Verbindung, die an der Mündungsplatte 11 endet. Daher wird eine Flüssigkeitsleitung durch die Versorgungsröhren 6 und 8, durch die Öffnung 52, die zwei parallelen Zweige des ringförmigen

™ Durchlasses 51t die Öffnung 5^ und eine Mündungsplatte 11 gebildet. Die Keramikscheibe 44 ist dabei nur am äußeren Rand im Reaktionsraum 51 der Flüssigkeit ausgesetzt.

An der Scheibe sind flexible Bleidrähte 55 und 56 mit den Elektroden 58 und 59 der Scheibe 44 verlötet und dienen als elektrische Anschlüsse für den Wandler.

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Für die Mündungsplatte 11 ist es zweckmäßig, einen Halbedelstein eines Uhrenlagers zu verwenden. Derartige Edelsteine sind leicht erhältlich zu niedrigen Kosten und haben exakt vorgegebene Abmessungen in der Bohrung und zwar in einem Bereich, der für die vorliegende Verwendung gerade notwendig ist. Die Mündung 5 kann z.B. einen Durchmesser und eine Länge in der Größenordnung von 0,06 mm haben. Der Edelstein 11 kann an der Öffnung 54 mit Hilfe eines Epoxyd-Klebers befestigt sein.

Der Wandler 44 arbeitet mit Hilfe des bekannten piezoelektrischen Effektes. Wenn eine Gleichspannung an die Elektroden 55» 56 angelegt wird, vergrößert oder verkleinert sich der Durchmesser des Keramik-Blättchens, abhängig von der Polarität der angelegten Spannung relativ zu der Polarität der polarisierenden Gleichspannung, die während der Herstellung verwendet wurde. Die Reaktion ist dabei nahezu momentan, sie wird nur unwesentlich verzögert durch Trägheitseffekte.

Wenn Flüssigkeit an der Mündung 5 ausgestoßen werden soll, wird ein Spannungsimpuls mit kurzer Anstiegszeit an die Anschlußdrähte 55 und 56 mit einer Polarität, die entgegen der Polarisationspolarität liegt.,, angelegt. Dies führt zu einer plötzlichen Expansion des Durchmessers des Übertragers 44, wobei Flüssigkeit aus dem ringförmigen Durchlass 51 vedrängt wird. Der resul-

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tierende akustische Druckimpuls stößt Flüssigkeit aus der Mündung 5 aus. Etwas Flüssigkeit wird durch den Druckimpuls auch zurück in die Röhre 8 verdrängt, aber diese Menge ist wegen des hohen Strömungsv/ider Standes, der durch die lange und schmale Bohrung der Röhre erzeugt wird, verhältnismäßig klein.

Der Spannungsimpuls klingt zweckmäßig relativ langsam ab; der Wandler zieht -sich daher nur langsam wieder auf sein irsprüngliches Volumen zurück. Wegen der kleinen Änderungsgeschwindigkeit des Volumens während des Abklingens ist die damit verbundene Druckverminderung zu klein, um die Oberflächenspannung an der Mündung 5 zu überwinden. Infolgedessen fließt, um die Flüssigkeit zu ersetzen, die vorher ausgestoßen wurde, Flüssigkeit über die Röhre 8 in den Wandler, ohne daß Luft durch die Mündung 5 angezogen wird.

Es ist ersichtlich, daß das vorbeschriebene System aufgrund eines Befehlssignals eine kleine Flüssigkeitsmenge ausstößt. Das Befehlssignal ist ein elektrischer Impuls mit kurzer Anstiegszeit. Mit Hilfe einer einfachen elektrischen Schaltung können derartige Befehlsimpulse nacheinander zugeführt werden, die aufeinanderfolgend kleine Flüssigkeitsmengen mit jeder gewünschten Frequenz ausstoßen, begrenzt durch die maximale Reaktionsgeschwindigkeit des Systems. In Fig. 1 ist eine Folge von Befehlsimpulsen mit 22 bezeichnet, die der Folge der ausgestoßenen Tröpfchen 7 entsprechen.

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Ein statischer Druck auf die Flüssigkeit ist nicht notwendig. Jedoch stören kleine positive oder negative Drücke nicht die Wirkungsweise. Die Bedingung ist lediglich, daß ein statischer Druck alleine nicht groß genug sein darf, um die Oberflächenspannung der Flüssigkeit an der Mündung zu überwinden.

Wenn die betätigenden elektrischen Impulse eine Energie haben, die nicht ausreicht, die Oberflächenspannung an der Mündung zu überwidnen, v/erden keine Tröpfchen ausgestoßen, aber unter dem Stroboskop kann beobachtet werden, wie sich die Flüssigkeitsfläche an der Mündung momentan während jedes Impulses ausbeult. Bei etwas höheren Impulsenergien wird pro Impuls ein Tropfen ausgestoßen. Bei noch höherer Energie wird zusätzliche Flüssigkeit ausgestoßen in der Form von zusätzlichen, separaten Tröpfchen oder die Gesamtmenge der Flüssigkeit, die mit jedem Impuls ausgestoßen wird, kann die Form eines langen Flüssigkeitszylinders mit abgerundeten Enden annehmen. Daher ist die Menge der für jeden Impuls ausgestoßenen Flüssigkeit durch Einstellung der Energie der Impulse steuerbar. Dies ermöglicht die Verwendung der Erfindung in Schreibern, die mit gesteuerter Schattierung drucken, d.h. mit Grauabstufungen, ohne die Notwendigkeit, viele Tintenpunkte pro Bildelement zu erzeugen.

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Bei dem System entsprechend dieser Erfindung ist den Ausführungsformen ein breiter Raum gegeben. Die folgenden Hinweise und Beispiele geben Anregungen für die Konzeption von Ausführungsformen.

Es ist wünschenswert,, an dem Wandler einen relativ hohen Strömungswiderstand vorzusehen. Anstelle der Verwendung einer kleinen

Röhre
Bohrung in der/8 gemäß Fig. 1 ist es möglich, einen dünnen Schlitz oder ein poröses Teil oder andere Strömungswiderstände an dem Übertragereingang vorzusehen. Weiterhin kann die Wirkung der Röhre 8 in Flg. 1 verbessert werden, indem ein Strömungswiderstand an dem Eingangsende hinzugefügt wird, der so dimensioniert ist, daß er als ein angepaßter Wellemviderstands-Abschluß für die Röhre in ihrer Eigenschaft als Übertragungsleitung wirkt. Dies würde Resonanzeffekte in der Röhre 8 reduzieren oder ausschließen. Es wurden jedoch auch ausgezeichnete Ergebnisse ohne einen solchen Abschluß erzielt.

Die Volumenänderung innerhalb des Wandlers Io muß das Volumen der Flüssigkeit übersteigen, das bei der Mündung 5 ausgestoßen werden soll. Die keramische Zusammensetzung und die Abmessungen der Keramikröhre 13 sowie die Energie der treibenden Impulse sind hierbei die maßgebenden Faktoren. Gute Ergebnisse wurden erreicht mit Volumenveränderungen des Wandlers, die ungefähr viermal so groß wie das Volumen der ausgesfoßenen'Flüssigkeit sind.

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Ein anderes Erfordernis ist, daß die Änderungsgeschwindigkeit des Volumens im Hinblick auf die Strömungs-Impedanzbelastung des Wandlers ausreichend sein muß, um also genügend Druck zu entwickeln, der die Oberflächenspannung an der Mündung 5 überwindet. Eine Vielfalt von einfachen Schaltkreisen kann verwendet werden, um geeignete Befehlsimpulse an den Wandler zu liefern. Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Impulsgebers, bei de'm die kapazitive Komponente des Wandlers als Teil des Impulsgebers verwendet wird. In Fig. 2 ist der Wandler in Form des Blättchens 4o schematisch im Querschnitt gezeigt. Die eingekreisten Polaritätszeichen zeigen die Polaritätsverhältnisse bei der Polarisation. In diesem Fall ist die negative Klemme der Spannungsquelle 2o mit derjenigen Elektrode des Wandlers 44 verbunden, die während der ursprünglichen Polarisation negativ war. Bei dieser Polarität hält die Ruhespannung, die an den übertrager 44 angelegt wird, den Scheibendurchmesser in einem kontrahierten Zustand. Der positive Anschluß der Spannungsquelle 2o ist über Serienwiderstände 23 und 25 mit der anderen Elektrode verbunden. Der Widerstand 23 hat einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert, während der Widerstand 25 einen verhältnismäßig niedrigen Widerstandswert hat.

Ein Transistor 26 wirkt als Schalter. Sein Kollektor 32 ist mit dem Schaltungspunkt zwischen den Widerständen 23 und 25 verbunden; der Emitter 34 ist mit dem negativen Pol der Spannungsquelle

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2o verbunden. Die Steuerimpulse 31 werden zwischen der Basis 28 und dem Emitter ~bh über Anschlüsse 29 zugeführt.

Im Ruhezustand ist der Schalter offen, so daß die Wandlerkapazität auf den Spannungswert der Spannungsquelle 2o aufgeladen wird.

^ Wenn ein Steuerimpuls 31 den Anschlüssen 29 zugeführt wird, wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors leitend. Dadurch wird der durch die kapazitive Komponente des Überträgers gebildete Kondensator schnell über den niedrigen Widerstand 25 und den niedrigen Transistor-Innenwiderstand entladen. Der Wandler reagiert mit einer plötzlichen Ausdehnung des Durchmessers auf einen Wert, den er vor der Verbindung mit der Spannungsquelle hatte, wobei eine kleine Menge von Flüssigkeit an der Mündung 5 ausgestoßen wird.

Wenn der Impuls 31 ungefähr auf Null abgefallen ist, wird der " Transistor 26 wieder gesperrt, wodurch der durch die kapazitive Komponente des Wandlers gebildete Kondensator über die Widerstände 23 und 25 wieder auf die Spannung der Quelle 2o aufgeladen wird. Wegen des höheren Wertes des Widerstandes 23 verläuft die Aufladung verhältnismäßig langsam. Der Wandler reagiert mit einer langsamen radialen Kontraktion und zieht dabei Flüssigkeit über die Röhre 8 aus -dem Behälter 1, um die ausgestoßene Flüssigkeit zu ersetzen. Daher liefert die Schaltung nach Fig. 2 als Antwort auf

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Steuerimpulse 31 Befehlsimpulse kurzer Anstiegszeit mit einer
verhältnismäßig langen Abfallzeit, wie sie bei 33 gezeigt sind. Zweckmäßig sollte die Abfallzeit mindestens viermal so lang wie die Anstiegszeit sein.

Einige Verbesserungen in der Wirkungsweise werden gemäß Fig. 2a durch Hinzufügen einer induktiven Komponente 36 in Reihe mit dem Kollektor des Transistors, oder gemäß Fig. 2b, in Reihe mit dem Wandler erreicht.

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere Tintentröpfchenschreiber, mit einem Vorratsbehälter für eine Flüssigkeit und einer mit der Flüssigkeit gefüllten Versorgungsleitung, die den Vorratsbehälter mit einem Reaktionsfc raum verbindet, der, ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt, von einem elektromechanischen Wandler zumindest teil\veise begrenzt wird, und der mit einer Mündung mit einer kleinen Öffnung zur Abgabe der Tröpfchen verbunden ist, dadurch geke'nnzeichnet, daß die Flüssigkeit (2) unter keinem oder einem solchen geringen statischen Druck steht, daß im Ruhezustand des Wandlers (lo), abgestimmt mit der Weite der Öffnung (5) durch die Oberflächenspannung ein Austritt der Flüssigkeit verhinderbar ist, daß ein radial polarisiertes piezoelektrisches Keramik-Scheibchen (44) als Wandler vorgesehen ist, das peripher mittels Ringdichtungen (4 6, 47) zwischen zwei Gehäuseteilen (49, 5o) eingespannt ist, derart, daß zwischen dem Umfang des Scheibche.ns und dem Gehäuse ein schmaler Ringraum (57) als Reaktionsraum gebildet ist, in den die Versorgungsleitung (6, 8, 52) einmündet und an den die Mündung (11) angeschlossen ist, daß zum Erzeugen eines Tropfens jeweils ein elektrischer Impuls (33) mit kurzer Anstiegszeit an den Wandτ

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ler (lo) anlegbar ist, dessen Kurvenform und Polarität so gewählt ist, daß der Wandler eine schnelle Expansion durchführt, wodurch aufgrund der Volumenverminderung des Reaktionsraumes' unter Überwindung der Obeflächenspannung ein Tropfen (7) an der öffnung (5) abgegeben wird und dessen Abfallzeit im Verhältnis zur Anstiegszeit lang ist, so daß der Wandler nach der schnellen Expansion wieder langsam kontrahiert und dabei Flüssigkeit über die Versorgungsleitung (4) aus dem Vorratsbehälter (1) nachzieht, ohne daß Luft über die Öffnung eintritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallzeit des Impulses (33) mindestens viermal so lang wie die Anstiegszeit ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennze ic hnet, daß an dem der Mündung abgekehrten Ende des Wandlers (lo) ein hoher Strömungswiderstand vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand durch ein Röhrchen (8) mit kleiner Bohrung gebildet ist, das zumindest ein Teil der Versorgungsleitung (¹O bildet.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand aus einem der Mündung (11) gleichen Verschluß mit einer der Öffnung in der Mündung gleichen Einlaßöffnung (5) besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Impulse eine Schaltung vorgesehen ist, in der der durch die kapazitive Komponente des Wandlers gebildete Kondensator als C-Anteil eines RC-Zeitkreises dient, wobei der Kondensator, geschaltet durch einen elektronischen, von einem Rechteckimpuls (31) gesteuerten Schalter (26), über unterschiedliche Lade/Entladewiderstände (23. 25) unterschiedlich schnell auf die Spannung einer Quelle (2o) auf- bzw. entladbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der Impulse zur Einstellung der mit jedem Tropfen ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge einstellbar ist.

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