DE2166927C3 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere für Tintentröpfchenschreiber - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere für TintentröpfchenschreiberInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere Tintentröpfchenschreiber,
mit einem Vorratsbehälter für eine
ίο 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 entsprechend der angelegten Frequenz (DE-OS 19 42 912). 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 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 abgeschaltetem 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
Überträgers auf das im Querschnitt schwankende Element mechanisch übertragen werden muß.
Auf dem gleichen Grundprinzip wie die vorbeschrietene
bekannte Vorrichtung, nämlich auf dem Prinzip der »Zerhackung« eines durch statischen Druck
erzeugten Flüssigkeitsstromes beruht die durch die US-PS 33 34 350 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
&5 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 erstbesehriebenen 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), zu
erfolgen. Es ist möglicherweise auch nur daran gedacht, daß sich durch die Vibration des Innenrohres 50 ein
tropfenbeeinflussender 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 Flüssigkeitsstrahles,
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 25 12 743.
Während die vorstehend beschriebenen Schriften die rein mechanischen Vibrationseffekte raif 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 Trichter 1 vor, der eine Fokussierung
der Schallwellen bewirken soll.
Die Schweizer PS 4 28 793 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 25 12 743, wenn man sich an der Spitze des Trichters 20
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 Überträger,
der eine Membran 14 betätigt, vergleichbar mit einem Lautsprecher, bei dem sozusagen die Membran
14 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 besteht darin, daß es praktisch nicht möglich
ist, ein gleichförmiges Wellenfeld mit entsprechender gleichmäßiger Druckverteilung aufzubauen, so daß die
Tropfenbildung ungleichmäßig ist.
Die Fig, 3 und 4 der Schweizer PS beziehen sich auf ein anderes Prinzip, Hierbei wird die elektromagnetische
Wirkung eines zwischen den Elektroden 17, IS 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« (Spalte 3, Zeilen 43—44). Da
es sich hierbei um eine statische Wechselwirkung handelt dürfte es erforderlich sein, mittels eines
entsprechenden Druckes einen Flüssigkeitsstrom durch die Kammer 19 aufrechtzuerhalten.
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 Feid die Oberflächenspannung
an der Öffnung 6 periodisch geändert Diese Ausfühningsfomn dürfte nur eine gering" Tropfenfolge
zulassen.
Die Erfindung geht von der bekannten Vorrichtung nach der US-PS 33 34 350 aus. Ihr liegt die Aufgabe zugruwi% mit einfachen Mitteln bei zumindest nahezu drucklosem 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
Die Erfindung geht von der bekannten Vorrichtung nach der US-PS 33 34 350 aus. Ihr liegt die Aufgabe zugruwi% mit einfachen Mitteln bei zumindest nahezu drucklosem 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
so 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.
D'" ;rfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet ohne
■>') statischen Druck in der Flüssigkeit und formt die einzelnen Tropfen -.lurch eine gesteuerte Expansion und
Kontraktion des die Flüssigkeit teilweise begrenzender Wandlers, d. h. nach einem völlig anderen Prinzip; im
Falle der Erfindung wird die Imkompressibilität einer
b" Flüssigkeit ausgenutzt. Dies führt dazu, daß im
abgeschalteten 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
'" Ansteuenmpulse besser bcherrschbar ist. und daß sie
empfindlicher reagiei (.
Die Erfindung beruht im Gegensatz zu dem Stand der Technik, von dem ausgegangen wird, 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 25 12 743 und die verschiedenen
Ausführungsformen nach der Schweizer PS 4 28 793 gegeben ist. unterscheidet sich die Erfindung ganz
offensichtlich bereits vom Prinzip her; bei diesen bekannten Vorrichtungen werden Prinzipien verwendet,
die mit dem erfindungsgemäßen Prinzip, bei dem der Wandler den Reaktionsraum teilweise umgibt, nicht
vergleichbar ist.
Durch die US-PS 3150 592 ist an sich eine piezoelektrische Pumpe bekannt, bei der ein piezoelekirisrhpr
Hohlkörper als Wandler mittels Abstandshalter innerhalb eines hohlzylindrischen Pumpengehäuses
angeordnet ist, wodurch ein schalenförmiger Pumpenraum zwischen Pumpengehäuse und piezoelektrischem
Körper gebildet wird.
Dieser Stand der Technik vermag dem Gegenstand der Erfindung nicht entgegenzustehen, da der Pumpenraum
im bekannten Fall nicht ringförmig ist und kein Unterschied in der Flankensteilheit bei ansteigenden
und abfallenden Impulsen vorgesehen ist. Der beim ErfindungsgegenstanJ den scheibenförmigen Wandler
ringförmig umgebende Pumpenraum ist nicht mit dem schalenförmigen Pumpenraum nach der vorgenannten
US-PS vergleichbar, da bei dem scheibenförmigen Wandler keine Änderung des vom Wandler eingenommenen
Volumens erfolgt, sondern nur eine Formänderung in radialer und axialer Richfing auftritt, die sich in
einer Volumenänderung des Ringkanals auswirkt. Bei
einem vollständigen Eintauchen des Scheibchens des Wandlers in die Tinte würde keine Volumenänderung
erfolgen, sondern allenfalls eine gewisse Wellenbewegung. Die Volumenänderung wird beim Gegenstand der
US-PS allein durch die Ausbildung des Wardlers als Hohlkörper erreicht.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt
Fig. 1 ein System entsprechend der Erfindung,
teilweise im Schnitt und teilweise als Schema,
F i g. 2 eine zweckmäßige Schaltung zur Ansteuerung des Systems nach Fig. 1.
F i g. 2a eine Modifikation der Schaltung nach F i g. 2,
F i g. 2b eine andere Modifikation der Schaltung nach F i g. *.
Ein in F i g. 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.
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 Gehäuseteüe 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 Rohre 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 51, die öffnung 54 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.
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 E'?ktroden 55, 56 angelegt wird, vergröbert oder
verkleinert sich der Durchmesser des Keramik-Blättchens,
abhängig von der Polarität der angelegten Spannung relativ zu der Polarität der polarisierenden
Gleichspannung, die während de1" Herstellung verwendet
wurde. Die Reaktion ist dabei nahezu momentan, sie wird nur unwesentlich verzögert durch Trägheitseffek-
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 d«
Durchmessers des Überträgers 44, wobei Flüssigkeit aus dem ringförmigen Durchlaß 51 verdrängt wird. Der
resultierende akustische Druckimpuls stößt Flüssigkeit aus der Mündung 5 aus. Etwas Flüssigkeit wird durch
>5 den Druckimpuls auch zurück in die Röhre 8 verdrängt, aber diese Menge ist wegen des hohen Strömungswiderstandes,
der durch die lange und schmale Bohrung der Röhre erzeugt wird, verhältnismäßig klein.
Der Spannungsimpuls klingt zweckmäßig relativ
^o langsam ab; der Wandler zieht sich daher nur langsam
wieder auf sein ursprüngliches Volumen zurück. V'egen 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 Weine 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 Fiüssigkeitsmengen mit jeder
gewünschten Frequenz ausstoßen, begrenzt durch die maximale Reaktionsgeschwindigkeit des Systems. In
Fig. I ist eine Folge von Befehlsimpulsen mit 22 bezeichnet, die der Folge der ausgestoßenen Tröpfchen
7 entsprechen.
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 ^5in darf, um die Oberflächenspannung der
Flüssigkeit an der Mündung zu überwinden.
Wenn die betätigenden elektrischen Impulse eine Energie haben, die nicht ausreicht, die OberflSchenspannung
an der Mündung zu überwinden, werden 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 zusätzlich 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.
Bei dem System entsprechend dieser Erfindung ist den A'sführungsformen 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 Bohrung in der Röhre 8 gemäß F i g. 1 ist es möglich, »"inen dünnen Schlitz oder
ein poröses Teil oder andere Strömungswiderstände an dem Übertragereingang vorzusehen. Weiterhin kann
die Wirkung der Röhre 8 in F i g. 1 verbessert werden, indem ein Strömungswiderstand an dem Eingangsende
hinzugefügt wird, der so dimensioniert ist, daß er als ein
angepaßter Wellenwiderstands-Anschluß 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 10 muß das Volumen der Flüssigkeit übersteigen, das bei
der Mündung 5 ausgestoßen werden soll. Die keramisehe
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 ausgestoßenen Flüssigkeit sind
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 dem die kapazitive Komponente des
Wandlers als Teil des Impulsgebers verwendet wird. In Fig.2 ist der Wandler in Form des Blättchens 40
schematisch im Querschnitt gezeigt. Die eingekreisten Polaritätszeichen zeigen die Polaritätsverhältnisse bei
der Polarisation. In diesem Fall ist die negative Klemme der Spannungsquelle 20 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 20 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 dein negativen Pol der Spannungsquelle 20 verbunden. Die
Steuerimpulse 31 werden zwischen der Basis 28 und dem Emitter 34 über Anschlüsse 29 zugeführt.
Im Ruhezustand 1st der Schalter offen, so daß die
Wandlerkapazität auf den Spannungswert der Spannungsquelle 20 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 20 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
Am wort auf 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 F i g. 2a durch Hinzufügen einer induktiven
Komponente 36 in Reihe mit dem Kollektor des Transistors, oder gemäß Fig.2b, in Reihe mit dem
Wandler erreicht
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. 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, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit (2) unter keinem oder einem solchen geringen statischen Druck steht, daß im
Ruhezustand des Wandlers (10), 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 (46, 47) zwischen
zwei Gehä'jseteilen (49, 50) eingespannt ist, derart,
daß zwischen dem Umfang des Scheibchens und dem Gehäuse ein schmaler Ringraum (51) als
Reaktionsraum gebildet ist, in den die Versorgungsleitung (6,8,52) einmündet und an den die Mündung
(U) angeschlossen ist, daß zum Erzeugen eines Tropfens jeweils ein elektrischer Impuls (33) mit
kurzer Anstiegszeit an den Wandler (10) 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 Topfen {.■*) an der Öffnung (5)
abgegeben wird und dersen Abfallzeit im Verhältnis zur Anstiegszeit lang ist, so dsl 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 I1 dadurch gekennzeichnet,
daß an dem der Mündung abgekehrten Ende des Wandlers (10) 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 (4) bildet
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 flC-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 (20) 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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DE19712166927 DE2166927C3 (de) | 1970-09-09 | 1971-09-08 | Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere für Tintentröpfchenschreiber |
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JPH0985946A (ja) * | 1995-09-25 | 1997-03-31 | Sharp Corp | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
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US3211088A (en) * | 1962-05-04 | 1965-10-12 | Sperry Rand Corp | Exponential horn printer |
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CH428793A (fr) * | 1966-01-03 | 1967-01-31 | Paillard Sa | Dispositif d'émission d'un jet d'encre |
US3512172A (en) * | 1968-08-22 | 1970-05-12 | Dick Co Ab | Ink drop writer nozzle |
-
1971
- 1971-09-08 DE DE19712166927 patent/DE2166927C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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