DE2313335C3 - Vorrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeitstropfen auf einen Aufzeichnungsträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbrin-

gen von Flüssigkeitstropfen auf einen Aufzeichnungsträger, insbesondere Tintenspritz-Schreibwerk, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 2 164 614 ist bereits ein Drucker bekannt, bei dem das Volumen

einer mit Tinte gefüllten Kammer kurzzeitig durch eine elektromechanische Wandlereinrichtung veränderbar ist. Hierbei werden durch den kurzzeitigen Druckanstieg einzelne Tintentröpfchen aus einer Auslaßdüse gestoßen und auf den Aufzeichnungsträger gespritzt.

Diese bekannte Anordnung hat zwar einen niedrigen Leistungsverbrauch, aber es sind bei einem Schreibkopf mn mehreren Schreibeinheiten auch mehrere Kammern und elektromechanische Wandlereinrichtungen erforderlich. Hierdurch bekommt man einen zylindrisehen Schreibkopf mit großem Durchmesser, durch den die Schreibstelle unmittelbar nach dem Abdruck nicht eingesehen werden kann. Andererseits verteuern die vielen elektromechanischen Wandlereinrichtungen den Schreibkopf erheblich. Auch weist ein derartiger

Schreibkopf mit z. B. sieben Schreibeinheiten viele Einzelteile auf. die in mehreren Arbeitsgängen montiert werden müssen. Hierbei ist auch eine gewisse Geschicklichkeit von der die Montage ausführenden Person erforderlich, zumal die Abmessungen der aus piezoelektrischem Material bestehenden Plättchen sehr klein sind.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung zur Erzeugung von Tintentröpfchen (US-PS 3 211 088) werden die Dnickimpulse in einer Flüssigkeitskammer

durch in dieser angeordnete elektromechanische Wandlereinrichtungen erzeugt. Durch die plötzlichen Druckanstiege werden einzelne Tintentröpfchen aus den Auslaßdüsen geschossen. Hierbei sind mehrere elektromechanische Wandlereinrichtungen nebcneinander in einer gemeinsamen Kammer angeordnet, die mit in einer Reihe angeordneten Auslaßdüsen zusammenwirken. Mit dieser Einrichtung ist bei einem Schreibkopf mit mehreren dicht nebeneinanderliegenden Auslaßdüsen keine gleichmäßige Tropfenbildung

möglich, da beim Ausschießen eines Tintentröpfchens aus einer Auslaßdüse auch die Flüssigkeitsspiegel der benachbarten Auslaßdüsen, insbesondere während der Saugphase, mit beaufschlagt werden. Diese Störungen machen sich besonders bei hohen Spritzfrequenzen be-

i>5 merkbar.

Der im Anspruch I angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Tintenspritz-Schreibkopf der bekannten Art so weiterzubilden, daß eine durch ein

Erregersystem beaufschlagbare Tintenkammer über mehrere Auslaßdüsen Tinte ausstoßen kann, wobei eine über längere Zeit gleichmäßige Tintentröpfchen ausstoßende Druckwelle exakt auf die Auslaßdüsen des Spritzkopfes ausgerichtet ist Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Erfindung gelöst

Damit ergibt sich als wesentlicher Vorteil, daß eine durch ein Erregersystem beaufschlagbare Tintenkammer über mehrere Auslaßdüsen Tinte in sehr einfacher Weise ausstoßen kann.

Durch die vorteilhafte Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist es möglich, auch eine schneller trocknende Flüssigkeit — z. B. Tinte — als bei den bekannten Vorrichtungen zu verwenden. Durch die während der eingeschalteten Maschine ständig schwingende Flüssigkeit wird eine Ablagerung mikroskopisch kleinster Teilchen in den Auslaßdüsen und damit ein Verstopfen dieser Auslaßdüsen verhindert Bei abgeschalteter Maschine werden die AuslJJdüsen durch eine Abdeckplatte abgedichtet, um ein Austrocknen der Flüssigkeit in den Auslaßdüsen zu verhindern. Außerdem ermöglicht die vorteilhafte Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 2 nur einen verhältnismäßig geringen Energieaufwand für den Spritzvorgang.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 ist es möglich, die Elektroden an den Auslaßdüsen der piezoelektrischen Abdeckplatte mit einem größeren wirkungsvollen Durchmesser zu versehen. Außerdem ist es hierdurch möglich, das Punktraster der Schriftzeichen noch weiter zu verfeinern. Hierdurch ist auch eine Erzeugung von Schriftzeichen mit zusammenhängenden Punkten möglich. Ein derartiges feines Punktraster läßt sich auch vorteilhaft mit dem Gegenstand des Anspruchs 6 erstellen, der sich besonders für eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Spritzkopf und Aufzeichnungsträger eignet.

Ausführungsbeispiele werden an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Tintenspritzkopf mit in einer Reihe angeordneten Auslaßdüsen,

F i g. 2 einen Schnitt 1-1 gemäß F i g. 1,

F i g. 3 eine Ansicht auf die Abdeckplatte mit den Auslaßdüsen.

Fig.4 eine Draufsicht auf einen Tintenspritzkopf mit zwei Reihen Auslaßdüsen, die vers. ;/t zueinander angeordnet sind und

F i g. 5 eine Draufsicht auf einen Tintenspriukopf mit einer Reihe Auslaßdüsen, die auf einer zur Diagonalen des Schriftzeichenfeldes parallelen Linie angeordnet sind.

In F i g. 2 ist ein Schnitt durch einen Spritzkopf 1 für ein Tintenspritz-Schreibwerk dargestellt, der einen Rotationskörper 3 mit einer durchgehenden Flüssigkeitskammer 5 aufweist. Diese Flüssigkeitskammer 5 weist an der Oberfläche, welche hier das zu bedruckende Papier 7 darstellt, eine stetige Verjüngung 9 auf, die in einen Kapillarspalt 11 mündet. Dieser Kapillarspalt It steht mit mehreren Auslaßdüsen 13 einer aus piezoelektrischem Material bestehenden Abdeckplatte 15 in Wirkverbindung, welche mit dem Rotationskörper 3 fest verbunden ist. Die Abdeckplatte 15 weist beidseitig konzentrisch zu den Auslaßdüsen 13 angeordnete, kreisringförmige Querschnittsminderungen 17, 19 auf, wobei die ebenfalls kreisringförmigen Oberflächen der Abdeckplatte 15 zwischen den Auslaßdüsen 13 und den Querschnittsminderungen 17, 19 mit Elektroden 21, 23 versehen sind. Die Elektroden 21, 23 erhalten über Leitungsdrähte 25,27 Spannungsimpulse von einer Signalquelle 29, durch die die piezoelektrischen Wandler der ausgewählten Auslaßdüsen 13 aktiviert werden. Der Längsschnitt der Auslaßdüsen 13 kann z. B. die Form gemäß F i g. 2 haben, wobei die zylindrische öffnung 31 jeder Auslaßdüse 13 zu dem Kapillarspalt 11 hin entsprechend eines Diffusors erweitert ist Hierdurch werden bei Erregung der piezoelektrischen Wandler Druckstöße nach innen auf die Flüssigkeit ausgeübt Selbstverständlich ist es auch möglich, die Auslaßdüsen 13 in den piezoelektrischen Wandlern so auszubilden, daß Druckstöße nach außen auf die Flüssigkeit ausgeübt werden können.

Die Flüssigkeitskammer 5 weist an ihrem den Auslaßdüsen 13 gegenüberliegenden Ende einen kreisförmigen Kapillarraum 35 auf, der durch eine Abdeckplatte 37 mit einer elastischen Membrane 39 abgedeckt ist und der über einen umlaufenden Zulauf 41 mit einem nicht dargestellten Flüssigkeitsvorratsbehälter in Verbindung steht. Die Membrane 39 ist durch ein Erregersystem beaufschlagbar, das z. B. aus einem piezoelektrischen Kristall 45 besteht. Der piezoelektrische Kristall 45 ist über Zuleitungen 47,49 entsprechend F i g. 2 von einer nicht dargestellten Signalquelle erregbar. An der Einmündung des Zulaufs 41 in den Kapillarraum 35 ist eine als Düse-Prallplatte-System ausgebildete Diode 43 eingebaut, wodurch der Strömungswiderstand bei der Volumenänderung der Flüssigkeitskammer 5 durch den piezoelektrischen Kristall 45 zum Zulauf hin sehr groß und in der umgekehrten Richtung sehr klein ist.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine andere Verteilung der Auslaßdüsen. In F i g. 4 sind zwei senkrecht zur Richtung der Relativbewegung zwischen Spritzkopf und Aufzeichnungsträger angeordnete Reihen Auslaßdüsen 51, 53 gegeneinander versetzt angeordnet. Hierbei läßt sich eine feinere Schriftrasterung erzielen, wobei allerdings eine schrittweise Relativbewegung zwischen Spritzkopf und Aufzeichnungsträger zweckmäßig bzw. erforderlich ist.

Ordnet man den Kapillarspalt 47 und eine Reihe Auslaßdüsen 49 auf einer zur Diagonalen des Schriftzeichenfeldes parallelen Linie entsprechend F i g. 5 an, so ist eine Erzeugung von Schriftzeichen mit zusammenhängenden Punkten möglich. Hierbei ist eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen Spritzkopf und Aufzeichnungsträger zweckmäßig. Hierdurch läßt sich mit einfachen Mitteln ein brauchbares Schriftbild erzeugen.

Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist folgende: Wird von einer Spannungsquelle ein Spannungsimpuls über die Leitungsdrähte 47,49 auf den Pi ^- zokristall 45 gegeben, so zieht sich dieser infolge seiner Polarisation radial zusammen und biegt sich nach innen durch. Hierdurch wird ein Druckimpuls auf die Flüssigkeit in dem Kapillarraum 35 und in der Kammer 5 gegeben. Synchron mit dem Anlegen einer Spannung an dem Piezokristall 45 werden auch Spannungen an die Elektroden 21, 23 derjenigen Auslaßdüsen 13 gelegt, aus denen keine Tintentröpfchen gespritzt werden sollen. Hierbei üben die beaufschlagten Auslaßdüsen 13 nach innen gerichtete Druckimpulse auf die Flüssigkeit aus, die den Druckimpulsen, welche durch den Piezokristall 45 erzeugt werden, entgegenwirken und ein Ablösen der sich über die Öffnung der Auslaßdüsen 13 hinauswölbenden Flüssigkeit verhindern. Der von dem Piezokristall 45 erzeugte Druck ist so ausgelegt, daß aus allen Auslaßdüsen 13 Tröpfchen gestoßen werden können, wenn an keiner der Elektroden 21, 23 eine

Spannung angelegt worden ist. Um dieses zu ermöglichen, muß der Piezokristall 45 entsprechend dimensioniert sein.

Der Piezokristall 45 kann schwächer dimensioniert sein, wenn die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 5 durch den Piezokristall 45 in dauernde Schwingungen entsprechend seiner Eigenfrequenz versetzt wird, ohne daß sich Flüssigkeitströpfchen von der über die öffnungen der Auslaßdüsen 13 hinauswölbenden Flüssigkeit beim Vorschwingen ablösen. Zum Zweck des Ablösens von Flüssigkeitstropfen von den Auslaßdüsen 13 werden Spannungen an die Elektroden 21, 23 der ausgewählten Auslaßdüsen 13 in der Abdeckplatte gelegt, wodurch z. B. ein zusätzlicher Druckimpuls auf die Flüssigkeit in Richtung auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 7 gegeben wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß der schwingenden Flüssigkeitssäule Druckimpulse wie oben beschrieben entgegengerichtet werden und so ein Ablösen von Flüssigkeitströpfchen verhindern. Die Flüssigkeit kann z. B. mit dem Einschalten der Maschine bereits in ständige Schwingungen versetzt werden, wodurch ein Ablagern mikroskopisch kleiner Teilchen und damit auch ein Verstopfen der Auslaßdüsen 13 während der Betriebsbereitschaft der Maschine vermieden werden. Beim Abschalten der Maschine werden die Auslaßdüsen 13 automatisch durch eine Vorrichtung verschlossen, so daß ein Austrocknen der Tinte in den Auslaßdüsen vermieden wird.
Sind Tropfen aus den Auslaßdüsen 13 gestoßen worden, dann wird während der Rückschwingung des Piezokristalls 45 die der aus der Flüssigkeitskammer 5 ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge entsprechende Flüssigkeitsmenge über die Flüssigkeitsdiode 43 aus dem Vorratsbehälter weider nachgesogen.

Die Erfindung ist keineswegs auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind Abweichungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen ohne Änderung des Erfindungsgedankens möglich, die an Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten und Abmessungen in Form von konstruktiven Änderungen vorgenommen werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeitströpfchen auf einem Aufzeichnungsträger, insbesondere Tmtenspritz-Schreibwerk, mit einer Flüssigkeitskammer, die einen Zulauf für die aus einem Vorratsbehälter kommende Flüssigkeit aufweist und deren Volumen durch von einem piezoelektrischen Erregersystem kurzzeitig erzeugte Drucksto ße derart schlagartig veränderbar ist, daß Flüssigkeit durch mindestens eine Auslaßdüse, die in dem dem Aufzeichnungsträger zugewandten Ende der Flüssigkeitskammer angeordnet ist, drückbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskammer (5) sich in Richtung ihres dem Aufzeichnungsträger (7) zugewandten Endes zu einem Kapiftarspalt (11) verjüngt, daß mehrere, mit dem Kapillarspalt (11) in Verbindung stehende Auslaßdüsen (13) in einer aus piezoelektrischem Material bestehenden, ein zweites piezoelektrisches Erregersystem bildenden Abdeckplatte (15) angeordnet sind und daß jede ausgewählte Auslaßdüse (13) der Abdeckplatte (15) derart gezielt örtlich aktivierbar ist, daß der Ausstoß von Müssigkeitströpfchen durch jede Auslaßdüse (13) steuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Druckimpulse des ersten piezoelektrischen Erregersystems (45) die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer (5) in dauernde Schwingungen entsprechend einer Eigenfrequenz versetzbar ist. ohne daß sich Flüssigkeitstropfen von der über die öffnungen (31) der Auslaßdüse (13) hinauswölbenden Flüssigkeit ablösen, und daß Flüssigkeit aus einer oder mehreren ausgewählten Auslaßdüsen (13) durch mit den Druckimpulsen des ersten piezoelektrischen Erregersystems (45) synchronen Druckimpulsen durch die in den entsprechenden Bereichen aktivierte Abdeckplatte (15) in Richtung «uf den Aufzeichnungsträger (7) ausstoßbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Druckimpulse des ersten piezoelektrischen Erregersystems (45) die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer (5) in dauernde Schwingung entsprechend einer Eigenfrequenz versetzbar ist, daß die Druckimpulse ausreichen. Flüssigkeitströpfchen auf den Aufzeichnungsträger (7) zu sprit zen, und daß der Ausstoß von Flüssigkeit durch eine oder mehrere ausgewählte Auslaßdüsen (13) verhinderbar ist durch mit den Druckimpulsen des ersten piezoelektrischen F.rregersystenis (45) synchrone Druckimpulse der in den entsprechenden Bereichen aktivierten Abdeckplatte (15), die die Flüssigkeit durch eine zu dem Kapillarspalt (11) hin ausgebildete Erweiterung der Auslaßdüse (13) in Richtung zur Flüssigkeitskammer (5) verdrängen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis i. dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Flüssigkeitskammer (5) an ihrem dem Aufzeichnungsträger (7) zugewandten Ende eine stetige Verjüngung aufweist, die in den Kapillarspalt (11) mündet, daß die den Auslaßdüsen (13) gegenüberliegende Rückseite der Flüssis>kcitskammer (5) einen kreisförmigen Kapillarraum (35) aufweist, der durch eine Abdeckplatte (37) mit einer das erste piezoelektrische Erregersystem bildenden, durch einen piezoelektrischen Kristall (45) beaufschlagbaren Membrane (39) abgedeckt ist, und daß der kreisförmige Kapillarraum (35) über einen Zulauf (41) mit dem Flüssigkeitsvorratsbehälter in Verbindung steht

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei senkrecht zur Richtung der Relativbewegung zwischen Spritzkopf und Aufzeichnungsträger nebeneinander angeordnete Reihen Auslaßdüsen (51, 53) vorgesehen sind, die gegeneinander versetzt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapillarspalt (47) und eine Reihe Auslaßdüsen (49) auf einer zur Diagonalen des Schriftzeichenfeldes parallelen Linie angeordnet sind.