DE2435056B1

DE2435056B1 - Device for generating a circulation movement in liquids, in particular of ink in ink spray heads with ink-filled capillaries

Info

Publication number: DE2435056B1
Application number: DE19742435056
Authority: DE
Inventors: Sieghard Mueller; Rudolf Strecker
Original assignee: Olympia Werke AG
Current assignee: Olympia Werke AG
Priority date: 1974-07-20
Filing date: 1974-07-20
Publication date: 1976-01-29

Description

In F i g. 1 ist ein Tintenspritzkopf dargestellt mit einem Grundkörper 1, weiteren nicht positionierten Aufbauteilen, einer als Membran fungierenden Wandung 4 und einem Keramikschwinger 3. Bei dessen elektrischem Beaufschlagen wird infolge dadurch ausgelöstem Durchbiegen der Membran ein Kurzimpuls auch in die Kompressionskammer 2 und als beschleunigte Tintenbewegung in die Düse 18 bewirkt, der zum Austreten von Tintentropfen aus der Düse führt. Aus der Düse abgestoßene Tinte wird über die zu einem Reservoir führende Rohrleitung 13 ergänzt. In den Stillstandsphasen, beispielsweise bei Nichtbenutzung am Wochenende, des im allgemeinen in Zeilenrichtung über einem Aufzeichnungsträger beschleunigten und abgebremsten Spritzkopfes und bei seinem Bewegen kommt es zu Ausscheidungen von Tintenpartikeln aus der Lösung, die sich an den Wandungen von Hohlräumen, z. B. der Kompressionskammer 2 und auch der später noch zu beschreibenden kapillaren Kanäle 14 und 15, absetzen. Die Erfindung setzt hier ein und macht sich den Effekt der Elektroosmose zunutze zu gezielten Flüssigkeitswanderungen, wonach in einem Kapillarrohr bei Anlegen einer Spannung an als Anode und Kathode ausgebildeten Rohrenden molekulare Verschiebekräfte auftreten, die eine Verschiebung der Flüssigkeit, die sich im Gegensatz zur Wandung der Kapillare entsprechend negativ polarisiert hat, in Richtung der Anode bewirken. Durch Ändern der Stromrichtung kann die Verschieberichtung geändert werden und es ist nachgewiesen, daß andere Flüssigkeiten umgekehrtes Verhalten zeigen. Die Größe der Flüssigkeitsbewegung ist im wesentlichen abhängig von der Stromstärke. Versuchen zufolge kann mit geringen Spannungen unter 10 Volt eine Verschiebung bewirkt werden, die ausreichend ist, eine Tintenbewegung hervorzurufen. In Fig. 1 shows an ink jet head with a base body 1, other non-positioned structural parts, a wall functioning as a membrane 4 and a ceramic oscillator 3. When it is electrically charged, as a result a short pulse triggered by the bending of the membrane even into the compression chamber 2 and into the nozzle 18 as accelerated ink movement causing ink droplets to emerge from the nozzle. Repelled from the nozzle Ink is replenished via the pipeline 13 leading to a reservoir. In the standstill phases, for example when not in use at the weekend, generally in the direction of the line over a recording medium accelerated and braked spray head and as it moves, ink particles precipitate from the solution, which are located on the walls of cavities, e.g. B. the compression chamber 2 and also the capillary channels 14 and 15 to be described later. The invention sets in here and uses the effect of electro-osmosis in a targeted manner Fluid migration, after which in a capillary tube when a voltage is applied Molecular displacement forces occur at pipe ends designed as anode and cathode, which is a displacement of the liquid, which is in contrast to the wall of the capillary has correspondingly negatively polarized, effect in the direction of the anode. By changing the direction of movement of the current can be changed and it has been verified that that other fluids show the opposite behavior. The amount of fluid movement is essentially dependent on the current strength. According to tests, can with low Voltages below 10 volts cause a displacement that is sufficient cause ink movement.

F i g. 1 zeigt drei Einrichtungen dieser Art, die gemeinsam aber auch getrennt wirken können. Wird an die Elektroden 5, 6, 7, 8 mit wechselnder Polarität Gleichspannung angelegt, so bewegt sich die Flüssigkeit in der kapillaren Düse 18. Durch entsprechende Ansteuerungen der Elektroden kann eine umlaufende Strömung der Tinte in der kapillaren Düse 18 erzeugt werden. die verflüchtigte Lösungsmittel aus der Kompressionskammer 2 ausgleicht. Ein sehr kritischer Bereich ist bei Spritzköpfen dieser Art der Impulsbereich um den Druckerzeuger 3, 4. Bei Verunreinigung und infolge Gasbildung in diesem Bereich setzt der Spritzkopf im allgemeinen aus. Beim Überschreiten einer maximalen Temperatur von 30° im Spritzsystem werden Gase aus der Flüssigkeit ausgeschieden, die in dieser als Bläschen schweben und dann zu einem Versagen des Spritzsystems führen, wenn sie sich im Impulsbereich absetzen können. Während der Spritzzeiten werden diese in der Tinte und mit dieser bewegt. In Ruhezeiten wandern sie und setzen sich, wie die aus dem Kolloid gelösten Farbpartikeln, an der Wandung ab. Durch Bewegen der Flüssigkeit ist es möglich, Farbpartikeln erneut zu lösen und zu verhindern, daß sich Gase an der Wandung absetzen. Hinzu kommt, daß beim Erkalten zuvor ausgeschiedene Bläschen erneut von der Tinte aufgenommen (absorbiert) werden, so daß die gezielte Tintenbewegung diesen Vorgang fördert. Die Elektroden 9, 10, 11, 12 bewirken bei gleicher Ansteuerung. F i g. 1 shows three facilities of this type, which are common however can also act separately. Is attached to electrodes 5, 6, 7, 8 with alternating polarity When DC voltage is applied, the liquid moves in the capillary nozzle 18. By activating the electrodes accordingly, a circulating flow of the Ink can be generated in the capillary nozzle 18. the volatilized solvent from the compression chamber 2 compensates. A very critical area is with spray heads this type of pulse area around the pressure generator 3, 4. In the event of contamination and as a result The spray head generally ceases to form gas in this area. When crossing a maximum temperature of 30 ° in the spray system, gases are released from the liquid excreted, which float in this as bubbles and then lead to failure of the Spray system if they can settle in the impulse area. During the Injection times, these are moved in and with the ink. Hike during rest periods they and, like the color particles loosened from the colloid, settle on the wall away. By moving the liquid, it is possible to redissolve color particles and to prevent gases from settling on the wall. In addition, the Cool down previously excreted bubbles are again taken up (absorbed) by the ink so that the targeted movement of the ink promotes this process. The electrodes 9, 10, 11, 12 have the same control.

auch über gleiche Steuermittel, die zu F i g. 2 beschrieben werden, gleiche Wirkung. Jedoch wird hier Einfluß genommen auf den Impulsbereich. Die Elektroden 16 und 17 erzeugen in dem Kanal t5, der nur in dem Bereich der Elektroden kapillar wirksam ist, einen Unterdruck in der Tinte, so daß Tinte aus dem Düsenbereich abgesogen wird, wenn die Elektrode 17 positiv geschaltet ist. Der dadurch entstehende Druck hinter den Elektroden auch bei umgekehrter Polarität dieser ist auf einen Wert einstellbar, der geringer ist als die die Oberflächenspannung des Meniskus an der Offnung der kapillaren Düse 18 überwindenden Kraft. Im übrigen kommt es zum Nachfließen von Tinte aus dem Zulauf 13 und der Kompressionskammer 2, die einen Druckunterschied an der Düsenöffnung kompensiert. Während der Druckphase ist es möglich, die kapillaren Kanäle 14 und 15 durch Anlegen einer geringen Spannung an die Elektroden dieser Kanäle zu blockieren. um einen Tintenverlust zu vermeiden.also via the same control means as to F i g. 2 are described, same effect. However, the pulse range is influenced here. The electrodes 16 and 17 produce in the channel t5, which is capillary only in the area of the electrodes is effective, a negative pressure in the ink, so that ink is sucked out of the nozzle area is when the electrode 17 is switched positive. The resulting pressure behind the electrodes, even if the polarity is reversed, this can be set to a value which is less than the surface tension of the meniscus at the opening of the capillary nozzle 18 overcoming force. Otherwise there is a continued flow of Ink from the inlet 13 and the compression chamber 2, which have a pressure difference compensated at the nozzle opening. During the printing phase it is possible to use the capillary Channels 14 and 15 by applying a low voltage to the electrodes of these Block channels. to avoid ink loss.

Fig.2 geht ein auf eine einfache mögliche Schaltungsanordnung zur Steuerung der Elektroden 5, 6, 7, 8. FIG. 2 deals with a possible simple circuit arrangement Control of electrodes 5, 6, 7, 8.

9, 10, 11, 12. Der Umschalter 24 schaltet zunächst bei geschlossenem Netzhauptschalter 22 das Schreibwerk, die Ansteuerung des Keramikschwingers, die Motorsteuerung u. dgl., die als Kästchen dargestellt und mit 23 positioniert sind aus und die Ansteuerung der Elektroden ein. Andere Umschaltungen sind denkbar etwa in der Weise, daß die Elektroden grundsätzlich in jeder Stillstandsphase, beim Austauschen eines Aufzeichnungsträgers oder beim Belegen eines Speichers erregt werden können. Über einen Taktgenerator 19 wird ein Ringzähler 20 angesteuert. Dieser nimmt die Ansteuerung dieser Elektroden vor. Die Pegel der Ausgangssignale des Ringzählers werden durch die Schaltstufen 21 an die Elektroden angepaßt. Die Ansteuerung der Elektroden ist auf eine derartige Schaltung nicht festgelegt.9, 10, 11, 12. The changeover switch 24 initially switches when the switch is closed Main power switch 22 the writing unit, the control of the ceramic oscillator, the Motor control and the like, which are shown as a box and positioned at 23 off and the control of the electrodes on. Other switchings are conceivable, for example in such a way that the electrodes are basically in every standstill phase when replacing a recording medium or when occupying a memory can be excited. A ring counter 20 is controlled via a clock generator 19. This takes the Control of these electrodes before. The level of the output signals of the ring counter are adapted by the switching stages 21 to the electrodes. The control of the Electrodes is not restricted to such a circuit.

Diese dient der Vollständigkeit des Erfindungsgegenstandes. Darüber ist auch daran gedacht, den Erfindungsgedanken in beispielsweise Tintenschreibern einzusetzen mit einer kontinuierlichen Tintenabgabe bei der Aufzeichnung eines Diagramms.This serves the completeness of the subject matter of the invention. About that is also intended to use the inventive idea in, for example, ink pens use with continuous ink delivery when plotting a graph.

Weiterhin ist es möglich, die Schaltung in der Weise aufzubauen, daß auch zum Zeitpunkt des Abschaltens eines Impulses an dem Keramikschwinger 3, in der die Saugphase eines solchen Spritzsystems beginnt. eine Spannung an die Elektroden an der kapillaren Düse 18 gelegt wird, die einen Fluß von Tinte in der beschriebenen Weise bewirken, der zugleich einen Flußwiderstand darstellt gegen die in das Spritzsystem zurückweichenden Tinte. It is also possible to set up the circuit in such a way that that even at the time of switching off a pulse on the ceramic oscillator 3, in which the suction phase of such a spray system begins. a voltage across the electrodes is placed on the capillary nozzle 18, causing a flow of ink in the described Cause way, which at the same time represents a flow resistance against the in the spray system receding ink.

Claims

Claims: 1. Device for generating a circulation movement liquids containing paint particles.

especially of ink in needles, ink jet heads and the like with ink-filled capillaries in their non-writing phase, marked d u r c h, that electrodes (5, 6, 7, 8, 9. t0, 11, 12, 16, 17) a DC voltage can be applied in the area of the ink-filled capillaries (1S, 14, 15) is. whose polarity can be changed by control means (19, 20, 21) in such a way that Ink according to the polarization of its ink particles towards an electrode opposite polarity movable and ink in the one that has become free through migration Space is reflowable.

2. Device according to claim 1 in an ink jet head with a Inlet for the ink coming from a container with at least one device for generating pressure pulses. a compression chamber and chambers for conduction of the pressure pulse in the ink in at least one nozzle for the ink outlet, thereby characterized in that a pair of electrodes (5, 8, 6, 7) in the transition to a compression chamber (2) into the capillary nozzle (18) and in the area of the capillary outlet opening Nozzle is arranged.

3. Device according to claim 2, characterized in that the compression chamber (2) at least through an additional capillary channel (14, d5) with the inlet (13) is connected, and each capillary channel is a pair of electrodes (9. 10, 11. 12. 16, 17) at its end.

The invention relates to a device as specified in claim 1 Art and deals with styluses, ink jets, and the like with ink as a jet, in the form of drops or as an emerging meniscus aimed specifically at a recording medium surface donating capillary, which via pipe connections. generally flexible lines, are connected to a refill supply system. In the capillaries in particular and even those within the writing system not related to the atmosphere standing capillaries exists when using conventional ink liquids Risk of color particles separating out of the colloid. Furthermore there is the openings under the direct influence of the atmosphere the danger of Drying out and also the formation of a meniscus in this opening covering it Films.

In the DT-AS 12 85 753 a writing measuring device is shown with an ink container and a pen connected to this by a channel.

Two tubes coming from a reservoir open into the ink container, whose intermediate parts are helically wound around the drive rod, so that the movement of the pen and the consequent change in opposite directions Volumes in the intermediate parts maintain a constant flow of ink during operation will. When the measuring device is idle, the ink is also there, so that there are color particles excrete, which are on the wall of pen, ink container and pipeline drop. In addition, the ink at the nozzle opening dries out. so that at Moving the recording strip when restarting solid particles in reach the nozzle and close it.

Furthermore, an ink jet head has become known in DT-AS 21 64 614 with a drop-forming system consisting of a compression chamber, a Pressure generator and a membrane in this, an ink inlet for from a reservoir incoming ink and a nozzle for dispensing the ink in the form of drops. On the one hand there is even with such an ink jet head, the possibility of separating Ink particles during breaks and due to high acceleration and deceleration impacts when positioning for approaching an impression point, which is reflected by the exit faint ink becomes noticeable after the ink jet head is started up, on the other hand air or heat excreted from the ink can damage the meniscus covering skin cannot be overcome by impulses from the pressure transducer.

The invention is based on the object in the cavities of such Ink and especially those in the critical areas the outlet opening and the pulse formation after switching off the ink outlet causing impulse and especially to move during rest periods of the write head and regenerate by supplying fresh ink.

The object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 specified features. Claims 2 and 3 are particularly preferred applications.

The advantages of this invention are, inter alia, that the Waiting time, the time it takes for colloid that can be used for writing to leak out When the writing unit is started up, the ink is significantly shortened after a long break can be. When arranged in pairs at the outlet opening of the nozzle Electrodes a waiting time is not necessary. In addition, it has become an essential Effect result from the fact that excreted from the ink and floating in it Gas bubbles and also those at rest due to temperature changes, for example evoked are moved in the liquid. These are filter or semipermeable Walls can be separated from the liquid.

Another advantage is given by the fact that the oscillating movement the ink in the nozzle when the pressure-causing pulse is switched off, and in particular the ink meniscus at the nozzle opening retreats into the cavity is avoided if in the suction phase of such a system DC voltage in the electrodes are placed.

In the following the invention is based on an exemplary embodiment described. The drawing shows in FIG. 1 a section in high magnification through a spray head and F i g. 2 a possible circuit for controlling the Electrodes.