DE2448341B2 - Anordnung zur vermeidung des ansaugens von luft durch die duesen eines spritzsystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art

Derartige Tintenspritzköpfe (DT-OS 21 64 614) weisen wenigstens ein Spritzsystem auf, bestehend aus einer Kammer, die über einen Zulauf mit einem Reservoir und mit der Düse zum Tintenaustritt in Tropfenform fließverbunden ist. In der Kammer eingelassen sind Elemente zur Erzeugung eines kurzen Druckanstieges in der eingefüllten Tinte, insbesondere ist ein Wandungsteil verformbar und mit einem Keramikschwinger starr verbunden. Beim Beaufschlagen des Keramikschwingers verformt sich dieser Wandungsteil und das Volumen der Kammer verringert sich, so daß es zum Austritt von Tinte aus der Düse kommt. Wird nun der den Keramikschwinger verformende Impuls gelöscht, schwingen Keramikschwinger und Membrane in ihre Ruhelage. Hs hat sich gezeigt, c'aß in der Phase des Zurückschwingens der druckerzeugenden Elemente, der Saugphase, es zu einem Wandern des Tintenmeniskus an der Düse in Richtung auf die Kammer des Spritzkopfes und somit zum Lufteintritt kommt, obwohl Tinte aus dem angeschlossenen Reservoir nachzufließen imstande ist.

In der US-PS 25 12 741 ist eine Einrichtung der genannten Art bekanntgeworden. Diese zeigt zudem noch einen Behälter, der von der Kammer durch einer, Wandungsteil abgetrennt ist. Der Wandungsteil ist geschichtet und besteht aus einem Paar Membranen und einem zwischen diesen gelagerten Quarz. Der Behälter ist mit gleicher Flüssigkeit gefüllt wie die zum Spritzen verwendete und der Bodenteil zeigt gleiche Form und Abmessungen wie der Wandungsteil der Druckkammer auf. Die derartige Gestaltung dieser Einrichtung dient im wesentlichen der Verbesserung der Tropfenbildung. Beim Beaufschlagen des piezoelektrischen Kristalls verändert sich das Volumen der Kammer durch Eintauchen der Membrane in diese, und es wird ein Tropfen infolge Druckanstieges aus der Düse abgegeben. Diese Anordnung hat aber Nachteile. Die ausgestoßenen Tröpfchen streuen stark schon bei einer freien Flugstrecke von etwa 10 mm. Es können keine gleichmäßig geformten und durch gleiche Flüssigkeitsmenge gebildete Tropfen erzeugt werden. Es hat sich gezeigt, daß während der Saugphase Luft durch die Düse in die Kammer eindringen kann, die zum Versagen des Spritzkopfes führt. Ein sauberes Schriftbild ist nicht erzielbar.

Des weiteren ist in der DT-OS 22 10 512 ein Düsendrucker beschrieben worden mit einer Pumpenkammer, die über einen Zulauf mit Tinte versorgt wird. Der dem Zulauf entgegengesetzte Bereich geht in eine Düse zur Tintenabgabe in Tropfenform über. Das Volumen der Pumpenkammer ist durch ein Wandlersystem in der Weise veränderbar, daß infolge plötzlichem Verkleinerns der Pumpenkammer Tinte aus der Düse austritt. Um einen sich gleichzeitig in den Versorgungsbereich zurückschnellenden Impuls abzublocken, ist der Strömungswiderstand von der Kammer zum Vorratsbehälter hin durch eine Fluidik-Diode größer als in

Richtung Austrittsdüse gehalten.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, das Einsaugen von Luft durch die Düse jedes Spritzsystems derartiger Tintenspritzköpfe während der Saugphase zu vermeiden.

Die Erfindung zeigt zwei Lösungswege auf, durch die die Aufgabe gelöst wird.

Entsprechend Anspruch 1 wird mit beginnender Saugphase Tinte in der mit der Düse in Verbindung stehenden Kammer aus einer mit ihr fließverbundenen Druckkammer ergänzt, ohne daß die auf die Tinte wirkende Kapillarkraft in der Düse überwunden wird.

Anspruch 2 zeigt eine Möglichkeit, die Membrane in der Kainmer einzusetzen und zu arretieren. Durch die die Membrane umgebende Flüssigkeit wird diese gedämpft.

Anspruch 3 geht von der Schaffung einer zweiten Kammer aus, deren Volumen sich im Gegensatz zur ersten Kammer bei Beaufsculagung des Keramikschwingers vergrößert, so daß bereits in der Druckphase Tinte aus dem Reservoir gesogen wird, die beim Rückführen des Keramikschwingers in die erste Kammer fließt und einen Lufteintritt verhindert. Die Saugphase kann durch Umpolen des Impulses an dem Keramikschwinger wesentlich verkürzt werden.

Um die Vielzahl der Mittel zu reduzieren und ein kleinstes räumliches Ausmaß des Spritzkopfes zu ermöglichen, sind nach Anspruch 4 beide Druckkam· mern durch eine gemeinsame Membrane getrennt, die entsprechend Anspruch 5 mehrschichtig ausgeführt ist mit in verschiedenen Ebenen voneinander isoliert angeordneten Leitern zur Impulsleitung. Da nun die Diode in dem Nachlaufkana¹ derart ausgelegt sein kann, daß sie zwar bei einem großen Impuls für den Tropfenaustritt ein Rückfließen sperrt, einem langsamen Fließen jedoch nur geringen Widerstand entgegenbringt, ist es möglich, den Keramikschwinger in Ruhezeiten mit einem Impuls geringerer Spannung und flacher Charakteristik zu beaufschlagen. Hierbei hat sich überraschend gezeigt, daß sich beispielsweise bei Verwendung kolloidischer Tinte ausgeschiedene Farbpartikeln erneut in der Tinte auflösen oder es bei dauerndem Beaufschlagen des Keramikschwingers nicht erst zum Ausscheiden dieser kommt.

Anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 einen stark vergrößerten Tintenspritzkopf mit einer ersten erfinderischen Einrichtung,

F i g. 2 eine zweite erfinderische Einrichtung in schematischer Darstellung und

Fig.3 eine weitere erfinderische Einrichtung in schematischer Darstellung.

Der in Fig. 1 dargestellte Tintenspritzkopf 1 weist ein oder mehrere Spritzsysteme auf, von denen jedes eine Kammer 3, eine Membrane 4, der mit einem Kermikschwinger 5 starr verbunden ist, einen Zulauf 6 für aus einem Reservoir (nicht dargestellt) nachlaufende Tinte und eine Düse 2 beinhaltet. In die Kammer 3 ist eine weitere Membran 7 eingesetzt, die in Richtung Düse und dieser Richtung entgegen und an der Kammerwandung 14 durch Bunde 15 abgestützt ist. In die Bunde 15 sind Kanäle 10 eingelassen, so daß die durch die Membrane 7 gebildeten Druckkammern 8, 9 miteinander verbunden sind. Es steht jeweils einem Ende jedes Kanals 10 ein Wandungsteil 14 der Kammer 3 gegenüber, die mit den Kanälen Dioden !1, 12 bilden und somit den Tintenfluß in der Impulsphase steuern. Durch die Aufteilung der Kammer 3 durch die Membrane 7 ist eine erste Druckkammer 8, die mit der s Düse 2 direkt verbunden ist und eine zweite Druckkammer 9, die mit dem Zulauf 6 verbunden ist, geschaffen.

Die Funktion nach dem Einsetzen der Membrane 7 ist folgende: Wird an den Keramikschwinger 5 eine

ίο Spannung gelegt, biegt sich die mit ihm starr verbundene Membrane 4 durch, die in der Druckkammer 9 stehende Flüssigkeitssäule leitet den Impuls auf die Membrane 7, die sich verformt, und es kommt zum Tropfenabriß an der Öffnung der Düse 2, da sich demzufolge auch die Druckkammer 8 momentan verkleinert. Nach dem Tropfenabriß ist ein nahezu normaler Druck in der Düse und der Druckkammer S eingetreten und die Membrane 7 kehrt in ihre Ruhelage zurück, bevor die Spannung an dem Keramikschwinger 5 gelöscht ist. Die Druckkammer 8 vergrößert sich in ihrem Volumen und die sich verkleinernde Druckkammer 9 gibt Tinte über die Kanäle 10 bereits in der Saugphase des Systems an die Kammer 8 ab. Nach Abschalten des Impulses kehrt die Membrane 4 in die Ruhelage zurück, wodurch sich das Volumen der Druckkammer 9 vergrößert und Tinte aus dem Zulauf 6 einfließen kann. Die Dioden 11, 12, gebildet durch die

. den Kanälen 10 gegenüberliegenden Wandungsteile 14 der Kammer 13 können nach Prallflächenurt ausgebildet sein und verhindern einen größeren Tinienfluß in Richtung Druckkammer 9.

Fig. 2 zeigt ein Spritzsystem mit einer Kammer 19, einem Druckerzeuger, bestehend aus einer Membrane 4 und einem Keramikschwinger 5, wobei die Kammer mit einer Düse 2 fließverbunden ist. Es ist eine weitere Kammer, Nachlaufkammer 17. mit einem membranen Wandungsteil 18 angeordnet. Die Membrane 18 ist mit der Membrane 4 durch eine Stütze 21 fest verbunden. Beide Kammern 17, 19 sind durch einen Nachlaufkanal 20 fließverbunden. In diesen Kanal oder in die Nachlaufkammer mündet der Zulauf 6. In den Nachlaufkanal 20 und den Zulauf 6 sind Dioden 12, 11 bekannter Art eingelassen, die ein Zurückfließen von Tinte während der Druckimpulsc beim Spritzen in Richtung auf die Nachlaufkammer 17 und das Reservoir vermeiden. Die Funktion dieser Anordnung ist folgende: Beim Anlegen eines Impulses an den Keramikschwinger 5 biegen sich beide Membranen 4, 18 durch. Hierbei verkleinert sich die Kammer 19, und es kommt zum Tintenaustritt aus de. ')üse 2. Gleichzeitig vergrößert sich die Nachlaufkammer !7, die demzufolge Tinte aus dem Reservoir über die Zuleitung zieht. Beim Abschalten des an den Keramikschwinger angelegten Impulses kehren die Membranen mechanisch in ihre Ruhelage, und es fließt insbesondere überschüssige Tinte aus der Nachlaufkammer 17 in die Kammer 19.

Eine gleichwirkende Anordnung zeigt Fig. 3. Die Positionen entsprechen denen der F i g. 2. Die Membranen 4, 18 der vorangegangenen Anordnungen sind

hu hierbei vereint. Der Keramikschwinger ist durch ein Dielektrikum 22 gegen die Tinte in der Kammer 17 isoliert. Die an den Kermaikschwinger 5 gelegten Impulse können durch eine Membrane 4, 18 geleitet werden, die mehrschichtig aufgebaut ist mit wtehseln-

()s der Folge von Nichtleiter und Leiter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Vermeidung des Ansaugens von Luft durch die Düse eines Spritzsystemes während der Saugphase, insbesondere eines Tinte gezielt auf eine Oberfläche spendenden Tintenspritzkopfes, der zumindest ein Spritzsiystem mit einer Kammer aufweist, mit einer Membran und einem diese auslenkenden Druckerzeuger zur Erzeugung kurzer Druckanstiege in der Kammer durch plötzliches Verkleinern ihres Volumens, wobei die Kammer über eine Fluidik-Diode mit einem Zulauf für die aus einem Reservoir kommende Tinte und mit der Düse für den Tintenaustritt fließverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (3) durch _J5 eine zweite Membran i[7) in eine erste (8), der Düse (2) und eine zweite (9), dem Zulauf (6) zugeordnete Druckkammer aufgeteilt ist, daß die Membran parallel zur den Druckerzeuger mitbildenden Membran (4) ausgespannt ist, daß die Druckkammern (8, 9) durch wenigstens einen Kanal (10) untereinander verbunden sind und daß im Zulauf (6) und dem Kanal (10) zumindest je eine Fluidik-Diode (11, 12) angeordnet ist, die einem Rückfluß von Tinte in Richtung Reservoir entgegenwirken, wobei die Zeit, die der Druckerzeuger ausgelenkt ist, größer ist als die Zeit, die die zweite Membran benötigt, um aus ihrer Ruhelage in ihre maximal ausgelenkte Lage und wieder zurück in ihre Ruhelage zu gelangen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (7) in die Kammer (3) einsetzbar und axial in Richtung der Saug- und der Druckstöße des Druckerzeugers (4, 5) und radial an der Kammerwandung (14) durch Bunde (15) abgestützt ist, daß in die Bunde (15) Kanäle (10) eingelassen sind und daß je einem Ende jedes Kanals die Wandung (14) der Kammer (3) a!s Praüplatten gegenüberstehen.

3. Anordnung zur Vermeidung des Ansaugens von Luft durch die Düse eines Spritzsystems während der Saugphase eines Tinte gezielt auf eine Oberfläche spendenden Tintenspritzkopfes, der zumindest ein Spritzsystem mit einer Kammer aufweist, mit einer Membran und einem diese auslenkenden Druckerzeuger zur Erzeugung kurzer Druckanstiege in der Kammer durch plötzliches Verkleiners ihres Volumens, wobei die Kammer über eine Fluidik-Diode mit dem Zulauf für die aus einem Reservoir kommende Tinte und mit der Düse für den Tintenaustritt fließverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer eine Nachlaufkammer (17) zugeordnet ist mit einem elastischen Wandungsteil (18), der mit der den Druckerzeuger mitbildenden Membran (4) verbunden ist zur Bildung von zwei Kammern (17, 19) mit gegensinnig sich ändernden Volumina, daß beide Kammern (17, 19) durch einen Nachlaufkanal (20) und die Nachlaufkammer (17) über einen Zulauf (6) mit dem Reservoir fließverbunden ist und daß im Zulauf- (6) und dem Nachlaufkanal (20) je eine Fluidik-Diode (11, 12) ^₀ angeordnet ist, die einem Tintenfluß aus der Kammer (19) in die Nachlaufkammer (17) und in das Reservoir entgegenwirkt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (19) und die Nachlaufkammer (17) durch eine gemeinsame Membrane (18) begrenzt werden, die zugleich den Keramikschwinger (5) trägt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Keramikschwinger (5) tragenden Membrane (18) mehrschichtig ausgebildet ist mit wechselweise geschichteten elektrisch leitenden und nichtleitenden Ebenen.