DE2449732B1 - Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines konstanten Druckes von Tinte in einem Tintenversorgungssystem eines Tintentroepfchen-Druckers - Google Patents

Description

• aus der Zwischenkammer gewährleistet und ein Eindringen von Luft in die Austrittsdüsen verhindert. Hierdurch werden immer gleichmäßig große Tintentropfen aus den Auslaßdüsen des Spritzkopfes gestoßen. Durch den Gegenstand des Anspruchs 4 wird gewährleistet, daß die Tinte bei einem eventuell zu hohen Druck in der Zwischenkammer wieder in das Reservoir zurückgeleitet werden kann. Ebenfalls ermöglicht diese Anordnung, daß die von der Tinte mitgeführten Luftblasen in die freie Atmosphäre entweichen können.
• Weitere Merkmale der Erfindung sind den anderen Unteransprüchen zu entnehmen.
• Die Erfindung ist nachstehend an Hand von einem in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und F i g. 2 eine Einzelheit aus F i g. l.
• In F i g. l ist ein Spritzkopf 1 zum Erzeugen von Schriftzeichen aus Tintentröpfchen auf einem Aufzeichnungsträger 7 mit mehreren, z. B. sieben, Schreibeinheiten dargestellt. Dieser Spritzkopf 1 ist auf einem Schlitten 3 fest angeordnet, welcher auf einer Achse 5 verschiebbar gelagert und mittels einer Gewindespindel 9 längs des Aufzeichnungsträgers 7 transportierbar ist. Die Gewindespindel 9 ist z. B. mittels eines Schrittmotors 11 antreibbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Spritzkopf 1 fest anzuordnen und den Aufzeichnungsträger 7 entsprechend zu transportieren.
• Der Spritzkopf 1 ist über flexible Schläuche 13, 15 mit einem Verteiler 17 verbunden, welcher über einen Zulaufkanal 19 mit einer Zwischenkammer 23 in Fließverbindung steht. Die Zwischenkammer 23 weist an ihrem Austritt in dem Zulaufkanal 19 ein Auslaßventil 21 auf, das ein Strömen der Tinte nur in der Richtung zum Spritzkopf 1 gestattet. Die Zwischenkammer 23 steht andererseits über einen weiteren Zulaufkanal 25 mit einem Tintenreservoir 27 in Fließverbindung. Der in die Zwischenkammer 23 einmündende Zulaufkanal 25 weist ein Einlaßventil 29 auf, das ein Rückströmen von Tinte aus der Zwischenkammer 23 zum Reservoir 27 hin verhindert. Weiterhin ist an dem oberen Ende der Zwischenkammer 23 ein als Druckmeßrohr ausgebildetes Steigrohr 31 angeordnet, das von zwei im Abstand angeordnete und als Meßfühler ausgebildete Signalgeber 33, 35 umgeben ist. Die in dem Steigrohr 31 steigende und fallende Tintensäule erzeugt Steuersignale in den Signalgebern 33, 35, welche die Steuersignale über einen Verstärker 37 an eine Steuereinrichtung 39 weitergeben. Die Steuereinrichtung 39 wiederum steht mit einer Heizplatte 41 in Wirkverbindung, welche mit einer Bimetallplatte in einem Wandungsteil der Zwischenkammer 43 fest verbunden ist. Diese Bimetallplatte 43 besteht aus zwei fest miteinander verbundenen Platten 45, 47, welche verschieden große Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Hierbei weist die im Inneren der Zwischenkammer 23 zugewandte Platte 47 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als die äußere Platte 45. Weiterhin weist die innere Platte 47 im Bereich ihrer Befestigungsenden als Wärmesperre ausgebildete Vertiefungen 49, 51 auf. Hierdurch wird verhindert, daß die in die Bimetallplatte gespeicherte Wärme in die übrigen Wandungsteile der Zwischenkammer 23 weitergeleitet wird.
• In der F i g. 2 ist ein Teilausschnitt des Spritzkopfes 1 aus der F i g. 1 dargestellt. Die in dem Spritzkopf 1 angeordneten Tintenkammern 55 weisen einerseits Auslaßdüsen 53 auf und sind andererseits in bekannter Weise durch je eine elastisch ausgebildete Membran 57 abgedeckt. An diese Membran 57 ist ein als elektromechanische Wandlereinrichtung ausgebildeter piezoelek- trischer Kristall 59 angeschlossen, der zur Erzeugung von kurzzeitigen Impulsen dient. Die Kristalle 59 erhalten die Steuerimpulse über Leitungsdrähte 61 von einer Steuereinrichtung 63.
• Die Wirkungsweise des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist folgende: Beim Anlegen einer Spannung an den Kristall 59 biegt sich dieser schlagartig nach innen durch, wobei das Volumen in der Kompressionskammer 58 ebenfalls schlagartig vermindert wird. Die hierbei erzeugte Druckwelle pflanzt sich über die Tintenkammer 55 gleichmäßig fort, wobei schließlich eine der in der Kompressionskamn7er 58 verdrängte Flüssigkeit entsprechende Flüssigkeitsmenge durch die Austrittsdüsen 53 gestoßen und als Tropfen auf den Aufzeichnungsträger 7 geschleudert wird.
• Ein Entweichen der Druckwelle durch den in die Zwischenkammer 55 mündenden Zulaufkanal 65, der über einen Verteiler 14 mit den Schläuchen 13, 15 in Fließverbindung steht, ist durch deren senkrechte Anordnung zur erzeugten Druckwelle und deren geometrischen Abmessungen nicht möglich. Beim Zurückschwingen des Keramikschwingers 57, 59 in seine Ruhestellung wird Tinte über den Zulaufkanal 65, die Schläuche 13, 15 und über den Zulaufkanal 19 aus der Zwischenkammer 23 nachgesaugt. Da der Druck in der Zwischenkammer immer annähernd konstant gehalten wird, ist das Nachfließen der Tinte während der Saugphase immer sichergestellt und ein Ansaugen von Luft in die Austrittsdüsen 53 verhindert.
• Der Druck in der Zwischenkammer 23 ist so ausgelegt, daß die Tintensäule in dem Steigrohr 31 zwischen den beiden Signalgebern 33, 35 fallen und steigen darf.
• Erreicht die Tintensäule in dem Steigrohr 31 den unteren Signalgeber 33, so leitet dieser Steuersignale über den Verstärker 37 an die Steuereinrichtung 39, welche die Heizplatte 41 in Tätigkeit setzt. Hierdurch wird die Bimetallplatte 43 erwärmt, welche sich dann nach innen durchbiegt und den Druck in der Zwischenkammer 23 erhöht. Ein Rückströmen der Tinte in das Reservoir 27 wird hierbei durch das Einlaßventil 29 vermieden. Die Tintensäule in dem Steigrohr 31 steigt so lange, bis diese den oberen Signalgeber 35 erreicht hat. Dieser Signalgeber 35 gibt dann Steuersignale über den Verstärker 37 an die Steuereinrichtung 39, welche die Heizplatte 41 dann wieder abschaltet. Während des Abkühlens der Bimetallplatte 43 wird Tinte über das einseitig wirkende Einlaßventil 29 aus dem Reservoir 27 selbsttätig nachgesaugt.
• Wenn der Druck in der Zwischenkammer 23 unter den vorgesehenen Minimalwert abfällt und keine Tinte aus dem Reservoir 27 mehr nachströmen kann, dann gibt die Steuereinrichtung 39 einen Steuerimpuls an die Steuereinrichtung 63 für die elektromechanischen Wandlereinrichtungen 57, 59. In diesem Fall verhindert die Steuereinrichtung 63, daß die elektromechanischen Wandlereinrichtungen 57, 59 noch beaufschlagt werden können. Erst wenn der Reservebehälter 27 wieder gefüllt oder ausgetauscht worden ist und die Zwischenkammer 23 wieder mit Tinte gefüllt ist, kann die Steuereinrichtung 63 wieder Signalimpulse an die elektromechanischen Wandlereinrichtungen 57, 59 weitergeben.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht mit einfachen Mitteln, daß dem Spritzkopf immer Tinte mit annähernd konstantem Druck zugeführt wird und daß die Tinte in der Zwischenkammer 23 selbsttätig nachgefüllt wird.
• Die mit der Steuereinrichtung 39 für die Bimetallplatte 43 zusammenwirkende Druckmeßvorrichtung kann selbstverständlich auch anders ausgebildet sein.
• So können für die Grenzwertbestimmung der Tintensäule in dem Steigrohr auch zwei Elektroden vorgesehen sein, die entsprechende Signalimpulse an die Steuereinrichtung 39 weiterleiten. Auch kann die äußere Platte 45 gleichzeitig als Heizplatte ausgebildet sein.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines konstanten Druckes von Tinte im Tintenversorgungssystem eines Tintentröpfchen-Druckers, bei dem Tinte dem Spritzkopf durch einen Zulaufkanal aus einem Reservoir zugeführt wird und als einzelne Tintentröpfchen aus einer Auslaßdüse dieses Spritzkopfes zum Drucken auf einem Aufzeichnungsträger ausgetrieben werden, mit einer Meßfühleinrichtung für die Feststellung des herrschenden Tintendruckes und mit einer daran über eine Steuervorrichtung angeschlossenen Einrichtung zum Ausgleichen von Druckänderungen, d a d u r c h g e k e n n -z ei c h n e t, daß in dem Zulaufkanal (25, 19) eine Zwischenkammer (23) angeordnet ist, von der mindestens ein Wandungsteil eine Bimetallplatte (43) aus zwei fest miteinander verbundenen Platten (45, 47) mit verschieden großen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, deren dem Inneren der Zwischenkammer (23) zugewandte Platte (47) einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die äußere Platte (45), daß die Bimetallplatte (43) mit einer Heizeinrichtung verbunden ist, die an die Steuervorrichtung (39) zum Ausgleichen von Druckänderungen angeschlossen ist und daß der in der Zwischenkammer (23) mündende Zulaufkanal (25) ein Einlaßventil (29) aufweist, das ein Rückströmen von Tinte aus der Zwischenkammer (23) in das Reservoir (27) verhindert, und daß in dem Austritt der Zwischenkammer (23) ein Ayslaßventil (21) angeordnet ist, das nur ein Strömen von Tinte zum Spritzkopf (1) gestattet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Heizplatte (41) ist, welche mit der äußeren Platte (45) der Bimetallplatte (43) fest verbunden ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer (23) an ihrem oberen Ende ein als Druckmeßrohr ausgebildetes Steigrohr (31) aufweist und daß das Steigrohr (31) von zwei im Abstand angeordnete und als Meßfühler ausgebildete Signalgeber (33, 35) umgeben ist, durch welche die Füllstandshöhe der Tinte abtastbar ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (31) eine Überlaufleitung (67) aufweist, die mit dem Reservoir (27) in Fließverbindung steht.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Platte (47) im Bereich ihrer Befestigungsenden als Wärmesperre ausgebildete Vertiefungen (49, 51) aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Platte (45) der Bimetallplatte (43) als Heizplatte ausgebildet ist.

   Die Erfindung geht von einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art aus.

   Stand der Technik Bei derartigen Spritzköpfen von Tintentröpfchen-Druckern ist für die Sicherstellung einer einwandfreien Tropfenerzeugung mit gleichmäßig großen Tröpfchen wichtig, daß die dem Spritzkopf aus einem Reservoir zugeführte Tinte immer einen konstanten Druck aufweist. Durch die deutsche Offenlegungsschrift 21 32 082 ist ein Tintenspritz-Schreibwerk bekannt, bei dem einzelne Tintentropfen durch Volumenverdrängung aus einer Auslaßdüse einer Fluidkammer geschossen werden. Die Fluidkammer steht hierbei über einen Einlaßkanal mit einem Tintenvorratsbehälter in Verbindung.

   Außerdem weist die eine Wand der Fluidkammer eine Membrane auf, die durch einen piezoelektrischen Kristall beaufschlagbar ist. Wenn ein Druckimpuls in der Fluidkammer zum Ausstoßen eines Tintentropfens aus der Auslaßdüse erzeugt wird, so hat der Druck auch die Tendenz, Tinte zurück durch den Einlaßkanal gegen die vom Farbbehälter zu drängen. Um dieses Rückströmen zu begrenzen, ist eine genaue Abstimmung der Querschnitte von Ein- und Auslaßkanal der Kammer und der Austrittsöffnung des Druckers erforderlich. Außerdem wird dieses Rückströmen noch durch die Flüssigkeitssäule im Einlaßkanal und im Reservebehälter begrenzt. Da sich die Flüssigkeitssäule während des Spritzvorganges ändert, lassen sich mit dieser bekannten Anordnung keine in sich gleichmäßige Tropfen erzeugen. Beim Sinken der Flüssigkeitssäule werden die Rückströme größer, und der Druck in der Kammer ist dann nicht mehr hoch genug, um gleichmäßige Tintentropfen auszustoßen.

   Die deutsche Offenlegungsschrift 23 46 558 zeigt bereits eine Meßfühleinrichtung für das Feststellen des herrschenden Tintendruckes, die über eine Steuereinrichtung Druckschwankungen in dem Spritzkopf ausgleicht. Die Steuereinrichtung steht zu diesem Zweck mit einer den Tintendruck erzeugenden Pumpe in Wirkverbindung. Diese bekannte Vorrichtung erfordert einen hohen und teuren Bauaufwand.

   Weiterhin zeigt die Vorrichtung nach der deutschen Offenlegungsschrift 23 00 523 einen Zwischenbehälter zwischen Reservoir und Spritzkopf mit einem Rückschlagventil gegenüber dem Reservoir Diese bekannte Vorrichtung ist ebensowenig wie der ältere Vorschlag gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 23 23 220 zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung geeignet. Die letztgenannte Vorrichtung weist eine in einem Tintenspritzkopf mit einem Bimetallstreifen versehene Druckausgleichsvorrichtung auf, welche ein Austreten von Tinte aus den Auslaßdüsen des Spritzkopfes bei Temperaturschwankungen verhindern soll.

   Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die dem Spritzkopf Tinte unter einem annähernd konstanten Druck mit verhältnismäßig einfach herstellbaren und zuverlässig wirksamen Mitteln zuführt. Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Erfindung gelöst.

   Vorteile Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine hohe Druckqualität. Durch Einsatz von einfachen Hilfsmitteln wird gewährleistet, daß dem Spritzkopf immer Tinte mit einem annähernd konstanten Druck zugeführt wird. Der Stand der Tintensäule in dem Vorratsbehälter hat also keinen Einfluß mehr auf die Tropfenerzeugung. Während der Saugphase wird außerdem stets ein Nachfließen der Tinte aus dem Reservoir bzw.