DE2507969B2

DE2507969B2 - Druckkopf für ein Tintenspritz-Schreibwerk

Info

Publication number: DE2507969B2
Application number: DE19752507969
Authority: DE
Inventors: Eilt-Heyo 2940 Wilhelmshaven Rittberg
Original assignee: Olympia Werke AG
Current assignee: AEG Olympia Office GmbH
Priority date: 1975-02-25
Filing date: 1975-02-25
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2507969C3; DE2507969A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckkopf für ein Tintenspritz-Schreibwerk der im Oberbegriff des Patentanspruchs I angegebenen An.

Dimh die deutsche Palentschrift 21 64 b!4 ist ein Tintenspril/kopf mil mehreren Tropfchener/eugungsvorrichlungcn bekannt, bei dem jede Tröpfchenerzeugungsvorrichtung eine innere Kammer, welche die Vorrichtung /um Erzeugen der Drucksleigcrungen einhält, und cmc äußere Kammer, welche über einen Verbindungskanal mit der inneren Kammer und mit einer Kapillaren Ablauföffnung fließverbunden ist. aufweist. Die äußere Kammer ist hierbei über einen /ulaulkanal mit einem Vorratshalter verbunden. Die innere Kammer hat eine Wand in Form einer Membran, auf die ein piezoelektrischer Krislall wirkt, wenn an diesem eine Spannung angelegt wird Dann krümmt sieh die Membran mit Bezug auf die innere Kammer nach innen und verursacht darin einen Druckanstieg. Dadurch wird die in dieser Kammer enthaltene Tinte mit großer Geschwindigkeit aus dieser inneren Kammer durch den Verbindungskanal in die äußere Kammer ausgestoßen Durch die aus der inneren Kammer verdrängte flüssigkeit wird die in den Düsenausirillsöffnungen infolge kapillarer Kräfle zurückgehaltene Flüssigkeit ausgestoßen und in Form eines Tropfens nach außen abgegeben. Wenn die Spannung am piezoelektrischen Kristall abgeschaltet wird geht die Membran in ihre Ausgangsstellung zurück und es entsteht in der inneren Kammer ein Unterdruck. I lierdurch wird Tinte aus dem mit der äußeren Kammer in Fließverbindung stehenden Tintenvorratsbehälter nachgesaugt. Die Vorrichtung arbeitet wie eine ventillose Pumpe, in dem Tinte von der äußeren Kammer angezogen und durch die Düsenaustrittsöff-

H) nung ausgestoßen wird.

Um ein immer gleichmäßiges Schriftbild zu erzeugen, sind bei dieser bekannten Anordnung sowohl von dem Spritzkopf selbst, als auch von den Tinten mehrere Bedingungen zu erfüllen. Die aus Gründen der Oberflächenspannungen wäßrigen Tinten sollen z. B. eine hohe Farbintensität aufweisen. Daraus ergibt sich für den Farbstoff die Forderung nach hervorragender Löslichkeit im Wasser. Der Farbstoff der Tiiiten muß gut auf dem Aufzeichnungsträger haften bleiben und darf nicht verlaufen, damit eine ausreichende Bildschär-

! Ι* Ul /IV.H VVIlU. Lyie /MMIIUS^IJIIgCII UUl ΓΛΙΙΛΙΙ lll3UU.1v.il erfordern außerdem, daß der Farbstoff der Tinte die Viskosität nicht wesentlich heraufsetzt und außerdem beim Stehen nicht auskristallisiert. Um weiterhin eine

« Verdampfung des Wassers und damit einer Eintrocknung vorzubeugen, sind den wäßrigen Farbstofflösungen noch sogenannte Feuchthaltemittel zugesetzt. Diese Feuchthaltemittel sind im wesentlichen mit Wasser mischbare, hochsiedende organische Verbin-

w düngen, die aberd^;i: Viskosität der Lösung heraufsetzen.

Um die gewünschten Eigenschaften /u erlangen, sind

die wäßrigen Tinten basisch bzw. sauer. Hierdurch werden die Tinten gegenüber vielen Metallen aggressiv.

Dieses bedeutet, daß die .Spritzköpfe bzw. die inneren

Ii Wandungen der Tintenkainmcrn aus korrosionsbeständigen teueren Materialien bestehen müssen. Bei einem Spritzkopf mit mehreren Kompressionskammern und entsprechenden Auslrillsöffniingen erfordert tlr<-s eine sehr teure und kompli/ierlo Feri^i'ng. I.in heilerer Nachteil der obengenannten bekannten Anordnung besteht darin, daß sich in der inneren Kammer Bakterien bilden. Der Baklerienbclag und die Kristallisation der Tinte führen sehr schnell zu Verstopfungen, insbesondere der Aiislaßdüsen.

*"> Durch die l.ileratiirstcllcn IBM Technical Disclosure Bulletin VoI 15. Nr. J. August 1972. Seile 409 und HtM Technical Disclosure Bulletin VoI Ib, Nr. b November 1973, Seile 1834 sied Tintenkammern abschließende Folien bekannl, welche mit Impulserregern unmittelbar

'>'< zusammenwirken. Diese folien dienen aber nicht als Trennmittel, die zwischen den Kompressionskammern mit inertem Medium und den Kapillarkanälen mit der Druckfarbe ausgespannt sind. Außerdem erfolgt die Kraftübertragung bei diesen bekannten Anordnungen

'>'> mechanisch und nicht hydrodynamisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spritzkopf anzugeben, bei dem die Wechselbeziehung zwischen den Eigenschaften der zum Schreiben verwendeten Tinic und dem Material aus dem der

W) Spritzkopf gefertigt ist. weitgehend beseitigt ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch ) gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Der erfindungsgemäße Tintensprit/kopf ermöglicht selbst bei hohen Spritzfrequenzen noch cmc glcichmä-

fi"> ßige Tröpfchenbildung und zeichnet sich durch seinen einfachen und billigen Aufbau aus. Durch den Erfindungsgegenstand ist es nun möglich, die Druckkammer mit einem Medium auszufüllen, das nicht agressiv ist und

die Blasen- und Bakterienbildung verhindert. Wenn ein inertes Medium mit einem kleinen spezifischen Gewischt und einer niedrigen Viskosität gewählt wird, dann können die Druckerzeuger noch kleiner dimensioniert werden. Es kann eine Tinte verwendet werden, die die o. g. Forderungen erfüllt, ohne dall der Spritzkopf komplizierter und teuerer wird. Die Druckübertragung wird gegenüber der eingangs genannten Anordnung noch masseärmer. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird jegliche Aktivität ι ο /wischen dem inerten Medium in der Druckkammer und der Tinte in der äußeren Kammer unterbunden.

Erläuterung der Erfindung

15

Die Erfindung ist nachstehend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Spritzkopf mit mehreren in einer Reihe angeordneten Üüsenaustritts- >o öffnungen,

F i g. 2 eine Einzelheit aus I·' i g. 1 und

F" i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.

In der Fig. I ist ein Schnitt durch einen Spritzkopf 1 mit mehreren in einer Reihe angeordneten Kapillurka- « nälen 2 mit Kapillaroffnungen 3 dargestellt. Die Kapillarkanäle 3 sind in einer Abdeckplatte 5 angeordnet, welche mit einem Grundkörper 7 luftdicht verbunden ist. In diesem (irundkörper 7 sind in bekannter Weise mehrere Kompressionskammern 9 angeordnet, welche durch eine elastisch ausgebildete Membrane 11- abgedeckt sind. An diesen Membranen 11 sind piezoelektrische Kristalle 13 befestigt, die über Leitungsdrahte 15 Steuerimpulse von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung erhalten. Die Kompres- ti sionskammern < stehen iiber Fncrgieflußkanäle 17 mit Kapillaikanälen in Wirkverbindiing. wobei zwischen den Kapillarkanälen 2 und den Energieflußkanälen 17 eine Folie 19 ausgespannt ist. Die Folie 19 trennt die Lnergieflußkjiiäle 17 und die Kapillarkanäle 2 luft- und ■»(> flüssigkeitsdii'ht voneinander ab. Der in der Kompressionskammer 9 erzeugte Überdruck wird über den Energieflußkanal 17 und die Folk· 19 auf die Druckfarbe in dem Kapillarkanal 2 übertragen, wodurch bei jedem Druckimpiils ein Flüssigkeitstropfen .ins der Kapillarölfriung 3 ausgestoßen wird. Die Übertragung des Druckes von den Energieflußkanälen 17 über die Folie l^r* auf die Kapillarkanäle 2 vird dadurch begünstig'., daß dir Kapillarkanäle an ihren der Folie 19 zugewandten Friden Erweiterungen 2i aufweisen Hierdurch wird ίο eine Verformung der Folie 19 weitgehend vermieden. V)K Kapill&rkanüle 2 stehen über Nachfüllkanäle 23, 24 mit einem /ulaiifkanal 25 /um Vorratsbehälter 27 in Verbindung. Durch die als elas"^l.he Trennwand ausgebildete Folie /wischenden Energieflußkanälen 17 ίί und den Kapillarkanälen 2 mit der Druckfarbe ist es möglich, die Kompressionskamnicr 9 mit einem inerten Medium /υ füllen, das chemisch inaktiv gegenüber den inneren Wandungen der Kompressionskammern und wenig kompressibel ist und einen niedrigen Tempera- ho lurkoeffizienten und einen niedrigen Dampfdruck aufweist. Dieses inerte Medium kann aus einer Flüssigkeit oder aus einem das bestehen. Weiterhin soll dieses inerte Medium möglichst ein kleines spezifisches Gewicht haben. Hierdurch wird eine massearme >>"> Druckübertragung er/ielt, was wiederum eine kleinere Dimensionierung der Dn jkübertragungsvorrichtungen ermöglicht. Da das inerte Medium nicht aggressiv ist.

sind keine besonderen Materialien oder Oberflächenbehandlungen der Druckkammer 9 erforderlich. Der Aufbau eines Spriizkopfes mit mehreren in einer Reihe angeordneten Kapillaroffnungen 3 kann daher leicht und einfach ausgeführt werden. Lediglich die Wandungen der Kapillarkanäle 2 müssen gegenüber der basischen b/w. sauren Tinte korrosionsbeständig sein.

Wird an einem der Piezokristall 13 eine Spannung angelegt, dann biegt die mit diesem verbundenen Membran 11 nach innen durch, wodurch ein Überdruck in der Kompressionskaminer 9 kurzzeitig erzeugt uird. Die hierbei erzeugte Druckwelle pflanzt sich ÜDer die Energieflußkanale 17 gleichmäßig fort und drückt die Folie 19 schlagartig in die Erweiterung 21 eines Kapillarkanules 2 Die hierdurch verdrängte Flüssigkeitsmenge wird aus der Kapillaröffnung 3 ausgestoßen und als Tropfen auf einen nicht dargestellten Aufzeichnungsträger geschleudert.

Wenn die Spannung an dem piezoelektrischen Kristall 13 aufhört, gehen die Meinbr ie 11, das inerte

wieder in ihre Ausgangsstellungen zurück. Durch den hierdurch erzeugten Unterdruck wird Druckfarne über die Nachfüllkanäle 23, 24 und dem Zulaufkanal 2=> aus dem Verratsbehälter 27 m bekannter Weise naengesogen.

Das Einfüllen des inerten Mediums in die Kompressionskammer 9 und die Energieflußkanale 17 erfolgt über einen /.ulaiifkanal 29. der über <. :n schließbares Ventil 31 mil einem i'kht dargestellten vorratsbehälter für das inerle Medium verbunden ist. Das lullen der Kompressionskammern 9 und der Energiellul'-xanäle 17 erfolgt unier Vakuum.

In der F i g. 3 ist ein /weites Ausluhn.-igsbeispiel dargestellt, wobei eine lohe /wischer, der Kompressionskamnier 33 und dem Kapillarkanai 35 mit der Kapillaröffnung 37 gemäß den Fig. 1 und 2 lehli. Das inerte Medium, z. B. inerte Flüssigkeit in der Komressionskammer 33, steht hierbei unmittelbar mn der Druckfarbe in dem Kapillarkanai 35 >■; Uerühnmg. Das iner j Medium darf in diesem Fall nicht rr.it der -Druckfarbe mischbar sein. Das Einfüllen des inerten Mediums in die Koinpressi< >:;skamme^r 33 trinkt über einen /ulaufkanal 39, welcher über ein spei ι bares Ventil 41 mit einem nicht dargestellten Vorratsbehäli: r iur das inerte Medium verbunden ist. Der Kapillarkana: 35 steht ebenfalls über Nachfüllkanäle 4 3 und 45 mit einem Druckfarbenvorratsbehälter in bekannter Weise in Fließverbindung. Die Druckcr/eugung erfolgt auch hierbei durch eine aus einer elastischen Membrane 47 und einem Pie/ikristal¹ 49 bestehenden elektromechanischen Wandlereinrichtung.

Die orfindungsgemäßen Spritzkopfe lassen sn.li leicht und billig herstellen und montieren. Weiterhin ermöglichen diese SpritAopfe immer ein sai.heres und gleichmäßiges Druckbild, da Blasen- und Bakterienbiltlimg in den Kompressionskammern ausgeschaltet werden. Die massearme Durckübertragung ermöglicht außerdem den E ,isatz der Spritzköpfe für hohe Spritzfrequenzen. Weiterhin kann eine Tinte verwendet werden, die die eingangs genannten Forderungen voll erfüllt. Die durch die Gegenstände der Fig. I bis 3 erzielbaren optimalen Impulsübertragungen kann auch dadurch erzielt werden, daß das Trennmedium zwischen dem inerten Medium in den Kompressionskammern und der Tinte aus einer Quecksilberperle besieht. Eine Vermischung der Tinte mit dem inerten Medium wird auch hierdurch ausgeschaltet.

Die crfindungsgemalle Anordnung ei mogln lit emc optimale Impulsübertragung auch hei einem Spnt/kopf mit mehreren in einer Reihe angeordneten kapillaroff nungcn und die Verwendung einer für das Tintensprit/· verfahren sehr günstigen Tinte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckkopf für ein Tintenspritz-Schreibwerk mit einer Anzahl Kanäle, die dem Aufzeichnungsträger zugewandte Kapillaröffnungen aufweisen, mit Druckfarbe gefüllt und über Versorgungskanäle mit einem Vorratsbehälter fließverbunden sind, wobei der Oberdruck in den Kanälen zum Ausstoßen von einzelnen Tintenlröpfchen aus den Kapillaröffnungen durch Kompressionskammern erzeugt wird, welche mit je einer Vorrichtung zur Erzeugung kurzzeitiger Druckanstiege zusammenwirken und mit den Kanälen in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Kapillarkanälen (2) in Wirkverbindung stehenden Kompressionskammern (9) mit einem inerten Medium gefüllt sind, welches einen niedrigen Dampfdruck und niedrigen Temperaturkoeffizienten hat. wenig komprcssibel und chemisch inaktiv gegenüber den Wandungen der Kompressionskammern (9) ist, und daü Trennmiüe! zwischen den Kompressionskammern (9) und den mit Druckfarbe gefüllten Kapillar-Kanälen (2) angeordnet bzw. wirksam sind, die ein Unterwandern des inerten Mediums mit der Druckfarbe verhindern.

2. Druckkopf nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel eine Folie (19) ^;st. die zwischen den Kompressionskanimern (9) mit dem inerten Medium und den Kapillarkanälen (2) mit der Druckfarbe ausgespannt ist.

3. Druckkopf nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel aus einer Flüssigkeit besteht, die einerseits mit tier Druckfarbe in den Kapillarkanälcn (2) und an Jererseits mit dem inerten Medium in den Kompressiv „iskammern (9) in unmittelbarer Berührung sieht.

4. Druckkopf insbesondere nach Anspruch J. dadurch gekennzeichnet daß das inerte Medium auch das Trennmittel ist.