DE2507969C3 - Druckkopf für ein Tintenspritz-Schreibwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckkopf für ein Tintenspritz-Schreibwerk der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Durch die deutsche Patentschrift 2164 614 ist ein Tintenspritzkopf mit mehreren Tropfchenerzeugungsvorrichtungen bekannt, bei dem jede Tröpfchenerzeugungsvorrichtung eine innere Kammer, welche die Vorrichtung zum Erzeugen der Drucksteigerungen enthält, und eine äußere Kammer, welche über einen Verbindungskanal mit der inneren Kammer und mit einer Kapillaren Auslauföffnung fließverbunden ist, aufweist. Die äußere Kammer ist hierbei über einen Zulaufkanal mit einem Vorratsbehälter verbunden. Die innere Kammer hat eine Wand in Form einer Membran, auf die ein piezoelektrischer Kristall wirkt, venn an diesem eine Spannung angelegt wird. Dann krümmt sich 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 Vcrbindungskanal in die äußere Kammer ausgestoßen. Durch die aus der inneren Kammer verdrängte Flüssigkeit wird die in den Diisenausiritlsöffnungcn infolge kapillarer Kräfte 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.

Hierdurch 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 DüsenaustrL tsöffnung 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 Tinten muß gut auf dem Aufzeichnungsträger haften bleiben und darf nicht verlaufen, damit eine ausreichende Bildschärfe erzielt wird. Die Abmessungen der Austrittsdüsen 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 Verbindüngen, die aber die Viskosität der Lösung heraufsetzen.

Um die gewünschcen Eigenschaften zu erlangen, sind

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

Dieses bedeutet, daß die Spritzköpfe bzw. die inneren Wandungen der Tintenkammern aus korrosionsbeständigen teueren Materialien bestehen müssen. Bei einem Spritzkopf mit mehreren Kompressionskammcrn und entsprechenden Austrittsöffnungen erfordert dies eine sehr teure und komplizierte Fertigung. Ein weiterer Nachteil der obengenannten bekannten Anordnung besteht darin, daß sich in der inneren Kammer Bakterien bilden. Der Baktcrienbclag und die Krisiallisation der Tinte führen sehr schnell zu Verstopfungen, insbesondere der Auslaßdüsen.

Durch die Literalurstellen IBM Technical Disclosure Bulletin VoI 15, Nr. 3, August 1972, Seite 909 und IBM Technical Disclosure Bulletin VoI 16, Nr. 6 November 1973, Seite 1834 sind Tintenkammern abschließende Folien bekannt, welche mit Impiilserregern unmittelbar zusammenwirken. Diese Folien dienen aber nicht als Trennmittel, die zwischen den Kompressionskammcrn mit inertem Medium und den Kapillarkanälen mit der Druckfarbe ausgespannt sind. Außerdem erfolgt die Kraftübertragung bei diesen bekannten Anordnungen mechanisch und nicht h>drodynamisch.

Der Erfindung liegt dis Aufgabe zugrunde, einen Spritzkopf anzugeben, bei dem die Wechselbeziehung zwischen den Eigenschaften der zum Schreiben verwendeten Tinte und dem Material aus dem der Spritzkopf gefertigt ist, weitgehend beseitigt ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Piitoniansprtich I gekennzeichnete [Erfindung gelöst.

Der erfindungsgemäße Tintenspritzkopf ermöglicht selbst bei hohen Spritzfrcquen/.cn noch eine glcichmä-

h'"> ßige Tröpfchenbildung und /cichncl sich durch seinen einfachen und billigen Aufbau aus. Durch den [-!rfindungsgegenstand 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 daß 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 zwischen dem inerten Medium in der Druckkammer und derTinte in der äußeren Kammer unterbunden.

15

Erläuterungtier Erfindung

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 Düsenaustrittsöffnungen,

F i g. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 und

F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.

In der Fi g. 1 ist ein Schnitt durch einen Spritzkopf 1 mit mehreren in einer Reihe angeordneten Kapillarkanälen 2 mit Kapillaröffnungen 3 dargestellt. Die Kapillarkanäle 3 sind in einer Abdeckplatte 5 angeordnet, welche mit einem Grundkörper 7 luftdicht verbunden ist. In diesem Grundkörper 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 Leitungsdrähte 15 Steuerimpulse von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung erhalten. Die Kompressionskammern 9 stehen über Energieflußkanäle 17 mit Kapillarkanälen in Wirkverbindung, wobei zwischen den Kapillarkanälen 2 und den Energieflußkanälen 17 eine Folie 19 ausgespannt ist. Die Folie 19 trennt die Energieflußkanäle 17 und die Kapillarkanäle 2 luft- und -to flüssigkeitsdicht voneinander ab. Der in der Kompressionskammer 9 erzeugte Überdruck wird über den Energieflußkana! 17 und die Folie 19 auf die Druckfarbe in dem Kapillarkanal 2 übertragen, wodurch bei jedem Druckimpuls ein Flüssigkeitstropfen aus der Kapillar-Öffnung 3 ausgestoßen wird. Die Übertragung des Druckes von den Energieflußkanälen 17 über die Folie 19 auf die Kapillarkanäle 2 wird dadurch begünstigt, daß die Kapillarkanäle an ihren der Folie 19 zugewandten Enden Erweiterungen 21 aufweisen. Hierdurch wird eine Verformung der Folie 19 weilgehend vermieden. Die Kapillarkanäle 2 stehen über Nachfüllkanäle 23, 24 mit einem Zulaufkanal 25 zum Vorratsbehälter 27 in Verbindung. Durch die als elastische Trennwand ausgebildete Folie zwischen den Energieflußkanälen 17 und den Kapillarkanälen 2 mit der Druckfarbe ist es möglich, die Kompressionskammer 9 mit einem inerten Medium zu füllen, das chemisch inaktiv gegenüber den inneren Wandungen der Kompressionskammern und wenig kompressibel ist und einen niedrigen Tempera- en Hifkocffiziciiten und einen niedrigen Dampfdruck aufweist. Dieses inerte Medium kann aus einer Flüssigkeit oder aus einem Gas bestehen. Weilerhin soll dieses inerte Medium möglichst ein kleines spezifisches Gewicht haben. Hierdurch wird eine masscarmc M Druckübertragung er/.iclt, was wiederum eine kleinere Dimcnsionicrung der Dru'ikiibertragungsvorrichtiingen ermöglicht. Da das inerte Medium nicht aggressiv ist, sind keine besonderen Materialien oder Oberflächenbehandlungen der Druckkammer 9 erforderlich. Der Aufbau eines Spritzkopfes mit mehreren in einer Reihe angeordneten Kapillaröffnungen 3 kann daher leicht und einfach ausgeführt werden. Lediglich die Wandungen der Kapillarkanäle 2 müssen gegenüber der basischen bzw. 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 Oberdruck in der Kompressionskammer 9 kurzzeitig erzeugt wird. Die hierbei erzeugte Druckwelle pflanzt sich über die Energieflußkanäle 17 gleichmäßig fort und drückt die Folie 19 schlagartig in die Erweiterung 21 eines Kapillarkanales 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 Membrane 11, das inerte Medium in der Kompressionskammer -i und die Folie 19 wieder in ihre Ausgangsstellungen zurück. Durch den hierdurch erzeugten Unterdruck wird Druckfarbe über die Nachfüllkanäle 23, 24 und dem Zulaufkanal 25 aus dem Vorratsbehälter 27 in bekannter Weise nachgesogen.

Das Einfüllen des inerten Mediums in die Kompressionskammer 9 und die Energieflußkanäle 17 erfolgt über einen Zulaufkanal 29, der über ein schließbares Ventil 31 mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter für das inerte Medium verbunden ist. Das Füllen der Kompressionskammern 9 und der Energieflußkanäle 17 erfolgt unter Vakuum.

In der Fig.3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei eine Folis zwischen der Kompressionskammer 33 und dem Kapillarkanal 35 mit der Kapillaröffnung 37 gemäß den Fig. I und 2 fehlt. Das inerte Medium, z. B. inerte Flüssigkeit in der Kompressionskammer 33. steht hierbei unmittelbar mit der Druckfarbe in dem Kapillarkanal 35 in Berührung. Das inerte Medium darf in diesem Fall nicht mit der Druckfarbe mischbar sein. Das Einfüllen des inerten Mediums in die Kompressionskammer 33 erfolgt über einen Zulaufkanal 39, welcher über ein sperrbares Ventil 41 mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter for das inerte Medium verbunden ist. Der Kapillarkanal 35 steht ebenfalls über Nachfüllkanäle 43 und 45 mit einem Druckfarbenvorratsbehälter in bekannter Weise in Fließverbindung. Die Druckerzeugung erfolgt auch hierbei durch eine aus einer elastischen Membrane 47 und einem Piezikristail 49 bestehenden elektromechanischen Wandlereinrichtung.

Die erfindungsgemäßen Spritzköpfe lassen sich leicht und biiüg herstellen und montieren. Weiterhin ermöglichen diese Spritzköpfe immer ein sauberes und gleichmäßiges Druckbild, da Blasen- und Bakierienbiidung in den Kompressionskammern ausgeschaltet werden. Die massearme Durckübertragung ermöglicht außerdem den Einsatz der Spritzköpfe für hohe Spritzfrequenzen. Weiterhin kann eine Tinte verwendet werden, die die eingangs genannten Forderungen voll erfüllt. Die durch die Gegenstände der F i g. I bis 3 erzielbiiren optimalen Impulsübertragungen kann auch dadurch erzielt werden, daß das Trennmedium /wischen dem inerten Mcdiurr in den Kompressionskammern und der Tinte aus einer Quecksilberperle besteht. Line Vermischung der Tinte mit dem inerten Medium wird auch hierdurch ausgeschaltet.

Die erfindungsgemalte Anordnung ermöglicht eine optimale Impiilsiiherlragiing auch bei einem Sprit/köpf mit mehreren in einer Reihe angeordneten Kapillaröffnungcn und die Verwendung einer für das Tintensprit/-vcrfahren sehr günstigen Tinte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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 Tintentröpfchen 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 kompressibel und chemisch inaktiv gegenüber den Wandungen der Kompressionskammern (9) ist, und daß Trennmittel 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 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel eine Folie (19) ist, die zwischen den Kompressionskammern (9) mit dem inerten Medium und den Kapillarkanälen (2) mit der Druckfarbe ausgespannt ist.

3. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ο as Trennmittel aus einer Flüssigkeit besteht, die einerseits mit der Druckfarbe in den Kapillarkanälen (2) und andererseits mit dem inerten Medium in den Kompression- \ammern (9) in unmittelbarer Berührung steht.

4. Druckkopf insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Medium auch das Trennmittel ist.