DE2527079B2 - Verfahren zur Herstellung einer Düsenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenanordnung der im Oberbegriff des Anspruch 1 angegebenen Art.

Bohrungen, Düsen und kapillarwirksame Düsen dienen oftmals dem gezielten, gebündelten, auf einen Punkt oder eine Zone gerichteten Austritt von Gasen oder Flüssigkeiten. In Steuer- und Regeleinrichtungen beispielsweise kann die Steuer- und Schaltwirkung des Gas- oder Flüssigkeitsstrahles durch eine optimal ausgebildete Düse und deren Berandung verbessert werden und es kommt zu einer Reduzierung des das Ausströmen bewirkenden Druckes.

In Tintenspritzköpfen wird durch Anlegen eines kurzen Impulses an einen Piezoxyd in einer Druckkammer Tintenflüssigkeit in einen im aligemeinen kapillaren Auslaßkanal bewegt. Aus diesem wird die Tinte tropfenweise entsprechend der Impulsfolge ausgestoßen. Unebenheiten in der Düsenberandung und dem sich daran anschließenden Öffnungsbereich führen zu ungewolltem Auseinanderlaufen von Tinte über den Öffnungsbereich. Für die Richtung des aus Tropfen gebildeten Strahles aus dem Tintenspritzkopf ist die geometrische Berandung der Düse von Bedeutung. Unebenheiten und Riefen selbst im μ-Bereich führen zu Störungen, die die Bildung des Tropfens, seinen Abriß von der Düse und auch das Zurückfließen einer Übermenge Tinte nicht unwesentlich beeinflussen. Nicht in die Düse zurückgeflossene Tinte setzt sich im Öffnungsbereich ab und bildet nach dem Austrocknen Rückstände, die die Tropfenbildung ungünstig beeinflussen. Die Abstände der Oüsenkanäle voneinander an einem Matrixdruck-Kopf sind klein und es können Austrittskanäle über Resttinte miteinander verbunden werden, so daß beim Spritzen aus weniger als der Gesamtzahl Düsen Gasblasen aus beaufschlagten in nicht beaufschlagte Düsen abwandern können. Ein weiten j Problem besteht in der Austrocknungs- oder Eindickungsgefahr von Tinte in der Düse in Zeiten längerer Spritzpausen und in dem Auslaufen von Tinte und Zurückweichen des Tintenmeniskus aus dem bzw. in dem Auslaufkanal.

So zeigt beispielsweise die DE-AS 15 11 379 wie eine Schreibflüssigkeit durch Austrittsöifnungsgestaltung in unterschiedlichen Mengen aus einer Düse auszutreten vermag, ohne gesteuert abgestoßen zu werdea Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß der Endteil des gezeigten Schreibstiftes aus einem hohlen Zylinder besteht, dessen stirnseitige Oberfläche, die senkrecht zur Spritzrichtung verläuft, feinst bearbeitet ist mit einer Oberflächenrauheit von etwa 0,5 μ. Die sich anschließende Zylinderaußenfläche weist einen Rauheitswert auf von etwa 0,05 μ. Die Herstellung derartiger Flächen verlangt teure und aufwendige Fertigungsverfahren. Eine bearbeitete Oberfläche kann Tinte halten, insbesondere wird aus der Tinte Lösungsmittel ausgeschieden, die auf einer bearbeiteten Oberfläche spreiten kann.

In der DE-OS 20 24 330 wird die Verwendung einer Düse zum Ausstoßen eines Tintenstrahles bzw. von Tropfen beschrieben, die aus hartem Glas gebildet ist mit zum Ausstoßen der Tinte notwendigem Innen- und Außendurchmesser. Die Außenfläche der Glasdüse wird mit einen Silikonbelag überzogen. Die Innenflächen und die Endflächen des Glaszylinders tragen keinen

Überzug, so daß die Tintentropfen an diesen freien Teilen haften können. Bei einem Tintenspritzkopf mit mehreren in Reihe gelagerten kapillaren öffnungen würden die Menisken ineinander übergehen und bei senkrechter Anordnung der Düsen insbesondere unter der untersten Düsenöffnung einen Tintensack bilden. In Zeiten des Nichtbetriebszustandes ist somit die austrocknende Oberfläche wesentlich vergrößert.

In der DE-OS 23 58 168 sind Formen und Ausgestaltungen des Endes von Düsen gezeigt zur Ausbildung eines stabilen, in der Düsenöffnung nicht schwankenden Strahles der aus diesen austretenden Tinte. Das Düsenende ist in einer bevorzugten Ausgestaltung gerundet mit einer gegen die Düsenöffnung abfallenden und durch den Kreisquerschnitt der Düse kegelmantelförmig-flächigen Flanke. Durch diese Ausbildung und die richtige Wahl des Kurvenradius der Außenkante des offenen Düsenendes wird ein Zittern, ein Aufzweigen und ein Zersprühen des Strahles vermieden. Durch Aufbringen einer flüssigkeitsabweisenden Schicht auf diese Bereiche entsprechend einer weiteren Ausgestaltung wird die Abbildungsflüssigkeit gehindert, über den Außenradius hochzukriechen.

In der DE-AS 23 62 576 ist eine Einrichtung zum Verhindern des Austretens von Tinte aus einem Tintenschreibkopf gezeigt, bei dem die Austrittsöffnungen um sie verlaufende, grabenförmige Ausnehmungen aufweisen. Der Düsenbereich ist so auf eine schmale und hier ringförmige Fläche begrenzt, wodurch der Tropfenabriß verbessert und die Streuung der ausgestoßenen Tintentropfen verringert wird. Gegen die Düsenfläche ist ein Abdeckpolster legbar aus einem gummielastischen und geschlossen feinzelligen Schaumstoff. Die in den grabenförmigen Ausnehmungen beim Abdecken stehende Luft bildet mit dem Abdeckpolster einen Widerstand gegen Benetzung der sich ausbreitenden Tinte.

In der US-PS 33 46 869 ist ein Tintenspender erläutert, dessen eine Düse von einem Polster aus einem Silikon-Gummi abgedeckt wird. Selbst bei hochglatter Oberfläche des Abdeckpolsters besteht die Möglichkeit eines Austritts von Tinte oder Tintenlösungsmiltel über Riefen in der Düsenberandung, so daß ein Austausch zwischen Tinte und Gas der Atmosphäre möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Herstellung einer oberflächenglatten, nicht benetzbaren Düsenumrandung, die sich besonders gut für die Abdeckung zum Verschluß der Düsen durch eine Folie eignet

Diese Aufgabe wird gelöst durch das im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Verfahren. Hierbei wird die plastifizierbare Schicht durch einen Luftstrom in eine Form gebracht und in dieser gehalten, die der optimalen Ausbildung eines Walles auch hinsichtlich der Oberflächengüte entspricht Die Oberfläche ist glatt, so daß sich eine Abdeckfolie saugend an die Stirnseite anlegt Der Tintenmeniskus verändert seine Lage auch Lageveränderungen des Schreibwerkes von einem Bedienplatz zu einem weiteren bei verschlossenen Düsen nicht

Die Übermenge Tinte beim Ausstoßen einzelner Tropfen erreicht auch unter ungünstigen Bedingungen nicht die Stirn des gebildeten Walles und wird somit von der in den Auslaßkanal zurückweichenclan Tinte mit angesogen. Das Volumen des Pufferraumes kann gering gehalten werden. Ein Eintrocknen oder Eindicken von Tinte erfolgt nur in Grenzen innerhalb des Sättigungsbereiches der eingeschlossenen Gase mit Feuchtigkeit.

Die weiteren Ansprüche 2—4 beinhalten bevorzugte Verfahrensschritte.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Düsenbereich eines Tintenspritzkopfes in starker Vergrößerung,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel nach dem Erfindungsgedanken,

Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach dem Erfindungsgedanken,

Fig.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in starker Vergrößerung nach einem Ausschnitt in Fi g. 3,

F i g. 5 die Draufsicht auf zwei Durchbrüche in Pfeilrichtung nach F i g. 2 und

F i g. 6 die gemeinsame Berandung mehrerer Düsen.

In Fi g. 1 ist in einen Grundkörper 1 eine Bohrung 2 eingebracht, beispielsweise der kapillare Auslaßkanal in einem Tintenspender. Die Stirnseite 3 des Grundkörpers 1 weist Erhebungen auf, die beim Gießen des beispielsweise im Spritzgußverfahren hergestellten Grundkörpers angeformt sein können. Diese Erhebungen bilden einen Wall 4 mit der sich von dem durch die Stirnseite 3 gebildeten Öffnungsbereich der Bohrung am höchsten ergebenden Stirn 5. Die Stirn 5, als höchste Erhebung, verläuft um die Bohrung im gleichen Abstand zu dieser und weist somit die Querschnittsform der Bohrung auf. Die Erhebung fällt über die Flanken 6 und Flanken 7 ab, wobei die Flanken 6 als innere Flanken bis zur Abrißkante 8 eines ausstoßenden Tropfens zurückgeführt sind, während die Flanken 7 von der Öffnung wegweisend auf die Stirnseite zurückverlaufen. Die Stirn 5 weist in ihrer gesamten Länge überall gleichen Abstand zur Stirnseite 3 auf und soll eine hochgeglättete Oberfläche haben, entsprechend der Formgüte des Werkzeuges. Gegen die Stirn 5 ist eine Folie 9 gelegt, die von ihrer Herstellung her mit einer hochglatten Oberfläche versehen ist Durch die hochglatten Oberflächen der Stirn 5 und der Folie 9 entsteht im Bereich der Position 5 eine Art Saugeffekt und es kann beobachtet werden, daß sich die Folie in ihrer gesamten Auflage auf der Stirn 5 im Gegensatz zu Bereichen, die den Wall bzw. den Grundkörper 1 nicht berühren, dunkel verfärben, was als Beweis für eine glatte saubere Auflage dient. Durch das Anlegen der Abdeckfolie 9 entsteht eine mit Luft aufgefül''e Kammer 10, die nun keine Verbindung zw Atmosphäre mehr aufweist Die in die Düse eingelassene Flüssigkeit (Tinte) weist einen negativ geformten Meniskus 11 auf, der den Druck in der Düse wiederspiegelt. Bei größerem Druck besteht bei nicht verschlossener Düse die Möglichkeit eines sich positiv, also nach außen ausbeulenden Meniskus. Entstehen nun durch die Bewegung bei Verwendung dieser Einrichtung in einem Tintenspritz-Schreibwerk

to des Vorratsbehälters Saug- oder Druckstöße in der Düse 2, dient die Kammer 10 als Puffer, wodurch der Meniskus 11 in seiner Lage stabilisiert ist Da nun die Kammer 10 keine Verbindung zur Atmosphäre hat bei abgeschlossener Düse, bestehl für die Tinte keine Möglichkeit, die Luft i_n dieser Kammer, die in vorteilhafter Weise kapillarwirksam sein kann, aus den Bereich der Kammer 10 zu verdrängen, da sich die Druck- und Kräfteverhältnisse hier aufheben.

F i g. 2 zeigt die Gestaltung des Öffnungsbereiches an beispielsweise einem Flüssigkeitsspender mit zwei Düsen 2, die in den Grundkörper 1 eingelassen sind. In den Düsen befindet sich Tinte mit dem entsprechend dem Vordruck eingestellten Meniskus 11. Der Wall 4 wird hier gebildet durch eine Schicht 17 aus beispielsweise einem Lack, der wie im folgenden noch zu beschreiben ist, auf die Stirnseite 3 bzw. den Öffnungsbereich der Düse 2 aufgetragen worden ist.

Bi Id 5, als Ansicht zur Fig. 2, zeigt die gleichen Düsen 2 mit um jede Düse gelegten Wall 4. Der Wall ist durch Höhenlinien 12 dargestellt. Diese Höhenlinien entsprechen in etwa einer Fotografie, die die Interferenzstreifen in starker Vergrößerung wiedergibt. Die Abstände der Höhenlinien 12 geben die unterschiedliche Steigung der Flanken 6 und 7 wieder. Die Höhenlinien zeigen Einschnürungen in der Mitte 13 des Düsenabstandes. Jeder Düse nach F i g. 2 und 5 ist somit eine Kammer 10 zugeordnet, mit einem für beide Düsen gemeinsamen Stirnteil 13.

Für einen größeren oder anderen Abstand der Düsen voneinander kann es notwendig sein, wie es die Fig. 3 zeigt, den gemeinsamen stegartigen Stirnteil nach der Fig. 2 und 5 zu unterbrechen, indem die Flanken 7 in eine Mulde 14 übergehen, die auch beim Abdecken mit der Atmosphäre in Verbindung stehen kann.

Anhand der F i g. 4, die einen Ausschnitt aus F i g. 3 in starker Vergrößerung entsprechend der Strichpunktlinie darstellt, soll nun die Herstellung bzw. das Auftragen einer den Wall 4 (bzw. die Wälle) bildenden Schicht 17 erläutert werden. Auf die den Öffnungsbereich charakterisierende Stirnseite 3 wird beispielsweise mittels Spray ein Lack aufgetragen. Gleichzeitig wird in der Düse 2 eine Luftbewegung erzeugt, die beim Ausströmen aus der Düse zu einem Verdrängen des noch beispielsweise flüssigen Lackes in die gezeichnete Form bewirkt. Wird der Luftstrom (Pfeil 15) noch nach dem Abschalten des Spraynebels aufrechterhalten, wird zunächst die Austrocknung, bzw. Aushärtung der Lackoberfläche beschleunigt und es kommt zu 'einem Erstarren dieser Lackschicht in der gezeichneten Form.

Kann aus irgendwelchen technischen Gründen ein in der Pfeilrichtung 15 bewegter Luftstrom nicht erzeugt werden, besteht auch die Möglichkeit, einen feinen Luftstrahl gezielt auf die Mitte der Düse während des Besprayens wirken zu lassen. Darüber hinaus wird ein

b5 Dichtsetzen der Düse 2 durch den Luftstrom in der einen oder anderen aufgezeigten Ri chtung vermieden.

Fig. 6 zeigt die Erzeugung eines Walles 4, der um mehrere Düsen gelegt wird. Die Höhenlinien 12

charakterisieren wiederum das mehr oder weniger steile Ansteigen der Flanken 6 und 7. Die die Düsen 2 überlagernde Linie 18 stellt hierbei den Querschnitt einer Düse dar, durch die Luft in Richtung auf die Düsen 2 geblasen wird.

Der in den Abbildungen gezeigte Formaufbau des Düsenrandes und des sich daran anschließenden Öffnungsbereiches schafft eine Möglichkeit einer einwandfreien Abdeckung. Die kleine Abdeckfläche im Bereich der Stirn 5 benötigt nur eine relativ geringe Kraft zur Abdeckung. Ein derartig ausgebildeter Spritzkopf in einem Tintensprity-Schreibwerk würde nur geringen mechanischen Belastungen beim Verschließen der Düsen ausgesetzt. Die beispielsweise aus einem Polyester hergestellte Folie 9 kann auf zwei Wickeldornen in einer Kassette aufgespult sein, wobei durch Antrieb des einen oder anderen Wickeldomes bewirkt wird, daß immer ein Abdeckbereich gegen die Düsen gelegt wird, der noch nicht zum Abschließen der Düsen verwendet wurde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Düsenanordnung, bei de; sich ein die Düse umgebender Wall aus der Düsenfläche erhebt und außer mit einer in die Düse abfallenden Flanke mit einer gegen die Düsenfläche abfallenden Außenflanke versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine flüssige, beim Übergang in einen festeren Zustand plastifizierbare Schicht (17) auf den Öffnungsbereich (Stirnseite 3) aufgetragen wird unter gleichzeitigem Erzeugen einer Luftbewegung (Pfeil 15) in der Bohrung (2), die im wesentlichen axial zur Bohrung verläuft und wenigstens bis zum Beginn des Verfestigens der Schicht aufrecht erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (17) auf den öffnungsbercich (3) aufgesprayt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbewegung als Strahl aus der Bohrung austritt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftstrahl von außen gegen die Mittenachse der Bohrung (2) gerichtet ist.