DE2555749A1

DE2555749A1 - Einrichtung zum daempfen des rueckflusses der tinte in der duese eines spritzkopfes

Info

Publication number: DE2555749A1
Application number: DE19752555749
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Fischbeck
Original assignee: Olympia Werke AG
Current assignee: AEG Olympia Office GmbH
Priority date: 1975-12-11
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1977-06-23
Also published as: JPS52109935A; JPS598230B2; US4104646A; DE2555749C3; DE2555749B2

Description

OLYMPIA WERKE AG EP/Mü/Po/PS 1536

* * * 1. Dezember 1975

Einrichtung zum Dämpfen des Rückflusses der Tinte in der Düse eines Spritzkopfes

Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. In derartigen Tintenspritzköpfen kommt es in der Regel bei der die Tropfen aus der Düse austreibenden Druckerzeugung zu Druckimpulsen, die sich nicht nur in Richtung der Düse sondern auch in Richtung düsenferner Bereiche ausbreiten und von hier reflektiert werden. Die reflektierten Druckimpulse bzw« -Wellen führen zu Störungen in der Tropfenbildung. Die Tropfenbildung wird auch beeinflußt durch die Geometrie des Spritzsystems, die Anordnung der Energieflußkanäle und die Oberflächengestalt von Düse und Kammern. Durch das Abschalten des Impulses von dem Druckerzeuger und dessen Zurückschnellen in seine Ruhestellung wird ein plötzlicher Unterdruck in dem Spritzsystem und somit in der Düse erzeugt, der zu einem schnellen Zurückwandern der Tinte in der Düse führt. Hierdurch wird nicht nur Luft der Atmosphäre in die Düse eingesogen, es wird auch die den Tropfen mit der in der Düse zurückfließenden Tintenmenge bis zum Tropfenabriß verbindende Nabelschnur in der Weise beeinflußt, daß sich aus dieser bzw. dem Haupt tropfen Nachtropfen bilden, die mit dem Haupttropfen und zu diesem in unterschiedlich hoher Geschwindigkeit in Richtung des Druckträgers fliegen.

Es ist ein Tröpfehen-Ejektorsystem (DT-OS 24 05 584) bekanntgeworden mit einem Druckbereich _v einem in diesem angebrachten Keramikschwinger, einem Tintenzufluß und einer Düse für die Tropfenbildung. Die Energieflußkanäle sind in einefaus druckabsorbierendem Material eingelassen, die zusätzlich einen Absorberkanal auf-

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nimmt, der auf eine Länge eingestellt ist, die ausreicht, Wellen bei der Druckerzeugung abzubauen. Bei entsprechender Bemessung einer sogenannten Durchgangszone, die den Absorberkanal, die Druckkammer und den Ausflußkanal bis in den Bereich der Düse umfaßt, ist es möglich, auch mehrfach reflektierende Wellen abzubauen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch den verhältnismäßig großen Druckabbau in dem Absorbersystem Energie für die Tropferibildung verloren geht, die durch Erhöhung der Impuls spannung an dem Keramikschwinger ausgeglichen werden muß. Die Ausbreitung von Druckwellen ist auch von Tinte zu Tinte unterschiedlich, so daß für eine andere Tinte ein neu zu bemessendes Ejektor sys tem erforderlich ist. Eine höhere Spannung an dem Eeramikschwinger erhöht auch gleichzeitig den elektronischen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Nachtropfen zu verringern und nicht unterdrückbare Tropfen auf die Geschwindigkeit des Haupttropfens zu beschleunigen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Maßnahme nach dem Kennzeichen von Anspruch Λ. Die Merkmale der nachfolgenden Ansprüche kennzeichnen bevorzugte Ausführungen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Verbesserung des Schriftbildes, da Nachtropfen auf dem Druckträger in der Position des Haupttropfens auftreffen. Hachtropfen, die als eine übermenge Tinte zwar vom zurückfließenden Tintenstrom und der Nabelschnur gelöst werden, aber infolge von reflektierenden Wellen mit einer sehr geringen Geschwindigkeit bewegt werden und sich deshalb gerade noch lösen können von der Düse, werden vermieden. Durch die den luftgefüllten Hohlraum abschließende Membran wird der Kostenaufwand des Spritzkopfes nur unwesentlich

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erhöbt. Bei dem Aufbau eines Spritzkopfes nach der Sandwich-Bauweise bildet die Membran in vorteilhafter Weise eine über den Querschnitt des Kopfes verlaufende Platte , die zugleich Durchbrüche für den Tintendurchtritt aufnehmen kann. Durch den Gegenstand nach dem Anspruch 6 wird zwar zunächst der elektronische Aufwand umfangreicher. Es ist aber in vorteilhafter Weise möglich, Tinten anderer Viskosität und unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit zu verwenden, was hierbei nur ein Nachregeln der Pausenzeit zwischen dem Hauptimpuls und dem Folgeimpuls bedarf.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und unter Rückbeziehung auf die Positionen in der Zeichnung beschrieben werden. Es ist dargestellt in:

Figur 1 der Querschnitt durch einen Spritzkopf in Vergrößerung,

Figur 2 der Verlauf der Spannung der beiden an den Keramikschwinger gelegten Impulse,

Figur 3 der Tropfenabriß herkömmlicher Art und

Figur 4- der Tropfenabriß nach Berücksichtigung des Erfindungsgedankens in einem Spritzkopf.

In der Figur 1 ist ein Spritzkopf gezeigt mit einem Spritz system aus einer Kammer 1, einer Membran 2, einem Keramik schwinger 3 und einem Austrittskanal 4 mit dem Düsenbereich 5· Die Membran 2 und der Keramikschwinger 3 bilden den Druckerzeuger. Der Tintenzulauf zum Ergänzen abgestoßener Tinte erfolgt über einen Kanal (nicht gezeigt), der mit einem Nachfüllbehälter (nicht gezeigt) fließverbunden ist. Wird an den

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Keramikschwinger 3 ein Spannungsimpuls gelegt, der dem Impuls I nach Figur 2 in etwa entspricht, biegt sich dieser durch und es komiat zu einer Querschnittsverkleinerung der Kammer 1. Die so erzeugte Druckwelle pflanzt sich in der Tinte fort und erzeugt einen Haupttropfen und Nebentropfen. Der Abriß eines
Tropfens ist in Figur 3 veranschaulicht. Auf die Figuren 2 u. wird noch eingegangen. In dem Spritzkopf nach der Figur 1 ist eine weitere Membran 6 eingebracht, die einen luftgefüllten Hohlraum 7 gegen das Spritzsystem verschließt. Ist diese als federndes Element ausgebildet worden, kann bei Beaufschlagung des Druckerzeugers 3 Energie gespeichert werden, die bei Druckabnahme in dem Spritzsystem, also zur Zeit des Abstoßens des Tropfens, dem Einschlagen einer Luftsäule über den zurückfließenden Tintenstrom in der Düse entgegenwirkt, in dem_ die gespeicherte Energie frei wird. Die Kraftkomponente, die den Kachtropfen vom Haupttropfen und der Kabelschnur löst, ist dadurch wesentlich geringer, so daß der Nachtropfen die Geschwindigkeit des Haupttropfens beibehält. Der Tropfenabriß ist in Figur 4- dargestellt und ist noch zu beschreiben. Die Energie der Membran 6 wird um ein Maß t^ nach der Figur 2, also nach dem Abschalten des Impulses I, frei. Hierbei spielt die Frequenz der Eigenresonanz der federnden Membram 6, ihr Durchmesser und ihre Dicke eine wesentliche Rolle. Die Eigenfrequenz muß so groß gewählt sein, daß die Zeit einer Welle Ί/f-g ^der Zeit t^ entspricht. Hierbei ist f_E die Eigenfrequenz der Membran. Die Frequenz wurde auf einen Wert um 25 kHz eingestellt. Die Membran 6 hatte hierbei eine Dicke von 0,1 mm und der Durchmesser des durch den Hohlraum 7 freischwingenden Teiles betrug 4- mm.

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Der Versuch mit der Membran wurde auch elektrisch nachempfunden und ist in Figur 2 dargestellt. Es gilt die Beziehung, daß der Impuls I dem Impuls auf den Keramikschwinger 3 beim Membranversuch entspricht. Der Impuls II entspricht dem Impuls durch die freigewordene Energie der Membrane 6. Bei dem elektrisch nachempfundenen Versuch wurde der elektrische Impuls I auf einen Keramikschwinger in einem Spritzkopf gegeben, der gleich gestaltet war wie der Spritzkopf in Figur 1, jedoch ohne Membran 6 und Hohlraum 7· Die Länge t. des Impulses I betrug 80 με. Nach dem Abschalten und einer Pause von t^ = 36 ps wurde ein weiterer Impuls II auf den gleichen Keramikschwinger gegeben. Die Spannung wurde etwas erhöht. Die Impulslänge tp nahm hierbei keinen Einfluß auf die Dämpfung des Rückflusses der Tinte in der Düse.

Anhand eines Vergleiches der Testergebnisse zwischen dem Spritzen herkömmlicher Art und dem Spritzen mit Folgeimpuls nach der Erfindung konnte festgestellt werden, daß bei einer Frequenz von 100 hz für einen Spritzkopf ohne Folge signal der Haupttropfen sich mit einer Geschwindigkeit von V^ » 2,5 m/s bewegt und daß ein Nachtropfen eine Geschwindigkeit von 1,66 m/s hatte, während bei dem Versuch mit einem Folgesignal kein Nachtropfen festgestellt wurde und der Haupttropfen eine Geschwindigkeit von 2,5 m/s aufwies. Weitere Versuche bis zu einer Frequenz von 1000 hz zeigten, daß ein Nachtropfen bei einem Spritzkopf mit einem Folge signal nicht auftrat. Weiterhin konnte beobachtet werden, daß die Art' des Tropfenabrisses bei dem Versuch mit Nachfolgesignal günstiger war, da die Düse zum Zeitpunkt des Tropfenabrisses mit Tinte gefüllt war.

Die Figuren 3 und 4- zeigen eine Gegenüberstellung des Tropfenabrisses nach der herkömmlichen Art (Figur 3) und der Methode mit dem Folge signal (Figur 4-) nach der Erfindung. Es sind in

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Figur 3 und M- zunächst Tropfen in der Abriß- bzw. Plugphase nach. 160 us und 240 us und in Figur 4 zusätzlich noch nach 156 us dargestellt. Die starken Vergrößerungen dieser Figuren zeigen die Unterschiede in der Einschnürung, also dös Wanderns von Luft in die Düse.

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Claims

OLYMPIA WERKE AG EP/Mü/Po/PS 1536
2. Dezember 1975

Patentansprüche

!Einrichtung zum Dämpfen des Rückflusses der Tinte in der iise beim Abriß des Tropfens von einem Tintenspritzkopf, der zumindest ein Spritzsystem enthält mit einer Kammer, einen Tintenzulaufkanal für die aus einem Behälter nachfließende Tinte und einen mit Impulsen beaufschlagbaren Druckerzeuger für kurzzeitige Druckanstiege der Tinte in der Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steueranordnung einen Folgeimpuls .(II) an ein Mittel zur Druckerzeugung (3* 6) abgibt, über das nach einer vorbestimmten Zeit nach Abschalten des Hauptimpulses (I) ein Folge-Druckimpuls (II) auf die Tinte in der Kammer (1) gegeben wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Mittel zur Erzeugung eines Folge-Druckimpulses aus einer Membran (6) besteht, die in das Spritzsystem eingebracht ist und einen Wandungsteil in diesem bildet, der einen luftgefüllten Hohlraum (7) von den tintegefüllten Hohlräumen (1, 4-, 5) abtrennt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran (6) dem Druckerzeuger (2, 3) gegenüberliegend angeordnet ist.
4-, Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge der Pause (t^,) zwischen dem

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Abschalten des Haupt impulses (I) und dem Auftreten des Folge-Druckimpulses (II) der Zeit einer Welle ·* der Eigenfrequenz

(fg) der Membran (6) entspricht.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis von Durchmesser zur
Dicke der Membran (6) nahezu 40 zu 1 ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Folge-Druckimpuls (II) eine Zeit nach dem Hauptimpuls (I) auf den Keramikschwinger (3) eines durch diesen und eine Membran (2) gebildeten Druckerzeugers während der Rückstellung des Keramikschvringers (3) gegeben
wird.

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