DE2555749C3

DE2555749C3 - Einrichtung zum Dämpfen des Ruckflusses der Tinte in der Düse eines Tintenspritzkopfes

Info

Publication number: DE2555749C3
Application number: DE2555749A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 2940 Wilhelmshaven Fischbeck
Original assignee: Olympia Werke AG
Current assignee: AEG Olympia Office GmbH
Priority date: 1975-12-11
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1980-09-11
Also published as: DE2555749A1; US4104646A; JPS598230B2; DE2555749B2; JPS52109935A

Description

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 Ruhestel-

60 lung 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 Haupttropfen Nachtropfen bilden, die mit dem Haupttropfen und zu diesem in unterschiedlich hoher Geschwindigkeit in Richtung des Druckträgers fliegen.

In der DE-OS 24 05 584 ist ein Tröpfchen-Ejektorsystem beschrieben worden mit einem Tröpfchenejektor, einem in diesem angebrachten Keramikschwinger, einem Tintenzufluß und einer Düse für die Tropfenbildung. Die Energieflußkanäle sind in eine Platte aus druckabsorbierendem Material eingelassen, die zusätzlich einen Absorberksnal aufnimmt, 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 Tropfenbildung verlorengeht, die durch Erhöhung der Impulsspannung an dem Keramikschwinger ausgeglichen we; den muß. Die Ausbreitung von Druckwellen ist auch von Tinte zu Tinte unterschiedlich, so daß für eine andere Tinte ein neu zu bemessendes Ejektorsystem erforderlich ist. Eine höhere Spannung an dem Keramikschwinger erhöht auch gleichzeitig den elektronischen Aufwand.

In der US-PS 33 34 351 ist ein Ink-Jet-Aufzeichnungsverfahren beschrieben worden. Hierbei tritt Tinte als Strahl unter einem hydrostatischen Druck aus einer Einzeldüse aus. Zur Erzeugung gleichmäßiger Tintentropfen wird die Düse vermittels einem magnetostriktiven Schwingelement in Schwingungen versetzt, wodurch der Tintenstrahl außerhalb der Düse eingeschnürt wird. Durch einen weiteren magnetostriktiven Schwinger werden transversale Schwingungen in dem Düsenelement und der darin fließenden Tinte erzeugt, die eine Drehbewegung auf die ausströmende Tinte bewirken und störende Satellitentropfen ausschließen.

Des weiteren ist aus der US-PS 30 83 689 ein Hochgeschwindigkeitsschreiber bekannt Die Tinte wird über eine Schlauchleitung ;iner an dieser angeschlossenen Röhrchenfeder zugeführt, die selbst in schneller oszillierender Bewegung über einen Aufzeichnungsträger geführt wird. Um die durch den Betrieb und von der Tintenversorgung kommenden Druckstöße auszugleichen, ist in einer Ausführung in einem kammerähnlichen und der Röhrchenfeder vorgelagerten tintegefüllten Raum ein luftgefüllter und daher komprimierbarer Ballon eingelassen worden. In weiteren Ausführungen sind tintegefüllte Räume gezeigt mit einem oder mehreren den jeweiligen Raum gegen die Atmosphäre verschließenden elastischen Wandungen. Der Grad der Verformung des kompressiblen Bereiches bzw. die Auslenkung der elastischen Wandungsteile folgt hierbei den den Tintenfluß störenden Impulsen.

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 1. Die Merkmale der nachfolgenden Ansprüche kennzeichnen bevorzugte Ausführungen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Verbesserung des Schriftbildes, da Nachtropfen auf den Druckträger in der Position des Haupttropfens auftreffen. Nachtropfen, die als eine Übermenge Tinte zwar vom zurückfließenden Tintenstroai 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 erhöht Bei dem Aufbau eines Tintenspritzkopfes nach der Plattenbauweise 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 5 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:

F i g. 1 der Querschnitt durch einen Tintenspritzkopf in Vergrößerung,

F i g. 2 der Verlauf der Spannung der beiden an den Keramikschwinger gelegten Impulse,

F i g. 3 der Tropfenabriß herkömmlicher Art,

F i g. 4 der Tropfenabriß nach Berücksichtigung des Erfindungsgedankens in einem Tintenspritzkopf und

Fig.5 einen Tintenspritzkopf mit der elektrischen Steuerung der Impulse nach der Erfindung.

In der F i g. 1 ist ein Spritzkopf gezeigt mit einem Spritzsystem aus einer Kammer 1, einer Membran 2, einem Keramikschwinger 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 Keramikschwinger 3 ein Spannungsimpuls gelegt, der dem Impuls I nach F i g. 2 in etwa entspricht, biegt sich dieser durch und es kommt 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 F i g. 3 veranschaulicht. Auf die F i g. 2 und 3 wird noch eingegangen. In dem Spritzkopf nach der F i g. 1 ist eine weitere Membran 6 eingebracht, die einen luftgefüllten Hohlraum 7 gegen das Spritzsystem verschließt. 1st 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 d.-.; .^ie gespeicherte Energie frei wird. Die Kraftkomponente, die den Nachtropfen vom Haupttropfen und der Nabelschnur löst, die dadurch wesentlich geringer, so daß der Nachtropfen die Geschwindigkeit des Haupttropfens beibehält Der Tropfenabriß ist in Fig.4 dargestellt und ist noch zu beschreibea Die Energie der Membran 6 wird um »in Maß U nach der F i g. 2, also nach dem Abschalten des Impulses I, frei. Hierbei spielt die Frequenz der Eigenresonanz der federnden Membran 6, ihr Durchmesser und ihre Dicke eine wesentliche Rolle. Die Eigenfrequenz muß so groß gewählt sein, daß die Zeit einer Welle Mfε der Zeit U, entspricht Hierbei ist /fdie 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 Teils betrug 4 mm.

Der Versuch mit der Membran wurde auch elektrisch nachempfunden und ist in F i g. 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 Membran 6. Bei dem elektrisch nachempfundenen Versuch wurde der elektrisehe Impuls I auf einen Keramikschwinger in einem Spritzkopf nach F i g. 5 gegeben, der gleich gestaltet ist wie der Spritzkopf in Fig. 1, jedoch ohne Membran 6 und Hohlraum 7. Die an den Keramikschwinger 3 gelegten Impulse kommen von einer Steuereinheit 8.

:o Die Länge fi des Impulses I betrug 80 \is. Nach dem Abschalten und einer Pause von U — 36 μ$ wurde ein weiterer Impuls II auf den gleichen Keramikschwinger gegeben. Die Spannung wurde etwas erhöht. Die Impulslänge i₂ 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 !00 Hz für einen Spritzkopf ohne Folgesignal der Haupttropfen sich mit einer Geschwindigkeit von Vn = 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 Folgesignal nicht auftrat. Weiterhin konnte beobachtet werden, daß die Art des

so Tropfenabrisses bei dem Versuch mit Nachfolgesignal günstiger war, da die Düse zum Zeitpunkt des Tropfenabrisses mit Tinte gefüllt war.

Die Fig.3 und 4 zeigen eine Gegenüberstellung des Tropfenabrisses nach der herkömmlichen Art (F i g. 3) und der Methode mit dem Folgesignal (F i g. 4) nach der Erfindung. Es sind in F i g. 3 und 4 zunächst Tropfen in der Abriß- bzw. Flugphase nach 160 μ5 und 240 μβ und in F i g. 4 zusätzlich noch nach 156 μβ dargestellt. Die starken Vergrößerungen dieser Figuren zeigen die

bo Unterschiede in der Einschnürung, also des Wanderns von Luft in die Düse.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tintenspritzkopf mit zumindest einem Spritzsystem mit einer Pumpenkammer, einer an diese angeschlossenen Düse, einem Tintenzulaufkanal für aus einem Nachfüllbehälter nachfließende Tinte zum Ergänzen aus der Düse tropfenweise abgegebener Tinte und einem Druckerzeuger, der beim Ansteuern kurzzeitige Druckstöße an die Tinte abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steueranordnung (Steuereinheit 8 oder Membran 6) zur Erzeugung eines Folgeimpulses (H) durch einen Druckerzeuger (Keramikschwinger 3 oder Membran 6) vorgesehen ist, der nach dem Abschalten des den Tropfenaustritt bewirkenden Hauptimpulses (I) in der Tinte in der Kammer (1) einen weiteren Druckanstieg bewirkt in der Phase des Druckabfalls nach dem durch den Hauptimpuls (I) bewirkten ersten Druckanstieg, der die Tintenbewegung aus der Düse (5) in die Kammer (1) während der Zeit der Tropfenbildung vorübergehend in eine Bewegungsrichtung der Tinte in die Düse (5) zur Erzeugung eines größeren Tintenangebots im Bereich der Düse (5) umkehrt.

2. Tintenspritzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckerzeuger zum Erzeugen des Folgeimpulses (II) 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, und daß die Länge der Pause (U) zwischen dem Abschalten des Hauptimpulses (I) und dem Auftreten des Folgeimpulses (II) der Zeit einer Welle y- der Eigenfrequenz (ίε) der ^}Ί

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Membran (6) entspricht.

3. Tintenspritzkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (6) dem Druckerzeuger (2, 3) für den Hauptimpuls (I) gegenüberliegend angeordnet ist.

4. Tintenspritzkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Durchmesser zur Dicke der Membran (6) nahezu 40 zu 1 ist.

5. Tintenspritzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Folgeimpuls (II) eine Zeit nach dem Hauptimpuls (I) auf den Druckerzeuger für den Hauptimpuls (Keramikschwinger 3, Membran 2) während der Rückstellung des Druckerzeugers (2,3) gegeben wird.