DE2750554A1

DE2750554A1 - Tintenstrahl-drucker

Info

Publication number: DE2750554A1
Application number: DE19772750554
Authority: DE
Inventors: John Mako; Walter Thornton Pimbley
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-11-15
Filing date: 1977-11-11
Publication date: 1978-05-18
Also published as: GB1567676A; JPS5362525A; CA1039791A; ES464120A1; FR2370590A1; US4060812A; JPS5545392B2

Description

TINTENSTRAHL-DRUCKER

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Art eines Tintenstrahldruckers.

In bekannten Tintenstrahl-Druckern ist eine Düse mit einem Reservoir flüssiger Tinte verbunden, die unter konstantem Druck gehalten ist. Dadurch tritt die Tinte aus der Düse in Form eines kontinuierlichen Stromes aus. Die Düse wird Schwingungen unterworfen, die innerhalb des Tintenstromes Störungen verursachen, die den Strom veranlassen, nach einer kurzen Flugstrecke von der Düse in diskrete Tropfen aufzubrechen. Bei dem Schwingungserzeuger kann es sich um eine piezoelektrische oder eine magnetostriktive Vorrichtung handeln.

Es ist bekannt, dass die Vibration der Düse durch den Wandler innerhalb des in der Düsenanordnung befindlichen Flüssigkeitskörpers der Tinte zur Entstehung von Schallwellen führen kann. Die Resonanzen dieser Schallwellen innerhalb der Flüssigkeit haben einen unerwünschten Effekt auf die Tropfenhildung. In der USA-Patentschrift 3 683 396 ist eine Düsenanordnung beschrieben, bei welcher eine definierte Resonanz erhalten wird. Dies setzt voraus, dass die Konstruktion der Düse die mechanische Resonanz mit der Flüssigkeitsresonanz in Einklang bringt. Die Berücksichtigung der Flüssigkeitsresonanz bringt aber starke Einschränkungen bei der Auswahl der Tintenparameter mit sich, die, wegen ihrer Veränderlichkeit, das Arbeiten der Anordnung stark beeinflussen können.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung,anzugeben,

/wie die in Düsen von Tintenstrahl-Druckern auftretenden stehenden Wellen unterdrückt werden können, ohne die Konstruktion von den veränderlichen Parametern der Tinte abhängig zu machen.

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Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand eines in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispieles beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Schematisch einen herkömmlichen Tintenstrahl-Drucker;

Fig. 2 Einen Längsschnitt durch eine Düsenanordnung mit einer magnetostriktiven Düse;

Fig. 3 Einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 gemäss Fig. 2;

Fig. 4 Kennlinien einer Düsenanordnung.

Fig. 1 zeigt einen Tintenstrahl-Drucker für magnetische Tinte, bei dem aus einer Düse 10 ein Strom durch ein Feld ablenkbarer ^[ tinte austritt, wie beispielsweise ein Ferrofluid, welches innerhalb der Düse 10 unter Druck steht, der

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von einer Pumpe 12 erzeugt wird, die an ein Reservoir 13 angeschlossen ist. In dem austretenden Tintenstrom werden Tropfen 11 durch einen Wandler 14 erzeugt, der die Düse 10 mit einer vorgegebenen Frequenz vibriert, welche von einem Oszillator 15 geliefert wird, um in dem austretenden Tintenstrahl Störungen hervorzurufen, durch welche die Tropfen 11 an einem fecten Punkt entlang der Flugbahn des Stroms gebildet werden und sich in Richtung auf einen Aufzeichnungsträger bewegen. Nicht zum Drucken benutzte Tropfen werden mittels einer magnetischen Selektionsvorrichtung 17 von der ursprünglichen Flugbahn des Stroms abgelenkt und gelangen in eine vor dem Aufzeichnungsträger 16 angeordnete Auffangvorrichtung 18. Der Selektionsvorrichtung 17 werden mit der Tropfenbildung synchronisierte Datenpulse zugeführt. Ein Raster-Generator 19 liefert Rastersignale an eine magnetische Ablenkvorrichtung 20, wodurch die Tintentropfen in orthogonaler Richtung dispergiert und in einem vorgegebenen Muster auf dem Aufzeichnungsträger 16 niedergeschlagen werden. Drucker des oben beschriebenen Typs sind dem Fachmann bekannt. Einzelheiten der Konstruktion und Betriebsweise eines derartigen Druckers kennen der USA Patentschrift 3.959.797 entnommen werden.

In dem für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 besteht die Düse 10 aus einem Rohr 21 aus magnetostriktivem Material, wie beispielsweise Nickel. Ein Ende des Rohrs 21 ist mit einer Reaktionsmasse 22 verbunden, die fest eingespannt ist. Das andere Ende des Rohrs 21 weist eine Düsenöffnung 23 auf, durch welche der Tintenstrom austritt, wenn die flüssige Tinte unter Druck durch die Leitung 24 zugeführt wird.

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Der Wandler 14 für die magnetostriktive Erregung des Rohrs 21 umfasst eine Erregerwicklung 25, die an drn Oszillator 15 angeschlossen ist und mit einer qcoigneten Frequenz erregt werden kann. Die magnetostriktive Erregung des Rohrs 21 durch das longitudinal Feld der Wicklung 25 bewirkt stehende Wellen in der Masse des Fluidums 26 (Tinte) innerhalb des Rohres 21 und bewirkt Störungen in der das Rohr passierenden und durch die Düsenöffnung 23 austretenden Tinte, welche Störungen den Prozess des Aufbrechens des Tintenstroms in einzelne Tropfen massgeblich beeinflussen.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Rohr 21 eine Länge, die einem Viertel der Wellenlänge bei ihrer ersten Resonanzfrequenz entspricht. Untersuchungen eines Nickelrohrs 21 ohne Tinte zeigen, dass die Resonanzkurve des Rohres in der Nachbarschaft des ersten Resonanzpunktes keine Minima oder Maxima einer zweiten Resonanz aufweist. Befindet sich jedoch Tinte in dem Rohr 21 , entstehen in der Flüssigkeitssäule stehende Wellen, die die Resonanzkurve sehr stark verkomplizieren. Die Resonanzen der Flüssigkeitssäule sind nicht stabil, da sie von den Eigenschaften der Tinte abhängen, sowie von den Bedingungen, unter denen die Tinte in das Rohr eintritt, und von den Dimensionen des Rohres. Die Kurve 30 in Fig. 4 ist charakteristisch für eine ferrofluide Tinte, wobei an den Punkten 31 und 32 Maxima bzw. Minima auftreten.

Zur Beseitigung der Maxima und Minima, d.h. zur Filterung der stehenden Wellen, werden gemäss der vorliegenden Erfindung Dämpfungsmittel vorgeschlagen,

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die auf die Resonanzen der Flüssigkeitssäule einwirken. Goir.äss Fig. 2 be- ■ stehen die Dämpfungsmittel aus einem länglichen Rohr oder Stab 27, der innerhalb der Flüssigkeitskammer des Rohres 21 angeordnet ist. Der Stab 27 taucht vollständig in die Flüssigkeit 26 ein. Vorzugsweise sollte der Stab 27 etwa die Hälfte der Querschnittsfläche innerhalb des Rohres 21 einnehmen. Seine Grosse ist jedoch nicht kritisch. Der Stab 27 kann verschiedene Längen aufweisen, die auf die Qualität der Tinte und den Betrag der Energie abgestimmt sein können, welche auf die Tinte während der Vibration einwirkt. Ebenso können unterschiedliche Materialien für den Dämpfungsstab 27 verwendet werden, um die bei der magnetostriktiven Vibration des Rohres 21 auf die Masse der Flüssigkeit 2 6 übertragene Energie zu absorbieren. Vorzugsweise wird ein weiches, elastomeres Material wie beispielsweise Butylgummi verwendet. Die folgenden Parameter haben sich für einen Dämpfungsstab 27 als vorteilhaft erwiesen:

Durchmesser des Dämpfers 1,6 mm. Länge des Dämpfers 25 mm, Härtebeiwert 50, Länge des Nickelrohres 25 mm, Innendurchmesser des Nickelrohres 2,4 mm, Aussendurchmesser des Nickelrohres 3,2 mm Durchmesser der Düsenöffnung 0,063 mm,

Die benutzte Tinte hatte die folgenden Eigenschaften:

Dichte 1,3 gern"³, Viskosität 8,5 cP, magnetisches Moment 240 A «cm²/g Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Tinte ist in der USA Patentschrift 3.990.981 angegeben.

Die physikalischen Zusammenhänge bei der Dämpfung von Resonanzen in einer Flüssigkeitssäule sind nicht genau bekannt. Es wird angenommen, dass ein elastomeres Material auf Druckänderungen in einem Flüssigkeitskörper in der

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gleichen Weise reagiert wie eine Kapazität, so dass dir Lunge des Dämpfungsmittels 2 7 analog einem kontinuierlichen Filternetzwerk wirkt.

Der Dämpfungsstab 27 kann ohne feste Verbindung mit den; Rohr 21 in den Flüssigkeitskörper 26 eingelegt werden. Die gemessene Kurve 33 in Fig. 4 zeigt, dass die Resonanzen zweiter Ordnung eliminiert sind. In einer anderen Ausführungsform kann der Dämpfungsstab 27 innerhalb des Rohres mit diesen verbunden sein. Diese Anordnung hätte den zusätzlichen Vorteil, dass ein gewisses Mass kontrollierter Dämpfung auf die durch die Erregerwicklung 25 hervorgerufene Vibration wirkt.

Im Zusammenhang mit dem bevorzugten Ausführungsboispiel der Erfindung wurde ein Dämpfungsmittel im Zusammenhang mit einem magnetostriktiven Wandlei beschrieben, doch kann ein ähnliches Dämpfungsglied auch in einer Tintenstrahl-Düse verwendet werden, bei welcher die innerhalb der Flüssigkeit in der Düsenkammer fortschreitenden Schallwellen durch andere Schwingungserzeuger, wie beispielsweise durch einen piezoelektrischen Kristall oder eine Schwingspule, hervorgerufen werden.

Ferner ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemässe Dämpfung der Düsenanordnung mit dielektrischen oder anderen Tinten benutzt werden kann, zum Beispiel in elektrostatischen Tintenstrahl-Druckern, wie mit den erwähnten Ferrofluiden.

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Claims

2 7 5 O b b A PATENTANSPRÜCHE

1. j Tintenstrahl-Drucker, bei dem Tinte unter Druck durch eine Düse fliesst und der Tinte mittels eines mit einer vorgegebenen Frequenz betriebenen elektromechanischen Wandlers Störungen überlagert werden, so dass der Tintenstrom in diskrete Tropfen aufbricht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterdrückung der in der Tinte (26) auftretenden Schallwellen innerhalb der Düsenanordnung (21) ein Dämpfungsglied (27) in die Tinte (26) eingetaucht ist.

2. Tintenstrahl-Drucker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied (27) aus einem elastischen Material besteht.

3. Tintenstrahl-Drucker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied (27) unbefestigt innerhalb der Düsenanordnung (21) angeordnet ist.

4. Tintenstrahl-Druckernach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied (27) an der Innenwand der Düsenanordnung (21) befestigt ist.

5. Tintenstrahl-Drucker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, EN 9-76-018 - 1 -

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dass das Dämpfungsglied (27) als Stab ausgebildet ist und praktisch die gesamte Länge des Innenraums der Düsenanordnung (21) einnimmt.

6. Tintenstrahl-Druckernach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Dämpfungsstabes (27) etwa dem halben Querschnitt der Flüssigkeitssäule (26) innerhalb der Düsenanordnung (21) entspricht.

7. Tintenstrahl-Druckernach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied (27) aus Butylgummi besteht.

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