DE2755773C2

DE2755773C2 - Tinte für piezoelektrisch betriebene Tintenschreibeinrichtungen

Info

Publication number: DE2755773C2
Application number: DE2755773A
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. Rosenstock; Gerhard 8000 München Wagner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE2755773A1; US4261748A; SE443991B; AU521425B2; JPS5483504A; IT1101366B; SE7812814L; NL183895C; CH637156A5; NL7812129A; FR2411870A1; FR2411870B1; NL183895B; AU4248578A; GB1579304A; IT7830577A0; CA1113202A; JPS5547067B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tinte für piezoelektrisch betriebene Tintenschreibeinrichtungen, bei denen in der Ausstoßkammer des vom Aufzeichnungsträger abgehobenen Schreibkopfes Unterdruck herrscht und Tintentröpfchen durch kurzzeitige Druckimpulse abgegeben werden, auf der Basis von saueren Farbstoffen und Soda bzw. Triethanolamin als Lösungsvermittler in polaren Lösungsmittelgemischen.

Es ist bekannt, Aufzeichnungsträger durch gesteuertes Aufspritzen von Tintenflüssigkeit — ohne daß der Aufzeichnungskopf den Aufzeichnungsträger berührt — mit Informationen zu beschreiben. Dazu wird die Tintenflüssigkeit unter Druck aus einer einzigen Düse oder einer Mehrzahl von Düsen tröpfchenförmig in Richtung auf den Aufzeichnungsträger ausgestoßen. Es ist bekannt, die Tintenflüssigkeit unter geringem oder hohem Druck dem Schreibkopf zuzuführen oder aber unter geringfügigem Unterdruck am Schreibkopf anzulegen. Durch elektrostatische Felder oder aber durch Raumveränderungen in der Tintenausstoßkammer des Schreibkopfes wird der Tintenausstoß aus dem Schreibkopf bewerkstelligt oder unterstützt.

Eine Problemursache für die Anwendung derartiger Tintenstrahlschreibeinrichtungen ist die verwendete Tinte. Diese Tinte soll einerseits auf dem Aufzeichnungsträger einen möglichst kontrastreichen, unzerstörbaren Niederschlag bilden, und andererseits die Düsen auch bei längeren Stillstandszeiten nicht verstopfen.

Allgemein sind bereits Markierungsflüssigkeiten auf der Basis von saueren Farbstoffen und Soda bzw. Triäthanolamin als Lösungsvermittler in einem polaren Lösungsmittelgemisch bekannt (z. B. DE-AS 23 15 680). Derartige Flüssigkeiten sind jedoch speziell für Schreibgeräte mit einer Poro- oder Faserspitze entwickelt worden. Für den Einsatz in Schreibgeräten, bei denen die Schreibflüssigkeit mittels feiner Düsen tröpfchenförmig verspritzt wird, ist eine Tinte bekannt (DE-OS 26 54 984), bei der als Lösungsmittel Wasser verwendet wird und die bei einer Oberflächenspannung von 40 bis 50 dyn/cm eine Viskosität unter 5 cP besitzt. Für den Einsatz in Tintenschreibeinrichtungen, in denen in der Ausstoßkammer des Schreibkopfes Unterdruck herrscht und ein tröpfchenweiser Ausstoß jeweils durch gesteuerte Druckimpulse erfolgt, ist eine solche Tinte jedoch nicht geeignet Zum einen deshalb, weil mit abnehmender Viskosität auch das Dämpfungsverhallen der Schreibflüssigkeit abnimmt und bei Viskositätswerten unter lOcP die Tröpfchenfrequenz, d.h. die Frequenz, mit der die Tröpfchen ausgestoßen werden können, deutlich begrenzt wird. Zum anderen besteht bei der Verwendung einer wässerigen Tinte die Gefahr

ίο der Verstopfung der sehr feinen Kanäle und Düsen des Schreibkopfes. Wässerige Tinten trocknen schnell ein und führen dadurch zu einer Verdickung der Tinte. Außerdem besteht eine erhöhte Neigung zur Dildung von Gasblasen, da Wasser einen niedrigen Dampfdruck und gute Gaslöslichkeit besitzt Dieses Problem tritt besonders dann störend auf, wenn neben dem dauernd wirksamen geringen statischen Unterdruck kurzzeitig ein wesentlich höherer Unterdruck entsteht. Dieser tritt jeweils dann auf, wenn ein Tintentröpfchen ausgeschleudert wurde und neue Tinte nachgesaugt wird. Durch Kavitation kommt es dann bei gashaltigen Lösungsmitteln mit hohem Dampfdruck sehr leicht zur Bildung von Gasblasen, die die Funktionssicherheit beeinträchtigen. Dieser Nachteil kann nach dem Stand der Technik (DE-OS 26 54 984) nur durch die Beimengung von sauerstoffbindenden Zusätzen zur Tinte vermieden werden. Die beschriebenen Nachteile gewinnen dann besondere Bedeutung, wenn die Tintenschreibeinrichtung beispielsweise als Daten- oder Femschreibmaschine eingesetzt wird. In diesem Falle besteht, anders als bei der Verwendung als Schreibmaschine, keine Möglichkeit einer ständigen Beobachtung und Wartung durch eine Bedienungsperson. In diesem Fall können durch Verstopfung der Schreibdüsen herbeigeführte Ausfälle der Schreibeinrichtung nicht in Kauf genommen werden. Eine Überwachung der Funktionstüchtigkeit an dieser Stelle ist äußerst schwierig. Da zumindest die an ein öffentliches Fernschreibnetz angeschlossenen Fernschreibmaschinen immer empfangsbereit sein müssen, und zwar auch im unüberwachten Zustand, muß die Störanfälligkeit auch des Schreibkopfes auf ein Mindestmaß reduziert werden. In diesem Zusammenhang ist es auch von Bedeutung, daß der Schreibbetrieb auch bei wechselnden extremen Umweltbedingungen gewährleistet sein muß. Bei Verwendung einer wässerigen Tinte würde ein Betrieb schon bei Temperaturen in der Nähe des Gefrierpunktes nicht mehr möglich sein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für Tintenschreibeinrichtungen der obengenannten Art eine Tinte bereitzustellen, die zur Aufzeichnung von Informationen auch bei unterschiedlichen Umwelteinflüssen auf normalem Schreibpapier geeignet ist, die weiterhin die Tröpfchenfrequenz nicht begrenzt und die schließlich eine Verstopfung der Schreibdüse mit Sehr großer Wahrscheinlichkeit ausschließt.

Die Tinte nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das polare Lösungsmittelgemisch aus Diäthylenglykol und Dimenthylsulfoxid besteht.
Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung einer Tinte findet Berücksichtigung, daß der in der Farbstoffsäure enthaltene Farbstoff in der Lage ist, ein kontrastreiches, stabiles Schriftbild einem handelsüblichen normalen Aufzeichnungsträger zu liefern. Andererseits wird dem Umstand Rechnung getragen, daß eine Verstopfung innerhalb des Schreibkopfes, insbesondere im Bereich der Austrittsdüse, aber auch im Bereich von Filtern mit höchster Sicherheit verhindert wird. Durch ein hohes Dipolmoment des Lösungsmittels

wird der Farbstoffträger mit höchster Sicherheit im Lösungsmittel aufgelöst, so daß keine Farbstoffpartikelchen zur Verstopfung führen können. Durch ein entsprechendes hygroskopisches Verhalten des Lösungsmittels wird der Verdunstungsverlust des Lösungsmittels kompensiert, so daß jeweils die vorgegebene Viskosität des Gemisches erhalten bleibt

Die Tintenflüssigkeit nach der Erfindung weist eine Viskosität zwischen 15 cP und 100 cP auf, wobei besonders günstig eine Viskosität von ca. 20 cP ist. Insbesondere für Schreibeinrichtungen, bei denen die Tinte lediglich durch Veränderung des Raumvolumens im Schreibkopf aus dem Schreibkopf ausgestoßen wird, hat das den Vorteil, daß das Dämpfungsverhalten der Tintenflüssigkeit die Tröpfchenfrequenz des ausgestoßenen Tintenstrahls vorteilhaft beeinflußt.

Das Lösungsgemisch für die Tinte kann dahingehend ausgestaltet sein, daß die einzelnen Komponenten des Lösungsgemisches jeweils Viskositäten mit nahe der Viskosität des Lösungsgemisches liegenden Werten aufweisen. Durch Veränderung der einzelnen Komponenten, beispielsweise durch Verdunstung oder durch Temperaturschwankungen oder ähnliche Einflüsse, wird der angestrebte Viskositätswert somit nicht wesentlich verändert.

Das erfindungsgemäß verwendete Tintengemisch, bei dem als Lösungsmittelgemisch Diäthylenglykol und Dimethylsulfoxid Verwendung finden, ist wegen des hohen Dipolmoments von Dimethylsulfoxid ein gutes Lösungsmittel. Außerdem ist es hygroskopisch, hat eine niedrige Verdunstungsrate und dringt besonders schnell in Papier ein. Auch bezüglich der Viskosität entspricht Dimethylsulfoxid etwa Wasser ist ebenso wie Wasser mit Diäthylenglykol beliebig mischbar.

Ein Lösungsmittelgemisch aus Diäthylenglykol und Dimethylsulfoxid ist bei —20°C noch so flüssig, daß ein Schreibbetrieb möglich ist. Selbst bei Temperaturen von —70⁰C ist das Gemisch noch nicht gefroren, sondern noch zähflüssig, so daß zwar kein Schreibbetrieb mehr möglich ist, eine Zerstörung des Schreibkopfes aber nicht zu befürchten ist. Die beiden Komponenten der Tintenilüssigkeit haben innerhalb der an sich sehr breiten Viskositätenskala mit der Viskosität von 2 cP für Dimethylsulfoxid und mit der Viskosität von 38 cP für Diäthylenglyko! nahe beieinanderliegende Werte. Außerdem nat das Gemisch eine günstige Verdunstungszahl und ist darüber hinaus hygroskopisch, so daß Verdunstungsverluste wieder kompensiert werden.

Weiterhin wirken sich die Lösungsmittel Dimethylsulfoxid und Diäthylenglykol auch günstig für den bevorzugten Anwendungszweck für die erfindungsgemäße Tinte aus, da sie eine geringe Löslichkeit für Gase, insbesondere für Luft, und einen sehr niedrigen Dampfdruck haben. Eine für den Betrieb schädliche Gasbildung, insbesondere durch Kavitation bei der sich erweiternden Volumenbildung innerhalb des Schreibkopfes ist damit verhindert.

Als alkalisch wirkender Lösungsvermittler findet Soda bzw. Triäthanolamin Verwendung. Dadurch ist die Farbstoffkonzentration im Lösungsmittel in vorteilhafter Weise dosierbar.

Beispielsweise beinhaltet eine Tinte mit den erfindungsgemäßen Merkmalen bei Verwendung von Soda als Lösungsvermittler für 2,7 bis 2,9 Gewichtsprozente Farbkomponenten im Lösungsgemisch, das zu ca. V3 der Masse aus Diäthylenglykol und zu ca. '/3 der Masse aus Dimethylsulfoxid besteht.

100 g Farbstoffsäure ist in einem Liter Tintenflüssigkeit beispielsweise auflösbar bei einem Volumenanteil von Triäthanolamin als Lösungsvermittler und einem Lösungsgemisch aus 3 Volumenteilen Diäthylenglykol und von fünf Volumenteilen Dimethylsulfoxid.

Claims

Patentansprüche:

1. Tinte für piezoelektrisch betriebene Tintenschreibeinrichtungen, bei denen in der Ausstoßkammer des vom Aufzeichnungsträger abgehobenen Schreibkopfes Unterdruck herrscht und Tintentröpfchen durch kurzzeitige Druckimpulse abgegeben werden, auf der Basis von saueren Farbstoffen und Soda bzw. Triethanolamin als Lösungsvermittler in polaren Lösungsmittelgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß das polare Lösungsmittelgemisch aus Diäthylenglykol und Dimethylsulfoxid besteht.

2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenflüssigkeit eine Viskosität zwischen 15 cP und 100 cP besitzt, und daß die einzelnen Komponenten des Lösungsmittelgemisches jeweils Viskositäten mit nahe der Viskosität des Lösungsmittelgemisches liegenden Werten aufweisen.