DE3026976C2

DE3026976C2 - Tintenstrahlschreiber

Info

Publication number: DE3026976C2
Application number: DE3026976A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Tokio/Tokyo Yamaguti
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1986-07-24
Also published as: US4333087A; DE3026976A1; JPS5615364A; JPS6224274B2

Description

tivische Darstellung eines Tintenstrahlschreibers gemäß der Erfindung,

Fig.3 eine schematische Darstellung eines Tintenstrahlschreibers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß den F i g. 1 und 2 ist in einem Behälter 10 eine Tintenkammer 11 zur Aufnahme eines Volumens 12 einer üblichen wäßrigen Tinte festgelegt Die oberseitige Öffnung der Tintenkammer 11 ist flüssigkeitsdicht mit einer aus eine; Scheibe aus rostfreiem Stahl bestehenden Elektrodenscheibe 13 verschlossen, während an der bodenseitigen Öffnung ein z. B. aus gesintertem rostfreiem Stahl bestehendes Filter 14 mit einer Vielzahl ununterbrochen durchgehender Öffnungen oder Poren angebracht ist. Weiterhin ist die Bodenöffnung des Behälters 10 mit einem Tinteneinlaß 15 verbunden, der an einen Tintenvorrat 31 angeschlossen ist und über das Filter 14 mit der Tintenkammer 11 kommuniziert Der Behälter

10 ist zudem mit einem Tintenauslaß 16 versehen, der mit dem Inneren der Tintenkammer 11 in Verbindung steht und dessen Vorderende über eine Düse 17 nach außen mündet Die Elektrodenscheibe 13 ist über einen nicht dargestellten Silberfilm mit der Unterseite eines aus einem scheibenförmigen piezoelektrischen Keramikstück bestehenden piezoelektrischen Elements 18 verbunden, das an seiner Oberseite mit einer weiteren Elektrodenscheibe 19 versehen ist

Wie aus F i g. 2 im einzelnen hervorgeht, besteht der Behälter 10 aus einer oberen und einer unteren Grundplatte 20 bzw. 21, die jeweils mit mehreren, auf einem Kreisbogen angeordneten, zylindrischen Durchgangsbohrungen versehen sind, sowie einem zwischen den Grundplatten angeordneten und eine der Zahl der Bohrungen der Grundplatten 20 und 21 entsprechende Zahl von Durchgangsbohrungen aufweisenden Abstandstück 22. Das Abstandstück 22 ist mit mehreren Schlitzen bzw. Einschnitten versehen, die von den Bohrungen zu seiner Stirnseite verlaufen. Das Abstandstück 22 ist so zwischen die Grundplatten 20 und 21 eingesetzt, daß seine Vorderseite bzw. Stirnfläche bündig mit den Stirnflächen der beiden Grundplatten 20 und 21 abschließen. Auf diese Stirnflächen ist eine Öffnungsplatte 23 mit in einer Reihe angeordneten (Düsen-)Öffnungen aufgesetzt, die mit den Schlitzen des Abstandstücks 22 in Verbindung stehen. Die beiden Grundplatten 20 und 21 sowie die jeweiligen Bohrungen der Abstandstücks 22 bilden somit mehrere Tintenkammern 11, von denen in F i g. 1 nur eine dargestellt ist. Jeder Schlitz des Abstandstücks 22 legt mit der Unterseite der oberen Grundplatte 20 sowie dsr zugewandten Oberseite der unteren Grundplatte 21 einen Tintenauslaß fest, und jede Öffnung in der Öffnungsplatte 23 bildet eine Düse 17.

Im Tinteneinlaß 15 ist in der Nähe der Tintenkammer

11 ein Stufenabschnitt ausgebildet. Zwischen diesem Stufenabschnitt und der Unterseite der unteren Grundplatte 21 ist eine kreisbogenförmige poröse Platte bzw. ein Filter 14 so gehaltert, daß sie bzw. es alle bodenseitigen Öffnungen der verschiedenen Tintenkammern blokkiert. Die Tinte kann somit über das Filter 14 vom Tin- ω teneinlaß 15 in die einzelnen Tintenkammern 11 eintreten.

Die Elektrodenscheibe 13 ist bogenförmig ausgebildet und an der Oberseite der oberen Grundplatte 20 so angebracht, daß sie alle Tintenkammern 11 verschließt. In einem Kreisbogen sind auf der oberen Grundplatte 20 piezoelektrische Elemente 18 angeordnet, die jeweils im wesentlichen denselben Durchmesser wie die Tintenkammern 11, d.h. die zylindrischen Bohrungen in der Grundplatte besitzen und die koaxial auf die betreffenden Tintenkammern ausgerichtet sind

Im folgenden ist die Arbeitsweise des den vorstehend beschriebenen Aufbau besitzenden Tintenstrahlschreibers erläutert

Bei einer Aufzeichnung, d. h. in einem Schreibvorgang, wird ein Ausgangsspannungsimpuls von einem Impulsgenerator über die Elektrodenplatten bzw. -scheiben 13 und 19 an das piezoelektrische Element 18 angelegt Dabei wölbt sich der Mittelteil des piezoelektrischen Elements 18 zusammen mit der Elektrodenscheibe 13 in Abhängigkeit von der angelegten Spannung gemäß F i g. 1 nach unten, so daß die in der Tintenkammer 11 befindliche Tinte 12 augenblicklich mit einem hohen Druck beaufschlagt wird. Obgleich dieser durch die Verformung bzw. Auslenkung des piezoelektrischen Elements 18 erzeugte Drucic auch auf den Tinteneinlaß übertragen wird, wird der größte Teil dieses Drucks aufgrund des hohen Strömungswiderstands des porösen Filters 14 zum Tintenausla"· übertragen, so daß die Tinte über die Düse 17 in Richtung a; J das Aufzeichnungspapier ausgestoßen wird.

Bei Beendigung des Spannungsimpulses bewegt sich der Mittelteil des piezoelektrischen Elements 18 in seine Ausgangsstellung zurück, so daß in der Tintenkammer 11 ein Unterdruck entsteht, wobei unter dem Druck H Tinte vom Tintenvorrat 31 über das Filter 14 in die Tintenkammer 11 angesaugt wird. Der Tintenstrahlausstoß über die Düse 17 und die Tintenzufuhr zur Tintenkammer 11 können dabei für die Durchführung der gewünschten Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungspapier entsprechend wiederholt werden.

Das Filter 14 setzt dem es durchströmenden Tintenstrom einen bestimmten Widerstand entgegen. Wenn dieser Widerstand zu groß ist, kann die Tintenkammer ίί nicht mit einer vorgegebenen Tintenmenge gespeist werden, auch wenn das in ihr enthaltene Tintenvolumen abnimmt. Zur Vermeidung dieser Erscheinung muß daher der vorgegebene Druck //auf den Tintenvorrat 31 einwirken. Der Druck H muß größer sein als der Strömungswiderstand für den Tintenfluß in die Tintenkammer 11, aber kleiner als eine durch die Oberflächenspannung am Tintenauslaß 16 und an der Düse Yl erzeugte Widerstandskraft. Diese Beziehung zwischen dem Druck H und der auf der Oberflächenspannung beruhenden Widerstandskraft ist erforderlich, um ein Ausstoßen von Tinte zu verhindern, wenn durch das piezoelektrische Element 18 kein Druck ausgeübt wird.

Wenn die Widerstandskraft bzw. der Strömungswiderstand des Filters am Tintenspeiseeinlaß mit Fund die Widerstandskraft aufgrund der Oberflächenspannung mit rbezeichnet werden, bestimmt sich die vom Tintenvarrtt, der ständig mit dem Druck //beaufschlagt wird, auf die Seite der Tintenkammer 11 ausgeübte Kraft P wie folgt:

F< P< T.

Genauer gesagt: Wenn der Innendurchmesser des Tintenauslasses mit 2r und die Oberflächenspannung der Tinte mit t bezeichnet werden, entspricht die durch die Oberflächenspannung erzeugte Kraft 2 π r ■ L Bei einem ständig die Tinte beaufschlagenden Druck //entspricht die durch iiesen am Auslaß erzeugte Kraft ttr¹ ■ H.

Wenn diese letztere Kraft (λτ² · H) größer ist als die erstgenannte Kraft (2 π r ■ t), ergibt sich H > 2tlr.

Wenn H größer ist als 2t/r, fließt unnötigerweise Tinte aus. Wenn der Innendurchmesser (2r) der Auslaßöffnung 50 μπι und die Oberflächenspannung (t)der wäßrigen Tinte 60 dyn/cm betragen, muß der ständig auf die Tinte einwirkende Druck kleiner sein als 50 cm · HjO (bzw. 50 cm Wassersäule).

Wenn beispielsweise mittels eines Signalimpulses einer Rechteckwellenform von 50 μβ Breite Tintentröpfchen mit einem Durchmesser von 84 μπι über den Tintenauslaß ausgetrieben werden, beträgt das Volumen eines Tintentröpfchens etwa 2,7 χ 10-⁷cm³. Wenn in diesem Fall als Filter eine Scheibe oder Platte aus gesintertem rostfreien Stahl von 0,2 mm Länge, einem Porendurchmesser von 5 μπι und mit 1000 Poren benutzt und der Druck H auf 5 cm · H₂O (bzw. 5 cm Wassersäule) eingestellt wird, kann die Tinte über das Filter während einer Zeitspanne von 600 \ls zugeführt werden. Wenn der statische Druck auf mehr als 5 cm · H2O (bzw. 5 cm Wassersäule) eingestellt wird, kann Hie Tinte während einer kürzeren Zeit zugeführt werden. Der Druck H muß daher der Bedingung

5 cm · H₂O < H < 50 cm · H₂O

genügen.

Die Tintenstrahlaustreibung erfolgt mit gutem Wirkungsgrad, wenn der Widerstand Rn am Tintenauslaß kleiner ist als der Widerstand Rf zm Filter.

Wenn die Eigenschaften des Tintenauslasses und des Filters gemäß nachstehender Tabelle zusammengefaßt werden, läßt sich das Verhältnis zwischen den Widerständen Rn und Rf wie folgt berechnen:

Tinteneinlaß 15 an einem schnitt üb angeordnet ist.

anderen Tintenkammerab-

Rn Rf

Tabelle

rf* ■ In χ 1000
TiFTf

35

Tintenauslaß Filter

Länget	50 μπι	200 μπι
Poreninnendurchmesser (2r)	50 μπι	5μΓη
Porenzahl	1	1000

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

In diesem Fall ist der Widerstand des Filters 40mal so groß wie derjenige der Auslaßöffnung bzw. des Tintenauslasses, so daß die Tinte wirksam in einem Strahl ausgetrieben werden kann.

Wenn in der Praxis ein piezoelektrisches Element von 0,2 mm Dicke sowie Elektrodenplatten in Form von Metallscheiben derse'ben Dicke und mit 20 mm Durchmesser in Verbindung mit einem Tintenauslaß und einem Filter mit den in der Tabelle angegebenen Eigenschaften verwendet werden, kann bei Anlegung einer konstanten Kraft von 10 cm · H₂O (bzw. 10 cm Wassersäu-Ie) ein Strom von Tintentröpfchen mit einer Frequenz von 1,6 kHz erzielt werden.

Obgleich das bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwendete Filter aus gesintertem rostfreien Stahl besteht, kann es ersichtlicherweise auch aus einem beliebigen, geeigneten anderen Material bestehen, sofern dieses porös und gegenüber der Tinte weitgehend beständig bzw. inert ist.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 ist das Filter 14 unmittelbar in der Tintenkammer angeordnet. In diesem Fall ist der Tintenauslaß 16 in einem Tintenkammerabschnitt 11a zwischen dem piezoelektrischen Element 18 und dem Filter 14 angeordnet, während der

Claims

1 2 setzten Richtungen längs der Achse der Tintenkammern Patentansprüche: gleich groß ist Jedoch kann nur der in Richtung zur Tintenauslaßöffnung wirkende Druck zum Ausstoß ei-

1. Tintenstrahlschreiber mit einem Behälter, wel- nes Tintentröpfchens ausgenutzt werden, während der eher eine Tintenkammer zur Speicherung eines Tm- 5 in der entgegengesetzten Richtung wirkende Druck für tenvolumens besitzt und einen Druckerzeuger zur den Tinienausstoß weitgehend verlorengeht, wodurch Anlegung eines Druckes an das in der Tintenkam- ebenfalls die Wirksamkeit des Tintenausstoßes verrinmer befindliche Tintenvolumen in Abhängigkeit von gert ist Der bei dem bekannten Tintenstrahlschreiber in einem elektrischen Signal enthält wobei die Tinten- Richtung zur Tinteneinlaßöffnung wirkende Druck hat kammer über eine Tinteneinlaßöffnung mit einem 10 das Bestreben, im Bereich der Tinteneinlaßöffnung star-Tintenvorrat in Verbindung steht und außerdem ei- ke Druckschwankungen hervorzurufen. Um dies zu verne Tintenauslaßöffnung aufweist und wobei im Be- hindern, weist die bekannte Vorrichtung eine sich über reich zwischen dem Tintenvorrat und der Tintenaus- alle Tinteneinlaßöffnungen erstreckende Verteilereinlaßöffnung eine Filtervorrichtung angeordnet ist richtung auf, die ihrerseits eine Kapillarfiltervorrichtung welche den die Auslaßöffnung und den Druckerzeu- 15 mit einer Drosselplatte und einem Gitter aufweist, woger enthaltenden Bereich der Tintenkammer von ei- bei stromaufwärts der Verteilereinrichtung eine allen ner die Tinteneinlaßöffnung aufweisenden Einlaß- Tintenkammern gemeinsame Einlaß- bzw. Verteilerkammer trennt dadurch gekennzeichnet, kammer vorgesehen ist Durch die Verteilereinrichtung daß der Druckerzeuger (13, 18,19) den die Auslaß- soll eine Beeinflussung der einzelnen Tintenkammern öffnung (1«) aufweisenden Bereich der Tintenkam- 20 untereinander verhindert werden. Sowohl die Drosseimer (11) an einer Seite abschließt daß die Filtervor- platte als auch das Gitter haben vergleichsweise eroße richtung dem Druckerzeuger mit einer Fläche ge- Öffnungen, so daß die Druckschwankungen zumindest genüberliegt die etwa der Fläche des Druckerzeu- in abgeschwächter Form bis in die Einlaß- bzw. Verteigers entspricht und direkt dessen Druck ausgesetzt lerkammer gelangen.

ist und daß die Filtervorrichtung durch ein poröses 25 Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tintenstrahl-Filter (14) mit einer Vielzahl von Poren und mit einer schreiber der genannten allgemeinen Art derart auszuein Vielfaches des Porendurcumessers betragenden führen, daß die Wirksamkeit des Tintenausstoßes ver-Porenlänge gebildet ist bessert ist, so daß unter allen Betriebsbedingungen ein-

2. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch wandfreier Ausstoß von Tintentröpfchen erzielt wird, gekennzeichnet, daß das poröse Filter (14) innerhalb 30 Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Tinder Tintenkammer (11) angeordnet ist und diese als tenstrahlschreiber der einleitend genannten Art gemäß Trennwand in zwei Kammerabschnitte(Ha, lltyun- der Erfindung dadurch, daß der Druckerzeuger den die terteilt Auslaßöffnung aufweisenden Bereich der Tintenkam-

3. Tintenstrahlschreih2r nach Anspruch 1 oder 2, mer an einer Seite abschließt daß die Filtervorrichtung dadurch gekennzeichnet daß ΰ ; Einlaßöffnung (15) 35 dem Druckerzeuger mit einer Fläche gegenüberliegt, dem porösen Filter (14) gegenüberliegend im Behäl- die etwa der Fläche des Druckerzeugers entspricht, und ter(10) vorgesehen ist direkt dessen Druck ausgesetzt ist, und daß die Filter-

4. Tintenstrahlschreiber nach einem der Ansprü- vorrichtung durch ein poröses Filter mit einer Vielzahl ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse von Poren und mit einer ein Vielfaches des Porendurch-Filter (14) eine Platte bzw. Scheibe aus gesintertem 40 messers betragenden Porenlänge gebildet ist. rostfreiem Stahl ist Bei einem Tintenstrahlschreiber jjemäß der Erfindung

wird der Druck, der vom Druckerzeuger in Richtung

gegen die Tinteneinlaßöffnung ausgeübt wird, nicht geschwächt, sondern im Gegenteil reflektiert und damit 45 für den Tintenausstoß wirksam erhalten. Die durch den

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahlschreiber mit Druckerzeuger hervorgerufene plötzliche Druckändeeinem Behälter, welcher eine Tintenkammer zur Spei- rung führt an der Vielzahl von vergleichsweise kleinen cherung eines Tintenvolumens besitzt und einen Druck- Poren zu Turbulenzen bzw. Wirbelströmungen, durch erzeuger zur Anlegung eines Drucks an das in der Tin- welche ein Zurückfließen von Tinte durch die Poren tenkammer befindliche Tintenvolumen in Abhängigkeit 5d verhindert ist. Gleichzeitig ist aber zwischen aufeinanvon einem elektrischen Signal enthält wobei die Tinten- derfolgenden Betätigungen der Druckerzeuger ein auskammer über eine Tinteneinlaßöffnung mit einem Tin- reichendes Nachfließen von Tinte gewährleistet, tenvorrat in Verbindung steht und außerdem eine Tin- Eine flächige Filtervorrichtung ist bei einem Tintenteneinlaßöffnung aufweist und wobei im Bereich zwi- strahlschreiber (DE-OS 24 59 745) bekannt. Diese FiI-schen dem Tintenvorrat und der Tintenauslaßöffnung 55 tervorrichtung ist jedoch am unteren Ende des Tinteneine Filtervorrichtung angeordnet ist, welche den die vorratsbehälter angeordnet, von welchem eine Tinten-Auslaßöffnung und den Druckerzeuger enthaltenden leitung zu einer Mehrzahl von Pumpenkammern führt. Bereich der Tintenkammer von einer die Tinteneinlaß- deren jede einen piezoelektrischen Kristall und einen öffnung aufweisenden Einlaßkammer trennt. Tintenkanal aufweist, der in einer Tintenauslaßöffnung

Es ist ein Tintenstrahlschreiber der einleitend genann- 60 in Form einer Kapillardüse mündet, ten Art bekannt (DE-OS 25 43 451), bei welchem eine Weitere Merkmale der Erfindung sind in den UnterMehrzahl von röhrchenförmigen Tintenkammern vor- ansprächen unter Schutz gestellt, gesehen ist, deren jede in einem Bereich zwischen ihren Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen Enden und damit zwischen der Tinteneinlaßöffnung und der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik ander Tintenauslaßöffnung von einem ringförmigen 65 hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es Druckerzeuger umgeben ist. Bei Betätigung wird durch zeigt

die ringförmigen Druckerzeuger in den Tintenkammern F i g. 1 und 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene

jeweils ein Druck erzeugt, der in beiden entgegenge- Schnittansicht bzw. eine auseinandergezogene perspek-