DE3140215C2 - Vorrichtung zur Erzeugung von einzelnen Farbtröpfchen für einen Farbstrahldrucker - Google Patents

Abstract

Ein Fluid- bzw. Farbtröpfchen-Ausstoßsystem weist ein Paar Elektroden auf, die in der Nähe einer Ausstoßdüse angeordnet sind, welche einen Auslaß eines Farbzuführdurchgangs festlegt. An eine unter Druck der Düse zugeführte Farbe wird periodisch ein elektrisches Feld in einer zu der Farbflußrichtung senkrechten Richtung oder parallel zu der Farbflußrichtung angelegt, so daß ein von der Düse ausgestoßener kontinuierlicher Farbstrom in aufeinanderfolgende Tröpfchen aufgeteilt bzw. getrennt wird.

Description

2. VoarUhtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Elektroden (16,ίδ') aagelegte elektrische Feld durch eine Spannung mit einer sinusförmigen Wellenform, einer Dreleckswellenfonn, einer Rechteckwellenform, einer sagezahnförmlgen Welle oder einer sich wiederholenden Irupulsförmlgen Wellenform erzeugt wird.

Die Erfinde--g betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von einzelnen Farbtröpfchen für einen Farbstrahldrucker nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung zur Erzeugung von einzelnen Farbtröpfchen für einen Farbstrahldrucker 1st aus der DE-QS 29 28 730 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung weist eine Quelle für die Farbe zur Speisung eines Farbstrahldruckers, ebenso eine Zuführleitung zwischen der Quelle für die Farbe und einem Ausstoßkopf mit einer Auslaßdüse für die einzelnen Farbtröpfchen auf, und Ist ferner auch mit Elektroden ausgestattet, um ein elektrlsches Feld an die Farbe anzulegen, wobei aber diese Elektroden im Bereich der Düse des Ausstoßkopfes versetzt zueinander angeordnet sind. Wenn bei dieser bekannten Vorrichtung ein Spannungsimpuls an die Elektroden angelegt wird, so wird ein Teil der In der genannten Düse befindlichen Flüssigkeitssäule abgetrennt und wenigstens der Teil der Flüssigkeit, der sich jenseits einer angenommenen Verbindungslinie zwischen den zwei Elektroden befindet, wird von der Düse als Tröpfchen auf den Aufzeichnungsträger ausgestoßen. Bei dieser bekannten Vorrichtung dienen also die Elektroden als Ventil, welches das Austreten der Flüssigkeit aus der Düse ermöglicht oder sperrt. Aus diesem Grunde muß bei der bekannten Vorrichtung die AuslaßdUse senkrecht nach unten gerichtet sein, damit die Schwerkraft die für das Ausstoßen der Flüssigkeit erforderliche, die Kapillarkräfte Oberwindende Kraft erzeugen kann.

Mit Hilfe dieser bekannten Vorrichtung ist es jedoch ferner nicht möglich, eine gleichmäßige Trennung der Flüssigkeit in die einzelnen Tröpfchen zu erreichen.

Aus der DE-AS 24 35056.1st eine Vorrichtung zur Erzeugung von einzelnen Farbtröpfchen für einen Farbstrahldrucker bekannt, bei der die Elektroden Im Bereich von mit Tinte gefüllten Kapillaren angeordnet sind, so daß bei Anlegen einer Gleichspannung die Tinte entsprechend der Polarisation ihrer Tintenteilchen in Richtung auf eine Elektrode entgegengesetzter Polarität fließen und Tinte In den durch Abwanderung freigewordenen

Raum nachfließen kann.

Aus der US-PS 40 27309 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von einzelnen Farbtröpfchen für einen Farbstrabldrucker bekannt, bei der eine Zufuhrleitung zwischen einer Quelle fur die Farbe und einem Ausstoßkopf mit einer Auslaßdüse für die einzelnen Farbtröpfchen Verwendung findet, wobei der Ausstoßkopf ein Vibratorelement enthält, welches bei Scawlngung bewirkt, daß der aus der Auslaßdüse austretende Farbstrahl In einzelne Farbtropfen aufgeteilt wird. Die einzelnen Farbtröpfchen werden dann aufeinanderfolgend an einem elektromagnetischen Feld und einem elekrostatischen Feld vorbeibewegt, wobei sie selektiv aufgeladen werden und dann einem magnetischen Feld ausgesetzt werden, um eine Abtastbewegung der einzelnen Farbtröpfchen bei einer Aufzeichnungsflache hervorzurufen.

Weitere mit dem Vibrationsprinzip arbeitende Farbstrahldrucker, sogenannte Stemme-Farbstrahldrucker oder Sllonlcs-Farbstrahldrucker sind aus der US-PS 37 47120 bzw. der US-PS 39 46 398 bekannt. Diese beiden Ausführungsformen von Farbstrahldruckern weisen im allgemeinen einen Vibrator oder Schwingungserzeuger auf, welcher wirksam an einen: Farbausstoßkopf angebracht ist. Durch ein Schwingen dieses Vibrators werden die Geschwindkeit oder der Druck einer Farbe Im Inneren des Ausstoßkopfes geändert, so daß ein Tröpfchen aus dem Ausstoßkopf ausgestoßen wird.

Ein derartiges Farbtröpfchen-Ausstoßsystem kann jedoch infolge der Verwendung eines Vibrators oder Schwingungserzeugers nicht frei von ungleichmäßigen Energiezuteilungen auf die Flüssigkeit sein, wenn nicht die auf den Vibrator wirkende Kraft genau eingestellt und gesteuert wird. Zu Unregelmäßigkeiten kommt es auch bei der elektromechanischen Umsetzung der Vibratoren oder Schwingungserzeuger selbst. Dadurch ergeben sich unregelmäßige Intervalle zwischen benachbarten, aufeinanderfolgenden Farbtröpfchen. Inzwischen ist die Ausführung so kompliziert, daß ei:» Kraft, die anfangs auf den Vibrator wirkt, eingestellt werden muß, und darauf geachtet werden muß, daß Wechselwirkungen zwischen dem Vibrator und einem Vlbratorhaltetel! oder Wechselwirkungen zwischen der Farbflüssigkeit und dem Vlbratorhaltetell vermieden werden.

Der Erfindung Hegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von einzelnen Farbtröpfchen für einen Farbstrahldrucker nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, mit der exakt definierte Farbtröpfchen mit gleichen Volumina erzeugt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Durch die Erfindung ergibt sich Insbesondere der Vorteil, daß sich genau definierte Farbtröpfchen erzeugen lassen, die in einer kontinuierlichen Folge aus der Düse des Ausstoßkopfes austreten.

Obwohl der Mechanismus dieser Art der Tropfenerzeugung noch nicht vollständig geklärt 1st, wird angenommen, daß diese Tropfenerzeugung auf zwei zusammenwirkenden Effekten beruht:

a) Das periodisch angelegte, elektrische Feld führt zu einer periodischen Änderung der Viskosität der Farbe In der Zuführleitung, so daß sich Ihre Strömungseigenschaften ändern und damit das Ausstoßen elrlzelner Tropf-, chen begünstigt wird, und

b) das periodische Anlegen eines elektrischen Feldes senkrecht zur Strömungsrichtung führt zur Bildung von

Druckwellen in der Zuführleitung und im Ausstoßkopf, wodurch die Wirkung des elektrischen Feldes unterstützt und damit einwandfreie Farbtröpfchen erzeugt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Flg. 1 im Schnitt einen Teil einer Seitenansicht eines Farbstrahldruckers mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Kurve, in welcher die Beziehung zwischen einer Ansteuerfrequenz eines elektrischen Wechselfelds, das an das Farbtröpfchen-Ausstoßsystem der Fig. 1 angelegt worden ist, und einer Druckänderung im Inneren des Farbausstoßkopfes dargestellt ist;

Fig. 3 eine Kurve, In welcher die Beziehung zwischen einer Druckänderung im Inneren des in F i g. 1 dargestellten Ausstoßkopfes und einer Strecke von dem Ausstoßkopft zu einer Stelle dargestellt Ist, an welcher ein kontinuierlicher Farbstrom in Tröpfchen aufgeteilt wird;

Fig. 4 einen Teil einer Schnlttansicüi eines herkömmlichen Farbstrahidruckers, der einen Teil eine'. Farbtröpfchen-Ausstoßsystems gemäß der Erfindung aufweist;

Fig. 5 ein Zeitdiagramm, anhand welchem die Arbeitsweise der In FIg.4 dargestellten Ausführungsform veranschaulicht Ist, und

Fig. 6 einen Teil einer Schnittdarstellung einer Abwandlung der Vorrichtung der Flg. 4.

In rig. 1 1st eine Farbtröpfchen-Ausstoßeinrichtung eines Farbstrahldruckers dargestellt, bei welchem die Erfindung anwendbar 1st. Die Ausstoßeinrichtung weist ein Filter 10, das ein einem vorbestimmten Farbeinlaßdurchgang angeordnet 1st, um einen Farbzufluß zu filtern, und einen Farbausstoßkopf 12 mit einer Düse 14 auf. Gemäß der Erfindung sind ein Paar Elektroden 16, 16' zwischen dem Filter und dem Ausstoßkopf 12 angeordnet und mit einer Wechselstromquelle 18 verbunden. Die Elektroden 16, 16' sind so angeordnet, daß periodisch ein veränderliches, elektrisches Feld senkrecht zu dem Farbfk'3 von dem Filter 10 zu dem Ausstoßkopf 12 angelegt wird. Zwischen den Elektroden 16, 16' hat die Farbe, die unter einem vorbestimmten Druck Po Ober das Filter 10 zugeführt wird, eine bestimmte Viskosität, und folglich wird ihre Geschwindigkeit durch das an die Elektroden 16, 16' angelegte elektrische Feld geändert. Die Geschwindigkeit der Farbe nimmt afc, wenn die Viskosität zunimmt, nimmt aber zu, wenn letztere abnimmt, so daß dadurch der Farbdruck Im Inneren des Ausstoßkopfes geändert werden kann. Ein kontinuierlicher Farbstrom 20 wird In Farbtu'pfchen 22 aufgeteilt, wie noch beschrieben wird.

In Fig. 1 sind Kurven dargestellt, welche die Beziehung zwischen einer Druckänderung Δ Ρ In dem Ausstoßkopf 12 und einer Frequenz / des elektrischen Wechselfeldes, das zwischen den Elektroden 16 und 16' ausgebildet wird und eine sinusförmige Wellenform hat, bei drei verschieden starken elektrischen Feldern, nämlich 2,0 kV/mm, 1,0 kV/mm und 0,5 kV/mm wiedergeben. Aus den Kurven ist zu ersehen, daß die Druckänderung Δ P In dem Ausstoßkopf 12 im allgemeinen umgekehrt proportional zu der Frequenz/des durch eine sinusförmige Welle geschaffenen elektrischen Feldes lsi. Die Wellenform des elektrischen Feldes an den Elektroden 16, 16' ist nicht auf die sinusförmige Welle beschränkt, sondern sie kann auch eine Dreieckwelle, eine Rechteckwelle, eine Sägezahnwelle, eine sich wiederholende impulsföT.ruige Welle u. ä. aufweisen.

In F l g. 3 Ist eine Kurve dargestellt, weiche eine Beziehung zwischen einer Druckänderung Δ P In dem Ausstoßkopft 12 und einem Abstand L von dem vorderen Ende des Ausstoßkopfes an einer Stelle wiedergibt, an welcher ein Tröpfchen 22 von dem kontinuierlichen Farbstrom 20 getrennt wird. Bei einer logarithmischen Darstellung auf der Abszisse läßt sich nachweisen, daß die Beziehung, wie dargestellt, einen linearen Tell A und einen nichtlinearen Teil B aufweist.

Wenn ein dem Ausstoßkopf 12 unter Druck zugeführter Farbfluß dem sich periodisch ändernden elektrischen Feld ausgesetzt wird, welches senkrecht zu dem Farbfluß verläuft, wird Jessen Geschwindigkeit geändert, wodurch wiederum der Druck im Inneren des Ausstoßkopfes 12 geändert wird. Durch eine Druckänderung im Inneren des Ausstoßkopfes 12 wird der von diesem ausgestoßene Farbstrom 12 entsprechend gesteuert, so daß der Farbstrom 20 entsprechend der Ansteuerfrequenz / des sich periodisch ändernden elektrischen Feldes In Tröpfchen 20 aufteilt wird.
Bei Zugrundelegung des vorstehend beschriebenen Prinzips wurden unter Versuci^iiedingungen, bei welchen die Elektroden 16, 16' in eine»n Abstand von 0,5 mm voneinander angeordnet waren und an sie eine Spannung von 150 V (quadratischer Mittelwert) angelegt wurde, die geforderten Farbtröpfchen in konstanten InterviJien bzw. mit konstanten Zwischenräumen erhalten.

Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben worden ist, kann sie auch in Verbindung mit einer Farbtröpfchen-Ausstoßeinrichtung des Stemme- oder des Sllonics-Farbstrahldruckers verwendet werden. In Fig. 4 bis 6 sind ein herkömmlicher Farbstrahldrucker dargestellt. In welchem die Erfindung vorgesehen ist, d. h. In welchem Elektroden zum Anlegen eines elektrischen Feldes an einen Farbfluß vorgesehen sind. Hierbei sind die gleichen Teile wie die in den vorherigen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In Flg. 4 bis 6 weist der Farbstrahldrucker Elektroden 40, 40' und einen elektrostrlktlven Vibrator 42 auf.

Femer 1st ein Aufzeichnungsmaterial 44 in Form eines Blatts Papier vorgesehen. Bei dieser Art Drucker wird der elektrostrtkttve Vibrator wie üblich entsprechend einem Eingangsvideosignal angesteuert, so daß das Innere Volumen des Ausstoßkopfes 12 stark verkie'nert ist, um ein Farbtröpfchen aus der Düse 14 auszustoßen und um dadurch einen geforderten Punkt auf das Blatt Papier 44 zu drucken. Während dieses Vorgangs muß eine Änderung im Volumen des Ausstoßkopfes 12 wirksam an die Düse 14 übertragen werden und die Farbzuführung zu

so dem Ausstoßkopf 11 muß entsprechend wirksam vorgenommen werden. Diese wirksame Übertragung einer Änderung des Kopfvolumens an die Düse 1st bei einem herkömmlichen Drucker dieser Art nicht erreichbar, da bei Ihm die Änderung zurück auf die Farbzuführseltc des Druckers übertragen wird. Dies muß dann mit Hilfe eines elektrostriktiven Vibrators ausgeglichen werden, mit welchem eine entsprechende Energie erzeugt wird.

Bei dem In F' g. 4 dargestellten Drucker 1st dies erreicht, und durch Anwenden des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens der vorstehend angeführte Nachteil überwunden. Wie dargestellt, Ist ein Elektrodenpaar 40, 40' in einem Teil eines Farbzuführdurchgangs zu dem Ausstoßkopf 12 angeordnet. Während der elekt .ostrlktlve Vibrator 42 angesteuert wird, wird eine Spannung an die Elektroden 40,40' angelegt, um ein elektrisches Feld an die dazwischen hindurchfließende Farbe anzulegen. Die sich ergebende Zunahme in der Farbviskosität spiegelt sich In einer

Erhöhung des Widerstands auf den Farbfluß zwischen den Elektroden 40, 40' wieder, wodurch verhindert Ist, daß eine Änderung des Kopfvolumens zu der Farbzuführselte des Druckers hin ausweicht. Hierdurch ist eine Verbesserung Im Wirkungsgrad bei dem Farbausstoßen aus der Düse 14 sichergestellt.

Die Farbe kann ohne weiteres auch im Fall einer Färbzuführung in den Ausstoßkopf 12 eingebracht werden, indem die Spannung an den Elektroden 40, 40' abge-'schaltet wird, und dadurch das elektrische Feld frelge- ίο geben wird, um den Widerstand gegen den Farbstrom auf den üblichen Wert zu senken. In der Praxis kann jedoch die Farbe nicht ohne eine Verzögerung auf das Abschalten der Spannung ansprechen. Die Verzögerung kann dadurch entstehen, wenn anfangs eine Spannung an die Elektroden 40, 40' angelegt ist, dann ein Datensignal an den Vibrator 42 angelegt wird und dann die Spannungszuführung zu den Elektroden 40 und 40' abgeschaltet wird, damit eine Farbzufuhr zu dem Ausstoßkopf 12 ermöglicht ist. Diese aufeinanderfolgenden Schritte sind ein einem Zeltdiagramm In FI g. 5 dargestellt. Wie dargestellt, wird eine Spannung an die Elektroden 40, 40' entsprechend einem Signal α angelegt, dann wird der Vibrator durch ein Signal b angesteuert und dann wird das Signal b nach dem Signal α abgeschaltet.

In Flg. 6 1st eine Abwandlung eines Farbtröpfchen-Ausstoßsystems der Flg. 4 dargestellt. Hierbei sind die gleichen Teile wie in Flg. 4 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das abgewandelte System bildet einen Teil eines Stemme-Farbstrahldruckers, der In der US-PS 37 47 120 beschrieben Ist, In welchem ein Farbzuführdurchgang senkrecht zu der Ausstoßrichtung der Färbtröpfchen 20 verlauft. Wie dargestellt, sind ein Elektrodenpaar 40,40' in einem Teil des FarbzufOhrdurchgangs wie in der Anordnung der F1 g. 4 angeordnet. Wie vorher In Verbindung mit der Anordnung nach FI g. 4 beschrieben, wird ein elektrisches Feid zwischen den Elektroden 40, 40' ausgebildet.

Gemäß der Erfindung ist somit ein Farbtröpfchen-Ausstoßsystem geschaffen, bei welchem auch bei einer starken Verkleinerung des Innenvolumens eines Farbausstoßkopfes verhindert Ist, daß die Farbe zur Farbzuführseite hin ausweicht, so daß dadurch eine wirksame Übertragung einer derartigen Änderung in dem Farbausstoßkopf unterstützt wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Farbtröpfchen In konstanten Intervallen d. h. in konstanten Abstanden mit Hilfe einer einfachen und wirtschaftlichen Ausführung ausgestoßen werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1st auch bei einer Vielzahl anderer Einrichtungen anwendbar, bei welchen ein Strom feiner Fluldtröpfchen wie bei den beschriebenen und dargestellten Farbstrahldruckern ausgestoßen werden muß.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

55 g,

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von einzelnen Farbtröpfchen für einen Farbstrahldrucker,

a) mit einer Quelle für die Farbe,

b) mit einer Zuführleitung zwischen der Quelle und einem Ausstoßkopf mit einer Auslaßdüse fur die einzelnen Farbtröpfchen, und

c) mit Elektroden zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die Farbe,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) die Elektroden (16, 16*) das elektrische Feld periodisch senkrecht zur Strömungsrichtung an die unter Druck stehende Farbe in der Zuführleitung anlegen.