DE3301327C2

DE3301327C2 -

Info

Publication number: DE3301327C2
Application number: DE3301327A
Authority: DE
Inventors: Taketo Hino Tokio/Tokyo Jp Nozu; Yoshiaki Hachioji Tokio/Tokyo Jp Kimura; Kiyotaka Tokio/Tokyo Jp Murakami
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1983-01-17
Publication date: 1992-12-17
Also published as: JPS58131071A; DE3301327A1; US4777497A; JPH0326131B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahlschreiber mit einem Schreibkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein typisches Beispiel für einen bisherigen bedarfsweise arbeitenden Tintenstrahlschreiber ist aus der DE 27 25 761 A1 bekannt. Bei dieser Vor richtung werden eine Düse und eine Tintenkammer mit von einem Tintenvorrat über eine Leitung gelieferter Tinte gefüllt. Wenn von einem Impuls generator her ein elektrischer Impuls einem piezo elektrischen Wandlerelement aufgeprägt wird, ver lagert sich letzteres abwärts unter Auslenkung oder Durchbiegung einer flexiblen Wand bzw. Membran, so daß eine plötzliche Verkleinerung des Volumens der Tintenkammer auftritt. Infolgedessen steigt der in letzterer herrschende Flüssigkeitsdruck plötzlich an, so daß ein Tintentröpfchen aus der Düse ausgespritzt wird und als Punkt auf einer Aufzeichnungs fläche aufgezeichnet werden kann.

Das normale Ausstoßen und Verspritzen von Tinten tröpfchen wird durch verschiedene Faktoren beeinflußt oder behindert. Diese umfassen am häufigsten in Düse und Tintenkammer befindliche Luftblasen und Fest stoffteilchen. Wenn in der Düse und in der Tintenkammer Luftblasen vorhanden sind, können diese den durch die betätigte Membran hervorgerufenen Ausstoßdruck absorbieren und damit das Ausstoßen von Tintentröpfchen verhindern, oder sie können zu unregelmäßiger Spritzgeschwindigkeit der Tröpfchen, zu einer Ab weichung in ihrer Flugbahn oder zu einem Aufteilen und Verstreuen der Tröpfchen führen. Wenn in der Düse Feststoffteilchen vorhanden sind, wird das normale Ausstoßen der Tinte behindert; im ungünstigsten Fall tritt eine Verstopfung der Düse auf. In der Tinten kammer enthaltene Feststoffteilchen rufen keine sofortige Störung hervor, können aber schließlich zu einer Verstopfung der Düse führen.

Luftbläschen und Feststoffteilchen in Tintenkammer und Düse treten unter anderem dann auf, wenn der Schreibkopf ungewöhnlich starken Stoß- bzw. Schlagkräften ausgesetzt ist, die zu einer Luftblasenbildung in Tintenkammer und/oder Düse führen können, oder wenn die Umgebungstemperatur so stark schwankt, daß sich die Tinte im Schreibkopf unter Erzeugung von Luftblasen ausdehnt und zusammenzieht. Feststoff teilchen in der Düse können davon herrühren, daß Tinte austrocknet und sich absetzt, wenn der Schreibkopf für längere Zeit unbenutzt bleibt oder die Umgebungstemperatur ungewöhnlich niedrig ist.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde vor geschlagen, den Schreibkopf während seiner Lagerung mit einer Flüssigkeit gefüllt zu halten. Derartige Füll flüssigkeiten sind z. B. Tinte, welcher Farbstoff und Pigment entzogen worden sind, sowie chemisch stabile und schwer verdampfbare Flüssigkeiten. Durch diese Maßnahme wird die Wahrscheinlichkeit für eine Feststoffablagerung oder eine Luftblasenbildung in der Düse infolge einer Verdampfung der Füll flüssigkeit herabgesetzt. Als weitere Maßnahme wird häufig ein weiches Gummielement gegen die Auslaßöffnung der Düse angedrückt und ein automatisches Ventil im Schließzustand gehalten, so daß der Schreibkopf sicher abgedichtet ist.

Mit den beschriebenen Maßnahmen können die geschilderten Störungen weitgehend verhindert werden. Andererseits kann jedoch die Umgebungstemperatur einen Wert erreichen, bei dem sich die Füllflüssigkeit so weit ausdehnt oder zusammenzieht, daß im Schreibkopf eine die Dichtfähigkeit der Dichtelemente übersteigende Druckänderung auftritt. Bei außerordentlich niedrigen Temperaturen kann der Flüssigkeitsdruck im Schreibkopf so weit absinken, daß die Verkleinerung des Flüssigkeits volumens eine Beschädigung der Bauteile des Schreibkopfes herbeiführt. Beispielsweise können Klebmittelverbindungen an den Schreibkopfbauteilen geschwächt und beschädigt werden, wenn der Füllflüssigkeitsdruck auf eine sehr kleine Größe absinkt. Bei sehr hohen Umgebungstemperaturen dehnt sich die Füllflüssigkeit aus und ruft dabei einen Innendruckanstieg hervor, der ebenfalls eine Beschädigung von Bauteilen zur Folge haben kann.

Wenn weiterhin im Schreibkopf ein Bauteil mit hohem Übertragungsfaktor für die Flüssigkeit verwendet wird, verdampft die Füllflüssigkeit nach längerer Lagerung des Schreibkopfes. Dabei kann ebenfalls der Innendruck im Schreibkopf auf eine Größe absinken, bei der Be schädigungen auftreten.

Die vorstehend beschriebenen Probleme sind nicht auf den Lagerzustand beschränkt, sondern können auch dann auftreten, wenn der Schreibkopf in den Tinten strahlschreiber eingebaut ist. Bei abgeschalteter Stromzufuhr im nichtbetrieblichen Zustand des Geräts sind die Auswirkungen von Außentemperaturänderungen, Verdampfung der Füllflüssigkeit usw. nahezu dieselben wie bei der Lagerung des Schreibkopfes. Dies beruht darauf, daß es in diesem Zustand wesentlich ist, die Düse abgedichtet und das automatische Ventil im Schließzustand zu halten. Wenn dabei die im Schreib kopf enthaltene Tinte austrocknen und sich absetzen kann, bilden sich außerdem unweigerlich Feststoffteilchen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Schreibkopfes für einen gattungsgemäßen Tinten strahlschreiber, der auch dann noch voll einsatzfähig ist, wenn er über einen längeren Zeitraum nicht in Betrieb genommen wurde.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer Tinten-Zufuhrkammer mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen verformbaren Membran,

Fig. 2a bis 2c schematische Darstellungen ver schiedener Verformungszustände der verformbaren Membran gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Flüssigkeitsdruck und Volumenänderung bei einem Schreibköpf gemäß der Erfindung,

Fig. 4a bis 4c schematische Aufsichten auf ver schiedene Schreibkopfe gemäß der Erfindung und

Fig. 5a und 5b jeweils eine Schnittansicht und eine Aufsicht zur Veranschaulichung von Tinten- Zufuhrkammern und abgewandelten Formen der erfindungsgemäßen verformbaren Membran.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt, bei welcher eine Grundplatte 30 als Teil des Schreibkopfes mit einer Tintenkammereinheit 31 versehen ist, die durch eine flexible Folie oder Membran abgedeckt ist, welche ihrerseits an der Grundplatte angeklebt oder anderweitig befestigt ist und die obere Wand der Tintenkammereinheit 31 bildet. Die flexible Membran 32 weist eine taschenförmige Ausbuchtung 32a auf. Neben der taschenförmigen Ausbuchtung 32a ist an der Membran 32 eine elastische Platte 33 befestigt, die einen (mechanischen) Spannungsmesser 3 trägt. Bei einer der eingangs beschriebenen bisherigen Vorrichtungen wird der in der Tintenkammereinheit 31 herrschende Flüssig keitsdruck bei einer Auslenkung der Platte 33 durch einen Spannungsmesser gemessen, wobei letzterer ein automatisches Ventil in einer einen Tintenvorrat mit der Tintenkammereinheit 31 verbindenden Leitung an steuert (öffnet und schließt).

Die Fig. 2a bis 2c veranschaulichen die Verformung der taschenförmigen Ausbuchtung 32a der flexiblen Membran 32 in Abhängigkeit von Änderungen des Tintenvolumens in der Tintenkammereinheit 31. Fig. 2a veranschaulicht dabei den Zustand, in welchem die Flüssigkeit die Tintenkammereinheit 31 und die taschenförmige Ausbuchtung 32a vollständig aus füllt. Fig. 2b veranschaulicht einen Zustand, in welchem das Volumen der Füllflüssigkeit geringfügig abgenommen hat. Fig. 2c zeigt dagegen die maximale Verformung der flexiblen Wand der taschenförmigen Ausbuchtung.

Es hat sich herausgestellt, daß ein Schreibkopf Änderungen der Umgebungsbedingungen (Temperatur schwankungen) zu widerstehen vermag und über einen langen Zeitraum gelagert werden kann, wenn er erfindungsgemäß so ausgebildet ist, daß er der folgenden Beziehung genügt: V₁·r·ΔT+V₂ ≦ 2 V₀. In dieser Gleichung bedeuten: V₁ = Volumen der Füllflüssigkeit im Schreibkopf, r = Koeffizient der Volumenänderung der Füllflüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur, ΔT = Änderung der Außen- bzw. Umgebungstemperatur, die während der Lagerzeit bzw. der Nichtbetriebszeit, V₂ = Volumen der Füllflüssigkeit, die während der Lagerzeit bzw. Nichtbetriebszeit aus dem Schreibkopf verdunstet, und V₀ = durch die Ausbuchtung der flexiblen Membran fest gelegtes Volumen.

Fig. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem im Schreibkopf herrschenden Druck und dem durch die Tasche festgelegten Volumen, wobei der Druck P₀ dem Atmosphärendruck entspricht. Wenn die Membran- Tasche so ausgelegt ist, daß die obige Beziehung innerhalb des Bereichs der Umgebungstemperatur schwankung und der durch Temperaturschwankung verur sachten Änderung des Tintenvolumens, der Verdampfung usw., nämlich innerhalb des Bereichs der Flüssigkeits druckänderung P₁ und P₂ in der Zufuhrkammer wirksam bzw. gültig ist, erfährt der Schreibkopf keine Be schädigung, so daß er über lange Zeiträume hinweg gelagert werden kann. P₁ und P₂ stellen dabei den oberen bzw. unteren Grenzwert des in der Tinten- Zufuhrkammer herrschenden Drucks in Abhängigkeit von Umgebungstemperaturschwankungen dar. Beispielsweise gilt P₁ und P₂ ≃ +0,1 kg/cm² bzw. -0,1 kg/cm², obgleich die Größen von P₁ und P₂ in Abhängigkeit vom Aufbau des Schreibkopfes usw. variieren können.

Eine aus einer handelsüblichen Folie (Saran; ein getragenes Warenzeichen) mit der Form gemäß Fig. 2a hergestellte verformbare bzw. flexible Membran 32 mit einem Taschen-Volumen V₀=0,1 cm² wurde an einem Schreibkopf mit einem Innenvolumen von 1,5 cm² bzw. ml angebracht. Der Schreibkopf wurde mit einer Füllflüssigkeit eines Koeffizienten r = 0,5·10^-3/°C^-1 gefüllt. Ein ähnlicher Schreib kopf, jedoch ohne die erfindungsgemäße Membran, wurde mit einer ähnlichen Flüssigkeit gefüllt. Nach ein wöchiger Lagerung bei einer Umgebungstemperatur von 40°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 30% in einwandfrei abgedichtetem Zustand zeigte der bisherige Schreibkopf Beschädigung aufgrund eines Innendruckabfalls, verursacht durch Verdampfung bzw. Verdunstung der Füllflüssigkeit. Ebenso wurde ein bisheriger, vollkommen abgedichteter Schreibkopf 1, der bei einer Umgebungstemperatur von 25°C hergestellt und dann in eine Umgebung einer Temperatur von 0°C verbracht wurde, durch einen Innendruckabfall infolge einer Volumenänderung der Füllflüssigkeit sofort beschädigt.

Dagegen zeigte ein mit einer verformbaren Membran gemäß der Erfindung versehener Schreibkopf auch nach zweimonatiger Lagerung bei einer Umgebungstemperatur von 40°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 30% keinerlei Beschädigung; eine Lagerung bei einer Umgebungstemperatur von 0°C überstand der Schreibkopf ebenfalls beschädigungsfrei. Weiterhin ändert sich beim erfindungsgemäßen Schreibkopf der Innendruck auch bei einer Abnahme der Umgebungsluftfeuchtigkeit kaum, wodurch die erfindungsgemäß erzielte ausgezeichnete Wirkung belegt wird.

Die Fig. 4a bis 4c veranschaulichen verschiedene Möglichkeiten der Anwendung der Erfindung auf einen Schreibkopf. Der Schreibkopf gemäß Fig. 4a weist eine verformbare bzw. elastische Membran 50 zwischen einer Tinten-Zufuhrkammer 51 und einem automatischen Ventil 54 auf. Eine Tinten(ausstoß)kammer 52 ist dabei einerseits mit der Zufuhrkammer 51 und andererseits mit einer Düse 53 verbunden.

Fig. 4b veranschaulicht eine platzsparende Ausführungsform, bei welcher eine verformbare Membran 50 an der Tinten-Zufuhrkammer 51 vorgesehen ist.

Fig. 4c veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine verformbare bzw. flexible Membran 50 an einem bedarfsweise arbeitenden Schreibkopf vorgesehen ist, der mehrere Düsen 53 und Tintenkammern 52 aufweist. Bei dieser Ausführungs form sind mehrere Tintenkammern 52-1 bis 52-n mit einer gemeinsamen Tinten-Zufuhrkammer verbunden, die mit der verformbaren Membran 50 versehen ist.

Neben dem Vorteil der platzsparenden Ausgestaltung vermeidet diese Ausführungsform ein Problem, das bei bisherigen bedarfsweise arbeitenden Schreibköpfen mit mehreren Düsen und Tintenkammern auftritt. Bei derartigen bisherigen Schreibköpfen wird ein Teil des in einer Tintenkammer erzeugten Flüssigkeitsdrucks über die gemeinsame Tinten-Zufuhrkammer auf die anderen Tintenkammern übertragen. Die Tintenkammern treten dabei in Wechselwirkung zueinander, so daß die Ausstoßgeschwindigkeit der Tintentröpfchen variiert, wenn andere Tintenkammern gleichzeitig angesteuert werden. Durch diese Änderung der Ausstoß geschwindigkeit wird die erreichte Schreib- bzw. Druckgüte stark beeinträchtigt. In ungünstigsten Fällen treten Tintentröpfchen auch dann aus be stimmten Düsen aus, wenn diesen keine Druckimpulse aufgeprägt werden. Beim erfindungsgemäßen Schreibkopf wird ein Teil des erzeugten Flüssigkeitsdrucks von der verformbaren Membran aufgefangen, wodurch eine Wechselwirkung zwischen den einzelnen Tinten kammern verhindert wird.

Die erfindungsgemäß verwendete verformbare bzw. flexible Membran besitzt vorzugsweise einen niedrigen Übertragungsfaktor für Wasserdampf, und sie ist chemisch stabil, so daß sie die Tinte nicht beein trächtigt. Diese Eigenschaften werden von ver schiedenen Werkstoffen geboten. Besonders vorteilhaft für den erfindungsgemäßen Zweck sind Kunststoffolien aus z. B. Polyvinylidenchlorid (wie Saran; eingetragenes Warenzeichen), Polyethylen, Polypropylen, Fluorharz und Polyvinylbutylacrylat. Falls sich eine aus einem einzigen Werkstoff bestehende Membran als nicht zufriedenstellend erweist, kann eine Verbundfolie aus verschiedenen Werkstoffen verwendet werden. Beispielsweise kann eine mit Polyvinylidenchlorid (Saran) kaschierte Polypropylenfolie oder eine mit Polyethylen kaschierte Polypropylenfolie verwendet werden.

Die erfindungsgemäße verformbare bzw. flexible Membran kann mit verschiedenen Formen ausgebildet werden. Beispielsweise veranschaulicht Fig. 5a eine (ringförmig) gewellte verformbare Membran, während in Fig. 5b eine flache, scheibenförmige Membran dargestellt ist.

Trotz ihres einfachen Aufbaus gewährleistet die erfindungsgemäße Anordnung beträchtlich verbesserte Ergebnisse dahingehend, daß ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schreibkopf Änderungen der Umgebungs bedingungen während langer Lagerungszeiträume oder nichtbetrieblicher Zeiträume auszuhalten vermag.

Claims

1. Tintenstrahlschreiber
mit einem Schreibkopf, der eine Düse umfaßt,
mit einer mit der Düse verbundenen Tinten kammereinheit,
mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Tinte zur Tintenkammereinheit und
mit einer am Schreibkopf angebrachten elastischen Membran, die einen Teil der Tintenkammereinheit bildet und die bei einer Änderung des Tintenvolumens in der Tintenkammereinheit eine Formveränderung erfährt,
wobei der innere Widerstand der elastischen Membran gegen Durchbiegung gering ist, um einen im wesentlichen konstanten Druck in der Tinten kammereinheit aufrechtzuerhalten,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (32) eine taschenförmige Ausbuchtung (32a) aufweist,
daß die taschenförmige Ausbuchtung (32a) in Ab hängigkeit von dem in der Tintenkammereinheit (31) eingeschlossenen Volumen zwei Extrem positionen einnehmen kann und
daß folgende Bedingungen erfüllt sind: V₁ _* r _* ΔT + V₂ 2 V₀wobei
V₁ = Volumen der Füllflüssigkeit im Schreibkopf,
r = Koeffizient der Volumenänderung der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur,
ΔT = Änderung der Umgebungstemperatur während der Lagerzeit bzw. der Nichtbetriebszeit,
V₂ = Volumen der Flüssigkeit, die während der Lagerzeit bzw. der Nichtbetriebszeit aus dem Schreibkopf verdunstet und
V₀ = durch die Ausbuchtung (32a) der flexiblen Membran festgelegtes Volumen.

2. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (32) aus einem Werkstoff wie Polyvinylidenchlorid, Polyethylen, Polypropylen und/oder Fluorharz hergestellt ist.

3. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (32) aus mit Polyvinylidenchlorid kaschiertem Polypropylen bzw. mit Polyethylen kaschiertem Polypropylen hergestellt ist.