-
Diese Erfindung betrifft einen Tröpfchengenerator für einen
Tintenstrahldruckkopf für kontinuierlichen Strom.
-
Die US-4 746 929 offenbart einen Tröpfchengenerator für einen
Tintenstrahldruckkopf für kontinuierlichen Strom, in welchem ein
piezoelektrischer Wandler, der an einem Ende eines mit Tinte gefüllten Rohres
angeordnet ist, bewirkt, daß Wellen durch die Tinte entlang des Rohres zu
einem Absorber an dem anderen Ende des Rohres fortschreiten. Der Zweck
des Absorbers besteht darin, eine Reflexion an dem anderen Ende des
Rohres zu unterdrücken und daher die Bildung von stehenden Wellen
entlang des Rohres zu verhindern. Eine Reihe von Düsenöffnungen in dem
Rohr verläuft entlang der Länge des Rohres parallel zu der Richtung des
Wellenfortschritts entlang des Rohres. Jede Öffnung steht mit einer
jeweiligen Öffnung in einer Platte in Verbindung, die mit dem Rohr verbunden
ist und auch entlang der Länge des Rohres verläuft. Die Öffnungen leiten
Tinte aus dem Rohr, um Strahlen auszubilden. Ein Unterdrücken der
Reflexion an dem Ende des Rohres gegenüberliegend des piezoelektrischen
Wandlers erfolgt so, daß die Amplitude der Welle, die entlang des Rohres
verläuft, an allen Punkten entlang der Länge des Rohres gleich ist. Eine
Reflexion würde eine Interferenz mit der Welle bewirken, die von dem
Wandler kommt, wobei stehende Wellen ausgebildet würden und somit
bewirkt würde, daß die Amplitude nicht wie vorher angemerkt gestaltet
wäre. Dadurch, daß die Amplitude an allen Punkten entlang des Rohres
gleich ist, wird sichergestellt, daß die Strahlen, die aus den
Düsenöffnun
gen des Rohres austreten, bei dem gleichen Abstand von dem Rohr in
Tröpfchen aufbrechen.
-
Der Absorber des Tröpfchengenerators der US-4 746 929 muß chemisch
beständig gegenüber Tinte sein, muß eine Impedanz aufweisen, die nahe
zu der der Tinte ist, um eine Reflexion zu minimieren und muß einen
hohen Dämpfungskoeffizienten aufweisen, so daß akustische Energie, wenn
sie einmal in den Absorber eingetreten ist, nicht wieder austritt, woraus
eine Reflexion in diesem folgt. Somit ist für den Absorber erforderlich, daß
er Eigenschaften aufweist, die tintentyp- und frequenzspezifisch sind.
-
Die EP-A-449 929 offenbart einen Tröpfchengenerator für einen
Tintenstrahldruckkopf für kontinuierlichen Strom, in welchem eine
piezoelektrische Laststange an einer Seite eines tintengefüllten Hohlraumes eine
stehende Welle innerhalb des Hohlraumes bei seiner Resonanz herstellt. Die
Düsenöffnungen sind auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraumes
zu der Laststange angeordnet. Wie bei dem Tröpfchengenerator der
US-4 746 929 besteht die Aufgabe darin, daß die Schwingungsamplitude
der Tinte über die Düsenöffnungen gleich ist.
-
Bei der EP-A-449 929 muß zum Erreichen einer Resonanz für einen
gegebenen Tintentyp die Abmessung des Hohlraumes von der Laststangenseite
zu der Düsenöffnungsseite einen genauen Wert aufweisen. Somit ist der
Tröpfchengenerator der EP-A-449 929 empfindlich gegenüber der Struktur
und dem Aufbau beispielsweise der Dichtigkeit der Bolzen, welche den
Hohlraumaufbau aneinander sichern.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Tröpfchengenerator für einen
Tintenstrahldruckkopf für kontinuierlichen Strom vorgesehen, der
umfaßt: einen Hohlraum zur Aufnahme der Tinte; Düsenöffnungen in einer
Wand des Hohlraumes zum Leiten der Tinte aus dem Hohlraum, um
Strahlen auszubilden; und erste und zweite Betätigungseinrichtungen
zum Ausbilden einer fortschreitenden Welle in kombiniertem Betrieb,
welche von der ersten Betätigungseinrichtung durch die Tinte zu der zweiten
Betätigungseinrichtung fortschreitet und in einer Richtung im
wesentlichen parallel zu der Wand verläuft, welche die Düsenöffnungen umfaßt.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die
begleitenden schematischen Zeichnungen beschrieben, in welchen:
-
Fig. 1 eine Draufsicht eines ersten Tröpfchengenerators in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
-
Fig. 2 eine Vorderansicht des Generators von Fig. 1 ist;
-
Fig. 3 eine Seitenansicht des Generators von Fig. 1 ist;
-
Fig. 4 einen Phasenschieberschaltkreis zur Verwendung mit dem
Generator von Fig. 1 veranschaulicht; und
-
Fig. 5 einen zweiten Tröpfchengenerator in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
-
Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, umfaßt ein Gehäuse 1 einen länglichen
Hohlraum 3 mit quadratischem Querschnitt zur Aufnahme der Tinte. Das
Gehäuse 1 umfaßt eine Tinteneinlaßverbindung 5, eine
Tintenauslaßverbindung 7 und eine Platte 9, die eine Reihe von Düsenöffnungen 17 zum
Leiten der Tinte aus dem Hohlraum 3 umfaßt, um Strahlen auszubilden.
Piezoelektrische Sende- und Empfangswandler 11, 13 sind mittels von
Knotenklemmen 15 an jedem Ende des Hohlraums 3 befestigt.
-
Im Betrieb wird der Sendewandler 11 angeregt, um mit einer festgelegten
Frequenz und Amplitude zu schwingen und zu bewirken, daß eine
fortschreitende Welle entlang eines Hohlraumes 3 zu dem Empfangswandler
13 verläuft. Anfänglich wird der Wandler 13 nicht betrieben, wird aber
dazu verwendet, die Phase und Amplitude der fortschreitenden Welle von
dem Wandler 11 zu erfassen, die auf den Wandler 13 auftrifft. Der
Wandler 13 wird dann mit der erfaßten Phase und Amplitude betrieben, mit der
Folge, daß er der Welle, die von dem Wandler 11 fortschreitet, nicht als
eine Reflexionsgrenze erscheint, sondern einfach als eine Fortführung des
Weges durch die Tinte, d. h. der Wandler 13 ahmt die Verdichtung /
Verdünnung der Tinte unmittelbar benachbart zu dieser nach und erscheint
deshalb als eine Fortführung des Tintenweges. Durch Betreiben des.
Wandlers 13 mit der anfänglich erfaßten Amplitude wird die
Amplitudendämpfung entlang der Länge des Hohlraumes 3 und der
Reflexionskoeffizient der Schnittstelle 13 zwischen Tinte und Wandler berücksichtigt. Ein
anderer Weg zur Betrachtung der Funktion des Wandlers 13 besteht
darin, daß er eine Welle gleicher Amplitude und entgegengesetzter Phase zu
der Reflexion der eintretenden Welle erzeugt.
-
Der Zweck zum Verhindern der Reflexion an dem Empfangswandler 13
besteht darin, die Wanderwellenbeschaffenheit der Welle in dem
Hohlraum 3 zu erhalten. Wenn eine fortschreitende Welle in dem Hohlraum 3
vorhanden ist, wird die Amplitude der Tintenschwingung über alle
Düsenöffnungen 17 der Platte 9 gleich sein, mit der Folge, daß das Aufbrechen
der Strahlen, die aus den Öffnungen 17 austreten, in Tröpfchen wie
erwünscht bei dem gleichen Abstand von der Platte 9 stattfinden wird. Eine
Reflexion an dem Empfangswandler 13 würde die Bildung von stehenden
Wellen in dem Hohlraum 3 bewirken, wobei die Amplitude dann nicht
über alle Düsenöffnungen 17 gleich sein würde. Mit einer fortschreitenden
Welle, die in dem Hohlraum 3 vorliegt, wird eine Änderung in der Phase
der Tintenschwingung über die Düsenöffnungen 17 stattfinden, so daß die
Strahlen, die daraus austreten, zu verschiedenen Zeitpunkten aufbrechen.
Dies wird bei dem Tintenstrahldruckkopf mit dem Zeitablauf der Signale
berücksichtigt, die zu den Ladeelektroden des Druckkopfes geliefert
werden.
-
Während dem anfänglichen Einrichten, wenn der Wandler 13 nicht
betrieben wird, werden die gesendeten und empfangenen Signale unter
Verwendung eines Digitalspeicheroszilloskops überwacht. Die
Spannungsamplitude des empfangenen Signals und die Phase des empfangenen Signals
relativ zu dem gesendeten Signal werden manuell unter Verwendung der
Digitalcursoreinrichtungen des Oszilloskops gemessen. Um dann die
gewünschte fortschreitende Welle herzustellen, wird der Wandler 13 mit
einer Amplitude, die gleich der überwachten Spannungsamplitude des
empfangenen Signales ist, und mit einer Phase betrieben, die gleich der
inversen überwachten Phase des empfangenen Signales relativ zu dem
gesendeten Signal ist. Der Grund dafür, daß die inverse Phase verwendet
wird, besteht darin, daß berücksichtigt werden muß, daß ein
Spitzendruck in der fortschreitenden Welle in dem Hohlraum 3, die auf den
Wandler 13 auftrifft, einem Tiefpunkt in dem Spannungssignal entspricht,
das an den piezoelektrischen Wandler 13 angelegt ist. Anstatt der
Verwendung eines Oszilloskopes, um die relevanten Phasen- und
Amplitudenparameter abzuleiten, kann ein Phasenmeßgerät und eine
Spitzendetektorelektronik verwendet werden.
-
Die geeigneten Antriebe für die Wandler 11, 13, um die gewünschte
fortschreitende Welle herzustellen, sind durch die Verwendung des
Phasenschieberschaltkreises von Fig. 4 vorgesehen. Ein Signal einer gegebenen
Amplitude und Phase wird an den Eingang 32 der
Verschiebungseinrichtung geliefert. Die Ausgänge von zwei Eins-Verstärkern 33, 34, ein
invertierender 33 und ein anderer nicht invertierender 34, sind über das RC-
Netzwerk 35 angelegt. Durch Einstellen des veränderbaren Widerstandes
36 des Netzwerkes 35 kann an dem Ausgang 37 ein Signal mit einer Phase
von 0º bis +180º relativ zu dem Eingang bei 32 erhalten werden. Um eine
relative Phase von 0º bis -180º zu erhalten, kann der Ausgang bei 37 zu
einem weiteren Eins-Verstärkungsinvertierungsverstärker (nicht gezeigt)
zugeführt werden. Somit sind alle Phasenverschiebungen verfügbar, um
die vorher erwähnte Inversion der oszilloskopüberwachten Phase des
empfangenen Signales relativ zu dem gesendeten Signal zu erzielen. Um
die vorher erwähnte oszilloskopüberwachte Spannungsamplitude des
empfangenen Signales zu erreichen, wird der Ausgang bei 37 an einen
veränderbaren Verstärker (nicht gezeigt) zugeführt. Somit wird der Antrieb
für den Sendewandler 11 mittels einer Leitung 38 von dem Eingang 32
erhalten, und der Antrieb für den Empfangswandler 13 von dem Ausgang 37
wird entweder über oder nicht über den vorher erwähnten weiteren Eins-
Verstärkungsinvertierungsverstärker und über den vorher erwähnten
veränderbaren Verstärker erreicht.
-
Der Tröpfchengenerator der Fig. 1 bis 3 ist nicht auf die Resonanz des
Hohlraumes 3 angewiesen. Somit ist es kein Erfordernis für einen
gegebenen Tintentyp, daß die lange Abmessung des Hohlraumes 3 einen
genauen Wert aufweisen muß. Es können verschiedene Tintentypen ohne
Änderung der Länge des Hohlraumes 3 angepaßt werden.
-
Da ein aktives Element, der Empfangswandler 13, dazu verwendet wird,
die Reflexion an dem Ende des Hohlraumes 3 gegenüberliegend dem
Sendewandler 11 zu steuern, ist an diesem Ende kein Absorber erforderlich,
der eine Impedanz nahe der der Tinte und einen hohen
Dämpfungskoeffizienten aufweist. Ferner ist der Kopf des Wandlers 13, da er in Kontakt
mit der Tinte geeigneterweise aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, allgemein
chemisch beständig gegenüber Tinte.
-
Für eine gegebene Tinte existiert eine gegebene Amplitudendämpfung und
Phasenänderung entlang der Länge des Hohlraumes 3. Die
Amplitudendämpfung wird dadurch vorgesehen, daß der Empfangswandler 13 so
eingestellt wird, daß er mit der Amplitude der Welle schwingt, die darauf
auftrifft. Die Phasenänderung wird durch einen geeigneten Zeitablauf der
Signale vorgesehen, die an die Ladeelektroden des Druckkopfes geliefert
werden. Somit kann gesehen werden, daß verschiedene Tintentypen leicht
angepaßt werden können. In ähnlicher Weise kann eine Änderung der
Materialeigenschaften, wie beispielsweise der Viskosität einer gegebenen
Tinte leicht angepaßt werden.
-
Bei einer Modifikation der vorher beschriebenen Arbeitsweise des
Tröpfchengenerators wird der Sendewandler 11 betrieben, um eine
fortschreitende Welle zu senden, die aus einer Komponente bei einer
Grundfrequenz und zumindest einer Komponente bei einer Harmonischen
davon besteht, wobei die harmonische Komponente bzw. die
harmonischen Komponenten derart gestaltet sind, daß sie die Bildung von
ungewollten sogenannten Satellitentröpfchen beim Aufbrechen der
Strahlen verhindern. Der IBM Technische Veröffentlichungsbericht, Band
21, Nr. 8, Januar 1979, Seite 3332 enthält einen Artikel mit dem Titel
"Elimination of Satellites in the Synchronous Breakup of a Liquid Jet", von
K. C. Chaudhary, der die Verwendung harmonischer Komponenten
beschreibt, um eine Satellitenbildung beim Aufbrechen der Strahlen zu
vermeiden. Der Empfangswandler 13 wird wiederum so betrieben, daß er
nicht die Welle reflektiert, die durch den Sendewandler 11 gesendet wird.
-
Der Tröpfchengenerator der Zeichnung kann dadurch modifiziert werden,
daß die Wandler 11, 13 an jedem Ende des länglichen Hohlraumes 3
durch einen Sendewandler, der entlang der Länge der Rückseite des
Hohlraumes 3 verläuft, und einen Empfangswandler ersetzt werden, der
entlang der Vorderseite des Hohlraumes 3 verläuft. Die Arbeitsweise wäre
die gleiche wie zuvor, aber, da die Reihe der Düsenöffnungen 17 nun
senkrecht zu der Richtung des Durchgangs der fortschreitenden Welle
angeordnet ist, wird die Phase wie auch die Amplitude über die
Düsenöffnungen 17 gleich sein.
-
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird bei dem zweiten Tröpfchengenerator eine
fortschreitende Welle, die durch einen Sendewandler 21 an einem Ende
eines flachen U-förmigen Tintenhohlraumes 23 erzeugt wird, durch den
Hohlraum an diesem entlang zu einem Empfangswandler 25 an seinem
anderen Ende geführt. Somit erfährt die fortschreitende Welle zwei 90º-
Drehungen. Eine Reihe von Düsenöffnungen 27 erstreckt sich entlang der
unteren flachen Seite des Hohlraumes 23. Die Einlaß- und
Auslaßverbindungen 29, 31 liegen an der oberen flachen Seite des Hohlraumes
23 vor. Wie bei dem Tröpfchengenerator der Fig. 1 bis 3 können die
Wandler 21, 25 entweder betrieben werden, um eine fortschreitende Welle
einer einzelnen Frequenz herzustellen, welche die Anregungsfrequenz des
Sendewandlers 21 ist, oder um eine fortschreitende Welle herzustellen, die
aus einer Komponente bei der Grundfrequenz des Wandlers 21 und
zumindest einer Komponente bei einer Harmonischen davon besteht.
-
Es sei jedoch angemerkt, daß, obwohl bei der obigen Beschreibung des
ersten Tröpfchengenerators der die Tinte enthaltende Hohlraum einen
quadratischen Querschnitt aufweist, dies nicht so sein muß. Insbesondere
könnte ein kreisförmiger Querschnitt verwendet werden.