DK146198B - Apparat til frembringelse af parallelle stroemme af smaa vaeskedraaber, navnlig til brug i blaekstraaleskrivere - Google Patents

Description

146198 i o

Opfindelsen angår et apparat til frembringelse af parallelle strømme af små væskedråber, således som nærmere angivet i krav l's indledning. I sådanne apparater omdannes væskestrømme fra væskestrenge til små 5 dråber i en vis afstand fra udstrømningsåbningerne.

Ved udformningen af blækstråleskrivere med et antal parallelle skrivestråler med ensartede hastigheder, som skal passere en opladningselektrode med henblik på at blive opladet af denne, opstår der vanskeligheder 10 med at bibeholde hver enkelt væskestrøm som en uafbrudt væskestreng i den samme afstand fra udstrømningsåbningerne, så at strengene omdannes til små dråber på det samme sted og tidspunkt. Ved det sted, hvor de små dråber løsrives fra væskestrengen, oplades de selektivt og 15 afbøjes derefter til at følge en bestemt nedstrøms bevægelsesbane ved hjælp af elektrostatiske afbøjningsplader.

De afbøjede små dråber kan enten ramme skrivefladen eller blive kasseret, alt efter den anvendte skrivemodus. Dersom det sted, hvor væskestrengen omdannes til små dråber, 20 flyttes, kommer dråberne ikke til at modtage den rigtige ladning, hvorfor de ikke kommer til at afbøjes til det ønskede anslagspunkt. Usikkerheden med hensyn til, hvor dråberne dannes er navnlig til besvær i blækstråleskrivehoveder med flere stråler, da det med disse er meget øn-25 skeligt, at alle de i én række anbragte stråler skriver - eller ikke skriver - i takt med hinanden.

Sædvanligvis anvendes en enkelt ultralyd-omsætter til at frembringe trykvariationer inden i blæktilførselskammeret eller blækfordelingskammeret, så at der ikke 30 opstår problemer med synkronisering af to eller flere omsættere. Imidlertid vil der ved anvendelse af en enkelt vibrerende omsætter til at stimulere dråbedannelsen fremkomme akustiske bølger med varierende intensitet ved udstrømningsåbningerne. Således varierer længden af de en-35 kelte væskestrenge direkte i afhængighed af intensiteten af de stimulerende trykbølger.

2

O

146198

Der er tidligere blevet gjort forsøg på at opretholde ensartede stimulerende trykbølger langs med den fulde længde af en række dyseåbninger ved at anbringe omsætteren ved den ene ende af rækken af dyseåbninger, så 5 at den af den vibrerende omsætter frembragte udbøjnings-bølge forplanter sig langs med pladen- Pladens ender er dæmpet for at hæmme reflektion af vibrationerne og for at opretholde en forholdsvis ren stimulationsvariation.

Med denne teknik bliver væskestrengenes længder mere 10 ensartede, men der er vedblivende en forskel mellem længden på væskestrengene nærmest omsætteren og dem der ligger længst væk. De sidstnævnte væskestrenge er tilbøjelige til at blive længere, hvad der medfører forsinket dråbedannelse og uregelmæssig opladning.

15 Det er derfor opfindelsens formål at tilvejebringe et apparat af den indledningsvis nævnte art, hvori længderne af de fra stråledyseåbningerne udstrømmende parallelle væskestrenge er mere ensartede, så at hver væskestreng omdannes til små dråber på omtrent det samme sted 20 og det samme tidspunkt.

Det angivne formål opnås ifølge opfindelsens principper ved, at apparatet er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del.

Ved denne udformning opnås, at der frembringes en 25 udbøjningsbølge af ensartet intensitet langs med det vi-brerbare organs længde og langs med rækker eller rækkerne af dyser. På denne måde kan den fra dyseåbningerne udstrømmende væske udsættes for en række trykbølger af ensartet amplitude, så at der samtidigt i alle strømmene frembrin-30 ges identisk formede tykkelsesvariationer. Af denne grund er det lettere at opretholde faseforholdet mellem de forskellige strømmes opladningsspændinger og dråbedannelsen.

Dette medfører en forbedret skriftkvalitet, da dråbernes anslag kan styres mere præcist.

35 Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til de på tegningen viste udførelseseksempler på et apparat ifølge opfindelsen, idet 3

O

146198 fig. 1 i perspektiv viser et blækstrålehoved, hvis enkelte dele for overskuelighedens skyld er vist rykket bort fra hinanden, fig. 2 i perspektiv viser det i fig. 1 viste 5 blækstrålehoved i samlet tilstand.

fig. 3 er et stående snit gennem blækstrålehovedet efter linien 3-3 i fig. 2, fig. 4 viser det i fig. 1 og 3 viste vibrationsbøjningsorgan, set bagfra, 10 fig. 5a og 5b skematisk sammenligner strømme fra et sædvanligt blækstrålehoved og fra et ifølge opfindelsen udformet hoved, og fig. 6 set forfra viser en alternativ udformning af det i fig. 4 viste bøjningsorgan.

15 Fig. 1, 2 og 3 viser hvorledes et ifølge opfin delsen udformet blækstrålehoved i hovedsagen består af en bageste kammerblok 10, et vibrationsbøjningsorgan 11, en forreste kammerblok 12, en dyseplade 13, en isolationsplade 14, og en opladningsplade 35. I den bageste kammer-20 blok 10 er der udformet et bagud afsmalnende bageste delkammer 15, mens der i den forreste kammerblok 12 er udformet et fremad afsmalnende forreste delkammer 16. Når de to kammerblokke 10 og 12 fastgøres til hinanden på hver side af vibrationsbøjningsorganet 11, dannes der et kam-25 mer med i hovedsagen rhombeformet tværsnit, hvilket kammer tjener som fordelingskammer for et antal blækdyse-åbninger. Det forreste delkammer 16 strækker sig gennem den forreste kammerblok 12, og danner en spalte 17 i blokkens forflade 18. Mellem kammerblokkene 10 og 12 er der 30 anbragt et vibrationsbøjningsorgan 11, der består af et tyndt og elastisk bøjeligt materiale, såsom f.eks. rustfrit stål med en tykkelse på ca. 0,13 mm. De enkelte delkamre 15 og 16's dybde er fortrinsvis lig med en fjerdedel af den bølgelængde, der svarer til vibrationsbøjnings-

OC

organet 11's driftsfrekvens. Med en sådan dybde frembringes der en stående bølge ved hvert yderparti i kammeret.

146198

O

4

Vibrationsbøjningsorganet 11 er vist mere detaljeret i fig. 4. Det er stort set af rektangulær form, og er tilstrækkeligt stort til at kunne fastgøres mellem kammerblokkene 10 og 12 og opdele fordelingskammeret i 5 de nævnte forreste og bageste delkamre 16 henholdsvis 15.

Organet 11 omfatter stort set en kantdel 20 (vist med skyggelægningsprikker i fig. 4a og 6), som fastholdes mellem kammerblokkene, og en på lignende måde fastgjort fligdel 21, som er lang nok til at rage ud fra kammer-10 blokkene 10 og 12's ydersider, når disse er samlet. En vibrerende midterdel 22 i vibrationsbøjningsorganet 11 er skåret fri af selve organet ved hjælp af to ende-slidser 23, som strækker sig gennem organets fulde tykkelse. På denne måde er den vibrerende midterdel 22 fri-15 gjort ved enderne.

På den ene side af vibrationsbøjningsorganet 11 er der mellem endeslidserne 23 anbragt et antal omsætterstrimler 24, fortrinsvis piezoelektriske strimler af et materiale som f.eks. bariumtitanat. Disse strimler er til-20 skåret med et forhold mellem længde og bredde på mellem ca. 4:1 og 6:1, og har en tykkelse på ca. 0,25 mm. Omsætterstrimlerne 24's længde er fortrinsvis omtrent den samme som længden af endeslidserne 23, hvis længde i sin tur kan variere i afhængighed af hvor meget udbøjning der 25 ønskes inden i delkamrene 15 og 16. Det piezoelektriske materiale er fortrinsvis valgt med henblik på størst mulig udbøjning. Som vist i fig. 3 strækker omsætterstrim-lerne 24 sig ud forbi delkamrene 15 og 16's øvre og nedre grænser, men de kan gøres kortere, så at de ikke når ud 30 til de kanter i selve fordelingskammeret, som ligger nærmest vibrationsbøjningsorganet 11. Formålet med det forholdsvis store forhold mellem de piezoelektriske omsætterstrimlers længde og bredde er at opnå den størst mulige udbøjning af midterdelen 22 omkring dennes længdeakse. Det 35 piezoelektriske materiale er monteret alene med henblik på ekspansion i sin tykkelse-modus, og når det aktiveres vil 5

O

146198 det være tilbøjeligt til at bøje sig i skålform. De enkelte omsætterstrimlers ringe breddeudstrækning er tilbøjelig til at formindske denne bøjning i skålform, så at der frembringes en udbøjning om en enkelt akse.

5 Omsætterstrimlerne 24 er fastgjort til vibra tionsbøjningsorganet 11's midterdel 22 ved hjælp af et klæbemiddel, f.eks. en epoxy-lim. Antallet af og mellemrummene mellem omsætterstrimlerne 24 vil - som nævnt ovenfor - være bestemt af den udbøjning af midterdelen 10 22, som kræves til frembringelse af de nødvendige tryk bølger i den udstrømmende væske. Omsætterstrimlerne 24 er selvsagt monteret i den samme orientering, så at samtlige omsætterstrimler, når de tilføres energi, vil samvirke til udøvelse af en bøjningskraft på midterdelen 22.

15 Omsætterne bør være anbragt med ens mellemrum og parallelt med frigørings-slidserne 23. Efter at omsætterstrimlerne er blevet anbragt på vibrationsbøjningsorganet 11, fyldes mellemrummene mellem strimlerne med et passende bindemiddel, som f.eks. epoxy-lim. Derpå forbindes hver 20 omsætterstrimmel elektrisk ved hjælp af en ledningstråd 25, som fastloddes til de enkelte strimlers fritliggende overflade og til et afslutningsstykke 26, som ved hjælp af et passende klæbemiddel er fastgjort til vibrationsbøjningsorganet 11. Ved afslutningsstykket 26 forbindes 25 ledningstråden 25 med en isoleret ledning 27, som fastgøres langs med fligdelen 21 ved hjælp af klæbemiddel.

Derefter dækkes omsætterne 24 og ledningstråden 25 med et isolerende beskyttelsesmateriale, der tjener som fug-tighedsforsegling. Der kan anvendes en polyurethan eller 30 et andet egnet materiale.

Vibrationsbøjningsorganet 11 med de herpå anbragte omsætterstrimler 24 anbringes mellem kammerblokkene 10 og 12 under anvendelse af et par pakninger 30 som vist i fig. 1 og 3. I den ene af blokkene, f.eks. blokken 35 10, er der udformet en udsparing 31 for at gøre det mu ligt for fligdelen 21 med ledningen 27 at strække sig ned 146198

O

6 under blokkens underside med henblik på at kunne forbindes med en passende elektrisk signalgenerator 28, som f.eks. en sinusbølge-generator. Ved at anvende et elektrisk ledende vibrationsbøjningsorgan 11 og et elektrisk 5 ledende klæbemiddel til fastgørelse af omsætterstrimlerne 24 forenkles energitilførselskredsen. Kammerblokkene 10 og 12 fastgøres fortrinsvis til hinanden ved hjælp af skruer, som er således anbragt, at de forhindrer lækage af væske under tryk fra kammeret. Dysepladen 13 fastgø-10 res til isolationspladen 14's bagside ved hjælp af et klæbemiddel, hvorefter begge fastgøres til kammerblokken 121 s forflade 18 ved hjælp af passende organer, som f.eks.

(ikke viste) skruer. En pakning 31 anvendes til at tilvejebringe tætning. Derefter fastgøres isolationspladen 15 14 til dysepladen 13 med åbningerne 34 flugtende med dyse åbningerne 33. Isolationspladen 14 anvendes for at muliggøre en efterfølgende fastgørelse af en opladningsplade 35, som indeholder opladningsringe 36, ved hvis hjælp der kan foretages en selektiv opladning af væskedråber, når 20 disse løsrives fra de væskestrenge, som strømmer ud gennem dyseåbningerne 33. Dyseåbningerne 33 kan variere i størrelse fra 0,013 til 0,038 mm i diameter, mens hullerne 34 er større, f.eks. 0,15-0,20 mm.

Efter at blækstrålehovedet er blevet samlet, for-25 bindes det med passende tilførselsorganer for blæk under tryk, som antydet ved en pumpe 37 og et rør 38, som står i forbindelse med en indløbskanal 39, som langs med en not eller rende står i forbindelse med delkamrene 15 og 16 som vist i fig. 3. Afluftningskanaler 43 med propper 3° 44 gør det muligt at lade luften undvige under indfyld- ningen. Da de to delkamre er forbundet med hinanden gen-. nem slidser i vibrationsbøjningsorganet 11, hersker der det samme tryk i begge delkamre, så at der tilvejebringes en statisk trykudligning. Vibrationsbøjningsorganet 11's 35 fligdel 21 og ledningen 27, som strækker sig nedad under blækstrålehovedets underside, forbindes til udgangen 7

O

146198 i sinusbølge-signalgeneratoren 28, som kan afgive et aktiveringssignal i f.eks. området 60-120 kHz til de piezoelektriske omsætterstrimler 24.

Mens blæk under tryk presses ud gennem de på en 5 retliniet række anbragte dyseåbninger 33, bringer de på de piezoelektriske omsætterstrimler 24 påtrykte impulser vibrationsbøjningsorganet 11's midterdel 22 til at udbøjes til en stilling, som er vist med en punkteret streg 40 i fig. 3. Signalgeneratoren kan have den ene side af 10 udgangen forbundet med jord, eller udgangen kan være symmetrisk om jordpotentialet. I sidstnævnte tilfælde vil vibrationsbøjningsorganet 11 selvsagt udbøjes mellem de to punkterede streger 40 og 41. Ved aktiveringen af omsætterne 24 ved at bringe midterdelen 22 til at bøje sig 15 frem og tilbage gentagne gange, vil der frembringes trykbølger inden i de afsmalnende delkamre 15 og 16, hvad der medfører en samtidig trykændring i samtlige dyseåbninger 33 i rækken. Dette bevirker at der fremkommer tykkelsesændringer i de fra de enkelte dyseåbninger udstrømmende 20 væskestrenge, hvorved der i hver streng dannes små dråber i den samme afstand fra dysepladen 13.

Der henvises nu til fig. 5a og 5b, som med henblik på sammenligning skematisk viser, hvorledes små dråber dannes med vibrationsindretninger ifølge den tidli- pc gere teknik henholdsvis ifølge en svarende til nærværende opfindelse udformet indretning. Det vil bemærkes, at de væskestrenge 50, som afgives fra den til den tidligere teknik svarende dyseplade i fig. 5a, er tilbøjelige til at omdannes til dråber i forskellige afstande fra dyse- 30 pladen inden i opladningspladen. Omdannelsen af væskestrengene til dråber sker sædvanligvis i et mønster, som er et udtryk for variationerne i bølgeintensitet ved dysepladen og i retning langs med rækken af dyseåbninger. Når der inden i blækfordelingskammeret anvendes et vibrations-35 bøjningsorgan 11 som omtalt ovenfor, vil der i hver væskestreng 51 samtidigt og med den samme intensitet frembrin- 146198

O

8 ges en trykvariation, som bevirker dannelsen af ensartede tykkelsesændringer langs med de enkelte væskestrenge, når de strømmer ud af dyseåbningen. Dette medfører den fordel, at dråberne løsrives på det samme sted og på det 5 samme tidspunkt inden i opladningspladen. Ved anvendelse af den sidstnævnte indretning undgås mange af vanskelighederne med at opretholde det rigtige indbyrdes faseforhold i tid og rum mellem til hinanden svarende væskedråber fra rækken af væskestrenge, og som følge heraf vil 10 dråberne ramme en skriveoverflade i en mere præcis indbyrdes flugtning.

Fig. 6 viser en ændret udformning af vibrationsbøjningsorganet 11, hvor der i omsætterstrimlerne 24's tværretning og på den bort fra dem vendende side af midter-15 delen 22 er anbragt afstivningsribber 45. Disse afstivningsribber 45 anvendes kun efter behov, dersom midterdelen 22 viser en tilbøjelighed til at udbøjes på tværs af den ønskede bøjningsretning. Ribberne 45 kan fastklæbes til bøjningsorganet 11. I stedet for ribber kan der også 20 anvendes et stykke korrugeret mellemlægsmateriale. I begge tilfælde foretrækkes rustfrit stål som materiale for at forhindre tæring. Imidlertid kan der også anvendes andre metaller, dersom dette ønskes.

Claims (3)

1. Apparat til frembringelse af et antal parallelle strømme af små væsk dråber, omfattende 5 a) organer (10, 12) med et hulrum (15, 16) til op tagelse af væske under tryk, b) mindst én række langs med én (13) af hulrummets (15, 16) vægge udformede dyseåbninger (33), c) organer (37, 38) til at tilføre væske under tryk 10 til hulrummet, så at væsken strømmer ud gennem dyseåbningerne (33) i parallelle strømme (51), d) organer (11) inden i hulrummet (15, 16) til frembringelse af periodiske trykændringer heri, kendetegnet ved, 15 e) at organerne til frembringelse af periodiske tryk ændringer i hulrumme (15, 16) omfatter et organ (11, 12), som er i hovedsagen plant og ligger i hovedsagen parallelt med rækken eller raskkerne af dyser (33), hvilket organ er indrettet til at 20 vibrere omkring en akse, der ligger i hovedsagen parallelt med rækken eller rækkerne af dyser (33), og er indrettet til at påvirkes til vibrering af påvirkningsorganer i form af en række indbyrdes uafhængigt bevægelige elementer (24).

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det vibrerbare organ (11, 22) er fastgjort langs med en af sine kanter i de organer (10, 12), hvori hulrummet (15, 16) er udformet.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendeteg-30 net ved, at påvirkningsorganerne består af piezoelek- triske strimler, som i fællesskab er fastgjort til den modsat dyserne liggende fladside på det vibrerbare organ (11, 12. i en række, som strækker sig parallelt med rækken eller rækkerne af dyser (33). 35