EP0062353A1 - Liquid droplets recording device - Google Patents
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Abstract
Bei einem mit Flüssigkeitströpfchen arbeitenden Schreibgerät zur punktweisen Aufzeichnung von Zeichen oder Bildern sind zum Schreiben der einzelnen Punkte in einem gemeinsamen Träger reihenweise Düsen mit grossflächiger Eintritts- und relativ dazu kleiner Austrittsöffnung angeordnet, denen eine gleiche Zahl piezoelektrischer Wandler zugeordnet ist. Um bei kleinem Düsenabstand die hydraulische Trennung zwischen benachbarten Düsen zu erhöhen, ohne deren Eintrittsöffnung zu verringern, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Eintrittsöffnung (17) eine von der Kreisform abweichende, langgestreckte Querschnittsform aufweist und mit ihrer Längsausdehnung quer zur Richtung der Düsenreihe verläuft. Durch die erfindungsgemässen Düsen (18) lässt sich die Schreibgeschwindigkeit wesentlich erhöhen. Sind die Wandler der Form der Eintrittsöffnung (17) angepasst, so wird zusätzlich die mechanische Kopplung zwischen benachbarten Wandlern herabgesetzt.In a writing device working with liquid droplets for the point-by-point recording of characters or images, nozzles are arranged in rows in a common carrier with a large inlet and relatively small outlet opening for writing the individual points, to which an equal number of piezoelectric transducers is assigned. In order to increase the hydraulic separation between adjacent nozzles with a small nozzle spacing, without reducing their inlet opening, the invention provides that the inlet opening (17) has an elongated cross-sectional shape that deviates from the circular shape and runs with its longitudinal extension transverse to the direction of the row of nozzles. The writing speed can be significantly increased by the nozzles (18) according to the invention. If the transducers are adapted to the shape of the inlet opening (17), the mechanical coupling between adjacent transducers is also reduced.
Description
Die Erfindung betrifft ein mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät zur punktweisen Aufzeichnung analoger Verläufe oder alphanumerischer Zeichen sowie von Bildern, wobei zum Schreiben der einzelnen Punkte reihenweise in einem gemeinsamen Träger angeordnete Düsen mit grossflächiger Eintrittsöffnung und relativ dazu kleiner, im wesentlichen punktförmiger Austrittsöffnung vorhanden sind, wobei vor den Eintrittsöffnungen eine gleiche Anzahl parallel zueinander liegende piezoelektrische Wandler angeordnet und die Kontaktierung der Wandler so vorgenommen ist, dass bei elektrischen Spannungsänderungen durch die erzeugten piezoelektrischen Bewegungen Schreibflüssigkeit aus der Düse herausgestossen und auf einen vor der Austrittsöffnung der Düsen angeordneten Aufzeichnungsträger aufgebracht wird.The invention relates to a writing device working with liquid droplets for the point-by-point recording of analog courses or alphanumeric characters as well as images, whereby for writing the individual points there are nozzles arranged in rows in a common carrier with a large-area inlet opening and, relative thereto, a small, essentially point-shaped outlet opening an equal number of piezoelectric transducers lying parallel to one another are arranged in the inlet openings and the transducers are contacted such that writing fluid is ejected from the nozzle in the event of electrical voltage changes due to the piezoelectric movements generated and is applied to a recording medium arranged in front of the outlet opening of the nozzles.
Ein solches Schreibgerät ist durch die DE-OS 25 27 647 bekannt. Bei einem derartigen Schreibgerät erzeugen die piezoelektrischen Wandler eine Flussgeschwindigkeit der Tinte im Bereich unmittelbar vor jedem Wand- 'ler. Diese Geschwindigkeit wäre aber nicht ausreichend, damit ein Tintentröpfchen sich von der Oberfläche einer öffnung im Träger freimacht und diese verlässt. Erst durch Verwendung von Düsen als geschwindigkeitstransformierende Elemente ergibt sich eine ausreichende Geschwindigkeit.Such a writing instrument is known from DE-OS 25 27 647. In such a writing instrument, the piezoelectric transducers produce a flow velocity of the ink in the region directly in front of each wall 'ler. However, this speed would not be sufficient for an ink droplet to clear the surface of an opening in the carrier and leave it. A sufficient speed can only be obtained by using nozzles as speed-transforming elements.
Entscheidend für die Geschwindigkeitstransformation ist das Flächenverhältnis zwischen Eintritts- und Austrittsöffnung der Düsen. Der Transformationsfaktor wird maximal gleich diesem Verhältnis. Der Transformationsfaktor wird jedoch in der Praxis aufgrund von Energieverlusten, z. B. durch Turbulenz des Tintenflusses, reduziert. Die Energieverluste werden von der Form der Düsen beeinflusst.The area ratio between the inlet and outlet opening of the nozzles is decisive for the speed transformation. The transformation factor is at most equal to this ratio. The transformation factor is, however, in practice due to energy losses, e.g. B. reduced by turbulence of the ink flow. The energy losses are influenced by the shape of the nozzles.
Die Düsen sind beim Gegenstand der DE-OS 25 27 647 konisch ausgebildet und weisen einen kreisrunden Querschnitt auf. Die kleinere Austrittsöffnung hat einen Durchmesser von ca. 50 pm, damit ein geeignetes Tröpfchenvolumen erhalten wird. Die grössere Eintrittsöffnung weist einen Durchmesser von mindestens 150 um auf, wenn eine Geschwindigkeitserhöhung des Tintenflusses um einen Faktor 9 gefordert wird. Um einen deutlichen Ausschrieb zu erhalten, müssen die Düsen eng nebeneinander angebracht sein. Wenn der Abstand zwischen jeder Düse z. B. 250 µm betragen soll, ist es sehr kompliziert und daher auch teuer, den geeigneten Durchmesser der Eintrittsöffnung der Düsen einzuhalten. Ausserdem müssen die piezoelektrischen Wandler sehr eng aneinanderliegen, da sie die Eintrittsöffnung der Düsen abdecken sollen. Auch das ist praktisch schwer durchzuführen. Ferner ergibt das enge Nebeneinanderliegen der Düseneintrittsöffnungen eine störende hydraulische Kopplung zwischen den Düsen, weswegen die Schreibgeschwindigkeit für ein deutliches Schriftbild stark vermindert werden muss, d. h. der zeitliche Abstand zwischen dem Aktivieren zweier benachbarter Wandler muss verlängert werden.The nozzles are conical in the subject of DE-OS 25 27 647 and have a circular cross section. The smaller outlet opening has a diameter of approx. 50 pm so that a suitable droplet volume is obtained. The larger inlet opening has a diameter of at least 150 µm if an increase in ink flow speed by a factor of 9 is required. In order to get a clear tender, the nozzles must be placed close together. If the distance between each nozzle z. B. should be 250 microns, it is very complicated and therefore expensive to maintain the appropriate diameter of the inlet opening of the nozzles. Also the piezoelectric transducers must be very close to each other since they should cover the inlet opening of the nozzles. This is also practically difficult to do. Furthermore, the close juxtaposition of the nozzle inlet openings results in a disruptive hydraulic coupling between the nozzles, which is why the writing speed for a clear typeface must be greatly reduced, ie the time interval between the activation of two adjacent transducers must be extended.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schreibgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Eintrittsöffnungen der Düsen in eine konstruktiv einfache Art gross gehalten werden können, ohne auf den engen gegenseitigen Abstand der Düsen zu verzichten. Ferner soll eine gute hydraulische Trennung der Düsen gegeben sein.The invention has for its object to provide a writing instrument of the type mentioned, in which the inlet openings of the nozzles can be kept large in a structurally simple manner, without sacrificing the close mutual distance between the nozzles. Good hydraulic separation of the nozzles should also be provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Eintrittsöffnung eine von der Kreisform abweichende, vorzugsweise langgestreckte Querschnittsform aufweist und mit ihrer'Längsausdehnung im wesentlichen quer zur Richtung der Düsenreihe verläuft. Wegen der langgestreckten Form der Eintrittsöffnung kann die Eintrittsfläche auch bei gegenseitig engem Abstand der Düsen gross gehalten werden. Ferner ist der Abstand von der einen Kante einer Düse zur gegenüberliegenden Kante der benachbarten Düse verhältnismässig gross. Damit ist die Herstellung des Trägers mit den Düsen einfacher und billiger. Ferner ist dadurch eine gute hydraulische Trennung der Düsen erzielt worden, was eine hohe Schreibgeschwindigkeit zulässt.According to the invention, this object is achieved in that the inlet opening has a preferably elongated cross-sectional shape which deviates from the circular shape and, with its longitudinal extent, extends essentially transversely to the direction of the row of nozzles. Because of the elongated shape of the inlet opening, the inlet surface can be kept large even when the nozzles are closely spaced from one another. Furthermore, the distance from one edge of one nozzle to the opposite edge of the adjacent nozzle is relatively large. This makes the manufacture of the carrier with the nozzles easier and cheaper. Furthermore, good hydraulic separation of the nozzles has been achieved, which allows a high writing speed.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantages and details of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Draufsicht auf Eintrittsöffnungen erfindungsgemässer Düsen,
- Fig. 2 einen Schnitt durch eine Düse gemäss Schnittlinie II-II von Fig. 1,
- Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Schreibgerätes,
- Fig. 4 eine Seitenansicht eines als Biegeschwinger arbeitenden piezoelektrischen Wandlers, und
- Fig. 5 eine Draufsicht auf eine kammartig ausgebildete piezoelektrische Wandleranordnung mit zugeordneten Düsen der bekannten Art nach Fig. 4.
- 1 is a plan view of inlet openings of nozzles according to the invention,
- 2 shows a section through a nozzle according to section line II-II of FIG. 1,
- 3 is a schematic view of a writing instrument,
- Fig. 4 is a side view of a piezoelectric transducer working as a bending oscillator, and
- 5 shows a top view of a comb-shaped piezoelectric transducer arrangement with associated nozzles of the known type according to FIG. 4.
Aus Fig. 3 ist der äussere Prinzipaufbau eines bekannten Schreibgerätes ersichtlich. über die Transportrollen 1 und 2 wird der Aufzeichnungsträger 3, z. B. normales Registrierpapier, in Richtung des Pfeiles 4 über einen Abstandhalter 5 an der Seite 6 des Gehäuses 7 vorbeigezogen. In das Gehäuse 7 ist die Anschlussleitung 8 geführt, die an ihrem freien Ende mit einem Stecker 9 zum Anschluss an ein nicht dargestelltes Steuergerät versehen ist, das die Steuersignale für die Aufzeichnung der gewünschten Verläufe, Zeichen oder Bilder liefert.3 shows the outer basic structure of a known writing instrument. About the transport rollers 1 and 2, the
In Fig. 4 ist dargestellt, wie die Seite 6 parallel zum Aufzeichnungsträger 3 angebracht ist. Die Seite 6 ist die Seite eines Trägers 10, der eine Anzahl in einer Reihe nebeneinander angeordnete konusförmige Düsen 11 aufweist derart, dass die Düseneintrittsöffnung 12 für die im Gehäuse 7 vorhandene Tinte grösser ist als die Düsenaustrittsöffnung 13. Ausser der Schreibflüssigkeit sind im Gehäuse 7 Stäbe oder Wandler 14 aus piezoelektrischem Material vorhanden, die derart kontaktiert und angeordnet sind, dass sie bei entsprechender elektrischer Ansteuerung Schreibflüssigkeit in Form eines Tröpfchens aus der Düse 11 spritzen.4 shows how the
Die Wandler 14, die als Zähne eines Kammes.ausgebildet sind (Fig. 5), arbeiten als Biegeschwinger. Dabei ist der aus dem Wandler 14 und dem Kammrücken 15 bestehende Piezokamm parallel zur Ebene des Trägers 10 angeordnet. Der freie Endbereich der einzelnen Wandler 14 befindet sich vor den einzelnen Düsen 11 der Düsenreihe. Der Kammrücken 15 ist mit einem Befestigungsschraubsatz 16 auf dem die Düsenreihe aufnehmenden Träger 10 angeschraubt. Bei.Anlegen von elektrischer Spannung an die Kontaktierungen eines Wandlers 14 bewegt sich dieser in die in Fig. 4 gestrichelt dargestellte Position. Bei einer Unterbrechung der angelegten Spannung schnellt er zurück in die nicht gebogene, mit durchgezogenen Linien gezeichnete Stellung und drückt dabei ein Tröpfchen Schreibflüssigkeit durch die Düse 11.The
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die in Reihe angebrachten Eintrittsöffnungen 12 der Düsen 11 sehr eng nebeneinander angebracht, was die Herstellung erheblich erschwert. Dadurch ist nur eine schlechte hydraulische Trennung der Düsen 11 vorhanden. Ferner ist dargestellt, dass die Wandler sehr eng aneinander angebracht werden müssen, um die Düseneintrittsöffnungen 12 zu decken.As can be seen from FIG. 5, the
In Fig. 1 ist dargestellt, dass die Eintrittsöffnung 17 einer erfindungsgemässen Düse 18 eine von der Kreisform abweichende, langgestreckte Querschnittsform aufweist und mit ihrer Längsausdehnung quer zur Richtung der Düsenreihe verläuft. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Querausdehnung der Eintrittsöffnung 17 derjenigen der Austrittsöffnung 19 entspricht. Das Verhältnis der Flächen von Eintrittsöffnung 17 aus Aus- . trittsöffnung 19 beträgt vorzugsweise 10:1. Die Eintrittsöffnung ist im wesentlichen rechteckförmig, wobei die Ecken abgerundet sind. Die Querausdehnung der Eintrittsöffnung 17 ist um mindestens einen Faktor 1,5 kleiner als der Düsenabstand in einer Reihe. Wegen der erfindungsgemässen Ausbildung der Eintrittsöffnungen 17 der Düsen ist der Abstand von einer Kante zur gegenüberliegenden Kante einer benachbarten Düse verhältnismässig gross. Die Eintrittsfläche der Düsen kann aber- trotz beibehaltenem Düsenabstand gross gehalten werden. Wegen der Form der Eintrittsöffnung vergrössert sich der Abstand zwischen benachbarten Wandlern 14 bei gleichbleibendem Düsenabstand, wodurch die Herstellung vereinfacht und die mechanische Kopplung verringert wird.1 shows that the inlet opening 17 of a
In Fig. 2-ist näher dargestellt, dass die Verbindungsrandfläche 20 zwischen Eintrittsöffnung 17 und Austrittsöffnung 19 trichterförmig, z. B. exponentiell ist. Wegen dieser Form werden die Energieverluste, die z. B. aufgrund von Turbulenz im Tintenfluss erzeugt werden, weitgehend vermieden. Der Winkel der Trichterfläche ist ausserdem derart gewählt, dass im Betrieb Totalreflexion einer an der Eintrittsöffnung 17 applizierten Druckwelle vermieden wird.In Fig. 2-is shown in more detail that the connecting
Weiter kann bei den erfindungsgemässen, langgestreckten Düsen-Eintrittsöffnungen die Form der Wandler diesen Flächen angepasst sein. Dadurch vergrössert sich der Abstand zwischen benachbarten Wandlern, wodurch sich die Fertigung wesentlich vereinfacht.In the case of the elongated nozzle inlet openings according to the invention, the shape of the transducer can also be the same Surfaces to be adjusted. This increases the distance between adjacent transducers, which significantly simplifies production.
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