DE2435056B1 - Einrichtung zum Erzeugen einer Zirkulationsbewegung in Flüssigkeiten, insbesondere von Tinte in Tintenspritzköpfen mit tintegefüllten Kapillaren - Google Patents

Description

• In F i g. 1 ist ein Tintenspritzkopf dargestellt mit einem Grundkörper 1, weiteren nicht positionierten Aufbauteilen, einer als Membran fungierenden Wandung 4 und einem Keramikschwinger 3. Bei dessen elektrischem Beaufschlagen wird infolge dadurch ausgelöstem Durchbiegen der Membran ein Kurzimpuls auch in die Kompressionskammer 2 und als beschleunigte Tintenbewegung in die Düse 18 bewirkt, der zum Austreten von Tintentropfen aus der Düse führt. Aus der Düse abgestoßene Tinte wird über die zu einem Reservoir führende Rohrleitung 13 ergänzt. In den Stillstandsphasen, beispielsweise bei Nichtbenutzung am Wochenende, des im allgemeinen in Zeilenrichtung über einem Aufzeichnungsträger beschleunigten und abgebremsten Spritzkopfes und bei seinem Bewegen kommt es zu Ausscheidungen von Tintenpartikeln aus der Lösung, die sich an den Wandungen von Hohlräumen, z. B. der Kompressionskammer 2 und auch der später noch zu beschreibenden kapillaren Kanäle 14 und 15, absetzen. Die Erfindung setzt hier ein und macht sich den Effekt der Elektroosmose zunutze zu gezielten Flüssigkeitswanderungen, wonach in einem Kapillarrohr bei Anlegen einer Spannung an als Anode und Kathode ausgebildeten Rohrenden molekulare Verschiebekräfte auftreten, die eine Verschiebung der Flüssigkeit, die sich im Gegensatz zur Wandung der Kapillare entsprechend negativ polarisiert hat, in Richtung der Anode bewirken. Durch Ändern der Stromrichtung kann die Verschieberichtung geändert werden und es ist nachgewiesen, daß andere Flüssigkeiten umgekehrtes Verhalten zeigen. Die Größe der Flüssigkeitsbewegung ist im wesentlichen abhängig von der Stromstärke. Versuchen zufolge kann mit geringen Spannungen unter 10 Volt eine Verschiebung bewirkt werden, die ausreichend ist, eine Tintenbewegung hervorzurufen.
• F i g. 1 zeigt drei Einrichtungen dieser Art, die gemeinsam aber auch getrennt wirken können. Wird an die Elektroden 5, 6, 7, 8 mit wechselnder Polarität Gleichspannung angelegt, so bewegt sich die Flüssigkeit in der kapillaren Düse 18. Durch entsprechende Ansteuerungen der Elektroden kann eine umlaufende Strömung der Tinte in der kapillaren Düse 18 erzeugt werden. die verflüchtigte Lösungsmittel aus der Kompressionskammer 2 ausgleicht. Ein sehr kritischer Bereich ist bei Spritzköpfen dieser Art der Impulsbereich um den Druckerzeuger 3, 4. Bei Verunreinigung und infolge Gasbildung in diesem Bereich setzt der Spritzkopf im allgemeinen aus. Beim Überschreiten einer maximalen Temperatur von 30° im Spritzsystem werden Gase aus der Flüssigkeit ausgeschieden, die in dieser als Bläschen schweben und dann zu einem Versagen des Spritzsystems führen, wenn sie sich im Impulsbereich absetzen können. Während der Spritzzeiten werden diese in der Tinte und mit dieser bewegt. In Ruhezeiten wandern sie und setzen sich, wie die aus dem Kolloid gelösten Farbpartikeln, an der Wandung ab. Durch Bewegen der Flüssigkeit ist es möglich, Farbpartikeln erneut zu lösen und zu verhindern, daß sich Gase an der Wandung absetzen. Hinzu kommt, daß beim Erkalten zuvor ausgeschiedene Bläschen erneut von der Tinte aufgenommen (absorbiert) werden, so daß die gezielte Tintenbewegung diesen Vorgang fördert. Die Elektroden 9, 10, 11, 12 bewirken bei gleicher Ansteuerung.
• auch über gleiche Steuermittel, die zu F i g. 2 beschrieben werden, gleiche Wirkung. Jedoch wird hier Einfluß genommen auf den Impulsbereich. Die Elektroden 16 und 17 erzeugen in dem Kanal t5, der nur in dem Bereich der Elektroden kapillar wirksam ist, einen Unterdruck in der Tinte, so daß Tinte aus dem Düsenbereich abgesogen wird, wenn die Elektrode 17 positiv geschaltet ist. Der dadurch entstehende Druck hinter den Elektroden auch bei umgekehrter Polarität dieser ist auf einen Wert einstellbar, der geringer ist als die die Oberflächenspannung des Meniskus an der Offnung der kapillaren Düse 18 überwindenden Kraft. Im übrigen kommt es zum Nachfließen von Tinte aus dem Zulauf 13 und der Kompressionskammer 2, die einen Druckunterschied an der Düsenöffnung kompensiert. Während der Druckphase ist es möglich, die kapillaren Kanäle 14 und 15 durch Anlegen einer geringen Spannung an die Elektroden dieser Kanäle zu blockieren. um einen Tintenverlust zu vermeiden.
• Fig.2 geht ein auf eine einfache mögliche Schaltungsanordnung zur Steuerung der Elektroden 5, 6, 7, 8.
• 9, 10, 11, 12. Der Umschalter 24 schaltet zunächst bei geschlossenem Netzhauptschalter 22 das Schreibwerk, die Ansteuerung des Keramikschwingers, die Motorsteuerung u. dgl., die als Kästchen dargestellt und mit 23 positioniert sind aus und die Ansteuerung der Elektroden ein. Andere Umschaltungen sind denkbar etwa in der Weise, daß die Elektroden grundsätzlich in jeder Stillstandsphase, beim Austauschen eines Aufzeichnungsträgers oder beim Belegen eines Speichers erregt werden können. Über einen Taktgenerator 19 wird ein Ringzähler 20 angesteuert. Dieser nimmt die Ansteuerung dieser Elektroden vor. Die Pegel der Ausgangssignale des Ringzählers werden durch die Schaltstufen 21 an die Elektroden angepaßt. Die Ansteuerung der Elektroden ist auf eine derartige Schaltung nicht festgelegt.
• Diese dient der Vollständigkeit des Erfindungsgegenstandes. Darüber ist auch daran gedacht, den Erfindungsgedanken in beispielsweise Tintenschreibern einzusetzen mit einer kontinuierlichen Tintenabgabe bei der Aufzeichnung eines Diagramms.
• Weiterhin ist es möglich, die Schaltung in der Weise aufzubauen, daß auch zum Zeitpunkt des Abschaltens eines Impulses an dem Keramikschwinger 3, in der die Saugphase eines solchen Spritzsystems beginnt. eine Spannung an die Elektroden an der kapillaren Düse 18 gelegt wird, die einen Fluß von Tinte in der beschriebenen Weise bewirken, der zugleich einen Flußwiderstand darstellt gegen die in das Spritzsystem zurückweichenden Tinte.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Erzeugen einer Zirkulationsbewegung in Farbpartikeln führenden Flüssigkeiten.

   insbesondere von Tinte in Schreibnadeln, Tintenspritzköpfen und dergleichen mit tintegefüllten Kapillaren in deren Nichtschreibphase, d a d u r c h gekennzeichnet, daß an paarweise benachbart angeordnete Elektroden (5, 6, 7, 8, 9. t0, 11, 12, 16, 17) im Bereich der tintegefüllten Kapillaren (1S, 14, 15) eine Gleichspannung anlegbar ist. deren Polarität durch Steuermittel (19, 20, 21) derart wechselbar ist, daß Tinte entsprechend der Polarisation ihrerTintenpartikeln in Richtung auf eine Elektrode entgegengesetzter Polarität bewegbar und Tinte in den durch Abwanderung frei gewordenen Raum nachfließbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1 in einem Tintenspritzkopf mit einem Zulauf für die aus einem Behälter kommende Tinte mit zumindest einer Vorrichtung zum Erzeugen von Druckimpulsen. einer Kompressionskammer und Kammern zur Weiterleitung des Druckimpulses in der Tinte in zumindest eine Düse für den Tintenaustritt, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Elektrodenpaar (5. 8. 6, 7) im Übergang einer Kompressionskammer (2) in die kapillare Düse (18) und im Bereich der Austrittsöffnung der kapillaren Düse angeordnet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionskammer (2) zumindest durch einen zusätzlichen kapillaren Kanal (14, d5) mit dem Zulauf (13) verbunden ist, und jeder kapillare Kanal ein Elektrodenpaar (9. 10, 11. 12. 16, 17) an seinem Ende aufweist.

   Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Anspruch 1 angegebenen Art und befaßt sich mit Schreibnadeln, Tintenspritzköpfen und dergleichen mit Tinte als Strahl, in Tropfenform oder als austretender Meniskus gezielt auf eine Aufzeichnungsträgeroberfläche abgebenden Kapillare, die über Rohrverbindungen. im allgemeinen flexible Leitungen, mit einem Nachfüll-Versorgungssystem verbunden sind. In insbesondere den Kapillaren und auch solchen innerhalb des Schreibsystems nicht mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Kapillaren besteht bei Verwendung herkömmlicher Tintenflüssigkeiten die Gefahr des Ausscheidens von Farbpartikeln aus dem Kolloid. Desweiteren besteht an den unter dem direkten Einfluß der Atmosphäre stehenden Öffnungen die Gefahr des Eintrocknens und auch der Bildung eines den Meniskus in dieser Öffnung überdeckenden Filmes.

   In der DT-AS 12 85 753 ist ein schreibendes Meßgerät dargestellt mit einem Tintenbehälter und einer mit diesem durch einen Kanal verbundenen Schreibfeder.

   In den Tintenbehälter münden zwei von einem Reservoir kommende Röhrchen, deren Zwischenteile schraubenlinienförmig um die Antriebsstange gewunden sind, so daß bei Bewegung der Schreibfeder und den sich demzufolge gegensinnig verändernden Volumina in den Zwischenteilen ein ständiger Tintenfluß während des Betriebes aufrechterhalten wird. In den Ruhezeiten der Meßeinrichtung steht auch die Tinte, so daß sich Farbpartikeln ausscheiden, die sich an der Wandung von Schreibfeder, Tintenbehälter und Rohrleitung absetzen. Zudem kommt es zum Austrocknen von Tinte an der Düsenöffnung. so daß bei Bewegen des Aufzeichnungsstreifens bei erneuter Inbetriebnahme feste Teilchen in die Düse gelangen können und diese verschließen.

   Desweiteren ist in der DT-AS 21 64 614 ein Tintenspritzkopf bekanntgeworden mit einem tropfenbildenden System, bestehend aus einer Kompressionskammer, einem Druckerzeuger und einer Membran in dieser, einem Tintenzulauf für aus einem Reservoir kommende Tinte und einer Düse zur Abgabe der Tinte in Tropfenform. Einerseits besteht auch bei einem derartigen Tintenspritzkopf die Möglichkeit des Ausscheidens von Tintenpartikeln in den Ruhepausen und durch hohe Beschleunigungs- und Abbremsstöße beim Positionieren für das Anfahren in eine Abdruckstelle, was sich durch den Austritt blasser Tinte nach der Inbetriebnahme des Tintenspritzkopfes bemerkbar macht, andererseits kann eine aus der Tinte ausgeschiedene durch Luft oder Wärmeeinwirkung den Meniskus überdeckende Haut nicht durch Impulse des Druckwandlers überwunden werden.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in den Hohlräumen derartiger Schreibwerke eingelassene Tinte und insbesondere die in den kritischen Bereichen der Austrittsöffnung und der Impulsbildung nach dem Abschalten des den Tintenaustritt bewirkenden Impulses und insbesondere in Ruhezeiten des Schreibkopfes zu bewegen und durch Heranführen frischer Tinte zu regenerieren.

   Die Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die Ansprüche 2 und 3 sind besonders bevorzugte Anwendungsfälle.

   Die Vorteile dieser Erfindung bestehen unter anderem darin, daß die Wartezeit, die Zeit bis zum Austreten von zum Schreiben verwendbarer kolloidischer Tinte bei Inbetriebnahme des Schreibwerkes nach längerer Pause wesentlich verkürzt werden kann. Bei Anordnung von paarweise an der Austrittsöffnung der Düse angeordneten Elektroden ist eine Wartezeit nicht erforderlich. Darüber hinaus hat sich ein wesentlicher Effekt dadurch ergeben, daß aus der Tinte ausgeschiedene und in ihr schwimmende Gasbläschen und auch solche im Ruhezustand durch beispielsweise Temperaturänderung hervorgerufene in der Flüssigkeit bewegt werden. Diese sind durch Filter oder semipermeable Wände aus der Flüssigkeit ausscheidbar.

   Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß die Schwingbewegung der Tinte in der Düse beim Abschalten des den Druck bewirkenden Impulses und insbesondere ein Zurückweichen des an der Düsenöffnung stehenden Tintenmeniskus in den Hohlraum vermieden wird, wenn in der Saugphase eines derartigen Systems Gleichspannung in die Elektroden gelegt wird.

   Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Die Zeichnung zeigt in F i g. 1 einen Schnitt in starker Vergrößerung durch einen Spritzkopf und F i g. 2 eine mögliche Schaltung zur Ansteuerung der Elektroden.