DE2536369B2 - Tintenspritzkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenspritzkopf einer Vorrichtung zum Aufbringen von Tintentropfen auf eine Oberfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Geschwindigkeit mit der Daten auf Papier beispielsweise in Datenverarbeitungsanlagen aufgeschrieben werden können, wird unter anderem durch die Kapazität des Tintenspritzkopfes begrenzt, dessen Arbeitsgeschwindigkeit in vielen Fällen erheblich geringer als die der Datenverarbeitungsanlage ist.

Wegen der Fähigkeit von Schreibeinrichtungen mit Tintensprühstrahl, relativ hohe Schreibgeschwindigkeiten zu erreichen, sind bereits mehrere Vorrichtungen bekannt, mit denen die Tinte durch Beaufschlagung des Spritzkopfes mit elektrischen Impulsen in Form eines

Impulssprühstrahls ausgestoßen wird. Die Schreibgeschwindigkeit bei derartigen Schreibvorrichtungen ist jedoch weitgehend durch die Fähigkeit der Tinte bestimmt auf die schnell auftretenden elektrischen Impulse anzusprechen.

In aer DE-OS 21 64 614 ist ein Tintenspritzkopf .gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben, bei der ein piezoelektrischer Kristall als Druckerzeugungseinrichtung verwendet wird. Indem diesem elektrische Impulse zugeführt werden, erzeugt er in der in der Kammer befindlichen Tinte den variierenden Druck. Um die Geschwindigkeitserfordernisse bei Datenverarbeitungsanlagen zu erfüllen, sollte der Spritzkopf mit Impulsen mit einer Frequenz von mehr als 5 kHz, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30 kHz, betrieben werden. Es hat sich jedoch gezeigt daß unter diesen Bedingungen die Tintentropfen nicht befriedigend abgegeben werden, weil das Ansprechverhalten der bekannten Tintenspritzköpfe zu langsam ist Einen Grund hierfür stellen Blasen in der Tinte in der Kammer dar. Die Druckschwankungen, die durch die elektrische" Impulse erzeugt werden sollen, werden nämlich wegen der Kompressibilität der Blasen von diesen teilweise absorbiert Da der innere und der äußere Kammerabschnitt im Tintenspritzkopf durch den piezoelektrischen Teil bzw. die umgebende Wand nach außen verschlossen sind, wird deshalb die Kammer evakuiert bevor die Spritzeinheit das erste Mal mit Tinte gefüllt wird. Wenn ein vorbestimmtes Vakuum erreicht ist, sorgt man dafür, daß die Tinte durch das Vakuum in die Kammer gesaugt wird. Dabei verbleiben jedoch trotzdem Blasen in der Kammer, da sich die Tinte nicht vollständig an die kleinflächige Innenform der Innenwände in der Kammer anlegt und es schwierig ist ein so hohes Vakuum mit einer Pumpeneinrichtung vernünftiger Größe zu erzielen, daß die Tinte jede Ecke der Kammer ausfüllt. Ferner besteht die Wahrscheinlichkeit daß während der Erzeugung des Tintensprühstrahls in der Tinte Blasen erzeugt oder im Betrieb in diese eingeführt werden, so daß der Sprühdruck sinkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tintenspritzeinheit der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art anzugeben, bei der Blasen oder Gase eliminiert werden können, um dem Tintenspritzkopf ein schnelles Ansprechverhalten zu geben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Die zum Betrieb des Tintenspritzkopfes verschließbaren Entlüftungsdurchgänge ermöglichen beim erstmaligen Füllen des Tintenspritzkopfes im dann geöffneten Zustand ein Einströmen der Tinte unter atmosphärischem Druck, wobei die Tinte die winzigen Innenkonturen der Kammer vollständig ausfüllt und kein kostspieliges Pumpensystem erforderlich ist. Darüberhinaus kann der Betrieb des Spritzkopfes jederzeit unterbrochen und eine Entlüftung in der Kammer vorgenommen werden, wenn unbefriedigende Betriebs-Verhältnisse das Vorhandensein von Blasen in der Kammer vermuten lassen. Dadurch wird auch die minimale Betriebsspannung herabgesetzt so daß insgesamt eine schnelle Ansprechzeit und eine verbesserte Stabilität erreicht werden. Auch die Zeit, die zum Füllen des Tintenspritzkopfes erforderlich ist, wird erheblich verkürzt. Schließlich ist durch die Entlüftungsdurchgänge eine leichte Reinigung des Innenraums der Kammer möglich, um Staub oder andere darin

befindliche Teilchen zu entfernen.

Die gemäß Patentanspruch 2 vorgesehenen transpaitnten Rohre oder Schläuche machen das Auftreten von Blasen sofort erkennbar, so daß eine Entlüftung vorgenommen werden kann, bevor sich die Spritzbedingungen wesentlich verschlechtern.

Das Füllen desTintenspritzkopfes mit Tinte geschieht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit den im Patentanspruch 3 angegebenen Verfahrensschritten. Indem man die Kammer vibrieren läßt, wird sichergestellt, daß sämtliche darin enthaltenen Blasen relativ schnell nach oben steigen und durch die Entlüftungsdurchgänge in die Atmosphäre austreten können. Vorzugsweise wird dabei die Tinte in den Kammerabschnitten mittels der Druckerzeugungseinrichtung einer Vibration von etwa 50 Hz ausgesetzt

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt einer bekannten Schreibvorrichtung aus Tintenspritzkopf mit geteilter Tintenkammer und einem Tintenbehälter;

Fig.2 einen Schnitt einer Schreibvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig.3 einen vergrößerten Schnitt eines Teils eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der geteilten Tintenkammer.

Vor der Beschreibung der AusführungsbeispL.j der Erfindung wird zunächst die in vereinfachter Form dargestellte bekannte Schreibvorrichtung erläutert, die in F i g. 1 gezeigt ist Die Tintenspritzeinheit 1 dieser Schreibvorrichtung hat einen äußeren Kammerabschnitt 2 und einen inneren Kammerabschnitt 3, die durch einen Verbindungskanal 4 miteinander in Verbindung stehen, der einen Durchmesser von 10 bis 100 μΐη hat und in einer Trennplatte 12 vorgesehen ist, die in der Tintenkammer angeordnet ist und die Trennung in die Kammerabschnitte 2 und 3 bewirkt Der Verbindungskanal 4 ist in der Trennplatte 12 derart vorgesehen, daß er direkt einem Abgabekanal 7 gegenüberliegt und axial mit diesem fluchtet, der an dem äußeren Ende des äußeren Kammerabschnitts 2 liegt und sich von dem äußeren Kammerabschnitt 2 zur Atmosphäre öffnet Eine kreisförmige Metallplatte oder Membran 5 ist am Ende 3' des inneren Kammerabschnittes 3 befestigt Die Trennplatte 12 hat einen Einlaßkanal 6, der sich in die äußere Kammer 2 öffnet, und steht mit einem Tintenbehälter 8 über eine Leitung 9 in Verbindung. Der Behälter 8 kann an einem tieferen Niveau als der Abgabekanal 7 angeordnet sein, weil Kapillarkräfte in den Kanälen vorhanden sind, die mit dem Kammerabschnitt 2 in Verbindung stehen, nachdem die Kammerabschnitte 2 und 3 mit Tinte gefüllt sind. Ein piezoelektrischer Kristall 10 ist an der metallischen Membran 5 in bekannter Weise befestigt Leitfähige Drähte 11 sind vorgesehen, wobei einer elektrisch mit der metallischen Membran 5 und der andere mit der Außenseite des piezoelektrischen Kristalls 10 verbunden ist Die Drähte U liefern das Steuersignal an den Kristall 10. Das Ende 3' des inneren Kammerabschnittes 3, das dem äußeren Kammerabschnitt 2 gegenüberliegt, hat einen Abschnitt 3" mit größerem Durchmesser, der mit der metallischen Membran 5 in Kontakt steht Die Querschnittsfläche des Abgabekanals 7 ist erheblich kleiner als die Querschnittsfläche des Abschnittes 3", der den größeren Durchmesser hat

Wenn der Kristall 10 durch einen elektrischen Impuls aktiviert wird, wird Strömungsmittel aus dem inneren Kammerabschnitt 3 durch den Verbindungskanal 4 und durch die Tintenschicht in dem äußeren Kammerabschnitt 2 und weiter durch den Abgabekanal 7 abgegeben, worauf die Tinte auf die zu beschreibende 5 Oberfläche aufgebracht wird. Wenn der Impuls auf NuU abfällt, wird die Richtung des Tintenstromes umgekehrt, und die Tinte wird durch den äußeren Kammerabschnitt 2 von dem Behälter 8 über den Einlaßkanal P eingesaugt Sn wichtiger Faktor, der das Ansprechverhalten der

ίο Vorrichtung beeinflußt, ist die Erzeugung kleiner Blasen, die in den mit Tinte gefüllten Kammerabschnitten 2 und 3 auftreten können. Da die Blasen aufgrund des Umgebungsdruckes komprimiert werden, wird der aufgrund eines elektrischen Signales von der Membran 5 ausgeübte Druck teilweise durch die Blasen aufgenommen, so daß die ausgestoßene Tintenmenge nicht proportional zu dem Eingangssignal ist

Da der innere Kammerabschnitt 3 an einem Ende durch die Membran 5 und der äußere Kammerabschnitt

2G 2 an seinem Umfang verschlossen ist, und da schließlich der Verbindungskanal 4 einen sehr kleinen Durchmesser im Vergleich zu dem der Kammerabschnitte 2 und 3 hat, ist es bisher üblich, die Luft in den Kammerabschnitten 2 und 3 zu evakuieren, wenn die bekannte Schreibvorrichtung zum ersten Mal mit Tinte als Vorbereitung für den Gebrauch gefüllt wird. Der Luftdruck in den Kammerabschnitten 2 und 3 wird dadurch herabgesetzt, daß die Luft durch den Abgabekanal 7 abgepumpt wird, während eine Tinten strömung von dem Behälter 8 verhindert wird. Wenn ein vorbestimmtes Vakuum, beispielsweise 10 mm Hg, in den Kammerabschnitten 2 und 3 erreicht ist, sorgt man dafür, daß die Tinte durch das Vakuum in die Kammerabschnitte 2 und 3 eingesaugt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.2 gezeigt wobei ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 tragen. Die Tintenspritzeinheit 1 gemäß der Erfindung (F i g. 2) hat einen Aufbau, der ähnlich wie der der Einheit gemäß F i g. 1 ist mit der Ausnahme, daß ein erster Entlüftungsdurchgang 21, der den äußeren Kammerabschnitt 2 an seinem höchsten Punkt mit der Atmosphäre verbindet, und ein zweiter Entlüftungsdurchgang 31 vorgesehen sind, der den inneren Kammerabschnitt 3 durch den Abschnitt 3" mit größerem Durchmesser an seinem höchsten Punkt mit der Atmosphäre verbindet. Verschlußeinrichtungen, beispielsweise Schrauben 22 und 32, können in die Durchgänge 21 bzw. 31 eingeschraubt sein, um die offenen Enden der Durchgänge zu verschließen,

so nachdem die Spritzeinheit 1 mit Tinte gefüllt worden ist Wenn der Tintenbehälter 8 von Hand auf ein Niveau angehoben wird, das höher als die Spritzeinheit 1 ist, und der innere Kammerabschnitt und der äußere Kammerabschnitt mit der Atmosphäre in Verbindung stehen, fließt die Tinte unter dem atmosphärischen Luftdruck durch den Einlaßkanal 6 in den äußeren Kammerabschnitt 2, während die Luft in dem äußeren Kammerabschnitt 2 durch den Durchgang 21 in die Atmosphäre austritt Gleichzeitig wird der innere Kammerabschnitt 3 durch den Verbindungskanal 4 mit der ankommenden Tinte gefüllt, während die darin befindliche Luft durch den Durchgang 31 in die Atmosphäre hinausgedrückt wird. Wenn beide Kammerabschnitte gefüllt sind, werden die Schrauben 22 und 32 auf die offenen Enden der jeweiligen Durchgänge aufgesetzt Während des Füllvorganges ist es von Vorteil, daß die Spritzeinheit 1 einer Schwingung ausgesetzt wird, die beispielsweise dadurch erzeugt werden kann, daß man eine Wechsel-

spannung von 100 V und 50 Hz an den piezoelektrischen Kristall 10 über die Anschlüsse 11 anlegt. Die Schwingung bewirkt, daß jegliche Blasen, die an den Kammerwänden aufgrund der Oberflächenspannung auftreten können, von diesen Stellen wegbewegt werden und durch die Durchgänge 21 und 31 schwimmen, worauf sie ihren Inhalt in die Atmosphäre abgeben können.

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel zu dem in Fig.2 gezeigten Beispiel ist in Fig.3 dargestellt. An den offenen Enden der Durchgänge 21 und 31 sind Metallrohre 23 und 33 angesetzt, die ihrerseits in transparente, flexible Schläuche 24 bzw. 34 eingepaßt sind. Wenn die Tinte den transparenten Schlauch 24 oder 34 während des Fallvorganges erreicht, ist das Tintenniveau von außen sichtbar. Wenn die Schläuche 24 und 34 gefüllt sind, werden die Verschlußeinrichtungen, zum Beispiel die Verschlußstopfen 25 und 35, in die

' offenen Enden der Schläuche 24 und 34 eingepaßt. Während des normalen Betriebs, bei dem Tinte ausgestoßen wird, können Blasen in den äußeren oder den inneren Kammerabschnitt eingeführt werden. Die transparenten Schläuche 24 und 34 sammeln diese

(> Blasen. Die Blasen können durch die transparenten Schläuche 24 und 34 von der Bedienungsperson wahrgenommen werden und durch Entfernen der Verschlußeinrichtungen 25 und 35 entweichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Tintenspritzkopf einer Vorrichtung zum Aufbringen von Tintentropfen auf eine Oberfläche, mit einer Kammer mit einem Abgabekanal für das Ausspritzen der Tinte und einem mit einem Tintenvorratsbehälter verbundenen Einlaßkanal, und mit einer Druckerzeugungseinrichtung zur Erzeugung periodischer Druckanstiege in der in der Kammer enthaltenen Tinte, wobei die Kammer in einen äußeren Kammerabschnitt der in den Abgabekanal ausmündet und einen inneren Kammerabschnitt mit der Druckerzeugungseinrichtung unterteilt ist und beide Kammerabschnitte über einen mit dem Abgabekanal fluchtenden Verbindungskanal miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kammerabschnitt (2, 3) an seinem höchsten Punkt einen Entlüftungsdurchgang (21, 31) aufweist der mittels einer abnehmbaren Verschlußeinrichtung (22, 32; 25, 35) zum Betrieb des Tintenspritzkopfes (1) verschließbar ist

2. Tintenspritzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß an dem offenen Ende jedes der beiden Entlüftungsdurchgänge (21, 31) ein transparentes Rohr oder ein transparenter Schlauch (24,34) angebracht ist und die freien Enden der Rohre oder Schläuche mit den Verschlußeinrichtungen (25, 35) verschließbar sind.

3. Verfahren zum Füllen eines Tintenspritzkopfes der in den Ansprüchen 1 oder 2 genannten Art, dadurch gekennzeichnet, daß bei von den Entlüftungsdurchgängen abgenommenen Verschlußeinrichtungen der Tintenvorratsbebälter auf ein Niveau angehoben wird, das über dem des Spritzkopfes liegt so daß die Tinte in den äußeren und den inneren Kammerabschnitt sowie die Entlüftungsdurchgänge einfließt, daß die Tinte in den Kammerabschnitten einer Vibration ausgesetzt wird, um gegebenenfalls darin enthaltene Blasen durch die Entlüftungsdurchgänge in die Atmosphäre entweichen zu lassen, und daß die Verschlußeinrichtungen auf die Entlüftungsdurchgänge aufgesetzt werden, wenn die Blasen vollständig aus der Vorrichtung entwichen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tinte in den Kammerabschnitten mittels der Druckerzeugungseinrichtung einer Vibration von etwa 50 Hz ausgesetzt wird.