DE2137792B2 - Tintentropfendrucker - Google Patents

Description

N V_f Lf = · —
« 4 F

gewählt ist. wobei F eine Arbeitsfrequenz der Düse, N eine Ordnungszahl einer ungeradzahligen harmo-

Die Erfindung betrifft einen Tintentropfendrucker 50 nischen Oberwelle der Arbeitsfrequenz und Vf die

mit einer Düse, durch deren Düsenöffnung unter Schallgeschwindigkeit in der in der Düse verwendeten

Druck stehende Tinte austreten kann, mit einem in der Tinte ist.

Düse angeordneten, die Tinte der Düsenöffnung zu- Auf diese Weise vereinfachen sich die Konstruktionsführenden inneren Hohlraum und mit einem an der teile zur Energieerzeugung. Die Verlustwärme wird Düse angreifenden elektromechanischen Wandler, der 55 verringert und Temperaturänderungen der Tinte die Düse mit einer festgelegten Betriebsfrequenz werden vermieden. Das Betriebsverhalten des Tintenstreckt und entspannt und hierdurch die Strömung der tropfendruckers läßt sich damit leicht stabilisieren. Es Tinte im inneren Hohlraum durch Störschwankungen bieten sich vorteilhafte Ausführungsformen an, die beeinflußt. auch Schwankungen der Umgebungstemperatur kom-

Ein hauptsächliches Problem eines Tintentropfen- 60 pensieren.

druckers liegt darin, Tropfen gleicher Größe zu er- Es hat sich herausgestellt, daß der das Fluid entzeugen, da die Tropfen elektrisch aufgeladen und in haltende Düsenhohlraum als geschlossene Pfeife einem elektrischen Feld entsprechend dem darzustellen- wirkt. Geschlossene Pfeifen sind in Resonanz, wenn den Zeichen oder Symbol abgelenkt werden. Ungleiche ihre Längen ein ungeradzahliges Vielfaches der Viertel-Tropfen entstehen beim Abreißvorgang des Tropfens 65 wellenlänge des Schalles in dem Hohlraum sind. Die vom Tintenstrahl, da der Abreißfaden einen zusatz- im vorausgehenden Absatz angegebene Formel drückt liehen kleinen Tropfen bildet, der im folgenden die Beziehung in einer geschlossenen Pfeife zwischen Satellit genannt wird. Je nachdem, ob der Abreiß- der Resonanzfrequenz und der Pfeifenlänge für ein

vorgegebenes ungeradzahliges Vielfaches der Schau-

S Düse für Fluidresonanz berechnet, zur Bildung lesbarer Zeichen die Berechnung der Düse für mechanische InFi₈. ^^^^

«* praktisch der gleich Fennel weiter: 5

Rohr40, das

wünsch« Arbeit*«,«»*, K₁₁ = die Schall-

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Düse ist es »»edtmäliig, die me- »nd 52, einer

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Wandler 14 angeordnet, der von

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ern und von der Länge der be.den

Sh auf einem Aufzeichnungsträger 32 mog-

₅ ir Ordinate aufgetragen und der Wert _rf

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praktisch ein Duplikat der gezeigten, das auf dem treibbar. Demzufolge wird, wenn die Resonanzfre-

Diagramm tiefer liegen würde. quenz höher liegt als die Arbeitsfrequenz, der Antrieb

Für alle diese Kurven hat sich herausgestellt, daß durch die Frequenzverschiebung schwerer und druch

5 ..3

beim Steigen des Wertes -4 über einen bestimmten Wert . die Änderung von -^ leichter.

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hinaus günstige Bedingungen für die Bildung schneller Bei Temperaturerniedrigung spielt jede Komponente Satelliten eintreten. Für die gezeigte Kurve fand dies eine entgegengesetzte Rolle. Wenn die Resonanz , , . ,,, ;. . _n _.. . , ., niedriger ist als die Arbeitsfrequenz, wirken die beiden bei einem Wert von ^ von etwa 4,8 statt. Fur jede Kurve _Ändci?_{ungen in der gleichen Richt}ung, und eine Überwurde der gleiche Punkt, jenseits dessen schnelle io steuerung tritt früher ein. Aus praktischen Gründen ist Satelliten auftreten, gefunden. Wenn die Treib- offensichtlich der oben zuerst genannte Fall vor-

. ,,.,,,, _r.. λ zuziehen, da ein breiterer Temperaturspielraum gespannung zunahm, nahm der erforderliche Wert fur ^ _{gefeen [%χ Jn einem praktischen Beispiel mrde e}f_ne

, ., „, ;. ,. .., . wässerige Lösung von Polyäthylenglykol verwendet in

ab. Also traten Werte von ^,die über einem unteren _{i5 e}inem System, das auf ein Abreißen bei einer Frequenz

Grenzwert für eine spezielle Betriebsspannung liegen, von 66 KHz eingestellt war. Zur Berechnung der erfor-

zur Bildung der erwünschten schnellen Satelliten bei derlichen Länge des Hohlraums wurde eine Fluid-

Um eine wirksame Energieübertragung zu gewähr- resonanzfrequenz von 68 KHz, d. i. 2 KHz über dem

leisten und gleichzeitig schnelle Satelliten zu erzeugen, Arbeitspunkt, in der Konstruktionsformel verwendet,

ist es notwendig, die Düse so zu konstruieren, daß 20 Im Vorstehenden ist auf eine Umgebungstemperatur-

Fluidresonanz auftritt. Beobachtet man das Verhalten Schwankung des Tintenstrahldruckers Rücksicht ge-

der Düse über einen Frequenzbereich, so stellt sich nommen.

heraus, daß der das Fluid enthaltende Düsenhohlraum Methoden zum Messen der Schallgeschwindigkeit

wie eine geschlossene Pfeife wirkt. Geschlossene eines speziellen Fluids bei einer vorgegebenen Tempe-

Pfeifen sind in Resonanz, wenn ihre Länge einem 25 ratur oder über einen Temperaturbereich sind bereits

ungeradzahligen Vielfachen der Viertelwellenlänge des bekannt. Aus der oben gegebenen Information kann

Schalls in dem Hohlraum entspricht. Wie oben er- man eine Düse berechnen, die eine gewünschte Fluid-

wähnt, wird diese Erscheinung durch folgende Glei- resonanz hat, wodurch eine wirksame Energieüber-

chung dargestellt: tragung und eine Temperaturkompensation in der

30 Düse stattfindet.

N Vfiuu Die Bestimmung der mechanischen Resonanz ist

λ ' τ nicht Teil der Erfindung. Jedoch muß bei der Aus-

^fluid bildung der Düse für Fluidresonanz auch die mechanische Resonanz in Betracht gezogen werden, damit

Weiter wurde gefunden, daß der Betrieb einer Düse 35 die Länge der mechanischen Massen, die an der Düse

im Zustand außer Resonanz einen größeren Energie- befestigt werden, nicht unvereinbar mit der für die

verlust oder sogar eine schlechte Tropfenbildung mit Fluidresonanz erforderlichen Länge ist. Es ist zweck-

sich bringt. Daraus folgt, daß der erste Schritt bei der mäßig, die mechanische Resonanzlänge etwas kürzer

Konstruktion einer Düse darin besteht, eine Düse vorzusehen als die Fluidresonanzlänge, und außerdem

vorzusehen, bei der die Fluidresonanz nahe oder un- 40 muß die Länge für eine Düse auch realistisch sein,

mittelbar an der Frequenz liegt, mit der die Tröpfchen Faßt man vorstehendes zusammen, so kann man die

gebildet werden sollen. den Tintenstrahl erzeugende Einheit eines Tintenstrahl-

Die Schallgeschwindigkeit ist für verschiedene _{druckers Jn dn} * _{Bereich betre}iben, der schnelle

Fluids ziemlich unterschiedlich. Auch kommt es im «

Betrieb des Tintenstrahldruckers zu einem Temperatur- 45 Satelliten liefert, und auch an oder nahe am Resonanzanstieg in dem Fluid als Folge von Umweltbedingun- punkt arbeiten lassen, wo die Energie am wirksamsten gen. In dem in Frage kommenden Temperaturbereich auf den Fluidstrahl übertragen wird und eine Tempehaben einige Fluids, beispielsweise Wasser, einen raturkompensation stattfindet. Zunächst wird eine positiven Koeffizienten der Schallgeschwindigkeit, angestrebte Tropfenbildungsgeschwindigkeit gewählt, d. h., die Schallgeschwindigkeit nimmt mit der Tempe- 50 und diese gibt dann die Frequenz an, die an der Düse ratur zu. Für eine Anzahl anderer Fluids, zu denen angelegt werden muß, um Störungen in dem Fliudauch solche auf Ölbasis gehören, nimmt die Schall- strom zu erzeugen.

geschwindigkeit bei Temperaturanstieg ab. Der Tem- Ein zweiter Schritt bei der Berechnung ist die Be-

peraturkoeffizient ist also in diesem Fall negativ. Stimmung der Schallgeschwindigkeit für das spezielle

Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß durch 55 Fluid in dem speziellen Hohlraum bei einer als Arbeits-

Verschieben der Frequenz, die in die Formel für Fluid- temperatur festgelegten Temperatur,

resonanz eingeht, nach der einen oder der anderen Daraus kann mit Hilfe der Formel für Resonanz in

Seite der tatsächlich angestrebten Frequenz der Pfeifen die erforderliche Länge des Fluidhohlraums

Tropfenbildung die Änderung der Leistung mit der bestimmt werden. Zuletzt bestimmt man die Länge der

Temperaturänderung kompensiert werden kann. Dabei 60 Düse, die für eine mechanische Resonanz notwendig ist

hängt die Seite, nach der die Frequenz verschoben Nach der Konstruktion der Düse wird diese bei

wird, davon ab, ob das verwendete Fluid einen posi- _{einem a estrebten}A.Verhältnis betrieben, und die

tiven oder einen negativen Koeffizienten hat Fur a

wässerige Lösungen beobachtet man eine Erhöhung angelegte Spannung wird eingestellt, bis der Betrieb

der Resonanzfrequenz mit zunehmender Temperatur. 65 endgültig im Bereich der Bildung schneller Satelliten

Gleichzeitig macht die mit steigender Temperatur ein- läuft Dies kann man feststellen, indem man das Ver-

tagende Ζ»*» vci das S_yStem leichter .-

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gewährleistet eine gute Leistung und eine angestrebte Konfiguration des Fluidstrahles für einen sauberen Druck.

Wenn eine verwendet Düse nicht einen glatten Hohlraum für das Fliud hat, sondern auf ihrer Länge Stufen mit unterschiedlichen Durchmessern bildet, läßt sich die Schallgeschwindigkeit in dem Fluid dieses Hohlraums nicht genau voraussagen. Durch Variieren der an die Düse gelegten Frequenz unter gleichzeitiger

Beobachtung der Abreißzeit kann man feststellen, wo der Resonanzpunkt liegt. Daraus und aus der bekannten Düsenlänge ergibt die Formel für geschlossene Pfeifen die tatsächliche Schallgeschwindigkeit. Wenn man diese berechnet hat, kann man die Formel noch einmal für die gewünschte Resonanzfrequenz anwenden und die Länge der Düse berechnen. Die Düse kann dann auf diese berechnete Länge verkürzt oder verlängert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

faden zuerst vom Tintenstrahl oder vom Tropfen abPatentansprüche· reißt, entsteht ein langsamer oder ein schneller Satellit Da es bei der Bildung schneller Satelliten nur zu einer ladungserzeugenden Trennung für ein aus dem

1. Tintentropfendrucker mit einer Düse, durch 5 Satelliten und dem Tropfen bestehendes Paar kommt, deren Düsenöffnung unter Druck stehende Tinte gestaltet sich die Synchronisierung einer den Tropfen austreten kann, mit einem in der Düse angeord- und den Satelliten aufladenden Spannung einfacher neten, die Tinte der Düsenöffnung zuführenden als die Synchronisierung einer Spannung bei Bildung inneren Hohlraum und mit einem an der Düse an- von langsamen Satelliten, die sowohl zum Abreißen greifenden elektromechanischen Wandler, der die io des Tropfens als auch zum Abreißen des Satelliten Düse mit einer festgelegten Betriebsfrequenz synchron sein muß.

streckt und entspannt und hierdurch die Strömung Ein Tintentropfendrucker der eingangs erläuterten

der Tinte im inneren Hohlraum durch Stör- Art ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 942 912 Schwankungen beeinflußt, dadurchgekenn- des gleichen Anmelders bekannt. Bei diesem Tintenzeichnet, daß zur Anregung einer Fluidreso- »s tropfendrucker ist die Düse so konstruiert, daß sie nanz im inneren Hohlraum bei der festgelegten nahe einer Arbeitsfrequenz eine mechanische Resonanz Betriebsfrequenz und zur Energieübertragung vom aufweist, die die Erzeugung schneller Satelliten und elektromechanischen Wandler auf die Tinte mit Tropfen etwa gleicher Größe fördert,
maximalem Wirkungsgrad bei der festgelegten Die Anwendung einer mechanischen Resonanz zum

Betriebsfrequenz die Länge L/ des inneren Hohl- ao Erzeugen gleichmäßiger Tropfen ist auch aus der raums entsprechend USA.-Patentschrift 3 334 351 bekannt.

Die bekannten Tintentropfendrucker haben jedoch

_{N v} den Nachteil, daß sie die Energie des elektromecha-

Lf = _ . JL nischen Wandlers nur schlecht auf Tinte übertragen.

4 F *5 Durch die entstehende Verlustwärme wird die Tinte

erwärmt, was zu Schwankungen im Betriebsverhalten des Tintentropfendruckers führt.

gewählt ist, wobei F eine Arbeitsfrequenz der Düse, Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, die Energie-

TV eine Ordnungszahl einer ungeradzahligen harmo- übertragung vom elektromechanischen Wandler auf nischen Oberwelle der Arbeitsfrequenz und Vj die 30 die Tinte eines eingangs näher erläuterten Tinten-Schallgeschwindigkeit in der in der Düse ver- tropfendruckers zu verbessern und durch Vermeiden wendeten Tinte ist. von Energieverlusten und damit einer Erwärmung der

2. Tintentropfendrucker nach Anspruch 1, da- Tinte das Betriebsverhalten des Tintentropfendruckers durch gekennzeichnet, daß die der Berechnung der zu stabilisieren.

Länge L_f zugrunde liegende Arbeitsfrequenz F 35 Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zur zum Ausgleich von Auswirkungen einer Änderung Anregung einer Fluidresonanz im inneren Hohlraum der Tintentemperatur gegenüber der festgelegten bei der festgelegten Betriebsfrequenz und zur Energie-Betriebsfrequenz so weit verschoben ist, als einer übertragung vom elektromechanischen Wandler auf Verschiebung der Fluidresonanzfrequenz auf Grund die Tinte mit maximalem Wirkungsgrad bei der festder Änderung der Tintentemperatur beim Betrieb 40 gelegten Betriebsfrequenz die Länge Lf des inneren des Tintentropfendruckers entspricht.

Hohlraums entsprechend