DE3114259A1

DE3114259A1 - Mit fluessigkeitstroepfchen arbeitendes schreibgeraet

Info

Publication number: DE3114259A1
Application number: DE19813114259
Authority: DE
Inventors: Jan 16246 Vällingby Bolmgren; Bertil Dr. 72348 Västerås Hök; Kenth Dipl.-Ing. 18400 Åkersberga Nilsson
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1981-04-08
Filing date: 1981-04-08
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE3260571D1; JPH0324342B2; EP0062353B1; EP0062353A1; BR8202010A; JPS57178768A; US4409602A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 81 P 5253 DE

Mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät

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 Eintrittsöffnun- gen 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 herausgestosseri und auf einen vor der Austrittsöffnung der Düsen angeordneten Aufzeichnungsträger aufgebracht wird.

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Ein solches Schreibgerät ist durch die DE-OS 25 27 bekannt. Bei einem derartigen Schreibgerät erzeugen die piezoelektrischen Wandler eine Flussgeschwindigkeit der Tinte im Bereich unmittelbar vor jedem Wandler. 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.

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.

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 um, damit ein geeignetes Tropfchenvolumen 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 um betragen soll, ist es sehr kompliziert und daher auch teuer, den geeigneten Durchmesser der Eintrittsöffnung der Düsen einzuhalten. Ausserdem

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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.

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.

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.

Fig.	1
Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den ünteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen?

eine Draufsicht auf Eintrittsöffnungen erfindungsgemässer Düsen, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Düse gemäss Schnittlinie H-II von Fig. 1 ,

eine schematische Ansicht eines Schreibgerätes, 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.

Aus Fig. 3 ist der äussere Prinzipaufbau eines bekannten Schreibgerätes ersichtlich, über die Transportrollen und 2 wird der Aufzeichnungsträger 3, ζ. Β. 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.

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

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die im Gehäuse 7 vorhandene Tinte grosser 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.

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 Kamrarücken 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.

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.

In Fig. 1 ist dargestellt, dass die Eintrittsöffnung 17 einer erfindungsgemässen Düse 18 eine von der Kreisform 35

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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 ßintrittsflache 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.

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.

Weiter kann bei den erfindungsgemässen, langgestreckten Düsen-Eintrittsöffnungen die Form der Wandler diesen 35

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Flächen angepasst sein. Dadurch vergrössert sich der Abstand zwischen benachbarten Wandlern, wodurch sich die Fertigung wesentlich vereinfacht.

5 8 Patentansprüche 5 Figuren

Claims

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Patentansprüche

ζ Λ Mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät ur 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (17) eine von der Kreisform abweichende, vorzugsweise langgestreckte Querschnittsform aufweist und mit ihrer Längsausdehnung im wesentlichen quer zur Richtung der Düsenreihe verläuft.
2. Schreibgerät nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet, dass die Querausdehnung der Eintrittsöffnung (17) derjenigen der Austrittsöffnung (19) entspricht.
3. Schreibgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Flächen von Eintrittsöffnung (17) zu Austrittsöffnung (19) zwischen 5:1 und 25:1, vorzugsweise etwa 10:1, beträgt.

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4. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (17) im wesentlichen rechteckförmig ist, wobei die Ecken vorzugsweise abgerundet sind.
5. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querausdehnung der Eintrittsöffnung (17) um mindestens einen Faktor 1,5 kleiner ist als der Düsenabstand in einer Reihe.
6. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsrandfläche (20) zwischen Eintritts- und Austrittsoffnung (17, 19) trichterförmig, vorzugsweise exponentiell ist.
7. Schreibgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Trichterfläche derart gewählt ist, dass im Betrieb Totalreflexion einer an der Eintrittsöffnung applizierten Druckwelle vermieden wird.
8. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Wandler (14) der Form der Eintrittsfläche (17) angepasst sind.