DE2548928C3

DE2548928C3 - Zu mechanischer Resonanz und Fluidresonanz erregbare Düse für einen Tintentropfenschreiber

Info

Publication number: DE2548928C3
Application number: DE2548928A
Authority: DE
Inventors: Robert Irving Niles Ill. Keur (V.St.A.)
Original assignee: AB Dick Co
Current assignee: AB Dick Co
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1979-08-23
Also published as: FR2289348A1; AU476961B2; CH605144A5; JPS5168133A; CA1049087A; BR7507065A; DE2548928B2; GB1531738A; US3972474A; DE2548928A1; FR2289348B1; AU8606375A; JPS5648305B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zu mechanischer Resonanz und Fluidresonanz erregbare Düse für einen Tintentropfenschreiber.

Es ist bereits eine Düse für einen Tintentropfenschreiber bekannt (DE-OS 21 37 792), die einerseits nahe der gewünschten Arbeitsfrequenz in »Fluidresonanz« ist und die andererseits nahe ihrer Arbeitsfrequenz eine »mechanische Resonanz« hat. Zweck dieser Dimensionierung ist die gesteigerte Ausbildung von schnellen Satelliten-Tröpfchen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Düse für einen Tintentropfenschreiber zu schaffen, deren Betriebseigenschaften weitgehend unabhängig von Änderungen der Schreibflüssigkeitsp.irameter, insbesondere Änderungen der Temperatur und der Schallgeschwindigkeit sind.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Düse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Grundfrequenz ihrer Fluidresonanz oberhalb der Betriebsfrequenz des Tintentropfenschreibers und die Frequenz ihrer mechanischen Resonanz über der Grundfrequenz der Fluidresonanz liegt.

Die Erfindung bringt gegenüber der oben betrachteten bekannten Düse den Vorteil mit sich, daß auf relativ einfache Weise die Betriebseigenschaften der Düse weitgehend unabhängig von Änderungen der Schreibflüssigkeitsparameter sind, und zwar insbesondere unabhängig von Änderungen der Temperatur und der Schallgeschwindigkeit.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Frequenz der mechanischen Resonanz zumindest l,5mal höher als die Betriebsfrequenz des Tintentropfenschreibers, und die Frequenz der Fluidre;-sonanz ist zumindest 1,06mal höher als die Betriebsfrequenz. Hierdurch ist eine besonders hohe Sicherheit dafür erzielt, daß die Betriebseigenschaften der Düse weitgehend unabhängig von Änderungen der Schreibflüssigkeitsparameter sind.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung liegt die Frequenz der mechanisehen Resonanz über 10OkHz. Hierdurch ergibt sich eine besonders günstige Betriebsweise der Düse.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausge

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30 staltung der Erfindung liegt die Frequenz der Fluidresonanz über 70 kHz. Hierdurch ergibt sich ebenfalls eine besonders günstige Betriebsweise der Düse.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert

F i g. 1 zeigt in einem Kurvendiagramm die Abhängigkeit zwischen den Änderungen von erforderlichen Steuerspannungen und der Düsenfrequenz für eine Standarddüse einerseits und für Düsen gemäß der Erfindung andererseits;

F i g. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Düse gemäß der Erfindung.

Im folgenden sei die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert In F i g. 1 zeigt eine Kurve 10 die erforderliche Steuerspannung über einen Frequenzbereich von 50 bis 145 kHz für eine Düse mit Abmessungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Abmessungen der Düse gemäß der Erfindung sind als Beispiel so gewählt, daß die erste Fluidresonanz oder Grundfluidresonanz bei 70 kHz liegt Die dritte Oberwelle liegt gut über 15OkHz. Die mechanische Resonanz fällt in einen Bereich von etwa 250 kHz. Die Kurven 12, 14 veranschaulichen eine Kurve, die von einer Standarddüse gewonnen ist, welche gewöhnlich für eine Grundresonanzfrequenz von etwa 25 kHz ausgelegt ist. Die Standarddüsen werden jedoch gewöhnlich bei ihrer dritten Oberwellenfrequenz betrieben.

Die Betrachtung der Kurven zeigt, daß bei der Standarddüse einige Bereiche vorhanden sind, die eine extrem hohe Steuerspannung erforderlich machen und die äußerst unbrauchbar sind, und zwar nicht nur wegen der Amplitude der erforderlichen Steuerspannungen, sondern auch wegen der Unsicherheiten des Tintenstrahlverhaltens bei diesen hohen Steuerspannungen. Eine Überprüfung der Steigung der Standarddüsenkurven (dv/df) zeigt, daß die Steigungswerte von — 00 bis + 00 (Volt/Kilohertz) verlaufen.

Die Empfindlichkeitskurve für eine Miniaturdüse verläuft nicht annähernd so extrem. Ihre Neigung liegt zwischen -0,7 und +0,7 (Volt/Küohertz). In der nachfolgend angegebenen Tabelle ist dieser Unterschied dadurch veranschaulicht, daß die prozentual erforderliche Änderung für eine 5%ige Erhöhung der Schallgeschwindigkeit in der Schreibflüssigkeit bzw. Tinte angegeben ist. Diese Änderung stellt eine Änderung dar, die auftritt, nachdem die Tinte etwa 500 Stunden lang umgewälzt worden ist. Eine Erhöhung der Schallgeschwindigkeit verschiebt die dargestellten Kurven um den Prozentsatz der Änderung, der hier 5% beträgt, nach rechts. Die Spannung ist unten angegeben, oder sie wird aus dem Kurvendiagramm durch eine 5%ige Frequenzversetzung erhalten.

Tabelle

Fl (kHz)	Fl (kHz) (F 1 ■ 1,05)	V\	Vl	Stan dard düse %\V	Mini alu r- düsc %\V
62	65	24	18,5	-30
62	65	19,5	18,5		-5
100	105	26	21	-23
100	105	34	35,5		-4,4
85	89	25	43	+62
85	89	27,5	29,5		+7

Aus Vorstehendem kann bezüglich der gemäß der Erfindung hergestellten Miniaturdüse folgendes festgestellt werden: Ober einen extrem weiten Frequenzbereich ist die prozentuale Änderung der Steuerspannung, die für die Standarddüse erforderlich ist, wesentlich größer als die prozentuale Änderung eier Steuerspanfiung, die für die gemäß der Erfindung hergestellte Miniaturdüse benötigt wird. Demgemäß sind derartige Änderungen, die gewöhnlich durch Änderungen in dtn Parametern lier SchreibflDssigkeit hervorgerufen werden, durch Verwendung der Miniaturdüse sicherlich weit besser erträglich als bei Verwendung der Standarddüse.

Aus dem Kurvendiagramm geht hervor, daß in den Kurven Bereiche ausgewählt werden können, die eine Düse gegenüber einer anderen Düse begünstigen würden. Würden z. B. Frequenzwerte von 73 kHz und 77 kHz gewählt werden, so wäre die prozentuale Änderung der Steuerspannung nahezu 0 für die Standarddüse und 13% für die Miniaturdüse. Es dürfte jedoch ersichtlich sein, daß die Miniaturdüse bei irgendeiner Frequenz von 50 kHz bis 145 kHz verwendet werden kann, während die Standarddüse Ausschlußzonen aufweist welche sich mit den Schreibflüssigkeits- bzw. Tintenparametern verschieben.

In Fig.2 ist eine Schnittansicht einer gemäß der Erfindung hergestellten Miniaturdüse gezeigt. Sofern erforderlich, kann die Düse 20 aus einem kurzen Stück eines Injektionsrohres hergestellt sein. Das vordere Ende der Düse ist so geformt, daß es einen Stein bzw. Edelstein 22 mit einem Außendurchmesser von 600 μιη aufnimmt, der in die entsprechende Stelle eingeführt oder eingesteckt ist. An der betreffenden Stelle ist eine Epoxydichtung vorgesehen. Die öffnung des Steins beträgt beispielsweise, ohne daß dies als Beschränkung der Erfindung aufzufassen sei, etwa 0,06 mm (entsprechend 0,0025 Zoll). Der Außendurchmesser des Rohres beträgt beispielsweise 0,71 mm (entsprechend 0,028 Zoll), und der Innendurchmesser beträgt etwa 0,43 mm (entsprechend 0,017 Zoll). Die Länge des Rohres beträgt ca. 4,6 mm (entsprechend 0,18 Zoll). Die Betriebsfrequenz ist für eine solche Düse so gewählt, daß sie unterhalb der ersten Fluidresonanzfrequenz liegt.

An dem Rohr ist ein Wandler 24 angebracht. Eine an einer Steuerspannungsquelle angeschlossene Leitung 26 ist mit dem Wandler 24 verbunden. Die andere Leitung, die als Erdleitung oder Masseleitung 28 dient, ist mit der Düse verbunden. Ein Kunststoffgehäuse 30 \ erbindet normalerweise die Düse mit dem Tinten- bzw. Schreibflüssigkeitsvorratsbehälter.

Die Länge der Standarddüse liegt im Bereich von 15 mm und 24,8 mm. Diese Größen werden bei Frequenzen in der Größenordnung von 66 kHz benutzt.

Zusammenfassend sei bemerkt, daß einige Vorteile einer Miniaturdüse gemäß der Erfindung gegenüber der Standarddüse darin liegen, daß mit Rücksicht darauf, daß die mechanische Resonanzfrequenz der Miniatur-

ί düse weit von der praktischen Betriebsfrequenz weg liegt, die gewöhnlich in der Größenordnung von 66 kHz liegt, die Ansprechempfindlichkeit bzw. das Ansprechverhalten der Düse relativ flach ist hinsichtlich Frequenzänderungen und hinsichtlich Fluid-(Schreib-

H) flüssigkeits)-Parameteränderungen. Ferner liegen die mechanischen Resonanzen der Düse weit oberhalb der praktischen Betriebsfrequenzen. Dies unterstützt ebenfalls die Flachheit des Frequenzganges der Düse. Unter Flachheit wird hier verstanden, daß die für eine

ι -i bestimmte Tröpfchenablösezeit erforderliche Spannung nahezu konstant ist über einen ausnutzbaren Frequenzbereich.

Das Verhältnis der Durchmesser bei der erfindungsgemäßen Düse gegenüber dem Verhältnis der Durch-

2(1 messer bei der derzeit benutzten Düse beträgt etwa 1 :4, was zu einem Flächenverhältnis von 1 zu 16 führt.

Aufgrund der Miniaturisierung des Düsenrohres sind die Fluidgeschwindigkeiten des durch dieses Rohr hindurchtretenden Fluids wesentlich erhöht, und infol-

2i gedessen ist die Anlaufzeit erheblich verkürzt. Dies ergibt sich mit Rücksicht darauf, daß Luft oder Gas, das in dem Rohr enthalten sein kann, schnell aus dem Rohr abgeführt wird. Die Beseitigung von Gasen während der Anlaufzeit bei der Standarddüse kann bis zu fünf

«ι Minuten in Anspruch nehmen. Schließlich brauchen die Tinten- bzw. Schreibflüssigkeitsparameter mit Rücksicht auf die Flachheit der Empfindlichkeitskurve nicht so streng eingehalten zu werden wie bisher.
Gemäß der Erfindung wird also bei einem Tinten-

n tröpfchen-Schreibsystem eine in Schonung versetzbare Düse verwendet, um Tintentröpfchen zu bilden, die anschließend elektrostatisch abgelenkt werden, um Zeichen oder Wellenzüge auf Papier mit Hilfe der abgelenkten Tintentröpfchen zu schreiben. Um die

4i) Änderungen der erforderlichen Steuerspannung für den Wandler herabzuzsetzen, der die Düse in Schwingungen versetzt — welche Änderungen durch Änderungen in den Tintenparametern hervorgerufen werden, die Änderungen hinsichtlich der Schallgeschwindigkeit in ·, ikr verwendeten Tinte oder Schreibflüssigkeit hervorrufen — und um Änderungen hinsichtlich der Tintentröpfchenablösezeit von dem Tintenstrahl mit den Steuerfrequenzänderungen zu minimieren, ist die Länge der Düse so gewählt, daß deren mechanische Resonanz-

-)(i frequenz wesentlich höher ist als die Frequenz, bei der die Düse verwendet wird. Das Ergebnis ist, daß die Länge der Düse wesentlich kurzer ist als die der bisher verwendeten Düsen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zu mechanischer Resonanz und Fluidresonainz erregbare Düse für einen Tintentropfenschreiber, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfrequenz ihrer Fluidresonanz oberhalb der Betriebsfrequenz des Tintentropfenschreibers und die Frequenz ihrer mechanischen Resonanz über der Grundfrequenz der Fluidresonanz liegt

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ι ο daß die Frequenz der mechanischen Resonanz zumindest l,5mal höher als die Betriebsfrequenz des Tintentropfenschreibers und die Grundfrequenz der Fluidresonanz zumindest l,06mal höher als die Betriebsfrequenz ist.

3. Düse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der medianischen Resonanz über 100 kHz liegt

4. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Fluidresonanz über 70 kHz liegt