DE2645335A1

DE2645335A1 - Farbduesenvorrichtung mit sehr dichter, linearer anordnung der farbduesen

Info

Publication number: DE2645335A1
Application number: DE19762645335
Authority: DE
Inventors: Kenneth H Fischbeck; Richard H Vernon
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1977-05-05
Also published as: US4032929A; NL7611957A; JPS5255534A; FR2329354A1; GB1552000A

Description

7. Okt. 1976 P 10 641 D/75106

Xerox Square, Bochester, New York.14644, USA

Farbdüsenvorrichtung mit sehr dichter, linearer Anordnung der Färb du sen

Die Erfindung betrifft eine Farbdüsenvorrichtung in linearer Anordnung mit mehreren verformbaren Kammern, die jeweils mit einem von mehreren Tropfenaustrittsöffnungen und einem von mehreren Behältereintrittsöffnungen in Verbindung stehen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Mehrfach-Farbdüsen-Drucksystem bzw. auf eine Baugruppe mit mehreren Düsen zum Drucken, wobei die Düsen Druckerschwärze, Tinte oder Farbe abgeben. Das Mehrfach-Farbdüsen-Drucksystem drückt Flüssigkeit ströpfchen Je nach Wunsch und den vorliegenden Erfordernissen entsprechend dem zu .druckenden Bild durch bestimmte Farb-Druckerschwärze- oder Tinten-Düsenöffnungen heraus.

Um ein gedrucktes Bild hoher Auflösung zii schaffen, müssen die Austrittsöff ηungen eines Mehrfach-Farbdüsen-Drucksystems in einem Bereich sehr eng beieinander liegen, d. h. pro Lange

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oder Fläche missen sehr viel Austrittsoffnungen untergebracht werden.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Henrfach-Farbdüsen-Drucksysteai zu schaffen, bei deai die Tröpfcaenöffnungen sehr nahe beieinander liegen, eine hohe Dichte aufweisen und linear angeordnet sind.

Es ist weiterhin Ziel der vorliegenden Erfinducg,ein Mehrfach-Farbdüsen-Drucksystem zu schaffen, bei den mehrere verformbare Kammern zum Herausdrücken von Färbtröpfchen durch eine ent sprechende Öffnung auf Befehl bäumässig als eine Einheit in einer sehr dic_whten linearen Anordnung ausgebildet sind-

Es ist allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Mehrfach-Farbdüsen-Drucksystem zu schaffen, das kostengünstig herstellbar ist und dann dennoch zu einer Bauweise führt, bei der eine lineare Anordnung sehr eng beieinander liegender Tröpfchen öffnungen zur Erzielung einer Wiedergabe oder eines Druckes hoher Qualität und hoher Auflösung möglich ist.

Die Erfindung schafft also eine Farbdüsenvorrichtung oder -baugruppe mit sehr dichter, linearer Anordnung der Farb-Druckerschwärze- oder Tintendüsen, bei der eine Mehrfach-Kammereinheit ein Kammergehäuse und wenigstens ein flexibles Diaphragma oder eine flexible Membran aufweist, die sich über die Kammern spannt und die Kammern voneinander abdichtend trennt, wobei eine Wand zwischen den jeweiligen Kammern gebildet wird. Mehrere Betätigungseinrichtungen, die die Membran verformen können, sind an jeder Kammer mit der Membran verbunden oder an ihr befestigt. Die- Betätigungseinrichtungen werden voneinander unabhängig betätigt, um die Membran für eine bestimmte Kammer zu verformen, so dass dadurch das Volumen der bestimmten Kammer verkleinert und ein Druck auf die flüssige Farbe, Druckerschwärze oder Tinte in der Kammer ausgeübt wird. Bei einem Ausführungs— beispiel liegen ein Paar langgestreckter, gleichlanger Bänder einander gegenüber und sind durch mehrere voneinander beabstan-

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dete Ferritwände voneinander getrennt, eis mit den Bändern verbunden und an innen befestigt sind, wenigstens eines der Bänder besitzt ein verformbares Laminat aus zwei Schichten unterschiedlichen Werkstoffes, die bei Auftreten eines Magnetfeldes wesentlich unterschiedliche Verforaungs- bzw. Dehnungseigenschaften aufweisen« Die Bänder und jeweils zwei Ferritwände bilden eine verforailbare Kammer, wobei mehrere verforabare Kammern gebildet werden. Eine Mehrfach-Farbstrahl-Düseneinheit ist an der Yor&erseite der Kammereinheit angebracht und eine Behält er einheit ist am rückwärtigen Teil der Kammereinheit befestigt. Mit jeder Kammer steht eine Behältereinlassöffnung und eine Farbtropf enaustrittsöffnung in Verbindung. An die verformbare Wand der verscM.ed.enen, ausgewählten Kammern wird selektiv ein Magnetfeld angelegt, um die Wand dieser Kammern zu verformen und dadurch das Volumen der verschiedenen, ausgewählten Kammern zu verkleinern, so dass Färb-, Druckerschwärzeoder Tintentröpfchea entsprechend des herzustellenden oder zu druckenden Bildes aus den Austrittsöffnungen auf ein Aufzeichnungsmedium herausgedrückt werden- Es werden weitere Ausfuhrungsformen der Mehrfacli-EaEimereinheit im weiteren noch beschrieben, die in entsprechender Weise ausgebildet wird, wobei die Verformung der Bänder durch Magnetostriktion oder durch ein piezoelektrisches Teil vorgekommen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Drucksystems mit mehreren Färb—, Druckerschwärze- bzw. Tintendüsen,

Fig. 2 eine Teilansicht einer Farbdüsenvorrichtung entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie 2-2,

Fig. 3 eine Teilansiclit bzw. ein Querschnitt einer Farbdüsenvorrichtung entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie 3-3*

Fig. 4· ein sche-aatiscfo.es elektrisches Schaltbild,

Fig. 5 die vergrösserte Darstellung eines Teiles eines Bimetall-Bandlaniinates, wie es in Fig. 2 dargestellt ist,

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- of -

Fig. 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit einer Abwandlung der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausiüarungsform der Kacimereinheit,

Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit weiteren Abwandlungen der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsxormen von Kammereinheiten,

Fig. 8 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer weiteren Abwandlung der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele füs? die Kammereinheit,

Fig. 9 eine Darstellung einer Koinzidenz-Farbdüsenvorrichtung mit teilweise herausgebrochenen Teilen und

Fig.10 einen Querschnitt entlang der in Fig. 9 eingezeichneten Schnittlinien 10-10.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine lineare Anordnung einer Mehrfach-Farbdüsen-Baugruppe 2 dargestellt, die sich gegenüber einem sich drehenden Aufzeichnungsträger 3 befindet und auf diesen Farbtröpfchen aufbringt. Die Baugruppe 2 besteht aus einer verformbaren Einheit 4 mit mehreren Kammern (nachfolgend kurz Mehrf ach-Kamm er einheit 4 genannt), einer Einheit 6 mit mehreren Düsen (nachfolgend kurz Mehrfach-Düseneinheit 6 genannt), die auf der Vorderseite der Kammereinheit 4 angebracht ist, sowie einer auf der Rückseite der Kammereinheit 4 angebrachten Mehrf aeh-Behält er einheit 8. Die Kammereinheit 4 besitzt ein Paar flexibler Membranen oder Diaphragmen, die in Längsrichtung verlaufende flache Bimetall-Bandlaminate 10, 12 aufweisen, welche durch mehrere voneinander beabstandete Abstandswände mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise durch Ferritwände 14 getrennt sind» Jedes Band besteht aus einem Laminat mit zwei Schichten 16, 18 unterschiedlicher Materialien, die stark unterschiedliche Dehn- bzw. Zugeigenschaften bei Auftreten eines magnetischen Feldes besitzen, so dass bei Anlegen eines magnetischen Feldes an das laminierte Band dieses aisbuchtet bzw. sich krümmt. Als Beispiel für die beiden Materialien kann für die Schicht 16 mit Nickel und für die Schicht 18 eine Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung, etwa Supermendur, verwendet werden. Die Längenänderung im Verhältnis zur anfänglichen, ursprünglichen Länge ist

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bei allen vorgegebenen Magnetkräften für Supersendur wesentlich grosser als für Nickel. Wenn eine Ausbuchtung bzw. eine Verformung des Bandes auftritt, bildet die Supermendur-Schioiit die längere Oberfläche (d. h. die konvexe Oberfläche) des Bandes in der Ausbuchtrichtung und die Nickelschicht bildet dann die kürzere Oberfläche (d. h. die konkave Oberfläche) des Bandes in Ausbuchtrichtung. Mehrere voneinander be ab standete, dünne XupferÜberzüge oder -platten 20, jeweils ein Überzug zwischen jedem Paar der IFerritwände 14,sind mit der Schicht 16 jedes Bandes laminiert und mehrere voneinander beabstandete, dünne Kupferüberzügeoder -platten 22, jeweils ein Überzug zwischen jeweils zwei Ferritwänden 14, sind mit der Schicht 18 ihres Bandes laminiert. Jede Platte 20, 22 ist vollständig mit einer Schicht aus Isoliermaterial 23 umgeben. Die Bänder 10, 12 werden zusammen mit den Ferritwänden 14 zusammengesetzt, wobei die Nickelschicht 16 jedes Bandes die Aussenschicht und die Supermendur-Schicht 18 jedes Bandes die Innenschicht ist. Die Ferritwände 14 berühren die Enden der isolierten Kupferplatten 22. Der Raum zwischen zwei einander, gegenüberliegenden Kupferplatten 22 und den benachbarten Ferritwänden 14 bildet mehrere verformbare Farbkammern 24, 24¹ und 24". Die Wände 14 sind so ausgebildet, dass sie fest und steif bleiben, sich also nicht verformen, wenn die Kammern Druck ausgesetzt werden.

In Fig. 4 sind die Kupferplatten 20 und 22 jeder Kammer miteinander in Reihe verbunden und derart an eine elektrische Quelle 25 angeschlossen, dass der Strom durch die Kupferplatten 20 und 22 entlang eines Weges mit der allgemeinen Richtung entsprechend der Breite der Kammer 24 fliesst, wobei diese allgemeine Richtung senkrecht zur Längsrichtung verläuft. Die miteinander in Reihe geschalteten Kupferplatten 20 und 22 jeder Kammer liegen den in Reihe geschalteten Kupferplatten 20 und 22 der anderen Kammern parallel, so dass jede Kammer getrennt adressiert werden kann, um selektiv Farbtröpfchen aus den jeweiligen Kammern herausdrücken zu können. Wenn Strom durch die Kupferplatten fliesst, verlaufen die magnetischen Feldlinien senkrecht zur Stromrichtung oder in Längsrichtung der Kammer. Die Ferritwände 14 dienen nicht nur

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als eine Wand für die verformbare Kammer 2²I-, sondern auch, als . eine ^!'Xurzschluss"-Verbindung für die magnetischen Feldlinien oder anders ausgedrückt, sie isolieren (wenn man die Streufeldlinien vernachlässigt) die Magnetfeialinien innerhalb eines entsprechenden Kammerbereiches, wenn derselbe Strom durch die Kupferplatten 20, 22 fliesst. Die durch das Magnetfeld auf die Filmlaminate 10, 12 ausgeübte mechanische Spannung tritt in einer Richtung parallel zur Richtung der Magnetfeldlinien, also in Längsrichtung der Kammer 24- oder entlang der Länge der Kammer 24· auf.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, verursacht die durch die mechanische Spannung auf die Schichten 16, 13 ausgeübte ungleiche Verformung der Schichten 16,18 eine Verformung oder Ausbuchtung der Laminate in Längsrichtung, wobei die konvexe oder längere Fläche 18 der Schichten 16, 18 ins Innere der Kammer 24- zeigt, so dass das Volumen der Kammer verkleinert und ein Farbtröpfchen aus der Kammer herausgedrückt wird. Der Grad der Verformung des Laminats aus der normalen Ebene heraus wird mit der Abmessung "d" bezeichnet. Um die Biegefähigkeit des Bandes in jedem Kammerabschnitt unabhängig vom benachbarten Kammerabschnitt zu verbessern, sind mehrere in Längsrichtung voneinander- beab- ■ standete V-förmige Kerbscharniere 26 in der Schicht 16 vorgesehen. Jede Kerbe 26 erstreckt sich über die gesamte Filmbreite' und ist zu der entsprechenden Ferritwand 14- (vgl. Fig. 2) ausgerichtet.

Die Mehrfach-Düseneinheit 6 besteht aus einem dünnen Plastikwand-Aufbau und besitzt mehrere Farbstrahl- bzw. Farbdüsen-Tropfenöffnungen 28,die jeweils durch eine Wand zwischen diesen Öffnungen 28 voneinander getrennt sind. Die .Düseneinheit ist mit der Vorderkante der Bänder 10, 12 und den Ferritwänden 14· abgeschlossen, wobei jeweils eine Kammer eine Öffnung besitzt.

Der Mehrfach-Farbbehälter 8 ist ebenfalls in einer dünnen Plastikwandbauweise ausgebildet und mit der Hinterkante der Bänder 10, 12 und den Ferritwänden 14- dicht verbunden und steht mit den

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einzelnen Kammern 24 über mehrere öffnungen 30 in Verbindung. Durch die Behälteröffnung 30 kann aus der Kammer weniger Flüssigkeit als durch die Tröpfchenöffnung 23 fliessen, so dass der auf Grund der "Verformung der 3änder 10, 12 in der Kammer 24 auftretende Druck zwar ein Tröpfchen aus der Düsenöffnung 28 herausdrückt, aber kaum oder überhaupt nicht Flüssigkeit durch die Öffnung 30 zurück in den Behälter drückt. 3ei Entspannung bzw. bei Relaxation der Bänder ersetzt die Flüssigkeit aus dem Behälter die aus der Kammer 24 herausgedrückte Farbe, Druckerschwärze oder Tinte. Ein Hauptbehälter 32 versorgt die Mehrfachbehälter über die Leitung 34 und kann unter einem Druck von etwa 15» 24 cm (6 inches) der Flüssigkeit gehalten werden.

Während des Betriebes wird ein Strom selektiv durch die Kupferplatten-Überzüge oder -Schichten 20, 22 der verschiedenen ausgewählten Kammern fliessen gelassen, so dass sich eine Verformung der laminierten Wände 10, 12 dieser jeweiligen Kammern ergibt und aus der Düsenöffnung 28 der jeweiligen Kammer Färbtröpfchen herausgedrückt werden, so dass die Farbtröpfchen entsprechend eines gewünschten Bildes oder einer gewünschten Vorlage auf dem Aufzeichnungsmedium aufgebracht werden, wenn das Aufzeichnungsmedium 3 an den Düsenöffnungen 28 vorbei läuft.

Statt zweier gegenüberliegender, bimetallischer Filme oder Schichten 10 und 12 entsprechend der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Bauweise kann auch eine abgewandelte Bauweise der Mehrfachkammereinheit in der Farbdüsen-Baugruppe 2 verwendet werden, wobei diese abgewandelte Bauweise in Fig. 6 dargestellt ist. Alle Teile, die der in Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen unter Anfügung des Index "a" bezeichnet. Kur ein bimetallischer, laminierter Film 10a wird in der Kammereinheit 4a verwendet, und statt des Filmes 12a wird eine magnetisch perme'-able Wand 10, beispielsweise ein Weicheisenkern, benutzt. Die Kammer 24a ist so ausgebildet, dass sich der Film oder die Schicht 10a verformt und dieselbe Flüssigkeitsmenge verdrängt, die auch die Schichten 10 und 12 bei der Verformung bzw. bei der Ausbuchtung zusammen, verdrängt haben.

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Eine weitere modifizierte Ausführung si orin der Mehrfachkammereinheit zur Verwendung in der in Pig. 1 bis 5 dargestellten Farbdüsen-Baugruppe 2 ist in Pig. 7 dargestellt, in der alle Elemente und Teile, die denen der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Alis führ un gsform entsprechen, mit denselben Bezugszeichen unter Anfügen eines Index ^:lb" bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform wird nur eine flexible Membran bzw. nur ein flexibles Diaphragma oder Bandlaminat 10b verwendet. Die Kupferschicht, der Kupferüberzug oder die Kupferplatte 20b ist wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit der Nickelschicht 16b verbunden, die Kupferschicht 22b liegt jedoch zwischen der Nickel schicht 16b und der Supermendur-Schicht 18b. Ein langgestrecktes Band 200 besitzt mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete Wände 202, die vom Band 200 abstehen und einstückig mit dem Band 200 ausgebildet sind. Das Band und die Wände 202 bilden mehrere Kanäle 204. Die Kanäle 204 können durch Giessen, Galvanisieren, Plattieren oder Ätzen gebildet werden. Das Material des Bandes 200 und der Wände 202 · ist nicht magnetisch, es kann beispielsweise Glas oder Kunststoff sein. Das verformbare Laminat 10b ist mit den Wänden 202 dicht verbunden, so dass mehrere Kammern 204 durch die Kanäle gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Magnetfeldlinien " auf den unmittelbaren Bereich des speziellen Laminats entsprechend dem Paar von Kupfer schicht en 20b, 22b, durch die der Strom . fliesst, beschränkt. Anstatt nur ein Bandlaminat 10b kann das andere Band 200 als Duplikat des Bandes 10b ausgebildet sein. Die Wände 202 wären dann nicht magnetisch und sind nicht einheitlich mit dem Band 200, sondern getrennt davon ausgebildet.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Aufbaus der Kammereinheit, die bei der Farbdüsen-Baugruppe 2 verwendet werden kann. Ein langgestrecktes Band 300 besitzt mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete Wände 302, die vom Band 300 abstehen und mit ihm einstückig ausgebildet sind. Ein den gleichen Umfang bzw·, die gleiche Länge aufweisendes flexibles Band 304 ist mit den freien Enden der Wände 302 abdichtend verbunden. Die Bänder und Wände bestehen aus elektrisch nicht leitfähigem Material,

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beispielsweise aus Glas oder Kunststoff und können alle aus demselben Material hergestellt werden. Mehrere voneinander beabstandet e Kammer 305 werden jeweils durch zwei Bänder302 und den zwischen diesen zwei Wänden 302 liegenden jeweiligen Bandteilen gebildet. Die ilamarn 306 können durch Ätzen zwischen den Wänden 302 oder durch G-iessen der einstückig ausgebildeten Band-und Wandstruktur ausgebildet werden. Hehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete, elektrisch leitende Schichten 308 werden auf das Band 304 aufgebracht, wobei jeweils eine leitende Schicht zwischen zwei Wänden 302 liegt. Ein piezoelektrisches Keramikteil oder eine piezoelektrische Keramik— schicht 310 ist zwischen der Leiterschicht 308 und eine weitere elektrisch leitende Schicht 312 befestigt. Bas piezoelektrische Teil 310 wird beim Herstellen polarisiert und steht mit einer parallelen Ebene oder Fläche mit der Fläche des Bandes 304 in Berührung, wenn das ρiezelektrische Teil durch Anlegen einer Spannung über den Leiterschichten 308, 312 erregt wird. Durch das Zusammenziehen der piezoelektrischen Schicht 310 tritt am jeweiligen Bereich des Bandes 304 eine entsprechende mechanische Spannung auf, die das Band verformt oder krümmt, so dass der Innenraum der jeweiligen Kammer 306 verkleinert wird. Es sind Scharnierkerben 314 vorgesehen, die die Verformung des Bandes 304 erleichtern. Die Leiterschieh ten 308 und 312 für jede Kammer sind miteinander in Reihe geschaltet und liegen an einer elektrischen Quelle an und die in Reihe geschalteten Leiterschichten für jede Kammer liegen den in Reihe geschalteten Leiterschichten der anderen Kammern parallel. Eine andere Möglichkeit für die Bauweise besteht darin, die Bänder 304, 300 und die Wände 302 als eine einstückige Einheit herzustellen, oder die Bänder 300, 304 und die Wände 302 voneinander getrennt herzustellen und dann zusammenzusetzen. Darüberhinaus können mehrere piezoelektrische Teile an die Aussenseite sowohl des Bandes 300 als auch des Bandes 304 angebracht werden. In diesem Falle befinden sich die piezoelektrischen Teile bei jedem Band einander gegenüber.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird immer eine

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Bandart bzw. ein Band mit einer Fora oder Ausbildung verwendet, durch, die es möglich ist, mehr gering voneinander beabstandete Farbdüsen in einer linearen Anordnung zu erhalten, als wenn die Düsenbaugruppe bzw. die einzelnen Düsen voneinander getrennt hergestellt und dann in einer linearen Anordnung zusammengesetzt werden. Der geringe Abstand zwischen den Farbdüsen ist höchst wünsehenswert, da sich eine umso bessere Druck- bzw. Bildauflösung erreichen lässt, je geringer der Abstand zwischen den Düsen ist. Ein einziges flexibles Diaphragma bzw. eine einzige flexible Membran mit daran angebrachten Betätigungseinrichtungen ergibt ein vereinfachtes Verfahren zum Anbringen der Betätigungseinrichtungen an die Farbdüsen, bzw. zum Zusammensetzen der Betätigungs- bzw. Steuereinrichtungen mit den Farbdüsen, da ein Gehäuse mit den Kammern geschaffen werden kann und das flexible Bauteil, an dem schon die Betätigungs- bzw. Steuereinrichtungen befestigt worden sind,kann oben auf das Gehäuse aufgelegt bzw. aufgebracht werden, wobei die Betätigungs- oder Steuereinrichtung zu den Kammern ausgerichtet werden. Das Diaphragma bzw. die Membran wird dann mit den Wänden der Kammern abdichtend verbunden, so dass verhindert wird, dass Flüssigkeit zwischen den benachbarten Kammern ausgetauscht wird. Ein typisches Ausführungsbeispiel, bei dem etwa 180 Düsen pro 2,5²I- cm (pro inch) untergebracht werden können, weist etwa die folgenden Abmessungen auf, wobei auf die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen Bezug genommen wird:

Dicke des Kupferüberzuges bzw. der Kupfer- 2,54-""1O mm platte 20, 22 (0,1 mil)

Dicke der Mekelschicht 16 2,03*10~² mm

(0,8 mil)

—2 Dicke der Supermendur-Schicht 18 2,03-10 am.

(0,8 mil)

_p

Dicke der Ferritwände 14 3 > 8" 10 mm

(1,5 mil)

Länge "L" jeder Kammer 24 ' 10,16·10~² mm

(4,0 mil)

Breite "W" jeder Kammer 24 5,08 mm

(200,0 mil)

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Verformung "d^!r der Bänder 10 und 12

aus der Ebene bei nicht auftretender

mechanischer Spannung 0,2 iiikron

Dicke der Du sen einheit-Wände und dar _o

Mehrfachb ehält ereinheit-v/ände 4,06*10

(1,6 ail) _p

Tropfchendurchnesser . 15,16*10 ~ mm

(6,0 mil)

Gesamthöhe der Einheit 15,21*10-2 mm

(5,2 mil)

Auf die Farbe ausgeübter Druck 7 kg/cm

(100,0 psi)

Ersichtlich lässt sich erfindungsgemäss also eine einfache, kompakte Einheit von in linearer Anordnung und hoher Dichte vorliegenden Farbdüsen- und Kammern erreichen.

Ein einziges flexibles Diaphragma bzw. eine einzige flexible Membran (Monoschicht- oder Bimetalllaminat) mit daran angebrachten Betätigungs- bzxv. Steuereinrichtungen kann bei einer Koinzidenz-Farbdüsen-Einrichtung verwendet werden, die im Prinzip in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, jedoch in der praktischen Ausführung eine Vorrichtung mit wesentlich weniger Kraftwandlerbzw. Druckkammern als Farbdüsen aufweist. Eine Koinzidenz-Düsenvorrichtung ist in der gleichzeitig eingereichten US-Patentanmeldung mit dem Titel "Koinzidenz-Farbdüse" vom gleichen Anmelder beschrieben und besitzt zwei Druckleitungen für die flüssige Farbe, die flüssige Druckerschwärze ader die flüssige Tinte sowie eine Tropfchenauslassoffnung. Jede der Druckleitungen steht mit einem entsprechenden Kraftwandler bzw- einer entsprechenden, Druck ausübenden Einrichtung in Verbindung. Ein Farbtröpfchen wird nur dann aus der Auslassöffnung herausgepresst, wenn beide Druckleitungen gleichzeitig einen Druckimpuls angelegt erhalten.

In Fig. 9 ist ein Teil 400 einer Farbdüsen-Gehäusevorrichtung zum Teil in weggebrochener Darstellung gezeigt, die ein Paar Druckkammern oder Kraftwandlerkammern 401 und 402 aufweist. Die Fluid- bzw. Flüssigkeitsdruckleitungen 404 und 406 führen von

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den Kammern W1 bzw. 402 zu einer Zuführleitung 403 für die flüssige Farbe, wo sich die drei Leitungen treffen. Die Zuführleitung 403 steb-t mit einer öffnung 4iO in Verbindung, die ihrerseits über eine Leitung 412 mit einem Earbvarsorgungsbehälter 414 verbunden ist, der von dem Gehäuse entfernt angeordnet ist und einen abgeschlossenen flexiblen Beutel oder Sack aufweist. An dem Schnittpunkt der Leitungen befindet sich auch eine Auslassöffnung 416, durch die Färb tröpfchen 418 auf ein Kopienmedium herausgedrückt werden. '

Wie in Fig. 10 dargestellt ist, sind die Kammern und Leitungen durch eine flache, flexible Schicht 420, die am Teil 400 befestigt wird, abgedichtet. Die Kraftwandler- bzw. Druckkammern 401, 402 und die Leitungen 404, 406 und 408 sind vollständig mit flüssiger Farbe gefüllt. Ein piezoelektrisches Keramikteil 422 ist zwischen zwei Elektroden 424 und 426 angeordnet und befestigt, wobei die Elektrode 424 mit der Schicht 420 verbunden wird, so dass dadurch auch das piezoelektrische Teil 422 mit der Elektrode 424 in Verbindung kommt. Die Teile 400 und 420 des Gehäuses können aus Glas oder Kunststoff bestellen.

Wenn das piezoelektrische Teil entweder der Druckkammer 401 oder der Druckkammer 402 betätigt wird, tritt in einer der Leitungen 404 und 406 ein Fluiddruckimpuls auf, so dass die Farbe entlang dieser Leitung verschoben wird. Die Leitungen oder Kanäle 404 und 4Q6 sind bezüglich der Öffnung 416 winkelmässig so angeordnet, der Strömungswiderstand für. die Flüssigkeitsströmung in der Leitung oder im Kanal 408 ist bezüglich des Strömungswiderstandes für die Strömungsflüssigkeit in der öffnung 416, sowie die Grosse und die Dauer des auf die Druckkammer 401, 402 ausgeübten Druckimpulses sind so ausgebildet bzw.- get-rälilt, dass der zu einem bestimmten Zeitpunkt aus nur einem Kanal h.erausgedrückte Farbstrom vollständig an der Öffnung 416 vorbeigeht und die Farbe im Färb Zuleitungskanal 408 verschiebt, wobei die sich in der Öffnung 416 befindende Farbe nicht so stark beeinflusst wird, dass ein Tröpfchen durch die Öffnung 4i6 dringt. Die Öffnung 416 ist bezüglich des Schnittspunktes der Kanäle 404 und 406 lage-

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massig so gewählt und die Grosse und Dauer des auf die Druckkaanern 401, 402 ausgeübten Druckimpuläes derart gewählt, dass der Sunamenvektoren der Flüssigkeits-Stoss- oder Kraftvektoren in den Kanälen 404 und 4C5 auf der Achse der Öffnung 416 liegt. üur dann, wenn die piezoelektrischen 'Teile beider Druckkammern 401 und 402 gleichzeitig betätigt werden und dadurch gleichzeitig ein Druckimpuls in beiden Kanälen 404 und 406 auftritt, wird ein Farbtröpfchen 418 aus der Öffnung 416 nach aussen gedrückt.

Die zuvor beschriebene Koinzidenzfarbdüse wird insbesondere bei * einem Matrixsteuer- oder Betätigungssystem verwendet, wo eine grosse Zahl von Düsen oder eine dichte lineare Düsenanordnung verwendet wird, da wesentlich weniger Druckkammern als verwendete Düsen erforderlich sind. Da zwei unabhängige Druckkammern erforderlich sind, die das Ausdrücken eines ITarbtröpfchens aus einer Düse hervorrufen, ist die Zahl der Druckkammern, die in einem Matrix-Betätigungssystem erforderlich ist, das zweifache der Quadratwurzel der Düsenzahl. Beispielsweise werden theoretisch nur 120 Druckkammern für 3600 Düsen benötigt. Jede Düsenöffnung steht mit zwei Druckkammern in Verbindung. Wenn die Zahl der Düsen in einem System jedoch grosser wird, so ist die Zahl der Düsen, die mit einer Druckkammer in "Verbindung stehen, vom hydraulischen Standpunkt aus begrenzt, und daher können auch mehr Druckkammern benötigt werden. Beispielsweise liegt bei einem praktischen Falle die Zahl der Druckkammern für eine 3600-Düsenanordnung zwischen 120 und 400. Aus diesem Grund sollte ein Gehäuse mit mehreren offenen Druckkammern geschaffen werden, die jeweils für mehrere bzw. eine Anzahl von Farbdüsen zuständig sind. Über das Gehäuse sollte dann eine flexible Membran oder ein flexibles Diaphragma mit einer daran angebrachten Auslöse- oder Betätigungseinrichtung angeordnet sein, so dass die offenen Seiten der Kammern abgedeckt und abgedichtet werden, wie dies in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist.

Anstatt piezoelektrischer Auslöse- oder Betätigungseinrichtungen und flexibler Diaphragmen bzw. Membranen können auch magneto-

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striktive Auslöse- oder Betätigungseinrichtungen und zugeordnete laminierte, flexible Teile, wie diesebsi den Ausführungsformen genäss der Fig. 1 bis 7 herangezogen -.varde, für die Koinsidenz-I)üsenvorrichtung verwendet werden.

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Claims

Pat ent an so rüch

Parbdüsenvorrichtung in linearer Anordnung mit mehreren verformbaren Kammern, die jeweils ~^±i: einem von mehreren Tropfenaustrittsoffηungen und einem von mehreren Behältereintrittsöffnungen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet , dass die Kammern (24-) folgende Teile umfassen:Ein Paar langgestreckter, voneinander beabstandeter Bänder (10, 12), die gleiche Abmessungen besitzen und einander gegenüber liegen, wobei wenigstens eines dieser Bänder (10, 12) flexibel ist und sich bei Vorliegen von Magnetfeldlinien verformt, mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete Wände (14-), die sich zwischen den Bändern (10, 12) befinden und dicht mit diesen verbunden sind, so dass einzelne, getrennte, verformbare Kammern (24-) vorliegen, die durch die Bänder (10, 12) und jeweils zwei benachbare Wände (14·) begrenzt werden, mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete elektrische Leiter (20, 22), die jeweils mit einem Band (10) bzw. Ci2) in fester Verbindung stehen und jeweils . zwischen zwei benachbarten Wänden (14-) angeordnet sind, Anordnungen, um durch jeden dieser elektrischen Leiter (20, 22) Strom fliessen zu lassen, der Magnetfeldlinien erzeugt, sowie Einrichtungen, die die durch einen bestimmten Leiter (20, 22) erzeugten Magnetfeldlinien isolieren, um auf nur einen bestimmten Teil eines Bandes (10, 12) ' · entsprechend dem zugehörigen.Leiter (20, 22) eine mechanische Spannung auszuüben und dadurch das Band (10, 12) zu verformen, so dass das Volumen der entsprechenden Kammer (24-) verkleinert und ein Farbtröpfchen durch die entsprechende Austrittsöffnung (28) herausgedrückt wird.

.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band (10, 10a, 10b),ein Zweischichten-Laminat (16, 16a, 16b; 18, 18a, 18b). aus unterschiedlichen Werkstoffen ist und die Werkstoffschicht (18), die dem anderen Band (12, 100, 200) zugewandt ist, eine grössere Dehnung auf-

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weist als der Werkstoff der anderen Laminatschicht (16), wenn Magnetfeldlinien vorliegen.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (14-, 14a, 202) einstückig mit dem anderen Band (12, 100, 200) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieWände (14,14a, 202) aus hochpermeablem magnetischem Werkstoff bestehen, die Isoliereinrichtungen diese Wände (14-, 14a, 202) umfassen und das Bandlaminat (16, 18) jeweils zwischen den elektrischen Leitern (20, 20a, 20b; 22, 22a, 22b) liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Band (12, 12a, 200) aus magnetisch pernBäolem Werkstoff besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass das andere Band (12) der Bänder (10, 12) ein Zx^eischichten-Laminat aus unterschiedlichen Werkstoffen (16,18) ist, die Werkstoffschicht (18) des anderen Bandlaminates (12), die dem einen Band 10 zugewandt ist, eine grössere Dehnung als der Werkstoff der anderen Schicht (16) des anderen Bandlaminates (12) bei Vorliegen von Magnetfeldlinien aufweist, mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete elektrische Leiter (20, 22), die jeweils an dem anderen Bandlaminat (12) befestigt ist und jeweils einer der zuerst genannten elektrischen Leiter (20, 22) einem anderen jeweils gegenüberliegt, Einrichtungen, um Strom durch jeden der letztgenannten Leiter (20, 22) fliessen zu lassen und Magnetfeldlinien zu erzeugen, sowie Einrichtungen, die die von einem bestimmten der zuletzt genannten Leiter (20, 22) erzeugten Magnetfeldlinien isolieren, um eine mechanische Spannung auf einen entsprechenden Teil des anderen Bandlaminates (12) entsprechend der zuletzt genannten, bestimmten Leiter (20, 22) auszuüben

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und das andere Bandlaminat (12) dadurch zu verformen, so dass das Volumen der jeweiligen Kammer (24-) zusätzlich verkleinert wird.

7- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände aus magnetisch hochpermeablem Werkstoff bestehen, die Isoliereinrichtungen für die jeweiligen elektrischen Leiter (20, 22) die Wände (14-) umfassen und das jeweilige Bandlaminat (10, 12) jeweils zwischen den entsprechenden elektrischen Leitern (20, 22) liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7? dadurch gekennzeichnet, dass Strom durch jeden der Leiter (20, 22) quer zur Längsrichtung der Bänder (10, 12) fliesst, dadurch Magnetfeldlinien in Längsrichtung erzeugt und eine magnetische Spannung auf den entsprechenden Teil der Bandlaminate (10, 12) in Längsrichtung ausgeübt wird.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete Kerben (26, 26a, 26b) in der anderen Schicht (16, 16a, 16b) der jeweiligen Laminate (10, 10a, 10b; 12, 12a, 12b), wobei der Abstand zwischen den Kerben (26, 26a, 26b) so gewählt ist, dass zwischen jeweils zwei Kerbenpaaren jeweils einer der elektrischen Leiter (20, 20a, 20b; 22, 22a, 22b) liegt und die Kerben(26, 26a, 26b) sich über eine wesentliche Länge senkrecht zur Längsrichtung erstrecken und mehrere Scharniere bilden, an denen sich die dazwischen liegenden Laminatabschnitte biegen . können.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, dass der Strom durch jeden Leiter (20, 20a, 20b; 22, 22a, 22b) senkrecht zur Längsrichtung der Bänder . (10, 10a, 10b, 12, 12a, 12b) fliesst, dadurch Magnetfeldlinien in Längsrichtung erzeugt und eine mechanische Spannung in dem entsprechenden Teil des Laminates in Längsrichtung ausgeübt wird.

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11. "Vorrichtung nach, einem dar Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mehrere in Längsrichtung voneinander beabstandete Serben (26, 26a, 26b) in der anderen Schicht (16, 16a, 16b) der jeweiligen Laminate (10, 10a, 10b; 12, 12a, 12b) wobei der Abstand zwischen den Kerben (26, 26a, 26b) so gewählt ist, dass zwischen jeweils zwei Kerbenpaaren jeweils einer der elektrischen Leiter (20, 20a, 20bi 22, 22a, 22b) liegt und die Kerben (26, 26a, 26b) sich über eine wesentliche Länge senkrecht zur Längsrichtung erstrecken und mehrere Scharniere bilden, an denen sich die dazwischen liegenden Laminatabschnitte biegen können.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band (10, 10a, 10b) das einzige Band der Bänder (10, 10a, 10b; 12, 12a, 12b) ist, das daran angebrachte elektrische Leiter (20, 20a, 20b; 22, 22a, 22b) aufweist.

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Schicht (18) eine Eisen-KobaltxTickel-Legierung ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, dass die andere Schicht (16) Nickel ist.

15- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Band (12, 100, 200, 300) und die Wände (14, 14a, 202, 302.) aus nicht-magnetischem permeableai Werkstoff bestehen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, dass das andere Bald (12, 100, 200, 300) und die Wände (14, 14a, 202, 302) aus nicht-magnetischem permeablem Werkstoff bestehen.

17- Farbdüsenvorrichtung in linearer Anordnung mit mehreren verformbaren Kammern, die jeweils mit einem von mehreren Tropfenaustriffsöffnungen und einem von mehreren Behältereintrittsöffnungen in Verbindung stehen, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass die Sammern (306) folgende Teile umfassen: Ein Paar langgestreckter, voneinander beabstandeter Bänder (300, 304) gleicher Länge, die einander gegenüberliegen,

' mehrere in Längsrichtung beabstandete Wände (302), die zwischen den Bändern (300, 304) angeordnet und mit diesen

■ dicht verbunden sind, so dass getrennte, verformbare Kammern (3O6) vorliegen, die von den Bändern (300, 304) und jeweils zwei benachbarten Wänden (302) begrenzt werden, mehrere in Längsrichtung beabstandete piezoelektrische Elemente (310), die jeweils an einem (304) der Bänder (300, 304) befestigt sind, wobei das eine Band (304) flexibel ist und die piezoelektrischen Elemente (310) zwischen jeweils einem Paar Abstandsteilen (304) liegen, Einrichtungen (308, 312), mit denen über jedes piezoelektrische Element (310) eine Spannung angelegt werden kann, um die piezoelektrischen Elemente (310) im wesentlichen in der Ebene des einen Bandes (304) zu erregen., wobei die piezoelektrischen Elemente (310) auf dem einen Band (304) so angeordnet sind, dass bei Erregung der piezoelektrischen Elemente (310) jedes einen entsprechenden Teil des einen Bandes (304) verformt und das Volumen der

. entsprechenden Kammer (306) verkleinert, so dass ein FarbtrÖpfchen durch die entsprechende Austrittsöffnung (28) herausgedrückt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch mehrere in Längsrichtung beabstandete Kerben (26, 26a, 26b) auf der Aussenfläche des einen Bandes (304), wobei der Abstand zwischen den Kerben (26, 26a, 26b) so gewählt ist, dass zwischen jeweils benachbarten Kerben (26,26a, 26b) ein entsprechender Leiter (308, 312) liegt und die Kerben (26, 26a, 26b) sich über eine wesentliche Länge senkrecht zur Längsrichtung erstrecken und mehrere Scharniere schaffen, an denen sich die jeweils dazwischen liegenden Bandabschnitte krümmen können.

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19· Farbdüsenvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse

(400) mit mehreren Kammern (401, 402), die jeweils durch Wände voneinander getrennt sind, ein flexibles Teil (420), das die Kammern (401, 402) und die Wände überspannt und fest mit den Wänden verbunden'ist, so dass sich dazwischen eine Dichtung bildet, mehrere voneinander beabstandete, am flexiblen Teil (420) befestigte Betätigungseinrichtungen (422), die jeweils an die entsprechenden Teile des flexiblen Teils (420) entsprechend der jeweiligen Kammer (401, 402) befestigt sind, wobei die Betätigungseinrichtungen (4-22) und das flexible Teil (420) so ausgebildet und angeordnet sind, dass sich der entsprechende Teil des flexiblen Teils (420) bei Betätigen der Betätigungseinrichtungen (422) verformt und dadurch das Volumen der entsprechenden Kammer (401, 402) verkleinert wird.

20. Farbdüsenvorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch mehrere Düsenöffnungen (416), wobei die Zahl der Öffnungen (416) gleich der Zahl der'Kammern (401, 402) ist.

21. Farbdüsenvorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch mehrere Düsenöffnungen (416), wobei die Zahl der Düsenöffnungen (416) grosser als die Zahl der Kammern (401, 402) ist.

22. Farbdüsenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Teil (420) ein Zweischichten-Laminat aus unterschiedlichen Werkstoffen ist, wobei ein Werkstoff eine grössere Ausdehnung als der andere Werkstoff bei Auftreten von Magnetfeldlinien besitzt und die Betätigungseinrichtungen (422) bei Betätigung. Magnetfeldlinien erzeugen.

23· Farbdüsenvorrichtung nach Anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtungen (422) piezoelektrische Kristalle aufweisen.

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•V·

24. Earbdiisenvorriehtung nach einen der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamaiern (401, 402) in einer linearen Anordnung vorliegen und die Öffnungen (416) in einer linearen Anordnung, ausgerichtet zu einer entsprechenden Kammer (401, 402),auftreten.

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