DE3500985A1

DE3500985A1 - Anordnung zur erzeugung von einzeltroepfchen in tintenschreibeinrichtungen

Info

Publication number: DE3500985A1
Application number: DE19853500985
Authority: DE
Inventors: Peter 8000 München Berdelle-Hilge; Joachim Prof. Dr. 8000 München Heinzl; Hans-Dieter 8050 Freising Penningsfeld
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1986-07-17
Also published as: JPS61163865A; US4620201A

Description

Anordnung zur Erzeugung von Einzeltröpfchen in Tinten-

schreibeinrichtungen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Einzeltröpfchen in Tintenschreibeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für Tintenschreibeinrichtungen bei denen Tinte in Form von Einzeltröpfchen ausgestoßen wird, ist eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei der die Antriebselemente in Form von Leiterschleifen beidseitig des Schreibkopfes und zwar auf beiden Seiten eines Tintenraumes befestigt sind und deren pfeilartig abgewinkelte bewegliche Mittelteile im Tintenraum verlaufen (P 33 33 939.2). Ein sich über die gesamte Länge des Tintenraumes erstreckendes Magnetsystem erzeugt im Bereich der Antriebselemente ein magnetisches Feld. Durch eine Änderung des Stromflusses in einem Antriebselement z.B. durch Einschalten des die Leiterschleife durchfließenden Stromes wird eine auf den Mittelteil einwirkende Kraft erzeugt, die den Mittelteil in Richtung auf eine diesem Mittelteil zugeordnete Austrittsöffnung bewegt und zum Ausstoß eines Einzeltröpfchens führt. Mit einer solchen Anordnung kann ein Schreibkopf aufgebaut werden, bei dem die Vorteile einer betriebssicheren Funktionsweise mit einem geringen Aufwand für den Aufbau und Herstellung verbunden werden können.

Schwierigkeiten bereitet dabei allerdings die Herstellung der die Austrittsöffnungen enthaltenden Platte, also die Herstellung der sogenannten Düsenplatte, sowie die Zuordnung zwischen einem bestimmten Antriebselement und einer bestimmten Austrittsöffnung, für die besondere Ju-

Fk 1 Die / 07.01.1985

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stierungs- oder Montagevorgänge notwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Schreibkopf gemäß dem Oberbegriff einen Aufbau vorzuschlagen, bei dem die Verwendung einer sogenannten Düsenplatte entfällt und eine aufwendige Montage oder Justierung bestimmter Austrittsöffnungen zu bestimmten Antriebselementen nicht mehr erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. In weiteren Unteransprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Dort zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau des Schreibkopfes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein detailliertes Beispiel für den Aufbau einer Abschlußplatte,

Fig. 3, 4 und 5 eine Ausgestaltung zur Verbesserung des Tröpfchenausstoßes,
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Fig. 6 eine Ausgestaltung, mit der die Verteilung der Feldliniendichte verbessert wird und

Fig. 7 ein Beispiel für den Aufbau einer Abschlußplatte mit mehrreihiger Anordnung der Austrittsöffnungen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Schreibkopf, der im wesentlichen aus einem Grundkörper 1 und einer den Grundkörper nach oben hin abschließenden Abschlußplatte 3 besteht. Der Grundkörper 1 weist Umrandungen 4 auf, so daß ein Tin-

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tenraum gebildet wird. Der Grundkörper 1 kann z.B. ein Kunststoff- oder ein Glaskörper sein, auf dessen seitlichen Umrandungen 4 die aus leitfähigem Material bestehende Abschlußplatte 3 aufgebracht ist. Das kann z.B. in einer galvanoplastischen Aufbautechnik erfolgen. Der Grundkörper 1 weist im Zentrum des Tintenraumes 2 einen Längssteg 5 auf, dessen Höhe etwas geringer ist als die Höhe der seitlichen Umrandung 4. Die Abschlußplatte 3 stellt nicht nur eine tintendichte Abdeckung nach außen hin dar, sondern bildet zugleich auch die Antriebselemente. Diese sind in Form von Stegen 6 ausgebildet, deren Abstand, in folgendem Spalten genannt, derart klein ist, daß kapillarische Effekte auftreten. Bei einem Schreibkopf der wie an sich bekannt nach dem sogenannten Unterdruckverfahren arbeitet, wird dadurch ein Ausfließen von Tinte verhindert. Im Tintenraum 2 erstrecken sich die Stege 6 pfeilförmig nach innen in Richtung auf den Längssteg 5, wo sie ein Mittelteil 7 bilden. Die Stege 6 und die Mittelteile 7 bilden somit die Leiterschleifen. Jedes Mittelteil 7 weist eine Durchbrechung 8 auf, die die Austrittsöffnung darstellt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegen die Mittelteile 7 im Ruhezustand nicht unmittelbar auf der Oberfläche des Längssteges 5 auf. Weiterhin sind hier die Stege 6 auf der einen Seite des Tintenraumes 2 als gegenseitig isolierte und damit individuell ansteuerbare Stege ausgebildet. Auf der anderen Seite des Tintenraumes sind die Stege 8 miteinander verbunden, d.h. sie gehen von der Abschlußplatte 3 aus. Die Versorgung der Tintenräume 2 erfolgt über ein hier nicht dargestelltes Versorgungssystem, das z.B. an einer Seite des Schreibkopfes beidseits des Längssteges 5 über eine Zuführöffnung angeschlossen ist.

Der Aufbau des Schreibkopfes ist durch ein Magnetsystem ergänzt, das im Beispiel aus zwei Permanentmagnetkörpern 9 und 10 besteht, deren Nordpole N einander gegen-

überliegen. Es ist vorteilhaft, wenn die beiden gegenüberliegenden Polflächen einen Abstand voneinander aufweisen, in dem ein Weicheisenteil 11 angeordnet ist. Die beiden Magnetkörper 9 und 10 sind unterhalb des Grundkörpers 1 angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Länge des Schreibkopfes. Zur Verbesserung der Konzentration des Magnetfeldes kann eine Umfassung aus Weicheisenteile vorgesehen sein. Diese Ausführungsform ist in Fig. 1 dargestellt. Dort umfassen zwei Weicheisenteile 12 und 13 die Magnetkörper 9 und 10 sowie die Grundplatte 1 und erstrecken sich weiter bis in den oberen Teil des Schreibkopfes.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist folgende. Im Inneren des Tintenraumes 2 beidseitig des Längssteges 5 befindet sich die Tinte unter geringen statischen Unterdruck. Das kann, wie bekannt, dadurch erreicht werden, daß sich ein nicht dargestellter Tintenbehälter auf einem niedrigeren Niveau als der Schreibkopf befindet. Die Tinte im Tintenraum 2 erfüllt auch die Durchbrechungen oder Austrittsöffnungen 8. Tritt nun in einer Leiterschleife 6, 7 eine Änderung des die Leiterschleife durchfließenden Stromes auf, was beispielsweise durch Einschalten des Stromes erreicht wird, so wird auf die im Felde des Magnetsytems 9, 10 liegenden Stege 6 der Leiterschleife eine Kraft ausgeübt, die das Mittelteil 7 sehr schnell nach unten bewegt. Diese Bewegung wird durch Aufschlagen auf die Oberfläche des Längssteges 5 begrenzt. Die Massenträgheit der in der Austrittsöffnung 8 enthaltenden Tintenmenge führt dabei zum Ausstoß eines Tröpfchens, das entgegen der Bewegungsrichtung des Mittelteils ausgestoßen wird. Das Mittelteil 7 nimmt daraufhin wieder sein Ruhelage ein, wodurch die Austrittsöffnung 8 erneut mit Tinte gefüllt und die verbrauchte Tintenmenge aus dem Tintenreservoir nachgesaugt wird.

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Fig. 2 zeigt den Grundkörper 1 und Abschlußplatte 3 in Aufsicht. Die Abschlußplatte 3 ist auf den Grundkörper 1 aufgebaut und dichtet diesen und damit auch den Tintenraum des Schreibkopfes nach außen hin ab. Sie stellt zugleich aber auch die Antriebselementeinheit mit den Leiterschleifen dar. Deren Stege 6 erstrecken sich von den seitlichen Umrandungen ausgehend pfeilförmig nach innen in den Tintenraum 2 und bilden dort die beweglichen Mittelteile 7 mit den Austrittsöffnungen 8. Die beweglichen Mittelteile 7 liegen über dem Längssteg 5 des Grundkörpers 1. Der Tintenraum ist über eine Zuführöffnung 14 mit einer Tintenversorgung verbunden. Die Abdichtung des Schreibkopfes mittels der Abschlußplatte 3 ist deshalb gewährleistet, weil die Spalten 15 zwischen den einzelnen Stege 6 Kapillarspalten sind. Außerdem ist die Oberfläche der Abschlußplatte 3 sozusagen selbstreinigend, da kleine Menge von Tinten oder von Tintentröpfchen, die auf die Abschlußplatte gelangen, durch den statischen Unterdruck der Tinte im Tintenraum zurücksaugt werden, sobald sie in Fließkontakt mit der Tinte in einem Spalt gelangen. Diese Vorteile sind in einem praktischen Beispiel mit Spaltbreiten von etwa 20 pm erreichbar.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung gelingt es, sehr kleine Austrittsöffnungen zu schaffen, was deshalb vorteilhaft ist, weil mit zunehmender Länge einer Austrittsöffnung das Verhältnis der Tintenmenge in der Austrittsöffnung zu der Tinte im seitlichen Ringspalt um die Düse ungünstiger wird und der Ausstoß von Tröpfchen die stets gleiches Volumen und gleiche Geschwindigkeit aufweisen erschwert ist. Weiterhin wird damit erreicht, daß die Zuordnung von Austrittsöffnungen zu Antriebselementen bereits beim Aufbau der Antriebselemente entsteht und nicht nachträglich durch aufwendige Justierung oder Montage erreicht werden muß. Wesentlich ist auch, daß das Übersprechen zwischen benachbarten

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Austrittsöffnungen ganz deutlich reduziert ist, da die Anschlagfläche der Antriebselemente auf einen engen Bereich um die Austrittsöffnungen herum begrenzt wird.

Dies kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch unterstützt werden, daß die beweglichen Mittelteile der Leiterschleifen im Ruhezustand auf der Oberfläche des Längssteges auffliegen. In diesem Falle werden die beweglichen Mittelteile bei einer in der beschriebenen Weise durchgeführten Ansteuerung aus dieser Ruheposition herausbewegt, d.h. nach oben bewegt. Bei der anschließenden Rückbewegung in die Ruhelage 2, wird infolge der Massenträgheit der in der Austrittsöffnung enthaltenen kleinen Tintenmenge diese entgegen der Bewegung des Mittelteils weggeschleudert und als Einzeltröpfchen ausgestoßen.

In jedem Falle ist für einen guten hydrodynamischen Wirkungsgrad wesentlich, daß die Oberfläche des Antriebselementes an die Oberfläche der Anschlagfläche angepaßt ist. Diese Anpassung kann in besonders vorteilhafter Weise dadurch erfolgen, daß die Antriebselemente galvanoplastisch auf der Anschlagfläche aufgebaut werden.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich dadurch, daß beim Aufliegen des Mittelteiles auf dem Längssteg im Bereich um die Austrittsöffnung herum ein abgeschlossener Hohlraum vorgesehen ist. In den Figuren 3, 4 und 5 sind zwei Ausführungsbeispiele dieser Ausgestaltung dargestellt.

Im Beispiel nach Fig. 3 ist der Hohlraum 16 durch eine Vertiefung im Längssteg 5 also in der Aufschlagfläche, im Beispiel nach Fig. 4 durch eine Erweiterung der Austrittsöffnung 8, also im Mittelteil 7 ausgebildet. Wie Fig. 5 zeigt weist der Hohlraum 16 jeweils eine längliche Form auf, so daß auch in diesem Fall ein Aufbau mit sehr schmalen Mittelteilen möglich ist.

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Mit dem beschriebenen Magnetsystem wird die zum Ausstoß von Tröpfchen notwendige Bewegung des Mittelteils einer Leiterschleife im wesentlichen durch eine Kraft bewirkt, die auf die Schenkel oder Stege der Leiterschleifen einwirkt. Dies ist deshalb der Fall, weil der Verlauf der Feldlinien zweier Scheitel aufweist, die beidseitig der Mittelteile ein Maximum aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine Magnetsystemanordnung verwendet werden, mit der ein sogenanntes ungescheiteltes Magnetfeld erzeugt wird, mit dem also ein Feldlinienmaximum im Bereich der Mittelteile erreicht wird. Ein Ausführungsbeispiel für diese Ausgestaltung zeigt Fig. 6.

Der Grundaufbau entspricht dem bereits beschriebenen Aufbau, was durch die Verwendung der gleichen Bezugszeichen deutlich gemacht ist. Unterschiede bestehen hinsichtlich des Magnetsystems und der geometrischen Form der Leiterschleifen. Das Magnetsystem besteht hier aus zwei unterhalb des Grundkörpers 1 angeordnete Magnetkörpern 17 und 18, wobei entgegengesetzte Polflächen N bzw. S am Grundkörper 1 anliegen. Auf der anderen Seite ist das Magnetsystem 17, 18 durch ein Weicheisenteil 19 abgedeckt. Die wiederum in Form von Stegen 20 ausgebildete Leiterbahnen liegen gestreckt über den Tintenraum 2. Dabei schließen sie mit der Richtung des Längssteges 5 einen Winkel ein, der kleiner als 90° ist. Das gilt auch für den Teil des Steges 20 im Bereich des Längsteges 5, d.h. für den Teil in dem sich die Austrittsöffnung 8 befindet.

Zur Erhöhung der Elastizität können die Stege 20 in der Nähe ihrer Befestigung auf dem Grundkörper 1 einseitig oder beidseitig abgewinkelt sein.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 6 entspricht im wesentlichen der bereits beschriebenen Wirkungsweise, d.h. durch eine Stromflußänderung in einem der Stege 20, wird unter dem Einfluß des Magnetfeldes eine Kraft auf den Steg ausgeübt, die zu einer Bewegung des Mittelteiles führt und in beschriebener Weise der Ausstoß eines Tröpfchens aus der Austrittsöffnung 8 bewirkt. In diesem Fall bildet sich über der Berührungslinie beider Magnetkörper 17, 18 ein Maximum der magnetischen FeIdstärke aus, d.h. das Maximum der magnetischen Feldlinien durchdringt die Stege 20 sehr nahe im Bereich der Austrittsöffnungen 8. Die Kraft, die eine Bewegung der Mittelteile 7 der Stege 20 hervorruft, greift hier somit unmittelbar im Bereich der Austrittsöffnungen 8 an.

Diese Ausgestaltung bietet die vorteilhafte Möglichkeit für einen mehrreihigen Aufbau. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 7. Auf der dargestellten Abschlußplatte 21 sind die Leiterschleifen durch die Stege 20 gebildet, wobei im Bereich des hier nicht dargestellten Längssteges die Mittelteile 7 benachbarter Stege 20 zwei Reihen bilden. Der die Austrittsöffnung 8 aufweisende Mittelteil 7 eines Steges 20 ist dabei verbreitert. Mit dieser Anordnung ist es möglich, auch die Austrittsöffnungen 8 gegenseitig versetzt ebenfalls in zwei Reihen anzuordnen.

11 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zum Erzeugen von Einzeltröpfchen in einer Tintenschreibeinrichtung, mit einem für eine Vielzahl

von Austrittsöffnungen gemeinsamen Tintenraum, einer
der Anzahl der Austrittsöffnungen entsprechenden Anzahl von Leiterschleifen, die beidseits des Tintenraumes befestigt sind und deren Mittelteile im Bereich des Tintenraumes beweglich sind und mit einem Magnetsystern dessen Magnetfeld zumindest die Stege der Leiterschleife durchdringt,

dadurch gekennzeichnet, daß die
Austrittsöffnungen (8) als Durchbrüche im Mittelteil (7, 23) jeder Leiterschleife (6, 22) ausgebildet sind, und daß zum Ausstoß eines Einzeltröpfchens die beweglichen Mittelteile eine Bewegung entgegen der Ausstoßrichtung eines Tintentröpfchens ausführen.

2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterschleifen in Form von durch Spalten (15) getrennte Stege (6) einer Abschlußplatte (3) ausgebildet sind, die aus leitfähigem Material besteht und auf einem Grundkörper aufgebaut ist,

daß sich die Stege (6) pfeilförmig in den durch die
seitlichen Umrandungen des Grundkörpers (1) gebildeten Tintenraum (2) erstrecken und dort das bewegliche Mittelteil (7) bilden,
und daß im Bereich der Mittelteile (7) der Grundkörper

30 (1) einen Längssteg (5) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die

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Stege (6) an einer Seite des Tintenraumes (2) gegenseitig isoliert sind und an der anderen Seite miteinander verbunden sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Längssteges (5) etwas kleiner ist als die Höhe der seitlichen Umrandung (4) und daß die Mittelteile (7) im Ruhezustand sich in einem geringen Abstand zur Oberfläche des Längssteges (5) befinden.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Längssteges (5) der Höhe der seitlichen Umrandungen (4) entspricht und daß die Mittelteile (7) im Ruhezustand auf der Oberfläche des Längssteges (5) aufliegen.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß im Auflagezustand des bewegten Mittelteils (7) auf der Oberfläche des Längsstegs (5) zwischen beiden Teilen im Bereich um die Austrittsöffnung (8) ein abgeschlossener Hohlraum (16) vorgesehen ist

und daß dieser Hohlraum (17) durch eine Erweiterung im bewegten Mittelteil (7) und/oder durch eine Vertiefung im Längssteg (5) ausgebildet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (9, 10) unterhalb des Grundkörpers (1) angeordnet ist,

daß im Zwischenraum zwischen den beiden gegenüberliegenden Polflächen (N, S) des Magnetsystems (9, 10) ein Weicheisen (11) vorgesehen ist,

und daß das Magnetsystem (9, 10), der Grundkörper (1), und die Abschlußplatte (3) teilweise von weiteren Weich-

eisenteilen (12, 13) umfaßt sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen durch gestreckt verlaufende und im Bereich des Tintenraumes (2) die Austrittsöffnung (8) aufweisenden Stege (20) gebildet sind,

daß die Stege (20) mit einem im Bereich der Austrittsöffnungen (8) am Grundkörper (1) angeordneten Längssteg (5) einen Winkel bilden, der kleiner ist als 90°, und daß das Magnetsystem (17, 18) ein ungescheiteltes Magnetfeld erzeugt, dessen Feldliniendichte im Bereich der Austrittsöffnungen (8) aufweisende Teile der Stege (20) ein Maximum aufweist.
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9. Anordnung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (20) unmittelbar vor ihrer Einmündung in den Tintenraum (2) einseitig oder beidseitig abgewinkelt sind.

10. Anordnung nach Anspruch 8 und 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der die Austrittsöffnungen (8) aufweisenden Teil der Stege (20) verbreitert ausgebildet ist und daß die Form der Verbreiterung derart ist, daß mehrere gegeneinander versetzte Reihen von Austrittsöffnungen (8) gebildet werden.

11. Anordnung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem aus zwei Magnetkörpern (17, 18) besteht, die unterhalb des Grundkörpers (1) angeordnet sind und deren gegensätzliche Polflächen (N, S) nebeneinander in einer Ebene liegen,

ι,

und daß die dem Grundkörper (1) abgewandten Polflächen durch ein Weicheisenteil (19) abgedeckt sind.