DE2725270A1

DE2725270A1 - Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE2725270A1
Application number: DE19772725270
Authority: DE
Inventors: John L Dexter; Edmond L Kyser; Charles S Mitchell; Stephan B Sears
Original assignee: SILONICS Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1976-06-07
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1977-12-15
Also published as: SE433474B; JPS6216821B2; JPH0345711B2; DE2725271A1; DE2725271C2; US4074284A; ES459530A1; JPS52150636A; JPS6058862A; SE420469B; JPH0323347B2; IT1116657B; IT1126738B; AU505490B2; NL188182C; JPS6058867A; JPS6240193B2; NL7706205A; CH621517A5; JPS52150637A

Description

Zug ar-ΐΓ- e η Γ a s s ung

Eine austauschbare Kopfanordnung für einen TinV-:n::trahldrucker mit asynchronem Tropfchenausstofi durch Yolu.r.er.verdrängung, bei der der Schreibkopf am Schreibkopfwagen go angebracht ist, daß er ohne weiteres abgenommen und durch einen anderen Kopf ersetzt werac-n £.c.w\; die Schreibkopfanbringung erlaubt dabei das Einstellen des Abstandes zwischen der Schreibkopfdüse und dem Aufzeichnungi::.iaterial. Der Tintenzufuhranschluß an den Schreibkopf und den Tintenvorratsbehälter schließt eine Einrichtung zum automatischen Abschließen der Tintenzufuhrleitur.g ein, um sowohl den Verlust an Tinte als auch das Eindringen von Luft in den Behälter, die Zufuhr und den Schreibkopi su verhindern, wenn entweder der Schr&ibkopf oder der Behälter von der Anlage entfernt wird. Der Schraubkopf umfaßt einen T'intenvorratsdruckfühler zur V/ahrnehiiung von Druckänderungen in der Anordnung und ein durch den Fühler betätigtes Ventil zur Zufuhr von Tinte in die Anlage bei Abfall des Drucks unter eine vorherbestimmte Höhe.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker, der asynchron mit Volumenverdrängung und Tröpfchen arbeitet, und bezieht sich insbesondere auf eine austauschbare Schreibkopfanordnung für einen solchen Tintenstrahldrucker.

Bei Tintenstrahldruckern mit Volumenverdrängung ergeben sich abgesehen von den Erfordernissen konstant fließender Tintenströne zusätzliche besondere Erfordernisse hinsichtlich der Tintenzufuhr. Da die Kapillarwirkung der einzige Nachfüllnechanismus zum V/iederauffüllen ausgestoßener Tinte ist, muß der Tintenzufuhrdruck innerhalb des Bereichs de3 Kapillardrucks liegen, der von den Schreibkopfdüsen erzeugt werden kann. Der bevorzugte Zufuhrdruck ist geringfügig negativ und

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entspricht z.B. 1 bis 2 cm Wassersäule. Liese Art von Tintenzufuhranordnung ist in den US Patentschriften 3 708 793, 3 747 120, 3 832 579 und 3 852 773 erörtert.

Ein weiteres entscheidende:; Kerknal für derartige Tintenstrahldrucker ergibt sich au53 der oben erwähnten Notwendigkeit für niedrigen Druck. Oa der Tintenvorratsbehälter üblicherweise unmittelbar ar. der. Cchreibkopf angeschlossen ist, ua einen niedrigen hydrostatischen Zufuhrdruck zu schaffen, ist die Anlage ge^en Druckanstieg empfindlich, der durch die Bewegung des Schreibkopf3s oder der Zuführleitung aufgrund von Trägheitskräften erzeugt wird. Außerdem soll die übliche Anordnung eines Tintenstrahldrucker.-; reit Volxnr.r.verdrängung eine Vielzahl vor. Trcpfchenausstoßvorrichtun^en haben, die an die gleiche Tintenzufuhr angeschlossen sind. Damit ergibt sich die Notwendigkeit, die einzelnen Ausstolvorrichtungen voneinander zu isolieren, so daß sie unabhängig voneinander betätigt werden können. Das geschieht bei einigen bekannten Vorrichtungen durch Verwendung einer Impulse abfangenden Durchschleuskanmer, die teilweise mit Luft gefüllt ist, uia einen möglichen Druckanstieg in der Zufuhrleitung zu absorbieren und die einzelnen Ausstoi3vorrichtun_::en im Schreibkopf zu isolieren, siehe z.B. US Patent 3 7Go 79fi. Eine bekannte Vorrichtung verwendet ein passiv aktiviertes Ventil, um die Druckanstiegsv.irkung dadurch auf ein Xirii.'.'.ur: einzuschränken, daß der Druckanstieg selbst die Betä^uigungskraft für das Ventil liefert, siehe z.E. VZ Patent 3 B52 773. Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung 1st ein Druc>aosorptionsmechanismus für eine einzige Tintenstrahlausstoßvorrichtung verwendet, so daß selbsterzeugte Resonanzen auf ein Minimum eingeschränkt und der Nutzbereich der Vorrichtung auf höhere Tröpfchenausstoßgeschwindigkeiten ausgedehnt ist, siehe z.B. US Patent 3 832 579.

Im wesentlichen alle Tintenstrahldrucksysteme arbeiten am besten, wenn keine Luft oder Gas in der Tintenzufuhranord- nung oder im Schreibkopf vorhanden ist. Dies Erfordernis ist

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besonders streng bei mit Volumenverdränßung arbeitenden Druckern, da Luftblasen der Inkompressibilität des Fluid: entgegenwirken und verhindern, daß der Volumenverdrän^unc^- mechanismus ordnungsgemäß arbeitet. In manchen Anordnungen sind Kammern vorgesehen, um Luftblasen anzusammeln, ehe sie den Schreibkopf erreichen, siehe z.B. US Patent 3 708 798 und 3 805 276. Bei einer Anordnung werden Luft und Gas aus der Tintenzufuhr entfernt, ehe diese verwendet wird, siehe z.B. US Patent 3 346 869.

Ein weiteres Problem bei vielen Tintenstrahldrucksystemen besteht darin, daß sie einzig und allein für einen Gchreibkopf eingestellt sind. Las macht einen raschen Austausch schadhafter Schreibköpfe schwer und teuer. Die Anordnung nuß nicht nur für den neuen Tintenstrahl-Gchreibkopf erneut eingestellt werden, sondern angesammelte Luft, die während des Austauschvorganges in die Anordnung eindringen kann, muß aus der Tintenzufuhrleitung herausgespült werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die oben genannten Probleme, den richtigen Druck in der Tintenzufuhr einzuhalten, diese gegenüber den einzelnen Schreibkopfdüsen isoliert zu halten, Gasbläschen auszuschalten und für die Austauschbarkeit der Schreibköpfe zu sorgen werden gemäß der Erfindung durch einen verbesserten Tintenstrahldrucker ausgeschaltet, der einen Tintenvorrat und einen asynchron mit Volumenverdrängung und Tröpfchenausstoß arbeitenden Schreibkopf in Pluidverbindung mit dem Tintenvorrat umfaßt, welcher an einem Wagen angebracht ist, der eine relative Bewegung zwischen dem Schreibkopf und dem Aufzeichnungsmaterial bewirkt. Die Verbesserung gemäß der Erfindung weist eine erste Einrichtung zum lösbaren Anbringen des Schreibkopfes am Wagen mit einer Einrichtung zur Abstandsverstellung zwischen dem Schreibkopf und dem Aufzeichnungsmaterial und eine zweite, mit der ersten Einrichtung integrale Einrichtung zum lösbaren Verbinden dea Schreibkopfes mit dem Tintenvorrat auf. Die zweite

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Einrichtung umfaßt eine Einrichtung zum Blockieren der Luftzufuhr und des Verlustes an Tinte cus dem Schreibkopf bei Abnahme des Schreibkopfes vom Wagen. Mittels einer mit der ersten und zweiten Einrichtung integralen dritten Einrichtung ist eine lösbare elektrische Verbindung mit dem i:chreibkcj>f geschaffen. Jeder Schreibkopf hat eine voreingestellte, ein elektrisches Signal bedingende Einrichtung aufgrund der jeder druckkopf innerhalb vorherbestimmter Systemparameter arbeiten kann, wenn ihm von dieser dritten Einrichtung vorherbestimmte elektrische Signale zugeführt v/erden.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen dem Schreibkopf und dem Papier dadurch einstellbar, da.ö der Schreibkopf um die hohle Nadel gedreht wird und daß eine Stellschraube zum Pestlegen der Drehsteilung des Schreibkopfes um die hohle Nadel vorgesehen ist. Die dritte Einrichtung zum elektrischen Anschluß des Schreibkopfes umfaßt einen Randstecker, der mit dem Schreibkopf einstückig gebildet ist und eine Vielzahl von in Dickfilmtechnik auf den Schreibkopfaufbau isoliert aufgebrachten elektrischen Leiterspuren hat. Eine an der ersten Einrichtung angebrachte Passung für den Randstecker stellt elektrische Verbindungen mit den elektrischen Spuren am Randstecker des Schreibkopfes her. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Passung für den Randstecker mit der voreingestellten Einrichtung zum Hervorrufen elektrischer Signale zu verbinden, die typischerweise eine Vielzahl von Widerständen von vorherbestimmten Widerstandswerten umfassen, die für den jeweiligen Schreibkopf ausgewählt sind.

Der SchreibkoPf gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat Treiberkristalle, die den Ausstoß von Tintentröpfchen verursachen. Der Schreibkopf ist in einem schalenartigen Behälter umschlossen, der den Schreibkopf vor Beschädigung schützt. Die Treiberkristalle sind mit einer dünnen Schicht Isoliermaterial überzogen, und eine verhältnismäßig dicke Schicht eines Schalldämpfungsmaterials ist auf die dünne Schicht Isoliermaterial aufgebracht. Die schalenartige Gehäusestruktur ist in zwei Hälften unterteilt, die an entgegengesetzten Sei-

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ten des Schreibkopfes so zusammengepreßt sind, daß sie den. Schreibkopf gemeinsam mit dem ochalldänpfungsniaterial kapseiförmig umschließen. Das Schalldämpfungsriuterial steht in inniger körperlicher Berührung iT.it den Treiberkristallen, dem Schreibkopf und der Schalenstruktur, hindert aber nicht den Betrieb der Treiberkristalle.

Beim bevorzugten Ausrührungsbeispiel ist zum der Tintenströmung zum Schreickopf ein Druckfühler und ein Ventil integral im Schreibkopf aufgenommen. Der Druckfuhler stellt Veränderungen im Fluiddruck in der Impulse &bfar.rorden Durchschleuskanrr.er fest und betätigt das Ventil, dair.it Tinte in die Impulse abfangende .jurchschleuckairjr.er j liefen kann, wenn der Druck unter eine vorherbestimmte Höhe absinkt, die geringer ist als der maximale Xapi11erdrück, der an den Schreibkopfdüsen erzeugt werden kann. Dies Ventil erlaubt es, einen im wesentlichen konstanten Fluiddruck in der Impulse abfangenden Durchcchleuskarcner des Schreibkopfes beizubehalten, welche den einzelnen Tröpfchenauostoßkammem des Schreibkopfes Tinte zuführt. Die Tintenquelle selbst steht unter höherem Druck und vimfaiit einen zus£irnmenlegbaren, elastischen Ballon, der seinen eigenen Druck durch elastische Y.'irkung liefert, ohne äußere Pumpen oder Federn zu benötigen. Jedes Bauelement der Tintenzufuhranordnung, d.h. die Hochdruckquelle, die Verbindungsleitungen und der Schreibkopf ist rr.odulförmig gestaltet und laßt sich ohne weiteres von den anderen Bauelementen trennen. Die Verbindungsvorrichtungen sind so gestaltet, daß weder beim An&chluß noch beim Abtrennen von Bauteilen der Anlage Luft in die Anordnung eindringen und daß keine Tinte nach außen entweichen kann.

Der Druckfühler und die Ventil3teueranordnung sorgen für einen automatischen Ausgleich für Druckschwankungen der Hochdruckquelle, wenn die elastische Kraft bei iintfernung beträchtlicher Tintenmengen geringer wird. Wenn die Hochdruckquelle leer wird, erzeugt die Steueranordnung ein Signal, welches den Drucker stillsetzt, wodurch verhindert wird, daß

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Luft in die Düsen eindringt, weil die Tintenzufuhr unzureichend ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tintenstrahlaruckar..-ordnung zu schaffen, bei der Schraibkopf und Tinter.vorrat ohne weiteres austauschbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist ts -.uc:;, eine Tir.ter.c :i :.hldruckanordnung zu schaffen, die einen Tintenzuf uhran.jchiu3 an einen ohne weheres austauschbaren Schreibkopf hat, v/elcher sowohl den Verlust an Tinte als auch aas Eindri.iri:. von Luft in den Schreibkcpf oder die Tintenzufuhrar-ordnur.;: boim Austausch des Schreibkopfes verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Tintenstrahldruckanordnung zu schaffen, sei der die Schreibköpfe austauschbar sind und jeder seine eigene, ihn zugeordnete elektronische Schaltung hat, die für diesen Schreibkopf einmalig ist und gleichzeitig mit dem Schreibkopf abgenommen v/erden kann, damit dieser an Systemparanater angepaßt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es ferner, einen Tintenstrahldrucker zu schaffen, bei den ein im wesentlichen konstanter Fluiddruck in der Ir.pulse abfangenden Durchschleuskanner des Schreibkopfes aufrechterhalten wird.

Schließlich ist es noch eine Aufgabe der Erfinaur.g, eine Tintenstrahldruckeranordnung zu schaffen, bei der der Schreibkopf bei unzureichender Tintenzufuhr stillgesetzt wird, so daß keine Luft in die Schreibkopfdüsen eindringen kann, weil die Tintenzufuhr unzureichend ist.

Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale unü Vorteile der Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung gewißer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.

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BAD ORIGINAL KurzbeSchreibung der Zeichnungen

Pig. 1A ist eine teilweise im Schnitt gezeigte senkrechte Ansicht der angebrachten Tintenvorratsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Pig. 1B ist eine teilweise im Schnitt gezeigte senkrechte Ansicht der Tintenvorratsanordnung gemäß ?ig. 1A beim Ausbau;

Pig. 2 ist eine Seitenansicht des Schreibkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ist ein Schnitt insgesamt längs der Linie 3-3 in Fig. 2 und zeigt im einzelnen das Ventil und den Tinteneinlaß;

Fig. 4 ist ein Schnitt insgesamt längs der Linie 4-4 in Fig. 2 und zeigt Einzelheiten des Druckfühlerträgers;

Fig. 5 ist ein Schaltschema für die Steuerung des Ventilbetriebs und zum Erzeugen des "Tintenmangel"-Steuersignals;

Pig. 6 ist ein Diagramm, welches sowohl das Druck- als auch das Ventilimpulslängenverhältnia für die Tintenzufuhr zeigt;

Fig. 7 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des an einer Waagenanordnung angebrachten Schreibkopfes gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ist eine zweite vergrößerte perspektivische Ansicht des in Fig. 7 gezeigten Schreibkopfes;

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Fig. 9 zeigt in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung den Schreibkopf una die Halterung gemäß Fig. 7 und 8.

Detaillierte Beschreibung gewißer bevorzugter Ausführten~~- beispiele

Insbesondere die ?ig. 1Λ und 1B zeigen die Tintenvorr-'i"türanordnung für die Schreibkopfanordnung goaJiS der Erfirii"-rv;. Die Tintenvorratsanordnung ^T..^reist einen Aufnahmebehälter 'C ur.ci eine wegzuwerfende, einen Tintenvorrat enthaltende iatrcnc- 1Γ: auf. Da die Patrone häufig, vielleicht 300 mal während ίο:.· lebensdauer der Druckanordnung aucgetauscht wird, nuß der ,'.uinahmebehälter 10 so konstruiert sein, daß er das Auslecjrc-n von Tinte und das Eindringen von Luftblasen verhindert und gleichzeitig für das Filtern der Tinte sorgt. Zum Grundaufbau des Aufnahmebehälters 10 gehört ein äußerer zylindrischer Gocl.el 12 mit offenem Ende zur Aufnahme der Patrone 12. Der Sockel hat einen Hals 15 in dessen geschlossenem Ende ein zylindrischer Stopfen 16 sitzt, in dessen Mitte das stumpfe "nde einer Kanüle 18 in Form einer Injektionsnadel angebracht ir;i, die parallel zur Längsachse des Aufnahmebehälters 10 angeordnet ist und sich in den Sockel 14 erstreckt. Die hohle Kanüle 18 mündet am stumpfen Ende in einen Hohlraum 20 unterhalb des Stopfens 16, der durch einen Filter 22 in zwei Hälften unterteilt ist. Ein Teil des Hohlraumes 20 jenseits des Filters 22 gegenüber der Kanüle 18 steht in Fluidverbindung mit einem Auslaßrohr 24.

Der den Stopfen 16 umgebende Hals des Gockels 14 ist hohl, und in diesen ist oberhalb des Stopfens 16 ein zylindrischer Stopfen 26 gleitend eingepaßt. Durch den Raum zwischen dem festen Stopfen 16 und dem verschiebbaren Stopfen 26 erstreokt sich eine Druckfeder 28, die den Stopfen 26 in Fig. 1A gesehen nach oben drückt. Die Druckfeder 20 ist um eine kreisförmige Schulter 30 an der Oberseite des Stopfens 16 zentriert. Die Kanüle 18 ist in einem Vorsprung 32, der vom

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Stopfen 16 nach oben ragt, Test angebracht. Innerhalb ü.c:j beweglichen Stopfens 26 ist eine Dichtung 34 koaxial ar-gebracr.-.,, lind die Kanüle 18 ist no ausgerichtet, daß sie die :;ichtu-'.g durchstößt.

Der Stopfen 26 hat eine obere, ringförmige Vertiefung 36, die mit einer entsprechenden vorspringenden Scr.ulter j'l in Innern des Sockels 14 an derjenigen Stelle zusavj.vjr.v/irlrt, an der der Sockel 14 nach außen erweitert ist, um den Auüer.c"arc^l-r:.e3-ser der Patrone 12 aufzunehmen. Die ringförmige Vertiefung 36 und die Schulter 33 v/irken. als Anschlag, der verhindert, daß die Druckfeder 23 den beweglichen Stopfen 26 oben aus den HaIa 15 des Sockols herausdrückt.

Wenn im Betrieb die patrone abgen3ii;:ien wird, v/ie rig. 13 zeigt, v.'ird der Stopfen 26 von der Druckfeder 20 nacn eben gedrängt, so da.^r3 die Dichtung 34 das Ende der Kanüle 1:; ...cordeckt und es dadurch abschließt und den Austritt von I'inte aus dem an die Auslaßleitung 24 angeschlossenen Schreibpult" r.ov/ie das Eindringen von Luft in den Schreibkopf verhindert.

Die Patrone 12 hat einen unteren Hal3bereich 40 mit ein·-!· vorspringenden ringförmigen, unterbrochenen Schulter 42. Die vorspringende Schulter 3Ö ü.m Sockel 14 ist gleichfalls in ihrem Umfang unterbrochen, so daß die Patrone 12 in den Aufnahmebehälter mit dem !lalsabsclmitt 40 zuerst eingesetzt und dann gedreht wird, bis die Schulter 42 der Patrone mit der Schulter 38 des Sockels in Eingriff tritt, wodurch die Patrone im Sockel verriegelt ist.

Die beiden kritischen Aufgaben der patrone 12 bestehen darin, Tinte völlig isoliert gegenüber der Atmosphäre zu speichern und Tinte unter ausreichend großem Druck durch die Tintensufuhranordnung zu der Impulse sdfangenden Durchschleuskammer im Schreibkopf zu fördern, so daß der Druck in der Kammer wahrena des Druckverganges auf dem benötigten Wert gehalten werden kann.

Wie am besten aus Fig. 1A hervorgeht, hat der in Eingriff

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tretende Halsabschnitt 40 der Patrone auch cine Uehei.ic ■.·■..;..: 40, die im Durchlaß eines Kanals 46 angebracht ist, v/elci.er ins Innere einer Blase 48 aus elas to.crer. '.■.'erkstoJf fi;hr^. Wenn die Fatrcr.e 12 eingesetzt vr.i in :.;o^Jel 14 verrii-jelt ist, drückt die Unt^rseito des Hulüabschnitts 40 den .: topft-r. 26 entgegen der Kraft der Druckfeder 2'} n.cch unten, wodurch die Dichtung 34 auf der Kanüle 18 nv.ch unten ,,leitet, bleichzeitig durchstößt das zugespitzte \]ηά^ de. K-nüle 13 die Scheidewand 44 und 3tellt eine piuidverbindung zwischen der. Hohlraum 20 und den Inneren der Blase 43 her.

Wegen der beweglichen "Dichtune 'j4 und aer ..!oheide /^v: ';.'. kann bei Abr.ahne der Patrone 12 vom Aufr.i-hir.sbehcllter 10 i:^ine Tinte aus der Blase 48 herauslecken, während das ,^leicL-seitige Abdecken der Kanüle 13 durch die OiehLun^ 34 verhindert, daß Luft über die Kanüle hinaus in die /.nJa/^e ^sl'u. ;-„ und Tinte aus der Kanüle herausleckt. Der Filter 2? tn'.^z auch dasu bei, daß Luftblasen ebenso wie andere ßch.r.uti^oliehen in die Anordnung gelangen. Der Filter kann z.B. «-inen Durchmesser von 2 cn und eine Poren^röße von 5 u:n habor..

Wenn die Blase leer ist, wird sie von einem im Irjiorn der Blase 48 angeordneten von unten bof indlichon Ualo:.h:;e: r.i t,t 40 nach oben ragenden Spannstab 50 unter Spannung gehaltf-r.. Zur leichteren Handhabung ist die Blase 48 in einer hohlen Schale 52 aufgenorj?:en. Typischerwsise besteht die Ijla.je 4ü aus Butylkautschuk, z.B. wegen der geringen Gas- und ü.i'-:pt'-durchlässigkeit dieses Werkstoffs. Die Scheidewand 44 kar.:i 2.B. aus Silikonkautschulc hergestellt 3ein, weil dieser '..'er^c- stoff ausgezeichnete Dichtungseigenuchaften hat.

Zum Füllen der patrone 12 mit Tinte wird zunächst '.-ir.o hohle Kanüle durch die Scheidewand eingesetzt und die -e;·^- te restliche Luft aus dem Innern der Blase entfernt. Die anschließend in die Blase einzufüllende Tinte wird zunächst durch Vakuum- und Wärme pro ζ esse von Luft befreit und dar_n unter Druck in die zusammengefallene Blase eingepreßt. Y.'enn die Blase mit von Luft und Gas befreiter Tinte voll angefüllt

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ist, wird noch verbliebene Restluft durch die hohle Einfüllkanüle abgezogen, die darm entfernt wird. l)ann kann die Patrone 12 als unter Eigendr-uck stellende, luftfreie, v/egwsrfbare Tintenquelle für den Drucker verwendet werden. Eine zwecknä3ige patrone für das hier beschriebene Ausführungsbeispiei konnte von 50 bis 100 cnr Tinte unter einem Druck von ca. 0,5 Atmosphären enthalten und wäre ausreichend zum Druck von ca. 6 Killionen Zeichen.

In den Ha^e in dem Tinte auc der Patrone 12 entnommen wird, schwankt der Innendruck der Tinte, wie durch die Karve 54 in Fig. 6 angezeigt. Es gibt einen Punkt auf der Druckkurve, der in Pig. 6 als Abschaltpunkt gezeigt ist. Jenseits dieses Punktes liefert der Behälter keine angemessene Tintenstrümung mehr durch die Anordnung zun Gehreibkopf. An dieser:. Punkt sollte also die Patrone abgenomnen und weggeworfen und eine neue Patrone eingesetzt werden. Eine geringe Menge Tinte, vielleicht 10 )Ό des Gesamtvolumens kann nicht gewonnen werden, da der Druck unter einen vorherbestimmten, in das nachfolgend im Einzelnen beschriebene Steuersystem einprogrammierten Kindestwert abfällt. Die bei diesem Mindestdruckwert in der Blase vorhandene Tintencenge ist gering, weil die Elase wegen des Spannstabs 50 anfangs unter Spannung steht.

Im Zusarxienhang insbesondere mit den Fig. 2 bis 4 wird der Schreibkopf 56 der Anordnung im einzelnen beschrieben. Der Schreibkopf 56 hat eine Grundplatte 58 aus Keramik und darüber eine Deckplatte 60 aus Keramik. Die beiden Platten 3ind so miteinander vereinigt, daß sie eine Vielzahl von Tintenausstoßkammern 62 umschließen, die mit entsprechenden getrennten Düsen 66 und Hälsen 64 in Pluidverbindung stehen. Obwohl hier nur ein Satz aus Kammer, Hals und Düse gestrichelt gezeigt ist, liegt auf der Hand, daß dieser auch für die restlichen sechs typisch ist. Anders als die Grundplatte 53, in die Kammern eingeätzt sind, hat die Deckplatte 60 nur zwei Öffnungen, und zwar eine große, die eine mit Impulsen arbeitende Durchschleuskammer 68 begrenzt, sowie eine Ventilöff- nung 70. Jede der beiden Keramikplatten 58 und 60 kann vor-

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zugsweise aus einem mit dem Warenzeichen "Photoceram" der Corning Glass Corporation, Corning, New York, bezeichneten Werkstoff hergestellt sein. Der Deckplatte 60 sind sieben piezoelektrische Kristalle 71 bis 77 überlagert und mit ihr verbunden. An der Unterseite der Grundplatte 58 ist als Paßstück ein Anschlußbehälter 78 für die Tintenzufuhr angebracht, der in die Ventilöffnung 70 paßt (Fig. 3). Eine in Fig. 8 gezeigte Leitung 80 verbindet die Patrone 12 mit dem Anschlußbehälter 78. Das an den Anschlußbehälter 70 angeschlossene Ende der Leitung 80 ist von einer Konstruktion, die im wesentlichen den Bauelementen 15, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 gemäß Fig. 1A und 1B für die Tintenzufuhr entspricht. Das bedeutet, daß eine Kanüle 18* eine im Anschlußbehälter 78 enthaltene Scheidewand 44' beim Anschluß der Leitung 40 durchdringt. Bei Abnahme der Leitung 40 wird die Kanüle durch die Scheidewand abgezogen, welche die öffnung erneut verschließt. Das offene Ende der Kanüle 18· wird gleichzeitig durch eine verschiebbare Dichtung ähnlich der Dichtung 34 abgedeckt, um das Herauslecken von Tinte aus der Kanüle oder das Eindringen von Luft in die Kanüle beim Abtrennen zu verhindern. Über der Deckplatte 60 ist an den öffnungen der Impulse abfangenden Durchschleuskamner und der Ventilöffnung 70 eine Membran 84 angeordnet. Die Membran 84 ist vorzugsweise aus einem flexiblen Werkstoff wie dem unter dem Warenzeichen Saran der Dow Chemical Company, Midland, Michigan vertriebenen Kunststoff hergestellt. Die Membran 84 bildet die obere V/and der Impulse abfangenden Durchschleuskammer 68. Über der Membran 84 ist ein vorzugsweise aus Stahl hergestellter Rahmen 86 für die Druckregulierung angeordnet. Der Rahmen 86 hat zweckmäßigerweise einen Umriß, der im allgemeinen dem der Membran 84 entspricht, da beide die Kammer 68 ebenso wie die Ventilöffnung 70 überdecken. Aus dem Rahmen 86 ist eine Öffnung entsprechend der Ventilöffnung 70 in der Grundplatte 58 sowie ein weiterer U-förmiger Ausschnitt ausgestanzt, der eine längliche Zunge bzw. einen Träger 88 bildet. Der Träger 88 ist dadurch geschaffen, daß seine Seiten nach oben umgefaltet sind, wodurch

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eine Rinne mit einem langen Momentarm gebildet ist. Die Aufwärtsbewegung des Trägers 88 wird durch eine am Rahmen 86 befestigte Stange 89 begrenzt. Diese als Überdruckschutz dienende Stange 89 besteht aus einer Stahllegierung und ist am Rahmen durch Punktschweißen befestigt. An der Basis des Trägers 88, wo dieser nit dem Rahmen 86 vereinigt ist, ist ein Dehnungsmesser 90 vorgesehen, der an diesem Punkt die Dehnung mißt. Ein in der Nähe des Dehnungsmessers 90 am Rahmen 86 angebrachter zweiter Dehnungsmesser 92 liefert ein Temperaturausgleichs-Bezugssignal.

Der Dehnungsmesser 90 fühlt den Druck innerhalb der Durchschleuskammer 68. Wenn Tinte unter Druck in die Durchschleuskammer 68 fließt, hebt sie die Membran 84 und den ihr überlagerten Träger 88 an. Wenn sich der Träger 88 anhebt, bewirkt er eine Dehnung am Dehnungsmesser 90, die dazu dient, den Druck innerhalb der Durchschleuskammer 68 elektrisch anzuzeigen. Das Signal des Dehnungsmessers 92 dient als Teraperaturausgleichs-Bezugsnignal, um ein möglicherweise vorhandenes Signal zu löschen, v/elches lediglich durch Temperaturänderungen der Dehnungsmesser verursacht ist. Wenn der Dehnungsmesser 90 eine einer Druckänderung entsprechende Dehnung erfährt, erzeugt er ein elektrisches Signal, welches, wie nachfolgend im einzelnen erläutert, das Öffnen eines Durchgangsventils entsprechend dem wahrgenommenen Druck veranlaßt. Das Durchgangsventil reguliert die Tintenströmung durch die Ventilöffnung 70. Wenn die Anordnung ordnungsgemäß arbeiten soll und die bestmögliche Tintenströmungssteuerung erzielt werden soll, nuß das Durchgangsventil, welches Tinte zum Schreibkopf gelangen läßt, verschiedene kritische Merkmale erfüllen. Es muß leicht an Gewicht sein und schnell wirken und im geschlossenem Zustand einen Leckverlust haben der absolut null ist. Der Druckabfall über das Ventil hinweg ist sehr gering, und die Ventilbewegung selbst äußerst klein. Die in Pig. 2 und 3 gezeigte Ventilanordnung erfüllt die Anforderungen durch die Verwendung eines piezoelektrisch aktivierten als Ausleger ausgebildeten Trägers, dessen Abdichtkraft sich leicht einstellen läßt. Das Durchgangsventil weist als Stopfen eine

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Halbkugel 94 aus Glas auf, die an einem Tr;._;;er % befestigt ist, sowie die ".enibran 84 und eine Dich^un^ 82. Unterhalb der Dichtung 82 ist ein Ventilsitz 93 angeordnet, durch con sich eine Ver.tilöffnung 100 erstreckt. Der Ventilsitz 9-< '-■ .· t im Anschlußbehülter 70 für den Tinter:einla3 en ehalten. DL^r.-'-v Ventilsitz ist vorzugsweise aus einen aul'erordc-rtlich r.;rtj;. und korrosionsbeständigen V/erkstoff, wie Rubin herbes tu 111;. Die Dichtung 82 besteht vorzugsweise aus einem verhältnl.:n .... ig weichen V/erkstoff, wie Silikonkautschuk und ist an der i'lo: iblen Membran 84 befestigt, die die Bewegung des Ventile au:- ninmt. Die weiche Dichtung ermöglicht die benötigte absolute Dichtung gegen Leckverlust bei sehr geringen Kraftaufwand. Der Ventilsitz ist vorzugsweise mit kleiner Kontaktfluche und ohne scharfe Kanten ausgebildet, die möglichem/eise in die Dichtung einschneiden könnten.

Die Halbkugel 94 sitzt oben auf der flexiblen J^o-Jrar. Die Halbkugel ermöglicht geringfügige Fluchtungsabveie::i:jv^rf...i in der Drehstellung zwischen dein Träger 96 und dem Vj/.i il-i tz 98. Eine kleine, nach oben gerichtete, auf die Halblmgel ausgeübte Kraft öffnet das Ventil, und eine kleine nach !..''i^<;a gerichtete Kraft schließt es. Wenn die Oberflächen des Ventilsitzes und der Dichtung keinerlei Fehler aufweisen und ordnungsgemäß ausgerichtet sind, braucht die Schließ- und Cffnungskraft nicht mehr als 1 g zu betragen. Da die Ventil'jffnung klein ist (ca. 0,02 cm), sind alle Ventilbauelenente klein und von geringer Hasse und ermöglichen ohne weiteres eine rasche Betätigung.

Die Kraft zum Öffnen und Schliefen geht von dem als '.ur,-leger ausgebildeten Träger 96 aus, dar aus einen piezoelektrischen Kristall 104 besteht, welcher mit einer verspringenden Zunge 102 des Rahnens aus Metall verbunden ist. Die Zun-;e 102 hat ein Loch von kleinem Durchmesser, welches für die Halbkugel Platz bietet. Wenn das Ventil zusammengesetzt ist, wird die Halbkugel mittels eines Epoxyharzes mit den Träger verbunden. Der Ventilsitz kann visuell geprüft werden, indem man durch das Loch im Rahmen guckt, da Dichtung und Membran

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durchsichtig sind.

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Wenn an dein Kristall 104 eine Spannung angelegt wird, verändert sich die Krümmung des Trägers 96, und das Ende des Trägers, an dem die Halbkugel angebracht ist, hebt eich, wodurch das Ventil geöffnet wird. V.'ird die Spannung aufgehoben, so kehrt das Ventil in seine normalerveise geschlossene Stellung zurück. Wenn die Halbkugel 94 von der Dichtung 82 abgehoben wird, kann Tinte aus der öffnung 100 in die DurchschleuskaEmer 68 unter der Membran 84 fließen.

Der Träger 96 ist vorzugsweise eine Reaktionsplatte aus rostfreiem Stahl, die an beiden Enden unmittelbar an der Grundplatte 58 angebracht ist. Der Träger 96 hat an dem vom Ventil am weitesten entfernten Ende einen gekrümmten, federnd nachgiebigen Bereich 97, der als Pederschamier gegenüber der Grundplatte 58 wirkt. Durch den Träger 96 ist eine Stellschraube 101 für das Ventil geschraubt, die gegen die Deckplatte 60 wirkt, damit die senkrechte Stellung des entgegengesetzten Endes des Trägers 96 gegenüber der Dichtung 82 des Ventils eingestellt werden kann. Das ermöglicht es, die Dichtungskraft des Ventils bei der normalerweise geschlossenen Stellung einzustellen. Der Abstand zwischen der Stellschraube 101 und dem Drehpunkt des Rahmens ist viel größer als der Abstand von der Dichtung zum Drehpunkt, wodurch eine empfindliche Einstelleinrichtung geschaffen ist. Die Stellschraube kann zweckmäßigerweise 80 Gewindegänge auf einer Länge von 25,4 mm (pro Zoll) haben und etwa drei mal so weit vom Drehpunkt entfernt angeordnet sein wie die Dichtung des Ventils. Dadurch bewirkt jede volle Umdrehung der Stellschraube eine Bewegung am Ventil von ca. 0,01 cm. Der gekrümmte, federnde Abschnitt 97 am Ende des Rahmens gewährleistet den Kontakt zwischen der Stellschraube und dem Körper des Schreibkopfes und verhindert eine unerwünschte Bewegung des Ventilrahmens. Der Rahmen kann zweckmäßigerweise aus Stahl in einer Dicke von 0,012 cm bestehen, und der piezoelektrische Kristall kann die gleiche Dicke aufweisen. Wenn die Länge des Trägers 0,8 cm beträgt, läßt sich eine Endablenkung von 0,02 cm erzielen. Da die be-

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nötigte Bewegung nur 0,002 cm beträgt, kann die Stellschraube angezogen werden, so daß der Träger um 0,018 cn in seiner normalerweise geschlossenen Stellung durchgebogen ist, was eine Abdichtkraft von einigen Grarrn ergibt. Der ganze Träger des Ventils wird dadurch kompakter gestaltet, daß das "feste" Ende des Auslegers an der entgegengesetzten Seite des Drehpunktes gegenüber der Ventilöffnung angeordnet ist, wie Pig. 2 zeigt.

Es ist die Aufgabe der Ventilsteuerschaltung, den Druck in der Impulse abfangenden Durchschleuskammer zu regulieren, so daß den Druckkammern unter den Treiberkristallen Tinte unter konstanten Druckbedingungen unabhängig von der Druckgeschwindigkeit, der Temperatur, der Viskosität der Tinte und anderen Parametern der Anlage zugeführt wird. Venn während des Druckvorganges Tinte aus den Düsen ausgespritzt wird, ziehen die Kapillarkräfte in den Düsen Tinte aus der Durchschleuskammer 68 ab, um die ausgespritzte Tinte zu ersetzen. Durch diese Minderung des Volumens der Durchschleuskunrner wird der Druck geringfügig abgesenkt und der als Druckfüi.Ier wirkende Träger 88 nach unten gezogen, wodurch die Dehnung am aktiven Dehnungsmesser 90 erhöht v/ird, was dessen V/iderstand geringfügig anhebt. Dies Druckwahrnehmungssysxem ist äußerst empfindlich und exakt und imstande auf Druckänderungen anzusprechen, die nicht größer sind als 0,254 mm (0,01 Zoll) Wassersäule oder ca. 2 Atmosphären. Die Anordnung v/ird vor

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Beschädigungen durch übermäßig starke Drücke durch einen Überdruckschutz-Träger geschützt, der die Bewegung des Druckfühler-Trägers begrenzt, wobei die Werte ca. ± 10 cm Wassersäule oder ca. + 1 Atmosphäre entsprechen. Überdruck bis zu 1 At-

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mosphäre kann ohne Beschädigung des Systems kurzzeitig aufgebracht werden.

In Pig. 5 ist das Steuersystem für das Ventil gezeigt. Eine Bezugsspannung von ca. 5 V liegt an den Dehnungsmessern an, die elektrisch in Reihe geschaltet sind als eine Seite einer Brückenschaltung 106, wie Pig. 5 zeigt. Die andere Seite der Brückenschaltung ist durch eine Reihenschaltung von

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zwei Bezugswiderständen 108 und 110 und ein dazwischen r.r.geordnetes Stellpotentiometer 112 vervollständigt. Die ^instellung ist so gewählt, daü, wenn kein Ilettodruck in der Durchschleuskairjner und folglich keine Durchbiegung des Drucki'ühler-Trägers besteht, die lirückenschaltung ausgeglichen ist. Jedes Ungleichgewicht bzw. jede Verstinmung der Brückenschaltung (aufgrund von Druckänderungen) erscheint als ein Unterschiedssignal zwischen de.Ti bev/eglichen Kontakt des Potentiometern und den gemeinsamen Knotenpunkt der Dehnungsmesser 90 und ^2 und wird von einem Verstärker 114 verstärkt und in einem Tiefpaßfilter 116 ausgefiltert, um hochfrequente Störungen auszuschalten.

Das gefilterte und verstärkce Signal der Dehnungsmesser (ürückenverstinxiung) wird in eine Spannungsvergleichscchaltung 118 eingegeben und mit einer einstellbaren Schv/ellenspannung einer entsprechenden Quelle 120 verglichen. Wenn der Schreibkopf Tröpfchen ausstößt, fällt der Druck in der Durchschleuskammer ständig ab, und da:; HeiJgeräter.ignal sinkt proportional dazu. Wenn da3 Signal der Lehnungni.-iüsser unter cie Schwellenspannung minus einer von einer Quelle 122 gelieferten Hysterese spannung absinkt, gibt die Spa.inungsver,· leichsschaltung ein Signal an eine Ventil treiberschaltung 124 ab, ura das Ventil für die Durchschleuskammer durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an den Kristall 104 zu öffnen.

Wenn das Ventil offen ist, flieI3t Tinte schneller aus der Patrone 12 in die Durch3chleuskammer 68 als Tinte aus den Düsen 66 ausgespritzt wird, wodurch der Druck und das Signal der Dehnungsmesser ansteigen. Y/enn das Meßgerätesignal die Schwellenspannung plus Hysteresespannung überschreitet, gibt die Spannungsvergleiohsschaltung 118 ein Signal an die Ventiltreiberschaltung 124 zum Schließen des Ventils ab. Auf diese Weise wird den Tintenausstoßkanmern 62 unter den Treiberkristallen 71 bis 77 immer genau die richtige Tintenmenge zum Ersatz der ausgestoßenen Tinte zugeführt. Die Quelle 120 für die Schwellenspannung kann auf einen beliebigen Wert eingestellt werden, und damit kann der Druck in der Durchschleuskammer

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nach Wunsch eingestellt werden, natürlich innerhalb der physikalischen Grenzen des Druckers. Auch die Quelle 122 für die Hysterese spannung kann auf einen beliebigen Wert eingestellt werden, wobei die untere Grenze durch die Stabilität des Steuersystems bestimmt ist. Zweckmäßige Werte für :.',chwellendruck und Hysterese sind minus 5 cm H₀O bzw. 0,1 cm H₀O.

Da das Ströraungcvoluaien sehr gering ist und das Ventil sclmell arbeiten muß, ist auch die Ventilöffming 100 klein (ca. 0,002 cm). Die Fluidstrümung durch eine solche kleine öffnung ist normalerweise durch die Viskosität begrenzt, d.h. die Fluidgeschv/indigkeit im Ventil erreicht rasch einen Cre:,zwert, bei dem die Viskosekräfte die vor. der Patrone 12 erzeugte Antriebsdruckkraft ausgleichen. Der geca.v.te imrehnati durch das Ventil ist dann proportional zum Druck in der Tinte enthaltenden Patrone 12. Bei abnehmendem Druck in der Patrnr.e 1,? nimmt der 2 trö'raungsdurchua tz durch dan Ventil ab, un.i ι.·1·; :.·,·::. Wiederauffüllen der Durchnchleuckammer 613 benötigte .", .■ ι t nimmt zu, v/ie durch die Kurve 126 in Fig. 6 angedeute*. In Grenzfall, bei dem der Tintenvorrat leer ist, würde da:. Ventil ständig offen bleiben. Wenn man den Gchreibkopf untor dieser Bedingung arbeiten ließe, fiele der Druck in der iiurchschleuskammer 68 so lange ab, bis er einen Wert erreichte, der dem maximalen negativen Kapillardruck in den Düsen entspräche. An diesem Punkt würden die Düsen nicht mehr an:; ler Durchschleuskammer nachgefüllt, und Luft würde in die Düsen eindringen, was das weitere Ausstoßen von Tropfen verhindern würde. Ein solcher Ausfall ist schwer zu korrigieren und läßt sich nur vermeiden, wenn der Txntenvorratsbehälter erneuert Vifd, ehe der Druck auf so niedrige Werte absinkt.

Um zu verhindern, daß das reschieht.ist der Drucker mit einer elektronischen Schaltung versehen, die Schreibkopfausfälle wegen Tintenmangels verhindert. Eine maximal erlaubte Ventilimpulslänge wird empirisch bestimmt, und dieser Wert jedesmal, wenn sich das Ventil öffnet, mit dem tatsächlichen Ventilimpuls elektronisch verglichen. Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 5 ein Ventilimpuls von der Spannungsvergleichsschaltung 118 ausgelöst wird, wird aleicJxzeiti& eiji monostabiler Multivi-

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brator 128 angesteuert, und das Vergleichssignal wird auch dem D-Eingang eines Flipflop-Speicherelements 130 der D-Type zugeführt. Der Multivibrator ist auf eine Verzögerungszeit entsprechend der maximal erlaubten ImpulslLLnge eingestellt . Am Ende dieser Verzögerung wird der Zustand des Flipflop-Speicherelements 130 dadurch geprüft, daß dessen Ausgang an den CP-Taktimpulseingang angelegt wird, der anzeigt, ob das Ventil noch offen ist, indem er auf wahr geht, wenn das Ventilsignal noch am D-Eingang anliegt. Wenn das Ventil offen ist, wird ein Signal an eine "Tintenmangel"-Anzeigeschaltung 132 abgegeben. Auf das Fehlersignal kann im verschiedener Weise reagiert werden; aber auf jeden Fall muß die maximale Druckgeschwindigkeit bedeutend herabgesetzt werden. Wenn z.B. die Druckgeschwindigkeit (und damit die Strömung durch das Ventil) auf ein Drittel des Normalwertes reduziert wird, sinkt die Ventilimpulslänge auf einen Wert unterhalb der maximal erlaubten Impulslänge ab, und der Druckvorgang kann mit dieser geringen Geschwindigkeit noch eir.e Weile fortgesetzt werden, was es der Bedienungsperson ermöglicht, den passenden Zeitpunkt zum Ersatz der Patrone mit Tinte zu wählen. Andererseits muß bei unmittelbarem Anhalten des Druckvorganges die gerade gedruckte Information gespeichert werden, bis die Patrone ersetzt ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind folgende typische Werte für die oben beschriebenen Parameter gewählt:

Typische Parameter der Tintenzufuhranordnung

Tintenbehältervolumen 100 cnr

Anfangsdruck 0,4 atm

Abschaltdruck 0,1 atm

Ventilimpulslänge 10 Millisekunden

Öffnungszeit 1 Millisekunde

Abschalt-Impulslänge 50 Millisekunden

Maximale Öffnung 0,002 cm

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Impuls- Abfang -Druck	-5 cm H₂O
Hysteresedruck	0,1 cm H₂O
Hysteresevolumen	0,0002 cm⁵
Tintenviskosität	6 Centipoise
Obe rflach enspannung	50 dyne/cm
Düsenkapillardruck	15 cm H₂O

Die Düsenzufuhranordnung gemäß der Erfindung, die aus der unter verhältnismäßig hohem Druck stehenden Tintenquelle, dem Regulierventil und der Druckfühleranordnung mit Überdruckschutz besteht, eignet sich auch in ausgezeichneter ",,'eise zum Ausschalten von Luftbläschen, die durch Gtö3e, Vibrationen oder Fehlfunktionen in den Schreibkopf eindringen kennten. Der durchschnittliche Arbeitszyklus des Ventils ist typischerweise ziemlich klein, selbst bei dem ITiedrigdruck-Abschaltpunkt. \Ienn also das Ventil vollkommen geöffnet ist, kann die gesamte Strömungemenge durch die Düsen viel großer sein als während des Tröpfchenausstoßverfahrens, und sie folgt immer einer Richtung von der Durchschleuskammer zu den Düsen. Um also Luftbläschen auszuschalten, wird das Ventil anfangs ziemlich lange (einige Sekunden lang) vollkommen geöffnet, was eine verhältnismäßig große Kenge Tinte durch den Schreibkopf fließen und die Bläschen ausspülen läßt. Die durch die Düsen fließende Tinte wird dann gesammelt und beseitigt und der Schreibkopf in seinen normalen "druckbereiten" Zustand zurückversetzt.

Unter besonderem Hinweis auf die Fig. 2, 7 und 8 wird der Schreibkopf 56 der Erfindung erläutert. Ein hier nicht gezeigter^elektronischer Impulsgenerator liefert über einen elektrischen Anschluß 134 und ein Flachkabel 136 Impulse an den Schreibkopf. Bei Erhalt eines elektronischen Impulses vom Impulsgenerator entlädt der Schreibkopf 56 und projiziert ein einziges abgesondertes Tropfchen Druckfluid aus einer Mündung, wie im einzelnen in der parallel laufenden US Anmeldung 489 985 entsprechend der Deutschen Anmeldung P 25 32 037.0 (S 31P1 D) der Anmelderin beschrieben. Jeder elektrische Im puls erzeugt unabhängig von irgendeinem vorherigen Signal ei-

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nen einzigen Tropfen. Der Schreibkopf enthält mehrere Tröpfchenausstoßeinrichtungen, typischerweise sieben Tröpfchenausstoßvorrichtungen in einer senkrechten Säule, von denen jede unabhängig betätigbar ist. Der elektronische Impulsgenerator arbeitet nicht mit Resonanzfrequenz sondern ruft nach einem vorherbestimmten, zu druckenden Huster ein Tröpfchen hervor.

Zur exakten Aufnahme der Information auf einem Aufzeichnungsmaterial 138 folgen die Tintentröpfchen aus der !'.ündur.g am Schreibkopf zum Aufzeichnungsmaterial einer im wesentlichen geraden Bahn. Auf diese './eise führt eine sorgfältige Anordnung des Aufzeichnungsmaterials im Verhältnis zur Vorrichtung dazu, daß Tröpfchen in einem vorherbes timmbaren Vmster entsprechend vom elektronischen Impulsgenerator erzeugten Signalen auftreffen. Diese Signale sind von der zu druckenden Information bestimmt. Um die bestmögliche Aufzeichnung der Information zu erzielen, sollte das Tröpfchen von exakter ur.d vorherbestimir.barer Gestalt und Volumen sein. Das bedeutet, daß jedes Tröpfchen den elektronischen Signalen des elektronischen Impulsgenerators genau folgen muß, so daß in gleichmäßigen Abständen erfolgende gleichmäßige Signale in gleichmäßigen Abständen abgegebene, gleichmäßige Tröpfchen erzeugen.

Das Tröpfchen wird aus dem Schreibkopf 56 durch die plötzliche Volumenminderung in der Tintenausstoßkarnmer 62 abgegeben. Diese plötzliche Volumenverkleinerung wird dadurch erzielt, daß eine hier nicht gezeigte Platte in die Kammer abgebogen wird, um eine ausreichend große Menge Tinte für ein Tröpfchen zu verdrängen. Das Durchbiegen der Platte wird durch Aktivierung eines der Kristalle 71 bis 77 verursacht, wie im einzelnen in der oben genannten parallel laufenden Anmeldung beschrieben. Die Durchbiegung muß so rasch erfolgen, daß sie dem Fluid in der Düse 66 ausreichend kinetische Energie übermittelt, um einen Teil des Fluids über die Entweichgeschwindigkeit hinaus zu beschleunigen. Die Entweichgeschwindigkeit ist die Mindestgeschwindigkeit, die einen sich von der Düse 66 erstreckenden Tintenpfropfen veranlaßt, sich von der Düse zu

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trennen und ein freies Tröpfchen zu bilden.

Dieser Vorgang des Tropf chenauss toße3 hängt in kritischer Weise von der Tatsache ab, daß der fichreiLkc pf vollkommen mit Tinte gefüllt ist, und daß keine LuitblüEch-'in Ir:. Schreibkopf eingefangen sind. Darüber!.inaus dürfen keir.s Luftbläschen durch den Tintaneinlaß oder durch die Düüj eindringen. Die Tintenzufuhranordnung ist no ausgelegt, di.ii die größtmögliche Sicherheit besteht, daß keine Luft in3 ^y= ten gelangt, wie oben im einzelnen erläutert.

Wie bereits erwähnt enthält der Annchlu.'ioehiilter :rir

Versorgung des Schreibkopfes mit Tinte eir.an Feinfilter '-j'-j und eine elastomere Scneidewand 44*. V/ei in der Schreibkocf eingebaut wird, durchstößt die für die Tintenzufuhr bsr.tir.nte Kanüle die Scheidewand und fördert Tinte in den Anschlußbehälter. Sollten unbeabsichtigterweise kleine r_r:ir;blü.ücr:c.i beim Einbau eindringen, so verhindert der Feinfilter ■:!·.-2 r,ie in den Schreibkopf 56 gelangen, rline für den Filter r<ci;;.ete zweckmäßige Porengroße beträft 5 um (5 χ 10~° n) . ■'-:. ferner sicherzustellen, daß keine Luftbliischen in die Tir.ten^ufuhranordnung gelangen, wird diese zunächst zua Entfernen vor. Luft mit GOp gespült. Anschließend wird sie mit Natriumhydroxid gespült, um das COp zu absorbieren. Danach v;ird die Anordnung mit Tinte (ohne den Farbstoff) gespült, was das Natriumhydroxid entfernt.

Da es erwünscht ist, daß der Schreibkopf 56 leicht austauschbar ist, ist er abnehmbar an einen Wagen 140 angebracht, der auf zwei Schienen 142 bewegbar ist, die sich horizontal und mit Abstand vom Aufzeichnungsmaterial 138 erstrecken. Der V/agen 140 wird mit Hilfe eines gezahnten Antriebsriemens 144 an den Schienen 142 entlang bewegt. Der Wagen bewegt sich über die Oberfläche des Papiers hinweg, während der Schreibkopf 56 Tröpfchen ausstößt, um auf dem Aufzeichnungsmaterial Zeichen abzubilden.

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Am Wagen ist ein Aufnahmebehälter 146 für den Anschlußbehälter 78 in Form eines Paßstücks am Schreibkopf 56 angebracht. Der Aufnahmebehälter 146 enthält eine kleine Kanüle 18', die versteckt gezeigt ist und die Scheidev/and 44' am Schreibkopf durchstößt. Die Kanüle 18' sollte so klein wie möglich sein, um Beschädigungen der Scheidewand auszuschließen und dem Fluid aus dem Tintenbehälter geringen Widerstand zu leisten. Eine Kanüle mit einem Innendurchmesser von 1 mm hat sich als sehr zufriedenstellend erwiesen. Wenn der Schreibkopf am Wagen 140 angebracht ist und die Kanüle 13' die Scheidewand 44' durchstoßen hat, wie oben beschrieben, v/ird der Schreibkopf 56 um die Kanüle 18' gedreht, um den Abstand zwischen dem Schreibkopf und dem Aufzeichnungsmaterial 138 einzustellen. Wenn der richtige Abstand erreicht ist, wird der Schreibkopf 56 gegenüber dem Wagen 140 durch mechanische Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube 148 festgelegt, die durch ein erweitertes Loch 150 im Wagen 140 eingesteckt und in ein Loch 152 im Schreibkopf 56 eingeschraubt ist. Auf diese Weise wird weder die Kanüle noch die Scheidewand beansprucht.

Wie oben schon erwähnt, enthält der Aufnahmebehälter eine nicht gezeigte bewegliche Dichtung und eine Feder, die eine Stellung über der Kanüle einnehmen, wenn der Schreibkopf abgenommen wird. Das schützt die Kanüle vor Verschmutzung und verhindert^ daß Tinte austropft und Luft in die Anlage eindringt. Die Dichtung kann aus verschiedenen elastomeren Werkstoffen bestehen, wobei die Anforderungen ähnlich sind wie bei der Scheidewand. Als besonders geeignet haben sich Urethan und Butylkautschuk erwiesen.

Die Kanüle 18' ist mit der flexiblen Tintenzufuhrleitung 80 verbunden, die Tinte aus der Patrone 12 zum Schreibkopf leitet. Die Leitung muß während der ganzen Lebensdauer des Druckers den vollen Tintenzufuhrdruck aushalten (ca. 0,5 Atmosphären Überdruck). Die Leitung muß außerdem von niedriger

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lanpi'durchläi ν .'.κ.ί\ l< in, . . 'Ia: Verdunsten, and eine : ._:._- ehe Bildung ve:, xffbli scheo air" ein Minimum einzuschr m^ ;i. Außerdem Kuß die Leiturg f :.2-':^:)ex bleiben, da sie das Jjir^ ?- g.r-.cd rwisr'-an der ort Te^ ι ^T;^*rone 12 und den: sich bewegend.:. ' .."·.:. 1 ' Tr ('....ι . ·. ■ - . _ /orf darstellt. Als be s one¹ ar a z\ \':-\ '-.<... .^-"r, _z.t ::ci- ^iCJ: Leitung aus "Tygon" mit ei- Tt L in;', .i.--cri^e^^er vcn ca. 1 rjn erwiesen. "Tygon" ist ein V.ert. '; .!jeher, ler Norton Company, Akton, Ohio für extrudierte, wei c.ijp ..achte Polyvinyl Chloridschläuche.

ur Herstellung der elektrischen Verbindung mit dein '. chr-aiVliopf ist dieser einstückig mit einem Vorsprung 14" vtrrahen, der eine Verlängerung einer Seite bildet. Auf diesen Vorsprung 148 ist eine Vielzahl elektrischer Spuren 50 isoliert aufgebracht, die nach Art einer gedruckten Sch··=.:'-arg v.i.~ den einzelnen Kristall"! verbunden sind, welche die ': ι t«nausstoßkanmern, den Druckfühler und die Ventilöffnur ). richtung steuern. Der Vorsprung '4b bildet einen Steckt;, i'r ir einer entsprechenden, voc Magen 140 getragenen elekxnt y\ei ?aesung 134 aufgenommen ist. Zwischen die Fassiuig 134 und si- λ rieht gezeigte elektronische Schaltung zum Betrieb des Sc.i^eibkopfes ist ein Flachkabel 136 geschaltet. Hierdurch IBt der Schreibkopf 56 aufgrund der ohne weiteres lösbarer. Et chanischen und elektrischen \znd Fluidverbindungen am '.'t.gen 140 austauschbar.

Ein gemäß der Offenbarung konstruierter Schreibkopf wiegt ca. 7 g, läßt eich leicht einbauen und ist im Betrieb zuverlässig. Allerdinge sind verschiedene seiner Bauelemente außerordentlich empflr ^;.lich unc leicht beschädigbar. Daruberhinaus wiiktdie flache Gestalt des Schreibkopfes, die zur: elektrischen ί nschluß so zweckmäßig ist, als Verstärker i'ür die Kristsllt'^-.rationen und kann sehr geräuschvoll Fein. .Diese Schwier:.,';ir.-iiten werden dadurch umgangen, daß der Schreibkopf von eireiii Behälter umgeben wird, der die struktureilen Vibrationer v-srteilt und den Schreibkopf vor Beschädigungen schützt. l»ie Behälterstruktur ist in den ?ig. 7, 8 und 9 gezeigt.

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Beim Zusammenbau des Schreibkopfes wird der fertige Schreibkopf 56 mit einer dünnen isolierenden Lackschicht überzogen. Die Rückseite des Schreibkopfes wird dann mit Hilfe eines außerordentlich viskosen, nicht flüchtigen Mittels, wie Vakuumfett an einem Behälterboden 152 befestigt. Der Anschlußbehälter 78 am Schreibkopf für den Tinteneinlaß wird in eine Öffnung 154 im Behälterboden 152 eingesetzt. Dann wird die Treiberkristallfläche des Schreibkopfes mit einer verhältnismäßig dicken Schicht (ca. 0,05 cm dick) eines geeigneten Schwingungsdämpfungsmaterials überzogen.

Danach wird ein passender Behälterdeckel 156 aufgedrückt, der innige Berührung mit dem Schalldü.inpfijng3material herstellt. Unter Verwendung eines Silikondichtmittels werden Behälterdeckel 156 und Behälterboden 152 gegeneinander abgedichtet. Die dabei entstehende Schreibkopfanordnung kann ohne weiteres gehandhabt werden, ohne daß Gefahr besteht, die am Schreibkopf angebrachten empfindlichen Bauelemente zu beschädigen. Außerdem ist der Schreibkopf beinah geräuschlos im Betrieb. Der Schreibkopf läßt sich ohne weiteres vom Drucker abnehmen, indem die Fassung 134 am Rand vom steckerartigen Vorsprung 148 am Schreibkopf 56 abgezogen und der Schreibkopf vom Aufnahmebehälter und der Kanüle für die Tintenzufuhr entfernt wird. Dieser Einbau- und Ausbauvorgang kann wiederholt durchgeführt werden, ohne daß Nachstellungen, oder Prüfvorgänge nötig sind.

Um jede Schreibkopfeinheit gegen jede andere Schreibkopfeinheit völlig austauschbar zu machen, müssen gewiße elektrische Nachstellungen vorgenommen werden. In der bereits erwähnten parallel laufenden Patentanmeldung ist beschrieben, wie die Geschwindigkeit der Tropfen aus jedem der sieben Kanäle durch entsprechende Wahl von Reihenwiderständen für jeden der Treiberkristalle gleichgemacht werden kann. Es müssen also sieben Widerstände vorgesehen sein, um die Tröpfchengeschwindigkeiten auszugleichen.

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Wie oben erwähnt, erfordern Widerstandschv/anlaingen bei den Dehnungsmessern und Toleranzen beim mechanischen Zusammenbau, daß elektrische Nachstellungen vorgenommen werden müssen, um sicherzustellen, daß sich das Ventil bei der richtigen Druckhöhe öffnet. Diese Hach3tellmöglichkeit ist al3 variabler Widerstand in Fig. 5 gezeigt. Sobald der Wert dieses V/iderstandes bestimmt worden ist, wird ein gesonderter Widerstand ausgewählt, um den Ventilschwellendruck festzulegen. Abweichungen bei den Einbautoleranzen machen en auLerden nötig, die Breite der Antriebsimpulse für die Treiberkricta.lle für jeden Schreibkopf individuell zu wählen. Üblicherweise ist die Schwankung zwischen Kristallen bei einem gegebenen Scl.mibkopf gering, so daß alle sieben mit der gleichen Impulsbreite angetrieben werden können. Die Impulsbreite läßt sich mit verschiedenen Einrichtungen steuern, von denen die meisten durch Wahl eines spezifischen Widers tandswertes eingestellt v/erden können.

So sind neun gesonderte Widerstände notig, um die elektronischen Eingänge für den Schreibkopf einzustellen. Die Schreibkopfeinheit aus Schreibkopf 56 und den neun gesonderten Widerständen ist dann gegen jede andere Schreibkopfeinheit vollkommen austauschbar. Die neun Widerstände sind zweckmäßigerweise in der Baueinheit der Passung 134 mit aufgenommen. Dies Widerstandsmodul ist elektrisch und lösbar mit dem Schreibkopf, der Schreibkopfantriebselektronik oder Verbindungskabeln verbunden, damit es die nötige Aufgabe erfüllen kann.

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Claims

Silonics, Inc., Sunnyvale, CaI. U.S.A. Tintenstrahldrucker Priorität: 7. Juni 1976 - USA - Serial No. 694,064 - A 1 - Patentansprüche

1.)Tintenstrahldrucker mit einem Tintenvorrat, einem a-

syncnTon mit Volumenverdrängung und Tröpfchenausstoß arbeitenden Schreibkopf, der mit dem Tintenvorrat in Fluidverbindung steht und mindestens eine Tropf chenaur.stoßdüse hat, und einem Wagen, der eine relative 3ev/egung zwischen dem Schreibkopf und einem Aufzeichnungsmaterial bewirkt, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zum lösbaren Anbringen des Schreibkopfes am Wagen, die eine Einrichtung zum Verstellen des Abstandes des Schreibkopfes

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vom Aufzeichnungsmaterial hat, eine zweite Einrichtung, die mit der ersten Einrichtung integral ist und dazu dient, den Schreibkopf lösbar mit dem Tintenvorrat zu verbinden und eine Einrichtung hat, mittels der das Eindringen von Luft in den Schreibkopf und das Austreten von Tinte aus den Schreiokopf bei Abnahme des Schreibkopfes vom Wagen blockiert \;ird, und durch eine dritte Einrichtung, die mit der ersten und zweiten Einrichtung integral ist und dazu dient, eine lösbare elektrische Verbindung mit dem Schreibkopf herzustellen, wobei jeder Schreibicopf eine voreingestellte Einrichtung zur. Hervorrufen eines elektrischen Signals umfaßt, um ^eden Schreibkopf so anzupassen, daß er innerhalb vorherbestimmter Systenparameter arbeitet, wenn ihm durch die dritte Einrichtung vorherbestimmte elektrische Signale zugeführt werden.

2. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf eine Behälterstruktur hat, und daß die zweite Einrichtung eine biegsame Scheidewand aufweist, die in &er Behälterstru.:- tur am Schreibkopf angebracht ist, eine hohle ?:anüle, die ε_π der ersten Einrichtung integral angebracht ist, eine bewegliche Dichtung, ein Gehäuse, das die hohle Kanüle und die Dichtung u&giebt, eine federnd nachgiebige Einrichtung, die eir.c relative Eewegung zwischen der Dichtung und der Kanüle zur Anordnung der Dichtung in einer solchen Lage, daß sie d&s offene Ende der Kanüle bedeckt, wenn der Schreibkopf von der ersten Einrichtung abgenommen wird, wobei beim Anpressen des Schreibkopfes und der Behälterstruktur an das Gehäuse die bewegliche Dichtung εο verschoben wird, daß sie das angespitzte Ende der hohlen Kanüle frei gibt, die Kanüle die biegsame Scheidewand durchdringt und Tinte in die Behälterstruktur und den Schreibkopf fließen läßt.

3. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 2,

dadurch gekennz ei chne t, daß die Einrichtung, mittels der der Schreibkopf in verstellbaren Abstand zum Aufzeichnungsmaterial gebracht wird, eine Einrichtung zum dreh-

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baren. Anbringen des Schreibkopfec und der Behälterstrulitur tin die hohle Kanüle und eine Einrichtung zum Festlegen der relativen Drehstellung des Schreibkopfes und der Behälterstruktur ma die hohle Kanüle aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Schreibkopf und dem Aufzeichnungsmaterial verstellbar festgelegt werden kann.

4. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung einen Randstecker aufweist, der mit dem Schreitkopf integral ist und eine Vielzahl von in Dickfilmtechnik auf den Schreibkopf isoliert aufgebrachten elektrischen Spuren umfaßt, eine Randsteckerfassung, die an der ersten Einrichtung angebracht ist und eine elektrische Verbindung mit den elektrischen Spuren auf dem Randstecker des Schreibkopfes herstellt, und eine Einrichtung, die die RandSteckerfassung mit der voreingestellten Einrichtung zum Hervorrufen elektrischer Signale verbindet.

5. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf Treiberkristalle umfaßt, die den Ausstoß der Tintentröpfchen verursachen, einen schalenartigen Behälter zum Schutz des Schreibkopfes vor Beschädigung, und daß die Treiberkristalle des Schreibkopfes mit einer dünnen Schicht eines Isoliermaterials überzogen sind, und daß eine verhältnismäßig dicke Schicht eines schalldämpfenden Materials auf die dünne Schicht aus Isoliermaterial aufgetragen ist, und daß die schalenartige Gehäusestruktur zusammengepreßt ist und den Schreibkopf gemeinsam mit dem schalldämpfenden Material umhüllt, wobei das schalldämpfende Material in inniger körperlicher Berührung mit den Treiberkristallen steht.

6. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1,

dadurch gekennzei chnet, daß der Schreibkopf ferner einen Druckfühler und ein Ventil umfaßt, daß der Druck-

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fühler Veränderungen im Fluiddruck im Tintenvorrat feststellt und das Ventil so betätigt, daß dem Schreibkopf bei Druckminderung im Tintenvorratssystem unter eine vorherbestimmte Höhe Tinte zugeführt wird.

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