DE2435056C2

DE2435056C2 - Device for generating a circulation movement in liquids, in particular of ink in ink spray heads with ink-filled capillaries

Info

Publication number: DE2435056C2
Application number: DE19742435056
Authority: DE
Inventors: Sieghard; Strecker Rudolf; 2940 Wilhelmshaven Müller
Original assignee: Olympia Werke AG
Current assignee: Olympia Werke AG
Filing date: 1974-07-20
Publication date: 1976-10-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Anspruch 1 angegebenen Art und befaßt sich mit Schreibnadeln, Tintenspritzköpfen und dergleichen mit Tinte als Strahl, in Tropfenform oder als austretender Meniskus gezielt auf eine Aufzeichnungsträgeroberfläche abgebenden Kapillare, die über Rohrverbindungen, im allgemeinen flexible Leitungen, mit einem Nachfüll-Versorgungssystem verbunden sind. In insbesondere den Kapillaren und auch solchen innerhalb des Schreibsystems nicht mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Kapillaren besteht bei Verwendung herkömmli- 5<> eher Tintenflüssigkeiten die Gefahr des Ausscheidens von Farbpartikeln aus dem Kolloid. Desweiteren besteht an den unter dem direkten Einfluß der Atmosphäre stehenden öffnungen die Gefahr des Eintrocknens und auch der Bildung eines den Meniskus in dieser öffnung überdeckenden Filmes.The invention relates to a device of the type specified in claim 1 and is concerned with writing needles, Ink jet heads and the like with ink as a jet, in the form of drops or as an emerging meniscus targeted at a recording medium surface emitting capillary, which via pipe connections, in general flexible lines connected to a refill supply system. In particular the Capillaries and also those within the writing system that are not in contact with the atmosphere When using conventional capillaries, there is 5 <> rather, ink liquids run the risk of color particles separating out of the colloid. Furthermore there is at the openings under the direct influence of the atmosphere there is a risk of drying out and also the formation of a film covering the meniscus in this opening.

In der DT-AS 12 85 753 ist ein schreibendes Meßgerät dargestellt mit einem Tintenbehälter und einer mit diesem durch einen Kanal verbundenen Schreibfeder. In den Tintenbehälter münden zwei von einem Reservoir kommende Röhrchen, deren Zwischenteile schraubenlinienförmig um die Antriebsstange gewunden sind, so daß bei Bewegung der Schreibfeder und den sich demzufolge gegensinnig verändernden Volumina in den Zwischenteilen ein ständiger Tintenfluß wahrend des Betriebes aufrechterhalten wird. In den Ruhezeiten der Meßeinrichtung steht auch die Tinte, so daß sich Farbpartikeln ausscheiden, die sich an der Wandung von Schreibfeder, Tintenbehälter und Rohrleitung absetzen. Zudem kommt es zum Austrocknen von Tinte an der Düsenöffnung. so daß bei Bewegen des Aufzeichnungsstreifens bei erneuter Inbetriebnahme feste Teilchen in die Düse gelangen können und diese verschließen. In the DT-AS 12 85 753 there is a writing measuring device shown with an ink container and a pen connected to this by a channel. Two tubes coming from a reservoir open into the ink container, the intermediate parts of which are helical are wound around the drive rod, so that when moving the pen and the itself consequently opposing changing volumes in the intermediate parts while a constant flow of ink operation is maintained. When the measuring device is idle, the ink is also present, so that Separate paint particles that settle on the wall of the pen, ink container and pipeline. In addition, the ink at the nozzle opening dries out. so that when moving the recording strip Solid particles can get into the nozzle when it is started up again and close it.

Desweiteren ist in der DT-AS 21 64 614 ein Tintenspritzkopf bekanntgeworden mit einem tropfenbildenden System, bestehend aus einer Kompressionskammer, einem Druckerzeuger und einer Membran in dieser, einem Tintenzulauf für aus einem Reservoir kommende Tinte und einer Düse zur Abgabe der Tinte in Tropfenform. Einerseits besteht auch bei einem derartigen Tintenspritzkopf die Möglichkeit des Ausscheidens von Tintenpartikeln in den Ruhepausen und durch hohe Beschleunigungs- und Abbremsstöße beim Positionieren tür das Anfahren in eine Abdruckstelle, was sich durch den Austritt blasser Tinte nach der Inbetriebnahme des Tintenspritzkopfes bemerkbar macht, andererseits kann eine aus der Tinte ausgeschiedene durch Luft oder Wärmeeinwirkung den Meniskus überdeckende Haut nicht durch Impulse des Druckwandlers überwunden werden.Furthermore, in DT-AS 21 64 614 an ink jet head has become known with a drop-forming system consisting of a compression chamber, a pressure generator and a membrane in this, an ink inlet for ink coming from a reservoir and a nozzle for dispensing the ink in drop form. On the one hand, with such an ink jet head, there is also the possibility of ink particles separating out during the pauses and, due to high acceleration and deceleration jolts when positioning, approaching an imprint, which is noticeable through the emergence of pale ink after the ink jet head has been put into operation, on the other hand, a Skin covering the meniscus due to air or heat excreted from the ink cannot be overcome by impulses from the pressure transducer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in den Hohlräumen derartiger Schreibwerke eingelassene Tinte und insbesondere die in den kritischen Bereichen der Austrittsöffnung und der Impulsbildung nach dem Abschalter des den Tintenaustritt bewirkenden Impulses und insbesondere in Ruhezeiten des Schreibkopfes zu bewegen und durch Heranführen frischer Tinte zu regenerieren.The invention is based on the object that is embedded in the cavities of such writing works Ink and especially in the critical areas of the outlet opening and the pulse formation after the Switches off the impulse causing the ink to escape, and especially when the writing head is idle to move and regenerate by bringing in fresh ink.

Die Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs ! angegebenen Merkmale. Die Ansprüche 2 und 3 sind besonders bevorzugte Anwendungsfälle. The task is solved by the characteristic of the claim! specified features. The requirements 2 and 3 are particularly preferred applications.

Die Vorteile dieser Erfindung bestehen unter anderem darin, daß die Wartezeit, die Zeit bis zum Austreten von zum Schreiben verwendbarer kolloidischer Tinte bei Inbetriebnahme des Schreibwerkes nach längerer Pause wesentlich verkürzt werden kann. Bei Anordnung von paarweise an der Austrittsöffnung der Düse angeordneten Elektroden ist eine Wartezeit nicht erforderlich. Darüber hinaus hat sich ein wesentlicher Effekt dadurch ergeben, daß aus der Tinte ausgeschiedene und in ihr schwimmende Gasbläschen und auch solche im Ruhezustand durch beispielweise Temperaturänderung hervorgerufene in der Flüssigkeit bewegt werden. Diese sind durch Filter oder semipermeable Wände aus der Flüssigkeit ausscheidbar.The advantages of this invention are, among other things, that the waiting time, the time to exit of colloidal ink that can be used for writing when the writing mechanism is started up after a long period of time Break can be shortened significantly. When arranged in pairs at the outlet opening of the No waiting time is required when electrodes are arranged in the nozzle. In addition, it has become an essential Effect result in that excreted from the ink and floating in it gas bubbles and also those in the state of rest caused by temperature changes, for example, move in the liquid will. These can be separated from the liquid by filters or semi-permeable walls.

Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß die Schwingbewegung der Tinte in der Düse beim Abschalten des den Druck bewirkenden Impulses und insbesondere ein Zurückweichen des an der Düsenöffnung stehenden Tintenmeniskus in den Hohlraum vermieden wird, wenn in der Saugphase eines derartigen Systems Gleichspannung in die Elektroden gelegt wird.Another advantage is that the oscillating movement of the ink in the nozzle when it is switched off of the impulse causing the pressure and in particular a receding of that standing at the nozzle opening Ink meniscus into the cavity is avoided when in the suction phase of such a system DC voltage is placed in the electrodes.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Die Zeichnung zeigt inIn the following the invention is based on an exemplary embodiment described. The drawing shows in

F i g. 1 einen Schnitt in starker Vergrößerung durch einen Spritzkopf undF i g. 1 shows a section in high magnification through a spray head and

F i g. 2 eine mögliche Schaltung zur Ansteuerung der Elektroden.F i g. 2 a possible circuit for controlling the Electrodes.

In F i g. 1 ist ein Tintenspritzkopf dargestellt mit einem Grundkörper I, weiteren nicht positionierten Aufbauteilen, einer als Membran fungierenden Wandung 4 und einem Keramikschwinger 3. Bei dessen elektrischem Beaufschlagen wird infolge dadurch ausgelöstem Durchbiegen der Membran ein KurzimDulsIn Fig. 1, an ink jet head is shown with a base body I, further non-positioned structural parts, a wall functioning as a membrane 4 and a ceramic oscillator 3. When it is electrically applied, it is triggered as a result Bending the membrane for a short period of time

auch in die Kompressionskammer 2 und .ils beschleunigte Tintenbewegung in die Düse 18 bewirkt, der /urn Austreten von Tintentropfen aus der Düse fuhrt Aus der Düse abgestoßene Tinte wird über die /u einem Reservoir führende Rohrleitung 13 ergänzt. In den Stillstandsphasen, beispielsweise bei Nichtbenutzung am Wochenende, des im allgemeinen in Zeilenrichtuna über einem Aufzeichnungsträger beschleunigten und abgebremsten Spritzkopfes und bei seinem Tcv, egen kommt es zu Ausscheidungen von Tintenpartikeln aus der Lötjng, die sich an den Wandungen von Hohlräumen, i. B. der Kompressionskammer 2 und auch der später noch zu beschreibenden kapillaren Kanäle 14 und 15. abse-zen. Die Erfindung setzt hier ein und macht sich den Effekt der Elektroosmose zunutze zu gezielten Flüssigkeitswanderungen, wonach In einem Kapillarrohr bei Anlegen einer Spannung an als Anode und Kathode ausgebildeten Rohrenden molekulare Verschiebekräfte auftreten, die eine Verschiebung der Flüssigkeit, die sich im Gegensaiz zur Wandung der Kapillare entsprechend negativ polarisiert hat. in Richtung der Anode bewirken. Durch Andern der Stromrichtung kann die Verschieberichtung geändert werden und es ist nachgewiesen, daß andere Flüssigkeiten umgekehrtes Verhalten zeigen. Die Größe der Flüssigkeitsbewegung ist im wesentlichen abhängig von der Stromstärke. Versuchen zufolge kann mit geringen Spannungen unter 10 Volt eine Verschiebung bewirkt werden, die ausreichend ist, eine Tintenbewegung hervorzurufen. also accelerated into the compression chamber 2 and .ils Ink movement into the nozzle 18 causes the / urn Ink droplets emerge from the nozzle The ink expelled from the nozzle is replenished via the pipeline 13 leading to a reservoir. In the Standstill phases, for example when not in use at the weekend, which is generally accelerated and in line direction over a recording medium braked spray head and his Tcv, egen it comes to excretion of ink particles from the soldering, which are on the walls of cavities, i. B. the compression chamber 2 and also the capillary channels 14 to be described later and 15th abse-zen. The invention starts here and makes use of the effect of electroosmosis for targeted fluid migration, after which in one Molecular capillary tube when a voltage is applied to tube ends designed as anode and cathode Displacement forces occur which cause a displacement of the liquid, which is opposite to the wall of the Has accordingly negatively polarized the capillary. in the direction of the anode. By changing the direction of the current the direction of movement can be changed and it has been proven that other fluids do the opposite Show behavior. The amount of fluid movement is essentially dependent on the current strength. According to tests, can with low Voltages below 10 volts will cause a displacement sufficient to cause ink movement.

F i g. 1 zeigt drei Einrichtungen dieser Art. die gemeinsam aber auch getrennt wirken können. Wird an die Elektroden 5. 6. 7, 8 mit wechselnder Polarität Gleichspannung angelegt, so bewegt sich die Flüssig keit in der kapillaren Düse 18. Durch entsprechende Ansteuerungen der Elektroden kann eine umlaufende Strömung dsr Tinte in der kapillaren Düse 18 erzeugt werden, die verflüchtigte Lösungsmittel aus der Kompressionskammer 2 ausgleicht. Ein sehr kritischer Bereich ist bei Spritzköpfen dieser Art der Impulsbereich um den Druckerzeuger 3, 4. Bei Verunreinigung und infolge Gasbildung in diesem Bereich setzt der Spritzkopf im allgemeinen aus. Beim Überschreiten einer maximalen Temperatur von 30° im Spritzsystem werden Gase aus der Flüssigkeit ausgeschieden, die in dieser als Bläschen schweben und dann zu einem Versagen des Spritzsystems führen, wenn sie sich im Impulsbereich absetzen können. Während der Spritzzeiten werden diese in der Tinte und mit dieser bewegt. In Ruhezeiten wandern sie und setzen sich, wie die aus dem Kolloid gelösten Farbpartikeln, an der Wandung ab. Durch Bewegen der Flüssigkeit ist es möglich, Farbpartikeln erneut zu lösen und zu verhindern, daß sich Gase an der Wandung absetzen. Hinzu kommt, daß beim Erkalten zuvor ausgeschiedene Bläschen erneut von der Tinte aufgenommen (absorbiert) werden, so daß die gezieite Tintenbewegung diesen Vorgang fördert. Die Elektroden 9, 10. 11. 12 bewirken bei gleicher Ansteuerung. > auch über gleiche Steuermittel, die zu F i g. 2 beschrieben werden, gleiche Wirkung. Jedoch wird hier Einfluß genommen auf den Impulsbereich. Die Elektroden 16 und 17 erzeugen in dem Kanal 15, der nur in dem Bereich der Elektroden kapillar wkksam ist. einen Unierdruck in der Tinte, so daß Tinte aus dem Düsenbereich abgesogen wird, wenn die Elektrode 17 positiv geschaltet ist. Der dadurch entstehende Druck hinter den Elektroden auch bei umgekehrter Polarität dieser ist auf einen Wert einstellbar, der geringer ist als die die Oberflächenspannung des Meniskus an der öffnung der kapillaren Düse 18 überwindenden Kraft. Im übrigen kommt es zum Nachfließen von Tinte aus dem Zulauf 13 und der Kompressionskammer 2, die einen Druckunterschied an der Düsenöffnung kompensiert. Während der Druckphase ist es möglich, die kapillaren Kanäle 14 und 15 durch Anlegen einer geringen Spannung an die Elektroden dieser Kanäle zu blockieren, um einen Tintenverlust zu vermeiden.F i g. 1 shows three devices of this type. Which can act together but also separately. We then The electrodes 5. 6. 7, 8 are applied with alternating polarity DC voltage, so the liquid moves speed in the capillary nozzle 18. By activating the electrodes accordingly, a rotating Flow dsr ink in the capillary nozzle 18 is generated will remove the volatilized solvent from the compression chamber 2 balances. A very critical area for spray heads of this type is the pulse area around the pressure generator 3, 4. In the event of contamination and as a result of gas formation in this area, the spray head sets generally off. If a maximum temperature of 30 ° is exceeded in the spray system Gases are excreted from the liquid, which float in it as bubbles and then cause the failure of the Spray system if they can settle in the impulse area. During the spraying times will be this moves in and with the ink. When resting, they migrate and settle, like those from the colloid dissolved paint particles, on the wall. By moving the liquid it is possible to paint particles again to solve and to prevent gases from settling on the wall. In addition, when it cools down previously excreted bubbles are taken up (absorbed) again by the ink, so that the gezieite Ink movement promotes this process. The electrodes 9, 10. 11. 12 have the same control. > also via the same control means as to F i g. 2 have the same effect. However, there is influence here taken on the impulse domain. The electrodes 16 and 17 generate in the channel 15, which is only in the area the electrodes are capillary. a plain print in the ink, so that ink is sucked out of the nozzle area when the electrode 17 is switched positive is. The resulting pressure behind the electrodes is on even if the polarity is reversed a value can be set that is lower than the surface tension of the meniscus at the opening of the capillary nozzle 18 overcoming force. Furthermore there is a flow of ink from the inlet 13 and the compression chamber 2, which creates a pressure difference compensated at the nozzle opening. During the printing phase it is possible to use the capillary channels 14 and 15 to block these channels by applying a low voltage to the electrodes avoid ink loss.

F i g. 2 geht ein auf eine einfache mögliche Schallungsanordnung zur Steuerung der Elektroden 5, 6, 7, 8, 9. 10, 11, 12. Der Umschalter 24 schaltet zunächst bei geschlossenem Netzhauptschalter 22 das Schreibwerk, die Ansteuerung des Keramikschwingers, die Motorsteuerung u.dgl., die als Kästchen dargestellt und mit 23 positioniert sind aus und die Ansteuerung der Elektroden ein. Andere Umschaltungen sind denkbar etwa in der Weise, daß die Elektroden grundsätzlich in jeder Stillstandsphase, beim Austauschen eines Aufzeichnungsträgers oder beim Belegen eines Speichers erregt werden können. Über einen Taktgenerator 19 wird ein Ringzähler 20 angesteuert. Dieser nimmt die Ansteuerung dieser Elektroden vor. Die Pegel der Ausgangssignale des Ringzählers werden durch die Schaltstufen 21 an die Elektroden angepaßt. Die Ansteuerung der Elektroden ist auf eine derartige Schaltung nicht festgelegt. Diese dient der Vollständigkeit des Erfindungsgegenstandes. Darüber ist auch daran gedacht, den Erfindungsgedanken in beispielsweise Tintenschreibern einzusetzen mit einer kontinuierlichen Tintenabgabe bei der Aufzeichnung eines Diagramms.F i g. 2 goes into a simple possible form of shuttering arrangement to control electrodes 5, 6, 7, 8, 9. 10, 11, 12. The switch 24 initially switches the writing unit when the main power switch 22 is closed, the control of the ceramic oscillator, the motor control, etc., which are shown as a box and with 23 are positioned off and the control of the electrodes on. Other switchings are conceivable, for example in such a way that the electrodes are basically in every standstill phase when a recording medium is replaced or can be excited when a memory is occupied. A clock generator 19 is a Ring counter 20 activated. This controls these electrodes. The levels of the output signals of the ring counter are adapted by the switching stages 21 to the electrodes. The control of the electrodes is not restricted to such a circuit. This serves the completeness of the subject matter of the invention. In addition, it is also intended to use the inventive concept in, for example, ink pens with a continuous discharge of ink when recording a graph.

Weiterhin ist es möglich, die Schaltung in der Weise aufzubauen, daß auch zum Zeitpunkt des Abschaltens eines Impulses an dem Keramikschwinger 3, in der die Saugphase eines solchen Spritzsystems beginnt, eine Spannung an die Elektroden an der kapillaren Dü?e 18 gelegt wird, die einen Fluß von Tinte in der beschriebenen Weise bewirken, der zugleich einen Flußwiderstand darstellt gegen die in das Spritzsystem zurückweichenden Tinte.Furthermore, it is possible to set up the circuit in such a way that also at the time of switching off a pulse on the ceramic oscillator 3, in which the suction phase of such a spray system begins, a Voltage is applied to the electrodes at the capillary nozzle 18, causing a flow of ink in the described Cause way, which at the same time represents a flow resistance against the receding into the spray system Ink.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

7. Claims:

1. Device for generating a circulation movement in liquids carrying paint particles. especially of ink in writing needles, ink jet heads and the like with ink-filled capillaries in their non-writing phase, thereby characterized in that electrodes (5. 6. 7, 8, 9. 10, 11. 12. 16. 17) in the area of the ink-filled capillaries (18.14, 15) a DC voltage can be applied, the polarity of which by control means (19, 20, 21) in such a way changeable is that ink corresponds to the polarization of its ink particles in the direction of an electrode! 5 opposite polarity movable and ink into the space freed by migration is reflowable.

2. Device according to claim 1 in an ink jet head with an inlet for the ink coming from a container with at least one device for generating pressure pulses, a compression chamber and chambers for transmission of the pressure pulse in the ink in at least one nozzle for the ink outlet, characterized in that that each a pair of electrodes (5. 8, 6. 7) in the transition of a compression chamber (2) η the capillary Nozzle (18) and is arranged in the area of the outlet opening of the capillary nozzle.

3. Device according to claim 2, characterized in that that the compression chamber (2) at least through an additional capillary channel (14. 15) is connected to the inlet (13). and each capillary channel has a pair of electrodes (9. 10. 11, 12. 16. 17) at its end.