Способ настройки генератора капель Советский патент 1992 года по МПК G01D15/18 B41J2/04 

Изобретение относится к электрокапле- струйной печати и может найти применение в выводных устройствах ЭВМ и полиграфии.

Целью изобретения является повышение экономичности и улучшение качества каплеобразования.

На фиг. 1 показана схема генератора капель для реализации предложенного способа; на фиг. 2-5 - основные характеристикиспособа,полученные экспериментальным путем.

Генератор капель, в котором можно реализовать предложенный способ, включает форсунку 1, сменный сопловой элемент 2 с соплом в виде часового камня 3, корпус 4, штуцер 5 и трубопровод б, соединенные с насосом постоянного давления (не показан), пьезокерамические шайбы 7, обращенные к электроду 8 одноименными полюсами, причем электрод 8 связан проводом с генератором синусоидального напряжения синхронизации каплеобразования (не показан). Фильтр 9 размещен в непосредственной близости от сопла. Зажим пье- зокерамических элементов, электрода, форсунки осуществляется посредством мембранной пружины 10 и регулировочной гайки 11. Втулка 12 выполняет функции изолятора и базирующего элемента.

Генератор капель (фиг. 1) работает следующим образом. По трубопроводу 6 под постоянным давлением подается рабочая жидкость, которая вытекает через сопло 3 в виде ламинарной сплошной струи. При этом жидкость в окрестности сопла испытывает знакопеременную модуляцию давления и струя приобретает пульсации скорости истечения. Появляющиеся перетяжки в струе нарастают экспоненциально и приводят к дроблению струи на регулярный поток капель. Капли в дальнейшем могут быть заряжены и отклонены для мозаично-матричной, печати, маркировки, графопостроения и др.

На фиг. 2 приведены экспериментально снятые частотные характеристики примени- 5 ельно к генератору капель (фиг. 1) (зависимость от расстояния др между соплом и очкой дробления струи на капли от частоты fi) при следующих параметрах генератора капель: диаметр сопла 97 мкм, две пьезоке- 10 рамические шайбы толщиной 1 мм с внешним диаметром 12 мм и внутренним иаметром 6 мм, напряжение синхронизации 6 В. Кривая а: р 0,3 МПа; б - р 0,24 МПа; в - р 0,17 МПа; г - р 0,08 МПа. 15 Частотные диапазоны каждой кривой охваывают всю область устойчивого каплеобра- зования при соответствующем режиме. Как видно, например, при давлении 0,3 МПа генератор имеет семь резонансов разной эф- 20 фективности каплеобразования. Наиболее эффективный резонанс (с минимальным расстоянием до точки дробления) наблюдается на частоте 47 кГц. Однако, как видно из характеристик, самую ближайшую точку 25 робления можно получить на частоте 30 или 21 кГц, уменьшив при этом давление до 0,08 МПа. Высокочастотный резонанс рацинально применить при работе на хорошо проводящих жидкостях (водные чернила), а 30 низкочастотный - при использовании слабо проводящих жидкостей (нитрокраски и др.). На фиг. 3 показаны экспериментально снятые зависимости расстояния между соплом и точкой дробления струи на капли 35 от синусоидального напряжения синхронизации Uc, при этом кривая а Р 0,1 МПа, f 28,4 кГц; кривая б р 0,2 МПа, fK 29,4 кГц; кривая в р МПа, к 29,4 кГц; кривая д р 0,49 МПа, fк 34,5 кГц. Эффек- 40 тивность дробления струи в зависимости от величины напряжения сначала круто возрастает, а потом практически наступает насыщение.

Аналогичный характер имеет зависи- 45 мость расстояния до точки дробления от усилия зажима Рсж (фиг. 4).

Фиг. 5 иллюстрирует зависимость критерия неустойчивости струи (чувствительности и дробления) J от отношения длины 50 волны каплеобразования Ak к диаметру струи dcr (сопла).

Настройку генератора капель осуществляют в соответствии с предложенным способом следующим образом.55

В генератор капель подают рабочую жидкость под постоянным давлением из рабочего диапазона с образованием струи на выходе сопла.

Для синхронизации дробления струи на капли (принудительного дробления) подключают к пьезокерамическому вибратору синусоидальное напряжение.

Далее идет поиск резонансных рабочих частот генератора колебаний. Как показали эксперименты, при работе на таких частотах обеспечивается качественное стабильное каплеобразование (постоянство параметров, бессателлитный режим или режим быстрых сателлитов. На таких резонансах точка дробления резко приближается к соплу (фиг. 2). Для хорошо проводящих жидкостей (воды, водных растворов, удельное объемное сопротивление которых порядка 103 Ом.см) выбирают высокочастотный резонанс (самый правый, верхний), который имеет место при высоком давлении.

Для слабо проводящих жидкостей, например нитрокрасок, органических растворителей, имеющих удельное объемное. сопротивление порядка 100.10 Ом.см,выбирают левый , нижний (фиг;,2)резонанс при низком давлении.

Выбранные резонансные частоты находятся вблизи границ рабочих диапазонов частот. Однако имеется возможность, уменьшая давление, приблизить правую границу рабочего частсктного диапазона к выбранному для хорошо проводящих жидкостей правому верхнему резонансу. Снижение давления в этом случае выгодно, так как приближает точку дробления струи к соплу. Для спабо проводящих жидкостей за счет снижения давления следует удалить на 10-20% границу неустойчивого каплеобразования от выбранного в этом случае нижнего левого резонанса.

Затем выбирают диаметр сопла из соотношения

dc - vcr/4,51 f.

где VCT - скорость струи; fK - резонансная частота каплеобразования. Это приводит к дополнительному повышению качества и эффективности каплеобразования и печати. Далее производят сжатие элементов генератора колебаний мембранной пружиной 10 и регулировочной гайкой 11. Это улучшает электрический и акустический контакты и повышает качество и эффективность каплеобразования.

Затем повышают амплитуду напряжения синхронизации. Точка дробления начинает приближаться к соплу 3, а потом практически наступает насыщение, и увеличение амплитуды напряжения синхронизации прекращают.

Формула изобретения Способ настройки генератора капель, заключающийся в подаче рабочей жидкости в форсунку под давлением, введении форсунки в резонанс на частоте каплеобразования путем подключения к пьезокерамическому вибратору напряжения синхронизации каплеобразования и наблюдении за процессом каплеобразования с помощью микроскопического стробоскопа , о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения экономичности и улучшения качества каплеобразования, для проводящих жидкостей при максимально допустимом давлении жидкости изменяют частоты напряжения синхронизации каплеобразования постоянной амплитуды, определяют наибольшую частоту каплеобразования и наибольшую резонансную частоту каплеобразования, соответствующую минимальному расстоянию от сопла до точки дробления струи, истекающей из этого сопла, уменьшают давление жидкости до прё- вышения наибольшей частотой каплеобразования наибольшей резонансной частоты на 10-20%, выбирают в качестве рабочей частоты наибольшую резонансную частоту, а для слабопроводящих жидкостей при минимально допустимом давлении жидкости изменяют частоту напряжения синхронизации каплеобразования постоянной амплитуды, определяют наименьшую резонансную частоту каплеобразования и выбирают ее в качестве рабочей частоты, затем как для проводящих, так и для слабопроводящих жидкостей определяют диаметр сопла из соотношения

dc VcT/4,51 fit,

где dc - диаметр сопла, VCT - скорость струи, TK - рабочая частота каплеобразования, осуществляют сжатие пьёзокерамического вибратора до момента прекращения уменьшения расстояния от сопл до точки дробления струи, истекающей из этого сопла, и повышают напряжение синхронизации также до момента прекращения уменьшения расстояния от сопла до точки дробления

струи.

Способ включает операции под- ачй рабочей жидкости в форсунку, напряжения синхронизации к вибратору и введения , форсунки в резонанс. При этом выбор рабочих частот для проводящих жидкостей производится вблизи наибольшей частоты каплеобразования, для слабопроводящих - вблизи наименьшей частоты каплеобразования. Для жидкостей обоих типов одинаковым образом выбирают диаметр сопла и уменьшают расстояние от сопла до точки каплеобразования повышением напряжения синхронизации и сжатием пьезокера- мического вибратора. Совокупность введенных операций повышают экономичность и качество каплеобразования. 5 ил.

4-ет

//

фиг.1

Ǥ

--

t

ч

Ч

5

4J

I

ч

6

tip,

им

28 26 2Ь 22

20 18 16 % 12 10

. 8

02 ft 6 8 10 12 /4 16 18 20 22 24 26 28 Ue,B

Фиг.З

О 100 200 Ж 403 500 № 70S 500 900 ШМО ОП Ј,Я

ФагА

№ 0,31

0,3 0,28

о,2В

0,24 №

v

о,п

0,1В 0,14

од V

0,0В 0,0В

0,04 0,02

О 1 2 3 ti 5 6 7 8 9 Ю 11 12 13 М 15 ЛУ

Фаг.5