DE2808275A1

DE2808275A1 - Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE2808275A1
Application number: DE19782808275
Authority: DE
Inventors: Leonhard Bader; Frank Dr Ing Giessner; Helmut Dipl Ing Weber
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1978-02-27
Publication date: 1979-08-30
Also published as: US4376284A; CA1126085A; GB2014913A; DE2808275C2; FR2418087A1; GB2014913B; JPS54123954A; FR2418087B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf aus mehreren an der kleineren FLäche des vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildeten Druckkopfes in einer Linie austretenden Düsen, die jeweils über Düsenkanäle mit auf der gegenüberliegenden größeren Fläche unter Antriebselementen kreisförmig angeordneten Kapillardruckräumen verbunden sind.

Tintenstrahldruckköpfe der vorangehend genannten Art werden in allgemein bekannter Weise in Druckvorrichtungen auf Schlitten angeordnet, die quer zur Zeilenrichtung eines zu bedruckenden Aufzeichnungsträgers hin und her bewegbar sind. Bei einer Bewegung des Druckkopfes in Zeilenrichtung werden aus den übereinander angeordneten Düsen mittels der diesen zugeordneten Antriebssysteme in Form von individuell ansteuerbaren Membranen und Piezo-Kristallen Tröpfchen ausgestoßen, so daß auf einem Aufzeichnungsträger zum Beispiel alphanumerische Zeichen gedruckt werden können. Die Betriebssicherheit bzw. die Funktionssicherheit von Tintenstrahldruckern hängt maßgeblich von der Beschleunigungsfestigkeit der Tintenstrahldruckköpfe ab.

Aus der DT-Offenlegungsschrift 2 262 ist bereits ein Mehrfachdüsen-Tintenstrahldruckkopf bekannt, dem von einem Tintenbehälter die Tinte über einen Zwischenbehälter zugeführt wird. Durch die in dem Zwischenbehälter vorhandene Luftblase werden die im Zuleitungssystem auftretenden DruckSchwankungen und Druckstöße bereits weitgehend aufgefangen, so daß dadurch die Funktionsfähigkeit des Druckkopfes verbessert wird. Nachteilig bei diesem bekannten

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Tintenstrahl-druckkopf ist es, daß der genannte Zwischenbehälter lediglich die in dem Zuleitungssystem auftretenden Druckschwankungen ausgleicht. Die insbesondere bei ümkehrbewegungen im Druckkopf selbst auftretende Beschleunigung wird jedoch durch diesen Zwischenbehälter nicht in ausreichendem Maße ausgeglichen. Aus der DT-Offenlegungsschrift 25 43 39 7 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Kompensieren von Fbüssigkeitsschwingungen im Tintenversorgungssystem von Mosaikschreibeinrichtungen bekannt, mit der im Tintenversorgungssystem Flüssigkeitsschwingungen gedämpft werden. Die Dämpfungsvorrichtung besteht dabei im wesentlichen aus einer Membrane, die an dem höchsten Punkt der in den Druckkopf integrierten gemeinsamen Verteilereinrichtung angeordnet ist. Mit dieser Dämpfungsvorrichtung können ebenfalls entstehende Flüssigkeitsschwingungen wirksam gedämpft werden, wobei es nachteilig ist, daß die.Fertigung des Kopfes durch diese zusätzliche Dämpfungsvorrichtung verteuert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die in einem in Kompaktbauweise aufgebauten Tintenstrahldruckkopf entstehende Beschleunigung ohne zusätzliche Mittel auszugleichenο Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten und gehen aus der Beschreibung hervor.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird. In diesen zeigen

Fig. 1 einen gemäß der Erfindung aufgebauten Tintenstrahldruckkopf in Perspektivdarstellung, wobei Teile des Druckkopfes "durchsichtig" dargestellt sind;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch den Tintenstrahldruckkopf gemäß Fig. 1 entlang der Linie H-II; und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch den Tintenstrahldruckkopf gemäß Fig. 1 entlang der Linie IH-III.

Der dargestellte erfindungsgemäße Mehrfachdüsen-Tintenstrahldruckkopf kann in allen bekannten Druckvorrichtungen verwendet werden, in denen Druckköpfe auf in Zeilenrichtung von zu bedruckenden Aufzeichnungsträgern hin und her bewegbaren Schlitten befestigt werden. Die einem zu bedruckenden Aufzeichnungsträger gegenüberliegenden Düsen sind üblicherweise übereinander, d. h. quer zur Bewegungsrichtung des Druckkopfes, angeordnet, so daß durch die individuelle Ansteuerung der einzelnen den Düsen zugeordneten Antriebselemente bei einer Bewegung in Zeilenrichtung, d. h. quer zur Transportrichtung des zu bedruckenden Aufzeichnungsträgers, beliebige Zeichen, z. B. alphanumerische Zeichen, auf dem Aufzeichnungsträger gedruckt werden können.

In Fig. 1 ist ein Mehrfachdüsen-Tintenstrahldruckkopf 1 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Zur besseren Darstellung der im Tintendruckkopf 1 enthaltenen Teile wurde der Druckkopf 1 quasi "durchsichtig" dargestellt. Vorzugsweise weist der Druckkopf 1 eine trapez-

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förmige Form auf, so daß bei der Anordnung des Druckkopfes in einer Druckvorrichtung der zu bedruckende Aufzeichnungsträger nicht durch das dem zu bedruckenden Aufzeichnungsträger gegenüberliegende Ende des Druckkopfes verdeckt wird. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere Formen verwendet werden. Der Druckkopf 1 kann in einer geeigneten Gießform aus Kunststoff gegossen werden, wobei während des Gießvorganges die verschiedenen Hohlräume für die einzelnen Elemente des Druckkopfes in dem Druckkopf erzeugt werden. Eine solche geeignete Gießform ist in der am gleichen Tag von der Anmelderin unter dem Aktenzeichen Case Nr. 2690/GER angemeldeten Erfindung beschrieben.

Der in Fig. 1 gezeigte Druckkopf wird in einer herkömmlichen Druckvorrichtung (nicht gezeigt) so auf einem Schlitten positioniert, daß die kleinere Fläche des kegelstumpfförmig ausgebildeten Druckkopfes einem zu bedruckenden Aufzeichnungsträger 2 gegenüberliegt. Der zu bedruckende Aufzeichnungsträger kann in herkömmlicher Weise zeilenweise von einer Vorratsrolle an dem Druckkopf 1 vorbeibewegt werden, so daß durch die Bewegung des Druckkopfes 1 in Zeilenrichtung, d. h. quer zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers, der Aufzeichnungsträger mit Informationen bedruckt werden kann.

An der größeren gegenüberliegenden Fläche des Druckkopfes sind kreisförmig Druckelemente 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 und 19 angeordnet. Anstelle der gezeigten neun Elemente können auch eine größere oder kleinere Zahl verwendet werden. Die Druckelemente 11 bis 19 bestehen jeweils aus in dem gegossenen Kunststoffkörper des Druckkopfes 1 kreisförmig angeordneten Kapillardruck-

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räumen He, 12e, 13e, 14e, 15e, 16e, 17e, 18e und 19e. Diese Kapillardruckräume 11e bis 19e werden durch eine gemeinsame die gesamte größere Fläche bedeckende Membrane 5 hermetisch abgeschlossen, über den einzelnen Kapillardruckräumen 11e bis 19e sind jeweils auf der gemeinsamen Membrane 5 elektrisch ansteuerbare Piezo-Kristalle 11d, 12d, 13d, 14d, 15d, 16d, 17d, 18d und 19d angeordnet. Die den Kapillardruckräumen 11e bis 19e gegenüberliegenden in einer eingegossenen Düsenplatte vorgesehenen Düsen 11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b, 17b, 18b und 19b sind übereinander entlang einer Linie 21 (Fig. 2) angeordnet. Die Linie 21, entlang der die Düsen 11b bis 19b angeordnet sind, verläuft quer, d. h. rechtwinklig zur Bewegungsrichtung 20 des Druckkopfes 1 in einer Druckvorrichtung (nicht gezeigt). Durch die individuelle elektrische Ansteuerung der einzelnen Piezo-Kristalle 11d bis 19d können in allgemein bekannter Weise aus den Düsen 11b bis 19b Tropfen ausgestoßen werden, die auf dem diesen gegenüberliegenden Aufzeichnungsträger 2 Druckmuster bilden. Die Düsen 11b bis 19b sind mit den diesen jeweils zugeordneten Kapillardruckräumen 11e bis 19e über Düsenkanäle 11a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a und 19a verbunden.

Die Tintenversorgung der Kapillardruckräume 11e bis 19e erfolgt jeweils über separate Tintenzulaufkanäle 11c, 12c, 13c, 14c, 15c, 16c, 17c, 18c und 19c Die Einspeisungsstellen 11f, 12f, 13f, 14f, 15f, 16f, 17f, 18f und 19f der Tintenzulaufkanäle 11c bis 19c liegen an einer etwa im Zentrum der Elemente 11 bis in dem Druckkopf 1 integrierten Kammer 8. In den Fig. 1, 2 und 3 sind direkt nur die Einspeisungsstellen 16f, 17f, 18f, 19f sowie 12f und 15f sichtbar. Die Kammer 8 dient als Tintenzwischenbehälter und ist teilweise mit Tinte

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gefüllt. Der Zulauf zu der Kammer 8 erfolgt in vorteilhafter Weise über eine Zuleitung 10 in den oberen Bereich der Kammer, der eine Luftblase 6 aufweist. Aus Übersichtsgründen wurde lediglich die Tintenfüllung der Kammer 8 gezeigt. Es versteht sich, daß auch die Kanäle mit Tinte gefüllt sind. Der Flüssigkeitspegel in der Kammer ist so zu wählen, daß er über den höchsten Einspeisungsstellen 11f bis 19f liegt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einem Tintenstrahldruckkopf in Kompaktbauweise gemäß Fig. 1 die einzelnen Druckelemente 11 bis 19, die in Fig. 1 kreisförmig angeordnet sind, bezogen auf die entlang der Linie 21 (Fig. 2) angeordneten Düsen 11b bis 19b einen Seitenversatz infolge ihrer Größe aufweisen müssen. Dieser Seitenversatz ist unumgänglich, da die Antriebselemente stets einen größeren Flächenbedarf als die Düsen beanspruchen. Dieser Seitenversatz ist bei Kopfformen mit kreisförmig angeordneten Antriebselementen und mit in einer Linie liegenden Düsen besonders groß.

Eine solche Anordnung hat jedoch den Vorteil, daß die Tintenzuführung zu den einzelnen kreisförmig angeordneten Kapillardruckräumen aus dem Mittelpunkt des Druckkopfes, d. h. sternförmig, erfolgen kann. Die zentrale Zuführung über einen Tintenzwischenbehälter ist sehr vorteilhaft, da dadurch ein kompakter beschleunigungsunempfindlicher Aufbau des Druckkopfes möglich ist.

Bei einer Beschleunigung des Druckkopfes in Richtung des Doppel-Pfeiles 20 treten in den Düsenkanälen 11a bis 19a Komponenten dieser Beschleunigung auf. In bekannten Druckköpfen wurden bisher bei hohen

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Beschleunigungen, ζ. B. bei Bewegungsrichtunguinkehr der Druckköpfe in den Druckvorrichtungen durch die in Kanalrichtung verlaufenden Beschleunigungskomponenten, Luftblasen über die Düsen in den Kopf eingezogen, wodurch die Funktionsfähigkeit des Druckkopfes ungünstig beeinflußt wurde, was häufig zum Aussetzen des Betriebes führte.

Des weiteren wurde festgestellt, daß die Größe der in den einzelnen Kanälen in Kanalrichtung wirkenden Komponente unterschiedlich ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die in den Kanälen 12a und 17a in Kanalrichtung auftretende Komponente am größten, während sie in dem Kanal 15a am geringsten, d. h. praktisch null, ist.

Diese in den Kanälen 12a bis 19a unterschiedlich stark wirkenden Komponenten können gemäß der Erfindung jeweils dadurch kompensiert werden, daß die Einspeisungsstellen (11f bis 19f) der einzelnen Tintenzulaufkanäle 11c bis 19c an eine Stelle gelegt werden, die in bzw. möglichst nahe einer Ebene E liegt, die durch die Linie 21 und quer zur Bewegungsrichtung 20 des Druckkopfes verläuft.

Durch diese der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis ist es möglich, daß bei einer Rückführung der Einspeisungsstellen 11f bis 19f der einzelnen Tintenzulaufkanäle 11c bis 19c in die genannte Ebene E bewirkt wird, daß die durch die beschleunigte Bewegung des Druckkopfes 1 in Richtung 20, d. h. quer bzw. rechtwinklig zu der Ebene E in den Düsenkanälen 11a bis 19a und den Tintenζulaufkanälen 11c bis 19c entstehenden Massenkräfte der Tinte jeweils gerade so groß sind, daß Kräfte in paarweise zueinandergehörigen Kanälen, z. B. 11a/11c, im zugeordneten Druckraum 11c gleiche, sich also kompensierende Drücke hervorrufen.

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Das der Erfindung zugrundeliegende Kompensationsprinzip ist allgemein in der Physik unter dem "Prinzip der kommunizierenden Röhren" bekannt, so daß sich auf einfache Weise mit Hilfe der allgemein bekannten trigonometrischen Funktionen die einzelnen in den Kanälen bzw. Leitungen wirkenden Beschleunigungskräfte und deren Kompensation berechnen lassen.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Einspeisungssteilen 11f bis 19f der Tintenzulaufkanäle 11c bis 19c nicht vollständig bis zu der genannten Ebene zurückgeführt, da die Dimension der Kammer 8 in Bewegungsrichtung 20 des Druckkopfes 1 eine bestimmte Größe aufweißen muß. Je schmäler jedoch die Kammer in Richtung des Teiles 20 ist, je vollständiger ist die Kompensation. Der in der Kammer 8 jeweils erforderliche Flüssigkeitsraum kann durch eine entsprechende Vertiefung der Kammer in den Druckkopf 1 hinein und durch eine entsprechende Wahl der Länge der Kammer quer zur Richtung des Pfeiles 20, d. h. in Richtung der Linie 21 bzw. zwischen dem Zulauf 10 und dem Element 15, entsprechend vergrößert werden.

Bei besonders hohen Anforderungen an die Beschleunigungsfestigkeit eines Druckkopfes wird deshalb die Breite der Kammer 8 im Zentrum der kreisförmig angeordneten Elemente 11 bis 19 so klein zu wählen sein, daß der dadurch zu bildende Raum nicht mehr als Zwischenbehälter mit Luftblase dienen kann, sondern lediglich als gemeinsamer Zulauf, d. h. Verteilerraum, in Form eines Schlitzes ausgebildet werden kann. In diesem Fall kann beispielsweise ein Zwischenbehälter mit einer Luftblase für die Dämpfung der außerhalb des Kopfes auftretenden Beschleunigungen außerhalb des

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Druckkopfes über dem genannten Schlitz angeordnet werden (nicht gezeigt). Kine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Einspeisungsstellen der Tintenzulaufkanäle zu den Kapillarräumen liegt darin, daß einzelne oder ein gemeinsamer beispielsweise rohrförmiger Zulauf für alle Kapillardruckräume verwendet werden, wobei die Zulaufstelle in diesen Fällen exakt auf die Ebene gelegt werden kann, die durch die Linie 21 und quer zur Bewegungsrichtung 20 des Druckkopfes 1 verläuft (ebenfalls nicht gezeigt).

Wie bereits dargelegt, ist die Ausdehnung der Kammer 8 in den FIg. 1 bis 3 zwischen dem gemeinsamen Zulauf 10 und dem Element 15 nicht kritisch, da in dem Element -15 bzw. in dem Düsenkanal 15a und dem Tintenzulaufkanal 15c bei einer Bewegung des Druckkopfes 1 in Richtung des Teiles 20 keine Beschleunigungskomponente entsteht, die in Richtung des Kanals 15a bzw. 15c wirkt. Erst bei einer Abweichung der Kanalrichtungen von 90 , bezogen auf die Bewegungsrichtung 20 des Druckkopfes, entstehen in den Kanälen die genannten Beschleunigungen, die dann durch die entsprechende gemäß der Erfindung ausgebildete Führung der Tintenzulaufkanäle bzw. die erfindungsgemäße Anordnung der Einspeisungsstellen in oder in der Nähe der Ebene E kompensiert werden.

ELn Vergleich der Fig. 2 und 3 ergibt, daß, wie bereits vorangehend dargelegt, die Kompensation der Beschleunigungen in den Kanälen besser wird, je geringer die Breite (Fig. 3) der Kammer in Richtung der Bewegung 20 des Druckkopfes ist, wobei der erforderliche Raumbedarf der Kammer durch eine entsprechende Vergrößerung der Dimension zwischen dem Zulauf 10 und dem Element 15 und der Vertiefung in den Druckkopf 1 hinein ausgeglichen werden kann. Wie aus

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Fig. 3 hervorgeht, werden bei Schmälerwerden der Kammer die Einspeisungsstellen 12f und 1 7f der Tintenzulaufkanäle 12c und 17c immer mehr zu der Ebene E hin verschoben. Mit schmäler werdender Kammer 8 (Fig. 3) wird somit die Kompensationswirkung verbessert. Dabei ist die Kompensationswirkung stets unabhängig von dem Winkel zwischen einem Düsenkanal und dem zugeordneten Tintenzulaufkanal.

Wie bereits dargelegt, wird der Kanal 15a für das Element 15 und der Tintenzulaufkanal 15c (Fig. 3 und Fig. 1) im rechten Winkel, d. h. quer zur Bewegungsrichtung 20 des Druckkopfes, geführt, so daß weder im Kanal 15a noch im Tintenzulaufkanal 15c in Kanalrichtung wirkende Beschleunigungen auftreten können.

Durch die erfindungsgemäße Rückführung der Tintenzulaufkanäle in eine Ebene, die quer zur Bewegungsrichtung des Druckkopfes und durch die Linie der Düsen verläuft, wird eine erhebliche Verbesserung der Beschleunigungsfestigkeit des Druckkopfes erzielt, da die infolge der Beschleunigung in den Tintenkanälen auftretenden Massenkräfte einander im Kapillardruckraum sich kompensierende Drücke erzeugen.

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COPY

Claims

NCR CORPORATION Dayton, Ohio (V.St.A.)

Patentanmeldung

Unser Az.: Case /GER (A-71)

TINTENSTRAHLDRUCKKOPF

Patentansprüche;

1. Tintenstrahldruckkopf aus mehreren an der kleineren Fläche des vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildeten Druckkopfes in einer Linie austretenden Düsen, die jeweils über Düsenkanäle mit auf der gegenüberliegenden größeren Fläche unter Antriebselementen kreisförmig angeordneten Kapillardruckräumen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungsstellen (11f bis 19f) der Tintenzulaufkanäle (11c bis 19c) für die Kapillardruckräume (11e bis 19e) in bzw» möglichst nahe einer durch die genannte Linie (21) und quer zur Bewegungsrichtung (20) des Druckkopfes (1) verlaufenden Ebene (E) liegen, so daß die in den Düsenkanälen (Ha bis 19a) und in den Tintenzulaufkanälen (11c bis 19c) entstehende Beschleunigung zu gleich großen Drücken führen, welche sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren an ihrer Verbindungsstelle (Druckräume 11e bis 19e) kompensieren.

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2. Tintenstrahl-druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungsstellen (11f bis 19f) der Tintenzulaufkanäle (11c bis 19c) in einen im Druckkopf (1) integrierten Zwischenbehälter (8) münden, dessen Ausdehnung in der genannten Ebene (E) größer als die Ausdehnung in Bewegungsrichtung (20) ist.

3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbehälter (8) die Form eines länglichen Quaders aufweist.

4. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbehälter (8) eine oberhalb der Kapillardruckräume liegende Luftblase (6) enthält, in die über eine Zuleitung (10) von einem Vorratsbehälter Tinte in den Zwischenbehälter (8) zugeführt wird.

5. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über allen Kapillardruckräumen (1Ie bis 19e) eine gemeinsame Membrane (5) angeordnet ist.

6. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß der Druckkopf (1) aus einem kegelstumpfförmig gegossenen Kunststoffteil besteht, in das eine Düsenplatte (4) eingegossen ist.

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7. Txntenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisestellen zu den Kapillardruckräumen mit einem schmalen längs der genannten Ebene liegenden Vertexlerrraum verbunden sind, in den eine Tintenversorgungsleitung von einem Zwischenbehälter mündet.

8. Txntenstrahldruckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbehälter außerhalb am Druckkopf angeordnet ist.

9. Txntenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisestellen mit einer oder mehreren in der genannten Ebene liegenden kreisförmigen Tintenversorgungsleitungen verbunden sind.

10. Tintenstrahldrucker mit einem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche ausgebildeten Druckkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf auf einem in Zeilenrichtung eines zu bedruckenden Aufzeichnungsträgers bewegbaren Schlitten angeordnet ist.

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