DE2808275C2

DE2808275C2 - Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE2808275C2
Application number: DE2808275A
Authority: DE
Inventors: Leonhard 8901 Stadtbergen Bader; Frank Dr.-Ing. Gießner; Helmut Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Weber
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1978-02-27
Publication date: 1983-03-10
Also published as: FR2418087B1; GB2014913A; GB2014913B; FR2418087A1; DE2808275A1; JPS54123954A; US4376284A; CA1126085A

Description

Die Erfindung betrifft einen TLtenstrahldruckkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Tintenstrahldruckköpfe dieser Art sind gewöhnlich in Druckvorrichtungen auf Wagen angeordnet, die in einer Richtung quer zur Förderrichtung des zu bedruckenden Aufzeichnungsträgers bewegbar sind. Während der Bewegung des Druckkopfs werden Tintentröpfchen durch geeignet, angeordnete Düsen mittels Druckbetätigungsvorrichtungen ausgestoßen, welche normalerweise getrennt steuerbare piezoelektrische Kristallplättchen aufweisen, die in den Kapillardruckräumen beispielsweise derart angeordnet sind, daß auf dem Aufzeichnungsträger alphanumerische Zeichen gedruckt werden können.

Ein Mehrdüsendruckkopf dieser Art ist in der DE-OS 22 62 106 beschrieben. Fig. 3 dieser Druckschrift zeigt einen Druckkopf mit einem darin zentral angeordneten Tintenbehälter, der eine geneigte Wand besitzt, in die sich die radial erstreckenden Tintenzuführkanäle öffnen.

Die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise eines Tintenstrahldruckers hängt zum großen Teil davon ab, wie beschleunigungsempfindlich sein Druckkopf ist Ein Nachteil des eben beschriebenen Druckkopfs besteht darin, daß infolge der Form seines Tintenbehälters und der Anordnung der Tintenzuführkanäle, die sich in diesen öffnen, der Druckkopf sehr empfindlich für Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte ist, die durch die Bewegungsumkehr des Druckkopfes am Beginn und Ende der Druckzeilen hervorgerufen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf zu schaffen, bei dem Druckschwankungen, die im Druckkopf infolge Beschleunigungen und Verzögerungen auftreten, kompensiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß erfüllt, durch einen Druckkopf mit den Merkmalen des Kennzeichen des Patentanspruchs;,

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprflchen gekennzeichnet

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, daß, wenn die Zuführungsenden der Tintenzuftthrungskanäje in bzw. möglichst nahe derjenigen Ebene liegen, die sich durch dta Düsenlinie erstreckt und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Druckkopfs verläuft, der in einen Düsenkanal und dem zugeordneten Tintenkanal durch Beschleunigung oder Verzögerung des Druckkopfs erzeugte Druck kompensiert wird, gemäß dem Prinzip der kommunizierenden Röhren und zwar am Verbindungspunkt d. h, in den entsprechenden Kapillardruckräumen.

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

F:g. 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 II-II; und

Fig.3 eine Schnittdarstellung durch den Tintenstrahldruckkopf gemäß Fig. 1 entlang der Linie IH-IIL 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 F i g. 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 kegelstumpfförmige 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.

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 3 an dem Druckkopf 1 vorbeibewegt werden, so daß durch die Bewegung des Druckkopfes 1 in Zeilenrich-

iung, d,h, quer zur Tr»nsportriohtuflg des Aufzeichnungsträgers, 4er Aufzeichnungsträger mit Informationen bedruckt werden kann.

An der größeren der einander gegenüberliegenden Flachen des Druckkopfes sind kreisförmig Druckelemente It₁12,13,14, 15_r 16,17,18 und 19 angeordnet. Anstelle der gezeigten neun Elemente können auch eine größere oder kleinere Zahl verwendet werden. Die Druckelemente 11 bis IS bestehen aus in dem gegossenen Kvaiststoffkörper des Druckkopfes 1 kreisförmig angeordneten Kapillardruckräumen lift 12e, 13e, 14e, 15e, I6e, 17e, 18e und 19e. Diese Kapillardruckräume He bis 19e werden durch eine gemeinsame die gesamte größere Fläche bedeckende Membrane 5 hermetisch abgeschlossen. Ober den einzelnen Kapillardruckräumen ilebis 19esind jeweils auf der gemeinsamen Membrane 5 elektrisch ansteuerbare Piezo-Kristalle lief 12413414dl 154164174184 und 19d angeordnet Die den Kapillardruckräumen He bis 19e gegenüberliegenden in einer eingegossenen Düsenplatte 4 vorgesehenen Düsen lift 126,136,146, 156, \%b, 176, 186 und 196 sind übereinander entlang einer Linie 21 (Fi g. 2) angeordnet Die Linie 21, entlang der die Düsen 116 bis 196 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 114 bis 194 können in allgemein bekannter Weise aus den Düsen 116 bis 196 Tropfen ausgestoßen werden, die auf dem diesen gegenüberliegenden Aufzeichnungsträger 2 Druckmuster bilden. Die Düsen 116 bis 196 sind mit den diesen jeweils zugeordneten Kapillardruckräumen Ilebis 19c über Düsenkanäle lla, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a und 19a verbunden.

Die Tintenversorgung der Kapillardruckräume He bis 19e erfolgt jeweils über separate Tintenzulaufkanäle Hc, 12c; 13c; 14c; 15c; 16c; 17c; 18c und 19c Die Einspeisungsstellen Uf, \2f, 13/, 14/, YSf, 16/J17* 18/und 19/der Tintenzulaufkanäle Uc bis 19c liegen an einer etwa im Zentrum der Elemente 11 bis 19 in dem Druckkopf 1 integrierten Kammer 8. In den Fig. 1, 2 und 3 sind direkt nur die Einspeisungsstellen \%f, YIf, 18* 19/sowie 12/und 15/sichtbar. Die Kammer 8 dient als Tintenzwischenbehälter und ist teilweise mit Tinte 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 Uf bis 19/ 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 (F i g. 2) angeordneten Düsen 116 bis 196 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 ai den einzelnen kreisförmig angeordneten Kapillardruckräumen aus dem Mittelpunkt des Druckkopfes d, h, sternförmig, erfolgen kann. Die zentrale Zuführung Ober einen Tintenzwischenbehilter ist sehr vorteilhaft, da dadurch ein kompakter,

nahezu beschleunigungsunempfindlicher Aufbau des Druckkopfes möglich ist.

Bei einer Beschleunigung des Druckkopfes 1 in Richtung des Doppel-Pfeiles 20 treten in den Düsenkanälen Ha bis 19a Komponenten dieser Beschleunigung ο auf. In bekannten Druckköpfen wurden bisher bei hohen Beschleunigungen, z. B. bei Bewegungsrichtungumkehr 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

μ Komponente unterschiedlich ist Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die in den Kanälen 12a, 13a und 17a, 18a, in Kanalrichtung auftreten,^ Komponente am größten, während sie in dem Kanal läa am geringsten, d. h. praktisch null, ist

Dieses in den Kanälen 12a bis 19a unterschiedlich stark wirkenden Komponenten können gemäß der Erfindung jeweils dadurch kompensiert werden, daß die Einspeisungsstellen (11/bis i9f)aer einzelnen Tintenzulaufkanäle Ilebis 19c an eine Stelle gelegt werden, die in bzw. möglichst nahe einer Ebene fliegt, die durch die

Linie 21 und quer zur Bewegungsrichtung 20 des Druckkopfes verläuft und der Schnittebene der Fig.2

entspricht

Durch diese der Erfindung zugrunde liegende

Erkenntnis ist es möglich, daß bei einer Rückführung der Einspeisungsstellen 11/bis 19/der einzelnen Tintenzulaufkanäle Ilebis 19c in die genannte Ebene £ bewirkt wird, daß die durch die beschleunigte Bewegung des Druckkopfes 1 in Richtung 20, d.h. quer bzw. rechtwinklig zu der Ebene fin den Düsenkanäkn Ha bis 19a und den Tmtenzulaufkanälen Hc bis 19c entstehenden Massenkräfte der Tinte jeweils gerade so groß sind, daß Kräfte in paarweise zueinandergehörigen Kanälen, z. B. 11 a/l Ic, im zugeordneten Druckraum Hc gleiche, sich also kompensierende Drücke hervorrufen. Das der Erfindung zugrunde liegende Kompensationsprinzip ist allgemein in der Physik unter dem »Prinzip der kommunizierenden Röhren« bekannt so daß sich auf einfache Weise mit Hilfe der allgemein

so bekannten trigonometrischen Funktionen die einzelnen in den Kanälen bzw. Leitungen wirkenden Beschleunigungskräfte und deren Kompensation berechnen lassen. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Einspeisungsstellen H/bis 19/der Tintenzulaufkanäle H c üis 19c nicht vollständig bis zu der genannten Ebene zurückführt, da die Dimension der Kammer 8 in Bewegungsrichtung 20 des Druckkopfes 1 eine bestimmte Größe aufweisen muß. Je schmäler jedoch die Kammer 8 in Richtung des Pfeiles 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 d<ir 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, e-tsprechend 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 Druckkopfes über dem genannten Schlitz angeordnet werden (nicht gezeigt). Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Einspeisungsstellen derTintenzulaufkanäle 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 15cbei 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, 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 Ekompensiert werden.

Ein Vergleich der F i g. 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 Fig.3 hervorgeht, werden bei Schmälerwerden der Kammer 8 die Einspeisungsstellen 12/ und Vf der Tintenzulaufkanäle 12c und 17c immer mehr zu der Ebene E hin vei schoben. Mit schmäler werdender Kammer 8 (F i g. 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 (F i g. 3 und Kig. 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1, Tintenstrahldruckkopf aus mehreren an der kleineren Flache des vorzugsweise kegelsturopfförmjg ausgebildeten Druckkopfes in einer Geraden austretenden Düsen, die Ober entsprechende Düsenkanäle mit auf der gegenüberliegenden größeren Fläche des Druckkopfs kreisförmig angeordneten Kapillardruckräumen verbunden sind, und mit einem innerhalb des Druckkopfs angeordneten Tintenbehälter zum Zuführen von Tinte zu jedem Kapillardruckraum über einen entsprechenden, sich radial erstreckenden Tintenzuführkanal, derart, daß bei Erregung eines Betätigungselements eines ausgewählten Kapillardruckraums ein Tintentropfen durch die diesem zugeordnete Düse ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Tintenbehälter die Einspeisungsstellen (11/— t9f) aller Tintenzuführkanäle (lic— 19c) in bzw. möglichst nahe einer Ebene (E) liegen, die durch die genannte,C-erade (21) senkrecht zur Bewegungsrichtung (20) iäcs Druckkopfs (1) verläuft

2Γ Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenbehälter (8) eine Ausdehnung in der genannten Ebene (EJbesltzt, die größer ist als ihre Ausdehnung in der Bewegungsrichtung (20).

3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenbehälter (8) die Form eines länglichen Blockes besitzt, der sich parallel zu der Geraden erstreckt