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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet digital gesteuerter
Druckvorrichtungen und insbesondere auf kontinuierlich arbeitende
Tintenstrahldrucker, bei denen der flüssige Tintenstrom in Tropfen
aufgebrochen wird, von denen einige selektiv umgelenkt werden.
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Der
digital gesteuerte Druck wird herkömmlicherweise mittels einer
von zwei Technologien bewerkstelligt. Bei der ersten, allgemein
als "Drop-on-demand"-Tintenstrahldruck
(DOD-Druck) bezeichneten Technologie werden Tintentropfen zum Aufbringen
auf ein Aufzeichnungsmedium mittels eines (thermischen, piezoelektrischen,
usw.) Druckbetätigungselements
erzeugt. Die selektive Aktivierung des Betätigungselements bewirkt die
Ausbildung und das Ausstoßen
eines fliegenden Tintentropfens, der den Abstand zwischen dem Druckkopf
und dem Druckmedium überwindet
und auf das Druckmedium auftrifft. Die Druckbilder werden dadurch
erzeugt, dass man die Ausbildung einzelner Tintentropfen so steuert,
wie dies für
die Erzeugung des gewünschten Bildes
erforderlich ist. Ein geringfügiger
Unterdruck in jedem Kanal verhindert normalerweise, dass die Tinte
ungewollt aus der Düse
austritt, und sorgt außerdem
für die
Ausbildung eines leicht konkaven Meniskus an der Düse, was
dazu beiträgt,
die Düse
sauber zu halten.
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Bei
herkömmlichen
DOD-Tintenstrahldruckern wird der Tintenstrahl-Tropfen an den Düsen des
Druckkopfs mittels eines Druckbetätigungselements erzeugt. Normalerweise
verwendet man hierzu eine von zwei Arten von Betätigungselementen, d.h. thermische
oder piezoelektrische Betätigungselemente.
Bei thermischen Betätigungselementen heizt
ein an geeigneter Position angeordnetes Heizelement die Tinte auf,
wodurch eine bestimmte Menge der Tinte die Phase ändert und
den Zustand einer gasförmigen
Dampfblase annimmt, wodurch der innere Tintendruck so stark steigt,
dass ein Tintentropfen ausgestoßen
wird. Bei piezoelektrischen Betätigungselementen
wird ein elektrisches Feld an ein piezoelektrisches Material angelegt,
dessen Eigenschaften eine mechanische Spannung im Material erzeugen,
wodurch ein Tintentropfen ausgestoßen wird. Die am häufigsten
hergestellten piezoelektrischen Materialien sind Keramikmaterialien,
etwa Bleizirconattitanat, Bariumtitanat, Bleititanat und Bleimetaniobat.
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Die
zweite Technologie, üblicherweise "Dauerstrom"- oder "kontinuierlicher" Tintenstrahldruck genannt,
arbeitet mit einem unter Druck stehenden Tintenvorrat, der einen
kontinuierlichen Strom von Tintentropfen erzeugt. Bei herkömmlichen
kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern sind elektrostatische
Ladeeinrichtungen in der Nähe
des Punkts angeordnet, an dem ein Strahl der Arbeitsflüssigkeit
in einzelne Tintentropfen aufbricht. Die Tintentropfen werden elektrisch
geladen und dann durch Ablenkelektroden mit hoher Potentialdifferenz
auf eine gewünschte
Position gerichtet. Soll der Tropfen nicht drucken, wird er in einen
Tintenauffangmechanismus (Auffang-, Abfangeinrichtung, Rinne, usw.)
gerichtet und entweder in den Prozess zurückgeführt oder entsorgt. Soll der
Tropfen drucken, wird er nicht umgelenkt, so dass er auf ein Aufzeichnungsmedium
auftreffen kann. Alternativ ist es auch möglich, umgelenkte Tintentropfen
auf das Aufzeichnungsmedium auftreffen zu lassen, während die
nicht umgelenkten Tintentropfen im Auffangmechanismus gesammelt werden.
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US-A-1
941 001, erteilt am 26. Dezember 1933 an Hansell, und US-A-3 373
437, erteilt am 12. März
1968 an Sweet et al., beschreiben jeweils eine Anordnung kontinuierlich
arbeitender Tintenstrahldüsen,
bei der zu druckende Tintentropfen selektiv geladen und in Richtung
des Aufzeichnungsmediums umgelenkt werden. Diese Technik ist als
kontinuierliche Tintenstrahltechnik mit binärer Ablenkung bekannt.
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US-A-3
878 519, erteilt am 15. April 1975 an Eaton, beschreibt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Synchronisieren der Tropfenausbildung in
einem Flüssigkeitsstrom
durch elektronische Umlenkung mittels eines Ladetunnels und Ablenkplatten.
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US-A-4
346 387, erteilt am 24. August 1982 an Hertz, beschreibt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung der elektrischen Ladung von Tropfen,
die durch Aufbrechen eines unter Druck stehenden Flüssigkeitsstroms
an einem Tropfenausbildungspunkt gebildet werden, der in dem einen
elektrischen Potentialgradienten aufweisenden elektrischen Feld
liegt. Die Tropfenausbildung erfolgt an einem Punkt des Feldes,
der der gewünschten
vorgegebenen Ladung ent spricht, die am Punkt der Tropfenausbildung
an die Tropfen angelegt werden soll. Neben Ladetunnels werden für die tatsächliche
Ablenkung der Tropfen Ablenkplatten verwendet.
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US-A-4
638 328, erteilt am 20. Januar 1987 an Drake et al., beschreibt
einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf, bei dem
durch eine Vielzahl von Düsen
geleitete Tintenströme
mittels konstanter Wärmeimpulse
so bewegt werden, dass die Tintenströme in einem festen Abstand
von den Düsen
zu Tropfen aufgebrochen werden. An diesem Punkt werden die Tropfen
dann einzeln mittels einer Ladeelektrode geladen und mittels in
der Bewegungsbahn der Tropfen vorgesehener Ablenkplatten umgelenkt.
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Da
herkömmliche
kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker mit elektrostatischen
Ladevorrichtungen und Ablenkplatten arbeiten, erfordern sie zahlreiche
Komponenten und im Betrieb sehr viel Platz. Dies führt zu komplizierten
kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckköpfen und Druckern mit hohem
Energiebedarf, die schwierig herzustellen und schwer zu steuern
sind.
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US-A-3
709 432, erteilt am 9. Januar 1973 an Robertson, beschreibt ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Stimulieren eines Strahls einer
Arbeitsflüssigkeit,
wobei die Arbeitsflüssigkeit
durch Einsatz von Wandlern in gleichmäßig beabstandete Tintentropfen
aufgebrochen wird. Die Länge
der Strahlen vor dem Aufbrechen in Tropfen wird durch Steuerung der
den Wandlern zugeführten
Stimulationsenergie geregelt, wobei eine Stimulierung mit hohen
Amplituden zu kurzen Strahlen und geringe Amplituden zu langen Strahlen
führen.
An einem Punkt zwischen den Enden der langen und der kurzen Strahlen
wird ein Luftstrom quer zur Bewegungsbahn der Flüssigkeit erzeugt. Der Luftstrom
beeinflusst die Bewegungsbahnen der Strahlen, bevor sie in Tropfen
aufbrechen, stärker
als die Bewegungsbahnen der Tintentropfen selbst. Durch Steuerung
der Strahlenlänge
können
so die Flugbahnen der Tintentropfen gesteuert oder von einer Bahn
in eine andere umgelenkt werden. Auf diese Weise können einige
Tintentropfen in eine Auffangrichtung gelenkt, andere auf ein Aufzeichnungsmedium
aufgebracht werden.
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Dieses
Verfahren beruht nicht auf elektrostatischen Mitteln zur Beeinflussung
der Flugbahn der Tropfen, sondern auf der präzisen Steuerung der Aufbrechpunkte
der Strahlen und der Positionierung des Luftstroms zwischen diesen
Aufbrechpunkten. Ein System dieser Art ist schwer zu steuern und
herzustellen. Außerdem
ist der physische Abstand bzw. die Trennung zwischen den beiden
Tropfenbahnen nur klein, was die Steuerung und die Herstellung weiter
erschwert.
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US-A-4
190 844, erteilt am 26. Februar 1980 an Taylor, beschreibt einen
kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker mit einer ersten
Druckluft-Ablenkeinrichtung zum Ablenken nicht druckender Tintentropfen
zu einer Auffangeinrichtung und einer zweiten Druckluft-Ablenkeinrichtung,
die die druckenden Tintentropfen in Schwingungen versetzt. Dabei
tritt aus einem Druckkopf ein Strom einer Arbeitsflüssigkeit aus,
der in einzelne Tintentropfen aufbricht. Die Tintentropfen werden
dann mittels einer ersten Druckluft-Ablenkeinrichtung, einer zweiten
Druckluft-Ablenkeinrichtung oder beider Einrichtungen selektiv abgelenkt.
Die erste Druckluft-Ablenkeinrichtung
ist eine solche mit zwei Zuständen,
d.h. "ein/aus" oder "offen/geschlossen", bei der eine Membran
eine Düse
in Abhängigkeit
von einem oder zwei getrennten elektrischen Signalen, die sie von
einer zentralen Steuereinheit erhält, entweder öffnet oder
schließt. Dadurch
wird bestimmt, ob der Tintentropfen gedruckt oder nicht gedruckt
wird. Die zweite Druckluft-Ablenkeinrichtung
arbeitet kontinuierlich und weist eine Membran auf, die in Abhängigkeit
von einem sich verändernden
elektrischen Signal, das sie von der zentralen Steuereinheit erhält, den Öffnungsgrad
einer Düse
bestimmt. Dadurch werden die druckenden Tintentropfen in Schwingungen
versetzt, so dass Zeichen jeweils einzeln gedruckt werden können. Wird
nur die erste Druckluft-Ablenkeinrichtung eingesetzt, werden die
Zeichen zeilenweise erzeugt und durch wiederholte Durchgänge des
Druckkopfs aufgebaut.
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Dieses
Verfahren beruht nicht auf elektronischen Mitteln zur Beeinflussung
der Bewegungsbahn der Tropfen, sondern auf der präzisen Steuerung
und dem präzisen
Timing der ersten Druckluft-Ablenkeinrichtung
("offen/geschlossen") für die Erzeugung
der druckenden und der nicht druckenden Tintentropfen. Ein solches
System ist schwer herzustellen und präzise zu steuern, was zumindest
zu dem vorstehend besprochenen Aufbau von Tintentropfen führt. Außerdem ist
die physische Trennung bzw. der Abstand zwischen den beiden Tropfenbahnen
wegen des erforderlichen präzisen
Timings unbeständig,
was die Schwierigkeit der Steuerung von druckenden und nicht druckenden
Tintentropfen erhöht
und zu einer schlechten Kontrolle der Tintentropfen-Flugbahn führt.
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Darüber hinaus
führt die
Verwendung zweier Druckluft-Ablenkeinrichtungen zu einem komplizierteren
Aufbau des Druckkopfs und zu einer größeren Anzahl von Komponenten.
Die zusätzlichen
Komponenten und der komplizierte Aufbau erfordern sehr viel Platz
zwischen dem Druckkopf und dem Medium und verlängern damit die Tintentropfen-Flugbahn. Die
Verlängerung
der Tintentropfen-Flugbahn vermindert jedoch die Platzierungsgenauigkeit
des Tropfens und damit die Qualität des gedruckten Bildes. Auch
hier besteht ein Bedarf, die Länge
der Flugbahn, die der Tropfen zurücklegen muss, bevor er auf das
Druckmedium auftrifft, zu minimieren, wenn man Bilder hoher Qualität erhalten
will.
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US-A-6
079 821, erteilt am 27. Juni 2000 an Chwalek et al., beschreibt
einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker, bei dem durch
Betätigung
asymmetrischer Heizelemente aus einem Strahl einer Arbeitsflüssigkeit
einzelne Tintentropfen gebildet und umgelenkt werden. Dabei weist
ein Druckkopf einen unter Druck stehenden Tintenvorrat sowie ein
asymmetrisches Heizelement auf, durch dessen Betätigung druckende und nicht
druckende Tintentropfen erzeugt werden können. Druckende Tintentropfen
bewegen sich entlang einer Flugbahn für druckende Tintentropfen und
treffen schließlich auf
ein Aufzeichnungsmedium auf, während
nicht druckende Tintentropfen sich entlang einer Flugbahn für nicht
druckende Tintentropfen bewegen und schließlich auf eine Auffangoberfläche auftreffen.
Die nicht druckenden Tintentropfen werden durch einen in der Auffangeinrichtung
ausgebildeten Kanal zum Abtransport der Tinte in den Prozess zurückgeführt oder
entsorgt. Diese Vorrichtung arbeitet bei Einsatz für ihren
beabsichtigten Verwendungszweck zwar außerordentlich gut, der Tropfenablenkwinkel
ist aber relativ klein.
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US 4 068 241 A beschreibt
ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät, mit dem große und kleine Tropfen
in einem abwechselnden Muster erzeugt werden können. Wird ein aus einer Düse ausgestoßener Tintenstrahl
mechanischen Vibrationen einer bestimmten Stärke ausgesetzt, bewegt sich
die Spitze des Tintenstrahls synchron zur Vibration und löst sich
in zwei unterschiedliche Arten von Tintentropfen auf, nämlich abwechselnd
relativ großen
und relativ kleinen. Das Tintenstrahlgerät ist derart aufgebaut, dass
große
Tintentropfen auf ihrer Bewegungsbahn abgefangen werden, so dass
sie nicht auf eine Aufzeichnungsfläche gelangen können. Kleine,
für den Druck
nicht benötigte
Tropfen werden durch Variieren der Stärke der Vibration mit den großen Tropfen
vereinigt.
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US 6 203 150 B1 beschreibt
eine Flüssigkeitssammelvorrichtung.
Die Flüssigkeitssammelvorrichtung
besteht aus einer Flüssigkeitssammeleinrichtung
und einer Flüssigkeitsleitung
zum Ableiten der Flüssigkeit
aus der Flüssigkeitssammeleinrichtung.
Zwischen der Flüssigkeitssammeleinrichtung und
der Flüssigkeitsleitung
ist eine poröse
Flüssigkeits-Absorptionseinrichtung
angeordnet. Eine Pumpe pumpt die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsleitung und
erzeugt in dieser einen Druck, der ausreicht, Flüssigkeit durch die Flüssigkeitssammeleinrichtung anzusaugen,
der aber nicht ausreicht, eine Gas/Flüssigkeits-Fläche durch
die Flüssigkeits-Absorptionseinrichtung
hindurch anzusaugen.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Tintenstrahldruckkopf
mit verbesserten Tintentropfen-Umlenkwinkeln und verbesserten Möglichkeiten
zum Entfernen nicht zu druckender Tintentropfen bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch die in den beiliegenden Ansprüchen definierte
Erfindung erreicht.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht des Druckkopfs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2(a)–2(f) eine Frequenzsteuerung eines in der
bevorzugten Ausführungsform
gemäß 1 verwendeten
Heizelements;
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3 eine
Querschnittsansicht eines Tintenstrahldruckers gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung eines Tintenstrahldruckers gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
schematische Darstellung eines Tintenstrahldruckers gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Beschreibung richtet sich insbesondere auf jene Elemente, die Teil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind oder direkter mit ihre zusammenwirken. Es versteht sich, dass
hier nicht besonders dargestellte oder beschriebene Elemente in
unterschiedlicher, dem Fachmann bekannter Art ausgebildet sein können.
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In 1 ist
eine Druckvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Die Druckvorrichtung 10 umfasst
einen Druckkopf 12, mindestens einen Tintenvorrat 14 und eine
Steuerung 16. Wenn auch die Druckvorrichtung 10 der
Klarheit halber nur schematisch und nicht maßstabsgerecht dargestellt ist,
wird es für
den Fachmann doch leicht sein, die jeweilige Größe und die Verbindungen der
Elemente der bevorzugten Ausführungsform
zu bestimmen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Druckkopf 12 mittels bekannter Halbleiter-Fertigungstechniken
(Fertigungstechniken für
CMOS-Schaltungen, Fertigungstechniken für mikro-elektromechanische
Strukturen (MEMS), usw.) aus einem Halbleitermaterial (Silikon,
usw.) hergestellt. Der Druckkopf 12 kann jedoch aus beliebigen Materialien
mittels beliebiger, dem Fachmann bekannter herkömmlicher Fertigungstechniken
hergestellt sein.
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In 1 ist
zu erkennen, dass an dem Druckkopf 12 mindestens eine Düse 18 ausgebildet ist.
Zwischen der Düse 18 und
dem Tintenvorrat 14 besteht eine Flüssigkeitsverbindung in Form
eines ebenfalls im Druckkopf 12 ausgebildeten Tintenkanals 19.
Der Druckkopf 12 kann noch weitere Tintenvorräte in der
Art des Tintenvorrats 14 und entsprechende Düsen 18 aufweisen,
um einen Farbdruck mit drei oder mehr Tintenfarben zu ermöglichen.
Außerdem
ist mittels des einen Tintenvorrats 14 und der Düse 18 ein
Schwarz/Weiß-Druck
oder ein Einfarbendruck möglich.
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Angrenzend
an die Düse 18 ist
ein Mechanismus 21 zum Ausbilden von Tropfen vorgesehen. Bei
dieser Ausführungsform
besteht der Mechanismus 21 zum Ausbilden von Tropfen aus
einem Heizelement 20. Allerdings kann der Mechanismus 21 zum
Ausbilden von Tropfen auch aus einem piezoelektrischen Betätigungselement,
einem thermischen Betätigungselement,
usw., bestehen.
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Das
Heizelement 20 ist am Druckkopf 12 zumindest teilweise
um eine entsprechende Düse 18 herum
ausgebildet oder angeordnet. Die Anordnung des Heizelements 20 in
einem radialen Abstand vom Rand der entsprechenden Düse 18 ist
zwar möglich, vorzugsweise
wird das Heizelement 20 jedoch dicht an der entsprechenden
Düse 18 konzentrisch
angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement 20 im
Wesentlichen kreisförmig oder
ringförmig
ausgebildet. Das Heizelement 20 kann jedoch auch in Form
eines Teils eines Rings, Quadrats, usw., ausgebildet sein. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Heizelement 20 ein über Leiter 24 mit
elektrischen Kontaktflecken 22 elektrisch verbundenes elektrisches
Widerstandsheizelement.
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Die
Leiter 24 und die elektrischen Kontaktflecke 22 können zumindest
teilweise am Druckkopf 12 ausgebildet oder angebracht sein
und stellen die elektrische Verbindung zwischen der Steuerung 16 und
dem Heizelement 20 her. Alternativ kann die elektrische
Verbindung zwischen der Steuerung 16 und dem Heizelement 20 auch
in jeder anderen bekannten Weise hergestellt werden. Ferner kann
die Steuerung 16 eine relativ einfache Einrichtung (eine Stromversorgung
für das
Heizelement 20, usw.) oder eine relativ komplexe Vorrichtung
(logische Steuerung, programmierbarer Mikroprozessor, usw.) sein und
zahlreiche Komponenten (Heizelement 20, Tropfen bildender
Mechanismus 10, usw.) in der gewünschten Weise steuern.
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In 2 sind Beispiele der von der Steuerung 16 an
das Heizelement 20 übermittelten
elektrischen Aktivierungs-Kurvenformen dargestellt. Grundsätzlich ergibt
eine hohe Aktivierungsfrequenz des Heizelements 20 Tropfen 26 kleinen
Volumens, während
eine niedrige Aktivierungsfrequenz des Heizelements 20 Tropfen 28 großen Volumens
ergibt. Entsprechend der jeweiligen Anwendung können großvolumige Tropfen 28 oder
kleinvolumige Tropfen 26 zum Drucken verwendet werden,
während
kleinvolumige Tropfen 26 oder großvolumige Tropfen 28 aufgefangen
und recycelt oder abgeführt
werden.
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In 2(a) ist die elektrische Wellenform der Betätigung des
Heizelements 20 für
den Fall, dass gedruckt werden soll, schematisch dargestellt. Die durch
den Tintenausstoß aus
der Düse 18 in
Verbindung mit der Betätigung
dieses Heizelements entstehenden einzelnen großvolumigen Tropfen 28 sind
in 2(b) schematisch dargestellt. Der
Aktivierungsimpuls 32 des Heizelements 20 ist
normalerweise 0,1 bis 5 Mikrosekunden, bei diesem Beispiel 1,0 Mikrosekun den,
lang. Die Verzögerungszeit 34 zwischen den
einzelnen Aktivierungen des Heizelements 20 beträgt 42 Mikrosekunden.
In 2(c) ist die elektrische Wellenform
der Betätigung
des Heizelements 20 für
den Fall, dass nicht gedruckt werden soll, schematisch dargestellt.
Der Aktivierungsimpuls 32 ist 1,0 Mikrosekunden lang, die
Verzögerungszeit 36 zwischen
den einzelnen Aktivierungsimpulsen beträgt 6,0 Mikrosekunden. Die in 2(d) schematisch dargestellten kleinvolumigen
Tropfen 26 sind das Ergebnis der Aktivierung des Heizelements 20 mit
dieser nicht zum Drucken bestimmten Wellenform.
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2(e) zeigt eine schematische Darstellung
der elektrischen Wellenform für
die Aktivierung des Heizelements 20 bei gemischten Bilddaten,
wobei ein Übergang
von einem nicht druckenden Zustand zu einem druckenden Zustand und
zurück
zu einem nicht druckenden Zustand zu erkennen ist. In 2(f) ist der so erhaltene Tropfenstrom
dargestellt. Dabei ist natürlich
eine unabhängige
Steuerung der Aktivierung des Heizelements 20 in Abhängigkeit
von der erforderlichen und durch die entsprechende Düse 18 ausgestoßenen Tintenfarbe,
der Bewegung des Druckkopfs 12 relativ zum Druckmedium W
und dem zu druckenden Bild möglich.
Außerdem kann
das Volumen der kleinvolumigen Tropfen 26 und der großvolumigen
Tropfen 28 entsprechend den jeweiligen Druckerfordernissen,
etwa der Art der Tinte und des Druckmediums oder dem Format und
der Größe des Bildes,
eingestellt werden.
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In 3 ist
zu sehen, dass der Betrieb des Druckkopfs 12 in der Weise,
dass wie vorstehend beschrieben eine bildweise Modulation der Tropfenvolumina
erfolgt, mit einem System 39 gekoppelt ist, das die Tropfen
entsprechend ihrem Tropfenvolumen in druckende bzw. nicht druckende
Bewegungsbahnen aufteilt. Dabei wird die Tinte durch eine Düse 18 im
Druckkopf 12 ausgestoßen,
so dass ein Strahl aus Arbeitsflüssigkeit 55 entsteht,
der sich im Wesentlichen senkrecht zum Druckkopf 12 entlang
der Achse X bewegt. Der Streckenbereich, in dem der Arbeitsflüssigkeitsstrahl 55 ungestört ist,
ist mit r1 bezeichnet. Das Heizelement 20 (Mechanismus 21 zur
Ausbildung von Tropfen) wird entsprechend den Bilddaten selektiv
mit unterschiedlichen Frequenzen aktiviert, wodurch der Arbeitsflüssigkeitsstrahl 55 in
einen Strom einzelner Tintentropfen 26, 28 aufgebrochen
wird. Häufig
wachsen dabei Tropfen zu größeren Tropfen 28 zusammen.
Dieser Bereich, in dem der Strahl aufgebrochen wird und Tropfen
zusammenwachsen, ist mit r2 bezeichnet.
Dem Bereich r2 folgt der Bereich r3, in dem die Tropfenausbildung abgeschlossen
ist, so dass die Tropfen 26, 28 in dem Abstand
vom Druckkopf 12, in dem das System 39 Anwendung
findet, im Wesentlich in zwei Klassen vorliegen: Kleinen Tropfen 26 und
großen
Tropfen 28. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst das System
eine Kraft 46, die im Wesentlichen durch einen senkrecht
zur Achse X gerichteten Gasstrom erzeugt wird. Die Kraft 46 wirkt
auf einer Länge
L, die höchstens
gleich der Länge
r3 ist. Die großen Tropfen 28 weisen
eine größere Masse
und einen größeren linearen
Impuls auf als die kleinvolumigen Tropfen 26. Durch die
Einwirkung der Gaskraft 46 auf den Strom der Tintentropfen
teilen sich die Tintentropfen entsprechend ihren Tropfenvolumina
und ihrer Masse auf. Die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases kann derart eingestellt werden, dass ein ausreichend großer Abstand
D zwischen der Bewegungsbahn S der kleinen Tropfen und der Bewegungsbahn
K der großen
Tropfen entsteht und große
Tropfen 28 auf ein Druckmedium W auftreffen können, während kleine Tropfen 26 von
einer im Folgenden noch zu beschreibenden Tropfenauffangeinrichtung
aufgefangen werden. Durch geringfügige Veränderung der Position der Tropfenauffangeinrichtung
kann jedoch auch dafür
gesorgt werden, dass die kleinen Tropfen 26 auf das Druckmedium
W auftreffen und die großen
Tropfen 28 aufgefangen werden.
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Die
Größe des Abstandes
D zwischen großen
Tropfen 28 und kleinen Tropfen 26 hängt nicht nur
von deren jeweiliger Größe ab, sondern
auch von der Geschwindigkeit, Dichte und der Viskosität des die
Kraft 46 erzeugenden Gasstroms, der Geschwindigkeit und
Dichte der großen
Tropfen 28 und der kleinen Tropfen 26 und der
Länge der
Strecke (in 3 mit L bezeichnet), in der
die großen
Tropfen 28 und die kleinen Tropfen 26 mit dem
Gasstrom 46 zusammenwirken. Dabei können Gase unterschiedlicher
Dichten und Viskositäten,
etwa Luft, Stickstoff, usw. mit ähnlichen
Ergebnissen verwendet werden.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer Druckvorrichtung 10.
Hier werden aus der aus dem Druckkopf 12 im Wesentlichen
entlang der Bahn X in einem Strom ausgestoßenen Tinte großvolumige Tintentropfen 28 und
kleinvolumige Tintentropfen 26 gebildet. Eine Tropfenumlenkeinrichtung 40 weist eine
obere Kammer 42 und eine untere Kammer 44 auf,
die eine laminare Gasströmung
in der Tropfenumlenkeinrichtung 40 begünstigen. Von der Pumpe 60 kommende
Pressluft tritt in die obere, der unteren Kammer 44 gegenüberliegende
Kammer 42 ein und erzeugt eine laminare Gasströmung, wobei
sie den sich entlang der Bahn X bewegenden Tropfenstrom gegen Störungen durch
die Außenluft
schützt.
Mit der unteren Kammer 44 ist eine Saugpumpe 68 verbunden,
die die Gasströmung
ableitet. In der Mitte befindet sich die Tropfen umlenkeinrichtung 40 nahe
der Bewegungsbahn X. Durch die Einwirkung der aus der Gasströmung stammenden
Kraft 46 werden die Tintentropfen in eine Bahn S für kleine
Tropfen und eine Bahn K für
große
Tropfen aufgeteilt.
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Eine
an einer Wand der unteren Kammer 44 in der Nähe der Bahn
X angeordnete Tintenauffangeinrichtung 48 unterbricht die
Bewegungsbahn der sich entlang der Bahn S bewegenden kleinvolumigen Topfen 26,
während
die sich entlang der Bahn K für die
großvolumigen
Tropfen bewegenden großvolumigen
Tropfen 28 sich weiter in Richtung auf das Aufzeichnungsmedium
W auf der Druckwalze 58 bewegen können. Die kleinvolumigen Tropfen 26 treffen auf
das poröse
Element 50 in der Tintenauffangeinrichtung 48 auf.
Dabei kann das poröse
Element 50 aus einem Drahtsieb, einem Gewebe, gesintertem Edelstahl
oder einem keramikähnlichen
Material bestehen. Die kleinen Tropfen 26 werden durch
Kapillarkräfte
in die Hohlräume
des porösen
Materials 50 gesaugt und bilden daher keine großen Tropfen
auf der Oberfläche
des porösen
Elements 50 aus. Mit der Rückseite des porösen Elements 50 ist
eine Tintenrückgewinnungsleitung 52 verbunden,
die mit einem gegenüber
der unteren Kammer 44 geringeren Gasdruck arbeitet. Der
geringere Druck in der Leitung 52 reicht aus, die zurückzuführende Tinte
anzusaugen, ist jedoch nicht so hoch, als dass eine wesentliche Menge
Luft durch das poröse
Element 50 strömen würde. Auf
diese Weise wird die Schaumbildung in der zurückgewonnenen Tinte minimiert.
Die Tintenrückgewinnungsleitung 52 steht
ferner mit einem Rückgewinnungsbehälter 54 in
Verbindung, der die Rückgewinnung
der nicht zum Drucken verwendeten Tintentropfen mittels einer Tintenrückführleitung 56 für die spätere Wiederverwendung
erleichtert. Der Tintenrückgewinnungsbehälter 54 kann
ein offenzelliges Schwamm- oder Schaummaterial 64 aufweisen, das
bei Anwendungen, bei denen sich der Druckkopf 12 schnell
bewegt, das Schwappen der Tinte verhindert. Mit dem Tintenrückgewinnungsbehälter 54 kann ferner
eine mit einer Unterdruckquelle verbundene Unterdruckleitung 62 verbunden
sein, die in der Tintenrückgewinnungsleitung 52 einen
Unterdruck erzeugt und dadurch die vorstehend beschriebene Trennung
und Ableitung der Tintentropfen verbessert.
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Der
Gasdruck im Tropfenumlenksystem 40 wird in Verbindung mit
der Auslegung der Kammern 42, 44 so angepasst,
dass im Druckkopf in der Nähe der
Tintenableitstruktur 48 ein positiver Gasdruck gegenüber dem
Umgebungsdruck in der Nähe
der Druckwalze 58 herrscht. So werden Staub und Papierfasern
aus der Umgebung davon abgehalten, sich der Tintenauffangein richtung 48 zu
nähern
und daran anzuhaften, und sie können
auch nicht in die untere Kammer 44 gelangen.
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Im
Betrieb wird in bekannter Weise ein Aufzeichnungsmedium W auf einer
Druckwalze 58 in Querrichtung zur Achse x transportiert.
Der Transport des Aufzeichnungsmediums W ist mit der Bewegung des
Druckmechanismus 10 und/oder der Bewegung des Druckkopfs 12 koordiniert.
Dies kann in bekannter Weise mittels einer Steuerung 16 bewerkstelligt werden.
Das Aufzeichnungsmedium W kann aus einer Vielzahl unterschiedlicher
Materialien, etwa Papier, Vinyl, Stoff oder Fasermaterialien, usw.,
ausgewählt
werden.
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In 5 ist
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dargestellt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet sind. Aus der aus dem Druckkopf 12 im Wesentlichen
entlang der Ausstoßbahn
X in einem Strom ausgestoßenen
Tinte werden großvolumige
Tintentropfen 28 und kleinvolumige Tintentropfen 26 ausgebildet.
Eine Tropfenumlenkeinrichtung 40 weist eine obere Kammer 42 und eine
untere Kammer 44 auf, die eine laminare Gasströmung in
der Tropfenumlenkeinrichtung 40 begünstigen. Von der Pumpe 60 kommende
Pressluft tritt in die obere, der unteren Kammer 44 gegenüberliegende
Kammer 42 ein und erzeugt eine laminare Gasströmung, wobei
sie den sich entlang der Bahn X bewegenden Tropfenstrom gegen Störungen durch die
Außenluft
schützt.
Mit der unteren Kammer 44 ist eine Saugpumpe 68 verbunden,
die die Gasströmung
ableitet. In der Mitte befindet sich die Tropfenumlenkeinrichtung 40 nahe
der Bewegungsbahn X. Durch die Einwirkung der aus der Gasströmung stammenden
Kraft 46 werden die Tintentropfen in eine Bahn S für kleine
Tropfen und eine Bahn K für große Tropfen
unterteilt.
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Eine
an einer Wand der unteren Kammer 44 in der Nähe der Bahn
X angeordnete Tintenauffangeinrichtung 48 unterbricht die
Bewegungsbahn der sich entlang der Bahn S bewegenden kleinvolumigen Topfen 26,
während
die sich entlang der Bahn K für die
großvolumigen
Tropfen bewegenden großvolumigen
Tropfen 28 sich weiter in Richtung auf das Aufzeichnungsmedium
W auf der Druckwalze 58 bewegen können. Die kleinvolumigen Tropfen 26 treffen auf
das poröse
Element 50 in der Tintenauffangeinrichtung 48 auf.
Dabei kann das poröse
Element 50 aus einem Drahtsieb, einem Gewebe, gesintertem Edelstahl
oder einem keramikähnlichen
Material bestehen. Die kleinen Tropfen 26 werden durch
Kapillarkräfte
in die Hohlräume
im Materi als gesaugt und bilden daher keine großen Tropfen auf der Oberfläche des
porösen
Elements 50 aus. Aufgrund der Schwerkraft bewegt sich ein
gleichmäßiger Strom der
vom porösen
Element 50 aufgefangenen Tinte im Wesentlichen durch das
Innere des porösen
Elements 50 abwärts
und tritt in den Tintenrückgewinnungsbehälter 54 ein.
Anschließend
wird die Tinte über
die Leitung 56 zur Wiederverwendung aus dem Behälter 54 abgeleitet.
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Alternativ
ist es auch möglich,
die sich entlang der Bahn K bewegenden großen Tropfen 28 durch
das poröse
Element 50 abzufangen, indem man das poröse Element 50 derart
anordnet, dass die sich entlang der Bahn K bewegenden Tropfen aufgefangen
werden und die sich entlang der Bahn S bewegenden Tropfen auf das
Druckmedium W auftreffen können.
Das Abfangen der sich entlang der Bahn K bewegenden Tropfen könnte auch
ohne eine größere Veränderung
der Position des porösen
Elements 50 dadurch erleichtert werden, dass man eine negative
Gasströmung 46 erzeugt,
die in einer der Richtung der Kraft 46 in 4 und 5 entgegengesetzten
Richtung wirkt. Denn durch die Umkehr der Richtung der Kraft 46 würde sich
die Bewegungsbahn S im Wesentlichen im selben Umlenkwinkel, jedoch
in entgegengesetzter Richtung, ausbilden.