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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein Fluidausstoßsysteme und insbesondere Konstruktionen
von Ausstoßköpfen, die
leichter von Staub und anderen Verunreinigungen freizuhalten sind.
Ein Beispiel eines Fluidausstoßkopfes
gemäß der Erfindung
ist der Druckkopf eines Tintenstrahldruckers.
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Tintenstrahldrucker
erzeugen Bilder auf einem Substrat durch Ausstoßen von Tintentropfen auf das Substrat,
um Zeichen oder Bilder zu erzeugen. Bestimmte Tintenstrahldrucker
gehören
dem „kontinuierlichen" Typ an, wo Tintentropfen
kontinuierlich durch eine Öffnung
eines Druckkopfes in einem geladenen Zustand ausgestoßen werden.
Die geladenen Tintentröpfchen
werden dann elektrostatisch auf das Substrat gerichtet, wenn ein
Drucken gewünscht
wird, und in eine Ablaufrinne, wenn kein Drucken erforderlich ist.
Eine andere Art eines Tintenstrahldruckers ist ein „Nach-Bedarf"-Tintenstrahldruckertyp. Tintentropfen
werden selektiv durch eine Öffnung
eines Druckkopfes ausgestoßen,
wenn ein Drucken gewünscht
wird, und werden nicht ausgestoßen,
wenn kein Drucken gewünscht
wird.
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Eine
Tintenvorratskammer ist im allgemeinen über einen Tintenstromdurchgang
mit dem Druckkopf verbunden, um einen konstanten Tintenstrom zum
Kopf des Druckers zu liefern. Ein richtiges Ausstoßen von Tinte
schließt
im allgemeinen eine Kapillarwirkung zwischen der Tinte und den Durchgängen im
Tintenausstoßkopf
ein, um Tinte am richtigen Ort im Kopf zum richtigen Ausstoßen und
Tropfen Bildung zu positionieren. Daher kann ein hoher Druck außerhalb
des Druckkopfes in unerwünschter
Weise Tinte in den Kopf zurückdrängen, wogegen
ein geringer Druck außerhalb
des Druckkopfes in unerwünschter
Weise Tinte aus dem Kopf ziehen kann. Ein Materialaufbau im Tintendurchgang
kann die Oberflächenspannungs-Wechselwirkungen
beeinflussen und den richtigen Betrieb unterbrechen.
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Wenn
sich daher Verunreinigungen an den Oberflächen der Tintenausstoßöffnungen,
durch welche Tintentropfen ausgestoßen werden, ansammeln, kann
Tinte in unerwünschter
Weise in die Verunreinigungen sickern und sich in unerwünschter
Weise ansammeln und bewirken, dass weitere Verunreinigungen an der Öffnung eingefangenen
werden. Dies kann die Oberflächenbenetzungseigenschaften
an der Öffnung ändern und eine
richtige Tintentröpfchenbildung
verhindern. Unter extremen Bedingungen kann der Verunreinigungsaufbau
die Öffnung
verstopfen und ein Drucken verhindern oder zu einer Unterbrechung
des Druckens und/oder Streifenbildung führen.
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Bestimmte
Tintenstrahldrucker können
für Hochgeschwindigkeits-,
Hochvolumenanwendungen, wie zum Beispiel Entwerten von Schecks oder
Abstempeln von Post, bei welchen Zehntausende oder Hunderttausende
von Teilen in einer Drucksitzung am Druckkopf vorbeigeführt werden,
verwendet werden. Es ist leicht zu erkennen, dass das Drucken von
so einem großen
Volumen von Teilen eine beträchtliche
Menge von Staub und Verunreinigungen erzeugt, wenn die Teile in
enger Nachbarschaft am Druckkopf vorbeitransportiert werden.
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Viele
Tintenstrahlköpfe
sind so konstruiert, dass sie Spül-,
Wisch- und Reinigungsverfahren erfordern, um die Öffnungen
ausreichend sauber zu halten. Dies kann jedoch eine unerwünschte Aufgabe
sein. Es verlangsamt auch und/oder unterbricht die Produktion.
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Es
wurde auch vorgeschlagen, Luft über
die Druckkopfoberfläche
zu blasen und/oder zu saugen, um Verunreinigungen und flüssige Tinte
von der Oberfläche
des Druckkopfes zu entfernen. Zum Beispiel wurden Verteilerplatten
mit Metallblech geätzt
oder geformt, um Vakuumöffnungen
zu erzeugen, und Rippen, um Luft und Vakuum über die Druckkopföffnungen
zu richten. Dies wurde in Verbindung mit einem plangeschliffenen Druckkopf
und solchen, bei denen die Öffnung
von einer Struktur mit einer erhöhten
Stufe umgeben ist, vorgeschlagen. Die Konstruktionen haben sich
jedoch nicht als vollständig zufrieden
stellend in Bezug auf Effektivität,
Komplexität
der Konstruktion und Lebensdauer erwiesen.
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Aus
der
JP 4039054 A ,
welche die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 6 zeigt, ist ein
in einen Kanal eingebautes Gebläse
bekannt, welches sich in der Bewegungsrichtung eines Aufzeichnungskopfes
als ein integraler Teil des Aufzeichnungskopfes bewegt. Das in den
Kanal eingebaute Gebläse
bläst Luft
von einem umgekehrt V-förmigen
Luftauslass gegen beide Seiten eines Aufzeichnungspapiers und lässt die
Luft zu jedem Ende hin strömen.
Auf diese Weise werden Papierstaub, Fremdkörper, und ähnliches, welche an dem Aufzeichnungspapier
haften, weggeblasen. Der Luftstrom wird auf die beiden Seiten aufgeteilt,
um so die Düsenfläche des
Tintenausstoßkopfes
zu meiden.
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Die
EP 0 237 669 A1 betrifft
eine Bildaufzeichnungsvorrichtung, welche durch Verdampfung von
sublimierbarem Farbstoff erzeugte Farbstoffdämpfe auf die Oberfläche eines
Aufzeichnungsmediums ausstößt, um darauf
Zeichen und Muster zu bilden. Die Erfindung liegt in der Bereitstellung
einer einen Gasstrom erzeugenden Vorrichtung, welche angepasst ist,
um einen Gasstrom quer zum Strahl des Gasdampfes zu erzeugen, der
von einer Düse
der Bildaufzeichnungsvorrichtung ausströmt.
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Die
US 5 625 398 beschreibt
eine Vorrichtung zum Drucken von Bildern, welche Mittel zum Tragen eines
zu bedruckenden Mediums, einen Markierungskopf und Führungsmittel,
welche eine Druckmedium kontaktierende Kante zum vertikalen Halten
solch eines Mediums in einem Bereich aufweisen, der stromaufwärts des
Markierungskopfes im Verhältnis
zu der besonderen Richtung der Mediumbewegung liegt. Die Vorrichtung weist
Mittel zum Einrichten eines Luftstromes über solch einem Medium und
Führungsmittel
auf, um in der Luft enthaltenen Abfall vom Markierungskopf wegzutragen,
und weist ferner Mittel zum Minimieren der Ablagerung von Tinte
aus dem Luftstrom auf die Führungsmittel
auf.
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Das
US-Patent Nr. 6 196 657 beschreibt eine Multi-Fluid-Reinigung für einen
Tintenstrahldruckkopf. Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung werden
flüssige
Reinigungslösungen,
wie z.B. Alkohole oder Säuren
verwendet, um die Oberfläche
des Druckkopfes zu reinigen.
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Folglich
ist es wünschenswert,
einen verbesserten Fluidausstoßkopf
zu schaffen, der leichter von Verunreinigungen frei zu halten ist
oder ansonsten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird eine verbesserte Fluidausstoßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und
6 und ein Verfahren nach Anspruch 17 zum Sauberhalten eines Fluidausstoßkopfes
vorgesehen. Die Vorderseite des Fluidausstoßkopfes enthält eine
oder mehrere Öffnungen,
durch welche Fluid ausgestoßen
wird. Die Öffnungen
sind durch konvexe Rippen, d.h. Ausbuchtungen, an der Oberfläche des
Kopfes gebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die Neigung der Rippe von der Öffnung
zu der Vorderseite entweder im allgemeinen konstant oder nimmt zu,
um die konvex geformte Rippe zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird Luft über die
Rippe und über
die Öffnung
geblasen, um Staub und Verunreinigungen von der Öffnung weg zu halten. Der Luftstrom,
die Form der Rippe und die Nähe
des Materials, auf welchem das Drucken stattfindet, kann konstruiert
und angeordnet werden, um eine laminare Strömung von Luft oder einem anderen
Gas über
die Öffnung
vorzusehen. Die von der Öffnung
stromabwärtige
Seite der Rippe kann eine flachere Neigung aufweisen als die stromaufwärtige Seite.
An der stromabwärtigen
Seite kann eine Vakuumöffnung
vorgesehen sein.
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Folglich
ist es ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Fluidausstoßkopf, ein
Drucksystem und ein Verfahren zum Sauberhalten eines Fluidausstoßkopfes
zu schaffen, welches die Nachteile früherer Systeme überwindet.
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Die
Erfindung weist folglich die Konstruktionsmerkmale, Kombinationen
von Elementen, Anordnungen von Teilen und Betriebsverfahren auf,
welche in den im folgenden hier dargestellten Konstruktionen und
Verfahren beispielhaft dargestellt sind, und der Umfang der Erfindung
wird in den Ansprüchen
angegeben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Für ein umfassenderes
Verständnis
der Erfindung, wird auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Fluidausstoßsystems
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
von Teil 2 des Systems von 1 ist, welches
einen Fluidausstoßkopf gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, welcher nicht notwendigerweise maßstabsgetreu
gezeichnet ist;
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3 eine
schematische Querschnittsansicht des Kopfes von 2 längs der
Linie 3-3 ist;
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4 eine
Querschnittsansicht längs
der Linie 3-3 eines Kopfes von 2 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Tintenausstoßkopf-Öffnungsplatte
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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6 eine
Draufsicht der Druckkopfstruktur von 5 ist;
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7 eine
Seitenendansicht der Druckkopfstruktur von 5 ist; und
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8 eine
vergrößerte Seitenendansicht
des Bereichs 8 der Druckkopfstruktur von 7 ist.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein
Fluidausstoßsystem
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist allgemein als Drucksystem 100 in 1 dargestellt.
Das Drucksystem 100 enthält einen Drucker 110,
welcher einen mit einem Tintentank 125 gekoppelten Tintenbehälter 120 aufweist.
Tinte strömt
zu einer Tintenzufuhrleitung 130 zu einem Druckkopf 150,
um auf ein Stück
Post 170, das sich in der Richtung eines Pfeiles A bewegt,
herauszuspritzen. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung bewegt sich die Post mit einer Geschwindigkeit von
30 Inch/Sekunde.
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Wie
einem Fachmann offensichtlich ist, kann das System 100 dazu
verwendet werden, auf mehrere unterschiedliche Typen von Substraten,
die sich mit mehreren unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, zu
drucken. Wenn ein Poststück 170 sich
zum Druckkopf 150 hin bewegt, wird es durch eine Frontplatte 180 und
einen Papierschutz 190 in Position geführt. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Papierschutz 190 0,010 Inch dick.
Typische Frontschutzplatten sind im allgemeinen 0,003 bis 0,20 Inch
dick. Der Papierschutz 190 enthält einen Entlüftungsschlitz 195,
welcher auch in die Frontplatte 180 geschnitten ist.
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Der
Entlüftungsschlitz 195 ist
vorgesehen, um helfen sicherzustellen, dass 1) der Luftdruck örtlich (lokal)
um die Öffnungslöcher nicht
wesentlich vom Atmosphärendruck
abweicht, 2) dass Lösungsmitteldämpfe der
Tinte sich nicht um den Druckkopf aufbauen können und Benetzungsausflüsse an der
Vorderseite der Öffnungsplatte
verursachen, 3) dass Papierstaubfasern nicht in irgendwelchen Taschen
an der Frontplatte eingefangen werden, 4) dass das Poststück mehr
Luft unmittelbar zur Platte benachbart ziehen kann und besser die laminare
Luftströmung über die
Platte aufrechterhalten kann, 5) dass jegliche örtlichen Druckaufbauten von Bedingungen
wie z.B. einem langen Poststück
oder einem Maschinenstopp, bei welchem die Luft angelassen wird,
verhindert werden, dass 6) Spielraum, so dass die nasse Tinte des
Etikettenmaterials nicht durch Reiben verschmiert wird, 7) eine
mechanische Entlastung für
konvexe Poststücke
oder Poststücke
mit einer gefalteten oder beschädigten
vorderen Kante, Post, die sonst durch die Frontplatte nach dem Druckkopf
(wenn er dort wäre)
heraus geschoben würde,
was einen größeren Druckspalt
um den Druckkopf herum verursachen würde und die Druckqualität ungünstig beeinflussen
würde,
8) eine mechanische Entlastung für
ein aufgerolltes oder loses Etikett vorgesehen ist, und 9) sich
Etikettenklebstoff nicht an dieser Oberfläche aufbaut und zusätzliche Postzufuhrprobleme
bewirkt.
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Mit
Bezug auf 2 ist der vergrößerte Teil
des Details „2" des Druckkopfes 150 von 1 dargestellt mit
einer Öffnungsplatte 200,
welche eine Vielzahl von Öffnungen 220 aufweist,
die durch sie hindurch angeordnet sind. Öffnungsplatten gemäß verschiedener
Ausführungsformen
der Erfindung können
mit einer oder mehreren Öffnungen
ausgebildet sein, können
entweder als eine einzige Reihe, eine doppelte Reihe oder eine abgestufte
Reihe ausgebildet sein, abhängig
von der beabsichtigten Verwendung. Linien aus 16–128, im allgemeinen 32–64 Öffnungen
werden häufig
angewendet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt
es ungefähr
70 bis 140 Öffnungen
pro Inch. Jede Öffnung
hat vorteilhafterweise einen inneren Durchmesser von ungefähr 0,0013
bis 0,024 Inch und einen Lochabstand von ungefähr 0,004 bis 0,015 Inch. Bei einer
Ausführungsform
der Erfindung hat die Öffnung
einen inneren Durchmesser von ungefähr 0,002 Inch. Die Öffnungslöcher sind
vorzugsweise mit einem Material beschichtet, das Tinte abstößt, wie
z.B. verschiedene Silikonoberflächenbehandlungsmittel,
um so die richtige Tropfenbildung zu fördern und zu verhindern, dass sich
Tinte an der äußeren Oberfläche der Öffnungsplatte
ansammelt. Akzeptable Beispiele schließen 0,0002–0,0005 Inch dicke Beschichtungen
des Nedox SF-2-Verfahrens
von General Magneplate Corp. ein.
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Der
Druckkopf 200 enthält
auch die Vielzahl der Abstandshalter 210. Die Abstandshalter
können
die Funktion 1) des mechanischen Isolierens der Druckkopföffnungsplatte
von Stößen und
Vibrationen von Post, die an die Papierschutzvorrichtungen stößt, liefern.
Falls unkontrolliert, könnte
dies eine Unterbrechung des Tintenmeniskus und eine nachfolgende
Beeinträchtigung
in den Öffnungslöchern während des
Ausstoßens und
Regenerationszyklen des Druckzyklus erzeugen, 2) thermische Isolierung
vor Erwärmung
aufgrund der Reibung der Post, die an den Papierschutzvorrichtungen
reibt und Bändern,
die an der Frontplatte reiben, ebenso thermische Isolierung von
der Frontplatte, die durch Leitung Wärme vom Druckkopf zieht (die
Druckköpfe
sind im allgemeinen Temperatur gesteuert, typischerweise innerhalb
2°C der
gewünschten
Betriebstemperatur), 3) ermöglichen,
dass frische Luft an der Druckkopfvorderseite vorbeigezogen wird
aus parasitärem Zug
der Post und positiven Luftzugwirkungen, welche beide helfen, Lösungsmitteldämpfe auf
einem Minimum zu halten, um bessere nicht benetzende Öffnungsplatteneigenschaften
zu ergeben, 4) verhindern, dass ein Tintentropfen den Spalt zwischen
der Öffnungsplatte
und dem Papierschutz überbrückt (ein
Versäumnis,
dies zu tun, würde
ein Wärmeübertragungsproblem
durch Leitung durch die Tinte verursachen), 5) mechanisch den Papierschutz
von der Öffnungsplatte
entfernt halten, so dass Post nicht nahe genug an die Öffnungslöcher gelangen
würde,
um Papierfasern in Öffnungslöcher zu
drängen
oder eine Meniskusunterbrechung durch Post, die die Meniskusoberfläche sogar
berührt,
zu erzeugen. Diese Abstandshalter sind unerwünscht von dem Gesichtspunkt
aus, dass der Spalt vom Papier zum Druckkopf vergrößert wird
bei einer entsprechenden Verringerung der Druckqualität. Dies
kann jedoch zum Teil überwunden
werden durch die Verwendung einer Ausbauchungsöffnungsplatte, wo die Abstandshalter
unter der Oberseite der Öffnung
sind.
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Die
Konfiguration des Druckkopfes 150 und der Betrieb des Öffnungsreinigungssystems
und das Verfahren gemäß bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung kann besser mit Bezug auf die 3 und 4 verstanden
werden. 3 zeigt die Öffnungsplatte 200 mit
einer Vielzahl von Öffnungen 220 darin.
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Die Öffnungsplatte 200 enthält einen
Basisbereich 250, eine stromaufwärtige Neigung 251,
einen Öffnungsbereich 252 an
der Oberseite einer Rippe, im wesentlichen senkrecht zur Öffnung 220,
und eine stromabwärtige
Neigung 253. Wie hier verwendet, betrifft stromaufwärts die
Seite der Öffnungsplatte 200,
die der Luftquelle gegenüberliegt,
und stromabwärts
betrifft die Seite von der Luftquelle weg. Bei der Ausführungsform der
Erfindung, welche in 3 dargestellt ist, biegt sich
der Basisbereich 250 in einem Übergangsbereich 254a nach
außen
(aufwärts)
zur stromaufwärtigen
Neigung 251. Es wurde festgestellt, dass es vorteilhaft
ist, das Ausbilden von toten Bereichen, Wirbeln, Rückströmen und
Turbulenzbereichen zu vermeiden, da dies Stellen werden können, wo
Staub und Fasern eingefangen werden können. Folglich ist es vorteilhaft,
dass der Übergangsbereich 254a und/oder
der Winkel der stromaufwärtigen
Neigung 251 allmählich
ist. Daher ist die Oberfläche
der Öffnungsplatte 200 von
einer zur Öffnung 220 senkrechten
Ebene in einem allmählich
abnehmenden Winkel θu auf die stromaufwärtige Seite der Öffnung 220 gerichtet,
und in einem allmählich
abnehmenden Winkel θd auf die stromabwärtige Seite der Öffnung 220.
Die Ausführungsform
der Erfindung, welche in 4 dargestellt ist, hat eine
im wesentlichen gleichförmige
stromaufwärtige
und stromabwärtige
Neigung θu ≈ θd. θu und θd sollten weniger als ungefähr 45° betragen,
vorzugsweise ungefähr
30 bis 5°.
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Daher
sollte die stromaufwärtige
Neigung 251 einen spitzen Winkel mit dem Öffnungsbereich 252 von θu von weniger als ungefähr 45° bilden, vorzugsweise ungefähr 30° bis 5°, bevorzugter
20° bis
10°. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist θu ungefähr
15° und
die Ecke am Übergangsbereich 254b ist
glatt.
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Die
stromaufwärtige
Neigung 251 ist vorteilhafterweise im wesentlichen eben,
hat eine im wesentlichen konstante Neigung oder eine abnehmende
Neigung, um eine konvexe Rippe zu bilden, um die laminare Strömung von
Luft über
den Öffnungsbereich 252 zu
fördern.
An einem stromaufwärtigen
oberen Übergangspunkt 254b flacht
sich die Neigung 251 in einem Öffnungsbereich 252 ab
mit Bezug auf die vorgesehene Druckfläche. Der Öffnungsbereich 252 geht
dann an einem oberen stromabwärtigen Übergangspunkt 254c nach
unten über.
Bei der Ausführungsform
der Erfindung, welche in 3 dargestellt ist, ist der Winkel
allmählicher
(gradueller) als der Winkel am stromaufwärtigen Übergangspunkt 254b.
Die stromabwärtige
Neigung 253 sollte weniger als ungefähr 45° von einer Linie senkrecht zur Öffnung 220 sein
und θd ist vorteilhafterweise ungefähr 30° bis ungefähr 5°, bevorzugter
ungefähr
15° bis
ungefähr
5°. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist θd ungefähr
10°.
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3 und 4 zeigen
einen Tintentropfen 310, der aus einer Öffnung 220 auf ein
Poststück 170 ausgestoßen wird,
das sich in der Richtung des Pfeiles A bewegt, wobei der Papierschutz 190 und
der Abstandshalter 210 das Poststück 170 von der Öffnung 220 auf
einen vorbestimmten Abstand trennen. Es sollte beachtet werden,
dass, wenn der Abstand zwischen dem Poststück 170 und der Öffnung 220 abnimmt,
die Druckgenauigkeit und Qualität
erhöht
werden kann. Bevorzugte Druckspalte sind 0,005 Inch oder weniger,
bevorzugter weniger als 0,003 oder 0,002 Inch.
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Der
Druckkopf 150 ist auch mit einem Luftverteiler 350 zur
Schaffung eines positiven Luftstromes in der Richtung von Pfeilen
B versehen. Luft strömt
durch den Luftverteiler 350 zu einem Luftausgleichsverteiler 351 zu
einem schaufellosen Luftzufuhrschlitz 352. Der Luftzufuhrschlitz 352 ist
vorzugsweise entlang der ganzen Reihe von Öffnungen 220 angeordnet.
Nach dem Verlassen des schaufellosen Luftzufuhrschlitzes 352, bläst Luft über den Öffnungsbereich 252 der
Platte 200 und kann eine Vielzahl von Staub und Verunreinigungsteilchen 370 von
dem Öffnungsloch 220 wegblasen.
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Es
wurde herausgefunden, dass das Konstruieren des Systems 100 in
der Weise, dass es einen laminaren Luftstrom zwischen dem Poststück 170 und
der Öffnungsplatte 200 gibt,
insbesondere am Öffnungsbereich 252,
die vorteilhaftesten Ergebnissen in Bezug auf das Sauberhalten der Öffnung 220 und
den umgebenden Bereichen liefert.
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Mit
Bezug auf 4 ist ein Drucksystem gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zum Ausstoßen
eines Tintentropfens 310 auf ein Poststück 170 dargestellt,
welches sich in eine Richtung des Pfeils A am Papierschutz 190 und
dem Abstandshalter 210 vorbei bewegt, wie in 3.
Der Luftverteiler 350 ist auch vorhanden, um Luft über die
die Öffnung 220 zu
blasen, wie bei der in 3 dargestellten Ausführungsform.
Jedoch ist bei dieser Ausführungsform
der Erfindung ein Vakuumverteiler 360 vorgesehen, um Luftstaub
und Tintenteilchen 360 in einen schaufellosen Vakuumschlitz 362 zu
saugen, um entsorgt zu werden.
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Eine Öffnungsplatte 200' ist mit einem
unteren stromaufwärtigen Übergangsbereich 254a', einer stromaufwärtigen Neigung 251', einem oberen
stromaufwärtigen Übergangsbereich 254b', einem Öffnungsbereich 252', einem oberen
stromabwärtigen Übergangsbereich 254c' und einem unteren
stromabwärtigen Übergangsbereich 254d dargestellt.
Die Übergangsbereiche 254a' und 254b' sowie die stromaufwärtige Neigung 251' kann ähnlich sein
wie die Elemente 254a, 254b und 251 von 3.
Es ist auch zu sehen, dass bei dieser Ausführungsform der Erfindung, die
Winkel in den Übergangsbereichen 254a' und 254d' sowie an Übergangsbereichen 254b' und 254c' im wesentlichen
gleich sind.
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Es
sollte beachtet werden, dass diese Winkel nicht gleich sein müssen, noch
müssen
die Winkel der in 3 dargestellten Ausführungsform
wie darin angegeben sein. Es sollte auch beachtet werden, dass die Angabe
von oberen und unteren nur zur Bezugnahme auf die Figuren ist, da
der Druckkopf in einer Position konstruiert werden kann, um Tinte
nach oben, nach unten, zur Seite oder in irgendeinem Winkel dazwischen auszustoßen.
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Der
Manometerdruck, welcher Luft durch den Druckverteiler 350 bläst, kann
wie gewüscht
eingestellt werden, und beträgt
vorzugsweise bis zu ungefähr
50 psi. Drücke
im Bereich von ungefähr
1 psi bis zu ungefähr
30 psi, bevorzugter ungefähr
3 psi bis ungefähr
20 psi, sind bevorzugt. Der Vakuumverteiler 360 kann mit verschiedenen
Vakuumniveaus betrieben werden, abhängig von der Struktur und Konfiguration
des Systems und der speziellen Anwendung. Im allgemeinen sollten
Vakuums von weniger als ungefähr
29,9 Inches Hg verwendet werden, vorzugsweise weniger als 25 Inches
Hg, vorteilhafterweise im Bereich von ungefähr 1 Inch bis ungefähr 20 Inch
Hg.
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Ein
Vorteil des Anordnens der Öffnung 220 auf
einer erhöhten
Rippe ist, dass die Abstandshalter 210 so angeordnet werden
können,
dass sie sich dichter zum Druckkopf erstrecken als eine Grenze,
welche durch eine Ebene senkrecht zur Öffnung 220 begrenzt
wird. Wie daher die 3 und 4 zeigen,
erstreckt sich eine Bodenfläche 210a eines
Abstandshalters 210 unter den Öffnungsbereichen 220 und 220'. Wie auch oben erörtert, können die
Verteiler 350 und 360 vollständig an der Druckkopfseite
dieser Ebene sein. Deshalb kann die Öffnung 220 dichter
zum Drucksubstrat sein als die Entlüftungen und Druckverteiler.
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Mit
Bezug auf 5–8 ist eine
Druckkopf-Öffnungsplatte 500 dargestellt,
im Maßstab
gezeichnet, welche eine Vielzahl von Öffnungen 520 aufweist,
eine stromaufwärtige
Neigung 551 und eine stromabwärtige Neigung 552 ist
dargestellt. Die stromaufwärtige
Neigung 551 bildet einen Winkel von ungefähr 10° mit einem Öffnungsbereich 552.
Die stromabwärtige
Neigung 553 bildet einen Winkel von ungefähr 15° mit dem Öffnungsbereich 552.
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Ein
Druckkopf gemäß der Erfindung
mit einer äußeren Oberfläche mit
einem sich von der Öffnung
unter einem Winkel zu einer Entlüftung
nach unten neigenden Teil kann konstruiert werden, um Luft über die Öffnungsplatte
ohne die Verwendung von Schaufeln oder Eingangs- oder Ausgangskanten
strömen
zu lassen. Dies hilft zu verhindern, dass Wirbelströme und Strömungstoträume auftreten.
Drucksysteme können
auch so konstruiert werden, dass sie das Auftreten einer turbulenten
Luftströmung
im Bereich der Drucköffnungen
verhindern. Schaufeln, Ecken, scharfe Kanten, Wirbelströme, Strömungstoträume und
Turbulenzen können
alle zum Aufbau von Staub und Fasern führen. Designs gemäß der Erfindung
können
den gesamten formschlüssigen
Luftverteiler unter der Oberfläche
der Öffnung
positionen, bündig
mit der Öffnungsplattenoberfläche. Dies
führt zu
kleineren Druckspalten und einer angemessenen Trennung des Druckkopfes
und des zu bedruckenden Substrats.
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Durch
Anwendung einer Kombination von Druck und/oder Vakuum und einer
glatten gewölbten
Oberfläche,
vorzugsweise mit konvexer Form, können Konstruktionen gemäß der Erfindung
die Fluidausstoßoberfläche reinigen,
welche nicht direkt vor den Luftdurchgängen ist. Dies sorgt für die Reinigung von
Blindflächen. Die
Luftverteiler sind vorzugsweise als ein relativ dicker Bereich konstruiert,
welcher die Lebensdauer gegenüber
dünnen
Metallblechkonstruktionen verbessern kann. Konstruktionen gemäß der Erfindung
können
auch vorgesehen werden, bei welchen die Schrauben, welche die verschiedenen
Teile des Druckkopfes verbinden, freiliegend bleiben können. Dies
erleichtert die Konstruktion und Wartung.
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Das
Versehen der Druckkopfoberfläche
mit einer allmählich
sich nach unten neigenden Seite kann eine laminare Strömung vom
Druckverteiler ermöglichen,
ohne die Verwendung einer Vakuumöffnung.
Dies verringert die Möglichkeit
der Erzeugung von Druckfluktuationen, die zu unerwünschten
Ergebnissen führen können, wie
z.B. das Beeinträchtigen
der Fluidströme
durch Drängen
von Luft in die Öffnungslöcher.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung werden eine Anti-Benetzungsbeschichtung,
wie z.B. verschiedene auf Silikon basierende Benetzungsbeschichtungen,
wie z.B. reines Silikonschmiermittel, Silikonfett, handelsüblicher
wasserabstoßender
Gewebespray auf Silikonbasis, und so weiter auf die Druckkopfoberfläche und/oder
auf die Öffnungsoberfläche aufgetragen.
Der Luftstrom über
die Öffnung
erhöht
auch die Verdunstungsgeschwindigkeiten, so dass Tinten- oder Lösungsmittelspuren
vollständiger
verdunsten können, was
jede Neigung von Tinte, zu benetzen und längs der Oberfläche des
Druckkopfes zu kriechen, reduziert. Druckköpfe gemäß der Erfindung können das
Drucken in staubigen Umgebungen für längere Zeiträume fortsetzen, wie z.B. Drucksitzungen,
in denen 100 000 oder mehr Umschläge bedruckt werden. Konstruktionen gemäß der Erfindung
haben zusätzliche
Vorteile, indem die bündige
vordere Position des Druckverteilers davor geschützt ist, von „fetten" Poststücken oder
anderen Druckflächen
angestoßen
zu werden, was zu einem Design führt,
das dauerhafter ist als eine Konstruktion, bei der erhöhte dünne Metallblechverteiler
und Bleche verwendet werden. Druckköpfe gemäß der Erfindung können dazu
verwendet werden, Schecks oder Post zu markieren, und für andere
Hochgeschwindigkeitsvorgänge,
ohne dass sich der Druck durch die Ansammlung von Staub und/oder
Papierfasern verschlechtert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann die Form der Ausbauchung ungefähr der oberen
Fläche
eines Tragflügels
angenähert
werden. Bei einem Tragflügel
kann der Trennungspunkt einer laminaren Strömung unter Verwendung der theoretischen
Faulkner-Skan-Gleichung und einer numerischen Lösung, Seiten 139–151 von
Aerodynamics For Engineers, Bertin and Smith, 1979, Prentice Hall
vorhergesagt werden. Aufgrund der engen Nähe der Poststücke, könnte die
Tragflügel-Annäherung nur
während
der Abwesenheit eines Poststücks
gültig
sein. Wenn ein Poststück
vorhanden ist, ändert
sich das Strömungsfeld
(wie experimentell gemessen) und die Verwendung eines ähnlichen
Tragflügelbereichs
ist nicht notwendigerweise gültig,
da die erhaltenen Trennungsdaten unter Verwendung eines unendlich
bemessenen Strömungsfeld
abgeleitet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Luftstromgeschwindigkeit (V) laminar und ist
im wesentlichen gleich h2Δp/12 μL, wobei
h gleich der Höhe
des Luftschlitzes, L seine Länge, μ die Viskosität von Luft
und Δp der
Druckunterschied ist, der den Luftstrom bewirkt.
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Es
wurde festgestellt, dass bei einer Ausführungsform der Erfindung der
Luftstrom ungefähr
4,5 m/s an seiner Spitze am Ende der Öffnungsplatte in offener Luft
ist. Bei der Verringerung der Luftgeschwindigkeit auf ungefähr 1 m/s,
wenn ein stationärer
Umschlag vorhanden ist, und dem Wissen, dass der Umschlag sich typischerweise
mit 3 m/s bewegt, scheint es, dass ein Luftstrom über die
Fläche
des Druckkopfes von ungefähr 3–4 m/s vorhanden
ist. Aus der Theorie der Staubsammlersysteme würde die Verwendung der zwei
Radien und der geneigten Flächen
einen örtlichen
radialen Luftstrom erzeugen, der dazu neigen würde, den Luftstrom dazu zu
drängen,
eine 25–30°-Biegung
um die Oberfläche
mit ungefähr
0,231 in R zu machen. Die radialen Beschleunigungskräfte würden eine
g-Kraft auf ein Staubteilchen von ungefähr 278 g's ausüben, wenn das Staubteilchen
in diesem Luftstrom gefangen wäre.
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Unter
Verwendung der obigen Kriterien für die Form der Ausbauchung,
sollte die Ausbauchung 1) groß genug
und sanft genug in der Neigungsänderung
sein, um den Luftstrom nicht vom „um die Biegung zu gehen" trennen zu lassen,
2) scharf genug sein, um eine wesentliche radiale Beschleunigungskomponente
aufzusweisen, um den Staub und Verunreinigungen vom Druckkopf wegzuschleudern,
3) die Luftstromgeschwindigkeit sollte im wesentlichen einigermaßen gut
mit der Substrattransportgeschwindigkeit übereinstimmen (dies wurde als
nützlich
herausgefunden, um die Schwänze
der Tintentropfen abzuhalten, sich von den Kopftropfen zu trennen,
um eine vernünftige
Druckqualität
aufrechtzuerhalten), 4) der Luftstromverteilerausgang müsste einigermaßen dicht
bei der Kante der Biegung liegen, um nicht (durch viskose Kräfte zwischen
der Öffnungsplatte und
der Luft) die Geschwindigkeit und Trägheit der Luft zu beeinflussen,
bevor sie die Biegung um die Ausbauchung macht.
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Es
wurde festgestellt, dass das Messen des Geschwindigkeitsgradienten
vom Luftstromschlitz zum Ende der Öffnungsplatte helfen kann festzustellen,
ob eine Trennung stattfindet und zu Totzonen führt. Wenn daher eine zu große Abnahme
in der Geschwindigkeit auftritt, ist es wahrscheinlich, dass sich
Totzonen entwickeln.
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Das
folgende in Tabelle 1 gezeigte Verhältnis, wurde auch zwischen
dem Druckspalt und der Substratgeschwindigkeit bestimmt. Tabelle
1 Druckspalt
gegenüber
Substratgeschwindigkeit
- H
- = Hohe Druckqualitat;
- L
- = weniger wunschenswerte
Druckqualität