DD249447A1

DD249447A1 - INK JET PRINT HEAD FOR ONE OR MULTICOLORED INK JET PRINTING EQUIPMENT

Info

Publication number: DD249447A1
Application number: DD29063586A
Authority: DD
Inventors: Ingo Michel; Wolfgang Zweigler
Original assignee: Robotron Bueromasch
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1987-09-09
Also published as: DE3705446A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf fuer ein- oder mehrfarbig arbeitende Tintenstrahldruckeinrichtungen, deren Ziel es ist, dessen Lebensdauer bzw. Funktionssicherheit bei der Tropfenerzeugung zu erhoehen sowie eine einfache Entlueftung bzw. Erstfuellung mit Schreibfluessigkeit zu ermoeglichen. Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Tintenstrahldruckkopf zu entwickeln, der in seiner Kanalfuehrung derart ausgebildet ist, dass der Druckzweig weitestgehend unabhaengig von Stoereinfluessen mit Schreibfluessigkeit durchstroemt wird. Erfindungsgemaess ist dazu parallel zu jedem Druckzweig, der ueber einen kapillaren Einflussbereich an den Tintenzulauf des Tintenvorratsbehaelters angeschlossen ist, ein Stroemungspfad ausgebildet, der im Muendungsbereich der Duese des Tintenstrahldruckkopfes endet. Die Anwendung der Erfindung ist bei ein- oder mehrduesig ausgebildeten Tintenstrahldruckkoepfen mit bedarfsorientiertem Tropfenausstoss gleichermassen gegeben. Fig. 1The invention relates to an inkjet printhead for single or multi-color inkjet printing devices, the aim of which is to increase its lifetime or reliability in the production of droplets and to enable easy venting or refilling with penstock. The object of the invention is therefore to develop an ink jet printhead, which is formed in its channel leadership such that the pressure branch is largely interspersed with impurities independently of Stoereinfluessen with writing fluid. According to the invention, a flow path is formed parallel to each pressure branch, which is connected to the ink inlet of the ink reservoir via a capillary influence region, and ends in the mouth region of the nozzle of the ink jet print head. The application of the invention is given in one or more duisig trained inkjet print heads with demand-oriented drop ejection equally. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf für ein- oder mehrfarbig arbeitende Tintenstrahldruckeinrichtungen mit bedarfsorientiertem Tropfenausstoß, insbesondere dessen Kanalführung und -ausbildung, deren Anwendung bei ein- oder mehrdüsig ausgebildeten Tintenstrahldruckköpfen gleichermaßen möglich wie zweckmäßig ist.The invention relates to an ink jet print head for single or multi-color ink jet printing devices with demand-oriented drop ejection, in particular its channel guidance and training, the application of which is equally possible as appropriate in one- or multi-nozzle formed ink jet printheads.

Characteristic of the known technical solutions

Hinsichtlich der Kanalführung in ein- oder mehrdüsig ausgebildeten Tintenstrahldruckköpfen ist der bekannte Stand der Technik durch zwei grundsätzliche Lösungen charakterisiert.With regard to the channel guidance in single or multi-nozzle inkjet printheads, the known prior art is characterized by two basic solutions.

Bei der ersten Lösung besteht eine durchgehende, unverzweigte Kanalführung vom Tintenzulauf des Tintenvorratsbehälters über Dämpfungsbereich, Druckkammer und Ablaufkanal zur Düsenbohrung des Tintenstrahldruckkopfes (z. B. DE-PS 2 132 082, DE-AS 2 302 849, DE-PS 2 543 451, DD-Patentanmeldung WP B 41 J / 274 936 5).In the first solution, there is a continuous, unbranched channel guide from the ink inlet of the ink reservoir via damping region, pressure chamber and outlet channel to the nozzle bore of the ink jet print head (eg DE-PS 2 132 082, DE-AS 2 302 849, DE-PS 2 543 451, US Pat. DD patent application WP B 41 J / 274 936 5).

Die zweite Lösung weist eine Kanalführung vom Tintenzulauf des Tintenvorratsbehälters zur Düsenbohrung des Tintenstrahldruckkopfes sowie zusätzlich einen zur Düsenbohrung führenden Blindzweig, bestehend aus Druckkammer und Verbindungskanal, auf (z. B. DE-AS 2 161 315, DE-PS 2 164 614, DE-PS 2 536 369, DE-AS 2 543 038, DE-PS 2 624 778).The second solution has a channel guide from the ink feed of the ink reservoir to the nozzle bore of the ink jet print head, and additionally a blind branch leading to the nozzle bore, consisting of pressure chamber and connecting channel (eg DE-AS 2 161 315, DE-PS 2 164 614, DE-PS. PS 2 536 369, DE-AS 2,543,038, DE-PS 2,624,778).

Der entscheidende Nachteil der ersten Lösung zeigt sich darin, daßalle Fremdbestandteile der Schreibflüssigkeit, wie Schmutzpartikel, ausgefallener Farbstoff oder Luftbläschen, die zu Verstopfungen und zum Ausfall des Drucksystems führen können, durch den gesamten Druckzweig vom Tintenzulauf des Tintenvorratsbehälters bis zur Düse des Tintenstrahldruckkopfes transportiert werden müssen.The crucial disadvantage of the first solution is that all foreign components of the writing fluid, such as dirt particles, fancy dye or air bubbles, which can lead to blockages and failure of the printing system, must be transported through the entire pressure branch from the ink inlet of the ink reservoir to the nozzle of the ink jet printhead ,

Nachteilig bei der zweiten Lösung ist, daß im Blindzweig ohne Flüssigkeitsaustausch Tintenfarbstoff und Luft ausfallen können, was letztlich ebenfalls zu einem Funktionsausfall führen kann. Eine Beseitigung dieser Störung ist ebenso wie die Erstfüllung mit Schreibflüssigkeit aufgrund der Blindzweigausbildung äußerst kompliziert und aufwendig.A disadvantage of the second solution is that in the blind branch without liquid exchange ink dye and air can fail, which can ultimately also lead to a malfunction. Elimination of this disorder is just like the initial filling with writing fluid due to the dummy branch training extremely complicated and expensive.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die wesentlichsten Nachteile der bekannten technischen Lösungen zu beseitigen und einen in seinem Aufbau gleichermaßen einfachen wie kostengünstigen Tintenstrahldruckkopf vorzusehen, der eine hohe Lebensdauer und Funktionssicherheit bei der Tropfenerzeugung sowie eine einfache Entlüftung bzw. Erstfüllung mit Schreibflüssigkeit ermöglicht.The aim of the invention is to eliminate the main drawbacks of the known technical solutions and provide an equally simple in its construction as inexpensive inkjet printhead, which allows a long life and reliability in the drop generation and easy venting or initial filling with writing fluid.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ein- oder mehrdüsigen Tintenstrahldruckkopf für eine im Ein- oder Mehrfarbendruck arbeitende Tintenstrahldruckeinrichtung zu entwickeln, der in seiner Kanalführung derart ausgebildet ist, daß der Druckzweig weitestgehend unabhängig von Störeinflüssen mit Schreibflüssigkeit durchströmt wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptpunktes des Anspruchs beschriebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den ergänzenden Punkten des Erfindungsanspruchs.The invention has for its object to develop a single or multi-nozzle ink jet print head for working in single or multi-color ink jet printing device, which is designed in its channel guide such that the pressure branch is largely flowed through independent of interference with writing fluid. The object is achieved by the features described in the characterizing part of the main claim. Further advantageous and expedient embodiments of the invention will become apparent from the additional points of the invention claim.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen in vereinfachter schaubildlicher Darstellung:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show in simplified perspective view:

Fig. 1: einen in Schnittdarsteliung wiedergegebenen und auf die erfindungswesentlichsten Teile beschränkten Ausschnitt einesFig. 1: a reproduced in Schnittdarsteliung and limited to the essential parts of the invention section of a

Tintenstrahldruckkopf es Fig. 2: die Querschnittsausbildung des Tintenstrahldruckkopfes im Bereich der Schnittlinie A-A nach Fig. 12 shows the cross-sectional configuration of the inkjet printhead in the region of the section line A-A according to FIG. 1

Dem Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt ein ein- oder mehrdüsig ausgebildeter Tintenstrahidruckkopf einer im Ein- oder Mehrfarbendruck arbeitenden Tintenstrahldruckeinrichtung mit bedarfsorientiertem Tropfenausstoß zugrunde. Der Tintenstrahldruckkopf, wie er in der Fig. 1 lediglich ausschnittsweise dargestellt ist, besteht aus dem die Schreibflüssigkeit 2 aufnehmenden Tintenvorratsbehälter 1, dem Tintenzulauf 3, einem kapillaren Einflußbereich 4, einem zwischen dem kapillaren Einflußbereich 4 und der Dämpfungseinrichtung 6 vorgesehenen Verbindungskanal 5, der Druckkammer 7 mit dem zur Erzeugung kurzzeitiger Druckimpulse dienenden Energiewandlerelement 8, der nach außen führenden Düse 9 sowie einem zum Druckzweig (der durch die Teile 4, 5, 6, 7 und 9 gebildet wird) parallel angebundenen Strömungspfad 10, der im Mündungsbereich 11 der Düse 9 endet.The exemplary embodiment of the invention is based on a one-jet or multi-nozzle inkjet printing head of an inkjet printing device operating in single or multi-color printing with demand-oriented drop ejection. The ink jet print head, as shown in Fig. 1 only partially, consists of the writing fluid 2 receiving ink reservoir 1, the ink inlet 3, a capillary influence area 4, provided between the capillary action area 4 and the damping device 6 connecting channel 5, the pressure chamber 7 with the serving for generating short-term pressure pulses energy converter element 8, the outwardly leading nozzle 9 and a pressure branch (which is formed by the parts 4, 5, 6, 7 and 9) parallel connected flow path 10 in the mouth region 11 of the nozzle. 9 ends.

Bei der Erzeugung kurzzeitiger Druckimpulse auf die Schreibflüssigkeit 2 durch das Energiewandlerelement 8 erfolgt in bekannter Weise eine Flüssgikeitsbewegung und in deren Folge ein Ausstoß von Tropfen aus der Düse 9. Nach jedem Tropfenausstoß und darauffolgender Saugphase zur Förderung von Schreibflüssigkeit 2 aus dem Tintenvorratsbehälter 1, die durch das Energiewandlerelement 8 und den Flüssigkeitsmeniskus in der Düse 9 hervorgerufen wird, bewirkt die Dämpfungseinrichtung 6 die ~Beruhigun"g~Tder-Ff&ssigkeitssäule.zwischen dem Tintenvorratsbehälter 1 und der Düse 9 in kürzester Zeit. Erfindungsgemäß erfolgt der Übergang vom Tintenzulauf 3 zum Verbindungskanal 5 dabei über den kapillaren Einflußbereich 4, der annähernd auf dem Niveau des minimalen Tintenstandes im Tintenvorratsbehälter 1 angeordnet ist, so daß im Normalfall keine Unterbrechung der Flüssigkeitssäule auftreten kann. Sinnvollerweise besteht der Einflußbereich 4 dabei aus mehreren Kapillarspalten (Fig. 2), deren kleinere Kantenlänge 4a jeder Kapillarspaltquerschnittsfläche kleiner oder ungefähr gleich der Hälfte des Durchmessers der Düse 9 ist. Beträgt dieser Durchmesser beispielsweise 80 μπι, dann sollte die Kantenlänge 4a nicht wesentlich größer als 40 ,um sein. Dadurch wird erreicht, daß der kapillare Einflußbereich 4 die gleiche oder eine größere Kapillarität als die Düse 9 aufweist, so daß ein ungewolltes Eindringen von Luft in den kapillaren Einflußbereich 4 bei fehlender Schreibflüssigkeit 2 im Tintenzulauf 3 und elektrischer Anregung des Energiewandlerelementes 8 ausgeschlossen wird. Bedingt durch den Spaltenaufbau des kapillaren Einflußbereiches 4 mit einer großen, z. B. im Millimeterbereich liegenden Spaltenbreite 4b und einer nur geringen Länge 4c des kapillaren Einflußbereiches 4, von beispielsweise 0,5 mm, können die Trägheitskräfte der Schreibflüssigkeit 2 im kapillaren Einflußbereich 4 vernachlässigbar klein gehalten werden, wodurch eine Beeinträchtigung der durch die hydrodynamischen Eigenschaften des Druckzweiges (Teile 4, 5, 6, 7 und 9) bedingten maximal möglichen Tropfenfrequenz vermieden wird. Parallel zum Druckzweig (Teile 4, 5, 6, 7 und 9) ist erfindungsgemäß ein zweiter Strömungspfad 10, der auf dem Niveau des Tintenzulaufes 3 beginnt und im Mündungsbereich 11 der Düse 9 endet, ausgebildet (Fig. 1). Dieser besitzt den Vorteil, daß Schmutzpartikel in der Schreibflüssigkeit 2, ausgefallener Farbstoff oder Luftbläschen durch Unter- oder Überdruck aus dem Tintenstrahldruckkopf ohne Beeinträchtigung des Druckzweiges (Teile 4, 5, 6, 7 und 9) entfernt werden können. Bedingt durch die Anbindung des parallelen Strömungspfades 10 afu dem Niveau des Tintenzulaufs 3 und der verdeckten Anordnung des Einflußbereiches 4, der damit außerhalb des durchgehenden Strömungspfadens (Tintenvorratsbehälter 1 — Tintenzulauf 3 paralleler Strömungspfad 10, Mündungsbereich 11) liegt, wird weitestgehend verhindert, daß Schmutzpartikel oder Luftbläschen an oder in den Einflußbereich 4 und damit in den Verbindungskanal 5 gelangen können. Der Verbindungskanal 5, der mit möglichst großer Querschnittsfläche ausgelegt ist, um die Massenträgheitskräfte klein zu halten, sowie der sich daran anschließende Dämpfungsbereich 6 stellen eine weitere Absicherung der Druckkammer 7 gegen das Eindringen von Schmutzpartikeln und Luftbläschen dar. Erfindungsgemäß weisen der parallele Strömungspfad 10 und der Mündungsbereich 11 eine kapillare Steighöhe auf, die größer oder gleich dem Höhenunterschied zwischen dem Tintenzulauf 3 und der Düse 9 ist (zum Beispiel 25 mm), so daß eine Flutung bzw. Aufrechterhaltung der Flutung des parallelen Strömungspfades 10 und des Mündungsbereiches 11 grundsätzlich gewährleistet wird. Zur Realisierung der erforderlichen Steighöhe des parallelen Strömungspfades 10 ist es zweckmäßig, den Strömungspfad 10 aus einem oder mehreren Kanälen mit spaltenförmiger Querschnittsfläche und einer Abmessung für die kleinere Kantenlänge der Querschnittsfläche von etwa 0,4 mm aufzubauen, was einer Steighöhe von etwa 25 mm entspricht. Um ein stärkeres Durchströmen des parallelen Strömungspfades 10 bzw. des Mündungsbereiches 11 gegenüber dem Druckzweig (Teile 4, 5, 6, 7 und 9) bei der Erzeugung eines äußeren Über- oder Unterdruckes zu gewährleisten, weist der Strömungspfad 10 mit dem Mündungsbereich 11 einen geringeren Strömungswiderstand als der Druckzweig (Teile 4, 5, 6, 7 und 9) auf. Hierdurch ist es in einfacher Weise möglich, Ablagerungen und Luft aus dem Tintenzulauf 3 und dem parallelen Strömungspfad 10 bzw. dem Mündungsbereich 11 bei gleichzeitiger Durchströmung des Druckzweiges (Teile 4, 5, 6, 7 und 9) zu entfernen.In the generation of short-term pressure pulses on the writing fluid 2 by the energy converter element 8 takes place in a known manner a Flüssigkeitsgikeitsbewegung and as a result an ejection of drops from the nozzle 9. After each drop ejection and subsequent suction phase for promoting writing fluid 2 from the ink reservoir 1, by When the energy conversion element 8 and the liquid meniscus are caused in the nozzle 9, the damper 6 effects the settling liquid column between the ink reservoir 1 and the nozzle 9 in the shortest time via the capillary influence region 4, which is arranged approximately at the level of the minimum ink level in the ink reservoir 1, so that under normal circumstances no interruption of the liquid column can occur n (Fig. 2) whose smaller edge length 4a of each capillary gap cross-sectional area is less than or equal to about half the diameter of the nozzle 9. If this diameter is, for example, 80 μm, then the edge length 4a should not be significantly greater than 40 μm. This ensures that the capillary influence area 4 has the same or greater capillarity than the nozzle 9, so that an unwanted ingress of air into the capillary area 4 in the absence of writing fluid 2 in the ink inlet 3 and electrical excitation of the energy converter element 8 is excluded. Due to the column structure of the capillary influence area 4 with a large, z. B. in the millimeter range column width 4b and only a small length 4c of the capillary influence area 4, for example, 0.5 mm, the inertial forces of the writing fluid 2 can be kept negligibly small in the capillary influence area 4, whereby an impairment of the hydrodynamic properties of the pressure branch (Parts 4, 5, 6, 7 and 9) conditional maximum drop frequency is avoided. Parallel to the pressure branch (parts 4, 5, 6, 7 and 9), according to the invention, a second flow path 10, which starts at the level of the ink inlet 3 and ends in the mouth region 11 of the nozzle 9, is formed (FIG. 1). This has the advantage that dirt particles in the writing fluid 2, fancy dye or air bubbles can be removed by underpressure or overpressure from the ink jet printhead without affecting the pressure branch (parts 4, 5, 6, 7 and 9). Due to the connection of the parallel flow path 10 afu the level of the ink inlet 3 and the hidden arrangement of the influence area 4, thus outside of the continuous flow path (ink reservoir 1 - ink inlet 3 parallel flow path 10, mouth area 11) is largely prevented that dirt particles or Air bubbles on or in the sphere of influence 4 and thus can get into the connecting channel 5. The connecting channel 5, which is designed with the largest possible cross-sectional area to keep the inertia forces small, and the adjoining damping region 6 represent a further protection of the pressure chamber 7 against the ingress of dirt particles and air bubbles. According to the invention, the parallel flow path 10 and Mouth area 11 a capillary rise height, which is greater than or equal to the difference in height between the ink inlet 3 and the nozzle 9 (for example, 25 mm), so that a flooding or maintenance of the flooding of the parallel flow path 10 and the mouth portion 11 is basically guaranteed. To realize the required rise height of the parallel flow path 10, it is expedient to build the flow path 10 from one or more channels with a columnar cross-sectional area and a dimension for the smaller edge length of the cross-sectional area of about 0.4 mm, which corresponds to a rise height of about 25 mm. In order to ensure a greater flow through the parallel flow path 10 or the mouth region 11 relative to the pressure branch (parts 4, 5, 6, 7 and 9) in the generation of an external positive or negative pressure, the flow path 10 with the mouth region 11 has a smaller Flow resistance as the pressure branch (parts 4, 5, 6, 7 and 9). This makes it possible in a simple manner to remove deposits and air from the ink inlet 3 and the parallel flow path 10 and the mouth region 11 with simultaneous flow through the pressure branch (parts 4, 5, 6, 7 and 9).

Claims

1. Ink jet print head for single or multi-color ink jet printing devices with demand-oriented drop ejection, consisting of pressure chambers for generating short-term pressure pulses energy converter elements, damping areas with inlet channels that connect to one or more ink reservoirs, and outwardly leading nozzle holes, directly or indirectly via Flow channels are connected to the pressure chambers, characterized in that parallel to each via a capillary influence region (4) to the ink inlet (3) of the ink reservoir (1) connected to one or more pressure systems comprising pressure branch (4; 5; 6; 7; 9 ) a flow path (10) is formed, which ends in the mouth region (11) of the nozzle (9).

2. ink jet print head according to item 1, characterized in that the capillary influence area (4) off. one or more capillary gaps and the smaller edge length (4a) of each capillary column cross-sectional area is less than or equal to about half the diameter of the nozzle (9).

3. inkjet print head according to item 1, characterized in that the level of the capillary influence area (4) corresponds approximately to the minimum ink level in the ink reservoir (1).

The ink-jet printhead of item 1, characterized in that the parallel flow path (10) begins at the level of the ink inlet (3) of the ink reservoir (1) and consists of one or more channels, each channel having a capillary rise height greater than or equal to is equal to the difference in height between the ink inlet (3) and the nozzle (9).

5. The ink jet print head according to item 1, characterized in that the parallel flow path (10) with the mouth region (11) has a lower flow resistance than the pressure branch (4; 5; 6; 7; 9).