DD250091B1

DD250091B1 - INK JET PRINT HEAD WITH DYNAMICALLY FLUSHED DUESEN PREORUMS

Info

Publication number: DD250091B1
Application number: DD86291384A
Authority: DD
Inventors: Ingo Michel; Wolfgang Zweigler
Original assignee: Robotron Bueromasch
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1989-09-20
Also published as: DE3705447A1; DD250091A1

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrdüsig ausgebildeten Tintenstrahldruckkopf, insbesondere die Gestaltung und Flutung der den Düsenbohrungen vorgelagerten Düsenvorräume, deren Anwendung bei Tintenstrahlköpfen in ein- oder mehrfarbig arbeitenden Tintenstrahldruckeinrichtungen mit diskontinuierlicher Tropfenerzeugung zweckmäßig ist.The invention relates to a single or Mehrdüsig formed ink jet print head, in particular the design and flooding of the nozzle bores upstream nozzle antechambers whose application is useful in ink jet heads in single or multi-color ink jet printing devices with discontinuous drop generation.

Characteristic of the known technical solutions

Einfache Tintenstrahldruckköpfe, die im wesentlichen aus einem Tintenvorratsbehälter, Zulaufkanälen, Dämpfungseinrichtungen, Druckkammern mit zur Erzeugung kurzzeitiger Druckimpulse dienenden Antriebselementen, gegebenenfalls auch Ablaufkanälen sowie unmittelbar nach außen führenden Düsen bestehen, weisen im allgemeinen den nachteil auf, daß es an der Außenseite der Düse, in Abhängigkeit von den Tintenparametern (insbesondere bei geringer Viskosität), der Nutzungsdauer, der Tropfenfrequenz und des Verschmutzungsgrades, zu unerwünschten Benetzungen kommt, die die Tropfenbildung behindern und.zu Richtungsfehlern der Tintenstrahlen und unterschiedlichen Tropfengeschwindigkeiten führen.Simple inkjet printheads, which consist essentially of an ink reservoir, feed channels, damping devices, pressure chambers with short-term pressure pulses serving drive elements, possibly also drainage channels and directly outwardly leading nozzles generally have the disadvantage that it is on the outside of the nozzle, in Depending on the ink parameters (especially at low viscosity), the useful life, the drop frequency and the degree of soiling, undesirable wetting occurs, which hinder the formation of drops and lead to directional errors of the ink jets and different drop speeds.

Die in diesem Zusammenhang bekannt gewordenen Lösungen, die Düsenplatten durch spezielle Oberflächenbehandlung (Hydrophobierung) zu passivieren (ζ. B. DD-PS 236055) vermögen den aufgezeigten Mangel jedoch nicht auf Dauer zu beseitigen, da durch Ablagerungen von Partikeln aus der Luft, vor allem aber von oberflächenaktiven Tintenbestandteilen, diese Schichten bereits nach relativ kurzer Anwendungszeit in ihrer Wirksamkeit beeinträchtigt werden.The solutions that have become known in this context, the nozzle plates by special surface treatment (hydrophobing) to passivate (ζ. B. DD-PS 236055) are able to remedy the shortcoming, however, not permanently, as by deposits of particles from the air, especially but of surface-active ink constituents, these layers are impaired in their effectiveness after a relatively short period of use.

Des weiteren sind auch eine Reihe von Tintenstrahldruckköpfen bekannt, bei denen den tropfenausstoßenden Düsen weitere tintengefüilte Bereiche in Richtung zum Aufzeichnungsträger vorgelagertsind. Entsprechend dem bekannten Stand derTechnik lassen sich zwei prinzipielle Ausführungen derartiger Düsenvorräume unterscheiden:Further, a number of inkjet printheads are also known wherein the ink jet ejecting nozzles are preceded by further ink-filled areas toward the record carrier. According to the known state of the art, two principal embodiments of such nozzle antechambers can be distinguished:

Im ersten Fall wird der Düsenvorraum durch eine zweite Düsenplatte, deren Düsenbohrung axial fluchtend mit der der ersten Düsenplatte angeordnet ist, abgeschlossen. Aufgrund des nur geringen Abstandes der parallelen Düsenplatte hat dieser Raum einen hohen Kapillardruck und ist immer mit Tinte gefüllt, so daß der in der Bohrung der äußeren Düsenplatte befindliche Meniskus der Tinte von der Umwelt umgeben ist (DE-OS 2164614; DE-OS 2439445, DE-PS 2536369 und DE-AS 2543038). Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, daß der Raum zwischen den Düsenplatten („äußere Kammer"), welcher der Tintenzuführung dient, wegen des geringen Förderungsquerschnittes zu hohen Trägheitskräften der Tinte führt. Die fluchtende Anordnung der Bohrungen und der Abstand der Düsenplatten sind für die Funktion des Druckkopfes von entscheidender Bedeutung jedoch aufgrund der geringen Größe technologisch nur schwer beherrschbar. Zudem kommt es nach längerer Betriebsdauer auch hier auf der Außenseite der äußeren Düsenplatte zu Benetzungen, die unsymmetrisch zur Düsenbohrung angelagert sind und somit die Tropfenausbildung, besonders hinsichtlich der Strahlrichtung, beeinflussen, wodurch die Schriftqualität merklich beeinträchtigt wird.In the first case, the nozzle antechamber is closed by a second nozzle plate whose nozzle bore is arranged axially aligned with that of the first nozzle plate. Due to the only small distance of the parallel nozzle plate, this space has a high capillary pressure and is always filled with ink, so that the located in the bore of the outer nozzle plate meniscus of the ink is surrounded by the environment (DE-OS 2164614; DE-OS 2,439,445, DE-PS 2536369 and DE-AS 2543038). A disadvantage of this solution, however, is that the space between the nozzle plates ("outer chamber"), which serves the ink supply leads to high inertial forces of the ink because of the small delivery cross-section.The alignment of the holes and the distance of the nozzle plates are for the function However, due to the small size of the printhead, it is difficult to control it technologically, and after a longer period of operation also on the outside of the outer nozzle plate wetting occurs, which are asymmetrical to the nozzle bore and thus influence the formation of the drops, in particular with respect to the direction of the jet. whereby the font quality is noticeably impaired.

Im zweiten Fall ist der Düse ein nach außen offener Spalt mit hohem Kapillardruck vorgelagert, der ebenfalls ständig geflutet ist und auch die Verbindung des unmittelbar druckführenden Systems mit dem Tintenvorratsbehälter herstellt (DE-AS 2161315). Diese Ausführung hat somit den Vorteil, daß sie die Probleme hinsichtlich der erforderlichen Genauigkeit bei der Montage weitgehend umgeht und eine Beeinträchtigung der Schriftqualität durch ungleichmäßige Benetzung des Düsenrandes bedingt durch den tintengefluteten Kapillarspalt ausschließt. Aufgrund der erforderlichen Abmessungen des Kapillarspaltes sind jedoch andererseits die Trägheitskräfte der Tinte sehr hoch, was zu einer unerwünschten Begrenzung der Tropfenfrequenz führt. Zudem hat diese Lösung den Nachteil, daß die Oberfläche der tinte die umgebende Luft verhältnismäßig groß ist und somit die mit der Eintrocknung der Tinte verbundenen Probleme (Verstopfungen, Verkrustungen) wesentlich zunehmen. Außerdem ist festzustellen, daß die Dicke des im Kapillarspalt vorhandenen und von den Tintentropfen zu durchdringenden Tintenfilms stark von der Tropfenfrequenz abhängt, wodurch sich schon beigeringen Frequenzen eine unerwünschte Abhängigkeit der Tropfengeschwindigkeit von der Tropfenfrequenz ergibt. Durch Verschmutzung kann darüber hinaus derZufluß der Tinte durch den Kapillarspalt zum druckerzeugenden System unterbrochen bzw. so stark behindert werden, daß Luft angesaugt wird und daß System ausfällt.In the second case, the nozzle is preceded by an outwardly open gap with high capillary pressure, which is also constantly flooded and also the connection of the immediately pressurized system with the ink reservoir produces (DE-AS 2161315). This embodiment thus has the advantage that it largely avoids the problems in terms of the required accuracy during assembly and excludes any impairment of the writing quality due to uneven wetting of the nozzle edge due to the ink-flooded capillary gap. On the other hand, due to the required dimensions of the capillary gap, the inertial forces of the ink are very high, which leads to an undesirable limitation of the drop frequency. In addition, this solution has the disadvantage that the surface of the ink, the surrounding air is relatively large and thus significantly increase the problems associated with the drying of the ink problems (blockages, encrustations). In addition, it should be noted that the thickness of the ink film present in the capillary gap and to be penetrated by the ink droplets depends strongly on the droplet frequency, which already results in an unwanted dependence of the droplet velocity on the droplet frequency. Contamination can also cause the flow of ink through the capillary gap to the pressurizing system to be interrupted or obstructed so much that air is drawn in and system failure occurs.

Des weiteren wurde bereits vorgeschlagen, der Düsenbohrung in Richtung zum Aufzeichnungsträger einen Düsenvorraum vorzulagern, mit dem die Funktion des Tintenstrahldruckkopfes weiter verbessert werden kann (DD-PS 249225). In welcher Weise der Düsenvorraum jedoch gestaltet werden muß bzw. wie damit eine funktioneile Verbesserung des Tintenstrahldruckkopfes erreicht werden kann, ist in der genannten Offenbarung allerdings nicht dargestellt.Furthermore, it has already been proposed to pre-store the nozzle bore in the direction of the recording medium a Düsenvorraum, with which the function of the ink jet print head can be further improved (DD-PS 249225). However, in which way the nozzle antechamber must be designed or how a functional improvement of the inkjet printhead can be achieved is not shown in the cited disclosure.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die wesentlichsten Nachteile der bekannten technischen Lösungen zu beseitigen und einen mit hoher Tropfenfrequenz und Zuverlässigkeit arbeitenden Tintenstrahldruckkqpf vorzusehen, der weder eine gesondert behandelte Düsenplatte benötigt noch Änderungen hinsichtlich der Strahlrichtung oder Tropfengeschwindigkeit durch Undefinierte Benetzungen am Düsenrand eintreten läßt sowie bei Verschmutzungen in Düsennähe nicht ausfällt bzw. im hohen Maße gegen Eintrocknung geschützt ist.The aim of the invention is to eliminate the main drawbacks of the known technical solutions and to provide a high droplet frequency and reliability Tintenstrahldruckkqpf which requires neither a separately treated nozzle plate nor changes in jet direction or drop velocity by undefined wetting at the nozzle edge occur and contamination close to the nozzle does not fail or is highly protected against drying.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ein- oder mehrdüsig ausgebildeten Tintenstrahldruckkopf einer im Ein- oder Mehrfarbendruck arbeitenden Tintenstrahldruckeinrichtung mit bedarfsorientiertem Tropfenausstoß zu entwickeln, der mit . einem vor der tropfenausstoßenden Düse liegenden, jedoch nicht in die für die Tintenzuführung dienenden Kanalabschnitte einbezogenen Raum versehen ist, der im Ruhezustand frei von Tinte und für den Betriebszustand dynamisch flutbar ist. Erfindungsgemäß sind dazu die auf der Außenseite der Düsenplatte vor den Düsenbohrungen liegenden und durch zylinderförmige Ausnehmungen gebildeten Düsenvorräume derart ausgestaltet, daß diese bedingt durch ihre geometrischen Abmessungen eine kapillare Steighöhe besitzen, die geringer als der Höhenunterschied zwischen dem maximalen Tintenstand im Tintenvorratsbehälter und den Düsenbohrungen ist, und durch Erzeugung von Flüssigkeitsbewegungen in den Düsenbohrungen mittels impulsangeregter elektromechanischer Schwingungselemente, die am Tintenstrahldruckkopf angebunden sind, im Betriebszustand definiert geflutet sind.The invention has for its object to develop a one- or multi-nozzle ink jet print head working in single- or multi-color inkjet printing device with demand-oriented drop ejection with. is provided in front of the drop-ejecting nozzle, but not included in the ink supply channel sections, which is free from ink in the idle state and dynamically floatable for the operating state. According to the invention are on the outside of the nozzle plate lying in front of the nozzle bores and formed by cylindrical recesses nozzle anvils such that they have due to their geometrical dimensions capillary rise height, which is less than the height difference between the maximum ink level in the ink reservoir and the nozzle holes, and flooded in the operating state by generating fluid movements in the nozzle bores by means of pulse-excited electromechanical vibrational elements attached to the inkjet printhead.

Dabei beträgt für einen Düsenvorraum mit kreisrundem Loch und einer Düsenbohrftng der Durchmesser 0,8mm bis1 mm und für einen Düsenvorraum in Form eines Langloches, der eine oder mehrere Düsenbohrungen umfaßt, das Verhältnis von Querschnittsfläche zu Umfang des Langloches 0,2mm bis 0,3mm. Vorteilhafterweise können die Düsenvorräume hierbei durch eine oder mehrere auf der Düsenplatte angeordnete Platten gebildet werden, wobei die Höhe der Düsenvorräume bzw. die Gesamtdicke der Platten ungefähr 0,1 mm beträgt. Die zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der definierten Flutung der Düsenvorräume dienenden Schwingungselemente können synchron oder asynchron zur Tropfenfrequenz angeregt werden, wobei die Frequenz der Anregeimpulse der Schwingungselemente annähernd gleich der Resonanzfrequenz der Flüssigkeitssäule zwischen Druckammer bzw. Dämpfungseinrichtung und Düsenbohrung ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Schwingungselemente durch die der Tropfenerzeugung dienenden Energiewandlerelemente gebildet werden, indem diese neben den Tropfenerzeugungsimpulsen auch die flutungserzeugenden Anregeimpulse zugeführt werden.In this case, for a nozzle vestibule with a circular hole and a Düsenbohrftng the diameter of 0.8mm to 1 mm and for a nozzle antechamber in the form of an elongated hole comprising one or more nozzle holes, the ratio of cross-sectional area to perimeter of the elongated hole 0.2mm to 0.3mm. Advantageously, the nozzle antechambers may be formed by one or more plates arranged on the nozzle plate, the height of the nozzle antechambers or the total thickness of the plates being approximately 0.1 mm. The vibration elements serving to generate and maintain the defined flooding of the nozzle chambers can be excited synchronously or asynchronously to the droplet frequency, the frequency of the vibration pulses of the vibration elements being approximately equal to the resonant frequency of the fluid column between the pressure chamber and the damping device and nozzle bore. In a further advantageous embodiment of the invention, the vibration elements can be formed by the drop-generating energy converter elements by these are supplied in addition to the drop generation pulses and the flooding-generating stimulus pulses.

Die definierte Flutung der Düsenvorräume erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß durch Erzeugung von geringen Flüssigkeitsbewegungen in den Düsenbohrungen mittels der elektromechanischen Schwingungs- bzw. den Energiewandlerelementen, denen die flutungserzeugenden Anregeimpulse zugeführt werden, die Schreibflüssigkeit aus den Düsenbohrungen austritt und in den Düsenvorräumen stabile konkave Flüssigkeitsmenisken ausbildet. Mit Abschalten der Anregeimpulse zur Flutung bzw. Aufrechterhaltung der Flutung der Düsenvorräume reißen die Flüssigkeitsmenisken und die Schreibflüssigkeit in den Düsenvorräumen wird daraufhin durch den Unterdruckzwischen den Düsenbohrungen und dem Tintenvorratsbehälter von den Düsenbohrungen abgesaugt.The defined flooding of the nozzle antechambers takes place according to the invention in that, by generating small liquid movements in the nozzle bores by means of the electromechanical oscillation or energy conversion elements to which the flooding-generating excitation pulses are supplied, the writing liquid emerges from the nozzle bores and forms stable concave liquid menisci in the nozzle antechambers. With the switching off of the excitation pulses for flooding or maintaining the flooding of the nozzle cavities, the liquid menisci and the writing liquid in the nozzle cavities are then sucked by the negative pressure between the nozzle bores and the ink reservoir from the nozzle bores.

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 Schnittdarstellung wiedergegebenen und auf die erfindungswesentlichsten Teile beschränkten Ausschnitt eines Tintenstrahldruckkopfes mit nichtgeflutetem DüsenvorraumFig. 1: a reproduced in section and limited to the invention essential parts of a section of an ink jet print head with non-flooded nozzle vestibule

Fig. 2: den oberen Teil des in Fig. 1 ausschnittsweise gezeigten Tintenstrahldruckkopfes mit geflutetem Düsenvorraum Fig.3: eine Ausbildung des Düsenvorraumes in kreisrunder Form und mit einer Düse Fig. 4: eine Ausbildung des Düsenvorraumes in Langlochform und mit einer Düse Fig. 5: eine Ausbildung des Düsenvorraumes in Langlochform und mit mehreren Düsea Fig. 6: einen in Schnittdarstellung gezeigten Abschnitt eines Tintenstrahldruckkopfes mit geflutetem Düsenvorraum und3 shows an embodiment of the nozzle front chamber in circular form and with a nozzle FIG. 4 shows an embodiment of the nozzle front chamber in oblong hole form and with a nozzle FIG. 5 FIG. 6 shows a section of an inkjet printhead with a fluted nozzle front chamber and, shown in a sectional view, a design of the nozzle antechamber in oblong shape and with several nozzles

angebundenem parallelen Strömungspfad Fig. 7: mehrere anhand der auseinandergezogenen Einzelteile dargestellte und in Plattenbauweise gebildete Düsenvorräume mit jeweils einer Düse und angebundenem parallelen Strömungspfad.connected parallel flow path Fig. 7: a plurality of illustrated with reference to the exploded items and formed in plate construction nozzle antechambers each having a nozzle and connected parallel flow path.

Dem Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt ein ein- oder mehrdüsig ausgebildeter Tintenstrahldruckkopf einer im Ein- oder Mehrfarbendruck arbeitenden Tintenstrahldruckeinrichtung mit bedarfsorientiertem Tropfenausstoß zugrunde. Der in der Fig. 1 lediglich ausschnittsweise dargestellte Tintenstrahldruckkopf besteht aus dem Tintenvorratsbehälter 1 mit der Schreibflüssigkeit 2, dem Tintenzulauf 3, der Dämpfungseinrichtung 4, der Druckkammer 4 mit dem zur Erzeugung kurzzeitiger Druckimpulse dienenden Energiewandlerelement 6 und der nach außen führenden Düsenbohrung 7 sowie dem Düsenvorraum 8. Ebenso sind aber auch solche Ausführungen von Tintenstrahldruckköpfen denkbar, bei denen zwischen Druckkammer 5 und Düsenbohrung 7 ein nicht dargestellter Verbindungskanal vorhanden, ein Plattenaufbau des Druckkopfes rechtwinklig zur Düsenebene oder eine massive Ausbildung der Druckkopfbereiche Druckkammer 5 und nicht dargestellter Verbindungskanal zur Düse 7 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weist der Düsenvorraum 8, bedingfdurch seine Formgestaltung und charakterisiert durch den Durchmesser 8 a und die Höhe 8 b bei kreisrunder Form, in dessen Mittelpunkt die Düsenbohrung 7 angeordnet ist (Fig.3), eine kapillare Steighöhe auf, die geringer als der Höhenunterschied zwischen dem maximalen Tintenstand im Tintenvorratsbehälter 1 und der Düsenbohrung 7 ist. Dadurch wird eine selbständige Flutung des Düsenvorraumes 8 ausgeschlossen und eine bestehende Flutung des Düsenvorraumes 8 durch Zurückfließen von Schreibflüssigkeit 2 beseitigt. Unter Zugrundelegung der entsprechenden Parameter üblicher Schreibflüssigkeiten 2 und guter Benetzungsfähigkeit der Oberflächen im Düsenvorraum 8 und bei Vorgabe des Höhenunterschiedes zwischen dem maximalen Tintenstand im Tintenvorratsbehälter 1 und der Düsenbohrung 7 von größer 10 mm, ist bei einem Düsenvorraum 8 in Form eines kreisrunden Loches ein Durchmesser 8a von 0,8mm bis 1 mm und eine Höhe 8b des Düsenvorraumes 8 von ungefähr 0,1 mm sinnvoll.The exemplary embodiment of the invention is based on a single-jet or multi-nozzle ink jet print head of an ink jet printing device operating in single or multi-color printing with demand-oriented drop ejection. The illustrated in Fig. 1 only partially fragmentary ink jet print head consists of the ink reservoir 1 with the writing fluid 2, the ink inlet 3, the damping device 4, the pressure chamber 4 with the short-term pressure pulses serving energy converter element 6 and the outwardly leading nozzle bore 7 and the nozzle vestibule 8. Likewise, however, such embodiments of ink jet print heads are conceivable in which between the pressure chamber 5 and nozzle bore 7 an unillustrated connection channel present, a plate structure of the print head is provided perpendicular to the nozzle plane or a massive training of the print head areas pressure chamber 5 and not shown connecting channel to the nozzle 7 , According to the invention, the nozzle antechamber 8, conditionf by its shape and characterized by the diameter 8 a and the height 8 b in a circular shape, in the center of the nozzle bore 7 is arranged (Figure 3), a capillary rise height, which is less than the difference in height between the maximum ink level in the ink reservoir 1 and the nozzle bore 7 is. As a result, an independent flooding of the Düsenvorraumes 8 is excluded and eliminated an existing flooding of the Düsenvorraumes 8 by flowing back of writing fluid 2. On the basis of the corresponding parameters of conventional writing fluids 2 and good wetting ability of the surfaces in the nozzle antechamber 8 and given the height difference between the maximum ink level in the ink reservoir 1 and the nozzle bore 7 of greater than 10 mm, 8a in the form of a circular hole in a Düsenvorraum from 0.8 mm to 1 mm and a height 8b of the nozzle antechamber 8 of about 0.1 mm makes sense.

Durch Erzeugung von geringen Flüssigkeitsbewegungen in der Düsenbohrung 7 mittels eines elektromechanischen Schwingungselementes, das mit Anregeimpulsen bestimmter Frequenz und Intensität belegt ist, die aber noch keine Tropfenerzeugung bewirken, tritt aus der Düsenbohrung 7 Schreibflüssigkeit 2 aus und bewirkt eine definierte Flutung des Düsenvorraumes 8 und damit die Ausbildung eines stabilen konkaven Flüssigkeitsmeniskus 9 im Düsenvorraum 8. Die Tropfenerzeugung kann danach synchron oder asynchron zur Frequenz der Anregeimpulse ausgelöst werden. Im dargestellten Beispiel der Fig. 2 wird zur Erzeugung der Flüssigkeitsbewegung und damit zur definierten Flutung des Düsenvorraumes 8 das am Tintenstrahldruckkopf zur Tropfenerzeugung dienende Energiewandlerelement 6 verwendet. Die zur Flutung des Düsenvorraumes 8 notwendigen Anregeimpulse weisen dabei eine wesentlich geringere Intensität auf als die zur Tropfenerzeugung notwendigen Impulse. Bedingt durch die geringe Höhe 8b von etwa 0,1 mm des Düsenvorraumes 8 ist die Schichtdicke der Schreibflüssigkeit 2 direkt über der Düsenbohrung 7 sehr gering, so daß keine negativen Auswirkungen in Form von Energieverlusten bei der Tropfenerzeugung entstehen. Die Tropfenerzeugung erfolgt durch kurzzeitige Druckimpulse mit entsprechender Stärke auf die Schreibflüssigkeit 2 im Bereich der Druckkammer 5 durch das Energiewandlerelement 6. Nach jedem Tropfenausstoß aus der Düsenbohrung 7 und anschließender Saugphase zur Förderung von Schreibflüssigkeit 2 aus dem Tintenvorratsbehälter 1, erzeugt durch das Energiewandlerelement 6 und den konkav gespannten Flüssigkeitsmeniskus in der Düsenbohrung 7, bewirkt die Dämpfungseinrichtung 4 die Beruhigung der Flüssigkeitssäule zwischen Tintenvorratsbehälter 1 und Düsenbohrung 7 in kürzester Zeit. Dabei bleibt das Tintenvolumen im gefluteten Düsenvorraum 8 annähernd unberührt, so daß nach Beendigung der Saugphase sofort der Ausgangszustand im gefluteten Düsenvorraum 8 in Form des Flüssigkeitsmeniskus 9 wieder eintritt. Bei Abschaltung der Anregeimpulse zur Flutung bzw. Aufrechterhaltung der Flutung des Düsenvorraumes 8, reißt der Flüssigkeitsmeniskus 9 und die Schreibflüssigkeit 2 im Düsenvorraum 8 wird durch den Unterdruck zwischen Düsenbohrung 7 und Tintenvorratsbehälter 1 von der Düsenbohrung 7 abgesaugt. Eine Minimierung des Energiegehaltes der Anregeimpulse zur Herstellung und Aufrechterhaitung einer definierten Flutung des Düsenvorraumes 8 wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem die Frequenz der Anregeimpulse annähernd gleich der Resonanzfrequenz der Flüssigkeitssäule zwischen Druckkammer 5 bzw. Dämpfungseinrichtung 4 und der Düsenbohrung 7 ist. In den Fig.4 und 5 sind zwei weitere Beispiele für die Ausbildung des Düsenvorraumes 8 dargestellt, bei denen der Düsenvorraum 8 jeweils als Langloch ausgeführt ist und entweder eine Düsenbohrung 7 (Fig.4) oder aber mehrere Düsenbohrungen 7 (Fig. 5) auf der Längsachse des Langloches angeordnet sind. Um dabei die vorstehend beschriebenen Eigenschaften zu erreichen, müssen das Verhältnis von Querschnittfläche zu Umfang des Langloches 0,2 mm bis 0,3 mm in die Höhe 8b des Düsenvorraumes 8 ungefähr 0,1 mm betragen.By generating small fluid movements in the nozzle bore 7 by means of an electromechanical vibration element, which is occupied by excitation pulses of certain frequency and intensity, but still cause no droplet generation, emerges from the nozzle bore 7 writing fluid 2 and causes a defined flooding of the Düsenvorraumes 8 and thus the Formation of a stable concave liquid meniscus 9 in the nozzle vestibule 8. The drop generation can then be triggered synchronously or asynchronously to the frequency of the excitation pulses. In the example shown in FIG. 2, the energy conversion element 6 used to generate droplets is used to generate the liquid movement and thus for the defined flooding of the nozzle antechamber 8. The necessary for flooding the Düsenvorraumes 8 excitation pulses have a much lower intensity than the pulses necessary for the generation of drops. Due to the small height 8b of about 0.1 mm of Düsenvorraumes 8, the layer thickness of the writing fluid 2 directly above the nozzle bore 7 is very low, so that no negative effects in the form of energy losses in the drop generation. The drops are generated by short-term pressure pulses of appropriate strength on the writing fluid 2 in the pressure chamber 5 by the energy converter element 6. After each drop ejection from the nozzle bore 7 and subsequent suction phase for promoting writing fluid 2 from the ink reservoir 1, generated by the energy converter element 6 and the concave tensioned liquid meniscus in the nozzle bore 7, the damping device 4 causes the calming of the liquid column between the ink reservoir 1 and the nozzle bore 7 in the shortest possible time. In this case, the volume of ink in the flooded nozzle vestibule 8 remains almost untouched, so that after completion of the suction immediately the initial state in the flooded nozzle front chamber 8 in the form of the liquid meniscus 9 occurs again. When switching off the excitation pulses for flooding or maintaining the flooding of Düsenvorraumes 8, the liquid meniscus tears 9 and the writing liquid 2 in the nozzle antechamber 8 is sucked by the negative pressure between the nozzle bore 7 and ink reservoir 1 of the nozzle bore 7. A minimization of the energy content of the excitation pulses for producing and maintaining a defined flooding of Düsenvorraumes 8 is achieved according to the invention by the frequency of the excitation pulses approximately equal to the resonant frequency of the liquid column between the pressure chamber 5 and damping device 4 and the nozzle bore 7. 4 and 5 show two further examples of the design of the nozzle pre-chamber 8, in which the nozzle pre-chamber 8 is in each case embodied as a slot and either a nozzle bore 7 (FIG. 4) or a plurality of nozzle bores 7 (FIG. 5) the longitudinal axis of the elongated hole are arranged. In order to achieve the properties described above, the ratio of cross-sectional area to circumference of the elongated hole 0.2 mm to 0.3 mm in the height 8b of the Düsenvorraumes 8 must be about 0.1 mm.

Der in Fig. 6 dargestellte Tintenstrahldruckkopf weist einen mittels Anregeimpulsen definiert gefluteten Düsenvorraum 8 auf, der über parallelzur Außenseite der Düsenplatte 15 verlaufende Kanäle 10 an einen parallelen Strömungspfad 11, der die Verbindung mit dem Tintenzulauf 3 herstellt, angeschlossen ist. Dabei weisen die Mündungsstellen der Kanäle 10 in den Düsenvorraum 8 eine solche Kapillarität auf, daß bei einem nicht gefluteten Düsenvorraum 8 die Schreibflüssigkeit 2 an den Mündungsstellen der Kanäle 10 ansteht. Zweckmäßigerweise erfolgt die Realisierung der Düsenvorräume 8, der Kanäle 10 und des parallelen Strömungspfades 11, aufbauend auf die Düsenplatte 15, in Plattenbauweise. Gemäß der Darstellung nach Fig.7 werden hierbei die Düsenvorräume 8 durch definierte Durchbrüche 12a und 13a in den Platten 12 und 13 sowie durch dieThe illustrated in Fig. 6 ink jet print head has a defined by means of excitation pulses flooded nozzle Vorraum 8, which is parallel to the outside of the nozzle plate 15 extending channels 10 to a parallel flow path 11, which connects to the ink inlet 3, connected. In this case, the mouth points of the channels 10 in the nozzle antechamber 8 such capillarity that at a non-flooded nozzle antechamber 8, the writing fluid 2 is present at the mouth points of the channels 10. Conveniently, the realization of the Düsenvorräume 8, the channels 10 and the parallel flow path 11, based on the nozzle plate 15, carried out in plate construction. According to the illustration according to FIG. 7, the nozzle antechambers 8 are defined by defined apertures 12a and 13a in the plates 12 and 13 as well as by the

Materialstärken der Platten 12 und 13 gebildet. Dabei fungieren die Durchbrüche 12a gleichzeitig als Mündungsstellen der Kanäle 10 in den Düsenvorräumen 8 (12a und 13a). Durch die Platte 14 erfolgt die Anbindung der Kanäle 10 an den parallelen Strömungspfad 11, der durch die Platte 16 nach außen abgedeckt wird.^l Material thicknesses of the plates 12 and 13 formed. In this case, the openings 12a simultaneously act as mouth points of the channels 10 in the Düsenvorräumen 8 (12a and 13a). Through the plate 14, the connection of the channels 10 to the parallel flow path 11, which is covered by the plate 16 to the outside. ^l

Weiterhin ist es auch möglich, die Durchbrüche 12a und 13a in den Platten 12 und 13 in nur einer Platte mit definierten Durchbrüchen und Vertiefungen (beispielsweise durch Tiefenätzung) und entsprechender Materialstärke zu realisieren. Nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Düsenvorraum 8 nicht in die der Tintenversorgung dienenden Kanalabschnitte eingebunden, so daß die Schwingungsvorgänge nach einem Tropfenausstoß von diesem nicht beeinflußt werden und Verschmutzungen nicht zum Ansaugen von Luft führen können. Indem die Düsenvorräume 8 nur beim Betreiben durch Anregung der Schreibflüssigkeit 2 zu einer Schwingung mit einem dünnen Tintenfilm auf der Düsenplatte 15 geflutet werden, im Ruhezustand aber frei von Schreibflüssigkeit 2 bleiben, verringert sich zugleich auch die Gefahr des Eintrocknens erheblich. Zudem können Beeinträchtigungen hinsichtlich der Stabilität der Tropfengeschwindigkeit vermieden werden, da zwischen zwei Tropfenemissionen mehrere solcher Anregeimpulse erfolgen, wodurch die Dicke des Tintenfilms bei^edem Ausstoß gleich ist.Furthermore, it is also possible to realize the apertures 12a and 13a in the plates 12 and 13 in only one plate with defined apertures and depressions (for example by deep etching) and corresponding material thickness. According to the embodiment of the invention, the nozzle vestibule 8 is not involved in the ink supply serving channel sections, so that the vibration processes are not affected by a drop ejection of this and soiling can not lead to the suction of air. By the nozzle antechambers 8 are only flooded when operating by exciting the writing liquid 2 to a vibration with a thin ink film on the nozzle plate 15, but at rest remain free of writing fluid 2, at the same time reduces the risk of drying considerably. In addition, impairments in the stability of the drop velocity can be avoided, as between two drop emissions, several such excitation pulses occur, whereby the thickness of the ink film is equal at each ejection.

Es ist somit ein Wesensmerkmal der Erfindung, daß aufgrund der zweckmäßigen Gestaltung des Düsenvorraumes 8, der zur Verbesserung der Erzeugung und des Abbaus seiner Flutung zudem mit einem zum unmittelbar druckführenden System parallelen Strömungspfad 11 verbunden sein kann, die Richtungsstabilität des Tintenstrahls wesentlich erhöht werden kann, ohne daß dabei Nachteile hinsichtlich des Eintrocknungsverhaltens, der Stabilität der Tropfengeschwindigkeit, der Zuverlässigkeit oder der erreichbaren Tropfenfrequenz in Kauf genommen werden müssen.It is thus an essential feature of the invention that due to the expedient design of the nozzle antechamber 8, which can also be connected to improve the production and the reduction of its flooding with a flow path 11 parallel to the immediately pressurized system, the directional stability of the ink jet can be substantially increased, without any disadvantages in terms of drying behavior, the stability of the drop speed, the reliability or the achievable drop frequency must be taken into account.

Claims

An ink-jet printhead for one-shot or multi-color on-demand drop ejection ink jet printing units consisting of pressure generating dropping energy transducer elements, ink inlet channel damper means for communicating with one or more ink reservoirs, outwardly leading nozzle bores and nozzle cavities located on the outside of the nozzle plate the nozzle bores are formed by cylindrical recesses, characterized in that the Düsenvorräume (8) due to their geometric dimensions have a capillary rise height, which is less than the height difference between the maximum ink level in the ink reservoir (1) and the nozzle bores (7) and that the . Nozzle antechambers (8) by generating fluid movements in the nozzle bores (7) by means of pulse-excited electromechanical vibration elements which are connected to the ink jet print head, flooded defined in the operating state.

2. An ink jet print head according to claim 1, characterized in that for a Düsenvorraum (8) with a circular hole and a nozzle bore (7) of the diameter (8 a) 0.8 mm to 1 mm and for a nozzle vestibule (8) in the form of a slot, the one or more nozzle bores (7), the ratio of the cross-sectional area to the circumference of the elongated hole is 0.2 mm to 0.3 mm.

3. An ink jet printhead according to claim 1 or 2, characterized in that the Düsenvorräume (8) by one or more on the nozzle plate (15) arranged plates (12; 13) are formed and the height (8 b) or the total thickness of the plates (12; 13) is about 0.1 mm.

4. An ink-jet printhead according to claim 1, characterized in that the generation and maintenance of the defined flooding of the nozzle antechambers (8) serving vibration elements are excited synchronously or asynchronously to the droplet generation.

5. inkjet printhead according to claim 1 or 4, characterized in that the frequency of the excitation pulses of the vibration elements is approximately equal to the resonant frequency of the liquid column between the pressure chamber (5) and damping device (4) and nozzle bore (7).

6. An ink-jet printhead according to claim!, Characterized in that the vibration elements are formed by the drop generating serving energy converter elements (6), which in addition to the drop generation pulses and the flooding generating excitation pulses are supplied.