DE19704970C1 - Vorrichtung für einen Tintendruckkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Tintendruckkopf, insbesondere zur Einstellung der fluiden Impedanz der Tintenleitung im Tintendruckkopf.

Tintendruckköpfe werden hauptsächlich in Bürodruckern eingesetzt. Die Kopfgeometrie ist vom Hersteller festgelegt. Variationen sind nur für die Größe der ausgestoßenen Tintentröpfchen im Rahmen der Ein­ stellung der Kopftemperatur und der Ansteuerimpulse für die Aktoren für die Tintendruckkammern möglich.

Üblicherweise werden dabei die Tintendruckköpfe mit Tinten versorgt, die speziell für den einzelnen Druckkopftyp entwickelt worden sind und sich höchstens in der Farbe - so bei Colordruckern - unterscheiden. Darüber hinaus werden in der Regel vorgeschriebene Druckträger gleichbleibender Dicke und Qualität verwendet.

Seit einigen Jahren werden jedoch immer neue Einsatzgebiete für Tin­ tendruckköpfe erschlossen, wie Produktbeschriftungsgeräte, Frankier­ maschinen und Reproduktionseinrichtungen mit Signierung.

Bei diesen Druckern besteht im Vergleich mit den Bürodruckern nicht nur ein Unterschied in den Bewegungsabläufen, sondern auch bezüg­ lich der Anforderungen an die einzusetzende Tinte und bezüglich der Vielfalt der zugelassenen Druckträger.

Während beim üblichen Bürodrucker der Abdruck zeilenweise erfolgt und der Druckträger zwecks Tintentrocknung erwärmt wird, ist es bei­ spielsweise bei Frankiermaschinen aus Gründen eines zügigen Durch­ satzes erforderlich, daß der Druck als einmaliger Frankierabdruck in einem Durchlauf des Postgutes erfolgt.

Auf Grund des schnellen Durchlaufes, der sehr unterschiedlichen Mas­ sen und der sehr unterschiedlichen Tintenaufnahmefähigkeit der Druckträger - Folien, Briefe, diverse mehr oder weniger gefüllte Um­ schläge - ist ein Trocknungsprozeß wie beim Bürodrucker ausge­ schlossen.

Infolgedessen sind Tinten erforderlich, die schnell mit dem Aufzeich­ nungsträger eine wischfeste Verbindung eingehen. Dafür kommen Tinten sowohl auf Wachsbasis als auch auf der Basis leichtflüchtiger oder schnell penetrierender Lösungsmittel in Betracht. Entsprechend unterschiedlich ist dann auch die Viskosität der Tinten.

Tinten unterschiedlicher Farbe können gleichfalls unterschiedliche Viskosität haben.

Für Produktbeschriftungsgeräte sind die Verhältnisse weitgehend ähnlich.

Zwecks späterem besserem Verständnis wird der prinzipielle Aufbau eines Tintendrucksystems hier kurz beschrieben.

Von einer Tintenversorgungseinrichtung wird über einen Tintenversor­ gungskanal eine Tintendruckkammer gespeist. Innerhalb oder außer­ halb der Tintendruckkammer ist ein Aktor angeordnet, mit dem impuls­ artige Druckänderungen in der Tintendruckkammer erzeugt werden. Von der Tintendruckkammer führt ein Düsenkanal zu einer Düsen­ öffnung. Bei Überdruck in der Tintendruckkammer werden Tintentröpf­ chen durch die Düsenöffnung ausgestoßen. Bei Unterdruck in der Tin­ tendruckkammer wird Tinte über den Tintenversorgungskanal aus der Tintenversorgungseinrichtung nachgesaugt. Als Aktoren sind Piezo­ wandler oder Thermowandler üblich.

Beim Tintendruck ist es aus Effektivitätsgründen erwünscht, den in der Tintendruckkammer erzeugten Überdruckimpuls nur für den Tintenaus­ stoß wirksam werden zu lassen. Das bedeutet, daß die fluide Impedanz in Richtung Tintenversorgungskanal wesentlich größer sein muß als die fluide Impedanz in Richtung Düsenöffnung. Das Verhältnis zwi­ schen beiden Impedanzen wird durch entsprechende Gestaltung der Tintenversorgungs- und Düsenkanäle festgelegt. Der Tintenversor­ gungskanal hat demzufolge außer der Versorgungsfunktion auch noch eine Drosselfunktion.

Nachträgliche Änderungen sind nicht möglich, siehe hierzu Akira Asai, Toshitami Hara and Ichiro Endeo "One Dimensional Model of Bubble Growth and Liquid Flow in Bubble Jet Printers", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 26, No. 10, October, 1987, Seite 1794-1801 sowie DE 31 47 107 C2 und DE 32 17 248 C2.

Es ist weiterhin eine Anordnung für einen Tintendruckkopf in Piezoplanartechnik bekannt, siehe DE 295 21 128 U1, bei dem Platten übereinander geschichtet sind, in die Tintenversorgungskanäle, Tintendruckkammern, Düsenkanäle sowie Düsenöffnungen eingeformt sind. Die Tintenversorgungskanäle werden von einem gemeinsamen Versorgungskanal gespeist.

Schließlich ist noch ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät nach dem "Bubble-Jet"-Prinzip - Tintenausstoß durch partielle Verdampfung - bekannt, siehe DE 29 54 680 C2. Die Tinte in einer Flüssigkeitskam­ mer wird mittels einer Vorheizeinrichtung vorgewärmt, die die rohrför­ mige Flüssigkeitskammer umgibt. Damit wird eine von der Umge­ bungstemperatur unabhängige Betriebstemperatur eingestellt. Die Flüssigkeitskammer ist einerseits kegelförmig und andererseits zylin­ derförmig verjüngt. Der kegelförmige Teil mündet in einer Düse. Der zylinderförmige Teil enthält ein Ventil zur Einstellung der Strömung der Tinte zur Flüssigkeitskammer. Durch die Vorheizeinrichtung wird die Tinte im gesamten Tintendruckkopf auf die gleiche Betriebstemperatur aufgeheizt.

Zweck der Erfindung ist eine Verbesserung der Gebrauchseigenschaf­ ten, insbesondere eine Vergrößerung des Einsatzbereiches und der Zuverlässigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die eine Anpassung des Tinten­ druckkopfes an Tinten mit unterschiedlicher Viskosität ermöglicht.

Die Vorrichtung soll sowohl für einen Tintendruckkopf in einstückiger kompakter Bauweise als auch für einen aus mehreren Tintendruck­ modulen bestehenden Tintendruckkopf verwendbar sein. Es sollen Module aller möglichen Prinzipien - Edgeshooter, Sideshooter, Backshooter - zulässig sein.

Vorzugsweise soll von einem Tintendruckkopf beziehungsweise Modul gemäß DE 44 43 254 C1 ausgegangen werden, dessen Tinten­ druckmodul einen gemeinsamen Versorgungskanal für die Tintenver­ sorgungskanäle der Tintendruckkammern aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist mindestens im Tintenzuflußbereich von dem gemeinsamen Versorgungskanal zum Tintenversorgungskanal zur Tintendruckkammer vorzugsweise an der Stelle mit dem kleinsten Leitungsquerschnitt ein Schiebeventil ange­ ordnet. Neben der Impedanzanpassung des Tintenversorgungskanals ist mittels des Schiebeventils auch eine Variation der Masse der aus­ gestoßenen Tintentropfen möglich. So ist bei geschlossenem Schiebe­ ventil die Druckimpulsumsetzung am größten, das heißt, die Verdrän­ gung ist am größten und demzufolge sind auch die ausgestoßenen Tropfen am größten. Bei vollständig geöffnetem Schiebeventil ist die Druckimpulsausnutzung am kleinsten, das heißt, die Verdrängung ist am kleinsten und die ausgestoßenen Tropfen sind am kleinsten.

Auf diese Weise ist wahlweise Fett-, Normal- oder Magerdruck partiell oder ganz einstellbar.

Die Verwendung eines Schiebeventils ermöglicht es, einen Verschluß ohne Verdrängungsvolumen zu erreichen.

Das Schiebeventil kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Tin­ tenversorgungskanals angeordnet sein. Das würde unterschiedliche Möglichkeiten für dessen Ansteuerung eröffnen.

Das Schiebeventil kann so beschaffen sein, daß gleichzeitig mehrere Tintenversorgungskanäle wahlweise teilweise verschlossen oder geöff­ net werden.

Außer dem Schiebeventil im Tintenversorgungskanal kann analog ein weiteres Schiebeventil im Düsenkanal angeordnet sein. Auf diese Wei­ se kann in einfacher Weise sowohl auf die fluide Impedanz des Tinten­ versorgungskanals als auch auf die fluide Impedanz des Düsenkanals Einfluß genommen werden.

Damit ist ein optimales Impedanzverhältnis in Anpassung an die Vis­ kosität der zum Einsatz kommenden Tinte einstellbar. Darüber hinaus ist mit den beiden Schiebeventilen eine Tropfenmassen-Variation unter Beibehaltung einer konstanten Fluggeschwindigkeit möglich.

Die Erfindung wird nachstehend am Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Ein Prinzipbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Schiebeventil im Bereich der Tintenversorgungskanäle.

Fig. 2 ein Prinzipbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Schiebeventil im Bereich der Tintenversorgungskanäle und mit einem Schiebeventil im Bereich der Düsenkanäle.

Zur Vereinfachung und zum leichteren Verständnis ist die Darstellung schematisiert ausgeführt.

Gemäß Fig. 1 weist ein Tintendruckmodul 1 nacheinander in Tinten­ flußrichtung einen gemeinsamen Versorgungskanal 12, Tintenversor­ gungskanäle 13, Tintendruckkammern 14 und nach außen mündende Düsenkanäle 15 auf.

Der gemeinsame Versorgungskanal 12 wird über einen Tintenanschluß 11 mit einer Öffnung 111 gespeist. An den Tintenanschluß 11 ist in nicht dargestellter Weise ein Schlauch angeschlossen, der zu einem Tintentank führt.

Ein. Schiebeventil 2 ist in dem gemeinsamen Versorgungskanal 12 un­ mittelbar vor den Öffnungen 131 zu den Tintenversorgungskanälen 13 angeordnet.

Das Schiebeventil 2 besteht aus einer extrem dünnen Klinge 21 mit Durchflußöffnungen 211, die den Öffnungen 131 der Tintenversor­ gungskanäle 13 angepaßt sind, und einem zugehörigen Antrieb 22. Die Klinge 21 ist zwischen der vorderen Wand des gemeinsamen Ver­ sorgungskanals 12 und Führungselementen 23 verschiebbar angeord­ net. In der gezeigten Stellung ist der Tintenzufluß ganz offen. Die teilweise Sperrung erfolgt durch Verschiebung der Klinge 21 seit­ wärts um weniger als die Durchmesserlänge der Öffnung 131 beträgt. Das Verschiebungsmaß ist in Abhängigkeit von der Viskosität der Tinte empirisch ermittelbar.

Die Lösung gemäß Fig. 2 weist neben dem Schiebeventil 2 für die Tintenversorgungskanäle 13 ein weiteres Schiebeventil 3 für die Düsenkanäle 15 auf, das mit einem Antrieb 32 versehen ist. Dadurch ist zusätzlich eine Anpassung der fluiden Impedanz der Düsenkanäle 15 an die Viskosität der verwendeten Tinte möglich. Wie bereits erwähnt, kann durch eine Variation der Impedanz des Tintenversorgungskanals 13 und des Düsenkanals 15 die Masse des ausgestoßenen Tintentropfens variiert werden. Damit ist beispielsweise eine Anpassung der Tropfengröße an die Druckträger mit unterschied­ licher Tintenaufnahmefähigkeit möglich.

Die sich sonst mit der Tropfengröße ändernde Fluggeschwindigkeit der Tintentropfen ist außer durch entsprechende Veränderung der An­ steuerimpulse nun auch durch Einstellung der Tintenzufuhrimpedanz über das Schiebeventil 2 kompensierbar.

Bezugszeichenliste

1

Tintendruckkopf beziehungsweise Tintendruckmodul

11

Tintenanschluß

111

Öffnung des Tintenanschlusses

11

12

gemeinsamer Versorgungskanal

13

Tintenversorgungskanal

14

Tintendruckkammer

15

Düsenkanal beziehungsweise Düse

2

erstes Schiebeventil

21

Klinge des Schiebeventils

2

211

Durchflußöffnung/en der Klinge

21

22

Antrieb für die Klinge

21

23

Führungelement für Klinge

21

3

zweites Schiebeventil

31

Klinge des Schiebeventils

3

311

Durchflußöffnung/en der Klinge

31

32

Antrieb für die Klinge

31

Claims (3)

1. Vorrichtung für einen Tintendruckkopf

• - mit mindestens einer Tintendruckkammer (14), die einerseits in einen Tintenzuflußbereich (131) und andererseits in einem Düsenkanal (15) mündet und
• - mit einem Schiebeventil (2), das in dem Tintenzuflußbereich (131) unmittelbar vor der Tintendruckkammer (14) angeordnet ist und das aus einer extrem dünnen Klinge (21) mit einer dem Tintenzufluß­ bereich (131) zugeordneten Durchflußöffnung (211) und einem zuge­ hörigen Antrieb (22) zur Verschiebung der Klinge (21) besteht, wobei das Volumen der einzelnen Durchflußöffnung (211) kleiner bemessen ist, als das zulässige Volumenspiel für die Tintensäule in einem Düsenkanal (15).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Schiebeventil (3) mit Klinge (31) und mit zugehörigem Antrieb (32) im Düsenkanal (15) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Schiebeventil (2, 3) zugleich für mehrere Tintendruckkammern (14) beziehungsweise Düsenkanäle (15) vorgesehen und dafür die Klinge (21, 31) mit mehreren entsprechend angepaßten Durchfluß­ öffnungen (211, 311) versehen ist.