DE2846844A1

DE2846844A1 - Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE2846844A1
Application number: DE19782846844
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Phys Doering
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1980-05-08
Also published as: CA1126325A; US4242688A; IT7926770A0; GB2033305B; GB2033305A; FR2439674A1; JPS5561477A; SE7908787L

Description

Philips Patentverwaltung GmbH, Steindamm 94, 2000 Hamburg

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"Tintenstrahldrucker"

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldrucker mit einer Düse und einem zwischen Düse und Tintenzufuhrkanal angeordneten Druckschwinger, durch den ein tropfenförmiger Tintenausstoß aus der Düse erzielbar ist.

Bei Tintenstrahldruckwerken ist es bekannt, die Tinte unter Druck aus einer Düse auszustoßen und den austretenden Tintenstrahl in Tropfen aufzuteilen. Anschließend werden die Tintentropfen selektiv elektrostatisch aufgeladen und in einer Ablenkelektroden-Anordnung entsprechend dem abzudruckenden Zeichen abgelenkt. Für ein derartiges Abdruckverfahren ist nur eine Düse erforderlich. Tintentropfen, die nicht zum Abdruck eines Zeichens benötigt werden, werden durch die Ablenkanordnung so weit abgelenkt, daß sie nicht auf den Aufzeichnungsträger auftreffen, sondern in einer gesonderten Auffangvorrichtung abgefangen werden. Die auf diese Weise nicht benötigte Tinte kann entweder weggegossen oder in einem aufwendigen Aufbereitungsverfahren zur Wiederverwendung dem Druckwerk zugeführt werden. Ein derartiges Aufzeichnungsverfahren ist aus der DE-AS 24 28 460 bekannt.

Weiterhin ist es bekannt, die tropfenförmige Ausstoßung der Tinte aus der Düse durch einen gesonderten Druck-

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schwinger zu erreichen, der in der Tintenausstoßvorrichtung des Druckers zwischen dem Tintenzuführkanal und der Ausstoßdüse angeordnet ist. Der Druckschwinger wird erregt, wenn für die Aufzeichnung ein Tintenausstoß notwendig ist. Solche Aufzeichnungsverfahren sind aus der DE-OS 23 13 335 und DE-AS 24 47 843 bekannt. Zur Aufzeichnung eines ganzen Zeichens kann hierbei entweder der ausgestoßene Tintentropfen elektrostatisch aufgeladen und anschließend durch eine gesonderte Ablenkelektroden-Anordnung abgelenkt werden oder jedem möglichen Aufzeichnungspunkt des mosaikartig aufgebauten Zeichens ist eine gesonderte Tintenausstoßvorrichtung mit Düse, Druckschwinger und Tintenzuführkanal zuzuordnen.

Beide genannten Verfahren bedingen zum Druck des Zeichens eine aufwendige Tintenausstoßvorrichtung und benötigen zum Druck eines Zeichens relativ viel Zeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahldrucker zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden und bei dem ein Tintenausstoß nur dann erfolgt, wenn dieser auch tatsächlich für eine Aufzeichnung benötigt wird und dessen Aufwand auf ein Minimum reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Druckschwinger während des Druckbetriebes ständig schwingt, daß dicht vor der Düsenöffnung eine Bremselektrode angeordnet ist, an der bedarfsweise eine Spannung anliegt, und daß bei abgeschalteter Spannung ein Tropfenausstoß erfolgt, während bei angeschalteter Spannung der austretende Tropfen abgefangen und durch den Druckschwinger in die Düse zurückgezogen wird. Dabei ist dem Druckschwinger und der Bremselektrode jeweils ein Impulsgenerator zugeordnet. Der Impulsgenerator der Bremselektrode wird zweckmäßig in

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Abhängigkeit vom Impulsgenerator des Druckschwingers gesteuert derart, daß die Elektrode nur für die Dauer des Tintenausstoßes an Spannung gelegt wird.

Das wesentliche der Erfindung "besteht darin, daß durch elektrostatische Aufladung und Ablenkung eines ausgestoßenen und nicht zum Abdruck benötigten Tintentropfens dieser mit einer festen Struktur in Kontakt gebracht wird, wodurch aufgrund der Oberflächenspannung des Tropfens dieser abgebremst wird und somit ein Tropfenausstoß verhindert wird, ohne daß die Tintenflüssigkeit abreißt. Bei geeigneter Anbringung der Bremselektrode wird der zusammenhängende Tintenstrahl beim Zurückschwingen des Druckschwingers der in der Tintenausstoßvorrichtung verbleibenden Tinte durch Oberflächenspannung zurückgeführt.

Die Erfindung bringt nicht nur den Vorteil eines geringen und einfachen Aufbaues einer Tintenausstoßvorrichtung für einen Tintenstrahldrucker, sondern es wird auch eine einfache Steuerung des Tintenausstoßes möglich. Dadurch, daß während des Druckbetriebes der Druckschwinger ständig arbeitet, wird am Düsenausgang die Tinte ständig in Bewegung gehalten, so daß auch dann, wenn längere Zeit kein Tintenausstoß erfolgt, die Düse nicht verstopft. Es erübrigt sich daher auch eine besondere Ausgestaltung der Düse, um ein unbeabsichtigtes Ausfließen der Tinte zu verhindern, wie dies bei einer bekannten Anordnung nach der DE-AS 24 18 093 der Fall ist.

Weiterhin wird durch die Erfindung eine elektrostatische Interaktion der emittierten Tintentropfen vermieden, da diese elektrisch neutral sind. Es können daher billigere Tinten verwendet werden. Bei geeigneter Dimensionierung des Druckschwingers können im Resonanzbetrieb hohe Betriebsfrequenzen erreicht werden.

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Diese Vorteile wirken sich besonders dann aus, wenn die Tintenausstoßvorrichtung mit mehreren Düsen versehen wird. Da nur ein Druckschwinger erforderlich ist, können die Düsen sehr eng nebeneinander und/oder übereinander angeordnet werden, so daß eine hohe Druckgeschwindigkeit und hohe Druckqualität des mosaikartig abzudruckenden Zeichens erreicht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Beispiele in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht einer Tintenausstoßvorrichtung eines Tintenstrahldruckers,

Fig. 2 die Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 1 im Schnitt mit einer prinzipmäßigen Steuerschaltung,

Fig. 3 das Verhalten eines Tintentropfens bei abgeschalteter Spannung an der Bremselektrode, 20

Fig. 4 das Verhalten eines Tintentropfens bei angelegter Spannung an die Bremselektrode,

Fig. 5 das Verhalten eines Tintentropfens bei flacher Bremselektrode mit angelegter Spannung,

Fig. 6 das Verhalten eines Tintentropfens bei drahtförmiger Bremselektrode mit angelegter Spannung,

Fig. 7 die perspektivische Ansicht einer Tinenausstoßvorrichtung mit mehreren Düsen und

Fig. 8 die Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 7 im Schnitt.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Tintenausstoß-

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vorrichtung sind nur die für das Verständnis der Erfindung unbedingt erforderlichen Einzelteile dargestellt. So sind der Tintenvorratsbehälter, die Vorrichtung zur Fortbewegung der Tintenausstoßvorrichtung und das Druckwiderlager nicht dargestellt.

Die Tintenausstoßvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einem Gehäuse 1, in dem eine Druckkammer 5 und ein Tintenkanal 3 angeordnet sind. Mit dem Ansatzstutzen

to 6 ist eine als Tintenzufuhrkanal 4 wirkende Schlauchleitung verbunden, die in bekannter Weise mit einem nicht dargestellten Tintenvorratsbehälter verbunden ist. Dem Ansatzstutzen gegenüber läuft der Tintenkanal 3 in eine Düse 2 über, durch deren Düsenöffnung 7 die Größe des abzustoßenden Tintentropfen 13 bestimmt wird. Nach Ausstoß eines Tintentropfens 13 gelangt dieser nach Verlassen der Düsenöffnung 7 im freien Flug auf den Aufzeichnungsträger 12 zur Abbildung eines Punktes des abzudruckenden Zeichens.

Die Druckkammer 5 ist nach unten durch eine Membran 8 abgeschlossen, die durch einen Druckschwinger 9 in Vibration versetzt werden kann. Dieser Druckschwinger 9 ist über einen Verstärker 14 mit einem Impulsgenerator 17 verbunden und wird während des Druckbetriebes durch diesen -Impulsgenerator 17 ständig in Schwingungen versetzt. Wird als Druckschwinger ein piezokeramischer Schwinger verwendet, so kann die Impulsfrequenz des Impulsgenerators 17 relativ hoch gewählt werden. Mit Anlegen einer Spannung durch den Impulsgenerator 17 an den Druckschwinger 9 wird auf die in der Druckkammer 5 befindliche Tintenflüssigkeit ein Druck ausgeübt, dessen Druckwelle an der Düse 2 die Ausstoßung eines Tintentropfens 13 bewirkt.

In der Nähe der Düsenöffnung 7 ist eine Bremselektrode 10 angeordnet, die über eine Elektrodenhalterung 11 mit

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dem Gehäuse 1 verbunden ist. Dadurch ist gewährleistet, daß die Spitze der Bremselektrode 10 stets den gleichen Abstand von der Düsenöffnung 7 beibehält. Die Bremselektrode 10 kann plattenförmig oder drahtförmig ausgebildet sein. Auch die Ausbildung als gedruckte Leitung ist möglich, wenn die Elektrodenhalterung so ausgebildet wird, daß das Ende der gedruckten Leitung vor die Düsenöffnung 7 zu liegen kommt. Mit Hilfe des Impulsgenerators 16 kann über den Verstärker 15 bedarfsweise eine Spannung an die Bremselektrode 10 gelegt werden. Dieses bedarfsweise Anlegen ist in der Fig. 2 schematisch durch den Schalter angedeutet. Anstelle des Schalters kann auch eine elektronische Schaltanordnung verwendet werden. Außerdem ist es möglich, den Schalter 19 in den Impulsgenerator 17 oder auch in den Impulsgenerator 16 zu integrieren.

Der Tropfenausstoß aus der Düse 2 erfolgt dadurch, daß vom Druckschwinger 9 ein Druck auf die Tintenflüssigkeit im Tintenkanal 3 ausgeübt wird. Dadurch wird die Tinte aus der Düsenöffnung 7 geschleudert. Kurz darauf wird dann durch den Druckschwinger 9 ein Zug auf die im Tintenkanal 3 befindliche Tinte ausgeübt, so daß die sich an der Düsenöffnung 7 befindliche Tinte zurückzieht. Durch diesen Druck- und Zugvorgang innerhalb des Düsenkanales 3 wird eine tropfenförmige Ausstoßung aus der Düsenöffnung 7 erreicht. Soll nun dieser tropfenförmige Tintenausstoß unterbunden werden, so ist in einem geeigneten Moment eine Spannung an die Bremselektrode 10 anzulegen. Zweckmäßig erfolgt dies zu dem Zeitpunkt, in welchem vom Druckschwinger ein Druck auf die Tintenflüssigkeit im Tintenkanal 3 beginnt. Die Spannung bleibt dann so lange an der Bremselektrode angelegt, solange dieser Tintenausstoß unterbleiben soll. Die Abschaltung der Spannung an der Bremselektrode 10 erfolgt zweckmäßig zu dem Zeitpunkt, wenn vom Druckschwinger 9 auf die Tintenflüssigkeit im Tintenkanal 3 ein Zug ausgeübt wird. Zur Verein-

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fachung der Schaltung ist es möglich, den Impulsgenerator 16 derart synchron mit dem Impulsgenerator 17 zu schalten, daß mit Anlegen einer Impulsspannung an den Druckschwinger 9 gleichzeitig auch eine Impulsspannung an die Bremselektrode 10 gelegt wird und daß auch in beiden Impulsgeneratoren die Impulspausen synchron sind. Durch den Schalter 19 wird dann lediglich der Druckvorgang, d. h. der Tintenausstoß durch Öffnen der Steuerleitung zwischen Impulsgenerator 16 und Verstärker 15 freigegeben.

In den Fig. 3 und 4 ist nun das Verhalten der Tintenflüssigkeit während einer Druck- und Zugperiode des Druckschwingers 9 einmal bei abgeschalteter Bremselektrode 10 (Fig. 3) und zum zweiten bei angelegter Spannung an die Bremselektrode 10 (Fig. 4) dargestellt. Im Ruhezustand ist infolge der Oberflächenspannung die Tintenflüssigkeit im Bereich der Düsenöffnung 7 leicht nach innen gewölbt. Wird nun durch den Impulsgenerator 17 eine Impulsspannung an den Druckschwinger 9 angelegt, so übt der Druckschwinger 9 einen Druck auf die Tintenflüssigkeit aus, die nun aus der Düsenöffnung 7 auszutreten beginnt (b der ' Fig. 3). Ist nun eine genügende Flüssigkeitsmenge zur Bildung eines Tintentropfens aus der Düsenöffnung ausgetreten (c in Fig. 3), so wird die Impulsspannung vom Impulsgenerator 17 wieder abgeschaltet. Der Druckschwinger 9 übt nun auf die Tintenflüssigkeit einen Zug aus, durch den die Tintenflüssigkeit im Tintenkanal 3 zurückgesaugt wird. Der ausgetretene Tintentropfen reißt ab (d in Fig. 3) und gelangt im freien Flug auf den Aufzeichnungsträger 12. Durch die einwirkende Zugkraft wird durch das Überschwingen des Druckschwingers über seine Ruhestellung hinaus ein relativ starker Zug auf die Tintenflüssigkeit ausgeübt, so daß diese weit in die Düsenöffnung 7 gezogen wird (e der Fig. 3). Sobald der Druckschwinger 9 nach dem Überschwingen seine Ruhestellung erreicht hat, nimmt auch die Tintenflüssigkeit im Tinten-

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kanal 3 wieder ihre Ausgangsstellung ein (f in Fig. 3).

Wird nun an die Bremselektrode 10 eine Spannung angelegt, vorzugsweise gleichzeitig mit der Spannung an den Druckschwinger 9, so wird die durch Druck ausgestoßene Tintenflüssigkeit noch während des Ausstoßes von der Bremselektrode 10 abgelenkt und abgefangen (b und c der Fig. 4). Dabei berührt die Tintenflüssigkeit die Bremselektrode Hierdurch wird die Tintenflüssigkeit so weit gebremst, daß es nicht zur Ablösung eines Tintentropfens kommt (c in Fig. 4). Beim Zurückschwingen der Tintenflüssigkeit infolge der vom Druckschwinger 9 ausgeübten Zugkraft wird die an der Bremselektrode 10 haftende Tintenflüssigkeit wieder in die Düse 2 zurückgesaugt (d in Fig. 4), wobei keine Restflüssigkeit zwischen der Düse 2 und der Bremselektrode 10 hängen bleibt (e in Fig. 4). Wird nun vor dem nächsten Tintenausstoß die Spannung an der Bremselektrode abgeschaltet, so kann der nächste Tintentropfen ungehindert ausgestoßen werden. Die Bilder a bis f in den Fig. 3 und 4 sind zeitgleich dargestellt.

Durch eine derartige Bremselektrodenanordnung ist man in der Lage, die Tintentropfenfolge beliebig zu steuern, wobei eine fest vorgegebene, aber frei wählbare Grundfrequenz vorliegt.

In den Fig. 3 und 4 ist die Bremselektrode 10 senkrecht zur Tintenausstoßrichtung angeordnet. Es ist auch möglich, der Elektrode andere Formen zu geben. Beispielsweise kann sie entsprechend Fig. 5 schräg zur und entgegen der Tintenausstoßrichtung angeordnet sein oder sie kann als Drahtelektrode ausgebildet sein entsprechend der Fig. 6. Die schräge Anordnung der Bremselektrode 10 nach Fig. 5 bewirkt eine höhere Stabilität der Tintenrückführung auch bei größeren Ausstoßgeschwindigkeiten (größere Impulsfrequenz des Impulsgenerators 17).

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Bei der Anordnung der Bremselektrode 10 nach Fig. 6 ist die Drahtelektrode seitlich an der Düsenöffnung 7 vorbeigeführt· Dies hat den Vorteil, daß Längentoleranzen der Bremselektroden 10 sich nicht auswirken. Um einen freien Tintenausstoß auch bei abgeschalteter Spannung zu erreichen, ist es nämlich notwendig, daß die Bremselektrode 10 den nach außen verlängert gedachten Querschnitt der Düsenöffnung 10 nicht schneidet. Bei der Düsenanordnung nach den Fig. 3, 4 und 5 darf die Spitze der Bremselektrode 10 somit nicht in diesen Querschnitt hinein ragen. Bei der Anordnung der Bremselektrode 10 nach Fig. 6 berührt sie den Umfang dieses Querschnittes tangential. Die Bremselektrode 10 kann somit quer über die Düse hinaus angeordnet sein. Die drahtförmige Ausbildung der Elektrode 10 hat den Vorteil, daß bei angelegter Spannung die Tintenflüssigkeit entsprechend der Pfeilrichtung um den Elektrodendraht kreisförmig schwingt und eine Energie aufnimmt, durch die die Tintenflüssigkeit schneller in die Düse hineingezogen werden kann. Die Impulsfrequenz des Impulsgenerators 17 kann dadurch noch erhöht werden.

In den Fig. 7 und 8 ist die Anwendung der in Fig. 1 und dargestellten Tintenausstoßvorrichtung bei einem Tintenstrahldrucker mit mehreren Düsen gezeigt. Die Bremselektroden 10a bis 1Of sind hier als Drahtelektroden ausgebildet, deren Spitze bis zum verlängert gedachten Querschnitt der Düsenöffnungen 7 reicht. Die Bremselektroden sind auf einer Elektrodenhalterung 11 befestigt, auf der an einer Seite nicht näher bezeichnete Anschlußpunkte vorgesehen sind, an denen Jeweils über einen zugeordneten Verstärker 15 ein zugeordneter Impulsgenerator 16 entsprechend der Anordnung nach Fig. 2 angeschlossen ist. Die mit dem Druckschwinger 9 verbundene Anschlußleitung 18 ist mit dem Verstärker 14 (Fig. 2) verbunden.

Die Anordnung nach den Fig. 7 und 8, in denen sie über-

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trieben groi3 gezeichnet ist, zeigt eindeutig, daß eine derart aufgebaute Tintenausstoßvorrichtung sehr klein gebaut werden kann. Die Düsenöffnungen 7 können relativ dicht übereinander oder in nicht dargestellter Weise auch nebeneinander angeordnet werden, so daß eine sehr gute Druckqualität des mosaikartig auizuzeichnenden Zeichens erreicht wird.

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Claims

Philips Patentverwaltung GmbH, Steindamm 94, 2000 Hamburg

du Patentansprüche:

ί 1.^Tintenstrahldrucker mit einer Düse und einem zwischen iMise und Tintenzufuhrkanal angeordneten Druckschwinger, durch den ein tropfenförmiger Tintenausstoß aus der Düse erzielbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschwinger (9) während des Druckbetriebes ständig schwingt, daß dicht vor der Düsenöffnung (7) eine Bremselektrode (10) angeordnet ist, an der bedarfsweise eine Spannung anliegt, und daß bei abgeschalteter Spannung ein Tropfenausstoß erfolgt, während bei angelegter Spannung der austretende Tropfen abgefangen, gebremst und durch den Druckschwinger (9) in die Düse (2) zurückgezogen wird.

2* Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckschwinger (9) und der Bremselektrode (10) jeweils ein Impulsgenerator (16, 17) zugeordnet ist und daß der Impulsgenerator (16) der Bremselektrode (10) in Abhängigkeit vom Impulsgenerator (17) des Druckschwingers (9) steuerbar ist.

3. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselektrode (10) schräg entgegen der Ausstoßrichtung des Tintentropfens (13) an-.geordnet ist (Fig. 5).

4. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselektrode (10) drahtförmig ausgebildet ist und senkrecht zur Ausstoßrichtung des Tintentropfens (13) angeordnet ist und mit ihrer Oberfläche die gedachte Verlängerung der Innenwand der Düsenöffnung (7) tangiert.

5. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze der Bremselektrode

(10) bis zur gedachten Verlängerung der Innenwand der Düsenöffnung (7) reicht.

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6. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 1 bis 5 mit zwei oder mehr Düsen, dadurch gekennzeichnet daß allen Düsen (2a bis 2f) ein Druckschwinger (9) und ein Tintenzuführkanal (4) gemeinsam und jeder Düse (2a bis 2f) eine Bremselektrode (10a bis 1Of) mit Impulsgenerator gesondert zugeordnet sind und daß jeder Düsenimpulsgenerator in Abhängigkeit vom gemeinsamen Impulsgenerator (17) des Druckschwingers (9) einzeln und bedarfsweise steuerbar ist.

7. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschwinger (9) als piezokeramischer Schwinger ausgebildet ist.

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