DE3051203C2 - Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahl- Aufzeichnungskopf gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1. Ähnliche Tintenstrahl-Aufzeich­ nungsköpfe sind aus der DE 25 43 451 A1 und der DE 25 32 037 A1 bekannt.

Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren zeichnen sich dadurch aus, daß sie im wesentlichen geräuschfrei sind, hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit besitzen und auch auf normalem Papier ohne besondere Fi­ xierbehandlung aufzeichnen. Beim Tintenstrahlauf­ zeichnungsverfahren wird ein Flüssigkeitströpfchen auf einen Aufzeichnungsträger, z. B. Papier aufge­ tragen.

Werden Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren mit ei­ nem Einzeldüsenkopf durchgeführt, so ist die Er­ zielung hoher Aufzeichnungsgeschwindigkeit schwie­ rig. Aus diesem Grund hat sich bei Hochgeschwin­ digkeitsaufzeichnung das sogenannte Mehrfachdüsen­ system als vorteilhaft herausgestellt. Bei einem Mehrfachdüsensystem sind die Tintentröpfchen aus­ stoßenden Ausstoßöffnungen in Form von Mehrfach­ reihen angeordnet, womit die Aufzeichnung für eine vorbestimmte Breite gleichzeitig ausführbar ist.

Beim praktischen Betrieb eines Tintenstrahlauf­ zeichnungsgeräts in einer Ausführung als Mehrrei­ hensystem treten aber verschiedene Probleme auf. Insbesondere ist es schwierig, die Qualität der aufgezeichneten Buchstaben oder Zeichen hochzuhal­ ten. In einer Mehrfach-Tintentröpfchenerzeugungs­ einrichtung, bei der mehrere Arbeitskammern mit Tintentröpfchen ausstoßenden Auslaßöffnungen sehr dicht zusammengebaut sind, besteht weiterhin die Neigung zu häufigem Übersprechen, d. h. es wird auch aus einer nicht angesteuerten, aber durch ein an eine benachbarte Arbeitskammer angelegtes Si­ gnal beeinflußten Arbeitskammer ein Tintentröpf­ chen ausgestoßen oder es treten bei einem Tinten­ ausstoßvorgang Wechselwirkungen zwischen benach­ barten Arbeitskammern auf. Als Ergebnis weisen die aufgezeichneten Buchstaben oder Zeichen oftmals Unregelmäßigkeiten, Schmier- oder Fehlstellen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf so zu gestalten, daß bei einem Tintenausstoß ein Übersprechen in eine benachbarte Arbeitskammer vermieden wird.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 ge­ nannten Merkmalen gelöst.

Der erfindungsgemäße Tintenstrahl-Aufzeichnungs­ kopf zeichnet sich durch effektive Flüssig­ keitströpfchenausstoßung, kurze Ausstoßansprech­ zeit, hohe Ausstoßungsstabilität und hervorragende Langzeit- und Dauerausstoßungsstabilität aus und ist einfach herstellbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend werden Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 zeigt eine teilweise im Schnitt darge­ stellte Schrägansicht eines zweiten Ausführungs­ beispiels.

Auch wenn die Einrichtung so aufgebaut ist, daß viele auf ein Eingangssignal hin ein Flüssig­ keitströpfchen ausstoßende Arbeitskammern gemein­ sam und sehr dicht gedrängt, z. B. mit 8 Linien/mm oder mehr, mit einem gemeinsamen Flüssigkeitsver­ sorgungsbereich verbunden sind, tritt Übersprechen überhaupt nicht auf. Anders ausgedrückt, wird ent­ sprechend dem Aufbau der Flüssigkeitströpfchener­ zeugungs-Einrichtung eine auf ein die Ausbildung eines Flüssigkeitströpfchens bezeichnendes Ein­ gangssignal hin in jeder Arbeitskammer ausgebildete Druckwelle nicht über den gemeinsamen Flüssig­ keitsversorgungsbereich in benachbarte Arbeitskam­ mern übertragen.

Zur Vermeidung von Übersprechen muß die Einrich­ tung so aufgebaut sein, daß W/S wenigstens 50 be­ trägt, wobei W die Fläche des Innenwandflächenbe­ reiches der Tintenzuführkammer, in dem sich die Verbindungsabschnitte befinden und S die gesamte Öffnungsfläche der Verbindungsabschnitte bezeich­ nen. Jedoch gibt es eine andere, von der Größe der Einrichtung abhängige Beschränkung und eine obere Grenze von W/S. Je größer der Wert von W/S ist, desto größer ist der gemeinsame Flüssigkeitsver­ sorgungsbereich. Zur Verringerung des Gesamtvolu­ mens der Einrichtung besitzt der Wert von W/S des­ halb eine obere Grenze.

Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Tatsachen liegt der Wert von W/S bei der Einrich­ tung vorzugsweise im Bereich von 50 bis 300.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Obwohl in Fig. 1 getrennte Blöcke dargestellt sind, sind diese Blöcke beim tatsächlichen Aufzeichnungsbe­ trieb vollständig miteinander verbunden. Tinte wird über die Schläuche H und H′ der Zwischenkammer IR zugeführt und anschließend in jede Rille LV einge­ bracht. Abmessungen für die Rillen LV können für den Querschnitt im Bereich von 10 µm × 10 µm bis 150 µm × 150 µm und für den Abstand im Bereich von 30 µm bis 200 µm variieren. Zur Erzeu­ gung von Wärmeimpulsen sind elektrische Impulssi­ gnale an (nicht dargestellte) Widerstandsheizvor­ richtungen anlegbar, auf deren Auftreten hin die Tinte unmittelbar einem Phasenwechsel unterworfen ist.

Durch diesen Phasenwechsel entsteht in der Tinte eine Druckwelle (als antreibende Kraft) und Tin­ tentröpfchen werden aus der mit der Arbeitskammer in Verbindung stehenden Ausstoßöffnung OR ausge­ stoßen und treffen zur Erzielung einer Aufzeich­ nung auf ein (nicht dargestelltes) Aufzeichnungs­ empfangsmaterial.

Werden unter den genannten Bedingungen elektrische Impulse an jede zweite Widerstands­ heizvorrichtung für die langen Rillen LV angelegt, so wird aus jeder Ausstoßöffnung OR der erregten Widerstandsheizvorrichtungen ein Tintentröpfchen mit fester Größe und Ausstoßungsgeschwindigkeit ausgestoßen. Die aufgezeichneten Punkte sind daher im wesentlichen gleichförmig. Aus einer nicht mit­ tels eines elektrischen Impulses erregten Rille LV wird kein Tintentröpfchen ausgestoßen.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel zur Erläu­ terung dargestellt, wobei ein Teil eines Tinten­ strahl-Aufzeichnungskopfes 101 zur Darstellung des inneren Aufbaus entlang eines flüssigkeitsführenden Kanals aufgeschnitten ist.

Im Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf 101 sind in vor­ bestimmten Intervallen viele flüssigkeitsaus­ stoßende Arbeitskammern 102 angeordnet. Die Ar­ beitskammern 102 sind im hinteren Bereich über Verbindungsabschnitte 104 mit einer gemeinsamen Tintenzuführkammer 103 verbunden, d. h. daß jede flüssigkeitsausstoßende Arbeitskammer 102 von der gemeinsamen Tintenzuführkammer 103 über die ent­ sprechenden Verbindungsabschnitte 104 mit Flüssig­ keit versorgt wird.

Die gemeinsame Tintenzuführkammer 103 ist mit ei­ ner mit einem Zuführrohr 106 verbundenen Zuführ­ öffnung 105 versehen. Die gemeinsame Tintenzuführ­ kammer 103 wird von einer (nicht dargestellten) Flüssigkeitsversorgungsquelle mit Flüssigkeit in einer durch einen Pfeil angedeuteten Richtung ge­ speist.

Jede flüssigkeitsausstoßende Arbeitskammer 102 be­ sitzt einen Mündungsbereich 108 mit einer Ausstoß­ öffnung 107 an einem Ende, einen Erregungsbereich 109, in dem Energie auf eine Flüssigkeit zur Flüs­ sigkeitsausstoßung einwirkt, und einen Einlaßöff­ nungsbereich 110 mit einem Verbindungsabschnitt 104 zum Einbringen von Flüssigkeit in den Erre­ gungsbereich 109. Diese Bereiche und Abschnitte stehen zur Erzielung einer Aufzeichnung miteinan­ der in Verbindung.

Es ist eine Energieerzeugungseinrichtung vorgese­ hen, die, falls nötig, im Inneren des Erregungsbe­ reichs 109 angeordnet sein kann. Wenn z. B. ein Aufzeichnungskopf bei einem be­ kannten Aufzeichnungsverfahren eingesetzt ist, ist ein elektromechanischer Wandler, z. B. ein piezo- elektrisches Element oder ähnliches, als Energie­ erzeugungseinrichtung im Erregungsabschnitt 109 angeordnet. Durch die Aufzeichnungseingangssignale des elektromechanischen Wandlers entsteht Druck­ energie (Druckwelle), die zur Ausstoßung von Tröpfchen aus der Ausstoßöffnung 107 und ihrer Fortbewegung auf die Flüssigkeit im Erregungsbe­ reich 109 einwirkt.

Es kann jedoch auch ein elektrothermischer Wandler an einem Erregungsbereich 109 vorgesehen sein. Durch an den Wandler angelegte Aufzeichnungsein­ gangssignale wird Wärmeenergie erzeugt, die einen plötzlichen Phasenwechsel beispielsweise der Flüs­ sigkeit im Erregungsbereich 109 hervorruft. Durch die Kraft, die durch die beim abrupten Phasenwech­ sel sich in der Flüssigkeit bildenden Dampfblasen erzeugt wird, werden Flüssigkeitströpfchen aus der Ausstoßöffnung ausgestoßen.

Der Aufzeichnungskopf 101 besitzt Arbeitskammern 102 mit jeweils einem rechtwinkligen Querschnitt, der an jedem Punkt von der Spitze des Mündungsbe­ reichs 108 bis zum Verbindungsabschnitt 104 im Einlaßöffnungsbereich 110 gleich groß ist. Die Struktur bzw. Form der Flüssigkeitsausstoßab­ schnitte ist allerdings nicht auf eine solche Form beschränkt; sie können auch im Querschnitt rund, halbrund oder in jeder anderen Form ausgeführt sein und die Querschnittsgröße kann sich gegebe­ nenfalls im Bereich zwischen der Ausstoßöffnung 107 und dem Verbindungsabschnitt 104 verändern.

Claims (7)

1. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit mehreren Ar­ beitskammern, die mit jeweils einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Tinte sowie mit einer Tintenzu­ führkammer zur Versorgung der Arbeitskammern mit Tinte in Verbindung stehen, und einem entsprechend den Arbeitskammern vorgesehenen Energieerzeugungs­ abschnitt zum Erzeugen von zur Tintenausstoßung dienender Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßöffnungen (107) derart dicht angeordnet sind, daß eine Aufzeichnung mit einer Aufzeichnungsdichte von 8 Linien/mm oder mehr erzielbar ist, und daß das Verhältnis W/S größer/gleich 50 und klei­ ner/gleich 300 ist, wobei mit W die Fläche des In­ nenwandflächenbereichs der Tintenzuführkammer (103), in dem sich die Verbindungsabschnitte (104) zwischen der Tintenzuführkammer (103) und den Ar­ beitskammern (102) befinden, und mit S die gesamte Öffnungsfläche der Verbindungsabschnitte (104) be­ zeichnet ist.

2. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsfläche der Verbindungsabschnitte (104) zwischen 10 µm × 10 µm und 150 µm × 150 µm liegt.

3. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieer­ zeugungsabschnitt für jede Arbeitskammer (102) ein Wärmeerzeugungselement enthält.

4. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Verbindungsabschnitten gegenüberlie­ gende Innenwandfläche (111) der Tintenzuführkammer (103) im wesentlichen parallel zur Oberflächen­ ebene der Verbindungsabschnitte (104) verläuft.

5. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Arbeitskammer einen Erregungsbereich (109) mit einer Widerstandsheizvorrichtung auf­ weist.

6. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammern (102) im wesentlichen pa­ rallel und in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind.

7. Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßöffnungen (107) zum Ausstoßen von Tintentröpfchen und die Verbindungsabschnitte (104) im wesentlichen gleich groß sind.