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Schreibkopf für einen Tintenstrahlschreiber
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Die Erfindung betrifft einen Schreib- oder Druckkopf für einen Tintenstrahlschreiber,
insbesondere für einen bedarfsweise oder intermittierend arbeitenden (drop on-demand)
Tintenstrahlschreiber.
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Tintenstrahlschreiber lassen sich allgemein in einen bedarfsweise
arbeitenden Typ, der nur bei Bedarf Tintentröpfchen ausstößt, und einen kontinuierlich
arbeitenden Typ, der ständig Tintentröpfchen ausstößt, einteilen. Der kontinuierlich
arbeitende Typ benötigt dabei eine Hochspannuncsquelle im Kilovolt-Bereich, um die
kontinuierlich bzw. ständig ausgestoßenen Tintentröpfchen abzulenken. Außerdem wird
bei dieser Konstruktion nicht benötigte Tinte ständig umgewälzt, so daß ein Tintenumwälzmechanismus
einen komplizierten Aufbau besitzt und sich damit auch die Abmessungen des Tintenstrahlschreibers
vergrößern. Im Vergleich zum kontinuierlich arbeitenden Typ kann der bedarfsweise
arbeitende Tintenstrahlschreiber kleiner ausgebildet sein und die Tintentröpfchen
bei einer niedrigeren Spannung (von z.B. etwa 100 V) ausstoßen.
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Außerdem benötigt er keinen Tintenumwälzmechanismus, weil die Tinte
nur dann, wenn sie benötigt wird, (in einem Strahl) ausgestoßen wird. Infolgedessen
können der Tintenzufuhrmechanismus vereinfacht und die Abmessungen des Tintenstrahlschreibers
verkleinert werden.
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Der bedarfsweise arbeitende Tintenstrahlschreiber wird jedoch dem
kontinuierlich arbeitenden Typ insofern als unterlegen angesehen, als er geringere
Auflösung und Geschwindigkeitsleistung besitzt. Seine Antriebs-bzw. Ansteuerfrequenz
ist allgemein niedriger als beim kontinuierlich arbeitendenTyp. Aus diesem Grund
sind bei diesem bedarfsweise arbeitenden Tintenstrahlschreiber mehrere Tintendruckkammern
vorgesehen, so daß eine Strahldüse mit Mehrfach-Düsen (ö ffnungs) anordnung realisiert
und hierdurch die Schreibgeschwindigkeit des
Tintenstrahlschreibers
erhöht wird. Da jedoch die Düsen beim bisherigen Mehrdüsen-Tintenstrahlschreibkopf
lediglich in einer Ebene (plan-wise) angeordnet sind, kann der Düsen(teilungs)abstand
nicht ausreichend klein ausgelegt und daher keine ausreichende Auflösung erzielt
werden.
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Beim bisherigen Schreibkopf mit Mehrfachdüse sind weiterhin die Kanäle
bzw. Tintendurchgänge bezüglich ihrer Tröpfchenausstoßcbarakteristik voneinander
verschieden, weil die Kanäle bezüglich Länge der Düse, Länge der Tintenströmungsbahn
zwischen Düse und Druckkammer sowie Länge ihrer Druckkammer voneinander verschieden
sind. Demzufolge sind auch Fluggeschwindigkeit der ausgestoßenen Tintentröpfchen
sowie Abschaltfrequenz usw. bei den einzelnen Kanälen unterschiedlich, so daß sich
kein einwandfreier Druck erzielen läßt.
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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Schreibkopfes
für einen Tintenstrahlschreiber, mit dem ein einwandfreier Druck bzw. ein Schriftbild
hoher Güte gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Schreibkopf für einen Tintenstrahlschreiber
der angegebenen Art erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß bei einem bedarfsweise
bzw.
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intermittierend arbeitenden Tintenstrahlschreiber mit Mehrdüsen-Schreibkopf
alle Kanäle bzw. Tintendurchgänge jeweils gleich lange Düsen, Tintenströmungsbahnen
zwischen jeweiliger Düse und Druckkammer sowie Druckkamiern besitzen.
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Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Schreibkopfes, der
einen Schreibvorgang mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Güte des Drucks bzw.
Schriftbilds (printing) ermöglicht.
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Zu diesem Zweck kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß auf beiden
Seiten einer Platte Druckkammern mit flexiblen Wänden, die in Abhängigkeit von externen
Signalen verformbar oder auslenkbar sind, ausgebildet sind und daß in der Platte
eine eine Druckaufnahmekammer bildende Ausnehmung vorgesehen ist, derart, daß alle
Kanäle bzw. Tintendurchgänge jeweils gleich lange Düsen, Tintenströmungsbahnen zwischen
jeweiliger Düse und Druckkarjner sowie Druckkammern aufweisen.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich
zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen.
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines Schreibkopfes gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf eine erste Platte eines Schreibkopfes gemäß der Erfindung,
Fig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie A-A in Fig.
2, Fig. 4 eine Aufsicht auf eine zweite Platte des erfindungsgemäßen Schreibkopfes,
Fig. 5 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schreibkopfes,
Fig. 6 eine Aufsicht auf die zweite Platte des Schreibkopfes nach Fig. 5, Fig. 7
eine Aufsicht auf die Unterseite der einen ersten Platte des Schreibkopfes nach
Fig. 5,
Fig. 8 eine Aufsicht auf die erste Platte nach Fig. 7, Fig.
9 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie A'-A' in Fig.
7, Fig. 10 eine Aufsicht auf eine andere erste Platte des Schreibkopfes nach Fig.
5, Fig. 11 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie B-B
in Fig. 10, Fig. 12 eine Darstellung der Anordnung von Düsen bei der Ausführungsform
nach Fig. 5, in Richtung des Pfeils D gesehen, und Fig. 13 eine Darstellung der
Düsenanordnung bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt in Schnittansicht einen Schreibkopf gesäß einer Ausführungsform
der Erfindung mit einer ersten Platte 1 und einer dieser gegenüberstehenden zweiten
Platte 2. Gemäß Fig. 2 umfaßt die erste Platte 1 eine Ausnehmung 3 zur Bildung der
Druckaufnahmekarmmer, mit letzterer verbundene, Druckkammern bildende Ausspar/ungen
bzw Nuten 4 (gemäß Fig. 2 zwölf Nuten 4-1 bis 4-12) , Dusen bildende Aussparungen
bzw. Nuten 5 (gemäß Fig. 2 zwölf Nuten 5-1 bis 5-12), Radialåus sparungen bzw. -nuten
6 zur Verbindung der Druckkammer-Nuten 4 mit den Düsen-Nuten 5 (gemäß Fig. 2 zwölf
radiale Nuten 6-1 bis 6-12), einen Tinteneinlaß 7, eine längliche Ausnehmung 8 zur
Führung der Tirte zur Ausnehmung 3 und eine Montage(ausricht)bohrung 9, die sämtlich
durch Ätzen in der ersten Platte 1 ausgebildet sind. Die verdünnten Abschnitte am
Boden der Druck kammer-Nuten 4 bilden flexible Wände 1Ö (ents.precbend den Nuten
4 und mit 10-1 bis 10-12 bezeichnet) Die
verschiedenen Druckkammer-Nuten
4 in der ersten Platte 1 besitzen jeweils gleichen Querschnitt und gleiche Länge;
dasselbe gilt auch für die Düsen-Nuten 5 und die radialen Nuten 6. Fig. 4 veranschaulicht
die zweite Platte 2 mit einer Ausnehmung 11 zur Bildung der Druckaufnahmekammer,
einem Tinteneinlaß 12 und einer Montage (ausricht)bohrung 13.
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Die beiden Platten 1 und 2 bestehen jeweils aus einem handelsüblichen
lichtempfindlichen Glas (z.B. "Photoceram" der Firma Corning Glass Co.,). Wenn ein
vorbestimmtes Muster auf der Photoceram-Platte mit Ultraviolettstrahlung belichtet
und dann mittels Wärme entwickelt wird, kristallisieren die belichteten Bereiche,
während die restlichen Bereiche glasartig bleiben. Die so belichtete und entwickelte
Photoceram-Platte wird in eine Schwefelwasserstofflösung eingetaucht, wobei die
kristallisierten Bereiche tief geätzt werden. Genauer gesagt: die glasartigen Bereiche
werden durch die Schwefelwasserstofflösung ebenfalls angeätzt, doc beträgt bei ihnen
die Atzgeschwindigkeit nur etwa 1/50 derjenigen in den kristallisierten Bereichen,
so daß sie praktisch vernachlässigbar ist.
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Auf die beschriebene Weise geätzte Photoceram-Platten werden sowohl
für erste Platte 1 als auch für zweite Platte 2 verwendet. Die beiden Platten 1
und 2 werden durch Warmverklebung bzw. -verschweißung (oder Verschmelzung) miteinander
verbunden. Zu diesem Zweck werden die Verbindungsflächen genauestens poliert und
in enge gegenseitige Berührung gebracht. Diese Flächen werden bei hoher Temperatur
(80000 oder darüber im Falle von "Photoceram"j mehrere Stunden lang in diesem Zustand
gehalten, um sie sich mittels der zwischen ihnen wirkenden Molekularkraft miteinander
verbinden zu lassen. Nachdem Verbinden dieser Platten sind zwischen ihnen jeweils
12 Druckkammer 14 (14-1 bis 14-12) und Düsen 15 (15-1 bis 15-12) festgelegt.
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Die Druckaufnahmekammer 16 zur Aufnahme des Drucks, der beim Ausstoßen
der Tintentröpfchen auf den Tintenvorratsraum übertragen wird, ist dicht am Ende
der Druckkammernausgebildet. Ein flexibler oder elastischer Deckel 17 verschließt
die Öffnung dieser Druckaufnahmekammer 16. Die radialen Nuten 6 bilden jeweils eine
Strömungsbahn zwischen der betreffenden Hülse und der betreffenden Druckkarmer.
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Bei 18 sind in Fig. 1 zwölf piezoelektrische Kristalle (18-1 bis 18-12)
angedeutet, die an den flexiblen Wänden 10 der ersten Platte 1 angebracht, beispielsweise
angeklebt sind. Ein Anschluß 19 dient zur Zufuhr von Tinte.
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Die Arbeitsweise des Schreibkopfes mit dem beschriebenen Aufbau ist
dieselbe wie beim bisherigen Schreibkopf.
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Einer der zwölf piezoelektrischen Kristalle 18, beispielsweise der
Kristall 18-1, wird mit einem elektrischen Impuls beaufschlagt, unter dem sich die
flexible Wand 10-1, mit welcher er verbunden ist, nach innen verformt und dadurch
das Volumen der betreffenden Druckkammer 14-1 schlagartig verkleinert, so daß die
in dieser Druckkammer enthaltene Tinte über die Düse 15-1 ausgespritzt wird. Bei
diesem Vorgang bewegt sich ein Teil der Tinte in einer der Düse 15-1 entgegengesetzten
Richtung. Bei der dargestellten Ausführungsform vergrößert sich jedoch das Volumen
der Druckaufnahmekammer 16 vorübergehend, so daß diese den erhöhten Flüssigkeitsdruck
absorbiert und Tintentröpfchen aus keiner anderen Düse als der Düse 15-1 ausgestoßen
werden.
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Wie erwähnt, besitzen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die einzelnen
Kanälen jeweils gleiche Tröpfchenausstoßcharakteristik, weil sie bezüglich der
Länge
der Düsen, der Länge der Strömungsbahn zwischen Düse und Druckkammer, sowie der
Länge der Druckkammer jeweils im wesentlichen gleich sind. Demzufolge sind auch
Fluggeschwindigkeit der ausgestoßenen Tintentröpfchen sowie Abschaltfrequenz usw.
bei allen Kanälen gleich, so daß ein Schriftbild bzw. Druck hoher Güte gewährleistet
wird.
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Fig. 5 veranschaulicht in Schnittansicht eine andere Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind gemäß Fig. 6 eine einen gekrümmten
Abschnitt 64a aufweisende Ausnehmung als Druckaufnahmekammer, eine runde Bohrung
65 als Tinteneinlaß, eine Iängliche Ausnehmung 66 zur Führung der Tinte zur Druckaufnahmekammer-Ausnehs,ung
64 und eine Montage (ausricht) bohrung 67 in einer Platte 41 ausgebildet. Eine erste
Platte 42 gemäß Fig. 7 ist mit einer Ausnehmung 68 zur Bildung der Druckaufnahmekammer,
Aussparungen bzw. Nuten 69 als mit der Ausnehmung 68 verbundene Druckkarranern (gemäß
Fig. 7 zwölf Nuten 69-1 bis 69-12), Düseqbildenden Aussparungen bzw. Nuten 70 (gemäß
Fig. 7 zwölf Nuten 70-1 bis 70-12), radialen Aussparungen bzw. Nuten 71 (gemäß Fig.
7 zwölf radiale Nuten 71-1 bis 71-12) zur Verbindung der Druckkammer-Nuten 69 mit
den Düsen-Nuten 70, einem Tinteneinlaß 72 und einer Montage(ausricht)bohrung 73
versehen. Gemäß Fig. 8 durchsetzen die Druckaufnahmekammer-Ausnehmung 68, der Tinteneinlaß
72 und die Montagebohrung 73 die Platte 42 bis zu ihrer Rückseite. Die verdünnten
Bereiche der Druckkammer-Nuten 69 bilden flexible Wände 74 (entsprechend den Nuten
69 und mit 74-1 bis 74-12 bezeichnet).
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Die erste Platte 43 besitzt im wesentlichen dieselbe Form und Ausbildung
wie die erste Platte 42. Gemäß Fig. 10 umfaßt die erste Platte 43 zwölf Druckkammer-Nuten
76 (76-1 bis 76-12), zwölf Düsen-Nuten 77 (77-1
bis 77-12), zwölf
radiale Nuten 78 (78-1 bis 78-12) zur Verbindung der Druckkammer-Nuten 76 mit den
Düsen-Nuten 77, einen Tinteneinlaß 79 sowie eine Montage(ausrichebohrung 80. Gemäß
Fig. 11 bilden die verdünnten Abschnitte am Boden der Druckkammer-Nuten 76 flexible
Wände 81 (entsprechend den Nuten 76 und mit 81-1 bis 81-12 bezeichnet). In den beiden
ersten Platten 42 und 43 besitzen die verschiedenen Druckkammer-Nuten 69 und 76
ebenso wie die Düsen-Nuten 70 und 77 jeweils einander gleichen Querschnitt und gleiche
Länge. Die radialen Nuten 71 und 78 sind ebenfalls jeweils einander gleich ausgebildet.
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Die Platten 41 sowie 4? und 43 bestehen ebenfalls aus einem lichtempfindlichen
Glas (z.B. "Photoceram") .
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Ihre Herstellung bzw. Formung und Verbindung erfolgt auf dieselbe
Weise, wie sie für die erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist.
Wenn die Platte 41 mit den beiden ersten Platten 42 und 43 auf die vorher beschriebene
Weise verbunden worden ist, sird auf der einen Seite der zweiten Platte 41 jeweils
zwölf Druckkammern 82-1 bis 82-12 und zwölf Düsen 83-1 bis 83-12 vorhanden, während
auf ihrer anderen Seite jeweils zwölf Druckkammern 84-1 bis 84-12 und zwölf Düsen
85-1 bis 85-12 ausgebildet sind. Fig. 12 zeigt die Anordnung der auf diese Weise
ausgerichteten Düsen 83 und 85.
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Wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform ist die Druckaufnahmekammer
86 dicht am Ende jeder Druckkammer angeordnet. Gemäß Fig. 5 ist die Öffnung de Druckaunahrnekammer
86 durch eine flexible bzw. elastiche Folie 87 verschlossen. Die effektive Länge
der Aussparungen bzw. Nuten 69 oder 76 zur BiLdung der Druckkammern 82 bzw. 83 hängt
von der Form des bogenförmigen Abschnitts 64a in der zweiten Platte 41 ab.
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Erfindungsgemäß ist diese Form so festgelegt, daß die Effektivlängen
aller Aussparungen bzw. Nuten 69 und 76 jeweils gleich groß sind. Die radialen Nuten
71 und 78 bilden Tintenströmungsbahnen zwischen den jeweiligen Düsen und Druckkammern.
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Gemäß Fig. 5 sind 24 piezoelektrische Kristalle 88 und 89 (88-1 bis
88-12 bzw. 89-1 bis 89-12) an den flexiblen Wänden 74 bzw. 81 der beiden ersten
Platten 42 bzw. 43 angebracht, z.B. angeklebt. Ein Anschluß 90 dient zur Zufuhr
von Tinte.
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Der Schreibkopf gemäß der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung
arbeitet auf dieselbe Weise wie der bisherige Schreibkopf. Wenn einer der 24 piezoelektrischen
Kristalle 88, 89, z.B. der Kristall 89-1, mit einem elektrischen Impuls beaufschlagt
wird und dabei die flexible Wand 74-1, mit welcher er verbunden ist, nach innen
verformt, verkleinert sich das Volumen der die flexible Wand 74-1 aufweisende Druckkammer
82-1 schlagartig und ganz erheblich, so daß die in dieser Druckkammer befindliche
Tinte über die Düse 83-1 ausgespritzt wird. Hierbei bewegt sich ein Teil der Tinte
in einer der Düse 83-1 entgegengesetzten Richtung.
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Da sich bei dieser Ausführungsform jedoch das Volumen der Druckaufnahmekammer
86 vorübergehend vergrößert und diese Kammer den erhöhten Druck aufzunehmen vermag,
werden Tintentröpfchen nur über die (aktivierte) Düse 83-1 ausgespritzt.
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Die Anordnung gemäß Fig. 12 ermöglicht einen mit hoher Geschwindigkeit
erfolgenden Druck- bzw. Schreibvorgang.
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Wahlweise können die Düsen 83, 85 auf die in Fig. 13 gezeigte Weise
zickzackartig gegeneinander versetzt werden, indem die eine Düsenreihe um eine Strecke
entsprechend dem halben Teilungsabstand der Düsen gemäß
Fig. 12
verschoben wird, so daß eine hohe Auflösung erzielt wird. Bei dieser Anordnung (Fig.
13) beträct der Teilungsabstand aller Düsen 83, 85 die Halfte des Teilungsabstands(d)der
Düsen 83 bzw. 85 gemäß Fig. 12.
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Bei der zweiten beschriebenen Ausführungsform der Erfindung sind somit,
wie erläutert, Druckkammern mit flexiblen Wänden, die in Abhängigkeit von externen
Signalen verformbar sind, in beiden Seiten der zweiten Platte ausgebildet. Erfindungsgemäß
können somit die Düsen mit hoher Verteilungsdichte angeordnet sein, so daß ein mit
hoher Geschwindigkeit erfolgender Schreibvorgang mit hoher Auflösung gewährleistet
wird. Erfindungsgemäß besitzen alle Kanäle bzw. Tintendurchgänge jeweils gleich
lange Düsen, Strömungsbahnen zwischen Düse und Druckkammer sowie Druckkammern, so
daß alle Kanäle bzw. Tintendurchgänge jeweils gleiche Elgenschaften bezüglich Tintenströmungsgeschwindigkeit
und -menge besitzen. Die Geschwindigkeiten und Abschaltfrequenzen der ausgestoßenen
Tintentröpfchen sind somit bei allen Kanälen jeweils gleich, so daß ein Druck- bzw.
Schriftbild hoher Güte gewährleistet wird.
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