DE3500820A1 - Anordnung zur heizung der tintenaustrittsoeffnungen in tintenschreibkoepfen - Google Patents

Description

Anordnung zur Heizung der Tintenaustrittsöffnungen in Tintenschreibköpfen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Heizung der Tintenaustrittsöffnungen in Tintenschreibköpfen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für Tintenschreibeinrichtungen, bei denen Einzeltröpfchen unter der Einwirkung von individuell ansteuerbaren Antriebselementen aus Austrittsöffnungen eines Tintenschreibkopfes ausgestoßen werden, ist es eine wesentliche Forderung, daß Volumen und Geschwindigkeit der ausgestoßenen Tröpfchen weitgehend konstant sind. Um diese Forderungen einzuhalten, ist eine sehr sorgfältige Montage des Tintenschreibkopfes sowie eine abgleichbare Antriebssteuerung notwendig. Damit lassen sich die erwähnten Forderungen jedoch nicht vollständig erfüllen. Es ist bekannt, daß Form und Geschwindigkeit von ausgestoßenen Tintentröpfchen auch von der Viskosität der Tinte abhängen. Die Viskosität der Tinte ist wiederum temperaturabhängig. Es ist deshalb bereits angegeben worden, die Temperatur der Tinte zu beeinflussen, diese beispielsweise vor Beginn des Schreibbetriebes aufzuheizen und während des Schreibbetriebes auf einen konstanten Wert zu halten. Ein Beispiel dafür ist in der DE-OS 2 659 398 beschrieben. Die bekannte Anordnung verwendet Heizwiderstände, die eine sogenannte Düsenplatte, in der Austritts-Öffnungen angeordnet sind, aufheizen. Diese bekannte Heizvorrichtung hat den Vorteil, daß jeweils nur eine geringe Tintenmenge aufgeheizt werden muß. Ein dabei auftretendes Problem besteht allerdings darin, daß der für eine schnel-

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le und ausreichende Aufheizung notwendige gute Wärmeübergang zwischen Heizelement und Düsenplatte nur schwer zu erreichen ist. Außerdem ist es schwierig eine gewünschte homogene Wärmeverteilung im Bereich der Austrittspffnungen zu gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Heizung der Tinte im Bereich der Austrittsöffnungen eines Tintensehreibkopfes bereitzustellen, die in aufwandsarmer Weise eine gleichmäßige Aufheizung ermöglicht, ohne daß dabei Wärmeübergangsprobleme eine Rolle spielen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. In weiteren Unteran-Sprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen " erläutert. Dabei zeigen

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Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine induktive Tintenheizung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Beispiel für eine Schaltung zur Ansteuerung der induktiven Heizvorrichtung und

Fig. 3 ein Beispiel zur Einstellung und Regelung der Heizvorrichtung.

Fig. 1 zeigt die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile eines Schreibkopfes. Im Beispiel ist eine Kanalplatte 1 mit zwei Tintenkanälen 2 dargestellt, die mit ihrem einem Ende an ein hier nicht dargestelltes Tintenversorgungsteil angeschlossen sind und die mit ihrem anderen Ende an einer Düsenplatte 3 enden. Die Du-

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senplatte 3 weist eine der Anzahl der Tintenkanäle 2 entsprechende Anzahl von Austrittsöffnungen 4 auf. Vorzugsweise ist die Kanalplatte 1 als Kunststoffteil, die Düsenplatte 3 als metallische Platte ausgebildet. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, die Kanalplatte aus Metall und die Düsenplatte aus nichtmetallischen Material z.B. aus Glas oder Kanal- und Düsenplatte aus Metall auszubilden. Jedem Tintenkanal 2 ist ein Antriebselement 5, z.B. ein aus Piezokeramik bestehendes Röhrchen zugeordnet, das einen Tintenkanal zylindrisch erfaßt. Bei geeigneter Ansteuerung verändert das Piezoröhrchen 5 seinen Innendurchmesser, wodurch im Inneren des Tintenkanals eine Druckwelle erzeugt wird, die den Ausstoß eines Tintentröpfchens aus der Austrittsöffnung 4 bewirkt. Der Aufbau des Tintendruckkopfes sowie die Ansteuerung der Antriebselemente sind nicht Gegenstand der Erfindung und deshalb auch nicht weiter beschrieben.

Erfindungsgemäß ist zur Heizung des Tintenschreibkopfes \ ^j

eine Induktionsspule 6 vorgesehen, die mit einer Wechselspannung hoher Frequenz gespeist wird. Die Induktionsspule kann eine sogenannte Luftspule sein, die im Ausführungsbeispiel an der Kanalplatte 1 z.B. mittels einer Klebeverbindung befestigt ist. Die Induktionsspule 6 sowie ein zur Ansteuerung der Induktionsspule 6 vorgesehener Schaltkreis können aus sehr kleinen Bauteilen aufgebaut sein, so daß die gesamte Anordnung Bestandteil des Tintenschreibkopfes ist. In einem praktischen Beispiel wird eine Spule mit einem Querschnitt von etwa 0,7 mm χ 0,7 mm und einer Kantenlänge von etwa 10 mm verwendet. Die Induktionsspule 6 bildet zusammen mit einem Schaltelement des Schaltkreises, auf den später anhand der Beschreibung von Fig. 2 näher eingegangen wird, einen hochfrequenten Schwingkreis, bei dessen Einschaltung in der metallischen Düsenplatte 3 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Die dabei

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entstehenden Wirbelströme führen zu einer Aufheizung der Düsenplatte 3 und somit auch zu einer Aufheizung der in den AustTittsöffnungen 4 enthaltenen Tinte. Die Aufheizung wird weiterhin durch Ummagnetisierungsverluste in der Düsenplatte 3 verstärkt, jedenfalls solange die Temperatur unterhalb der sogenannten Curie-Temperatur liegt. Die Aufheizung der Düsenplatte 3 erfolgt dabei durch eine Wärmequelle die sozusagen innerhalb der Düsenplatte 3 liegt, weitgehend homogen und ist weder von der geometrischen Anordnung der Austrittsöffnungen 4 noch von der Wärmekontaktierung zwischen Heizelementen und Düsenplatte abhängig.

Ein vorteilhaftes, im Rahmen der Erfindung liegendes Ausführungsbeispiel für einen Schaltkreis zur Ansteuerung der Induktionsspule 6 zeigt Fig. 2. Der Induktionsspule 6 ist dabei ein Kondensator 7 parallel geschaltet und bildet zusammen mit diesem einen Schwingkreis. Der da- *·. durch gebildete Schwingkreis ist über einen Transistor 8,

J- 20 der ein sogenannter Kleinleistungstransistor ist, mit einem Rechteckgenerator 9 verbunden. Der aus der Induktionsspule 6 und dem Kondenstor 7 gebildete hochfrequente Schwingkreis ist in seinem Resonanzverhalten auf die Frequenz des Rechteckgenerators 9 eingestellt. Der Rechteckgenerator 9 im Ausführungsbeispiel liefert Impulse mit einer Frequenz von etwa 1 MHz. Demnach ist auch die Frequenz des Schwinkreises auf diese Frequenz abgestimmt. Das bedeutet, daß in der Induktionsspule 6 ein nahezu sinusförmiger Strom fließt. Damit ist gewährleistet, daß nahezu keine Oberwellen auftreten, d.h. daß Störungen nahezu ausgeschlossen sind. Der Leistungsfaktor der Induktionsspule 6 hängt von der Frequenz des Stromes ab, mit dem sie gespeist wird. Durch den der Induktionsspule 6 parallel geschalteten Kondensator 7 läßt sich der Leistungsfaktor so bestimmen, daß dieser nahe bei 1 liegt.

In diesem Falle wird der Scheinstrom gleich dem Wirkstrom.

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Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Frequenz· mit der die Induktionsspule 6 betrieben wird, so gewählt wird, daß die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes gleich oder kleiner ist als etwa ein Achtel der Dicke der zu heizenden Platte.

Die Einstellung der in der Düsenplatte frei werdenden Wärmemenge kann durch eine sogenannte Pulsbreitenmodulation erfolgen, mit der das Tastverhältnis, daß ist das Verhältnis Impulsdauer zu Periodendauer verändert wird. Bei höheren Frequenzen ist es vorteilhaft, mit Impulspaketen zu arbeiten, deren Länge einstellbar ist (sogenannte Schwingungspaketsteuerung). Die angegebene Einstellregelung hat den Vorteil, daß Leistungsspitzen bei der Leistungsaufnahme vermieden werden.

In vorteilhafter Weise kann die Energieeinstellung auch durch eine Temperaturregelschaltung ergänzt sein. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 3. Der als astabiler Multivi- / brator ausgebildete Rechteckgenerator 9 steuert in be- y schriebener Weise den aus Induktionsspule 6 und Kondensator 7 bestehenden hochfrequenten Schwingkreis. Die Temperatur der Düsenplatte wird mit einem Meßwertaufnehmer 10 ermittelt und als temperaturabhängiger Istwert einem Eingang eines Regelverstärkers 12 zugeführt, an' dessen anderem Eingang 11 eine Sollwertspannung anliegt. Durch die vom Regelverstärker 12 abgegebene Regelgröße wird der Rechteckgenerator 9 jeweils ein- oder ausgeschaltet und somit die in der Düsenplatte frei werdende Wärmemenge auf einen vorgegebenen Wert gehalten. Die gesamte Anordnung umfaßt einige wenige und sehr kleine Bauteile, so daß diese ohne Probleme im Tintendruckkopf untergebracht werden können. Dabei kann der

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Regelverstärker und der Rechteckgenerator auch in einem zentralen Prozessor intergriert sein,

5 Patentansprüche 5 3 Figuren

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Anordnung zur Heizung der Tintenaustrittsöffnungen aufweisenden Düsenplatte in Tintenschreibköpfen, in denen die Austrittsöffnungen mit Tintenkanälen in Verbindung stehen, aus denen unter der Einwirkung von der Tintenkanälen zugeordneten individuell ansteuerbaren Antriebselementen einzelne Tintentröpfchen ausgestoßen werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Austrittsöffnungen (4) eine metallische Platte (3) und eine Induktionsspule (6) vorgesehen ist, die an eine hochfrequente Wechselspannung angeschaltet ist und deren elektromagnetisches Wechselfeld in der Platte (3) Wirbelströme und Ummagnetisierungsverluste erzeugen, die die Platte (3) aufheizen.

2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (6) an der Düsenplatte (3) des Tinten- /;, schreibkopfes befestigt ist. M

3. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (6) in einem Abstand von Düsenplatte (3) im Tintenschreibkopf, vorzugsweise an der Kanalplatte (1) des Tintenschreibkopfes angeordnet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (6) mit einem Kondensator (7) einen Schwingkreis bildet, der über ein Schaltelement (8) durch einen hochfrequenten Rechteckgenerator (9) angesteuert wird und daß der Resonanzfrequenz des Schwingkreises (6, 7) der Frequenz der vom Rechteckgenerator 35

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(9) abgegebenen hochfrequenten Steuersignale entspricht.

5. Anordnung nach Anspruchs,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckgenerator (9) ein astabiler Multivibrator ist, daß im Bereich der beheizten Platte (3) ein die Temperatur der Platte (3) ermittelnder Meßwertaufnehmer (10) vorgesehen ist, dessen der Plattentemperatur entsprechendes Ausgangssignal an den einen Eingang des Regel-Verstärkers (12) anliegt, an dessen zweitem Eingang ein dem Temperatursollwert entsprechendes Signal geschaltet ist,

und daß die am Ausgang des Regelverstärkers (12) abgegebene Regelgröße den Rechteckgenerator (9) ein- oder ausschaltet.

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