DE4100730C2 - Verfahren für eine Flüssigkeitsstrahl-Druckvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Flüssigkeitsstrahl- Druckvorrichtung für Frankier- und Wertstempelmaschinen, die durch Ausstoßen von Tropfen aus Düsen Schriftzeichen und grafische Zeichen sowie Symbole auf Aufzeichnungsträger erzeugt, wobei die Düsen in einer Führungsplatte gehalten sind.

Flüssigkeitsstrahl-Druckvorrichtungen solcher Art sind bekannt. So werden beispielsweise die Düsen zum Ausstoßen von Tropfen einer Schreibflüssigkeit in Richtung eines Aufzeichnungsträgers in einer Platte parallel oder im Winkel zueinander und rechtwinklig zum Auf­ zeichnungsträger angeordnet (DE 33 41 399 A1). Mittels piezoelektrischer oder thermischer Wandler wird der Ausstoß von Flüssigkeitstropfen gesteuert. Um eine hohe Auflösung zu erzielen, wird bei solchen Anordnungen der Schreibkopf mit der Platte der parallel oder winklig zueinander stehenden Düsen periodisch quer zur Ausstoßrichtung der Flüssigkeitstropfen ausgelenkt und diese Auslenkung mit dem Ausstoßen synchronisiert.

Anstelle von Düsen werden auch in Kunststoffkörper eingearbeitete Tintenkanäle verwendet (DE 34 05 062 A1).

Andere Lösungen sehen einen Keramikkörper mit eingeätzten Tinten­ kanälen mit verengten Austrittsöffnungen zum Erreichen einer höheren Druckpunktdichte vor (DE 38 05 279 A1).

Eine exakte Justierung gegenüber dem Aufzeichnungsträger ist für ein gleichmäßiges Schriftbild bei allen diesen Anordnungen notwendig, die einen relativ hohen Aufwand bei der Fertigung und Wartung erfordert.

Zudem sind die Schreibköpfe exakt parallel über den Aufzeichnungs­ träger zu führen. Hierzu ist bekannt, den Aufzeichnungsträger über eine Walze und durch Randperforierungen zu führen.

Beim Einsatz derartiger Flüssigkeitsstrahl-Druckvorrichtungen für unterschiedlich breite und dicke Aufzeichnungsträger, wie Briefumschläge, die zudem nur einseitig an einer Leitschiene entlang unter der Druckvorrichtung durchgeführt werden können, sind statische, feststehende Schreibköpfe geeigneter. Hierbei ergibt sich das Problem, daß, um eine hohe Auflösung des Schriftbildes zu erzielen, eine Vielzahl von Düsen erforderlich sind.

Es wurde bereits aus der US 4 660 058 eine Tintenausstoßvorrichtung mit einem Pumpenmechanismus bekannt, der die Tinte über mehrere Verbindungsleitungen zu einem feststehenden Düsenarray leitet. Mit jeder dem Düsenarray zugehörigen Düseneinheit kann der Tintenausstoß computergesteuert zwar ein- oder ausgeschaltet werden, jedoch liegt nur eine starre Anordnung von Düseneinheiten im Düsenarray vor. Für eine höhere Druckbildauflösung ist auch keine computersteuerbare Einzelausrichtung jeder Düseneinheit möglich, sondern das Düsenarray müßte ebenfalls mit sehr vielen einzelnen Düseneinheiten versehen werden. Daraus ergibt sich auch bei der Zuführung der Tinte entsprechend der der Anzahl an Düseneinheiten zugeordneten Verbindungsleitungen ein höherer Aufwand.

Es ist bereits in der DE 31 17 028 A1 ein Schreibkopf mit einer Kanalplatte am Kopfteil und mit einer Düsenplatte vorgeschlagen worden. Zwischen der Kanalplatte und der Düsenplatte ist eine mit entsprechenden Öffnungen versehene Abdichtfolie eingelegt. Die Düsenplatte wird zwar nachträglich mit einem Andruckbügel festge­ klemmt, jedoch während des Betriebes nicht bewegt. Beispielsweise wird Silikongummifolie in üblicher Weise zum Abdichten verwendet. Eine solche Folie wirkt bekanntlich hydrophob.

Während bestimmte Materialien von selbst tintenabweisend sind müssen andere Materialien oberflächenbeschichtet werden, um den gleichen Effekt zu erreichen. Aus der DE 32 14 791 A1 ist bekannt, daß die dem Aufzeichnungsträger zugewandte Seite der Düsenplatte mit einer Schicht versehen ist, deren Oberflächenspannung niedriger als die Oberflächenspannung der Schreibflüssigkeit ist. Damit bildet sich der Meniskus nicht mehr direkt an der Oberfläche bzw. Bereichen des Tintendruckkopfes aus, welche tintenabweisend wirken.

Infolge sinkt die Schreibqualität bzw. die Schrift kann ganz ausbleiben, wenn die Düse nicht ganz mit Schreibflüssigkeit gefüllt ist. Um dies zu vermeiden, wird die Schicht im Bereich der Austrittsöffnungen abge­ schrägt.

In Heinzl, J.; Herz, C.H.: Ink-Jet-Printing. Advances in Electronics and Electron Physics, Academic Press, New York, Vol. 65, S. 91-171 (1985) werden die Bedingungen für den Tropfenabriß erläutert. Der hohen Anregungsenergie der Piezo-Aktoren steht nur ein kleiner Teil der Energie gegenüber, welche durch den Tropfen selbst fortgetragen wird. (DÖRING, M.: Drucken mit Tintentropfen. In: Feinwerktechnik und Meßtechnik, 1982, Heft 8, S. 417-420).

In keiner der vorgenannten Druckschriften wird die aus der DE 33 41 399 A1 vorbekannte Lösung für eine Auslenkung, so weiterentwickelt, daß vermieden werden kann, daß Düsenplatte und Schreibkopf gemeinsam bewegt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für Flüssigkeitsstrahl-Druckvorrichtungen für Frankierzwecke zu schaffen, das mit einer geringen Anzahl sowohl von Tropfenaus­ stoßvorrichtungen in einem parallel zum Aufzeichnungsträger unbe­ weglichen Schreibkopf, als auch entsprechend geringen Anzahl von Düsen in einer Düsenplatte auskommt, und das eine hohe Auflösung gewährleistet.

Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst, wie sie im Kenn­ zeichnungsteil des ersten Patentanspruches dargelegt ist.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Auslenkung des Tintenstrahles weiterhin synchron zum Tintentröpfchenausstoß, jedoch ohne Bewegung des Schreibkopfes ermöglicht wird. Dadurch entfällt eine aufwendige Vorrichtung, die für dickere Briefe auch noch vertikal bewegbar sein müßte, samt deren Justage.

Die Unteransprüche beschreiben weitere vorteilhafte Maßnahmen.

Anhand einer aus zwei Figuren bestehenden Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Darin zeigt die

Fig. 1 die schematische Seitensicht der möglichen Stellungen einer Tropfenausstoß-Vorrichtung zu verschiedenen Zeitpunkten und die

Fig. 2 die Aufsicht auf die schematische Darstellung der Führungs­ platte mit der Anordnung der Düsen.

Die Flüssigkeitsstrahl-Druckvorrichtung nach der Erfindung wird beispielsweise aus mehreren nebeneinander in einer Linie angeord­ neten Düsen 10 . . 15 zusammengesetzt. Diese Düsen 10 . . 15 sind in einer Führungsplatte 30 gelagert. Der Aufzeichnungsträger 40, z. B. ein zu frankierender Briefumschlag wird in einer Ebene parallel zur Führungsplatte 30 und rechtwinklig zu den Düsen 10 . . 15 bewegt, wie der Pfeil in der Fig. 2 andeutet.

Um mit jeder einzelnen Düse einen größeren Bereich des Aufzeichnungsträgers 40 erfassen zu können, sind die Düsen 10 . . 15 in verschiedene Positionen zu bringen, die sich durch die Richtung der Düsenachse und damit der Tintenausstoßrichtung gegenüber dem Aufzeichnungsträger unterscheiden. Dies geschieht erfindungsgemäß durch Anregen von Oberflächenwellen auf der Führungsplatte 30. Eine solche Oberflächenwelle bewirkt ein Schwingen der Führungsplatte 30, wodurch die fest in ihr gehaltenen Düsen 11 die verschiedenen Stellungen gegenüber dem Aufzeichnungsträger 40 einnehmen. Auch die Erzeugung von stehenden Wellen ist hierzu geeignet. In der Fig. 1 sind die während einer Periode T einer Oberflächenwelle entstehende Verformung der Führungsplatte 30 und die sich dadurch ergebenden Positionen der Düse 11 beispielsweise dargestellt. Damit ist praktisch eine zeitlich periodische Änderung der Ausstoßrichtung erreicht, und es wird ein größerer Teilbereich des Aufzeichnungsträgers 40 von jeder Düse überstrichen. Der Zeitpunkt des Tropfenausstoßes innerhalb der Periode T bestimmt die Richtung des Tropfenfluges und damit die Lage des Auftragspunktes auf dem Aufzeichnungsträger. Eine mehrfache Auslösung der Düsen während der verschiedenen Stellungen innerhalb einer Periode T ist möglich. Die Anzahl solcher Auslösungen ist abhängig von der Frequenz der Oberflächenwelle sowie von hier nicht näher ausgeführten Kriterien der Tropfengröße, der Viskosität der Flüssigkeit und dem Durchmesser sowie dem Auslenkungsbereich der Düsen.

Der Wirkungsbereich der einzelnen Düsen muß aufeinander abgestimmt sein, damit einerseits keine Überschneidungen beim Tropfenausstoß auftreten können und andererseits jede Position auf dem Aufzeichnungsträger in den Grenzen der Druckbreite von einem Tintenstrahl erreichbar ist. Hierzu werden bei vorgegebenem Abstand der Düsen die Amplituden der Oberflächenwellen so gewählt, daß die Teilbereich benachbarter Düsen aneinandergrenzen, ohne sich zu überschneiden.

Die erreichbare Auflösung des zu erzeugenden Schrift- oder Zeichenbildes ist abhängig vom Vorschub des Aufzeichnungsträgers 40 und von der Frequenz der Oberflächenwelle. Die Zeit t, in der eine bestimmte Düse wieder die gleiche Druckposition einnimmt, entspricht der halben Periodendauer T der Oberflächenwelle. Während dieser Zeit t legt der Aufzeichnungsträger einen bestimmten Weg zurück. Dieser muß kleiner oder gleich der gewünschten Auflösung in Richtung der Bewegung des Aufzeichnungsträgers sein. Praktisch ist die Frequenz der Oberflächenwelle von Konstruktions- und Material- Parametern abhängig und nur in engen Grenzen variierbar. Die Auflösung ist somit vom Vorschub des Aufzeichnungsträgers und damit von der Druckgeschwindigkeit abhängig. Eine Rückmeldung der Phasenlage der Oberflächenwelle zu einem bestimmten Zeitpunkt an einen bestimmten Ort der Führungsplatte kann in geeigneter Form durch einen oder mehrere mit der Oberfläche der Führungsplatte fest verbundene Sensoren, beispielsweise Beschleunigungssensoren, erfolgen.

Claims (5)

1. Verfahren für eine Flüssigkeitsstrahldruckvorrichtung für Frankier- und Wertstempelmaschinen, die durch Ausstoßen von Tropfen aus Düsen Schriftzeichen und grafische Zeichen sowie Symbole auf einen Aufzeichnungsträger erzeugt, wobei die Düsen in einer Führungsplatte gehalten und in einer Ebene parallel zum Aufzeichnungsträger angeordnet sind und bei der eine Auslenkung für die den einzelnen Düsen zugeleiteten Tintentröpfchen erfolgt und mittels im Schreibkopf angeordneter Wandler der Ausstoß von Tintentröpfchen synchron zur Auslenkung vorgenommen wird dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Stellung der Düsen (10 . . . 15) zum Aufzeichnungsträger (40) durch Anregen von Oberflächenwellen auf der Führungsplatte (30) der Düsen (10 . . . 15) periodisch verändert wird und der Zeitpunkt des Tropfenausstoßes so gesteuert wird, daß die Flugbahn des Tropfens eine vorbestimmte Richtung nimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsbereiche von in der Führungsplatte benachbarten Düsen (10 . . 15) auf dem Aufzeichnungsträger aneinander grenzen, wobei die Größe des Wirkungsbereiches von der Amplitude der Oberflächenwellen bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Halbwellenperiode der oberflächenwelle die jeweiligen Düsen auch mehrfach ausgelöst werden können.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückgelegte Weg des Aufzeichnungsträgers (40) während einer halben Schwingungsperiode der Oberflächenwelle kleiner oder gleich der geforderten Auflösungsgröße ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenwellen als stehende Wellen angeregt werden.