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Diese Erfindung bezieht sich auf
einen Tröpfchengenerator
für einen
Tintenstrahl-Druckkopf mit ununterbrochener Strömung.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf einen derartigen Generator, mit: einem länglichen Hohlraum, der die
Tinte enthält;
Düsenöffnungen
in einer Wand des Hohlraums, um die Tinte aus dem Hohlraum zu leiten,
um Strahlen zu bilden, wobei sich die Düsenöffnungen in Richtung der Länge des
Hohlraums erstrecken; und Aktuatormitteln, die auf der der Wand
gegenüberliegenden
Seite des Hohlraums angeordnet sind, um die Tinte in dem Hohlraum
in Schwingungen zu versetzen, indem sie selbst relativ zur Wand
schwingen, wobei die Schwingung derart ist, daß jeder Strahl in der gleichen
vorgegebenen Entfernung von der Wand des Hohlraums in Tröpfchen aufbricht.
Die Tröpfchengeneratoren
des vorangehenden Typs werden im folgenden als Tröpfchengeneratoren
des spezifizierten Typs bezeichnet.
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Um die Verwendung der Generatoren
des spezifizierten Typs mit konodierender Tinte (nicht auf Wasserbasis)
zu ermöglichen,
sind bestimmte derartige bekannte Generatoren hauptsächlich aus
Komponenten aus rostfreiem Stahl konstruiert. Eine derartige Komponente
ist die Wand, die die Düsenöffnungen
enthält,
wobei sie die Form einer dünnen Lage
aus rostfreier Stahlfolie annimmt, durch die sich die Öffnungen
erstrecken.
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Die Öffnungen müssen vergleichsweise klein sein
und eine sehr hohe Qualität
besitzen. Das ist so, damit die durch die Öffnungen erzeugten Strahlen völlig gleich
sind. Sie müssen
auf Bruchteile eines Grads zueinander parallel sein, wobei sie innerhalb weniger
Prozente äquivalente
Geschwindigkeiten besitzen müssen.
Dies erfordert vollkommen runde Löcher mit relativen Größen innerhalb
von 5 Prozent. Es gibt wenige Herstellungstechniken, die diese Anforderung
in rostfreiem Stahl erreichen können.
Alle Techniken leiden an und begegnen zuneh menden Schwierigkeiten,
wenn die Dicke der Folie zunimmt. Die entwickelte überlegene
Technik ist die elektro-erosive Bearbeitung (EDM).
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In einem derartigen Prozeß der Bildung
der Öffnungen
wird ein dünner
Metalldraht oder eine dünne
Elektrode in die nächste
Nähe der
Folie gebracht. Über
der Lücke
wird eine Spannung angelegt, und wenn zwischen dem Folien-Werkstück und der
Elektrode die Lichtbogenbildung auftritt, führt die lokale Erwärmung zu
einer Verdampfung und Austreibung des Folienmaterials. Um die Löcher der
erforderlichen Qualität
zu erreichen, wird ein sehr niedriger Strom angelegt. Dies verbessert
die Glättang
der Löcher,
es vergrößert aber
die erforderliche Zeit, um jedes Loch zu "bohren", und folglich
für die
Fertigstellung des Bohrens der vollständigen Anordnung der Löcher/Öffnungen.
In einem 128-Punkte-pro-Zoll-Drucker
(128-DPI-Drucker) mit einer 50 mm langen Zeile aus 256 Löchern, von
denen sich jedes durch eine 100 μm
dicke Folie erstreckt, beläuft sich
die Bohrzeit auf 12–13
Stunden. Diese Zeit ist beträchtlich
und besitzt signifikante Auswirkungen auf die Produktion, sowohl
in Bezug auf die Einheitskosten als auch in Bezug auf die Kapazität.
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Das Maß der Fähigkeit eines Tintenstrahldruckers,
auf entfernte Substrate zu drucken, wird als die 'Schußweite'
des Druckers bezeichnet. Eine hohe Schußweite ist notwendig, wenn
auf unebene Substrate oder unter Bedingungen gedruckt wird, in denen es
signifikante Luftturbulenzen im Bereich der Strahlen gibt. Die Schußweite steht
mit der Strahlgeschwindigkeit im Zusammenhang. Die Strahlgeschwindigkeit
ist gleich der Wellenlänge
multipliziert mit der Frequenz. Die Schwingung der Aktuatormittel mit
der Betriebsfrequenz des Generators erzeugt eine Ultraschallwelle,
die sich den Strahl hinunter bewegt. Diese Welle ist unter geeigneter
Vergrößerung in
den Strahlen deutlich sichtbar, wobei sie erlaubt, daß die Wellenlänge und
deshalb die Strahlgeschwindigkeit gemessen werden. Für eine gegebene Betriebsfrequenz
kann die Wellenlänge
als ein Maß der
Strahlgeschwindigkeit und folglich der Schußweite eines Druckers verwendet
werden. Es ist zu sehen, daß eine
gegebene Betriebsfrequenz wünschenswert
ist, um die Wellenlänge
des Strahls zu maximieren, um die Schußweite zu maximieren.
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In einem bekannten Tintenstrahldrucker,
der eine Standard-128-DPI-Düse
besitzt, die in 100 μm dicker
rostfreier Stahlfolie erzeugt ist, beträgt der Betriebsbereich der
Wellenlängen
155 bis 165 μm, wenn
Methyletyhlketon-Tinte verwendet wird, dies ergibt eine mittlere
Betriebswellenlänge
von 160 μm, die
eine Strahlgeschwindigkeit von 12 m/s repräsentiert.
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WO-A-98/51503 offenbart einen Tröpfchengenerator
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Tröpfchengenerator
geschaffen, wie er im beigefügten
Anspruch 1 definiert ist.
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Vorzugsweise ist der Abstand zwischen
der ersten und der zweiten Randlängen
kleiner als 1350 μm.
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Vorzugsweise ist das ebene Element
ein ebenes metallisches Element, z. B. rostfreie Stahlfolie. Vorzugsweise
ist das ebene metallische Element am Rest des Tröpfchengenerators mittels Schweißen befestigt,
wobei der durch das Schweißen
genommene Weg den Rand um die Düsenöffnungen
definiert. Vorzugsweise sind die Düsenöffnungen in dem ebenen metallische
Element durch elektro-erosive Bearbeitung gebildet worden.
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Bevorzugt ist die Dicke der Wand,
durch die sich die Düsenöffnungen
erstrecken, größer als
45 μm, bevorzugter
größer als
55 μm und
noch bevorzugter von 60 bis 80 μm.
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Ein Tröpfchengenerator gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, worin:
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- – 1 eine Vorderansicht des
Generators ist;
- – 2 eine Seitenansicht des
Generators nach 1 ist;
- – 3 eine Unteransicht des
Generators nach 1 ist;
- – 4 eine graphische Darstellung
der Resonanzfrequenz gegen die Dicke einer Folienlage der Düsenöffnungen
des Generators nach 1 ist;
- – 5 eine graphische Darstellung
der Resonanzfrequenz gegen die freie unbefestigte Breite der Folienlage
des Generators nach 1 ist;
- – 6 eine graphische Darstellung
der Dicke gegen die freie unbefestigte Breite der Folienlage des
Generators nach 1 ist,
die die Kombinationen der Dicke und der unbefestigten Breite zeigt,
die die Resonanz der Folienlage bei vier verschiedenen Frequenzen
verursachen; und
- – 7 eine graphische Darstellung
der Tintenstrahl-Fehlleitung gegen die Dicke der Folienlage des Generators
nach 1 ist.
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In den 1 bis 3 umfaßt der Generator einen Verteiler 1 aus
rostfreiem Stahl, einen Abstandskalter 2 aus rostfreiem
Stahl, einen Aktuator 3 und einen Düsenträger 5 aus rostfreiem
Stahl. Der Aktuator 3 umfaßt einen piezoelektrischen
Treiber 9, einen Kopf 11 aus rostfreiem Stahl
und ein Messing-Grundelement 6, wobei er innerhalb des
Verteilers 1 mittels eines nachgiebigen Elements 8 gehalten
wird. Der piezoelektrische Treiber 9 wird mittels einer
einzelnen elektrischen Verbindung zu dem Messing-Grundelement 6 und
der Erdung des Stahlkopfes 11 angesteuert. Der Düsenträger 5 umfaßt ein Element 4 aus
rostfreiem Stahl, das darin einen Kanal mit 'V'-Querschnitt definiert,
und eine am Element 4 befestigte Folienlage 10 aus
rostfreiem Stahl. Die Lage 10 enthält eine Zeile von Düsenöffnungen 7, wobei
sie so am Element 4 befestigt ist, daß diese Zeile längs der
Länge der
offenen Spitze des Kanals mit 'V'-Querschnitt des Element 4 verläuft. Der
Verteiler 1, der Abstandskalter 2 und der Düsenträger 5 sind
miteinander verschraubt. Die Folienlage 10 ist an den Düsenträger 5 geschweißt. 3 zeigt den Weg 12 des
Schweißens.
Weil praktisch alle leimbasierten Klebetechniken mit der Verwendung
konodierender Tinte inkompatibel sind, erlaubt das Fehlen derartiger
Klebetechniken in dem Generator die Verwendung derartiger Tinte,
falls das gewünscht
wird. Es ist anzumerken, daß es,
zurückzuführen auf
die Dicke der Folienlage 10 (siehe später), nicht möglich ist,
die Lage 10 an den Träger 5 durch
Diffusions-Kontaktherstellung zu befestigen oder Lage 10 an
den Träger 5 hartzulöten, weil
derartige Techniken eine unannehmbare Verzerrung der Lage 10 verursachen
würden.
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Ein verlängerter Tintenhohlraum 13 ist
durch die untere Stirnfläche 15 des
Aktuators 3 und die inneren Stirnflächen 17, 19 des
Elements 4 und des Abstandshalters 2 definiert.
Eine schmale Lücke 20 ist
auf beiden Seiten des Kopfes 11 des Aktuators 3 zwischen
ihm und dem Verteiler 1 vorhanden. 'O'-Ringe (die nicht
gezeigt sind) gerade unter dem nachgiebigen Element 8 dichten
gegen das weitere Angreifen der Tinte aus dem Hohlraum 13 und
den Lücken 20 ab.
Folglich ist der piezoelektrische Treiber 9 von der Berührung mit
der Tinte abgedichtet. Im Verteiler 1 sind (nicht gezeigt)
Kanäle
vorgesehen, wobei sie für
die Lieferung der Tinte in den Hohlraum 13 und die Entnahme
von Luft/Tinte aus dem Hohlraum 13 mit den Lücken 20 in
Verbindung stehen.
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Bei der Betriebsfrequenz des Generators
besitzt der Hohlraum 13 eine Resonanzfrequenz, bei der
die Tinte innerhalb des Hohlraums 13, die sich unmittelbar
benachbart zur Zeile der Düsenöffnungen 7 befindet,
gleichphasig und mit der gleichen Amplitude in einer Richtung senkrecht
zur Ebene der Folienlage 10, die die Düsenöffnungen 7 enthält, schwingt.
Folglich ist die Schwingung der Tinte im Hohlraum 13 so,
daß jeder
Tintenstrahl in der gleichen vorgegebenen Entfernung von seiner
entsprechenden Düsenöffnung 7 in
Tintentröpfchen
ausbricht.
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Es ist eine Anforderung für den richtigen
Betrieb des Generators, daß es
eine verhältnismäßig niedrige Übertragung
der Schwingung des Aktuators 3 auf die andere Generatorstruktur
am Rand des Tintenhohlraums 13 gibt. Die beabsichtigte
Konstruktion ist in der Tat, daß der
Aktuator 3 eine kolbenartige Bewegung innerhalb der umgebenden
stationären Struktur
des Generators ausführt.
Das Vorangehende führt
zu der Anforderung, daß die
an den Aktuator 3 angelegte Erregungsfrequenz ausreichend
von den Resonanzfrequenzen der Folienlage 10 ent fernt sein muß. Der Tröpfchengenerator
ist konstruiert, um mit einer Frequenz zu arbeiten, die ausreichend
unter der ersten Resonanzmode der Folienlage 10 liegt.
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Die Frequenz dieser ersten Resonanzmode steht
mit der Dicke der Lage 10 im Zusammenhang. Es wird hier
auf die graphische Darstellung nach 4 Bezug
genommen. Je dicker die Folienlage 10 ist, desto höher ist
ihre erste Resonanzfrequenz. Die Tröpfchengeneratoren, die bei
hohen Erregungsfrequenzen arbeiten können, erlauben schnelle Druckgeschwindigkeiten,
eine wichtige und wünschenswerte
Eigenschaft. Folglich gibt es in einem gegebenen Tröpfchengenerator
für. eine
gegebenen Betriebsfrequenz eine Grenze der minimalen Dicke der Folienlage 10.
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Es ist möglich, diese Grenze in der
Dicke der Folienlage 10 zu überwinden, indem die Geometrie der
Befestigung der Lage 10 am Düsenträger 5 modifiziert
wird, wie nun erklärt
wird.
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Die Folienlage 10 ist am
Düsenträger 5 längs des
Schweißweges 12 befestigt.
Der Bereich der Lage 10 innerhalb des Schweißweges 12 wird
mit Ausnahme seiner Ränder
mit der Schweißnaht
nicht unterstützt.
Dies bildet eine lange dünne
Scheibe nicht unterstützter
Folie. Die Breite dieser Scheibe ist als die freie Breite a der
Folie definiert (siehe 3). Die
mathematische Analyse der Folienresonanz zeigt, daß die Frequenz
der ersten Resonanzmode der Folie nicht nur mit der Dicke k der
Folie im Zusammenhang steht, sondern außerdem mit der Breite a und
der Länge
b der Scheibe aus nicht unterstützter
Folie. Die Resonanzfrequenz ist F = (c/2)(sqrt((n2/a2) + (m2/b2))), wobei n und m die Nummern der Moden
sind und c die Geschwindigkeit der Wellen ist, die durch c = w1/2 (Eh2/k(1 – v2)p)1/4 gegeben ist,
wobei w die Kreisfrequenz, E der Youngsche Modul (Elastizitätsmodul),
v die Poissonsche Konstante (der Querkontraktionskoeffizient) und
p die Dichte sind. Es ist folglich zu sehen, daß, je schmaler die freie Breite
der Folie ist, desto höher
die Resonanzfrequenz ist. Hier wird auf die graphische Darstellung
nach 5 Bezug genommen
(die für
eine 45 μm
dicke Folie gezeichnet ist).
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Die vorausgehende Analyse offenbart,
daß es
möglich
ist, mit Folien zu arbeiten, die dünner sind, als früher für möglich gehalten
wurde, indem die Geometrie der Befestigung der Folie am Düsenträger modifiziert
wird, insbesondere indem die freie Breite a der Folie modifiziert
wird. Es wird hier auf die graphische Darstellung nach 6 Bezug genommen. In der
graphischen Darstellung sind vier Kurven graphisch dargestellt,
die jede eine Betriebsfrequenz (50, 75, 100, 125 kHz) des Generators
repräsentieren,
wobei folglich jede eine Resonanzfrequenz der Folie repräsentiert,
die durch die Wahl einer geeigneten Foliendicke und -breite entsprechend
der graphischen Darstellung zu vermeiden ist. In der graphischen
Darstellung umfaßt
für jede
Betriebsfrequenz der Bereich der Dicke/Breite-Kombinationen der
Folie völlig
oberhalb und ganz links der Linie, die die Frequenz darstellt, annehmbare
Dicke/Breite-Kombinationen. Es ist anzumerken, daß, wenn
die Betriebsfrequenz abnimmt, die Größe des Bereichs der annehmbaren
Dicke/Breite-Kombinationen zunimmt. Folglich ist zu sehen, daß es abhängig von
der Betriebsfrequenz eine unendliche Anzahl von Kombinationen der
Folien-Dicke/Breite gibt, die gewählt werden können, um
die Resonanzprobleme mit der ersten Mode der Folie zu vermeiden.
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Beim Tintenstrahldruck mit kontinuierlichen Anordnungen
ist ein Konstruktionsziel, daß die
Strahlen 'satellitenfrei' sind, d. h., daß zwischen den 'richtigen'
Tröpfchen
jedes Tröpfchenstroms
nicht viel kleinere sogenannte Satellitentröpfchen liegen. Außerdem ist
es erforderlich, wie bereits dargelegt ist, daß jeder Strahl in der gleichen
vorgegebenen Entfernung von seiner entsprechenden Düsenöffnung in Tröpfchen ausbricht.
Es ist festgestellt worden, daß, je
dünner
die Folienlage 10 ist, desto höher die erforderliche Wellenlänge ist,
um diese zwei Kriterien am besten zu erfüllen. Weil für eine gegebene
Betriebsfrequenz die Wellenlänge
als ein Maß der
Schußweite
des Druckers verwendet werden kann, die vorausgehend erklärt worden
ist, ist zu sehen, daß die
Folge der Verringerung der Dicke der Folienlage 10 darin besteht,
die Schußweite
des Druckers zu vergrößern.
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Je dünner die Folienlage 10 ist,
desto kürzer ist
die Zeit, die benötigt
wird, um die Zeile der Düsenöffnungen 7 unter
Verwendung der EDM zu bohren. Die EDM ein hochwertiger aber verhältnismäßig langsamer
Bearbeitungsprozeß.
Zurückzuführen auf die
Anforderungen der Entfernung des Materials wird der EDM-Prozeß langsamer,
wenn die Lochtiefe zunimmt. Im allgemeinen steht die Bohrzeit mit
dem Quadrat der Bohrtiefe im Zusammenhang, d. h., wenn die Bohrtiefe
um einen Faktor Wurzel aus 2 vergrößert wird, wird die Bohrzeit
verdoppelt. Es wird offensichtlich sein, daß selbst eine kleine Verringerung der
Dicke der Folienlage 10 einen signifikanten Gewinn hinsichtlich
der Bohrzeit für
die Öffnungen
verleiht.
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Die Strahlfehlleitung ist ein Ausdruck,
der verwendet wird, um den Fall zu beschreiben, in dem die Tintenstrahlen
von den Düsenöffnungen 7 in
anderen Richtungen als beabsichtigt ausstrahlen. Die Strahlfehlleitung
steht mit der Dicke der Folienlage 10 im Zusammenhang.
Dickere Folien neigen dazu, eine bessere Strahlbündelung zu bieten, weil jeder Mangel
der Gleichförmigkeit
der in eine Öffnung
eintretenden Strömung
dazu neigt, durch die Öffnung selbst
korrigiert zu werden, wenn sich die Strömung längs ihrer Länge bewegt. Die Randschicht
der Strömung
unmittelbar benachbart zur Öffnungswand wächst stromabwärts des
Eintritts in die Öffnung
in der Dicke und bildet schließlich
eine vollständig
entwickelte Strömung,
die von den Eingangsbedingungen ziemlich unabhängig ist. Die Strahlbündelung
ist der Schlüssel
zu Drucken in hoher Qualität.
Jede kleine Fehlausrichtung zwischen den Strahlen verursacht Unvollkommenheiten
in den Druckmustern, die unannehmbar sein können.
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Die Modellierungsarbeit unter Verwendung der
Analyse finiter Elemente deutet daraufhin, daß die Beziehung zwischen der
guten Strahlbündelung und
der Foliendicke nichtlinear ist. Es erscheint, daß sie zu
versetzten Strahlanordnungen bei niedrigen Foliendicken schnell
asymptotisch verläuft.
Die Empfindlichkeit eines Strahls für eine gegebene Unregelmäßigkeit
der Strömung
wurde untersucht, wobei gezeigt wurde, daß für die Strömungsbedingungen in einem typischen
Tintenstrahl-Druckkopf mit kontinuierlicher Anordnung der Fehler
der Strahl richtung in der Nähe
einer Foliendicke von 100 μm
asymptotisch gegen null geht. Die Verschlechterung der Qualität der Strahlanordnung,
die auf irgendeine eine Verringerung der Foliendicke zurückzuführen ist,
würde deshalb
in der Nähe
von 100 μm
allmählich
sein und schnell zunehmen, wenn sich die Foliendicke null nähert. Hier
wird auf die graphische Darstellung nach 7 Bezug genommen. Es erscheint, daß das um eine
Foliendicke von 45 μm
eine Bruchstelle gibt. Diese deutet daraufhin, daß durch
das Arbeiten über 45 μm auf eine
minimale Verringerung der Druckqualität gestoßen würde, die auf die Wirkungen
der Strahlfehlausrichtung zurückzuführen ist.
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Es werden nun Bemerkungen hinsichtlich der
Probleme gemacht, die dem Schweißen der Folienlage 10 an
das Düsenträgerelement 4 zugeordnet sind.
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Das Schweißen als ein Prozeß besitzt
dünnen
Folien zugeordnete Verzerrungsprobleme. Der durch den Schweißprozeß erzeugten
Hitze darf nicht erlaubt werden, das Volumen der Folie zu deformieren,
da diese Deformationen das anschließende Ausspritzen beeinflussen
werden. Ferner erfordert der Schweißprozeß einen guten Kontakt zwischen
der Folie und dem Düsenträger, wobei
eine Verzerrung diesen gefährdet.
Im allgemeinen ist das Schweißen dünnerer Folien
eingeschränkt,
zurückzuführen auf ihre
größere Empfindlichkeit
für diese
Wirkungen der Erwärmung.
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Die Folie wird über einen dünnen Schlitz (300 μm) in dem
Düsenträger aus
rostfreiem Strahl geschweißt.
Der Schlitz ist durch die obenerwähnte offene Spitze des Kanals
mit 'V'-Querschnitt des Elements 4 des Düsenträgers 5 definiert,
wobei er in 3 mit 25
bezeichnet ist. Dieser Schlitz ist so schmal wie möglich gemacht,
er muß aber
breit genug sein, um der in die Düsenöffnungen eintretenden Tinte
wenig Störung
zu bieten. Die der Strömung längs der
Kante des Schlitzes und der Schlitz/Folien-Schnittstelle zugeordnete
Turbulenz kann Probleme mit der Strahlbündelung verursachen. Der Folienschweißprozeß ist diesbezüglich kritisch.
Er erfordert einen guten Kontakt zwischen der Folie und dem Düsenträger und
eine gleichmäßige Verteilung
der Wärme
von der Folie in den Träger.
Dies neigt dazu, den minimalen erlaubten Abstand zwischen dem Schweißweg und
der Kante des Schlitzes einzuschränken. Diese Schwierigkeiten
schränken
die Position der Schweißraupen
ein, die die Folie am Träger halten,
und sie beschränken
die minimale freie ungesicherte Breite der Folie. Der Schweißprozeß besitzt die
Tendenz, Metallschlacke und Bruchstücke zu erzeugen. Der Bereich
der Folie in der Nähe
der Löcher muß von diesen
Bruchstücken
rein gehalten werden, oder es können
abermals Bündelungsprobleme
auftreten. Je dichter die Schweißnaht an den Düsenlöchern, desto
größer ist
das Risiko der der Metallschlacke zugeordneten Probleme.
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Es ist aus dem Vorangehenden ersichtlich, daß die dem
Schweißen
zugeordneten Probleme eine Grenze der minimalen Dicke der Folie
und der minimalen freien Breite der Folie setzen. Offensichtlich
ist die Qualität
des in einem gegebenen Fall verwendeten Schweißprozesses für die Bestimmung der
speziellen Grenzen der Foliendicke und der freien Breite der Folie
in diesem gegebenen Fall relevant.
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Angesichts der obigen Analysen/Einsichten wurde
ein Bereich der Dicke der Folienlage 10 im Tröpfchengenerator
nach den 1 bis 3 ausprobiert. Der ausprobierte
Bereich betrug 45, 55, 65, 75, 85, 95 und 100 μm, wobei in dem Fall jeder Dicke
die verwendete freie Breite der Folie 500 μm betrug. In die Folien wurden
Standard-128-DPI-Löcher
gebohrt. Die Bohrzeiten für
die dünneren
Folien waren signifikant kürzer.
Insbesondere betrugen die Bohrzeiten für die 65-μm-Folie im Vergleich zu den
12-13 Stunden für
die 100-μm-Folie
5–6 Stunden.
Die dünneren
Foliendüsen
führten
unter einer Vielzahl von Zuständen
Ausspritzvorgänge
aus. Diese enthielten einen Bereich der Wellenlängen, Druckhöhen und Druckgeschwindigkeiten.
Es wurde festgestellt, daß, obwohl
die Strahlgeradlinigkeit und die anschließende Positionierung der Tropfen
bei verringerter Foliendicke litten, die Wirkungen nur bei 45-μm-Folien
wirklich offensichtlich waren. Zurückzuführen auf die Folienresonanzprobleme
scheiterten die Folien mit einer Dicke von 55 μm und dünner, ein gleichförmiges Ausbrechen
der Strahlen in der Strahlanordnung unter Bedingungen zu erzeugen,
die für
dickere Folien annehmbar sind. Die Düsen, die diese Kriterien erfüllten, 65 μm und dicker,
wur den in einem Bereich der Wellenlängen mit einer Tinte auf Lösungsmittelbasis betrieben.
Insbesondere wurden die Anordnungen durch ihre Fähigkeit beurteilt, den satellitenfreien
Zustand und die gleichmäßige Länge des
Aufbrechens zu erfüllen.
Es wurden Bedingungen gewählt,
die den satellitenfreien Zustand und die gleichmäßige Länge des Aufbrechens für jede Foliendicke
maximierten.
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Es wurde festgestellt, daß eine 65-μm-Folie bei
Wellenlängen
von 170 bis 180 μm
optimale Ergebnisse ergab, dies ergibt ein Betriebsmittel von 175 μm. Dies ist
einer mittleren Betriebswellenlänge von
160 μm für eine 100-μm-Folie gleichgestellt.
Dies repräsentiert
eine Änderung
in der Strahlgeschwindigkeit von 12 m/s zu 13,125 m/s. Dies ist
eine erwünschte
Zunahme von 9% in der Strahlgeschwindigkeit bei einer entsprechenden
Verbesserung der Schußweite.
Es wird angenommen, daß die
Zunahme in der Strahlgeschwindigkeit bei der dünneren Folie auf verbesserte
Strömungseigenschaften
des Fluids zurückzuführen ist,
z. B. die Entwicklung des dynamischen Strömungsprofils innerhalb jeder Öffnung.
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Im obenbeschriebenen werden untere
Grenzen der Foliendicke von 45 μm
und 55 μm
erwähnt. Die
45-μm-Grenze
ist auf Probleme der Strahlausrichtung zurückzuführen. Die 55-μm-Grenze
ist auf Folienresonanzprobleme zurückzuführen. Es ist klar, daß es möglich ist,
diese Grenzen zu verringern, indem Verfeinerungen im Tröpfchengenerator/Druckkopf
vorgenommen werden, z. B. eine bessere Qualität des Schweißens der
Folie an den Düsenträger (siehe
oben), einer Verminderung der freien Breite der Folie, eine Verbesserung
der elektro-erosiven Bearbeitung der Düsenöffnungen, um eine bessere Geometrie
der Öffnungen
zu schaffen, eine Verbesserung der Gleichförmigkeit der in die Düsenöffnungen
eintretenden Strömung
und eine Verringerung der Betriebsfrequenz (siehe 6).
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Der oben beispielhaft beschriebene
Tröpfchengenerator
ist einer des spezifizierten Typs, der so konstruiert ist, daß sein Tintenhohlraum
bei den Betriebsfrequenz resonant ist. Es ist selbstverständlich,
daß die
vorliegende Erfindung außerdem
auf einen Tröpfchengenerator
des spezifizierten Typs anwendbar ist, der so konstruiert ist, daß der Aktuator bei
der Betriebsfrequenz resonant ist.