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Die
Erfindung betrifft eine Schmelzvorrichtung zum Schmelzen einer Tinteneinheit
für den
Gebrauch in einem Tintenstrahldrucker, mit einer Schmelzkammer,
die ein weites Ende zur Abgabe der Tinteneinheit in die Schmelzkammer
und ein enges Ende aufweist, wobei die Schmelzkammer eine solche
Form hat, daß die Tinte
sich infolge des Schmelzens in einer Richtung vom weiten Ende zum
engen Ende bewegt, wobei die Tinte in bezug auf diese Richtung seitlich
zwischen einer oder mehreren Wänden
der Schmelzkammer eingeschlossen ist. Die Erfindung bezieht sich
auch auf einen Tintenstrahldrucker, der mit einer Schmelzvorrichtung
dieser Art ausgerüstet
ist.
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Diese
Schmelzvorrichtung ist bekannt aus dem US-Patent 5 030 972. Die
Schmelzvorrichtung dient dazu, den Druckkopf eines Tintenstrahldruckers,
der mit heißschmelzender
Tinte arbeitet, mit flüssiger
Tinte zu versorgen. Heißschmelzende
Tinte, auch auch als Phasenübergangstinte
bekannt, ist eine Tinte, die unter normalen Umgebungsbedingungen
fest ist, jedoch bei einer erhöhten
Temperatur flüssig
ist. Damit diese Tinte mit Hilfe des Druckkopfes des Tintenstrahldruckers
auf ein Empfangsmaterial übertragen
werden kann, muß die
Tinte verflüssigt
werden. Während
des Druckens wird die flüssige
Tinte in der Form von einzelnen Tröpfchen durch den Druckkopf
in Richtung auf das Empfangsmaterial ausgestoßen. Auf diese Weise wird auf
dem Empfangsmaterial ein Bild erzeugt, daß aus einer Anzahl separater
Punkte aufgebaut ist. Damit die feste Tinte ohne hohen Leistungsbedarf
so schnell wie möglich
aufgeschmolzen wird, wird in der bekannten Vorrichtung eine feste
Tinteneinheit in direkten Kontakt mit einer Heizung gebracht, die
auch die Tinte in dem Druckkopf flüssig hält. Um dies zu erreichen, wird
in der Schmelzkammer durch eine erste vertikale, als Heizung wirkende Wand
(im folgenden als Schmelzwand bezeichnet) und eine winklig dazu
verlaufende Wand, die dazu dient, die Tinteneinheit mit der Schmelzwand
in Berührung
zu halten, eine Verengung gebildet. Wenn eine Tinteneinheit über das
weite Ende der Verengung in die Schmelzkammer abgegeben worden ist,
so ist sie zwischen den beiden Wänden
eingeschlossen. Die Tinteneinheit schmilzt dort, wo sie mit der
vertikalen Schmelzwand in Kontakt steht, die auf eine Temperatur
oberhalb der Temperatur erhitzt ist, bei der die Tinte flüssig ist.
Infolge dieses Schmelzvorgangs nehmen die Abmessungen der Tinteneinheit
ab, so daß diese
sich, nachdem die geschmolzene Tinte abgegeben worden ist, in Richtung
auf das enge Ende bewegt. Unter diesen Bedingungen wird die geschmolzene
Tinte durch kleine Perforationen in der Schmelzwand abgegeben.
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Der
Transport der Tinte durch diese Perforationen erfolgt durch Kapillarkräfte.
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Eine
Schmelzvorrichtung dieser Art hat einen signifikanten Nachteil.
Da der Durchfluß der
geschmolzenen Tinte zu dem Tintenstrahldruckkopf von der Kapillarwirkung
der Perforationen in der vertikalen Schmelzwand abhängt, ist
die maximale Geschwindigkeit, mit der die geschmolzene Tinte zu
dem Druckkopf zugeführt
werden kann, relativ gering. Dies führt insbesondere dann zu Problemen,
wenn ein hoher Bedarf an flüssiger
Tinte besteht, z. B. wenn der Tintenstrahldrucker eine Illustration
mit einem hohen Bedeckungsgrad, insbesondere ein farbiges Poster
zu drucken hat. Eine unzureichende Zufuhr von geschmolzener Tinte
kann dazu führen,
daß sich
die flüssige
Tinte im Druckkopf erschöpft,
so daß der
Druckvorgang zeitweise unterbrochen werden muß, was hinsichtlich der Produktivität des Tintenstrahldruckers
ein Nachteil ist. Ein anderes Problem, das in diesem Zusammenhang
auftreten kann, ist der Einschluß von Luftblasen in der flüssigen Tinte, und
dies hat einen sehr nachteiligen Effekt auf das Druckverhalten des
Druckkopfes. Ein zusätzlicher
Nachteil der geringen Geschwindigkeit, mit der die flüssige Tinte
durch die Perforationen transportiert wird, besteht darin, daß sich zwischen
der vertikalen Schmelzwand und der festen Tinteneinheit eine dünne Lage
aus flüssiger Tinte
bildet. Eine solche Lage aus flüssiger
Tinte bildet eine thermische Barriere, so daß die Tinte unter sonst gleichen
Bedingungen langsamer schmelzen wird. Es ist auch ein Nachteil im
Hinblick auf die Zufuhr von geschmolzener Tinte zu dem Druckkopf.
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Aufgabe
der Schmelzvorrichtung gemäß der Erfindung
ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Zu diesem Zweck wurde eine
Schmelzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfunden,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß während des Schmelzvorgangs jede
der ein oder mehreren Wände
auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur erhitzt wird, bei der
die Tinte flüssig
ist. Es hat sich überraschend
gezeigt, daß auf diese
Weise die Zufuhr von geschmolzener Tinte ganz beträchtlich
zunimmt. In einer Schmelzvorrichtung gemäß der Erfindung, in der die
feste Tinte an allen Stellen, wo sie durch die eine oder mehreren
Wände der Schmelzkammer
eingeschlossen ist, auf eine Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunktes
erhitzt wird, sind offenbar zusätzliche
Antriebskräfte
vorhanden, die bewirken, daß die
geschmolzene Tinte beschleunigt abgegeben wird. Der Grund für den stark
beschleunigte Ausstoß ist
nicht vollständig
klar, doch haben nähere
Untersuchungen eine Anzahl von möglichen
Ursachen aufgezeigt. Zunächst
wird eine Tinteneinheit, die von mehreren Seiten her aufgeschmolzen
wird, schneller in ihrem Format abnehmen, so daß die Einheit sich schneller in
Richtung auf das enge Ende der Schmelzkammer bewegt. In der Schmelzvorrichtung
gemäß der Erfindung wird
diese Bewegung dadurch ermöglicht,
daß die
Einheit aus fester Tinte nur seitlich in bezug auf die Bewegungsrichtung
eingeschlossen ist, d. h., es gibt keine Unterstützung in einer Ebene senkrecht
zur Bewegungsrichtung, die die Bewegung der Tinteneinheit behindern
würde.
Die Bewegung führt
zu einer Antriebskraft, die die bereits geschmolzene Tinte aus der
Kontaktfläche
zwischen der ersten Tinteneinheit und der Schmelzwand herausdrückt. Außerdem wird
infolge der schnelleren Bewegung die Tinteneinheit zu einem früheren Zeitpunkt mit
einer "frischen" Oberfläche der
Schmelzwand in Kontakt kommen. Da der thermische Leitfähigkeitskoeffizient
der Schmelzwand einen endlichen Wert hat, bedeutet dies, daß die frische
Oberfläche
der Schmelzwand eine höhere
Temperatur hat als die Oberfläche
der Schmelzwand, die zuvor bereits Wärme abgegeben hat. Hierdurch
kann sich die Zufuhr der geschmolzenen Tinte wieder weiter erhöhen. Dies
hat einen zusätzlichen Vorteil,
der darin besteht, daß der
thermische Leitfähigkeitskoeffizient
der Schmelzwände
weniger kritisch ist. Zusätzlich
zu den oben genannten Effekten, die einander bereits gegenseitig
verstärken,
hat sich herausgestellt, daß,
wenn eine Tinteneinheit seitlich durch eine oder mehrere Wände der
Schmelzkammer eingeschlossen ist, die feste Tinteneinheit häufig mit
einer größeren Kraft
als die Kraft der auf die Tinteneinheit wirkenden Schwerkraft gegen
wenigstens einen Teil der Oberfläche
der Schmelzwand angedrückt
wird. Ein höherer
Kontaktdruck dieser Art stellt sicher, daß die geschmolzene Tinte schneller
aus der Kontaktoberfläche
herausgedrückt
wird, und dies bedeutet eine zusätzliche
Antriebskraft für
den Transport der bereits geschmolzenen Tinte, verbunden mit einer
Verminderung der Wärmebarriere
zwischen der festen Tinteneinheit und der Schmelzwand. Diese Effekte
scheinen einander in der Weise zu verstärken, daß eine beträchtliche Zufuhr an geschmolzener
Tinte erreicht werden kann. Außer
den genannten Effekten gibt es möglicherweise
andere Gründe,
weshalb die Zufuhr von geschmolzener Tinte in einer Schmelzvorrichtung
gemäß der Erfindung
so hoch ist, doch ist die Kenntnis dieser Effekte für die erfolgreiche
Anwendung der Erfindung von untergeordneter Bedeutung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
bewegt sich die feste Tinte in der Schmelzkammer unter der Wirkung
der Schwerkraft. Dies kann erreicht werden, indem die Schmelzkammer
in bezug auf das Schwerefeld so angeordnet wird, daß auf die
feste Tinteneinheit eine resultierende Kraft in Richtung auf das
enge Ende der Verengung wirkt. So sind keine zusätzlichen Mittel erforderlich,
um die Tinteneinheit in Richtung auf das enge Ende zu bewegen. Solche
Mittel, beispielsweise in der Form einer Feder, erhöhen nicht
nur die Kosten für
die Schmelzvorrichtung, sondern haben auch den Nachteil, daß die Zufuhr
einer nachfolgenden festen Tinteneinheit erschwert wird. Im gegebenen
Beispiel muß die
Feder eingedrückt
werden, damit eine neue Tinteneinheit zwischen den ein oder mehreren
Wänden
der Schmelzkammer und der Feder selbst eingesetzt werden kann. In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
weist die Schmelzkammer in der Nähe
des engen Endes wenigstens eine Durchlaßöffnung für den Durchtritt von geschmolzener
Tinte auf. Dadurch, daß eine
Durchlaßöffnung vorgesehen
ist, kann die geschmolzene Tinte, die sich unter dem Einfluß der Schwerkraft
in Richtung auf das enge Ende bewegt, die Schmelzkammer verlassen.
Der Transport der geschmolzenen Tinte erfolgt dann in der Weise,
daß sie
schließlich
den Druckkopf erreicht.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
hat die Schmelzkammer einen Verjüngungswinkel
von weniger als 60°.
Dies bedeutet, daß es
in einem Querschnitt durch die Schmelzkammer parallel zu der Richtung,
in der sich die feste Tinteneinheit während des Schmelzvorgangs bewegt,
mindestens eine Stelle gibt, wo die Wände miteinander einen Winkel
von weniger als 60° bilden.
In dieser Ausführungsform
hat die Schmelzkammer den Vorteil, daß die Anpreßkraft, die senkrecht zu den
ein oder mehreren Schmelzwänden auf
die feste Tinteneinheit wirkt, größer ist als die auf die Tinteneinheit
wirkende Schwerkraft. Infolge dieser erhöhten Anpreßkraft wird geschmolzene Tinte
schneller aus der Kontaktfläche
zwischen den ein oder mehreren Schmelzwänden und der festen Tinteneinheit
entfernt. Außerdem
ist bei einer Schmelzvorrichtung dieser Art die Kontaktfläche zwischen
der festen Tinteneinheit und den ein oder mehreren Schmelzwänden erhöht, und
dies ermöglicht
es, die Zufuhr an geschmolzener Tinte weiter zu steigern. Die Kombination
dieser beiden Effekte stellt sicher, daß die Geschwindigkeit, mit
der die geschmolzene Tinte aufgeschmolzen wird, in einer Schmelzvorrichtung
gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
beträchtlich
zunimmt.
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In
noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform hat die Schmelzkammer
einen Verjüngungswinkel,
der kleiner oder gleich 40° ist.
Die Anpreßkraft
und die Kontaktfläche
nehmen somit weiter zu. Außerdem ist
in einer Schmelzkammer dieser Art, die sich relativ langsam verjüngt, der
von einer schmelzenden Tinteneinheit während des Schmelzvorgangs zurückgelegte
Weg relativ lang. Das bedeutet, daß in der Schmelzkammer schnell
Platz für
die Zufuhr einer neuen festen Tinteneinheit geschaffen wird, so
daß die
Zufuhr von geschmolzener Tinte weiter erhöht werden kann.
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In
noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Verjüngungswinkel
größer oder
gleich 5° und
kleiner oder gleich 25°.
Wenn der Verjüngungswinkel
größer oder
gleich 5° ist,
kann die Schmelzkammer für
gegebene Abmessungen der festen Tinteneinheit kleiner gemacht werden,
d. h., der Abstand zwischen dem weiten Ende und dem engen Ende braucht
nicht so lang zu sein. Für
eine gegebene Länge
der Schmelzkammer bedeutet ein Verjüngungswinkel größer oder
gleich 5°,
daß Tinteneinheiten
mit größeren Abmessungen
in die Kammer zugeführt
werden können.
Mit Hilfe eines Verjüngungswinkels
kleiner oder gleich 25° wird sich
eine feste Tinteneinheit während
des Schmelzvorgangs schneller in der Schmelzkammer bewegen.
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In
noch einer weiter bevorzugten Ausführungsform hat die Schmelzkammer
einen Verjüngungswinkel größer oder
gleich 12° und
kleiner oder gleich 17°.
Dies ergibt eine optimale Schmelzkammer, in der die feste Tinteneinheit
rasch aufgeschmolzen werden kann und eine Tinteneinheit mit hinreichend
großen
Abmessungen in die Kammer eingegeben werden kann, ohne daß die Kammer übermäßig große Abmessungen
zu haben braucht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Schmelzkammer eine Einrichtung zur Abgabe geschmolzener
Tinte zu der Durchlaböffnung.
Dies hat zwei Vorteile. Zunächst
wird die geschmolzene Tinte dann sogar noch schneller von der Kontaktfläche entfernt,
so daß die
Wärmebarriere
zwischen den Schmelzwänden und
der festen Tinteneinheit noch kleiner wird. Andererseits verhindert
dies, daß die
geschmolzene Tinte, die eine kleinere Dichte hat als die feste Tinteneinheit,
in Richtung auf das weite Ende gedrückt wird. Dies hätte zur
Konsequenz, daß die
feste Tinteneinheit wie ein Stopfen in der Schmelzkammer wirken
würde und
sich eine Menge an geschmolzener Tinte oberhalb des Stopfens sammeln
würde.
Dies würde
nicht nur den Fluß von
geschmolze ner Tinte zu der Durchlaßöffnung und damit auch zu dem
Tintenstrahldruckkopf zeitweise unterbrechen, sondern außerdem könnte das
Schmelzen der letzten festen Tinte des Stopfens zu einer plötzlichen
Erhöhung
der Zufuhr von geschmolzener Tinte an der Durchlaßöffnung führen. Eine
in dieser Weise ungleichmäßige Zufuhr
von geschmolzener Tinte läßt sich
nur schwer kontrollieren. Durch die Bereitstellung einer Abgabeeinrichtung
gemäß der Erfindung,
d. h. jede Art von Ausnehmung in der Wandoberfläche der einen oder mehreren
Schmelzwände,
insbesondere Perforationen, Rippen, Schlitze, Nuten, Kanäle oder
eine gewisse Aufrauhung, entsteht in der Schmelzkammer ein gleichmäßiger Fluß von geschmolzener
Tinte zu der Durchlaßöffnung.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
die Abgabeeinrichtung einen Schlitz, der in der einen oder den mehreren
Schmelzwänden
der Schmelzkammer ausgebildet ist. Ein Schlitz hat den Vorteil,
daß er
so tief gemacht werden kann, daß eine
schmelzende Tinteneinheit praktisch nicht eine solche Form annehmen
kann, daß der
Schlitz vollständig
gefüllt
und somit durch noch nicht geschmolzene Tinte blockiert wird. Wenn
der Schlitz schraubenförmig
ausgebildet ist, so daß er
nicht parallel zur Bewegungsrichtung der schmelzenden festen Tinteneinheit
verläuft,
wird jegliche Blockierung des als Abgabeeinrichtung für geschmolzene
Tinte dienenden Schlitzes weiter unterdrückt. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Schmelzkammer im wesentlichen konisch. Eine solche Form
stellt sicher, daß die
zu schmelzende Tinteneinheit auf allen Seiten umschlossen ist, so
daß die
Schmelzgeschwindigkeit weiter zunimmt. Außerdem kann eine Form dieser
Art einfach durch ein Spritzgießverfahren
erhalten werden.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
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1 ist
ein Beispiel eines Tintenstrahldruckers.
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2, bestehend aus 2a und 2b,
zeigt schematisch eine Tinteneinheit, die seitlich durch zwei Schmelzwände eingeschlossen
ist.
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3 bestehend aus 3a, 3b und 3c,
zeigt schematisch eine Anzahl von möglichen Schmelzkammern.
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4 zeigt
schematisch eine konische Schmelzkammer, in der sich eine schmelzende
Einheit aus fester Tinte befindet.
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5 ist ein Beispiel einer Schmelzkammer
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Tabelle
1 zeigt die Resultate eines Schmelzexperiments mit einer Anzahl
von Schmelzkammern gemäß der Erfindung.
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1
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1 zeigt
einen Tintenstrahldrucker. In dieser Ausführungsform umfaßt der Tintenstrahldrucker
eine Walze 1 zur Abstützung
eines Substrats 2 und zum Transport desselben an vier Druckköpfen 3 vorbei,
einen für
jede der Farben: Zyan, Magenta, Gelb und Schwarz. Die Walze 1 ist
um ihre Achse drehbar, wie durch einen Pfeil A angegeben wird. Ein
Abtastwagen 4 trägt
die vier Druckköpfe 3 und
kann in einer durch den Doppelpfeil B angegebenen Richtung parallel
zu der Walze 1 hin- und hergehend bewegt werden. Auf diese
Weise können
die Druckköpfe 3 das
als Empfangsmaterial dienende Substrat 2, beispielsweise
einen Bogen Papier, abtasten. Der Wagen 4 ist auf Stangen 5 und 6 geführt und
durch eine für
diesen Zweck geeignete (nicht gezeigte) Einrichtung angetrieben.
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In
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform weist jeder Druckkopf 8 Tintenkanäle auf,
jeder mit seiner eigenen Düse 7,
und diese Düsen
bilden eine Zeile rechtwinklig zur Achse der Walze 1. In
einer praktischen Ausführungsform
einer Druckvorrichtung wird die Anzahl von Tintenkanälen je Druckkopf
um ein Vielfaches größer sein.
Jeder Tintenkanal hat eine (nicht gezeigte) Einrichtung zum Aktivieren
des Tintenkanals und eine zugehörige
elektrische Treiberschaltung (nicht gezeigt). Auf diese Weise bilden
der Tintenkanal, die Aktivierungseinrichtung für den Tintenkanal und die Treiberschaltung
eine Einheit, die dazu dienen kann, Tintentröpfchen in Richtung auf die
Walze 1 auszustoßen.
Wenn die Tintenkanäle
bildmäßig aktiviert
werden, entsteht auf dem Substrat 2 ein Bild, das aus Tintentröpfchen aufgebaut
ist.
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In
diesem Beispiel ist jeder Druckkopf (3) mit der Schmelzvorrichtung
gemäß der Erfindung
(nicht gezeigt) ausgerüstet.
Jede Schmelzvorrichtung ist in den betreffenden Druckkopf integriert.
Der Drucker enthält eine
Zufuhreinrichtung für
feste Tinteneinheiten, beispielsweise in der Form von Tintenpellets.
Wenn der Druckkopf geschmolzene Tinte benötigt, kann eine feste Tinteneinheit
in an sich bekannter Weise durch eine Spenderstation in die Schmelzkammer
der Schmelzvorrichtung abgegeben werden. Nachdem die Tinte geschmolzen
ist, kann sie weiter zu den Tintenkanälen gefördert werden.
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2
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2 ist zusammengesetzt aus 2a und 2b. 2a zeigt
schematisch eine feste Tinteneinheit 21, die seitlich zwischen
zwei Schmelzwänden 8 und 9 der
Schmelzkammer eingeschlossen ist, die einen definierten Verjüngungswinkel α bilden.
Der Einfachheit halber ist die Schmelzkammer vertikal angeordnet.
Die feste Tinteneinheit erfährt
eine Schwerkraft Fz. Unter stationären Bedingungen, z. B. wenn
sich die Tinteneinheit nicht bewegt, wird die Schwerkraft durch
andere Kräfte
kompensiert. Wenn wir annehmen, daß die Reibungskraft zwischen
der Tinteneinheit und den Wänden
vernachlässigbar
ist, und dies ist zulässig
unter Bedingungen, in denen einen dünne Lage aus geschmolzener
Tinte sich zwischen der festen Tinteneinheit und den Wänden befindet,
wird die Schwerkraft durch die beiden Normalkräfte Fn kompensiert, die die
Wände 8 und 9 auf
die Tinteneinheit ausüben.
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2 zeigt das zugehörige Kräftegleichgewicht. Daraus geht
hervor, daß die
von jeder Wand auf die Einheit ausgeübte Normalkraft eine vertikale
Komponente hat, die gleich der Hälfte
der Schwerkraft ist. Auf diese Weise wird die auf die Einheit ausgeübte resultierende
Kraft null.
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Aus 2b kann
die Beziehung zwischen der Normalkraft und der Schwerkraft wie folgt
hergeleitet werden: sin(α/2) = (1/2)·Fz/Fn (1)so daß Fn = (1/2)·Fz/sin(α/2) (2)
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Aus
dieser Beziehung folgt, daß unter
den gegebenen Bedingungen die Normalkraft größer ist als die Schwerkraft,
sobald der Verjüngungswinkel α kleiner
ist als 60°.
Da die Normalkraft gleich der Kraft ist, mit der die Tinteneinheit
gegen die jeweiligen Schmelzwände 8 und 9 angedrückt wird,
bedeutet dies, daß der
Kontaktdruck in bezug auf die Schwerkraft zunimmt, sobald der Verjüngungswinkel
der Verengung in der Schmelzkammer kleiner ist als 60°.
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Der
Vorteil einer größeren Anpreßkraft dieser
Art besteht darin, daß die
geschmolzene Tinte schneller aus der Kontaktfläche zwischen der Tinteneinheit
und den Schmelzwänden
entfernt wird, ohne daß zusätzliche Mittel
zur Erzeugung eines Anpreßdruckes
benutzt werden müssen.
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3
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3a, 3b und 3c zeigen
schematisch eine Anzahl von Beispielen für mögliche Schmelzkammern, die
zu einer Verengung geformt sind. 3a zeigt
eine keilförmige
Kammer, in der die Verengung durch die Wände 8 und 9 in
solcher Weise gebildet wird, daß die
Verengung einen Verjüngungswinkel α hat (entsprechend
einen Neigungswinkel ν des
Keils). An den Seiten ist die Kammer durch die Wände 10 und 11 abgeschlossen.
Bei einer in dieser Weise geformten Schmelzkammer wird die feste
Tinteneinheit am weiten Ende des Keils zugeführt, wonach die Tinteneinheit
seitlich durch die Wände 8 und 9 eingeschlossen
ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Größe der Tinteneinheit so zu
wählen,
daß die
Einheit bereits in der Nähe
des weiten Endes an den Wänden 8 und 9 anliegt.
Durch Erhitzen der Wände 8 und 9 über eine
Temperatur, bei der die Tinte flüssig
ist, wird die feste Tinte an der Kontaktfläche mit den Wänden 8 und 9 schmelzen,
so daß die
Tinteneinheit schnell die Form des Keils annehmen wird. Während des
Schmelzvorgangs wird die geschmolzene Tinte die Kontaktfläche schnell
verlassen, infolge des von der festen Tinteneinheit auf die Schmelzwände 8 und 9 ausgeübten Druckes,
so daß die
feste Tinteneinheit sich in Richtung auf das enge Ende des Keils
bewegt. In einer praktischen Ausführungsform wird es wenigstens
eine Durchlaßöffnung in
der Nähe
des engen Endes geben, damit die geschmolzene Tinte dem Tintenstrahldruckkopf
zugeführt
wird. Sobald die geschmolzene Tinteneinheit ausreichend aufgeschmolzen
worden ist, d. h. sobald sie einen solchen Weg in Richtung auf das
enge Ende zurückgelegt
hat, so daß es
in der Schmelzkammer wieder Platz für eine nachfolgende feste Tinteneinheit
gibt, kann eine nachfolgende Tinteneinheit zugeführt werden.
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3b zeigt
eine Schmelzkammer, die aus einem ersten Pyramidenstumpf 12 und
einer zweiten Pyramide mit einem Verjüngungswinkel α aufgebaut
ist, wobei die zweite Pyramide durch die Wände 8, 9, 10 und 11 gebildet
wird. In dieser Konfiguration werden die Wände 8, 9, 10 und 11 der
Schmelzvorrichtung so beheizt, daß die zweite Pyramide die Schmelzkammer
bildet. Die erste Pyramide kann z. B. als eine Übergabestation dienen, die
die Zufuhr einer festen Tinteneinheit erleichtert.
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3c zeigt
eine dritte mögliche
Form einer Schmelzvorrichtung, bei der die Schmelzkammer die Form
eines Kegels mit einem Verjüngungswinkel α hat, wobei
dieser Kegel durch die Wand 8 gebildet wird. Eine in eine
Kammer dieser Art zugeführte
feste Tinteneinheit wird durch die Wand 8 eingeschlossen.
Wenn die Wand beheizt wird, wird die Tinte schmelzen, und die Tinteneinheit
wird sich in Richtung auf das enge Ende des Kegels bewegen.
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Die
oben beschriebenen Formen dienen lediglich zur Illustration. Jede
Form, bei der die Schmelzkammer irgendwo zu einer Verengung geformt
ist, in der die Wände,
die die Tinteneinheit einschließen,
beheizt sind, um diese Tinteneinheit zu schmelzen, ist Bestandteil
der Erfindung. So sind Schmelzkammern in der Form eines Prismas
oder Prismoids, eines Rotationsparaboloids, eines Ellipsoids usw.
möglich.
Insbesondere ist es nicht notwendig, daß die Verengung einen definierten
Verjüngungswinkel
bildet. Es ist durchaus möglich, daß sich der
zwischen der Wand (wie im Fall einer konischen Form) oder den Wänden (wie
im Fall einer Pyramide) in einem Querschnitt parallel zu der Bewegungsrichtung
der festen Tinteneinheit gebildete Winkel in der Richtung vom weiten
Ende zum engen Ende der Schmelzkammer stetig ändert (wie im Fall eines Rotationsparaboloids)
oder unstetig (wie im Fall der in 3b gezeigten
Doppelpyramide).
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4
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4 zeigt
schematisch eine konische Schmelzkammer, in der eine feste Tinteneinheit
(21) angeordnet ist. Zu der Zeit, zu der die feste Tinteneinheit über das
weite Ende in die Schmelzkammer eingegeben wird, hat diese Ein heit
die Form einer Kugel. Dadurch, daß es mit der beheizten Wand
(8) der Schmelzkammer, die die Wand des Kegels bildet,
in Kontakt tritt, nimmt das sphärische
Tintenpellet nach und nach schnell die Form des Kegels an, so daß sich die
große
Kontaktfläche
A zwischen dem Tintenpellet und der Wand bildet. Infolge dieser
relativ großen
Oberfläche
wird das Tintenpellet schnell aufschmelzen. Wenn der Winkel φ zunimmt,
wird sich das schmelzende Tintenpellet auch schneller in Richtung
auf das enge Ende der Schmelzkammer bewegen, so daß es mehr
Platz für
die Zufuhr eines neuen Tintenpellets gibt. In einer praktischen
Ausführungsform dieser
Schmelzkammer kann die Spitze des Kegels entfernt sein, damit eine
Durchlaßöffnung gebildet
wird.
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5
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5 ist ein Beispiel für eine Ausführungsform einer Schmelzvorrichtung
gemäß der Erfindung. 5a zeigt
die Schmelzvorrichtung (13), die aus den Teilen 8a und 8b aufgebaut
ist. Der Teil 8a der Schmelzvorrichtung ist in 5b gezeigt.
In dieser Ausführungsform
ist die Schmelzvorrichtung aus zwei identischen Teilen 8a und 8b zusammengesetzt,
die zusammen die Wand der konischen Schmelzkammer 14 bilden.
In diesem Beispiel sind die Teile 8a und 8b insgesamt
aus wärmeleitendem
Material, z. B. Aluminium hergestellt. Die Schmelzvorrichtung hat
eine Heizeinrichtung (nicht gezeigt), die die Teile 8a und 8b auf
eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der zu schmelzenden
Tinte erhitzt. Diese Einrichtung ist aus dem Stand der Technik hinreichend
bekannt und braucht hier nicht weiter erläutert zu werden.
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Die
Teile sind durch Befestigungsmittel 15 verbunden, die in
diesem Beispiel durch Bolzen und damit zusammenwirkende Muttern
gebildet werden, wobei die Bolzen in Löcher 16 eingesetzt
sind, die in den Teilen 8a und 8b ausgebildet
sind. Die konische Schmelzkammer hat ein weites Ende 17 und
ein enges Ende 18. Die Spenderstation (nicht gezeigt) liegt
in der Nähe
des weiten Endes unmittelbar außerhalb
der eigentlichen Schmelzkammer. Eine feste Tinteneinheit, z. B.
in der Form eines sphärischen
Tintenpellets, wird in das weite Ende zugeführt und kommt mit der beheizten
Wand in Berührung,
die durch die beiden Teile 8a und 8b gebildet wird.
Infolgedessen wird ein Teil der Tinteneinheit aufschmelzen. Aufgrund
der relativ der hohen Anpreßkraft, die
die geschmolzene Tinte erfährt,
wird diese letztere zwischen der Tinteneinheit und der Wand herausgepreßt und erreicht
die Abgabeeinrichtung 19, die in diesem Beispiel durch
zwei Schlitze in den Teilen 8a und 8b gebildet
wird. Die geschmolzene Tinte kann sich über diese Schlitze in Richtung
auf das enge Ende bewegen, um dann die Durchlaßöffnung 20 zu erreichen.
Die flüssige
Tinte wird die Schmelzvorrichtung über diese Durchlaßöffnung verlassen.
Während
des Schmelzprozesses wird die feste Tinteneinheit zunehmend kleiner und
bewegt in Richtung auf das enge Ende. Wenn sie dort eintrifft, wird
der verbleibende Teil des Tintenpellets weiter aufschmelzen, und
die geschmolzene Tinte verläßt die Schmelzvorrichtung über die
Durchlaßöffnung.
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Tabelle 1
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Die
Tabelle zeigt die Resultate eines Schmelzexperiments mit einer Anzahl
von Schmelzkammern gemäß der Erfindung.
Für dieses
Experiment wurden sieben konische Schmelzkammern verwendet, die
jeweils einen anderen Verjüngungswinkel
hatten, nämlich
von einen Verjüngungswinkel
von 30° für die erste
Schmelzkammer, bis zu einem Verjüngungswinkel
von 5° für die siebte
Schmelzkammer. Die Schmelzkammern sind aus Aluminium hergestellt
und aus zwei identischen Teilen aufgebaut (ähnlich wie in dem in 5 gezeigten Beispiel) und mit einer Heizeinrichtung
versehen, so daß ihre
Temperatur konstant auf 125°C
gehalten werden kann. Die Schmelzkammern sind vertikal angeordnet
und an der Innenseite jeweils mit vier in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen
versehen, damit die geschmolzene Tinte zu der Durchlaßöffnung zugeführt wird,
die dadurch gebildet wird, daß die
Spitze ihres Kegels entfernt ist. Die resultierende Durchlaßöffnung hat
einen Querschnitt von etwa 1 mm. Das Schmelzexperiment wurde ausgeführt, indem
stets ein rundes Tintenpellet mit einer Masse von annähernd 1
g in jede Schmelzkammer zugeführt
wurde, wobei das Tintenpellet ein schmelzbares Gemisch mit einer
Dichte von etwa 1,1 g/cm3 aufweist. Das
Gemisch beginnt bei einer Temperatur von annähernd 70°C zu schmelzen. Unterhalb jeder
Schmelzkammer befindet sich eine Massenwaage, mit der der Ausstoß an geschmolzener
Tinte genau gemessen werden kann. Das Experiment wurde so ausgeführt, daß, wann
immer ein zuvor zugeführtes
Tintenpellet praktisch vollständig
aufgeschmolzen worden war, ein nachfolgendes Tintenpellet zugeführt wurde.
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Der
mögliche
Schmelzdurchsatz wurde auf diese Weise für jede Schmelzkammer bestimmt.
Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 1 gezeigt. Die zweite Spal te
gibt den Verjüngungswinkel
der betreffenden Schmelzkammer an. Spalte 3 gibt den Schmelzdurchsatz
in Gramm pro Minute an. Spalte 4 gibt den Schmelzdurchsatz in standardisierter
Form an, so daß er
für den
maximal gemessenen Schmelzdurchsatz 100 Einheiten beträgt. Schließlich gibt
die Spalte 5 die Anpreßkraft
für jede
Schmelzkammer an, berechnet gemäß der Gleichung
2. In diesem Fall ist der Wert für
die Anpreßkraft
wieder auf 100 Einheiten für
die Schmelzkammer mit dem kleinsten Verjüngungswinkel standarisiert.
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Aus
der Tabelle ist ersichtlich, daß der
erhaltene Schmelzdurchsatz recht gut zu dem anhand von 2 abgeleiteten berechneten Wert für die Anpreßkraft paßt.
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Tabelle
1. Gemessener Schmelzdurchsatz in g/min für sieben konische Schmelzkammern
in bezug auf die relative Anpreßkraft
des Tintenpellets in den Schmelzkammern.
