DE60221089T2

DE60221089T2 - Kontinuierlicher tintenstrahldrucker mit auffangeinrichtung

Info

Publication number: DE60221089T2
Application number: DE60221089T
Authority: DE
Inventors: Michael Rochester Long
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2003191506A; EP1319513B1; US20030112288A1; JP4251862B2; DE60221089D1; EP1319513A3; EP1319513A2; US6648461B2

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet digital gesteuerter Druckvorrichtungen und insbesondere auf kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker, bei denen der flüssige Tintenstrom in Tropfen aufgebrochen wird, von denen einige selektiv von einer Auffangeinrichtung abgefangen und daran gehindert werden, ein Aufzeichnungsmedium zu erreichen, während andere auf eine Aufzeichnungsoberfläche gelangen können.
Der digital gesteuerte Tintenstrahldruck erfolgt herkömmlicherweise mittels einer von zwei Technologien. Bei beiden Technologien wird Tinte durch in einem Druckkopf ausgebildete Kanäle gefördert. Dabei weist jeder Kanal mindestens eine Düse auf, aus der selektiv Tintentropfen ausgestoßen und auf eine Aufzeichnungs-Oberfläche aufgebracht werden.
Bei der ersten, allgemein als "Drop-on-demand"-Tintenstrahldruck (DOD-Druck) bezeichneten Technologie werden Tintentropfen zum Aufbringen auf ein Aufzeichnungsmedium mittels eines (thermischen, piezoelektrischen, usw.) Druckbetätigungselements erzeugt. Die selektive Aktivierung des Betätigungselements bewirkt die Ausbildung und das Ausstoßen eines fliegenden Tintentropfens, der den Abstand zwischen dem Druckkopf und dem Druckmedium überwindet und auf das Druckmedium auftrifft. Die Druckbilder werden dadurch erzeugt, dass man die Ausbildung einzelner Tintentropfen so steuert, wie dies für die Erzeugung des gewünschten Bildes erforderlich ist. Ein geringfügiger Unterdruck in jedem Kanal verhindert normalerweise, dass die Tinte ungewollt aus der Düse austritt, und sorgt außerdem für die Ausbildung eines leicht konkaven Meniskus an der Düse, was dazu beiträgt, die Düse sauber zu halten.
Bei herkömmlichen DOD-Tintenstrahldruckern wird der Tintenstrahl-Tropfen an den Düsen des Druckkopfs mittels eines Druckbetätigungselements erzeugt. Normalerweise verwendet man hierzu eine von zwei Arten von Betätigungselementen, d.h. thermische oder piezoelektrische Betätigungselemente. Bei thermischen Betätigungselementen heizt ein an geeigneter Position angeordnetes Heizelement die Tinte auf, wodurch eine bestimmte Menge der Tinte die Phase ändert und den Zustand einer gasförmigen Dampfblase annimmt, wodurch der innere Tintendruck so stark steigt, dass ein Tintentropfen ausgestoßen wird. Bei piezoelektrischen Betätigungselementen wird ein elektrisches Feld an ein piezoelektrisches Material angelegt, dessen Eigenschaften eine mechanische Spannung im Material erzeugen, wodurch ein Tintentropfen ausgestoßen wird. Die am häufigsten hergestellten piezoelektrischen Materialien sind Keramikmaterialien, etwa Bleizirconattitanat, Bariumtitanat, Bleititanat und Bleimetaniobat.
Die zweite Technologie, üblicherweise "Dauerstrom"- oder "kontinuierlicher" Tintenstrahldruck genannt, arbeitet mit einem unter Druck stehenden Tintenvorrat, der einen kontinuierlichen Strom von Tintentropfen erzeugt. Bei herkömmlichen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern sind elektrostatische Ladeeinrichtungen in der Nähe des Punkts angeordnet, an dem ein Strahl der Arbeitsflüssigkeit in einzelne Tintentropfen aufbricht. Die Tintentropfen werden elektrisch geladen und dann durch Ablenkelektroden mit hoher Potentialdifferenz auf eine gewünschte Position gerichtet. Soll der Tropfen nicht drucken, wird er in einen Tintenauffangmechanismus (Auffang-, Abfangeinrichtung, Rinne, usw.) gerichtet und entweder in den Prozess zurückgeführt oder entsorgt. Soll der Tropfen drucken, wird er nicht abgelenkt, so dass er auf ein Aufzeichnungsmedium auftreffen kann. Alternativ ist es auch möglich, abgelenkte Tintentropfen auf das Aufzeichnungsmedium auftreffen zu lassen, während die nicht abgelenkten Tintentropfen im Auffangmechanismus gesammelt werden.
US-A-4 460 903 , erteilt am 17. Juli 1984 an Guenther et al., beschreibt eine Auffangeinrichtung, die das Spritzen und Vernebeln minimieren soll. Wenn die Tintentropfen jedoch auf eine harte Oberfläche der Auffangeinrichtung auftreffen und sich dort sammeln, besteht immer noch die Möglichkeit des Spritzens und der Nebelbildung. Außerdem weist diese Auffangeinrichtung eine schräge Schienenkante auf, die die nicht druckenden Tintentropfen zunächst auffangt. Die Geschwindigkeit der auftreffenden nicht druckenden Tintentropfen (normalerweise annähernd 15 m/s) ist jedoch so hoch, dass die bevorzugte Tropfenfließrichtung entlang der schrägen Schienenkante zumindest teilweise behindert wird und mindestens ein Teil des aufgefangenen Tropfenvolumens in eine zur bevorzugten Ablenkrichtung entgegen gesetzte Richtung gelenkt wird. Wenn das Tropfenvolumen zur Kante der schrägen Schiene aufwärts fließt, verändert sich die effektive Position der Schienenkante, wodurch sich die Unsicherheit erhöht, ob ein nicht druckender Tintentropfen aufgefangen wird. Außerdem können Tintentropfen, die sich auf der Schienenkante der Auffangeinrichtung angesammelt haben, durch die Bewegung des Druckkopfs auch auf das Aufzeichnungsmedium "geschleudert" werden.
US-A-3 373 437 , erteilt am 12. März 1968 an Sweet et al., beschreibt eine Auffangeinrichtung mit einer ebenen porösen Abdeckung, die das Spritzen und Vernebeln minimieren soll. Allerdings beeinträchtigt diese Art Auffangeinrichtung die Druckqualität in anderer Hinsicht. Die Notwendigkeit, eine elektrische Ladung auf der Oberfläche der Auffangeinrichtung zu erzeugen, macht die Konstruktion der Auffangeinrichtung kompliziert und erfordert eine größere Anzahl von Komponenten. Diese komplizierte Auffangkonstruktion benötigt ein großes Raumvolumen zwischen dem Druckkopf und dem Medium und verlängert damit die Flugbahn des Tintentropfens. Durch die Verlängerung der Tropfenflugbahn wird die Genauigkeit der Tropfenplatzierung verringert und die Druckqualität des Bildes beeinträchtigt. Es besteht die Notwendigkeit, den Abstand, den der Tropfen zurücklegen muss, bevor er auf das Druckmedium auftrifft, zu verringern, um eine hohe Qualität der Bilder zu gewährleisten.
Durch die von Sweet et al. beschriebene Kombination aus Elektrode und Auffangrinne entsteht ein langer Interaktionsbereich in der Ebene der Tintentropfen-Flugbahn. Die poröse Auffangrinne als solche ist in dieser Ebene sehr viel länger als dies für die Auffangfunktion nötig wäre. Dadurch entsteht ein unerwünschter äußerer Luftstrom, der die Tropfenplatzierungsgenauigkeit beeinträchtigen kann. Da die Auffangrinne nach Sweet ferner in der Ebene der Tintentropfen-Flugbahn flacher ist, gibt es keinen Sammelbereich für aus der Tintentropfenbahn abgelenkte Tintentropfen. Wenn sich Tintentropfen auf der ebeneren Oberfläche der Auffangrinne nach Sweet ansammeln, erhöht sich die Gefahr, dass die angesammelten Tintentropfen auf die nicht aufgefangenen Tintentropfen störend einwirken. Außerdem schafft die Ansammlung von aufgefangenen Tintentropfen eine neue Interaktionsfläche, die sich ständig in ihrer Höhe bezüglich der ebenen Oberfläche der Auffangrinne verändert und damit die unterscheidende Wirkung der Kante zwischen druckenden und nicht druckenden Tropfen effektiv negativ beeinflusst. Damit steigt die Gefahr, dass druckende Tropfen aufgefangen, nicht druckende Tropfen aber nicht aufgefangen werden.
US-A-4 667 207 , erteilt am 19. Mai 1987 an Sutera et al., beschreibt eine Auffangrinne mit einer über einer Haupt-Tintentropfensammelfläche liegenden Tintentropfen-Ablenkoberfläche. Beide Oberflächen bestehen aus nicht porösem Material. Die Notwendigkeit, ein elektrisches Ladungspotential zwischen den Tintentropfen und der Oberfläche der Auffangeinrichtung zu erzeugen, macht die Konstruktion der Auffangeinrichtung kompliziert und erfordert eine größere Anzahl von Komponenten. Diese komplizierte Auffangkonstruktion benötigt ein großes Raumvolumen zwischen dem Druckkopf und dem Medium und verlängert damit die Flugbahn des Tintentropfens. Durch die Vergrößerung der Länge der Tropfenflugbahn wird die Tropfenplatzierungsgenauigkeit vermindert und die Druckqualität des Bildes beeinträchtigt. Ferner gibt es bei der Auffangeinrichtung nach Sutera et al. keinen Sammelbereich für aus der Tropfenflugbahn abgelenkte Tintentropfen. Abgefangene Tropfen sammeln sich auf den ebeneren und geneigten Oberflächen der Auffangrinne nach Sutera et al. und bewegen sich in Richtung eines an der unteren Kante der Auffangeinrichtung befindlichen Unterdruckkanals. Hier beginnt die Tinte, sich auf der geneigten Oberfläche der Auffangeinrichtung zu sammeln, wodurch ein Bereich mit einer dicken domförmigen Tintenoberfläche entsteht. Damit steigt die Gefahr, dass die aufgefangenen Tintentropfen die nicht aufgefangenen Tintentropfen in diesem Bereich negativ beeinflussen. Außerdem schafft die Ansammlung von aufgefangenen Tintentropfen eine neue Interaktionsfläche, die sich ständig in ihrer Höhe bezüglich der ebenen Oberfläche der Auffangrinne verändert und damit die unterscheidende Wirkung der Kante zwischen druckenden und nicht druckenden Tropfen effektiv negativ beeinflusst. Damit steigt die Gefahr, dass druckende Tropfen aufgefangen, nicht druckende Tropfen aber nicht aufgefangen werden.
Auffangeinrichtungen der Art, wie sie von Sweet et al. und Sutera et al. beschrieben wurden, benutzen alle einen Unterdruck an einem Ende eines Tintenableitkanals, der die Ableitung von Tinte unterstützt, die sich auf der Oberfläche der Auffangeinrichtung angesammelt hat, um die Menge an Tinte zu minimieren, die auf das Medium geschleudert werden könnte. Durch den Unterdruck erzeugte Luftturbulenzen beeinträchtigen jedoch die Genauigkeit der Tropfenplatzierung und wirken sich nachteilig auf die Druckqualität des Bildes aus.
EP 1308291 A fällt unter Art. 54(9) EPC und beschreibt eine Auffangeinrichtung. Die Auffangeinrichtung weist einen Körper aus einem porösen Material auf, wobei ein erster Bereich des Körpers eine Begrenzungskante und ein zweiter Bereich des Körpers einen gegenüber der Begrenzungskante vertieften Bereich aufweist. Ein dritter Bereich des Körpers besteht aus einer schrägen Oberfläche, die an einem von der Begrenzungskante entfernten Punkt beginnt und an der Begrenzungskante endet. Der gegenüber der Begrenzungskante vertiefte Bereich umfasst eine an der Begrenzungskante beginnende und in einem von ihr entfernten Punkt endende Fläche. Die Oberfläche des vertieften Bereichs kann im Wesentlichen flach ausgebildet sein und/oder einen gekrümmten Bereich enthalten.
Es ist ersichtlich, dass ein Bedarf an einer einfach aufgebauten Auffangrinne besteht, die die Gefahr des Spritzens und Vernebeln verringert, den Abstand minimiert, den der Tropfen zurücklegen muss, bevor er auf das Druckmedium auftrifft, und den Abtransport von Tintenflüssigkeit verbessert, ohne die Flugbahn der Tintentropfen zu beeinträchtigen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist zum Beispiel die Bereitstellung eines Druckkopfs. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die vorliegende, in den beiliegenden Ansprüchen beschriebene Erfindung erfüllt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer mit dem Druckkopf verbundenen Auffangeinrichtung;
2 eine perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Ausführungsform in Verbindung mit einem Druckkopf, wobei innere Flüssigkeitskanäle sichtbar sind;
3A-3C Seitenansichten alternativer Positionen eines Mechanismus zur Ausbildung von Tintentropfen;
4 eine Seitenansicht der in 1 dargestellten Ausführungsform in Verbindung mit einem Druckkopf;
5A eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 1;
5B eine Seitenansicht einer alternativer Ausführungsform der Auffangeinrichtung gemäß 1;
5C und 5D Seitenansichten einer alternativen Ausführungsform der Auffangeinrichtung gemäß 1;
6 und 7 perspektivische Ansichten einer alternativen Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem Druckkopf;
8 eine Seitenansicht der in 6 und 7 dargestellten Ausführungsform in Verbindung mit einem Druckkopf;
9A eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 6-8;
9B eine Seitenansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 6-8; und
10 eine schematische Ansicht der Erfindung und eines Druckkopfs.
Die in 1-5 dargestellten Ausführungsformen entsprechen nicht der Erfindung, sondern werden hier nur als für das Verständnis nützliche Beispiele beschrieben.
Die folgende Beschreibung richtet sich insbesondere auf jene Elemente, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder direkter mit ihr zusammenwirken. Es versteht sich jedoch, dass hier nicht besonders dargestellte oder beschriebene Elemente in unterschiedlichen, dem Fachmann bekannten Formen ausgebildet sein können.
In 1 und 2 ist ein Tintenstrahldruckkopf 10 dargestellt. Der Tintenstrahldruckkopf 10 weist eine Basis 12 mit einem sich von einem Ende der Basis 12 aus erstreckenden oberen Schenkel 14 und einem sich von einem anderen Ende der Basis 12 aus erstreckenden unteren Schenkel 16 auf. Am oberen Schenkel 14 ist eine Düsenplatte 18 angebracht, die über mindestens einen innen im oberen Schenkel 14 und in der Basis 12 des Druckkopfs 10 angeordneten Tintenzuführkanal 22 (2) in Flüssigkeitsverbindung mit einer Tinten-Verteilerleitung 20 steht. Ein Vorrat unter Druck stehender Tinte 24 steht über die Tinten-Verteilerleitung 20 in Flüssigkeitsverbindung mit der Düsenplatte 18.
Am unteren Schenkel 16 ist eine poröse Auffangeinrichtung 34 mit einem ersten Abschnitt 50 und einem zweiten Abschnitt 48 angebracht. Die poröse Auffangeinrichtung 34 steht über mindestens einen Tintenableitkanal 40 (2) mit einer Unterdruck-Verteilerleitung 38 in Flüssigkeitsverbindung. An die Unterdruck-Verteilerleitung 38 ist eine Unterdruckquelle 42 angeschlossen.
In 3A-3C weist die Düsenplatte 18 mindestens eine darin ausgebildete Bohrung 26 auf. Von dem unter Druck stehenden Vorrat 24 kommende Tinte wird durch die Bohrung 26 ausgestoßen, so dass ein Tintenstrom 28 ausgebildet wird. Ein in der Nähe der Bohrung 26 angeordneter Mechanismus 30 zum Ausbilden von Tintentropfen bildet aus der vom Tintenvorrat 24 zugeführten Tinte Tintentropfen 32 aus. Der Mechanismus zum Ausbilden von Tintentropfen 30 kann in unterschiedlichen Positionen in der Nähe der Bohrung 26 angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Mechanismus zum Ausbilden von Tintentropfen 30 im Tintenzuführkanal 22, an einer Außenfläche der Düsenplatte 18, im Inneren eines Bereichs der Düsenplatte 18, usw., angebracht sein. Der Tintentropfenmechanismus 30 kann zum Beispiel thermische Betätigungsmittel, piezoelektrische, akustische, mechanische Betätigungsmittel, usw., aufweisen.
In 2 in Verbindung mit 4 ist dargestellt, dass im Betrieb die unter Druck stehende Tinte vom Tintenvorrat 24 über die Tinten-Verteilerleitung 20 und den Tintenzuführkanal/die Tintenzuführkanäle 22 durch den Druckkopf 10 geleitet und der Düsenplatte 18 zugeführt wird und durch die Bohrung(en) 26 austritt. Der Mechanismus 30 zum Ausbilden von Tintentropfen bildet die Tintentropfen 32, 33 aus der durch die Bohrungen 26 ausgestoßenen Tinte aus. Ein Tintentropfen-Ablenksystem trennt die druckenden Tropfen 33 von den nicht druckenden Tropfen 32. Die nicht druckenden Tropfen 32 treffen an oder in der Nähe der Begrenzungskante 36 auf eine im Wesentlichen tangentiale Oberfläche 43 der porösen Auffangeinrichtung 34 auf und bilden über der tangentialen Oberfläche 43 einen Tinten-Oberflächenfilm 44 aus. Dabei kann das Tintentropfen-Ablenksystem etwa das in US-A-6 079 821 , erteilt an Chwalek et al. und gemeinsam abgetreten, beschriebenen System mit elektronischer Ablenkung, usw., umfassen.
Während des Betriebes bleibt eine Fläche angesammelter Tinte 44 mit im Wesentlichen konstantem Volumen entlang der tangentialen Oberfläche 43 bestehen, während eine größere Menge angesammelter Tinte 46 mit im Wesentlichen konstantem Volumen in einem stark porösen Bereich 48 der porösen Auffangeinrichtung 34 verbleibt. Die angesammelte Tinte 46 wird von den Poren der porösen Auffangeinrichtung 34 aufgesaugt und fließt durch den Tintenableitkanal/die Tintenableitkanäle 40 in die Unterdruck-Verteilerleitung 38, wo die Tinte zum Abtransport oder zum Recyceln gesammelt wird. Zur Unterstützung der Tintenableitung kann ein leichter Unterdruck (gegenüber den Umgebungs-Betriebsbedingungen negativer Luftdruck) angelegt werden. Außerdem kann in dem/den Tintenableitkanal/Tintenableitkanälen 40 ein absorbierendes Material 41 angebracht werden, um die Tintenableitung weiter zu unterstützen. Das absorbierende Material 41 kann je nach der jeweiligen Druckanwendung den gesamten Bereich des Tintenableitkanals/der Tintenableitkanäle 40 oder nur einen Teil derselben bedecken.
Bei dem in 4 gestrichelt angedeuteten absorbierenden Material 41 kann es sich um jedes poröse Material handeln, das in der Lage ist, Flüssigkeit in einer Menge zu absorbieren, die einem Mehrfachen des Gewichts des absorbierenden Materials entspricht, zum Beispiel Papier, Tuch, usw. Alternativ kann das absorbierende Material aus einem Kissen bestehen, das ein Zellulosematerial etwa aus einer oder mehreren Schichten oder Lagen Zellulosewatte oder zerkleinerter Holzzellulose (üblicherweise als Holzstaub bezeichnet) enthält. Geeignete absorbierende Materialien sind zum Beispiel mehrere übereinander gelegte Lagen einer Krepp-Zellulosewatte und/oder mittels dem Fachmann bekannter Nass- oder Luftverfahren hergestellte hydrophile Faserstoffe und/oder hydrophile Schaumstoffe – siehe US-A-3 794 029 . Wird das absorbierende Material auf seiner nach oben weisenden Seite benetzt, verteilt eine dochtartig wirkende Schicht oder Lage die Feuchtigkeit über eine relativ große Oberfläche des Bereichs der Zellulosewatte. Alternativ können die absorbierenden Schichten oder Lagen auch aus beliebigen stark absorbierenden synthetischen Fasern, Gewebe-, Gewirk- oder porösen Materialien bestehen. Als Beispiele können etwa Matten oder Watte aus synthetischen Fasern, Mischungen von synthetischen Fasern, Faser-Zellulosewatte und/oder offenzellige schwammartige Lagen genannt werden.
Außerdem können die absorbierenden Schichten alternativ aus Matten oder Watte aus hydrophoben Fasern bestehen, bei denen die flüssigkeitsabsorbierende Funktion entlang des großen Oberflächenbereichs der Fasern stattfindet. Durch Wasser nicht benetzbare Fasern, wie Dacron und Nylon, weisen die charakteristische Eigenschaft auf, dass sie Wasser nicht absorbieren, d.h. dass Wasser im Allgemeinen nicht in die Fasern eindringt; jedoch haben diese Fasern die Eigenschaft, dass Flüssigkeiten entlang ihrer Oberfläche gesaugt werden können. Eine Lage aus derartigem Fasermaterial nimmt normalerweise eine große Menge Flüssigkeit auf dem großen Oberflächenbereich der Fasern auf, wenn diese als Watte angeordnet sind.
Alternativ können auch stark wasserabsorbierende Harze als absorbierendes Material eingesetzt werden, die Flüssigkeiten in Mengen absorbieren können, die einem Mehrfachen ihres Eigengewichts entsprechen. Beispiele solcher stark wasserabsorbierender Harze sind etwa ein verseiftes Produkt eines Vinylester-Copolymers und eine ungesättigte Äthylen-Carboxylsäure oder deren Derivat, ein Graft-Polymer von Stärke und Acrylsäure, eine vernetzte Polyacrylsäure, ein Copolymerisat von Vinylalkohol und Acrylsäure, ein teilhydrolisiertes Polycrylnitril, eine vernetzte Carboxymethyl-Zellulose, ein vernetztes Polyäthylenglycol, das Chitosansalz und ein Pullulan-Gel. Dabei kann eine dieser Substanzen verwendet werden, oder es können zwei oder mehr dieser Substanzen in Form einer Mischung kombiniert werden.
Auch stark absorbierende Materialien, etwa Hydrocolloid-Polymere, können als absorbierendes Material verwendet werden. Hydrocolloid-Polymer-Materialien ermöglichen eine geringere Schicht- oder Lagenmasse bei gleichzeitiger Verbesserung der wünschenswerten absorbierenden und die Flüssigkeit haltenden Eigenschaften der Lage oder Schicht, da diese Materialien ein Vielfaches ihres Gewichts an Flüssigkeit absorbieren und zurückhalten können. Wenn diese Materialien mit Flüssigkeiten in Kontakt kommen, quellen sie zu einer gelatineartigen Masse auf. Hydrocolloid-Polymer-Materialien können auch in Partikelform, etwa als Granulate oder Flocken, eingesetzt werden, da die Partikel einen größeren freiliegenden Oberflächenbereich aufweisen und daher die Absorbtionsfähigkeit erhöhen. Geeignete Hydrocolloid-Polymer-Materialien sind etwa: (a) Das in US-A-3 661 815 beschriebene hydrolisierte Stärke-Polyacrylnitril- Copolymer H-span, Produkt 35-A-100 der Grain Processing Corp., Muscatine, Iowa, (b) das Produkt Nr. XD-8587.01L, ein vernetztes Produkt der Down Corning Chemical Co., Midland, Michigan, (c) das Produkt Nr. SGP 502S der General Mills Chemical, Inc., Minneapolis, Minnesota, (d) das Produkt Nr. 78-3710 der National Starch and Chemical Corp., New York, N.Y., (e) Carbowax, ein Produkt auf Hydrogelbasis, Warenzeichen der Union Carbide Corp., Charleston, West Virginia, oder (f) basisch verseifte Stärke-Polyacrylnitril- und Graft-Polymere, United States Department of Agriculture, Peoria, Illinois, beschrieben in US-A-3 425 971 .
In 5A ist eine bevorzugte Ausführungsform der üblicherweise als Auffangeinrichtung 52 mit tangentialer Auftreffrichtung bezeichneten porösen Auffangeinrichtung 34 dargestellt. Nicht druckende Tintentropfen 32 treffen auf die tangentiale oder annähernd tangentiale Oberfläche 43 des ersten Abschnitts 50 der Auffangeinrichtung 52 auf und bilden auf der Oberfläche 43 einen Oberflächen-Tintenfilm 44 aus. Der Oberflächen-Tintenfilm 44 wird aufgrund des linearen Impulses der auftreffenden Tropfen 32, der hydrophilen Eigenschaft des porösen Materials des zweiten Abschnitts 48, der Kapillarwirkung und durch die Kraft eines Unterdrucks, der durch den Tintenableitkanal/die Tintenableitkanäle 40 auf die Oberfläche 43 übertragen wird, zum porösen zweiten Abschnitt 48 hin gezogen. Die Geschwindigkeit, mit der der Oberflächen-Tintenfilm 44 in den porösen zweiten Abschnitt 48 gesaugt wird, verhält sich proportional zur Dicke des mit dem porösen Material in Berührung stehenden Flüssigkeitsfilms und der Stärke des am porösen Material anliegenden Unterdrucks. Aufgrund dieses Merkmals kann die Dicke des Flüssigkeitsfilms bei überaus geringen Unterdruckwerten sehr gering gehalten werden. Ein Flüssigkeitsfilm geringer Dicke ist von Haus aus stabiler als dickere Filme, die sich ohne das poröse Material ergeben würden, so dass die geringe Dicke es dem Gerät ermöglicht, eine sehr scharfe Trennung zwischen druckenden und nicht druckenden Tropfen zu erreichen. Der überaus geringe Unterdruck und die geringe Strömung verringern wegen des äußeren Luftstroms, der durch die Kraft des Unterdrucks um die Auffangeinrichtung 52 herum und in diese hinein erzeugt wird, eine etwaige Fehlleitung von Tropfen. Der zweite Abschnitt 48 der Auffangeinrichtung 52 liegt vorzugsweise an der tangentialen Oberfläche 43 des ersten Abschnitts 50 der Auffangeinrichtung 52 an, wobei jedoch auch ein Spalt 54 zwischen den beiden Elementen möglich ist (wie in 5B dargestellt).
Der erste Abschnitt 50 der Auffangeinrichtung 52 weist eine zur tangentialen Oberfläche 43 verlaufende Oberfläche 60 auf, und die tangentiale Oberfläche 43 endet am zweiten Abschnitt 48 der Auffangeinrichtung 52 in einer Abschlusskante. Der zweite Abschnitt 48 der Auffangeinrichtung 52 weist eine vordere Oberfläche 66 auf, die in einem Winkel 70 zur Unterseite 64 hin verläuft. Normalerweise befindet sich die Begrenzungskante 36 an einem Ende der vorderen Fläche 66, und zwar entweder an dem Punkt, an dem die vordere Oberfläche 66 auf eine untere Fläche 62 trifft, oder an dem Punkt, an dem die vordere Oberfläche 66 auf eine obere Fläche 62 des zweiten Abschnitts 48 der Auffangeinrichtung 52 trifft. Die vordere Fläche 66 muss sich nicht senkrecht zur unteren Fläche 64 erstrecken, vielmehr kann die vordere Fläche 66 auch in einem geeigneten Winkel zur unteren Fläche 64 hin verlaufen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel 70 ein rechter Winkel, der sich in dem porösen Material der Auffangeinrichtung 52 leicht maschinell herstellen lasst. Allerdings kann der Winkel 70 je nach der speziellen Auslegung der Auffangeinrichtung 52 auch spitz oder stumpf sein.
Zwischen der tangentialen Oberfläche 43 und der oberen Fläche 62 ist ferner ein Winkel 71 ausgebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel 71 ein rechter Winkel, der sich in dem porösen Material der Auffangeinrichtung 52 leicht maschinell herstellen lässt. Allerdings kann der Winkel 71 je nach der speziellen Auslegung der Auffangeinrichtung 52 auch spitz oder stumpf sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der erste Abschnitt 50 der Auffangeinrichtung 52 aus einer im Wesentlichen nicht porösen anodisierten Aluminiumlegierung mit polierter Oberfläche 43. Der zweite Abschnitt 48 der Auffangeinrichtung 52 besteht aus einem porösen Aluminiumoxid, das kommerziell von Ferros Ceramic Products vertrieben wird. Der erste Abschnitt 50 ist mittels eines Siliconklebers am zweiten Abschnitt 48 befestigt. In den Bereichen, in denen die obere Fläche 62 sich neben oder in der Nähe des Tintenableitkanals/der Tintenableitkanäle 40 befindet, fehlt der Siliconkleber an der Begrenzungskante 36 oder auf der oberen Fläche 62. Alternativ kann der erste Abschnitt 50 auch in anderer geeigneter Weise an dem zweiten Abschnitt 48 befestigt sein. Ferner können der erste Abschnitt 50 und der zweite Abschnitt 48 entsprechend dem jeweiligen Einsatzzweck auch aus anderen Materialien mit anders gearteter Porosität bestehen.
Gemäß 5C und 5D können der erste Abschnitt 50 und/oder der zweite Abschnitt 48 der Auffangeinrichtung 52 auch aus einer Basis 82 aus nicht porösem Material mit einer Umhüllung 84 aus porösem Material bestehen. Die Basis 82 aus nicht porösem Material kann mindestens einen mit der Umhüllung 84 aus porösem Material in Flüssigkeitsverbindung stehenden Kanal aufweisen, über den angesammelte Tinte von der/den Oberfläche(n) der Auffangeinrichtung 52 durch die Basis 82 aus nicht porösem Material zur Rückführung oder Entsorgung abgeleitet werden kann. Das Ableiten der Tinte kann auch durch Unterdruck unterstützt werden. In 5C weist der zweite Abschnitt 48 eine Basis 82 aus nicht porösem Material mit einer Umhüllung 84 aus porösem Material auf. Die poröse Umhüllung 84 steht mit dem Tintenableitkanal/den Tintenableitkanälen 40 in Flüssigkeitsverbindung, um Tinte von der Begrenzungskante 36, der oberen Fläche 62, der vorderen Fläche 66, usw., abzuleiten. In 5D weist der erste Abschnitt 50 eine Basis 82 aus nicht porösem Material mit einer Umhüllung 84 aus porösem Material auf. Die poröse Umhüllung 84 des ersten Abschnitts 50 steht mit dem Tintenableitkanal/den Tintenableitkanälen 40 über die poröse Umhüllung 84 des zweiten Abschnitts 48 in Flüssigkeitsverbindung.
In 6-8 ist ein Tintenstrahldruckkopf 10 mit einer alternativen bevorzugten Ausführungsform einer Auffangeinrichtung 34 dargestellt. Für Merkmale, die jenen gleichen, wie sie unter Bezugnahme auf 1-4 beschrieben wurden, werden in der Beschreibung der 6-8 dieselben Bezugsziffern verwendet.
Der Tintenstrahldruckkopf 10 weist eine Basis 12 mit einem sich von einem Ende der Basis 12 aus erstreckenden oberen Schenkel 14 und einem sich von einem anderen Ende der Basis 12 aus erstreckenden unteren Schenkel 16 auf. Am oberen Schenkel 14 ist eine Düsenplatte 18 angebracht, die über mindestens einen innen zwischen dem oberen Schenkel 14 und der Basis 12 des Druckkopfs 10 angeordneten Tintenzuführkanal 22 in Flüssigkeitsverbindung mit einer Tinten-Verteilerleitung 20 steht. Ein Vorrat unter Druck stehender Tinte 24 steht über die Tinten-Verteilerleitung 20 in Flüssigkeitsverbindung mit der Düsenplatte 18.
Am unteren Schenkel 16 ist eine poröse Auffangeinrichtung 34 angebracht. Die poröse Auffangeinrichtung 34 steht über mindestens einen Tintenableitkanal 40 mit einer Unterdruck-Ver teilerleitung 38 in Flüssigkeitsverbindung. An die Unterdruck-Verteilerleitung 38 ist eine Unterdruckquelle 42 angeschlossen.
Im Betrieb wird die unter Druck stehende Tinte vom Tintenvorrat 24 über die Tinten-Verteilerleitung 20 und den Tintenzuführkanal/die Tintenzuführkanäle 22 durch den Druckkopf 10 geleitet und der Düsenplatte 18 zugeführt und tritt durch die Bohrung(en) 26 aus. Der Mechanismus 30 zum Ausbilden von Tintentropfen bildet die Tintentropfen 32, 33 aus der durch die Bohrungen 26 ausgestoßenen Tinte aus. Ein Tintentropfen-Ablenksystem trennt die druckenden Tropfen 33 von den nicht druckenden Tropfen 32. Die nicht druckenden Tropfen 32 treffen auf eine Oberfläche 35 der porösen Auffangeinrichtung 34 auf und bilden über der Oberfläche 35 der porösen Auffangeinrichtung 34 einen Tinten-Oberflächenfilm 44 aus. Die angesammelte Tinte wird von den Poren der porösen Auffangeinrichtung 34 aufgesaugt und fließt durch den/die Tintenableitkanal/Tintenableitkanäle 40 in die Unterdruck-Verteilerleitung 38, wo die Tinte zum Abtransport oder zum Recyceln gesammelt wird. Zur Unterstützung der Tintenableitung kann ein leichter Unterdruck (gegenüber den Umgebungs-Betriebsbedingungen negativer Luftdruck) angelegt werden. Außerdem kann in dem Tintenableitkanal/den Tintenableitkanälen 40 ein absorbierendes Material 41 angebracht werden – in 8 gestrichelt dargestellt -, um die Tintenableitung weiter zu unterstützen. Das absorbierende Material 41 kann je nach der jeweiligen Druckanwendung den gesamten Bereich des Tintenableitkanals/der Tintenableitkanäle 40 oder nur einen Teil derselben bedecken. Bei dem absorbierenden Material 41 kann es sich, wie bereits beschrieben, um jedes poröse Material handeln, das in der Lage ist, Flüssigkeit in einer Menge zu absorbieren, die einem Mehrfachen des Gewichts des absorbierenden Materials entspricht.
9A zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der porösen Auffangeinrichtung 34, die üblicherweise als Auffangeinrichtung 72 mit senkrechtem Auftreffwinkel bezeichnet wird. Bei der Auffangeinrichtung 72 befindet sich ein erster Abschnitt 74 über einem zweiten Abschnitt 76. Nicht druckende Tintentropfen 32 treffen senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche 35 des ersten Abschnitts 74 der Auffangeinrichtung 72 nahe der Begrenzungskante 78 des ersten Abschnitts 74 auf und bilden einen dünnen Tinten-Oberflächenfilm 44 auf der Oberfläche 35 aus. Der Oberflächen-Tintenfilm 44 wird aufgrund des linearen Impulses der auftreffenden Tropfen, der hydrophilen Eigenschaft des porösen Materials, der Kapillarwirkung und durch einen Unterdruck in das poröse Material des ersten Abschnitt 74 gesaugt. Die Kraft des Unterdrucks wird durch den/die mit den auftreffenden Tropfen ausgerichteten Unterdruckkanal/Unterdrückkanäle 40 im zweiten Abschnitt 76 der Auffangeinrichtung 72 zur Oberfläche 35 geleitet. Die Auffangeinrichtung 72 weist an ihrer Oberfläche 35 in einem Bereich, der im Wesentlichen einer Öffnung 80 des Unterdruckkanals/der Unterdruckkanäle 40 entspricht, eine sehr gleichmäßige Tropfenaufnahmefähigkeit auf, was eine große Schwankungsbreite der Auftreffposition der Tropfen erlaubt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche 35 im Wesentlichen eben ausgebildet. Allerdings kann die Oberfläche 35 auch nicht ebene Oberflächenmerkmale aufweisen (zum Beispiel einen Schlitz, eine Reihe von Schlitzen, eine "V"-Nut, eine Reihe von "V"-Nuten, eine abgerundete Vertiefung, eine Reihe von abgerundeten Vertiefungen, Zähne, usw.).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der zweite Abschnitt 76 der Auffangeinrichtung 72 aus einer im Wesentlichen nicht porösen anodisierten Aluminiumlegierung. Der erste Abschnitt 64 der Auffangeinrichtung 72 besteht aus einem porösen Aluminiumoxid, das kommerziell von Ferros Ceramic Products vertrieben wird. Der erste Abschnitt 74 ist mittels eines Siliconklebers am zweiten Abschnitt 76 befestigt. In den Bereichen, in denen die Oberfläche 35 sich neben oder in der Nähe des Tintenableitkanals/der Tintenableitkanäle 40 befindet, fehlt der Siliconkleber an der Öffnung 80 oder auf der Oberfläche 35. Alternativ kann der erste Abschnitt 74 auch in anderer geeigneter Weise an dem zweiten Abschnitt 76 befestigt sein. Ferner können der erste Abschnitt 74 und der zweite Abschnitt 76 entsprechend dem jeweiligen Einsatzzweck auch aus anderen Materialien mit anders gearteter Porosität bestehen.
Gemäß 9B können der erste Abschnitt 74 und/oder der zweite Abschnitt 76 der Auffangeinrichtung 72 auch aus einer Basis 82 aus nicht porösem Material mit einer Umhüllung 84 aus porösem Material bestehen. Die Basis 82 aus nicht porösem Material kann mindestens einen mit der Umhüllung 84 aus porösem Material in Flüssigkeitsverbindung stehenden Kanal 86 aufweisen, über den angesammelte Tinte von der/den Oberfläche(n) der Auffangeinrichtung 72 durch die Basis 82 aus nicht porösem Material zur Rückführung oder Entsorgung abgeleitet werden kann. Das Ableiten der Tinte kann auch durch Unterdruck unterstützt werden. Der erste Abschnitt 74 weist eine Basis 82 aus nicht porösem Material mit einer Umhüllung 84 aus porösem Material auf. Die poröse Umhüllung 84 steht mit dem Tintenableitkanal/den Tintenableitkanälen 40 in Flüssigkeitsverbindung, um Tinte von der Oberfläche 35 abzuleiten, usw.
Da die poröse Auffangeinrichtung 34, wie vorstehenden beschrieben, den Flüssigkeitsstrom scharf begrenzt, kann die poröse Auffangeinrichtung 34 näher an der Düsenplatte eines Tintenstrahldruckers angeordnet werden. Dies wiederum reduziert den von einem druckenden Tintentropfen zu überwindenden Abstand, was die Platzierung des Tintentropfens verbessert. Insofern kann die poröse Auffangeinrichtung 34 in den kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker integriert werden, wie er in der an Chwalek et al. erteilten und gemeinsam abgetretenen US-A-6 079 821 beschrieben ist. Alternativ kann die poröse Auffangeinrichtung 34 in kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker integriert werden, die zum Beispiel mit elektrostatischer Ablenkung und thermischen, akustischen oder piezoelektrischen Tintentropfen-Ausbildungsmechanismen, usw., arbeiten.
Die poröse Auffangeinrichtung 34 wirkt dadurch als scharfe Begrenzung, dass sie die Geschwindigkeit der Ableitung von Flüssigkeit von der Auftrefflinie der nicht druckenden Tintentropfen so kontrolliert, dass ein dünner, stabiler Flüssigkeitsfilm auf der Begrenzungskante verbleibt. Der dünne Flüssigkeitsfilm hat mehrere wichtige Aufgaben. Er dient dazu, die offenkundige Rauheit des porösen Materials zu verringern, und definiert damit eine geradere Begrenzungslinie. Er vermindert die Geschwindigkeit der in die poröse Auffangeinrichtung 34 strömenden Luft, reduziert damit die durch Luftströmung erzeugte Strahlabweichung und trägt dazu bei, die Ausbildung von Nebentropfen oder eine Nebelbildung beim Auftreffen der Tintentropfen auf die Rinne zu verhindern. Zwar sollte die Dicke des dünnen Flüssigkeitsfilms konstant bleiben, um eine stabile Position der Begrenzungskante sicherzustellen, die Dickenabmessung kann jedoch in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung variieren.
Unter normalen Betriebsbedingungen sollte die poröse Auffangeinrichtung 34 die auftreffende Flüssigkeit genauso schnell ableiten wie sie ankommt. Zum Beispiel erfordern Flüssigkeitstropfen mit einem Durchmesser von etwa 25μm, die mit 15 m/s im rechten Winkel auf eine ebene Fläche der Auffangeinrichtung auftreffen, eine Auffangeinrichtung mit einer spezifischen Durchflussleistung von 0,75 ml/s/mm². Diese spezifische Durchflussrate kann erreicht werden durch Verwendung eines sehr porösen Auffangmaterials in Kombination mit einem hohen Unterdruck. Ein starker Unterdruck saugt jedoch eine große Luftmenge an, was zu einer Verminderung der Druckqualität führen kann. Um diesen Zustand zu vermeiden, verteilt die poröse Auffangeinrichtung 34 die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung und ein hydrophiles Material über einen größeren Bereich der porösen Auffangeinrichtung 34, um so ein dreidimensionales Strömungsfeld zu erzeugen. Ferner kann die poröse Auffangeinrichtung 34 durch Einsatz eines geringeren Unterdrucks die Bewegung der fein verteilten Flüssigkeitsströmung von der Auftreffzone weg beschleunigen.
Die poröse Auffangeinrichtung 34 kann aus jedem beliebigen porösen Material bestehen. Vorzugsweise weist das poröse Material eine durchdringbare Oberfläche mit einer gegenüber der Tropfengröße wesentlich kleineren Einheitsgröße und einem hohen Prozentsatz offener Fläche auf, um eine sofortige Volumenströmung vom Huftreffpunkt weg zu ermöglichen und die Auftreffenergie zu minimieren. Poröse Keramik, Aluminiumoxid, Kunststoff, Polymer-, Kohlenstoff- und Metallmaterialien können zum Beispiel die Kriterien bezüglich der Porosität und der Einheitsgröße erfüllen. Dabei weisen die verfügbaren Keramikmaterialien weitere Vorteile auf, unter anderem dass sie dimensionsstabil sind, leicht hergestellt werden können, ohne die Poren zu verschließen, dass sie hydrophil und gegenüber einer Vielzahl von Flüssigkeiten chemisch inert sind. Dies ist besonders vorteilhaft bei Verwendung anionischer Tinten, da anionische Tinten eine Schicht auf positiv geladenen Oberflächen ausbilden und die Auffangeinrichtung dadurch effektiv verstopfen und den Flüssigkeitsabtransport verhindern. Poröses Aluminiumoxid ist chemisch inert und anionisch. Dies verringert die Verstopfungsgefahr. Materialien dieser Art sind im Handel von Ferros Ceramic Products and Refractron Technologies erhältlich.
Betrachtet man nochmals 5A und 5B, so kann die poröse Auffangeinrichtung 34 gemäß 4 so ausgebildet werden, dass ihre Oberflächen unterschiedliche Porositäten aufweisen. Zum Beispiel kann die vordere Oberfläche 60 der Auffangeinrichtung 54 eine geringere Porosität aufweisen als die tangentiale Oberfläche 43 der Auffangeinrichtung 52. Alternativ kann der erste Abschnitt 50 der Auffangeinrichtung 52 auch aus einem Material mit geringer oder ohne Porosität bestehen, während der zweite Abschnitt 48 aus einem porösen Material hergestellt wird. Gemäß 9A kann der erste Abschnitt 74 aus einem porösen Material und der zweite Abschnitt 76 aus einem Material mit geringer oder ohne Porosität bestehen.
Normalerweise dient eine solche Ausbildung dazu, die Kraft des Unterdrucks auf die Oberflächen mit den höchsten Tintenströmungsraten zu konzentrieren. Wenn die Unterdruckkraft an speziellen Oberflächen der Auffangeinrichtung 34 maximiert wird, verringert die Konzentration der Unterdruckkraft eine eventuelle Fehlleitung der Tintentropfen durch äußere Luftströmungen, die durch die Unterdruckkraft um die Auffangeinrichtung 34 herum und in diese hinein erzeugt werden. Wenn die auf diese Oberflächen wirkende Unterdruckkraft auch verringert ist, ist die Ausbildung dieser Oberflächen aus porösem Material dennoch von Vorteil, um die Ansammlung von Tinte auf diesen Oberflächen zu kontrollieren. Oberflächen der Auffangeinrichtungen mit unterschiedlicher Porosität lassen sich dadurch herstellen, dass man Materialpartikel unterschiedlicher Größe in die Oberfläche(n) integriert, ein poröses Polymerisat während des Herstellungsprozesses in das Material einbaut, die Oberfläche(n) mit einem porösen Polymer beschichtet, die Oberfläche(n) mit in einem Trägermaterial suspendierten feinen Aluminiumoxidpartikeln beschichtet, usw.
Die poröse Auffangeinrichtung 34 minimiert auch die Bildung von Nebentropfen (üblicherweise als Nebelbildung bezeichnet). Wenn ein sich mit Geschwindigkeiten von nahezu 15 m/s bewegender Tintentropfen auf eine ebenere Oberfläche auftrifft, ist die Aufprallenergie so hoch, dass sich kleinere Teiltröpfchen in Form eines Nebels bilden können. Die poröse Auffangeinrichtung 34 verringert die Aufprallenergie und damit die Nebelbildung mit Hilfe mindestens dreier Merkmale, etwa eines dünnen Flüssigkeitsfilms, einer kleinen Einheitsgröße der Oberfläche und der durch einen Unterdruck unterstützten Strömung, ohne dadurch die Flugbahn der druckenden Tintentropfen nachteilig zu beeinflussen.
Ein dünner Flüssigkeitsfilm auf der im Wesentlichen senkrechten Auftrefffläche 35 der Auffangeinrichtung 72 weist eine hohe Oberflächenaffinität für ankommende Tropfen derselben Zusammensetzung auf. Die Tropfen "benetzen" den hydrophilen Oberflächenfilm und werden durch Oberflächenkräfte hoher Energie an den dünnen Flüssigkeitsfilm angezogen. Der Flüssigkeitsfilm wirkt ferner als elastisches Medium mit viskoser Dämpfung, das die Spitzen-Bremskräfte eines Tropfens erheblich reduziert. Dadurch wird die Gefahr der Nebelbildung wesentlich verringert.
Die Oberflächen-Einheitsgröße der porösen Auffangeinrichtung ist wesentlich kleiner als die Tropfengröße, so dass der Aufprall über ein größeres Zeitintervall verteilt und die Aufprallenergie wesentlich verringert wird. Ferner sorgt die im Wesentlichen senkrechte Auftrefffläche 35 der durch Unterdruck unterstützten porösen Auffangeinrichtung 72 am Auftreffpunkt für eine innere Strömungsrichtung, die im Wesentlichen parallel zum Vektor der Tropfengeschwindigkeit verläuft. Dies führt zu einer verringerten Aufprallenergie, insbesondere während der Anlaufphase des Systems, bis ein Flüssigkeitsfilm aufgebaut ist, der die Nebelbildung verringert.
Die Stärke des in Verbindung mit der porösen Auffangeinrichtung 34 eingesetzten Unterdrucks ist wesentlich geringer (in manchen Fällen um den Faktor 3 geringer) als bei anderen porösen Auffangkonstruktionen. Insofern kann der Auffangeinrichtung 34 eine unterdruckunterstützte Luftströmung zugeführt werden, die ausreicht, die Aufprallenergie des Tintentropfens und die Nebelbildung zu verringern, ohne die Flugbahn der druckenden Tintentropfen nachteilig zu beeinflussen oder übermäßig starke Geräusche zu entwickeln.
Neben den vorstehend erwähnten Anwendungen findet die poröse Auffangeinrichtung 34 auch in anderen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern Anwendung. In 10 ist ein Druckkopf 10 mit einem System 110 gekoppelt, das Tropfen nach dem Tropfenvolumen in druckende und nicht druckende Tropfenbahnen unterteilt. Dabei wird Tinte durch eine in einer Oberfläche 113 des Druckkopfs 10 ausgebildete Düse 18 ausgestoßen, so dass ein Strom einer Arbeitsflüssigkeit 114 entsteht, der sich im Wesentlichen entlang der Achse X senkrecht zur Oberfläche 113 bewegt. Im physischen Bewegungsbereich r₁ des Stroms der Arbeitsflüssigkeit 114 ist der Flüssigkeitsstrom zusammenhängend. Ein Tintentropfen-Ausbildungsmechanismus 116, normalerweise eine Heizeinrichtung 118, wird entsprechend den Bilddaten mit unterschiedlichen Frequenzen selektiv aktiviert, so dass der Strom der Arbeitsflüssigkeit 114 in einen Strom einzelner Tintentropfen 120, 122 aufbricht. Dabei können einige Tintentropfen während der Ausbildung der Tintentropfen 122 miteinander verschmelzen. Dieser Bereich, in dem der Strahl aufgebrochen wird und Tropfen miteinander verschmelzen, ist als Bereich r₂ bezeichnet. Nach dem Bereich r₂ ist die Tropfenausbildung in einem Bereich r₃ abgeschlossen, so dass Tintentropfen 120, 122 in dem Abstand von der Oberfläche 113, in dem das System 110 angewandt wird, im Wesentlichen in zwei Größenklassen, d.h. kleinen Tropfen 120 und großen Tropfen 122 (nach Volumen und/oder Masse) vorliegen. Bei der bevorzugten Ausführung herrscht im System 110 eine Kraft 124 in Form einer im Wesentlichen senkrecht zur Achse X fließenden Gasströmung. Die Kraft 124 wirkt über eine Strecke L, die kürzer oder gleich der Strecke r₃ ist. Normalerweise wird die Strecke L definiert durch den Systemabschnitt 125. Die großen Tropfen 122 haben eine größere Masse und einen stärkeren linearen Impuls als die kleinvolumigen Tropfen 120. Durch die Einwirkung der Gaskraft 124 werden die einzelnen Tintentropfen in Abhängigkeit von ihrem Volumen und ihrer Masse abgesondert. Dementsprechend kann die Gasströmungsrate so eingestellt werden, dass zwischen der Bewegungsbahn S der kleinen Tropfen und der Bewegungsbahn K der großen Tropfen eine ausreichende Differenzierung D gegeben ist, so dass große Tropfen 122 auf das Druckmedium W auftreffen können, während kleine Tropfen 120 von einer nachstehend noch zu beschreibenden Tintenauffangstruktur aufgefangen werden. Alternativ können durch leichte Veränderung der Position der Auffangeinrichtung auch kleine Tropfen 120 auf das Druckmedium durchgelassen werden, während große Tropfen 122 gesammelt werden.
Die poröse Auffangeinrichtung 34 wird so positioniert, dass je nach der besonderen Druckanwendung entweder die großvolumigen Tropfen oder die kleinvolumigen Tropfen gesammelt werden. Dazu können entweder nur eine poröse Auffangeinrichtung in einer Tropfenbahn oder, wie dargestellt, zwei poröse Auffangeinrichtungen 34 vorgesehen werden. Wenn der Druckkopf 10 zwei poröse Auffangeinrichtungen 34 aufweist, wird die Gasströmungsrate entsprechend so geregelt, dass die gewünschte Tropfengröße auf das Druckmedium W auftreffen kann.
Der Betrag der Trennung D zwischen den großen Tropfen 122 und den kleinen Tropfen 120 hängt nicht nur von der relativen Tropfengröße, sondern auch von der Geschwindigkeit, Dichte und der Viskosität der die Kraft 124 erzeugenden Gasströmung ab, ferner von der Geschwindigkeit und Dichte der großen Tropfen 122 und der kleinen Tropfen 120 und der Einwirkungsstrecke (in 3 mit L bezeichnet), in der die großen Tropfen 122 und die kleinen Tropfen 120 mit der Gasströmung 124 in Wirkverbindung stehen. Gase wie Luft, Stickstoff, usw., mit unterschiedlichen Dichten und Viskositäten können mit gleichen Ergebnissen eingesetzt werden.
Die Erfindung wurde vorstehend im Einzelnen unter besonderer Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Abweichungen und Abänderungen im Rahmen der durch die folgenden Ansprüche definierten Erfindung möglich sind.

Claims

Druckkopf mit: einem Tintenvorrat; einem Düsenloch, das in Strömungsverbindung mit dem Tintenvorrat steht; einem tropfenbildenden Mechanismus, der in der Nähe des Düsenlochs angeordnet und derart betreibbar ist, dass aus Tinte, die aus dem Vorrat stammt und durch das Düsenloch transportiert wird, Tintentropfen gebildet werden, wobei einige der Tintentropfen zum Drucken verwendbar sind und andere Tintentropfen zum Drucken nicht verwendbar sind; einem Tintentropfen-Umlenksystem, das derart betreibbar ist, dass es die zum Drucken verwendbaren Tintentropfen und die zum Drucken nicht verwendbaren Tintentropfen voneinander trennt; und einer Auffangeinrichtung, die einen ersten Abschnitt (74) mit einer ersten Porosität aufweist und einen zweiten Abschnitt (76) mit einer zweiten Porosität, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt eine Auftrefffläche (35) umfasst, die im wesentlichen rechtwinklig zu den nicht zum Drucken verwendbaren Tintentropfen angeordnet ist und an einer Abschlusskante (78) endet; wobei der zweite Abschnitt eine äußere Kante aufweist und bezüglich des ersten Abschnitts angeordnet ist, worin die Abschlusskante der Auftrefffläche sich mindestens bis zur äußeren Kante des zweiten Abschnitts erstreckt.
Druckkopf nach Anspruch 1, worin die erste Porosität größer ist als die zweite Porosität.
Druckkopf nach Anspruch 2, worin der zweite Abschnitt aus einem Material besteht, dessen Porosität im Wesentlichen bei null liegt.
Druckkopf nach Anspruch 1, worin ein Bereich des zweiten Abschnitts in Berührung mit dem ersten Abschnitt steht und der Abschlusskante der Auftrefffläche benachbart angeordnet ist.
Druckkopf nach Anspruch 4, worin sich die Abschlusskante der Auftrefffläche über die äußere Kante des zweiten Abschnitts in einer Richtung erstreckt, die zur Flugbahn der nicht zum Drucken verwendbaren Tintentropfen hin verläuft.
Druckkopf nach Anspruch 1, worin Bereiche des zweiten Abschnitts einen Unterdruckkanal (40) bilden, der in Strömungsverbindung mit dem ersten Abschnitt steht.
Druckkopf nach Anspruch 1, worin die Auftrefffläche hydrophil ist.