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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Druckköpfe von
Druckern mit kontinuierlichem abgelenktem Tintenstrahl. Sie betrifft
insbesondere eine Verbesserung eines Druckkopfs, der zwei Tintenausstoßdüsen umfasst.
Ferner betrifft sie einen Tintenstrahldrucker, der mit diesem verbesserten Kopf
ausgestattet ist.
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Technischer
Hintergrund
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Tintenstrahldrucker
lassen sich in zwei technologische Hauptfamilien einteilen, deren
erste durch die Drucker vom Typ „Tropfen auf Anforderung" gebildet wird, und
deren zweite durch Drucker mit kontinuierlichem Strahl gebildet
wird:
Die Drucker vom Typ „Tropfen auf Anfrage" sind im Allgemeinen
Bürodrucker,
die dazu vorgesehen sind, Text und Grafikmotive schwarz oder farbig
auf Blattsubstraten zu drucken.
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Die
Drucker vom Typ „Tropfen
auf Anfrage" erzeugen
direkt und ausschließlich
die Tintentropfen, die tatsächlich
zum Drucken der gewünschten
Motive erforderlich sind. Der Druckkopf dieser Drucker umfasst eine
Mehrzahl von Tintenausstoßdüsen, die üblicherweise
entlang einer Düsenausrichtungsachse ausgerichtet
sind und jeweils einen einzigen Punkt des Druckträgers treffen.
Wenn eine ausreichende Zahl von Ausstoßdüsen vorhanden ist, erfolgt
das Drucken durch einfache Verlagerung des Druckträgers unter
dem Kopf orthogonal zur Düsenausrichtungsachse.
Andernfalls ist eine zusätzliche
Fahrbewegung des Trägers
relativ zum Druckkopf unerlässlich.
Drucker mit kontinuierlichem Tintenstrahl werden im Allgemeinen
für industrielle
Markierungs- und Codierungsanwendungen eingesetzt.
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Die
typische Funktionsweise eines Druckers mit kontinuierlichem Strahl
kann wie folgt beschrieben werden. Elektrisch leitfähige, unter
Druck gehaltene Tinte entweicht durch eine kalibrierte Düse und bildet
somit einen Tintenstrahl. Unter Einwirkung einer periodisch stimulierenden
Vorrichtung wird der derart gebildete Tintenstrahl in gleichmäßigen Zeitintervallen
an einem einzigen Raumpunkt unterbrochen. Diese erzwungene Fragmentierung
des Tintenstrahls wird üblicherweise
an einem sogenannten Unterbrechungspunkt durch periodische Vibrationen eines
piezoelektrischen Kristalls ausgelöst, der stromaufwärts der
Düse in
der Tinte platziert ist. Ab dem Unterbrechungspunkt verwandelt sich
der kontinuierliche Strahl in einen Zug von identischen und gleichmäßig beabstandeten
Tintentropfen. Nahe dem Unterbrechungspunkt ist eine erste Gruppe
von Elektroden platziert, genannt „Aufladungselektroden", deren Funktion
es ist, selektiv auf jeden Tropfen des Tropfenzugs eine vorbestimmte
elektrische Ladungsmenge zu übertragen.
Die Gesamtheit der Tropfen des Strahls durchquert anschließend eine zweite
Elektrodenanordnung, genannt „Ablenkelektroden", die ein elektrisches
Feld bilden, welches die Bahn der geladenen Tropfen verändert.
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In
einer ersten Variante von sogenannten Druckern mit kontinuierlichem
abgelenktem Tintenstrahl ist die auf die Tropfen des Strahls übertragene Ladungsmenge
variabel, und jeder Tropfen erfährt eine
Ablenkung proportional zur elektrischen Ladung, die ihm zuvor verliehen
wurde. Der von einem Tropfen getroffene Punkt des Druckträgers ist
eine Funktion dieser elektrischen Ladung. Die nicht-abgelenkten Tropfen
werden durch ein Becken aufgesammelt und zu einem Tintenkreislauf
zurückgeführt.
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Ferner
ist es dem Fachmann bekannt, dass eine spezielle Vorrichtung benötigt wird,
um eine konstante Synchronisierung zwischen den Strahlunterbrechungszeitpunkten
und dem Anlegen der Tropfenaufladungssignale sicherzustellen. Man
beachte, dass diese Technologie dank ihrer mehrfachen Ablenkungsniveaus
es einer einzigen Düse
ermöglicht, ein
gesamtes Motiv in aufeinanderfolgenden Segmenten zu drucken, d.h.
in Zeilen von Punkten einer gegebenen Größe. Der Übergang von einem Segment zum
anderen erfolgt durch eine kontinuierliche Relativverlagerung des
Substrats relativ zum Druckkopf orthogonal zu den Segmenten. Bei
Anwendungen, die eine Druckbreite fordern, welche geringfügig größer ist
als die Breite eines isolierten Segments, können mehrere Eindüsendruckköpfe, typischerweise
2 bis 8, innerhalb ein und desselben Gehäuses angeordnet sein.
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Eine
zweite Variante von Druckern mit kontinuierlichem Strahl, genannt
Drucker mit kontinuierlichem binärem
Strahl, unterscheidet sich von der vorhergehenden hauptsächlich durch
die Tatsache, dass ein einziges Tropfenablenkungsniveau erzeugt wird.
Das Drucken von Schriftzeichen oder Motiven erfordert somit die
Verwendung von Vielfachdüsendruckköpfen. Der
Abstand der Düsen
fällt mit
jenem der Auftrefforte auf dem Druckträger zusammen. Man beachte,
dass im Allgemeinen die zum Drucken bestimmten Tropfen die nicht-abgelenkten
Tropfen sind. Die Drucker mit binärem kontinuierlichem Strahl sind
für Hochgeschwindigkeitsdruckanwendungen bestimmt,
beispielsweise die Adressierung oder Personalisierung von Dokumenten.
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Es
muss betont werden, dass die kontinuierliche Strahltechnik ein Unterdrucksetzen
der Tinte voraussetzt, um einen Druckabstand, d.h. den Abstand zwischen
der Unterseite des Druckkopfs und dem Druckträger, zu ermöglichen, der 20 mm erreichen
kann, d.h. 10 bis 20 × größer ist
als Druckabstände
bei Druckern vom Typ „Tropfen
auf Anfrage".
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Die
Adressierbarkeit eines Druckers mit kontinuierlichem Strahl ist
die Zahl von getrennten Auftreffpunkten pro Einheitsbreite eines
gedruckten Segments. Beispielsweise liefert ein Eindüsendrucker
mit kontinuierlichem abgelenktem Strahl, der mit einer Düse mit einem
Durchmesser von 50 μm
versehen ist, ungefähr
fünf Auftreffpunkte
pro Millimeter. Die Zahl der Auftreffpunkte in einem Segment liegt
in der Größenordnung
von 25. Unter diesen Umständen
beträgt
die Maximalbreite eines Segments bei den üblichen Druckabständen typischerweise
5 mm.
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Bei
gleicher Druckqualität
erfordern zahlreiche Anwendungen eine geringfügig größere Druckbreite von bis zu
10 mm bei den Bedingungen des oben genannten Beispiels.
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Eine
bekannte Lösung
zur Erzielung solcher Segmentbreiten wird durch den oben kurz beschriebenen
Vielfachdüsendruckkopf
mit binärem
kontinuierlichem Strahl geliefert. Diese Maschinen sind schnell
und ermöglichen
Segmentbreiten von bis zu 50 mm. Für eine Druckqualität vergleichbar
jener von Druckern mit kontinuierlichem abgelenktem Strahl muss
man jedoch eine Düsenplatte
herstellen, bei der die Toleranzen bei den Tintenausstoßöffnungen sehr
eng sind. Jede Abweichung beim Durchmesser der Öffnungen führt zu einer unterschiedlichen
Tropfengröße, was
zu einer unterschiedlichen Größe der Tropfenauftreffpunkte
führt.
Auch die Toleranzen beim Abstand und der Richtung der Öffnungen
sind sehr eng, denn sie bestimmen die Genauigkeit der Positionen
der Auftreffpunkte.
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Ferner
muss man eine Strahlstimulationsvorrichtung herstellen, die gleiche
Unterbrechungsabstände
für jeden
Strahl ermöglicht.
Eine solche Voraussetzung ist insbesondere für die Strahlen der Enddüsen der
Düsenplatte
schwer zu erfüllen.
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Aus
den Gestaltungs- und Herstellungsbeschränkungen, insbesondere bei den
Düsenplatten und
bei den Stimulationsvorrichtungen folgt, dass die Kosten in Zusammenhang
mit Vielfachdüsenköpfen mit
binärem
kontinuierlichem Strahl pro Druckeinheitsbreite jene von Köpfen mit
kontinuierlichen abgelenkten Strahlen bei Weitem überschreiten.
Wenn außerdem
diese Beschränkungen
nicht beachtet werden, sinkt die Druckqualität.
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Eine
weitere bekannte Lösung
enthält
innerhalb ein und desselben Gehäuses
zwei Düsen,
die jeweils einen Tintenstrahl ausstoßen, der gemäß der kontinuierlichen
abgelenkten Strahltechnik ausgenutzt wird. Ein erstes Beispiel für diese
Lösung
ist in der Patentanmeldung WO 91/05663 (
US 5,457,484 ) der Anmelderin gegeben.
Der in dieser Anmeldung beschriebene Kopf umfasst zwei Einfachdüsendruckköpfe, die
auf ein und demselben Träger
montiert sind. Vorteilhafterweise gibt es nur ein einziges Tintensammelmodul
mit einer einzigen Rückführkanalisation
für die
zwei Köpfe.
Die Geometrie der Köpfe, insbesondere
der Relativwinkel der Düsenachsen sowie
die Spannungen zum Ablenken der Tropfen, die aus jedem der zwei
Köpfe stammen,
werden so eingestellt, dass man einen Anschluss der von jedem der
zwei Köpfe
auf dem Druckträger
gedruckten Segmente erzielt, derart, dass man ein einziges Segment mit
einer Breite erhält,
die das Doppelte jener Breite ist, die mit einem einzigen Kopf erzielt
wird.
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Der
Anschluss der zwei Segmente wird erzielt, indem man auf dem Druckträger den
Auftreffpunkt des am Stärksten
abgelenkten Tropfens eines Kopfs neben jenem des am wenigsten abgelenkten Tropfens
des anderen Kopfs anordnet, so dass diese zwei Tropfen relativ zueinander
wie zwei räumlich aufeinanderfolgende
Tropfen ein und desselben Kopfs positioniert sind. Ein genauer Anschluss
ohne sichtbaren Fehler ist schwer zu realisieren, da die Bahn und
somit der Auftreffpunkt des am stärksten abgelenkten Tropfens
stark anfällig
für aerodynamische
und elektrostatische Störungen
ist, die insbesondere durch die Anwesenheit anderer Tropfen erzeugt
werden. Wenn man bei dieser Ausführungsform
die Masse der gebildeten Tropfen verändert, muss man die Geometrie
des Druckkopfs überprüfen. Ein
erster Grund hierfür
liegt in der Tatsache, dass die Bahn eines geladenen Tropfens und
insbesondere die Bahn eines stark geladenen Tropfens, wie es der
am stärksten
abgelenkte Tropfen ist, als Funktion des Verhältnisses zwischen der elektrischen
Ladung und der Masse des Tropfens variiert. Hieraus folgt, dass
die Bahnen von Tropfen mit unterschiedlichen Durchmessern nicht
identisch sind. Insbesondere sind die Auftreffpunkte der am stärksten abgelenkten
Tropfen mit unterschiedlichen Durchmessern nicht identisch. Ein
zweiter Grund hierfür liegt
in der Tatsache, dass die maximale elektrische Ladung, die man auf
einen Tintentropfen übertragen kann,
von seinem Durchmesser abhängt.
Dies führt dazu,
dass man eine Variation der Tropfenmasse nicht einfach durch eine
Variation der elektrischen Ladung kompensieren kann, um die gleiche
Ablenkung zu erhalten. Um einen guten Anschluss zwischen den durch
jeden der Köpfe
gebildeten Segmente zu erzielen, muss daher die Geometrie des Vielfachdüsenkopfes
als Funktion der Tropfenmasse angepasst werden. Ebenso führt jede
Abweichung beim Durchmesser der Öffnungen
zu einer unterschiedlichen Tropfenmasse, was in gleichem Maße ihre
Ablenkung und somit die Präzision
des Auftreffens auf das Substrat und somit des Anschlusses beeinflusst.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel,
bei dem man innerhalb ein und desselben Gehäuses zwei Düsen platziert, die jeweils
einen Tintenstrahl ausstoßen,
der gemäß der kontinuierlichen
abgelenkten Strahltechnik ausgenutzt wird, ist in der Patentanmeldung
WO 91/11327 beschrieben.
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Bei
der in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtung können die
zwei Köpfe
von gemeinsamen Strukturen profitieren, beispielsweise im Tintenreservoir,
der zum Unterbrechen des Strahls in Tropfen dienenden Vibrationsvorrichtung
sowie einer zentralen Tropfenablenkungselektrode. Die von den zwei Düsen stammenden
Strahlen sind zueinander parallel. Man beachte, dass, wie es aus
der 1 dieser Anmeldung deutlich wird, die durch die
Strahlachsen definierte Ebene orthogonal zu der Ebene ist, die die Bahnen
der Tropfen enthält,
welche durch die Ablenkelektroden abgelenkt werden. Hieraus folgt,
dass ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen,
von denen später
die Rede sein wird, die zwei Segmente nicht in einem Verlängerungsverhältnis zueinander
stehen. Die einander folgenden und sich am nächsten liegenden Tropfen jedes
der Segmente, die man mit einem der Köpfe zeichnen kann, d.h. die
Anschlusstropfen der zwei Segmente, sind die am wenigsten abgelenkten
Tropfen jedes der zwei Segmente. Aus diesem Grund weist dieser Doppelkopf
nicht die gleichen Nachteile auf wie der Doppelkopf des ersten Beispiels.
Aufgrund der Verwendung gemeinsamer Elemente kann er weniger kostspielig
hergestellt werden. Die Veränderung
des Durchmessers der Düsen erfordert
keine Regelung der Richtung der Düsenachsen, um den Anschluss
der Segmente sicherzustellen. Dieses zweite Ausführungsbeispiel weist jedoch
andere Nachteile auf. Zunächst,
wie oben angedeutet wurde, resultiert aus der Tatsache, dass die Düsenachsen
zueinander parallel sind, und dass die durch die Strahlachsen definierte
Ebene orthogonal zu der die Tropfenbahnen enthaltenden Ebene ist, dass
die bei unbeweglichem Träger
von jedem der Strahlen gezeichneten Segmente zueinander parallele
Segmente sind. Der Abstand zwischen den Geraden, die die se zwei
Segmente führen,
ist im Wesentlichen gleich dem Abstand d, der die Achsen der Düsen jedes
der Köpfe
trennt. Bei normaler Funktion wurde oben gesehen, dass die Köpfe und
der Träger eine
Relativbewegung in einer Richtung orthogonal zu den Segmenten haben.
Damit die von jedem der Köpfe
gezeichneten Segmente in einem Verlängerungsverhältnis zueinander
stehen, muss folglich der Abstand d, die Laufgeschwindigkeit des
Substrats und die Flugzeit der Tropfen zwischen ihrem Ausstoß und ihrem
Auftreffen berücksichtigt
werden, um eine Verzögerung
zwischen den Zeitpunkten des Ausstoßes der Tropfen durch jeden
der Köpfe
anzupassen. Diese Tatsache ist in der Beschreibung dieses zweiten
Beispiels nur in einem Abschnitt auf Seite 3, Zeilen 16 bis 18 angedeutet,
wo angegeben ist, dass die elektronischen Steuerschaltungen dem
Fachmann bekannt sind und folglich nicht beschrieben werden. Das
Einstellen der Verzögerung
zwischen den Tropfen jeder der Düsen
erfordert somit eine spezielle Schaltung zum Steuern dieser Verzögerung.
Selbst wenn diese Schaltung eine gute Regelung der Verzögerung bezogen
auf die Laufgeschwindigkeit des Substrats umfasst, schwankt der
Anschluss zwischen Segmenten weiterhin wegen zeitlicher Variationen
der Laufgeschwindigkeit und/oder der mechanischen Spannung des Substrats
und/oder der Tropfengeschwindigkeit, was zu entsprechenden Variationen
der Tropfenpositionierung führt.
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Weitere
Nachteile sind jenen von Köpfen
der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen gemeinsam.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Bezogen
auf den soeben beschriebenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen Druckkopf eines Druckers mit kontinuierlichem
abgelenktem Tintenstrahl anzugeben, der zwei Ausstoßdüsen aufweist
und somit in der Lage ist, ein Segment mit doppelter Länge desjenigen
zu drucken, das ein Einfachdüsenkopf
drucken kann, der jedoch ferner eine gute Anschlussqualität aufweist,
und zwar bei Verwendung vereinfachter elektronischer Steuerschaltungen.
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Die
erfindungsgemäßen Druckköpfe können ferner
unabhängig
von der Masse der Tropfen eine gemeinsame Geometrie aufweisen. Hiermit
soll insbesondere gesagt sein, dass der Abstand zwischen Düsen über einen
weiten Bereich von Tropfenmassen konstant bleiben kann. Ebenso können die
Form und die Abmessungen der Tropfengeneratoren von Köpfen, die
für verschiedene
Tintentropfenmassen vorgesehen sind, zueinander identisch bleiben.
Hieraus folgt, dass solche Köpfe,
die für
unterschiedliche Tintentropfenmassen vorgesehen sind, Generatorenkörper aufweisen,
die sich voneinander nur durch die Eigenschaften der Vibrationsvorrichtung
oder der Düsendurchmesser
der Düsenplatte
unterscheiden.
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Man
wird weiter unten sehen, dass dann, wenn die Gesamtbreite des mit
Hilfe der zwei Düsen zu
druckenden Segments kleiner ist als das Doppelte der Maximalbreite
der durch eine einzige Düse
gedruckten Segmente, die Druckgeschwindigkeit erhöht werden
kann.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Doppeldüsenkopf
erfolgt ferner das Bedrucken des Substrats durch die Tropfen, die
die zwei Teile ein und desselben Segments bilden, im Wesentlichen
gleichzeitig, woraus die Möglichkeit
resultiert, einfachere elektronische Schaltungen zur Regelung der
Tropfenbahn einzusetzen.
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Diese
Ziele werden durch die Tatsache erreicht, dass beim erfindungsgemäßen Doppeldüsendruckkopf
die Tropfen, die am Anschluss der zwei Segmente zusammenlaufen,
die nicht abgelenkten oder die am wenigsten abgelenkten Tropfen
sind, wie im Dokument WO 91/11327 beschrieben. Aus diesem Grund
bleibt der Anschluss von guter Qualität, selbst wenn die Tropfenmasse
verändert
wird. Außerdem
konvergieren die Düsenachsen
und eine einzige Öffnung
eines einzigen Sammelbeckens ist am Konvergenzpunkt zwischen diesen
Achsen oder stromabwärts
dieses Konvergenzpunkts platziert. Das einzige Sammelbecken des
erfindungsgemäßen Kopfs
unterscheidet sich von einzigen Becken des Stands der Technik durch
die Tatsache, dass auch nur eine einzige Sammelöffnung vorhanden ist. Aus diesem
Grund weist das Sammelbecken einen geringeren Platzbedarf auf. Da
außerdem
das Ansaugen der Tinte ausgehend von einer einzigen Öffnung er folgt,
gibt es keinen Unterdruckverlust im Bereich einer Leitung zwischen
zwei Öffnungen.
Hieraus resultiert eine bessere Ansaugqualität, was die Reinigung während Arbeitsunterbrechungen
erleichtert. Man verringert somit die Wahrscheinlichkeit, dass die
Tinte in der Leitung zwischen Öffnungen
eintrocknet.
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Die
Erfindung betrifft somit einen Doppeldüsendruckkopf eines Druckers
mit kontinuierlichem abgelenktem Tintenstrahl, wobei der Kopf umfasst:
- – eine
Einheit zur Erzeugung von Tintentropfen, welche zwei Tintenstrahlausstoßdüsen aufweist, wobei
jede der Düsen
eine Achse aufweist, und welche entlang dieser Achsen angeordnet
sind,
- – Aufladungselektroden,
- – erste
und zweite Elektroden zum Ablenken der aufgeladenen Tropfen, wobei
diese Elektroden jeweils bezogen auf die Düsen einen stromaufwärtigen Bereich
und einen stromabwärtigen
Bereich aufweisen, wobei eine aktive Oberfläche jeder Elektrode eine Oberfläche der
Ablenkelektrode ist, die einem Tropfenzug gegenüberliegt,
- – ein
einziges Becken zum Sammeln der Tintentropfen für die zwei Düsen,
dadurch
gekennzeichnet, dass die Achsen der Düsen in einem Punkt konvergieren,
der sich auf einer Achse einer einzigen Eingangsöffnung des einzigen Sammelbekkens
in der Nähe
dieser Öffnung
oder stromaufwärts
dieses Beckens befindet.
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Der
Konvergenzpunkt der Düsenachsen
befindet sich stets auf der Achse der Öffnung des Beckens. Definitionsgemäß ist diese
Achse gebildet durch eine Gerade, die der Ebene der Achse der Düsen und
einer zu dieser Ebene orthogonalen Ebene gemeinsam ist, welche die
Winkelhalbierende des Winkels enthält, der durch die Düsenachsen
gebildet ist. Die einzige Öffnung
des Beckens eines erfindungsgemäßen Druckkopfs
befindet sich selbstverständlich
an einem Konvergenzpunkt der Bahnen der nicht druckenden Tropfen,
d.h. der Tropfen, die nicht zu einen Drucksubstrat hin gerichtet
sind. Wenn alle Tropfen abgelenkte Tropfen sind, einschließlich die nicht
druckenden Tropfen, befindet sich der Konvergenzpunkt der Düsenachsen
stromaufwärts
des Zentrums der Öffnung.
Wenn die nicht drucken den Tropfen die nicht-abgelenkten Tropfen
sind, was der häufigste
Fall ist, kann man davon ausgehen, dass die Bahnen der mit einer
hohen Geschwindigkeit fliegenden Tropfen Geraden sind, so dass der
Konvergenzpunkt der Bahnen der nicht-druckenden Tropfen aus jeder der Düsen zusammenfällt mit
dem Zentrum der einzigen Öffnung
des Sammelbeckens. Berücksichtigt
man nämlich
Fertigungstoleranzen, so befindet sich dieser Konvergenzpunkt in
diesem Fall in der Nähe
des Zentrums dieser Öffnung.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Ablenkelektroden in einer Anordnung mit verringertem
Platzbedarf gestaltet, die zu einer Verringerung des Platzbedarfs
eines Druckkopfs eines Druckers führt, in den dieser Kopf eingebaut
ist.
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In
dieser vorteilhaften Ausführungsform
werden die Ablenkeigenschaften mit einer Spannung erzielt, die relativ
zu üblichen
Spannungen zur Versorgung von Äquipotential-Ablenkelektroden
beträchtlich
verringert sind, und somit wird der Einbau der Elektroden und eines
Generators für
die verringerte Spannung in einen Druckkopf erleichtert.
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Noch
eine weitere Aufgabe einer Ausführungsvariante
dieser vorteilhaften Ausführungsform ist
eine beträchtliche
Verringerung des Risikos eines zufälligen Auftreffens von Tinte
auf eine aktive Oberfläche
der Ablenkelektroden während
des Stops und des Starts der Strahlen.
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Die
Ablenkelektroden weisen jeweils, bezogen auf die Strahlausstoßdüse, einen
stromaufwärtigen
Bereich und einen stromabwärtigen
Bereich auf. Eine aktive Oberfläche
jeder Ablenkelektrode ist eine Oberfläche der Elektrode, die dem
Tropfenzug gegenüberliegt.
In der vorteilhaften Ausführungsform umfassen
die Elektroden zur Ablenkung der Tropfen eines Strahls zwei Elektroden,
eine erste und eine zweite. Die aktive Oberfläche der ersten Elektrode weist
eine erste konkave Längskrümmung auf,
deren lokaler Längskrümmungsradius
an jedem Punkt der Kurve in einer Ebene liegt, welche durch die
konvergierenden Düsenachsen
definiert ist.
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Diese
Düsenachsenebene
enthält
ferner eine Tropfenablenkrichtung. Die aktive Oberfläche der
zweiten Elektrode weist eine erste konvexe Längskrümmung auf, deren lokaler Krümmungsradius
an jedem Punkt der Kurve ebenfalls in der Düsenachsenebene enthalten ist.
Ferner weist die erste Elektrode in ihrem stromabwärtigen Bereich
eine Aussparung mit einer Umfangslinie auf.
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Nun
wird präzisiert
werden, was unter „stromabwärtiger Bereich" zu verstehen ist.
Die Aufgabe der Aussparung ist es, den Durchgang nicht-abgelenkter
oder wenig abgelenkter Tropfen durch die erste Elektrode zu ermöglichen.
Die nicht-abgelenkten
Tropfen folgen im Wesentlichen einer Bahn, die in erster Näherung als
geradlinig betrachtet werden kann. Hieraus folgt, dass der stromaufwärtigste
Bereich der Umfangslinie der Aussparung in unmittelbarer Nähe und geringfügig stromaufwärts des
Schnittpunkts der ersten Elektrode mit der Strahlachse liegt. Der
stromaufwärtigste
Bereich der Umfangslinie der Aussparung muss somit in ausreichender
Entfernung vom Schnittpunkt der ersten Elektrode mit der Strahlachse
liegen, damit ein nicht-abgelenkter Tropfen durch die Elektrodenaussparung
hindurchgelangen kann, und zwar mit einer Quasi-Nullwahrscheinlichkeit,
die Elektrode zu treffen.
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Die
leicht geladenen und somit leicht abgelenkten Tropfen haben eine
Bahn, deren Krümmung kleiner
als jene der ersten Elektrode sein kann. Die Bahn der leicht abgelenkten
Tropfen kann somit die aktive Oberfläche der ersten Elektrode schneiden. Die
Aussparung muss so beschaffen sein, dass sie das Hindurchgelangen
dieser wenig abgelenkten Tropfen ermöglicht. Der eventuelle Schnittpunkt
der Bahn eines wenig abgelenkten Tropfens und der Elektrodenoberfläche vor
der Aussparung liegt notwendigerweise stromabwärts des Punkts, der oben als
der stromaufwärtigste
der Aussparung definiert worden ist. Man kann somit davon ausgehen,
dass der stromabwärtige
Bereich der ersten Elektrode ein Bereich dieser Elektrode ist, der
stromabwärts
des Schnittpunkts der Elektrode mit der Achse der Strahlen liegt.
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Angesichts
der Funktion der Aussparung versteht man ebenfalls, dass die Form
dieser Aussparung derart gestaltet ist, dass sie als Symmetrielinie
eine Linie hat, welche durch den Schnitt der Elektrode vor der Aussparung
mit einer Ebene definiert ist, die die Achse der Strahlen sowie
die Tropfenablenkrichtung enthält.
Die Aussparung wird somit eine längliche
und auf der oben definierten Symmetrielinie zentrierte Form aufweisen.
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Die
Breite dieser Aussparung resultiert aus einem Kompromiss zwischen
zwei Erfordernissen, nämlich
die Tropfen durch die erste Elektrode hindurchzulassen, ohne ein
Auftreffen des Tropfens auf die Elektrode zu riskieren, was eine
große
Ausnehmung erfordert, und das Feld zwischen den Elektroden nicht
zu stark abzusenken, was eine enge Aussparung erfordert.
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Der
Durchmesser der Tintentropfen ist in der Größenordnung von mehreren 10 μm, typischerweise
zwischen 30 und 140 μm,
beispielsweise 100 μm. Die
Breite der Aussparung, gemessen orthogonal zur Symmetrielinie, ist
größer als
der Tropfendurchmesser und Idealerweise in der Größenordnung
von 2 bis 3 × dem
Tropfendurchmesser, d.h. typischerweise 200 bis 300 μm. Um Kollisionen
zwischen Tropfen und der ersten Elektrode mit Sicherheit zu vermeiden,
kann man jedoch eine Breite in der Größenordnung von 8 bis 10 × dem Tropfendurchmesser
festlegen.
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Somit
können
Ausführungsformen
der Ablenkelektroden gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung die nachfolgenden Eigenschaften einzeln oder zusammen
aufweisen:
Die Krümmung
der zweiten Elektrode ist derart, dass die aktive Oberfläche dieser
zweiten Elektrode im Wesentlichen parallel zu jener der ersten Elektrode ist,
so dass die zwei aktiven Oberflächen
einen im Wesentlichen konstanten Abstand voneinander aufweisen.
Die Umfangslinie der Aussparung weist einen stromaufwärtigsten
Punkt auf, der in der Nähe der
vorderen Überschneidung
der Aussparung der ersten Elektrode mit der Tintenstrahlachse liegt.
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Die
Aussparung weist eine Symmetrie bezüglich einer Ebene auf, die
die Tintenstrahlachse enthält.
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Die
Aussparung hat eine Breite, die zwischen zwei (2) und zehn (10)
mal dem Durchmesser der Tintentropfen enthalten ist.
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Die
Aussparung weist die Form eines länglichen Schlitzes auf, dessen
eine Öffnung
im stromabwärtigsten
Bereich der ersten Elektrode mündet.
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Der
Abstand zwischen den aktiven Oberflächen der zwei Elektroden ist
vom stromaufwärtigen zum
stromabwärtigen
Bereich der Elektroden im Wesentlichen konstant und zwischen vier-
und zwanzigmal dem Durchmesser der Tintentropfen enthalten, d.h.
ungefähr
zwischen 0,4 und 3 mm. Dieser im Wesentlichen konstante Abstand
ist eine Funktion der Stärke
des Ablenkfelds, die man erhalten möchte, wobei dieses Feld aus
dem Abstand zwischen den Elektroden und der Potentialdifferenz zwischen
den zwei Elektroden resultiert.
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Ein
stromabwärtigster
Rand der ersten Elektrode ist stromabwärtiger als eine stromabwärtigste Oberfläche des
Sammelbeckens.
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Die
zweite Elektrode ist ausgehend von ihrer aktiven Oberfläche mit
einer Rille ausgestattet, die entlang einer Achse verläuft, welche
in einer die Strahlachse enthaltenden Ebene enthalten ist.
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Ein
Boden der Rille ist mit der aktiven Oberfläche der zweiten Elektrode durch
eine Oberfläche verbunden,
die transversal entlang Krümmungsradien
mit einem Wert größer als
der Radius der Tintentropfen gekrümmt ist.
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Zungen
der ersten Elektrode, die auf beiden Seiten der Aussparung gebildet
sind, und die zweite Elektrode sind transversal entlang Krümmungsradien mit
einem Wert größer als
der Radius der Tintentropfen gekrümmt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
dieser vorteilhaften Form sind die ersten Ablenkelektroden, die
dem Strahl jeder der Düsen
zugeordnet sind, aus einem einzigen mechanischen Stück gefertigt,
das eine Symmetrieebene aufweist. Diese Symmetrieebene ist eine
Ebene orthogonal zu derjenigen Ebene, die durch die Achsen der zwei
Düsen definiert
ist und die Winkelhalbierende des durch diese zwei Achsen gebildeten
Winkels enthält.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
und Varianten sowie die Funktionsweise eines Druckkopfs mit den
erfindungsgemäßen Eigenschaften
werden nun mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
In diesen Zeichnungen haben Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen
oder dem gleichen Bezugszeichen mit einem Zeichen „" die gleiche Funktion.
In diesen Zeichnungen:
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ist 1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Doppeldüsendruckkopfs,
wobei diese Form nur eine einzige Strahlenerzeugungskammer umfasst;
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ist 2 eine
schematische Ansicht entlang einer Richtung orthogonal zur Ebene
der Düsenachsen
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Doppeldüsendruckkopfs,
wobei diese Form eine Strahlerzeugungskammer pro Düse umfasst;
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ist 3 eine
schematische Ansicht einer zentralen Ablenkelektrode, die den zwei
Strahlen eines erfindungsgemäßen Doppeldüsendruckkopfs gemeinsam
ist, von unten;
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ist 4 ein
schematischer Schnitt der in 3 dargestellten
zentralen Ablenkelektrode entlang der Linie V-V in 2;
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umfasst 5 die
Teile A, B und C. 5, Teil A, ist eine Halbansicht
von vorne auf elektrostatische Ablenkelektroden, die gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Ablenkelektroden hergestellt sind. 5, Teil
B, stellt die Ansicht des Schemas in 5, Teil
A, von links dar, und 5, Teil C, stellt eine Halbansicht
von vorne auf elektrostatische Ablenkelektroden mit zwei zentralen
Elektroden dar;
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umfasst 6 einen
Teil A und einen Teil B. Die Teile A und B zeigen jeweils einen
halben Querschnitt von elektrostatischen Ablenkelektroden, die gemäß einer
Variante der vorteilhaften Ausführungsform
der Ablenkelektroden hergestellt sind;
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umfasst 7 die
Teile A, B, C und D.
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Der
Teil A zeigt eine seitliche perspektivische Halbansicht einer Gesamtanordnung
von zwei Elektroden gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Ablenkelektroden. Der Teil B zeigt einen Halbschnitt der zwei
Elektroden entlang der Linie B-B des Teils A. Der Teil C ist eine
perspektivische Halbansicht einer geschlitzten Elektrode gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Der Teil D zeigt eine Perspektivansicht der konvexen
Elektrode, die dazu ausgelegt ist, eine Oberflächeneinkerbung erkennen zu
lassen.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Doppeldüsendruckkopfs 30.
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Der
Kopf umfasst in bekannter Weise eine Erzeugungseinheit 116 zur
Erzeugung von Tintentropfen. Die Tropfenerzeugungseinheit 116 bildet ausgehend
von elektrisch leitfähiger
Tinte, die unter Druck in einer Kammer der Erzeugungseinheit 116 enthalten
ist, zwei Tintenstrahlen. Jeder Tintenstrahl wird in einen Tropfenzug
fraktioniert, beispielsweise mit Hilfe einer oder zweier Vibrationsvorrichtungen, die
in der Kammer untergebracht sind. Die Tropfen werden selektiv mit
Hilfe von Aufladungselektroden 120, 120' elektrische
geladen, die von jedem der Strahlen durchlaufen und von einem nicht
dargestellten Spannungsgenerator versorgt werden. Die geladenen
Tropfen jedes Strahls gelangen durch einen zwischen zwei Ablenkelektroden 2, 3; 2' 3' enthaltenen
Zwischenraum hindurch. Abhängig
von ihrer Ladung werden sie mehr oder weniger stark abgelenkt. Die
am wenigsten oder gar nicht abgelenkten Tropfen werden auf einen
Tintensammler oder -becken 6 gerichtet, wohingegen die
anderen abgelenkten Tropfen zu einem Substrat 27 hin gerichtet
werden, das lokal durch einen Träger 13 getragen
wird. Die aufeinanderfolgenden Tropfen einer Salve, die das Substrat 27 erreichen,
können
somit zu einer unteren Endposition, einer oberen Endposition und
sukzessiven Zwischenpositionen abgelenkt werden. Die Gesamtheit
der Tropfen der Salve bildet ein Segment der Breite ΔX orthogonal
zu einer Richtung Y der Relativbewegung des Druckkopfs und des Substrats. Der
Druckkopf ist durch die Mittel 116 zur Erzeugung und Fraktionierung
in Tintenstrahltropfen, die Aufladungselektroden 120, 120', die Ablenkelektroden 2, 3; 2', 3' sowie das Becken 6 gebildet.
Dieser Kopf ist im Allgemeinen in einer nicht dargestellten Verkleidung
eingeschlossen. Die Zeit, die zwischen dem Auftreffen des ersten
und des letzten Tropfens einer Salve auf dem Substrat verstreicht,
ist sehr kurz. Hieraus folgt, dass trotz einer kontinuierlichen
Bewegung zwischen dem Druckkopf und dem Substrat man davon ausgehen
kann, dass sich das Substrat während
der Druckzeit einer Salve relativ zum Druckkopf nicht bewegt hat.
Die Salven werden in gleichmäßigen räumlichen
Intervallen geschossen. Die Kombination der Relativbewegung des
Kopfs und des Substrats und der Auswahl der Tropfen jeder Salve,
die zum Substrat hin gerichtet werden, erlaubt das Drucken eines
beliebigen Motivs.
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Die
bekannten Druckköpfe
wie der soeben beschriebene können
eine oder mehrere Tintenausstoßdüsen umfassen.
Wenn der Kopf mehrere Düsen umfasst,
sind die Achsen dieser Düsen
im Allgemeinen parallel zueinander.
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Gemäß einer
wichtigen Eigenschaft der Erfindung konvergieren die Achsen der
zwei Düsen 31, 32 in
einem Punkt A. Die konvergierenden Achsen der Düsen 31, 32 definieren
eine Ebene. Diese Ebene enthält
das Segment der Breite ΔX
orthogonal zur Richtung Y der Relativbewegung des Druckkopfs und
des Substrats. In der in 1 dargestellten vorteilhaften
Ausführungsform
sind die Ablenkelektroden 2 und 2' physisch in einer einzigen Elektrode 2 gebildet,
genannt Zentralelektrode. Diese Zentralelektrode befindet sich zwischen
den sogenannten Endelektroden 3 und 3'. Die Achsen
der Düsen 31, 32,
die Aufladungselektroden 120, 120' und die Ablenkelektroden 2, 3, 3' sind symmetrisch
bezüglich
einer Ebene angeordnet, die orthogonal ist zur Ebene der Düsenachsen
und eine Winkelhalbierende des Winkels enthält, der durch die Achsen der
Düsen 31, 32 gebildet
ist. Diese Ebene wird im Folgenden Symmetrieebene genannt. Das Becken 6 zum
Sammeln der Tintentropfen, die nicht zum Drucken dienen, ist den
aus den Düsen 31 und 32 stammenden
Tropfen gemeinsam. Die nicht zum Drucken dienenden Tintentropfen
erreichen eine einzige Öffnung 61 dieses gemeinsamen
Beckens 6. Die nicht zum Drucken dienenden Tintentropfen
können
je nach Ausführungsform
der Erfindung entweder nicht-abgelenkte Tropfen sein, in welchem
Fall das Zentrum der gemeinsamen Öffnung 61 mit dem
Konvergenzpunkt A der Achsen der Düsen 31, 32 zusammenfällt, oder schwach
abgelenkte Tropfen, in welchem Fall der Konvergenzpunkt A der Achsen
der Düsen 31, 32 stromaufwärts der Öffnung 61 liegt.
Bei dem in 1 und 2 dargestellten
Beispiel sind die nicht druckenden Tropfen nicht-abgelenkte Tropfen, und der Konvergenzpunkt
der Achsen der Düsen 31, 32 fällt im Wesentlichen
mit dem Zentrum der Öffnung 61 zusammen,
durch die die nicht druckenden Tropfen in das Sammelbecken 6 eintreten.
Bei dem in 1 dargestellten Beispiel ist
die Tropfenerzeugungseinheit 116 eine Erzeugungseinheit
mit einer einzigen Kammer für
die zwei Strahlen. Eine Düsenplatte 117, die
die einzige Kammer abschließt,
weist eine Symmetrie bezüglich
der Symmetrieebene auf und bildet ein Dieder mit der Symmetrieebene
als winkelhalbierender Ebene, dessen Winkel das Supplement (Komplement
zu 180°)
des durch die Achsen der Düsen 31, 32 gebildeten
Winkels ist. Die Achsen der Düsen sind
zu einer jeweiligen Fläche
dieses Dieders orthogonal. Diese Ausführungsform, bei der die Anschlusstropfen
aus jedem der Strahlen die nicht-abgelenkten oder die am wenigsten
abgelenkten Tropfen sind, ist vorteilhaft, da der Konvergenzpunkt
der Bahnen der aus den zwei Düsen
stammenden Tropfen, der entweder der Konvergenzpunkt A der Achsen
der Düsen 31, 32 oder
ein geringfügig
stromabwärtiger
Punkt ist, unabhängig
oder quasi unabhängig
von einer Spannung der Aufladungselektroden oder anderen Parametern
ist, die die Aufladung und die Ablenkung der Tropfen bestimmen.
Zudem kann in dieser Konfiguration das Becken 6 näher an einem stromabwärtigen Bereich
und sogar, wie später
zu sehen sein wird, stromaufwärts
vom stromabwärtigsten
Bereich der Ablenkelektroden 2, 3, 3' platziert sein.
Man verringert somit den Platzbedarf des Kopfs 30. In 1 sind
gepunktet einige besondere Bahnen von Tropfen dargestellt, die aus
den Düsen 31, 32 stammen.
Erste Bahnen 9, 9' aus
den Düsen 31 bzw. 32 sind
die Bahnen von nicht-abgelenkten Tropfen. Berücksichtigt man die große Geschwindigkeit der
Tropfen, so fallen diese Bahnen im Wesentlichen mit den Achsen der
Düsen 31 bzw. 32 zusammen. Wie
weiter oben erläutert
worden ist, konvergieren diese Bahnen in einem Punkt A, der im Wesentlichen mit
dem Zentrum der Öffnung 61 des
einzigen Beckens 6 zusammenfällt. Ebenso sind symmetrische Bahnen 5, 5' der am wenigsten
abgelenkten Tropfen aus den Düsen 31 bzw. 32 dargestellt.
Die Bahnen 5, 5' konvergieren
in Punkten B bzw. B' mit
dem Substrat 27. Die Punkte B und B' weisen den gleichen Abstand voneinander
auf, wie jener, den zwei räumlich aufeinanderfolgende
Tropfen einer Salve aufweisen. Da, wie weiter oben erklärt worden
ist, die Punkte B, B' an
den Punkten liegen, wo die Bahnen der am wenigsten abgelenkten druckenden
Tropfen mit dem Substrat 27 zusammentreffen, sind die Relativpositionen
dieser Punkte wenig anfällig
für Variationen
der Tropfenmasse. Daher weist der Anschluss zwischen Segmenten,
die von den Tropfen aus den Düsen 31 bzw. 32 gezeichnet
werden, stets die gleiche Qualität auf,
ohne dass es erforderlich wäre,
die Konfiguration des gesamten Kopfs 30 zu ändern. Ferner
sind die Bahnen 8, 8' der am meisten abgelenkten Tropfen aus
den Düsen 31 bzw. 32 dargestellt.
Die Schnittpunkte C, C' der
Bahnen 8 bzw. 8' mit
dem Drucksubstrat 27 sind bezüglich der Symmetrieebene zueinander
symmetrisch. Somit sind auch die Segmente BC und B'C' bezüglich
der Symmetrieebene zueinander symmetrisch. Sie liegen in der gegenseitigen
Verlängerung.
Somit kann man mit dem erfindungsgemäßen Doppeldüsenkopf ein Segment C'C mit doppelter Breite
desjenigen realisieren, das man mit einem Einfachdüsenkopf
realisieren kann, wobei das Segment mit doppelter Breite die gleiche
Qualität
aufweist wie ein Segment mit einfacher Breite, und zwar wegen der
Qualität
des Anschlusses zwischen den zwei Segmenten mit einfacher Breite.
Man beachte, dass die Ebene der Strahlenachsen alle Tropfenbahnen enthält. Da diese
Bahnen nicht in unterschiedlichen parallelen Ebenen liegen, wie
im Fall, der in der bereits genannten Patentanmeldung WO 91/11327
beschrieben ist, können
die Segmente B'C' und BC gleichzeitig
gedruckt werden. Wenn die Gesamtbreite der Doppelsegmente C'C, die man drucken
muss, kleiner ist als zweimal die Maxi malhöhe BC der einfachen Segmente,
die man ausgehend vom Stahl aus einer Einfachdüse realisieren kann, so ist
es in einfacher Weise möglich,
die Druckgeschwindigkeit mindestens zu verdoppeln. Da die Punkte
BB' im Zentrum des
Doppelsegements mit verringerter Breite sind, ist die Dauer einer
Salve mit verringerter Amplitude ebenfalls verringert. Die Druckgeschwindigkeit ist
somit um so größer, je
kleiner das zu zeichnende Segment ist. Man beachte, dass mit dem
beispielsweise im bereits genannten Patent WO 91/11327 beschriebenen
Kopf die Erhöhung
der Druckgeschwindigkeit im Fall eines kleinen Segments theoretisch möglich ist.
Wenn dennoch bei einem solchen Kopf die Dauer der Salve eines Kopfs
verringert wird, um eine geringere Höhe jedes einfachen Segments
zu berücksichtigen,
so muss man folglich den zeitlichen Versatz zwischen den Schüssen jeder
der Salven aus den zwei Düsen
verringern. Dies erfordert somit eine in dieser Patentanmeldung
nicht vorgesehene Anpassung der elektronischen Steuerschaltungen, um
einen variablen Versatz als Funktion der Größe der einfachen Segmente zu
realisieren.
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Gemäß einer
optionalen Eigenschaft, die bei bestimmten Drucken interessant sein
kann, welche einen Teil mit einer ersten Auflösung und einen Teil, beispielsweise
darunter, mit einer zweiten Auflösung erfordern,
welche von der ersten verschieden ist, können die Durchmesser der Düsen 31 und 32 voneinander
unterschiedliche Werte aufweisen. Es ist bekannt, dass die Masse
der Tintentropfen und somit die Druckauflösung als Funktion der Strahlunterbrechungsfrequenz
und des Ausstoßdüsendurchmessers
variiert. Bei ein und demselben Düsendurchmesser ist die Tropfenmasse
um so kleiner, je größer die
Frequenz ist. Bei ein und derselben Unterbrechungsfrequenz ist die
Tropfenmasse um so größer, je
größer der
Düsendurchmesser
ist. Somit wird es dank der Präzision
des Anschlusses zwischen den von den zwei Düsen stammenden Drucken auf
einfache Weise möglich,
ausgehend von jeder Düse
Drucke mit voneinander unterschiedlichen Auflösungen zu erhalten.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Kammer
der Tropfenerzeugungseinheit 116 den zwei Düsen 31, 32 gemeinsam.
In den 2, 3 und 4 ist ein
Druckkopf 30' dargestellt,
bei dem es eine Tropfenerzeugungseinheit 116, 116' pro Düse gibt.
In an sich bekannter Weise ist jede Erzeugungseinheit mit ihrer
eigenen Vibrationsvorrichtung und ihrer eigenen Düsenplatte 117 bzw. 117' ausgestattet.
Die Achsen der Düsen 31, 32 sind
orthogonal zu ihrer Düsenplatte 117 bzw. 117', die miteinander
einen Winkel bilden, der das Supplement des Winkels ist, welcher
zwischen den Achsen der Düsen 31, 32 gebildet
wird.
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Bei
den in Verbindung mit den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsformen
können
die Ablenkelektroden 2, 3, 3' die vorteilhafte
Gestaltung aufweisen, die nachfolgend detaillierter beschrieben werden
wird. Zunächst
beachte man, dass die Ablenkelektroden jeweils bezogen auf die Ausstoßdüse eines
Strahls einen stromaufwärtigen
Bereich aufweisen, der ein Bereich nahe der Düse ist, sowie einen stromabwärtigen Bereich,
der von der Düse
weiter entfernt ist. Eine aktive Oberfläche jeder Ablenkelektrode ist
definiert als eine Oberfläche
der Elektrode, die dem Tropfenzug gegenüberliegt. Die aktiven Oberflächen der
Ablenkelektroden der vorteilhaften Ausführungsform sind relativ zur
Symmetrieebene symmetrisch. Wegen dieser Symmetrie sind im weiteren
Verlauf der Erläuterung
insbesondere die einander gegenüberliegenden
Bereiche der Elektroden 2, 3 von Interesse, und
was für
diese Elektroden 2, 3 gesagt wird, ist in symmetrischer
Weise für
eine andere Hälfte
der Elektrode 2 und der Elektrode 3' gültig. In dieser vorteilhaften
Ausführungsform
weist die aktive Oberfläche
der ersten Elektrode 2 eine erste konkave Längskrümmung auf,
deren lokaler Längskrümmungsradius
in der Ebene liegt, die durch die Achsen der Tintenstrahlausstoßdüsen 31, 32 definiert
wird. Die aktive Oberfläche
der zweiten Elektrode 3 weist eine erste konvexe Längskrümmung auf und
die erste Elektrode 2 weist in ihrem stromabwärtigen Bereich
eine Aussparung 12 und eine Umfangslinie 8 auf.
Die zueinander bezüglich
der Symmetrieebene symmetrischen Aussparungen 12, 12' der ersten
Elektrode 2 sind in 3 von unten
und in 4 im Schnitt entlang der Linie V-V in 2 dargestellt. Diese
Figuren zeigen, dass die Schlitze 12, 12' zwischen zwei
Zungen 24, 25 bzw. 24', 25' enthalten sind. Sie zeigen ferner,
dass die Eintrittsöffnung 61 des
Beckens 6 in einem zentralen Bereich der ersten Elektrode 2 aufgenommen
ist. Diese Öffnung 61 hat in
einer Richtung orthogonal zur Symmetrieebene eine längliche
Form, wobei sich ihr Zentrum in dieser Symmetrieebene befindet.
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In
ihrem breitesten Bereich hat die Öffnung 61 eine Abmessung,
die zwischen 10 und 30 × dem Durchmesser
der Düsen 31, 32 enthalten
ist, und vorzugsweise 20 × diesen
Durchmesser.
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In
ihrem längsten
Bereich hat die Öffnung 61 eine
Abmessung, die zwischen 30 und 80 × dem Durchmesser der Düsen 31, 32 enthalten
ist, und vorzugsweise 50 ×.
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Bei
einer Düse
mit 50 μm
Durchmesser beispielsweise beträgt
die Breite der Öffnung
typischerweise 1 mm, und ihre Länge
2,5 mm.
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Die 5 und 6,
Teile A und B, sind eine schematische Seitenhalbansicht bzw. eine
Ansicht von links zur Erläuterung
einer besonderen Ausführungsform
von elektrostatischen Ablenkelektroden gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Elektroden, eingebaut innerhalb eines Doppeldüsendruckkopfs
mit kontinuierlichem abgelenktem Strahl. Diese Figuren sind dazu
bestimmt, diese bevorzugte Ausführungsform
der Ablenkelektroden und ihre Funktionsweise zu erläutern. 7 wiederum
ist dazu bestimmt, in realistischerer Weise die Form der Elektroden
in einer Variante dieser bevorzugten Ausführungsform erkennen zu lassen.
In den 5 bis 7 sind nur die Elemente gezeigt,
die sich auf die Elektroden als Gegenstand der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beziehen.
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Ein
Zug von selektiv aufgeladenen Tropfen 1 tritt in den durch
die Elektroden 2 und 3 begrenzten Raum ein, zwischen
denen eine Potentialdifferenz Vd besteht, geliefert durch einen
nicht dargestellten Spannungsgenerator. Die Elektroden 2 und 3 haben im
Wesentlichen gleiche Höhen.
Eine Tangentenebene zu den aktiven Oberflächen der Elektroden 2 bzw. 3 in
ihrem stromaufwärtigsten
Bereich ist parallel zur Achse der Strahlen oder schneidet diese
Achse unter einem kleinen Winkel.
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Eine
aktive Oberfläche 11 der
ersten Elektrode 2 besitzt eine konkave Längskrümmung, die
im Wesentlichen entgegengesetzt ist zu jener der aktiven Oberfläche 10 der
zweiten Elektrode 3. Eine aktive Oberfläche 10 der Elektrode 3 besitzt
eine konvexe Längskrümmung derart,
dass diese Oberfläche in
einem stromabwärtigen
Bereich im Wesentlichen parallel zu der gepunktet dargestellten
Bahn 4 der am stärksten
abgelenkten Tropfen ist. In bekannter Weise kann eine Bahn durch
stroboskopische Beleuchtung der Tropfen visualisiert werden.
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Der
Abstand e, der die Oberflächen 10 und 11 trennt,
ist im Wesentlichen über
die gesamte Höhe der
Elektroden 2, 3 konstant. Der Betrag des Abstands
e ist kleiner als 3,5 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm. Um nicht
die Bahnen der am wenigsten geladenen Tropfen zu hindern, ist im
stromabwärtigen Bereich
der Elektrode 2 eine Ausnehmung 12 vorgesehen,
die im dargestellten Beispiel die Form eines Schlitzes 12 hat
und im Teil B der 5 sowie bei B und C der 7 erkennbar
ist. Die Breite der Ausnehmung 12 ist größer als
der Durchmesser der Tintentropfen. In der Praxis begrenzt man vorteilhafterweise
die Breite der Ausnehmung 12 derart, dass der Abfall des
Betrags des elektrischen Felds Ed, das im stromabwärtigen Bereich
der Elektroden 2, 3 herrscht, 15% des in seinem
stromaufwärtigen
Bereich erzeugten optimalen Felds nicht übersteigt. Der Betrag des elektrischen
Felds Ed, das zwischen den aktiven Oberflächen der Elektroden 2, 3 erzeugt
wird, wird als optimal bezeichnet, wenn dieser Wert geringfügig kleiner
ist, und zwar um die Subtraktion einer Sicherheitsmarge, als der
Wert des Durchschlagfelds, entsprechend dem Abstand e zwischen den
aktiven Oberflächen.
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Gemäß einer
in Teil C der 5 dargestellten Ausführungsform
wird die Zentralelektrode 2 durch zwei Zentralelektroden 2, 2' ersetzt, die
bezüglich
der Symmetrieebene zueinander symmetrisch sind. In der Halbansicht
der 5, Teil C, ist nur die Elektrode 2 dargestellt.
Jede der zwei Elektroden weist die Form eines Metallblatts auf,
das vorzugsweise zusätzlich
zur Längskrümmung eine
Transversalkrümmung
besitzt. Die zwei Blätter
weisen in ihrem stromabwärtigen
Bereich einen Schlitz auf, der den Durchlass der Tropfen durch die
Elektrode hindurch erlaubt. Die zwei Blätter befinden sich auf gleichem
Potential.
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Die
Elektroden 2 und 3 sind vorzugsweise aus einem
nicht-oxidierbaren Metall hergestellt.
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Die
Längskrümmung der
Elektroden ist vorzugsweise konstant, so dass die aktiven Oberflächen der
Elektroden 2, 3 im Wesentlichen durch Bereiche mit
zylindrischer Oberfläche
und einer Achse orthogonal zur Ebene der Achsen der Düsen 31, 32 gebildet
sind.
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Die
Funktionsweise ist wie folgt:
Das aus der Potentialdifferenz
Vd resultierende elektrische Feld Ed lenkt die Tintentropfen proportional
zu ihrer elektrischen Ladung entlang vordefinierter Bahnen ab. Die
Bahn 4 ist jene, der die Tropfen folgen, die eine Maximalladung
Qmax tragen. Es handelt sich somit um die Bahn der am stärksten abgelenkten Tropfen.
Die aktive Oberfläche 10 der
zweiten Elektrode 3 ist derart berechnet, dass die Wahrscheinlichkeit
eines Auftreffens der Bahn 4 auf die zweite Elektrode quasi
Null ist, obwohl die Bahn 4 parallel zu und nahe der aktiven
Oberfläche 10 der
zweiten Elektrode 3 verläuft, zumindest in einem stromabwärtigen Bereich
dieser Oberfläche.
Die Bahn 5 ist jene, die von Tropfen durchlaufen wird,
die mit der Minimalladung Qmin versehen sind, was es ermöglicht,
das Sammelbecken 6 zu umgehen, und es den mit dieser Minimalladung
Qmin dotierten Tropfen somit ermöglicht,
zum Drucksubstrat 27 hin gerichtet zu werden. Wie in 1 dargestellt,
sind die symmetrischen Bahnen 5, 5' der zum Druck beitragenden am
wenigsten abgelenkten Tropfen jene der Tropfen, die den Anschluss
zwischen den Segmenten bilden, welche durch eine jeweilige der Düsen gezeichnet
werden. Es handelt sich um die Bahnen mit der geringsten Länge und
der geringsten Anfälligkeit
für Störungen.
Man erhält
somit eine gute Anschlussqualität. Diejenigen
Tropfen, die elektrische Ladungen tragen, welche zwischen den Werten
Qmax und Qmin enthalten sind, folgen Zwischenbahnen wie z.B. den Bahnen 7 oder 8.
Die Bahn 9 entspricht jener von Tropfen, die eine Ladungsmenge
kleiner als Qmin tragen: Derartige Tropfen werden vom Sammelbecken 6 abgefangen
und zu einem Druckertintenkreislauf zurückgeführt.
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Der
Schlitz 12, der dargestellt ist in 5, Teil
B, sowie in 7, Teil B und C, ist, wie oben
erläutert,
derart beschaffen, dass die am wenigsten abgelenkten Tropfen und
insbesondere jene, deren Ladung kleiner als Qmin ist, durch diesen
Schlitz hindurchgelangen. Hieraus folgt, dass ein Teil 39,
der der stromaufwärtigste
Teil einer Umfangslinie 38 dieses Schlitzes 12 ist,
an einer Stelle nahe einem Überschneidungspunkt
der Strahlachse mit der ersten Elektrode 2 liegt. Da die
Tropfen, deren Ladung kleiner als Qmin ist, sowie die am wenigsten
geladenen Tropfen von jenen, deren Ladung zwischen Qmin und Qmax
liegt, durch den Schlitz 12 der Elektrode 2 hindurchgelangen,
kann die Winkeldispersion der Tropfen, die die verschiedenen Punkte
des zu zeichnenden Segments treffen werden, beibehalten werden,
und zwar trotz eines bezüglich
Elektroden des Stands der Technik reduzierten Abstands e zwischen den
Elektroden 2 und 3.
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Der
geringe Wert des Abstands e erlaubt die Verwendung eines Werts von
Vd in der Größenordnung
von 3 kV anstelle der 8 bis 10 kV, die üblicherweise bei Vorrichtungen
des Stands der Technik mit äquipotentiellen
Elektroden verwendet werden. Es ist somit besonders vorteilhaft,
die Potentialdifferenz Vd zu realisieren, indem man die Elektrode 2 auf
das Referenzpotential der Tinte bringt, üblicherweise das Potential
der Druckermasse. Unter diesen Umständen wird es anders als im
Stand der Technik, wo dieses Potential ein bezüglich des Tintenpotentials
zu jenem der Elektrode 3 entgegengesetztes Potential ist,
möglich,
das Sammelbecken 6 und die Elektrode 2 einander
anzunähern
oder gar miteinander zu integrieren, wie in den 2, 4 und 5 dargestellt,
ohne einen elektrischen Überschlag
zwischen diesen zwei Elementen zu riskieren, und ohne das Feld Ed
zwischen den zwei Elektroden 2 und 3 zu verändern.
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Unter
diesen Umständen
kann der Abstand d1 zwischen einem unteren Rand 21 des
Beckens 6 und dem Druckträger 13 größer werden
als der Abstand d2, der ein stromabwärtiges Ende 22 der
Elektroden 2 von diesem gleichen Druckträger 13 trennt. Man
erhält
somit eine starke Reduktion der Bahn, die von den zum Becken 6 hin
gerichteten Tropfen vollzogen wird, und somit eine verringerte Wahrscheinlichkeit,
dass dieses Becken von diesen Tropfen nicht getroffen wird. Man
beachte, dass bei dieser Ausführungsform
der stromabwärtigste
Rand 22 der Ablenkelektrode weiter stromabwärts liegt
als die stromabwärtigste
Oberfläche 21 des
Beckens 6.
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Die
Teile A und B der 6 und der Teil D der 7 zeigen
jeweils eine vorteilhafte Ausführungsvariante
der bevorzugte Ausführungsform
der Elektroden 2 und 3. Jede dieser Formen ist
in 6 durch einen Schnitt in vergrößertem Maßstab dargestellt, der ungefähr entlang
der Ebene z vorgenommen wurde, welche in 5, Teil
A definiert ist. Die Form der Überschneidungskurven
der Oberflächen der
Elektroden 2 und 3 mit der Schnittebene kann die aktiven
Flächen 10 und 11 charakterisieren,
und zwar über
ihre gesamte Höhe
oder zumindest einen stromabwärtigen
Bereich.
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Die
Schnitte in der Ebene z sind stromabwärts des stromaufwärtigsten
Punkts 39 des Schlitzes 12 vorgenommen, wie in 5,
Teil B dargestellt. Wie weiter oben in Verbindung mit den 3 und 4 erläutert wurde,
trennt der Schlitz 12 die Halbelektrode 2 in zwei
Zungen 24 bzw. 25. 6 ist dazu bestimmt,
zu zeigen, dass die Zungen 24, 25 und die ihnen
gegenüberliegende
Elektrode 3 vorteilhafterweise transversale Krümmungen
aufweisen. Diese transversale Krümmungen
sind auch in 7 zu erkennen.
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Der
Zweck der in 6, Teil A, dargestellten transversalen
Krümmungen
ist es, jegliche Kante oder scharfe metallische Unebenheit zu vermeiden, die
ein elektrisches Entladungsphänomen
erzeugen könnte,
welches zu einer Schwächung
des Felds Ed führen
kann, oder zu einem elektrischen Durchschlag. Der transversale Krümmungsradius
der Oberfläche 11 der
Zungen 24, 25 und der Elektrode 3 ist
an jedem Punkt größer als
jener der Tintentropfen.
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6,
Teil B, zeigt eine Elektrode 2 mit den gleichen Transversalkrümmungseigenschaften
wie die im Teil A gezeigte Elektrode 2. Gemäß einer
in Teil B dargestellten Ausführungsvariante
ist die aktive Oberfläche
der Elektrode 3 ebenfalls mit einer transversalen Krümmung versehen,
die die gleiche Eignung wie die in Teil A gezeigte Elektrode 3 besitzt, was
die Verringerung des Auftretens von elektrischen Entladungen angeht.
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Die
Elektrode 3 weist ferner eine Einkerbung oder Längsrille 14 auf.
Diese Einkerbung kann sich über
die gesamte Höhe
der Oberfläche 10 erstrecken,
oder nur über
einen stromabwärtigen
Bereich, wie 7, Teile B und C zeigt. Die
Einkerbung 14 liegt transversal der Aussparung 12 der
Elektrode 2 gegenüber.
Die Breite der Einkerbung 14 ist größer als der Durchmesser der
Tintentropfen, bleibt jedoch hinreichend fein, um das Feld Ed nicht
wesentlich von seinem optimalen Wert zu entfernen.
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Eine
solche Einkerbung ist besonders nützlich, um bestimmte Tintenprojektionen
auf die aktive Oberfläche 10 der
Elektrode 3 zu vermeiden. Unter der Annahme nämlich, dass
das Verhältnis
zwischen elektrischer Ladung und Masse bei bestimmten Tropfen schlecht
kontrolliert ist und einen vorbestimmten Maximalwert übersteigt,
folgen diese Tropfen einer fehlerhaften Bahn 35, und:
- - dringen in die Einkerbung 14 ein,
ohne die Oberfläche 10 zu
treffen,
- – sind
in der Einkerbung 14 der Einwirkung eines sehr geringen
elektrischen Felds ausgesetzt.
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Diese
Abnahme der Feldstärke
bewirkt eine Stabilisierung der fehlerhaften Bahnen derart, dass sie
am Ausgang der Ablenkvorrichtung auf der Bahn 4 der am
stärksten
abgelenkten Tropfen gehalten werden, deren Verhältnis von Ladung zu Masse den vorbestimmten
Maximalwert einhält.
Somit treffen diese Tropfen nicht die Elektrode 3, obwohl
sie eine fehlerhafte Bahn haben. Daher bleibt die Elektrode 3 sauber,
was bedeutet, dass sie nicht durch das Vorhandensein von Tinte auf
der Elektrode verformt wird. Folglich erfahren die folgenden Tropfen
keine Bahnverformungen aufgrund des eventuellen Vorhandenseins eines
Tropfens mit fehlerhafter Bahn. Diese Maßnahme weist den weiteren Vorteil
auf, dass die Regelung der Spannung erleichtert wird, die beim Einschalten
des Druckers an die Elektroden angelegt werden muss.
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Die
Vorteile der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung und ihrer Variante im Vergleich zu Ausführungsformen
des Standes der Technik sind klar:
- – einfache
Gestaltung und wirksame Ablenkung werden gleichzeitig erzielt;
- – Schutz
vor bestimmten Tintentreffern auf den Elektroden durch Einstellen
der Geometrie wenigstens einer aktiven Oberfläche.
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Der
geringe Wert von Vd sowie die hohe Positionierung des Sammelbeckens 6 erlauben
eine beträchtliche
Verringerung des Platzbedarfs des Druckkopfs und der von den Tintentropfen
durchlaufenen Bahn. Folglich haben die parasitären Variationen der Tropfenbahn
eine geringe Amplitude, und die Druckqualität ist besser.
-
Anhang
-
Liste
relevanter Dokumente des Standes der Technik:
- 1.
WO 91/05663 (US 5,457,484)
- 2. WO 91/11327.