DE69103435T2

DE69103435T2 - Kontinuierlich arbeitender Tintenstrahldrucker.

Info

Publication number: DE69103435T2
Application number: DE69103435T
Authority: DE
Inventors: Howard John Manning; Jerzy Marcin Zaba
Original assignee: Domino Printing Sciences PLC
Current assignee: Domino Printing Sciences PLC
Priority date: 1990-01-24
Filing date: 1991-01-17
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2011-01-18
Also published as: JPH05212862A; EP0439275A1; JP2789136B2; US5087924A; DE69103435D1; GB9001606D0; EP0439275B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldrucker, insbesondere auf den Druckkopf eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers.
Drucker dieses Typs besitzen einen Druckkopf mit einer oder mehreren, mit einer Tintenversorgung verbundenen Düsen, wobei durch einen Oszillator, üblicherweise einen piezoelektrischen Übertrager, das Austreten eines Tröpfchenstroms aus der Düse bzw. aus den Düsen verursacht wird. Die Tröpfchenreihe ist auf eine Abflußrinne gerichtet, aber ausgewählte Tröpfchen können beim Verlassen der Düse aufgeladen und dann in einem elektrischen Feld abgelenkt werden, um auf eine Substratfläche einzuwirken, wobei individuelle Tröpfchen geeignet aufgeladen werden, um an der korrekten Position zu drucken.
Der piezoelektrische Ubertrager ist üblicherweise dazu ausgebildet, den auf eine Tintensäule innerhalb des Druckkopfes ausgeübten Druck zu modulieren und so das Aufbrechen eines aus der Düse ausgestoßenen kontinuierlichen Tintenstrahls in Tröpfchen in einem gewissen Abstand von dem Düsenausgang zu bewirken. Allerdings ist ein solches System bei einer bestimmten Frequenz resonant, und der bekannte Stand der Technik erfordert daher für jede Düsengröße und die entsprechende Frequenz getrennte Tropfenerzeuger. Solche Systeme enthalten Bauteile, die für bestimmte Frequenzen ausgelegt sind, z.B. Länge des Antriebsstabes, Länge des Tintenweges zwischen Antriebsstab und Düse, usw. Die Frequenzantwort eines solchen resonanten Systems ist in Figur 3 gezeigt.
Es besteht daher die Aufgabe, einen Druckkopf vorzuschlagen, der diesen Einschränkungen nicht unterliegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Druckkopf für einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker:
einen Druckkopfkörper mit einer runden Ausnehmung in einer seiner Endflächen;
einen runden piezoelektrischen Übertrager, der so in der Ausnehmung angeordnet ist, daß sich der Fläche des Druckkopfkörpers benachbart eine kurze Tintenkammer ergibt, und der so gestaltet ist, daß er sich in der Richtung seiner Achse ausdehnt und zusammenzieht, wenn an ihn eine Anregungsspannung angelegt wird;
einen mit der Ausnehmung verbundenen Tintenzuführungskanal, um der Tintenkammer Tinte zuzuführen; und
eine lösbar auf der Endfläche des Druckkopfkörpers montierte Düsenplatte, die über eine oder mehrere Düsen verfügt, um Tinte unter Druck auszustoßen, wenn der piezoelektrische Übertrager angesteuert wird.
In der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff "rund" auch "ringförmig" ein. Die Ausnehmung in einer der Endflächen des Körpers kann daher ringförmig sein, so wie auch der in ihr angeordnete piezoelektrische Übertrager.
Indem der Druckkopf auf diese Weise konstruiert wird und so der Düse benachbart ein dünnes scheibenähnliches Tintenvolumen vorgesehen wird, kann der Tropfengenerator nicht in Richtung der Dicke des scheibenähnlichen Volumens bei der Anregungsfrequenz in Resonanz sein, da die Dicke wesentlich kleiner ist als die entsprechende Schallwellenlänge in der Tinte. Es gibt eine Reihe von Vorteilen:
- für alle Frequenzen und Düsengrößen kann ein gemeinsamer Druckkopf verwendet werden;
- der Druckkopf ist unempfindlich bezüglich des Tintentyps innerhalb bestimmter Viskositätsgrenzen (1,5 bis 15 cp);
- der Druckkopf ist unempfindlich bezüglich mechanischer Toleranzen;
- es kann eine verringerte Anzahl von Bauteilen verwendet werden, wodurch die Kosten des Druckkopfes gesenkt werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch in Verbindung mit der in unserer gleichzeitig anhängigen PCT-Patentanmeldung Nr. PCT/GB 90/01010 offenbarten Erfindung verwendet werden, bei der ein Stempel mit einem Verschlußbauteil an seinem freien Ende in einer zentralen Bohrung angeordnet ist, um die Düse am Ende des Druckvorgangs abzuschließen. In diesem Fall umgibt die Ausnehmung die zentrale Bohrung und ist mit dieser durch einen allgemein radialen Tintendurchgangsweg verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Druckkopfes wird nun, zusammen mit einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels, im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine teilweise Längsschnittansicht durch den Druckkopf;
Figur 2 eine modifizierte Düsenanordnung;
Figur 3 eine Darstellung der Frequenzantwort eines resonanten Systems; und
Figur 4A,B,C Graphiken der Frequenzantwort dreier verschiedener, nicht resonanter Druckköpfe gemäß der Erfindung.
Figur 1 zeigt einen Druckkopf 1 mit einem Gußmetallkörper 2, an dessen einer Endfläche 3 eine metallische Düsenplatte 4 mit einer Ausnehmung 5 und einem Tintenausstoßkanal 6 angebracht ist, wobei dieser eine mit einem Edelstein versehene Düse 7 aufnimmt, um die Größe der Öffnung mit der erforderlichen Genauigkeit zu definieren.
Die Figur zeigt der Klarheit halber diese Komponenten in einer Explosionsdarstellung. Die Düsenplatte 4 ist mittels geeigneter Bolzen 8 an dem Körper 2 festgemacht, und ein O-Ring 9 aus synthetischem Gummi dichtet die Endfläche 3 mit der Düsenplatte 4 ab.
In einer ringförmigen Ausnehmung 10 im Körper 2 ist ein gleichermaßen ringförmiger piezoelektrischer Übertrager 11 untergebracht, der durch einen Anregungsstrom bei einer über einen Draht 12 zugeführten, kontrollierbar variablen Spannung angeregt wird. Der piezoelektrische Übertrager ist, wie gezeigt, von der Endfläche 3 des Körpers beabstandet, um so eine dünne ringförmige Lücke von weniger als 0,5 mm für eine Tintenkammer 22 freizulassen.
Koaxial ist innen in der ringförmigen Ausnehmung 10 eine Bohrung 13 angeordnet, die einen Stempel 14 enthält, welcher ein Verschlußbauteil 15 trägt, um die Düse 7 abzuschließen, wenn der Drucker nicht aktiv ist. Der Stempel wird mittels einer Magnetspule 20 über einen Anker 19 und einen in einer flexiblen Röhre 18 gleitenden Verbindungsdraht 17 betätigt. Der Stempel wird durch eine Spiralfeder 16 in Vorwärtsrichtung vorgespannt. In Abhängigkeit von dem bestimmten Druckkopf können auch andere Typen von Betätigungselementen für den Betrieb des Verschlußbauteils 15 vorgesehen sein.
Ein Tintenversorgungsdurchgang 21 führt Tinte aus einem (nicht gezeigten) extern angebrachten Reservoir der scheibenähnlichen Kammer 22 zu, von der aus Tinte an das Ende der Bohrung 13 zwischen das Verschlußbauteil 15 und die Düse 7 weitergeleitet wird.
Im Betrieb moduliert die Anregung des piezoelektrischen Übertragers den Druck der Tinte (oder einer anderen zu druckenden Markierflüssigkeit) in der Kammer 22 und verursacht Druckschwankungen, die wiederum, nachdem die Tinte durch die mit einem Edelstein versehene Düse 7 ausgestoßen wurde, das Aufbrechen des Tintenstroms in Tröpfchen verursachen.
Figur 2 zeigt einen alternativen Aufbau für die Düsenplatte 4', bei dem die Platte 4' einen zentralen Tintendurchgangsweg 6' aufweist und die nötige Festigkeit für eine dünne, folien- oder membranähnliche Platte 4'' liefert, in der z.B. durch Elektroformung eine zentrale hindurchgehende Öffnung 5' erzeugt sein kann.
Ein Vergleich mit einer konventionellen piezoelektrischen Übertrageranordnung in einem Druckkopf ist nützlich.
Aus Figur 3 ist erkennbar, daß der Graph der Modulationsspannung gegenüber der Frequenz nicht linear ist, was eine Resonanz erzeugt.
Die Figuren 4A, 4B und 4C stellen dar, wie die maximalen und minimalen Antriebsmodulationsspannungen Vmax und Vmin mit der Frequenz der Antriebs-(Modulations-)Spannung V für verschiedene Düsengrößen und Hauptbetriebsfrequenzen variieren.
Die Druckköpfe, auf die sich diese Graphen beziehen, zeigen jeder eine beträchtlich verringerte Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen, wodurch die Änderungen in der Viskosität und daraus folgende gesteuerte Kompensationen vermindert werden.

Claims

1. Druckkopf (1) für einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldrucker, wobei der Druckkopf umfaßt:

- einen Druckkopfkörper (2) mit einer runden Ausnehmung (10) in einer seiner Endflächen (3);

- einen runden piezoelektrischen Übertrager (11) der so in der Ausnehmung angeordnet ist, daß sich der Fläche des Druckkopfkörpers benachbart eine kurze Tintenkammer (22) ergibt, und der so gestaltet ist, daß er sich in der Richtung seiner Achse ausdehnt und zusammenzieht, wenn an ihn eine Anregungsspannung angelegt wird;

- einen mit der Ausnehmung (10) verbundenen Tintenzuführungskanal (21), um der Tintenkammer (22) Tinte zuzuführen; und

- eine lösbar auf der Endfläche (3) des Druckkopfkörpers montierte Düsenplatte (4), die über eine oder mehrere Düsen (7) verfügt, um Tinte unter Druck auszustoßen, wenn der piezoelektrische Übertrager (11) angesteuert wird.

2. Druckkopf nach Anspruch 1, bei dem die Ausnehmung (10) und der Übertrager (11) ringförmig sind.

3. Druckkopf nach Anspruch 2, der zusätzlich eine koaxial mit der ringförmigen Ausnehmung (10) und der Düse (7) angeordnete, zentrale Bohrung (13) und ein Verschlußbauteil (15) aufweist, das in der Bohrung angeordnet ist und in dieser hin- und herbewegbar ist, um die Düse zu verschließen.

4. Druckkopf nach Anspruch 3, bei dem ein radialer Durchgang (23) das der Düse (7) benachbarte Ende der Bohrung (13) mit der Tintenkammer (22) verbindet.

5. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei dem die Düse einen fit einer oder mehreren Öffnungen versehenen Edelstein umfaßt, der in der Düsenplatte (4) angeordnet ist.

6. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 - 4, bei dem die Düse eine Meinbranpiatte (4'') mit einer hindurchgehenden Öffnung (5') umfaßt, wobei die Membranplatte (4'') zwischen der Düsenplatte (4') und der Endfläche (3) des Druckkopfkörpers (2) angeordnet ist.

7. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 - 6, der zusätzlich einen O-Ring (9) aufweist, der die Ausnehmung (10) umgebend angeordnet ist, um die Endfläche (3) mit der Düsenplatte (4) oder der Membranplatte (4'') abzudichten.