DE69406734T2 - Assembly arrangement for resonators - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum Drucken mit kontinuierlichem Tintenstrahl und insbesondere eine verbesserte Einrichtung zum Konstruieren eines Resonanzkörpers, um eine synchrone Unterbrechung der Strahlen in einer Matrix in solchen Drucksystemen anzugeben.The present invention relates to continuous ink jet printing systems and, more particularly, to an improved means for constructing a resonator to provide synchronous interruption of jets in an array in such printing systems.
Beim Drucken mit kontinuierlichem Tintenstrahl wird Tinte unter Druck zu einer Verteilerregion abgegeben, welche die Tinte zu mehreren Öffnungen verteilt, welche typisch in einer linearen Matrix (Matrizen) angeordnet sind. Die Tinte entweicht aus den Öffnungen in Fäden, welche in Tropfen-Ströme aufbrechen. Der Ansatz zum Drucken mit diesen Tropfen-Strömen ist, bestimmte Tropfen selektiv aufzuladen und von ihrer normalen Flugbahn abzulenken.In continuous inkjet printing, ink is delivered under pressure to a manifold region, which distributes the ink to multiple orifices, typically arranged in a linear array (matrices). The ink escapes from the orifices in filaments that break up into droplet streams. The approach to printing with these droplet streams is to selectively charge certain droplets and divert them from their normal trajectory.
Bei solchen Systemen zum Drucken mit kontinuierlichem Tintenstrahl wird die Graphik-Wiedergabe verwirklicht durch selektives Aufladen und Ablenken von Tropfen aus den Tropfen-Strömen und Ablegen von wenigstens einigen der Tropfen auf einem Druck-Aufnahmemedium, während andere der Tropfen auf eine Tropfen- Fangvorrichtung auftreffen. Um eine genaue Aufladung und Ablenkung der Tropfen zu verwirklichen, ist es wesentlich, daß der Tropfen-Aufbrech-Vorgang einheitlich große und zeitlich gesteuerte Tropfen erzeugt. Tropfengeneratoren für solche Drucker erzeugen die geforderte Tropfen-Formation durch Vibrieren der Öffnungen, aus welchen die Tinte austritt.In such continuous ink jet printing systems, graphic reproduction is accomplished by selectively charging and deflecting drops from the drop streams and depositing at least some of the drops on a print receiving medium while others of the drops impact a drop catcher. To accomplish accurate charging and deflection of the drops, it is essential that the drop breakup process produces uniformly sized and timed drops. Drop generators for such printers produce the required drop formation by vibrating the orifices from which the ink emerges.
Vom Standpunkt des Durchsatzes ist es auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucker erwünscht, lange Matrizen aus Tintenstrahlen zu verwenden. Das U.S.-Patent Nummer 4,999,647 offenbart ein System zum Verwirklichen synchroner Anregung über einer langen Matrix bei einer niedrigen Frequenz, annähernd 50 kHz Das System dieses Patentes verwendet einen rechtwinkligen, massiven Druckkopf- Körper eines Materials mit hoher akustischer Q, rostfreien Stahl, mit vertikalen Schlitzen senkrecht zu der Matrix, um mehrere annähernd identische Resonanzkörper bereitzustellen. Die Schlitze sind äquidistant voneinander beabstandet, um eine einheitliche Vibrationsamplitude über der Haupoberfläche bereitzustellen. Die Schlitze teilen den Tropfengenerator in Segmente, so daß die Segmenthöhe in der dominierenden Vibrationsrichtung größer als die anderen Abmessungen jedes Segmentes ist.From a throughput standpoint, it is desirable in the inkjet printing art to use long arrays of ink jets. U.S. Patent Number 4,999,647 discloses a system for achieving synchronous excitation over a long array at a low frequency, approximately 50 kHz. The system of this patent uses a rectangular, solid printhead body of a high acoustic Q material, stainless steel, with vertical slots perpendicular to the array to provide a plurality of approximately identical resonating bodies. The slots are equidistantly spaced to provide a uniform vibration amplitude over the main surface. The slots divide the drop generator into segments such that the segment height in the dominant vibration direction is greater than the other dimensions of each segment.
Wie in dem '647-Patent beschrieben, sind ein Tintenverteiler und eine Öffnungs- Platte an einem der Längsenden parallel zu der gesamten größten Länge des Resonanzkörpers angeordnet. Die Öffnungsplatte stellt einen kontinuierlichen Strom von Strahlen in Form von Tropfen bei einer zu der Resonanz des Körpers äquivalenten Frequenz bereit. Der Resonanzkörper wird mechanisch durch piezoelektrische Streifenpaare erregt, welche an den Seiten angebracht sind, zur Expansion und Kontraktion in der gewünschten Richtung. Der Resonator ist mit massiven Stiften in der Knotenebene angebracht, die in Löcher in dem Resonatorkörper gepreßt sind. Es wurde festgestellt, daß dieses Montagesystem bei einem Tropfengenerator mit einer 114,3 Millimeter (4 ½ Inch)-Matrix mit einer Resonanzfrequenz bei 50 kHz gut arbeitet. Bei höheren Frequenzen in der Größenordnung von 100 kHz ist es jedoch erkennbar, daß die massiven Stifte unerwünschte Resonanz-Modi induzieren. Diese Resonanz-Modi können unannehmbar große Variationen der Abbrech- Phase entlang der Matrix erzeugen. Zusätzlich können die Löcher, in welchen die Stifte angebracht sind, die Resonanz nachteilig beeinflussen.As described in the '647 patent, an ink manifold and orifice plate are disposed at one of the longitudinal ends parallel to the entire greatest length of the resonator body. The orifice plate provides a continuous stream of jets in the form of drops at a frequency equivalent to the resonance of the body. The resonator body is mechanically excited by piezoelectric strip pairs mounted on the sides for expansion and contraction in the desired direction. The resonator is mounted with solid pins in the nodal plane pressed into holes in the resonator body. This mounting system has been found to work well with a drop generator having a 114.3 millimeter (4 ½ inch) array with a resonant frequency at 50 kHz. However, at higher frequencies on the order of 100 kHz, it is evident that the solid pins induce undesirable resonance modes. These resonance modes can produce unacceptably large variations in the break-off phase along the matrix. In addition, the holes in which the pins are mounted can adversely affect the resonance.
Es ist erkennbar, daß ein Bedarf für eine verbesserte Montageanordnung des Resonators vorhanden ist, welche die zum Stand der Technik gehörenden Probleme beseitigt.It is apparent that there is a need for an improved mounting arrangement of the resonator which eliminates the problems inherent in the prior art.
Dieses Bedürfnis wird erfüllt durch die Resonator-Montageanordnung der vorliegenden Erfindung, bei welcher hohle Röhren in Schlitzen montiert werden und die nachteiligen Resonanzeffekte der massiven Stifte und der stifthaltenden Löcher beseitigen.This need is met by the resonator mounting arrangement of the present invention, in which hollow tubes are mounted in slots and eliminate the adverse resonance effects of the solid pins and pin-retaining holes.
Die Erfindung gibt eine Montageanordnung für eine Tropfengenerator eines Tintenstrahl-Druckgerätes an, wobei der Generator einen Resonatorkörper und eine Öffnungs-Matrix mit einer gemeinsamen Längsachse mit dem Körper aufweist, wobei der Generator in der Lage ist, kontinuierliche Tintentropfen-Ströme aus wenigstens einer der Öffnungen zu erzeugen, wobei die Montageanordnung Schlitze umfaßt, welche in dem Resonanzkörper senkrecht zu der Längsachse der Matrix und des Körpers angeordnet sind; gekennzeichnet durch einen Halteteil, welcher einer Knotenebene des Resonanzkörpers zugeordnet und in wenigstens einem der Schlitze angeordnet ist; und wenigstens einem in das Halteteil einsetzbaren Montageelement, wobei das Montageelement wenigstens teilweise hohl ist.The invention provides a mounting arrangement for a drop generator of an inkjet printing device, the generator having a resonator body and an opening matrix with a common longitudinal axis with the body, the generator being able to generate continuous ink drop streams from at least one of the openings, the mounting arrangement comprising slots arranged in the resonator body perpendicular to the longitudinal axis of the matrix and the body; characterized by a holding part which is assigned to a nodal plane of the resonator body and arranged in at least one of the slots; and at least one mounting element which can be inserted into the holding part, the mounting element being at least partially hollow.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, der beigefügten Zeichnung und den beigefügten Ansprüchen deutlich.Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description, the accompanying drawings and the appended claims.
Die Erfindung wird jetzt lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Tropfen-Generatoranordnung, welche die Montageanordnung der vorliegenden Erfindung darstellt.The invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawing. Figure 1 shows a perspective view of a droplet generator arrangement which represents the mounting arrangement of the present invention.
Figur 1 stellt einen Tropfengenerator 10 dar, welcher verwendet wird, um Tintenströme zu erzeugen und somit Tropfen zu erzeugen, welche zum Drucken in einem Drucker mit kontinuierlichem Tintenstrahl verwendet werden. Zum Steuern dieser Tropfen in einem Drucker (nicht dargestellt) verwendete Vorrichtungen sind zum Zusammenwirken für Druckzwecke in einer Druckkopf-Vorrichtung mit dem Tropfengenerator 10 ausgerichtet.Figure 1 illustrates a drop generator 10 which is used to generate ink streams and thus produce drops used for printing in a continuous ink jet printer. Devices used to control these drops in a printer (not shown) are aligned with the drop generator 10 for cooperation for printing purposes in a printhead device.
Der Tropfengenerator 10 ist typisch aus einem Material mit einer hohen akustischen Q, wie rostfreiem Stahl, mit vorbestimmten Abmessungen für Länge, Höhe und Breite aufgebaut. Ein Durchgangsloch 12 stellt einen Einlaß und einen Auslaß für einen Flüssigkeitsfluß in den Tropfengenerator 10 bereit. Piezoelektrische Streifen 14 sind an dem Tropfengenerator 10 befestigt, wobei die größte Länge der Streifen senkrecht zu der Längsachse des Tropfengenerators verläuft, um eine Vibration, d.h. Expansion und Kontraktion, in der vertikalen Richtung anzuregen.The droplet generator 10 is typically constructed of a high acoustic Q material, such as stainless steel, with predetermined dimensions for length, height, and width. A through hole 12 provides an inlet and an outlet for liquid flow into the droplet generator 10. Piezoelectric strips 14 are attached to the droplet generator 10, with the greatest length of the strips being perpendicular to the longitudinal axis of the droplet generator to excite vibration, i.e., expansion and contraction, in the vertical direction.
Der Tropfengenerator 10 ist ausgebildet, um eine synchrone Tropfen-Matrix für Drucker bereitzustellen. Der Tropfengenerator beinhaltet einen Resonator/Verteiler- Körper 16, mehrere piezoelektrische Streifen 14, eine Öffnungsplatte (nicht dargestellt) und eine Montageanordnungs-Einrichtung mit Montageröhren 18. Die Montageröhren 18 werden verwendet, um den Resonator 16 auf einem Rahmen (nicht dargestellt) anzubringen, um eine Einrichtung zum mechanischen Ausrichten des Resonators oder Tropfengenerators mit den Ladeelektroden bereitzustellen und diese Ausrichtung ebenfalls fest aufrechtzuerhalten. Daher ist die Montageanordnung der vorliegenden Erfindung nicht nur zum Isolieren des Tropfengenerators von dem Rahmen vorgesehen, um dem Tropfengenerator eine einwandfreie Resonanz zu ermöglichen, sondern erlaubt ebenfalls eine feste Montage, um eine sichere Ausrichtung zu ermöglichen.The drop generator 10 is designed to provide a synchronous drop array for printers. The drop generator includes a resonator/manifold body 16, a plurality of piezoelectric strips 14, an orifice plate (not shown), and a mounting assembly means having mounting tubes 18. The mounting tubes 18 are used to mount the resonator 16 on a frame (not shown) to provide a means for mechanically aligning the resonator or drop generator with the charging electrodes and also firmly maintaining that alignment. Therefore, the mounting assembly of the present invention is designed not only to isolate the drop generator from the frame to allow the drop generator to properly resonate, but also allows for a firm mounting to allow secure alignment.
Erfindungsgemäß sind die Montageröhren 18 typisch aus einem Stahmaterial mit einem Durchmesser von 1,65 bis 1,98 mm (0,065 bis 0,078 Inch) und hohl ausgeführt. Die hohlen Röhren 18 weisen typisch eine Wanddicke von 0,25 bis 0,38 mm (0,010 Inch bis 0,015 Inch) auf. Wenn der Durchmesser der Montageröhren zu klein ist, ergibt sich ein verringerter Berührungsbereich zwischen den Röhren und dem Resonator, so daß die Röhren eher gleiten. Größere Montageröhren mit einem Durchmesser von 2,29 mm (0,090 Inch) oder mehr zeigten eine nachteilige Beeinflussung der Anregungs-Gleichförmigkeit. Daher weisen die Röhren bevorzugt -einen Durchmesser von 1,98 mm (0,078 Inch) auf, um einen ausreichenden Berührungsbereich für einen ausreichenden Gleitwiderstand zu geben.According to the invention, the mounting tubes 18 are typically made of a steel material having a diameter of 1.65 to 1.98 mm (0.065 to 0.078 inches) and hollow The hollow tubes 18 typically have a wall thickness of 0.25 to 0.38 mm (0.010 inches to 0.015 inches). If the diameter of the mounting tubes is too small, there is a reduced contact area between the tubes and the resonator, making the tubes more likely to slide. Larger mounting tubes, having a diameter of 2.29 mm (0.090 inches) or more, have been shown to adversely affect excitation uniformity. Therefore, the tubes preferably have a diameter of 1.98 mm (0.078 inches) to provide sufficient contact area for sufficient sliding resistance.
Die Röhren sind in einer Röhren-Aufnahmeeinrichtung wie Schlitzen, welche bereits in dem Resonator-Körper vorhanden sind, oder zusätzlichen Öffnungen, welche für Röhren-Aufnahme-Zwecke hinzugefügt und entlang des Resonator-Körpers angeordnet sind, angebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Röhren 18 in vertikale Schlitze 20 einsetzbar, welche senkrecht zu der Längsachse der Matrix und des Körpers angeordnet sind. Die Breite jedes Schlitzes 20 beträgt typisch 1,57 mm (0,062 Inch). Einer oder mehrere der Schlitze 20 können einen verbreiterten Halteteil 22 aufweisen, wie bei den Endschlitzen 20a und 20b dargestellt. Der verbreiterte Halteteil 22 ist zum Aufnehmen der Röhren 18 entlang oder nahe der Knotenebene des Resonators angeordnet. Der Durchmesser des Halteteiles 22 beträgt typisch 1,98 mm (0,078 Inch) zum Bereitstellen einer Preßpassung zwischen den Röhren 18 und dem Halteteil 22 der Schlitze 20. Die vertikalen Schlitze 20 mit Halteteilen 22 geben dann einen Radius für die Montageröhren 18 an.The tubes are mounted in a tube receiving means such as slots already present in the resonator body or additional openings added for tube receiving purposes and arranged along the resonator body. In a preferred embodiment, the tubes 18 are insertable into vertical slots 20 arranged perpendicular to the longitudinal axis of the matrix and body. The width of each slot 20 is typically 1.57 mm (0.062 inches). One or more of the slots 20 may have an enlarged retaining portion 22 as shown in the end slots 20a and 20b. The enlarged retaining portion 22 is arranged to receive the tubes 18 along or near the nodal plane of the resonator. The diameter of the retaining part 22 is typically 1.98 mm (0.078 inches) to provide an interference fit between the tubes 18 and the retaining part 22 of the slots 20. The vertical slots 20 with retaining parts 22 then provide a radius for the mounting tubes 18.
Bei der vorliegenden Erfindung weisen die inneren Segmente 24a, 24b und 24c, welche zwischen jeweils zwei benachbarten Schlitzen 20 angeordnet sind, tatsächlich eine größere Breite als eine Höhe auf. Endsegmente 26a und 26b, welche zwischen dem End-Schlitz 20a und einem Ende des Resonatorkörpers 16 und dem Endschlitz 20b und dem anderen Ende des Resonatorkörpers 16 angeordnet sind, sind schmaler als die mittig angeordneten inneren Segmente 24a, 24b und 24c, um die Vibrations-Einheitlichkeit entlang der Matrix zu verbessern. Die Breite jedes Schlitzes 20 beträgt typisch 1,57 mm (0,062 Inch). Bei den schmaleren Schlitzen der vorliegenden Erfindung, verglichen mit den bekannten Schlitzen, ist die Vibrations-Gleichförmigkeit und Separation von unerwünschten Resonanz-Modi durch Erhöhen der Breite der inneren Segmente neben ihrer Höhe verbessert. Dies widerspricht deutlich den Lehren im Stand der Technik, welche erfordern, daß die Breite jedes Segmentes geringer als die Höhe jedes Segmentes ist.In the present invention, the inner segments 24a, 24b and 24c, which are disposed between any two adjacent slots 20, actually have a greater width than a height. End segments 26a and 26b, which are disposed between the end slot 20a and one end of the resonator body 16 and the end slot 20b and the other end of the resonator body 16, are narrower than the centrally disposed inner segments 24a, 24b and 24c to improve vibration uniformity along the matrix. The width of each slot 20 is typically 1.57 mm (0.062 inches). With the narrower slots of the present invention, compared to the known slots, vibration uniformity and separation of undesirable resonant modes is improved by increasing the width of the inner segments as well as their height. This clearly contradicts the teachings in the prior art, which require that the width of each segment be less than the height of each segment.
Die Röhren 18 sollen in Preßpassung in den Halteteil 22 des Schlitzes 20 passen. Die Passung der Röhren liefert einen elektrischen Kontakt zwischen dem Tropfengenerator 10 und den Röhren 18. Der Tropfengenerator 10 kann daher an einem Massepunkt an dem Rahmen auf Masse gelegt sein. Zusätzliche Festigkeit kann durch Verwendung eines Verbindungsmittels wie Zyanacrylat verwirklicht werden. Das Vorsehen hohler Montageröhren beseitigt die unerwünschten Resonanzen bei hoher Frequenz, welche durch die massiven Röhren eingeführt werden. Zusätzlich führt das Anbringen der Röhren in den Schlitzen 20 zu vernachlässigbaren Änderungen in den Resonanz-Kennlinien des Tropfengenerators 10, entgegen den wahrnehmbareren und weniger erwünschten Wirkungen, die sich aus der Verwendung separater Löcher zur Aufnahme der Montageröhren 18 ergeben. Es ist für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, daß das Konzept der hohlen Röhren nachteilige Wirkungen verringern kann, auch wenn die hohlen Röhren in zusätzlichen Löchern statt in den Schlitzen angebracht werden.The tubes 18 are intended to be an interference fit into the retaining portion 22 of the slot 20. The fit of the tubes provides electrical contact between the drop generator 10 and the tubes 18. The drop generator 10 can therefore be grounded at a ground point on the frame. Additional strength can be realized by using a bonding agent such as cyanoacrylate. The provision of hollow mounting tubes eliminates the undesirable high frequency resonances introduced by the solid tubes. In addition, the mounting of the tubes in the slots 20 results in negligible changes in the resonance characteristics of the drop generator 10, contrary to the more noticeable and less desirable effects resulting from using separate holes to accommodate the mounting tubes 18. It will be apparent to one of ordinary skill in the art that the hollow tube concept can reduce adverse effects even if the hollow tubes are installed in additional holes rather than in the slots.
Obwohl die Röhren 18 als hohl beschrieben wurden, kann es gelegentlich erwünscht sein, die Röhren mit Klammern an dem Rahmen zu befestigen. Bei den hohlen Röhren der vorliegenden Erfindung kann die Klemmkraft die Röhre verformen, was ungünstigerweise die Klemmkraft verringert. Um dieses zu verhindern, kann der Endabschnitt der Röhre am Klemmpunkt mit einem massiven Material wie einem Zapfen ausgefüllt sein, um die Röhren-Verformung zu vermeiden, während eine ausreichende Klemmkraft ohne nachteilige Wirkungen ermöglicht wird.Although the tubes 18 have been described as being hollow, it may occasionally be desirable to secure the tubes to the frame with clamps. With the hollow tubes of the present invention, the clamping force may deform the tube, which disadvantageously reduces the clamping force. To prevent this, the end portion of the tube at the clamping point may be filled with a solid material such as a tenon to prevent tube deformation while allowing sufficient clamping force without adverse effects.
Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet des Tintenstrahl-Druckes anwendbar und hat den Vorteil, die Montage eines Resonators durch Beseitigen nachteiliger Resonanz-Charakteristika zu verbessern.The present invention is applicable to the field of inkjet printing and has the advantage of improving the assembly of a resonator by eliminating disadvantageous resonance characteristics.
Die Erfindung wurde detalliert unter Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, es versteht sich jedoch, daß Modifikationen und Variationen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden können.The invention has been described in detail with reference to certain preferred embodiments, but it will be understood that modifications and variations may be made within the scope of the appended claims.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EASTMAN KODAK CO., ROCHESTER, N.Y., US |