DE69410878T2

DE69410878T2 - Tropfengenerator mit Dämpfungsmitteln zur Unterdrückung von Schwingungen

Info

Publication number: DE69410878T2
Application number: DE1994610878
Authority: DE
Inventors: James A Katerberg
Original assignee: Kodak Versamark Inc
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2014-04-29
Also published as: DE69410878D1; EP0624469A1; EP0624469B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahltröpfchenerzeuger und insbesondere auf eine verbesserte Struktur für einen Tintenstrahltröpfchenerzeuger.

Stand der Technik

Bei dem kontinuierlichen Tintenstrahldrucken wird Tinte unter Druck einem Verteilerbereich zugeführt, welcher die Tinte zu einer Vielzahl von Öffnungen, typischerweise in einer linearen Reihe(n) angeordnet, verteilt. Die Tinte entlädt sich aus den Öffnungen in Fäden, die in Tröpfenströme aufbrechen. Der Weg, mit Hilfe dieser Tröpfenströme zu drucken, ist, selektiv bestimmte Tröpfchen aufzuladen und von ihren normalen Trajektorien abzulenken.
Auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucker ist es vom Standpunkt des Durchsatzes her wünschenswert, lange Reihen von Tintenstrahlen zu verwenden. Beispielsweise offenbart das US-Patent 4,999,647 einen Tröpfchenerzeuger zur Verwendung in einer langen Reihe von Löchern, so daß die Länge länger ist als die Höhe. Eine Vielzahl von Schlitzen wurde verwendet, um eine gleichförmige Vibrationsamplitude der longitudinalen Mode (Höhenrichtung) über der Öffnungsplattenvorderseite sicherzustellen. Die parallel anhängige, wie üblich übertragene US-Patentanmeldung Seriennr. 07/891,492, angemeldet am 29. Mai 1992, definiert einen verbesserten Tröpfchenerzeuger, in welchem die Flüssigkeitshohlraumlänge in die Lage versetzt wurde, Druckwellen in dem Flüssigkeitshohlraum zu unterdrücken. Derartige Druckwellen in der Flüssigkeit können mit der durch die Stimulation, die durch die resonatorinduzierte Bewegung der Öffnungsplatte erzeugt wird, interferieren.
Mit Geräten mit einer langen Reihe oder höheren Frequenzen wird es schwieriger, die gewünschte Vibrationsmode anzuregen, ohne andere Moden anzuregen, die die Stimulationsgleichförmigkeit nachteilig beeinflussen. Beispielsweise ist in der Gleichung
An = Bn/[(fn² - f²) + c]
An die Vibrationsamplitude der Mode n, Bn eine von der Modenform abhängige Konstante, fn die Resonanzfrequenz der Mode n, f die Antriebsfrequenz und c ein kleiner, mit der Abschwächung in Beziehung stehender Wert. Um die n-te Mode anzuregen und gleichzeitig zu vermeiden, die n + 1-te Mode anzuregen, wird der Resonator bei einer Frequenz f = fn betrieben. Die Amplitude An würde ihren Maximalwert von Bn/c erreichen. Die Amplitude von An+1 würde sein Bn+1/((fn+1² - fn²) + c). Wenn die gewünschte Frequenz oder die Resonatorlänge ansteigt, nimmt die Trennung zwischen den resonanten Moden fn+1 - fn ab. Wenn die Modentrennung fn+1 - fn abnimmt, nimmt das Verhältnis ihrer Amplituden An/An+1 ab. Es ist daher schwieriger eine Mode n anzuregen, ohne auch die Mode n+1 anzuregen.
Sogar mit dem zweckentsprechenden Design des Tröpfchenserzeugers, um sicherzustellen, daß die gewünschte Mode gleichförmig ist, kann die unerwünschte Anregung einer benachbarten Resonanzmode unakzeptable Stimulationsgleichförmigkeit über der Reihe erzeugen. Darüber hinaus kann der Grad, auf welchen die unerwünschten Moden angeregt werden und somit auch das Niveau der Vibrationsgleichförmigkeit über der Reihe, unakzeptabel empfindlich gegenüber der Arbeitsfrequenz und den Herstellungstoleranzen sein.
Es ist klar, daß ein Bedarf für eine verbesserte Struktur für einen Tintenstrahltröpfchenerzeuger besteht, welcher eine Modengleichförmigkeit zur Verfügung stellen kann, und welcher die Probleme und Nachteile der Prozeduren des Standes der Technik überwindet.
Die EP-A-0126649 offenbart einen Flüssigkeitsstrahldruckkopf mit einer Transducer-Anordnung, einschließlich piezoelektrischen Mitteln und mit einem akustischen Isolationsmaterial, welches die piezoelektrischen Mittel umgibt. Wenn die Transducer-Mittel angeregt werden, erzeugen sie Druckwellen miteinergleichförmigen Wellenfront, die durch die Flüssigkeit in einem Reservoir in Richtung auf eine Öffnungsplatte läuft.
Die US-A-4135197 offenbart eine Tintenstrahldruckvorrichtung mit einem Vibrationsdämpfungsmittel in dem Druckkopf, welcher ein anpaßbares, positionierbares, festes Kontaktglied aufweist, welches mit der Oberfläche der Öffnungsplatte in einer Position in Eingriff steht, die von den Vibrationsstimulationsmittel beabstandet ist, die longitudinal in der Öffnungsplatte eine Vibration einer hochfrequenten stehenden Welle erzeugen.

Zusammenfassung der Erfindung

Dieses Bedürfnis wird durch die Druckkopfvorrichtung der vorliegenden Erfindung erfüllt, in der Modengleichförmigkeit zur Verfügung gestellt wird.
Ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Struktur für einen Tintenstrahltröpfchenerzeuger zur Verfügung zu stellen, welcher lange Reihen von Tintenstrahlen verwenden kann. Dies wird erreicht durch einen Weg, in welchem das System entworfen ist, um Dämpfungsmittel zur Unterdrückung von unerwünschten Vibrationsmoden einzuschließen.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Druckkopfvorrichtung zur Verwendung in kontinuierlichem Tintenstrahldrucken, wobei die Vorrichtung enthält: ein Resonatormittel mit einem Tintenzuführkörper, gebildet aus einem festen Material mit hohem akustischem Q; Wandlermittel, die an den Resonatormitteln angebracht sind; und Mittel zum Anregen der Wandlermittel in einer resonaten Wellenmode in einer gewünschten Tröpfchenfrequenz, um Vibration in den Resonatormitteln zu induzieren; und ein Dämpfungsmittel, welches unerwünschte, interferierende Vibrationsmoden der Resonatormittel unterdrückt, um Gleichförmigkeit der Vibrationsmode der Resonatormittel zu erreichen, wobei das Dämpfungsmittel ein viskoelastisches Material enthält, welches auf oder um Orte des Druckkopfes angeordnet ist, welche in den interferierenden Moden relativ hohe Belastung und in der gewünschten Mode relativ niedrige Belastung aufweisen.
Dementsprechend ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß sie Modenunterdrückung in relativ langen Öffnungsreihen zur Verfügung stellt. Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen klar.
Die Erfindung wird nun durch ein Beispiel mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 einen Träpfchenerzeuger des Standes der Technik darstellt;
Figur 2 ein vibrierendes Flüssigkeitsanschlußstück darstellt;
Figur 3 ein Flüssigkeitsanschlußstück mit dem Dämpfungsmaterial darstellt, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 Flüssigkeitshohlraumwände mit einer unerwünschten Biegemode darstellt;
Figur 5 einen Tröpfchenerzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, in welchem Dämpfung die Flüssigkeitshohlraumwandmode unterdrückt; und
Figur 6 den Tröpfchenerzeuger der Figur 5 in einem Rahmen angebracht darstellt.
Figur 1 zeigt schematisch die Komponenten, die zusammenarbeiten, um eine Ausführungsform einer Tröpfchenausstoßvorrichtung aus dem Stand der Technik aufzunehmen. Es ist klar, daß eine derartige Tröpfchenausstoßvorrichtung, allgemein mit 10 bezeichnet, mit anderen bekannten Komponenten zusammenarbeitet, die in Tintenstrahldruckern verwendet werden. Die Vorrichtung 10 arbeitet, um die gewünschten Ströme aus gleichförmig beabstandeten Tröpfchen gleichförmiger Größe unter hochsynchronen Bedingungen zu erzeugen. Andere Komponenten kontinuierlicher Tintenstrahldrucker, wie etwa Lade- und Ablenkungselektroden, Tröpfchenfänger, Medienzuführsystem- und Dateneingabe- und Maschinensteuerelektronik (nicht dargestellt), kooperieren mit den durch die Vorrichtung 10 erzeugten Tröpfchenströmen, um kontinuierliches Tintenstrahldrucken zu erwirken.
Der Tröpfchenerzeuger 10 ist aufgebaut, um synchrone Tröpfchenströme in einem Langenreihendrucker zur Verfügung zu stellen, und enthält einen Resonator/Verteilerkörper 12. Der Resonator/Verteilerkörper 12 ist aus einem Material mit hohem akustischem Q aufgebaut, z. B. rostfreier Stahl, und in der Form eines zuvor rechteckig dimensionierten Festkörpers, dessen Länge (I) wesentlich größer ist als seine Höhe (h), wobei die Körperhöhe (h) wesentlich größer ist als die Körperdicke.
Gemäß Figur 1 ist eine Öffnungsplatte 14 mit einer Vielzahl von Öffnungen mit dem Resonatorkörper 12 verbunden. Der Resonatorkörper 12 schließt auch einen Tintenzuführkörper oder Flüssigkeitshohlraum 16 ein, mit Flüssigkeitshohlraumseitenwänden zum Aufnehmen der Tinte. Es ist klar, daß der Resonator/Verteilerkörper 12 weiterhin Flüssigkeitsanschlüsse oder Flüssigkeitsanschlußstücke 20 enthält zum Zuführen von Tinte aus einem Flüssigketiszuführmittel in den Tintenzuführhohlraum. Die Flüssigkeitseinlaß- und Auslaßanschlußstücke 20 können eine dünnwandige Röhre enthalten, die gebogen ist, um ein Winkelstück 24 zu bilden, über welches flexible Tintenführungsleitungen 22 gestülpt sein können. Sich von der Vorder- und Rückseite des Resonatorkörpers 12 erstreckende Stifte 26 können verwendet werden, um den Tröpfchenerzeuger 10 in einem Stützrahmen anzubringen, wie etwa einem Rahmen 34 gemäß Figur 6.
Eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 18 wird verwendet, um die Vibration des Resonator/Verteilerkörpers 12 zu induzieren. In einem solchen Tröpfchenerzeuger 10 ist die gewünschte Vibrationsmode für gute Stimulation typischerweise die longitudinale Mode in der h-Richtung. In dieser Mode streckt und kontrahiert sich der Resonator/Verteilerkörper 12 in der h-Richtung. Die Schlitze 28 stellen sicher, daß die Gleichförmigkeit dieser longitudinalen Mode für den korrekten Tröpfchenerzeugungsbetrieb ausreichend ist. Zusätzlich zu dieser longitudinalen Mode ist es möglich, andere Vibrationsmoden anzuregen, sogar wenn der Tröpfchenerzeuger sorgfältig entworfen wurde, um gleichförmige Vibration in der gewünschten Vibrationsmode zur Verfügung zu stellen. Diese anderen Vibrationsmoden, welche typischerweise über der Reihe in der Amplitude und/oder Phase variieren, können die Vibrationsgleichförmigkeit über der Strahlreihe ernsthaft verschlechtern.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können Dämpfungsmittel verwendet werden, um diese unerwünschten Vibrationsmoden zu unterdrücken. Obwohl jedes passende Dämpfungsmittel verwendet werden kann, enthält ein typisches Dämpfungsmittel ein Dämpfungsmaterial, wie etwa visko-elastische Materialien. Da diese Materialien periodisch Streß oder Zug erfahren, wandeln sie einiges der Vibrationsenergie in Hitze um, so die Vibrationsamplitude abschwächend. Da diese Materialien periodischem Streß ausgesetzt sind, um die Vibrationsamplitude zu schwächen, sind sie am effektivsten, wenn sie an den Bereichen des in Resonanz stehenden Systems angebracht sind, die hohen Streß aufweisen. Unterdrückung der unerwünschten Vibrationsmode beinhaltet daher, die Anbringung von Dämpfungsmaterialien an diejenigen Bereiche des Tröpfchenerzeugers 10, an denen Belastungen für solche unerwünschten Moden konzentriert sind. Im Gegensatz dazu sollten die Dämpfungsmaterialien nicht an denjenigen Bereichen des Tröpfchenerzeugers 10 angebracht werden, die hohe Belastung in der longitudinalen Mode aufweisen.
Die Verwendung von Dämpfungsmaterialien in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann unerwünschte Moden unterdrücken. Die folgenden drei Typen von unerwünschten Moden sind beispielhaft für Moden, die unter Verwendung des Dämpfungskonzeptes der vorliegenden Erfindung unterdrückt werden können. Eine unerwünschte Mode beinhaltet eine Resonanz des Anschlußstückes 20. Die Figur 2 stellt eine mögliche Vibrationsmode des Anschlußstückes dar. In dieser Mode kann das Winkelstück 24 beobachtet werden, wie es sich nach innen und außen biegt. Natürlich ist es für den Durchschnittsfachmann klar, daß die Figur 2 nur eine der möglichen Moden darstellt. Die Resonanzmode der Figur 2 kann in den Resonanzkörper 12 einkoppeln, wobei die Vibrationsgleichförmigkeit an der Öffnungsplatte 14 beeinflußt wird, oder kann eine Druckwelle in den Flüssigkeitshohlraum 16 treiben. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann die Anordnung eines Dämpfergummiärmels 30 um das Winkelstück 24 gemäß Figur 3 diese Mode stark abschwächen, bei geringem Effekt auf die longitudinale Mode des Resonatorkörpers.
Ein zweiter Typ einer interferierenden Vibrationsmode schließt Biegungsmoden der Seiten des Hohlraums ein. Wie in der Figur 4 dargestellt ist, können die Seitenwände 32 um den Flüssigkeitshohlraum Biegemoden in der Form von die Reihe hinunterlaufenden stehenden Wellen unterliegen. Es ist wiederum für den Durchschnittsfachmann klar, daß die Figur 4 nur eine von vielen möglichen Hohlraumwandbiegemoden darstellt. Derartige Moden können große Variationen in der Stimulationsamplitude entlang der Reihe aufweisen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können die Hohlraumbiegemoden durch Anbringen von Dämpfungsmaterial 36, wie etwa E-A-R/SC SD4 0 PSA-Material an den Seitenwänden 32 des Flüssigkeitshohlraums 16 gemäß Figur 5, unterdrückt werden. Da die Belastungen in der Nähe des Endes des Resonators in der longitudinalen Mode gering sind, wird die longitudinale Mode durch das Dämpfungsmaterial nicht stark abgeschwächt.
Der dritte Typ von interferierender Resonanz beinhaltet den Tröpfchenerzeugeraufnahmerahmen. Gemäß Figur 4 ist der Tröpfchenerzeuger in einem Rahmen 34 mittels Stiften 26 angebracht. Obwohl die Stifte 26 in der Nähe der Knotenebene des Tröpfenerzeugers 10 angeordnet sind, sind sie in der Lage, einige Vibrationsenergie von dem Tröpfenerzeuger 10 in den Rahmen 34 zu koppeln. Wenn der Rahmen eine Resonanz in der Nähe der Arbeitsfrequenz des Tröpfchenerzeugers aufweist, kann dies zur Folge haben, daß der Rahmen 34 in Resonanz gerät. Die Vibration des Rahmens 34 kann dann zurück in den Tröpfchenerzeuger 10 über die Stifte 26 gekoppelt werden, wodurch die Stimulationsgleichförmigkeit beeinflußt wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann die Anbringung von Dämpfungsmaterial 38 an den Rahmen die Rahmenresonanz unterdrücken, so daß die Stimulationsgleichförmigkeit nicht verschlechtert wird, ohne daß die longitudinale Mode des Resonators nachteilig beeinflußt wird.
Der Dämpfergummiärmel 30, das Dämpfungsmaterial 36 und das Dämpfungsmaterial 38, welche für die Modenunterdrückung verwendet werden, können einzelnd oder zusammen verwendet werden, abhängig von dem Vorhandensein oder der Abwesenheit der interferierenden Moden für einen bestimmten Tröpfchenerzeuger.
Die interferierenden Resonanzmoden, die hier dargestellt sind, sind Beispiele von einigen von vielen interferierenden Resonanzmoden, die in Tröpfchenerzeugerentwürfen vorhanden sein können, und sind nicht als für den Bereich der Erfindung begrenzend zu betrachten. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann die gewünschte Unterdrückung der interferierenden Mode erzeugt werden, indem Dämpfungsmaterial in Bereichen mit relativ hoher Belastung in der interferierenden Mode und relativ niedriger Belastung der gewünschten Mode angebracht wird.

Industrielle Anwendbarkeit und Vorteile

Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet des Tintenstrahldruckens nützlich und weist den Vorteil des Unterdrückens von unerwünschten Vibrations- und interferierenden Resonanzmoden auf. Die vorliegende Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß eine solche Unterdrückung zur Verfügung gestellt wird, ohne daß die longitudinale Mode des Resonators nachteilig beeinflußt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Detail mit besonderem Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben, aber es ist klar, daß Modifikationen und Variationen innerhalb des Bereichs der anliegenden Ansprüche erfolgen können.

Claims

1. Druckkopfvorrichtung zur Verwendung für kontinuierliches Tintenstrahldrucken, wobei die Vorrichtung enthält:

a. ein Resonatormittel mit einem Tintenzuführkörper (12), gebildet aus einem festen Material mit hohem akustischem Q;

b. Wandlermittel (18), die an den Resonatormitteln angebracht sind; und

c. Mittel zum Anregen der Wandlermittel in einer resonaten Wellenmode in einer gewünschten Tröpfchenfrequenz, um Vibration in den Resonatormitteln zu induzieren; und

d. ein Dämpfungsmittel (36), welches unerwünschte, interferierende Vibrationsmoden der Resonatormittel unterdrückt, um Gleichförmigkeit der Vibrationsmode der Resonatormittel zu erreichen, wobei das Dämpfungsmittel ein viskoelastisches Material enthält, welches auf oder um Orte des Druckkopfes angeordnet ist, welche in den interferierenden Moden relativ hohe Belastung und in der gewünschten Mode relativ niedrige Belastung aufweisen.

2. Druckkopfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatormittel Flüssigkeitsanschlüsse zum Zuführen von Tinte aus einem Flüssigkeitszuführmittel in den Flüssigkeitszuführkörper aufweisen, und das Dämpfungsmittel (36) die Flüssigkeitsanschlüsse zum Unterdrücken einer unerwünschten, interferierenden Vibrationsmode dämpft.

3. Druckkopfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel einen Gummiärmel enthält, welcher um einen Teil eines Flüssigkeitanschlusses angeordnet ist, welcher eine hohe Konzentration an Belastungen bei einer bestimmten, unerwünschten Vibrationsmode aufweist.

4. Druckkopfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenzuführkörper Flüssigkeitshohlraumseitenwände (32) zur Aufnahme der Tinte aufweist, und das Dämpfungsmittel (36) die Flüssigkeitshohlraumseitenwände (32) zur Unterdrückung von unerwünschten, interferierenden Vibrationsmoden dämpft.

5. Druckkopfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatormittel in einem Stützrahmen (34) angebracht sind, und das Dämpfungsmittel (38) den Stützrahmen (34) zum Unterdrücken einer unerwünschten, interferierenden Vibrationsmode dämpft.

6. Druckkopfvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatormittel in dem Stützrahmen (34) unter Verwendung einer Vielzahl von Stiften (26) angebracht sind.