DE69932914T2 - Tropfenerzeugungsvorrichtung für Tintenstrahldrucker mit langer Düsenanordnung - Google Patents

Tropfenerzeugungsvorrichtung für Tintenstrahldrucker mit langer Düsenanordnung Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker und insbesondere die in kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern verwendete Tropfenerzeugungsvorrichtung.
  • Beim kontinuierlichen Tintenstrahldruck wird unter Druck stehende Tinte einem Verteiler zugeführt, der die Tinte auf eine Vielzahl von in der Regel linear angeordneten Öffnungen verteilt. Die Tinte wird aus den Öffnungen in Strahlen ausgestoßen, die sich infolge der Oberflächenspannung in der Tinte in Tröpfchenströme auflösen. Zur Realisierung des Tintenstrahldrucks werden diese Tröpfchenströme wahlweise aufgeladen. Einige dieser Tröpfchen werden dann aus ihren normalen Flugbahnen umgelenkt. Die umgelenkten oder nicht umgelenkten Tröpfchen werden aufgefangen und in den Kreislauf zurückgeführt, während die anderen Tröpfchen auf eine zu bedruckende Fläche auftreffen können.
  • US-A-4 999 647 beschreibt eine Tropfenerzeugungsvorrichtung für den Einsatz in Tintenstrahldruckern mit langer Düsenanordnung. Die Tropfenerzeugungsvorrichtung besteht aus einem rechteckigen Metallblock, der einen Flüssigkeitshohlraum enthält und an den eine mit Öffnungen versehene Platte angeschlossen ist. Der Block schwingt im ersten Längsmodus der Höhenrichtung. Da die Länge größer ist als die Höhe, können querzahlinduzierte Kopplungen eine ungleichförmige Schwingung an der mit Öffnungen versehenen Fläche eines solchen rechteckigen Blocks erzeugen. Um die durch die querzahlinduzierte Kopplung erzeugten Ungleichförmigkeiten zu minimieren, wurde der Block mit von vorn nach hinten rechtwinklig zur Richtung der Düsenanordnung eingeschnittenen Schlitzen versehen. Diese Schlitze ergeben eine wirksame Segmentierung der Tropfenerzeugungsvorrichtung und reduzieren die Wirkung der querzahlinduzierten Kopplung. Die Schlitze sind an der Ober- und Unterseite der Tropfenerzeugungsvorrichtung geschlossen, um die Steifigkeit des Blocks zu erhalten und eine Biegung in Längsrichtung zu verhindern.
  • Diese Konstruktion erfüllt zwar grundsätzlich ihren Zweck, unterliegt aber hinsichtlich ihrer Anwendungsmöglichkeiten einer Reihe von Beschränkungen. Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit, mit der die Tinte durch die Tropfenerzeugungsvorrichtung strömt, muss die Bohrung der Tropfenerzeugungsvorrichtung vergrößert werden, um eine turbulente Strömung, die sich nachteilig auf die Richtungsstabilität des Strahls auswirken kann, zu vermeiden. Eine Vergrößerung der Bohrung des Teils hat eine Reduzierung der Resonanzfrequenz des Längsmodus zur Folge. Die Senkung der Resonanzfrequenz reduziert die Druckgeschwindigkeit des Druckers. Durch Reduzierung der Höhe des Blocks kann die Resonanzfrequenz erhöht werden. Die Möglichkeit einer Reduzierung der Höhe der Tropfenerzeugungsvorrichtung stößt jedoch spätestens dann an eine Grenze, wenn die Höhe für die Anbringung der Schlitze nicht mehr ausreicht.
  • US-A-4 188,635 beschreibt einen anders gearteten Resonanzblock zum Stimulieren der Tintendüsenanordnungen. Bei diesem Resonanzblock wird ein kleiner Schlitz in die Fläche eingeschnitten, an der die mit Öffnungen versehene Platte befestigt ist. Der Schlitz dient als Flüssigkeitsverteiler. Damit die Steifigkeit des Körpers nicht verloren geht, muss der Schlitz klein gehalten werden. An der der mit Öffnungen versehenen Fläche gegenüberliegenden Fläche ist an die Tropfenerzeugungsvorrichtung ein piezoelektrischer Wandler angeschlossen. Der piezoelektrische Wandler muss im Vergleich zur Dicke des Blocks dünn sein. Diese Konstruktion weist an der mit Öffnungen versehenen Fläche Knotenlinien auf, die parallel zur Düsenanordnung verlaufen. Diese Konstruktion eignet sich nicht für lange Düsenanordnungen, weil die Strömungsanforderungen einer langen Anordnung zur Aufrechterhaltung einer turbulenzfreien Strömung einen großen Flüssigkeitshohlraum bedingen. Die Einführung eines großen Flüssigkeitshohlraums in diese Konstruktion senkt die Resonanzfrequenz erheblich, sodass die Konstruktion in einem Hochgeschwindigkeitstintenstrahldrucker nicht mehr verwendbar ist.
  • US-A-4 827 285 beschreibt eine Tropfenerzeugungsvorrichtung anderer Art. Die dort beschriebene Tropfenerzeugungsvorrichtung besteht aus einer mit Öffnungen versehenen Platte, die von zwei direkt an die mit Öffnungen versehene Platte angeschlossenen piezoelektrischen Kristallen in Schwingung versetzt wird. Ein Flüssigkeitsverteiler ist direkt an die mit Öffnungen versehene Platte angeschlossen. Durch Anregung der piezoelektrischen Kristalle werden die Außenkanten der mit Öffnungen versehenen Platte verschoben, sodass sich die mit Öffnungen versehene Platte biegt. Durch die Biegung der Platte werden die Öffnungen in Schwingung versetzt und die Düsen stimuliert. Dieses Konzept einer Tropfenerzeugungsvorrichtung eignet sich nur für kurze Düsenanordnungen, da längere Anordnungen größere Flüssigkeitshohlräume zur Bewältigung des Flüssigkeitsstroms erfordern. Die Masse der größeren Flüssigkeitshohlräume hat eine nachteilige Wirkung auf den Betriebsfrequenzbereich. Da die mit Öffnungen versehene Platte mittels der spröden piezoelektrischen Elemente befestigt wird, ist diese Konstruktion außerdem immanent zerbrechlich. Hinzu kommt, dass die piezoelektrischen Elemente sich in der Richtung parallel zur Ebene der mit Öffnungen versehenen Platte ausdehnen können, weil sie bei elektrischer Anregung die Schwingung in der Richtung senkrecht zur Ebene der mit Öffnungen versehenen Platte erzeugen. Diese Ausdehnung der Kristalle kann mit anderen Schwingungsmodi der Tropfenerzeu gungsvorrichtung eine Kopplung eingehen, was eine ungleichförmige Stimulierung entlang der Düsenanordnung zur Folge hat.
  • US-A-4 245 225 beschreibt eine Tropfenerzeugungsvorrichtung, bei der ein zylindrisches Piezoelektrikum konzentrisch in einem größeren Zylinder angeordnet ist. Der Raum zwischen den Zylindern dient als Verteiler für die Tinte. Tinte kann durch Löcher in der Wandung des äußeren Zylinders zu den Öffnungen fließen, in denen die Tintenstrahlen gebildet werden. Zur Ausbildung von Elektroden wird die Innen- und Außenfläche des piezoelektrischen Zylinders metallisiert. Der piezoelektrische Zylinder kann mittels dieser Elektroden elektrisch so angeregt werden, dass er sich radial ausdehnt und zusammenzieht. Dieser radiale Schwingungsmodus erzeugt dann eine Flüssigkeitshohlraumresonanz in dem Raum zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder. Die durch diese Hohlraumresonanz erzeugten Druckschwankungen bewirken ihrerseits die Stimulierung der Tintendüsen. Wie in dem Patent erwähnt, erzeugt die radiale Ausdehnung des Piezoelektrikums auch eine Längenänderung in dem Piezoelektrikum aufgrund der Querzahl (Poissonsche Konstante). Bei zunehmender Länge des Zylinders können in Längsrichtung des Zylinders stehende Wellen erzeugt werden. Die Rückkopplung dieser stehenden Welle in Längsrichtung mit der radialen Schwingung hat zur Folge, dass die radiale Schwingung in Längsrichtung des Zylinders oder der Tintendüsenanordnung nicht mehr gleichförmig ist. Außerdem kann die Fixierung des inneren piezoelektrischen Zylinders die Schwingung des inneren Zylinders mit dem äußeren Zylinder koppeln. Die daraus resultierenden Schwingungen des äußeren Zylinders können die gewünschte gleichförmige Stimulierungsamplitude entlang der Tintendüsenanordnung behindern. Die Notwendigkeit, das Piezoelektrikum mit der Tinte in Berührung zu bringen, erzeugt darüber hinaus Probleme hinsichtlich der Abschirmung der Elektroden und des Piezoelektrikums gegen die Tinte. In der Summe haben alle diese Probleme zur Folge, dass diese Konstruktion in Hochgeschwindigkeitstintenstrahldruckern nicht verwendbar ist. Eine in US-A-4 245 227 beschriebene ähnliche Tropfenerzeugungsvorrichtung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Konstruktion dadurch, dass der äußere Zylinder statt des inneren Zylinders als Piezoelektrikum dient, ist aber trotzdem von denselben Schwierigkeiten betroffen, sodass zum Stimulieren langer Tintendüsenanordnungen bei hohen Betriebsfrequenzen fraglos eine neue Vorrichtung benötigt wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tropfenerzeugungsvorrichtung mit einer langen Düsenanordnung und hohen Betriebsfrequenz für den Einsatz in einem Hochgeschwindigkeitstintenstrahldrucker zu schaffen.
  • Die Erfindung schafft unter anderem eine Tropfenerzeugungsvorrichtung zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker, die lange Tintendüsenanordnungen bei hohen Betriebsfrequenzen stimulieren kann. Die Tropfenerzeugungsvorrichtung umfasst einen Mittelabschnitt mit einem im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt und zwei Endabschnitte mit anderen Querschnitten. Die Tropfenerzeugungsvorrichtung arbeitet mit mehrnockigen radialen Biegemodi, um eine Anordnung von Öffnungen in Schwingung zu versetzen, wobei die Schwindungsmodi von mindestens zwei Reihen von Wandlern erzeugt werden, die sich im Wesentlichen über die Länge der Tropfenerzeugungsvorrichtung erstrecken. Die Wandler sind entsprechend einer Nockenstruktur eines radialen Betriebsbiegemodus angeordnet. Die Erfindung kann außerdem Endabschnitte mit Merkmalen zur Einstellung einer Resonanzfrequenz der Endabschnitte auf die Resonanzfrequenz des Mittelabschnitts umfassen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines hohlen Rohrs im verformten und unverformten Zustand während eines radialen Biegemodus;
  • 2 eine als langer rechteckiger Block ausgeführte Tropfenerzeugungsvorrichtung als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 die Geometrie des Flüssigkeitshohlraums im Innern der Tropfenerzeugungsvorrichtung;
  • 4 eine erfindungsgemäß ausgelegte Endwand eines Flüssigkeitskanals der in 2 und 3 dargestellten Tropfenerzeugungsvorrichtung; und
  • 5 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Konstruktionskonzepts zum Anpassen der Resonanzfrequenz der Endabschnitte einer Tropfenerzeugungsvorrichtung an die Mittelabschnitte der Tropfenerzeugungsvorrichtung.
  • Die Erfindung offenbart eine Tropfenerzeugungsvorrichtung zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker, die zum Stimulieren einer Düsenanordnung mit mehrnockigen Quetschresonanzen arbeitet. Die Geometrie der Enden der Tropfenerzeugungsvorrichtung ist so beschaffen, dass die Resonanzfrequenzen der Endabschnitte annähernd der Resonanzfrequenz des Mittelbereichs der Tropfenerzeugungsvorrichtung entsprechen. Piezoelektrische Elemente sind so angeordnet, dass sie den gewünschten Resonanzmodus wirksam erzeugen und gleichzeitig unerwünschte Resonanzmodi unterdrücken.
  • Der Grundgedanke der Erfindung lässt sich am besten anhand einer Querschnittsansicht eines in 1 dargestellten hohlen Rohrs 10 erklären. Zusätzlich zu den kreissymmetrischen Modi des in US-A-4 245 225 und US-A-4 245 227 verwendeten Rohrs verfügt das Rohr 10 über verschiedene radiale Biegemodi. Die niedrigste Ordnung dieser Modi verfügt an den Stellen, an denen sich das Rohr nach außen wölbt, über zwei Nocken 12 und an den Stellen, an denen es eingedrückt wird, über zwei Bereiche 14. Modi höherer Ordnung verfügen über eine steigende Anzahl von Nocken und höhere Resonanzfrequenzen. Der Einfachheit halber wird die Erfindung im Folgenden anhand des Modus der niedrigsten Ordnung beschrieben, wobei es sich versteht, dass dieselben Grundsätze auch für die radialen Biegemodi höherer Ordnung gelten.
  • Durch symmetrische Anordnung von zwei piezoelektrischen Elementen 18 an den Wandungen des Rohrs 10 kann der radiale Biegemodus der niedrigsten Ordnung wirksam erzeugt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Länge der piezoelektrischen Elemente am Umfang kleiner sein als ein Viertel des Rohrumfangs, um zu verhindern, dass sich die piezoelektrischen Elemente über die Knotenlinien des radialen Biegemodus erstrecken. Bei phasengleicher Anregung mit der entsprechenden Frequenz erzeugen die symmetrisch angeordneten piezoelektrischen Elemente wirksam diesen zweinockigen radialen Biegemodus. Zur Erzeugung radialer Biegemodi anderer Ordnung sind sie nicht sehr wirksam.
  • Diesem radialen Biegemodus niedrigster Ordnung ist eine ganze Familie von Resonanzmodi mit unterschiedlichen Profilen in Längsrichtung des Rohrs und unterschiedlichen Resonanzfrequenzen zugeordnet. Bei der niedrigsten Ordnung dieser Familie von Modi erfolgt die Biegung über die gesamte Länge des Rohrs phasengleich. Im zweiten dieser Modi biegen sich die beiden Enden des Rohrs phasenverschoben. Bei den Modi höherer Ordnung nimmt die Anzahl der Phasenverschiebungen über die Länge zu. Diese Modi kann man sich als Mehrkomponenten-Biegemodi vorstellen, bei denen die Rohrwandung sich radial und axial biegt.
  • Für die Anwendung in einem Tintenstrahldrucker ist es wünschenswert, den Modus niedrigster Ordnung einer Familie radialer Biegemodi zu verwenden, vorzugsweise den Modus mit phasengleicher radialer Biegung über die gesamte Länge des Rohrs. Das bedeutet, dass es zum Stimulieren der Tintendüsen wünschenswert ist, radiale Biegemodi zu verwenden, die keine axiale Biegemoduskomponente aufweisen. Durch Verwendung von zwei symmetrisch angeordneten Reihen piezoelektrischer Elemente, die sich über die gesamte Länge des Zylinders erstrecken und phasengleich angeregt werden, können die radialen Biegemodi mit gleich bleibender Phase über die gesamte Länge erzeugt und die Schwingungen der Modi mit axialen Biegemoduskomponenten gleichzeitig unterdrückt werden.
  • Der zweinockige radiale Biegemodus kann zwar auch mit nur einem Piezoelektrikum erzeugt werden, die Verwendung von symmetrisch angeordneten piezoelektrischen Elementen 18 an den Seiten des Zylinders 10 ergibt jedoch einen wesentlich höheren Wirkungsgrad für die Erzeugung des gewünschten Resonanzmodus. Außerdem ist die Verwendung nur eines Piezoelektrikums weniger selektiv, d.h. für die Unterdrückung der radialen Biegemodi höherer Ordnung nicht so wirksam wie die beiden symmetrisch angeordneten piezoelektrischen Elemente. Daher wird ein Zylinder mit nur einer Reihe piezoelektrischer Elemente durch unerwünschte radiale Biegemodi mehr gestört als ein Zylinder mit symmetrisch angeordneten piezoelektrischen Elementen.
  • Lässt man das Problem mit den Enden des Rohrs 10, wie zum Beispiel die Notwendigkeit die Enden abzudichten und Mittel für die Fixierung der Tropfenerzeugungsvorrichtung bereitzustellen usw., das mindestens teilweise durch Verwendung der Schwalbenschwanznuten 23 für die Montage gelöst werden kann, zunächst außer Acht, dann wird der Fachmann erkennen, dass die Anordnung von Öffnungen an den Nocken des radialen Biegemodus die gewünschte Verschiebung der Öffnungen zur Erzeugung einer Stimulation ergibt. Die Erzeugung des Modus, bei dem die Biegung phasengleich über die gesamte Länge des Rohrs erfolgt, ergibt dann eine relativ gleichförmige Stimulation. Lange Tintendüsenanordnungen können mit einem solchen Konstruktionskonzept bei Betriebsfrequenzen von mehr als 100 kHz stimuliert werden.
  • Die Notwendigkeit, die Enden der rohrförmigen Tropfenerzeugungsvorrichtung abzuschließen, damit die Tinte nicht ausläuft, Flüssigkeitsdurchlassöffnungen vorzusehen und Mittel für die Fixierung der Tropfenerzeugungsvorrichtung bereitzustellen, kann die Gleichmäßigkeit der Stimulierung der Tropfenerzeugungsvorrichtung beeinträchtigen. Die Erfindung löst dieses Problem dadurch, dass das Ende der Tropfenerzeugungsvorrichtung mit einem Einschnitt 25 versehen wird, der eine ähnliche Resonanzfrequenz aufweist wie die rohrförmige Mitte der Tropfenerzeugungsvorrichtung.
  • Auch wenn die verschiedenen Konzepte bis zu diesem Punkt anhand eines zylindrischen Modells beschrieben wurden, wird der Fachmann verstehen, dass in der Praxis auch anders gestaltete Formen verwendet werden können, wie zum Beispiel Formen mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt oder auch Formen mit mehr als vier Seiten. Formen mit solchen Querschnitten sollten ein Seitenverhältnis aufweisen, dessen Wert einem Wert im Bereich von 0,5 bis 2 nahe kommt. Grundsätzlich sollte die Querschnittsform zu der Symmetrie der gewünschten Form des radialen Betriebsbiegemodus passen. Wenn als Betriebsmodus der dreinockige radiale Biegemodus gewünscht wird, könnten für die Tropfenerzeugungsvorrichtung beispielsweise dreiseitige oder sechsseitige Querschnitte verwendet werden. Eine Anpassung der Querschnittsform an die gewünschte Nockenform macht es leichter, die piezoelektrischen Elemente so anzuordnen, dass der gewünschte Modus erzeugt werden kann. Für eine wirksame Erzeugung der radialen Biegemodi höherer Ordnung bei gleichzeitiger Unterdrückung der Modi niedrigerer Ordnung sollten entsprechend der gewünschten Nockenform drei oder mehr Reihen piezoelektrischer Elemente verwendet werden.
  • 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einem langen rechteckigen Block 27. Die Tropfenerzeugungsvorrichtung 27 besteht hier aus einem rechteckigen Block aus Edelstahl mit einer Länge von ca. 25,4 cm (10 Zoll), einer Breite von ca. 1,68 cm (0,66 Zoll) und einer Höhe von ca. 1,32 cm (0,52 Zoll). Ein Flüssigkeitshohlraum 28 umfasst ein durch maschinelle Bearbeitung hergestelltes Durchgangsloch 20, das sich über die gesamte Länge des Blocks erstreckt. In die Unterseite des Blocks ist ein langer, schmaler Schlitz 22 eingearbeitet, der mit dem Durchgangsloch in Verbindung steht. Die Anordnung von Öffnungen an der Unterseite der Tropfenerzeugungsvorrichtung, im Bereich 24 in 3, ist an dem Block befestigt und über dem Schlitz 22 zentriert.
  • In 2 sind Reihen piezoelektrischer Elemente 18 an der Vorder- und Rückseite des Blocks befestigt. Durch elektrische Anregung werden diese piezoelektrischen Elemente veranlasst, sich in der z-Richtung auszudehnen und zusammenzuziehen. Infolgedessen biegen sich die Seitenwände der Tropfenerzeugungsvorrichtung. Der resultierende Modus entspricht dem für den Zylinder beschriebenen zweinockigen Quetschmodus. Da die piezoelektrischen Elemente über die gesamte Länge der Tropfenerzeugungsvorrichtung an den Block angebracht sind und das elektrische Signal gleichförmig an alle Elemente angelegt wird, greift die Biegekraft gleichmäßig über die gesamte Länge der Tropfenerzeugungsvorrichtung an.
  • Für die Montage der Tropfenerzeugungsvorrichtung werden dünnwandige Edelstahlrohre (nicht dargestellt) verwendet, die in die schwalbenschwanzförmigen Nuten 23 eingeklebt werden, wie in 2, 3 und 4 gezeigt. Dünnwandige Rohre liefern erfahrungsgemäß eine ausreichende Steifigkeit für eine stabile Fixierung der Tropfenerzeugungsvorrichtung bei minimaler Schwingungskopplung zwischen der Tropfenerzeugungsvorrichtung und dem Halterahmen. Es hat sich gezeigt, dass die Schwalbenschwanznuten 23 die Gefahr, dass sich die Montagerohre lösen, minimieren und trotzdem den Ausbau der Rohre bei Erneuerung erleichtern.
  • Der Flüssigkeitsverteiler umfasst ein Durchgangsloch 20, das sich über die gesamte Länge des Blocks erstreckt, und einen langen schmalen Flüssigkeitskanal 32, der das Durchgangsloch mit der mit Öffnungen versehenen Fläche der Tropfenerzeugungsvorrichtung verbindet. Der schmale Flüssigkeitskanal endet etwa 1,3 cm (1/2'') vor jedem Ende. Wie am besten aus 4 ersichtlich, ist die Endwand 22 des Flüssigkeitskanals 32 abgeschrägt, um die Flüssigkeitsströmung an beiden Enden der Tropfenerzeugungsvorrichtung zu verbessern. Tinte wird über Flüssigkeitsarmaturen (nicht dargestellt) zugeführt. Die Flüssigkeitsarmaturen werden in zylindrische Senkungen 30 eingeklebt, wie in 3 und 4 gezeigt. Ein Ausrichtungselement 34 zum Fixieren der mit Öffnungen versehenen Platte über dem Flüssigkeitshohlraum ist ebenfalls in der Zeichnung dargestellt. Ausrichtungselemente dieser Art wurden in US-A-4 999 647 beschrieben.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es wünschenswert, die Endabschnitte der Tropfenerzeugungsvorrichtung so auszulegen, dass ihre Resonanzfrequenz ungefähr der des Mittelbereichs der Tropfenerzeugungsvorrichtung entspricht. Zum besseren Verständnis dieses Konzepts soll im Folgenden, nur zu Anschauungszwecken, die Reaktion einer schmalen Querschnittsscheibe der Tropfenerzeugungsvorrichtung auf die Biegekraft betrachtet werden. Zunächst kann diese Reaktion so untersucht werden, als wäre dieser Abschnitt der Tropfenerzeugungsvorrichtung unabhängig von den anderen Abschnitten.
  • Wie der Fachmann weiß, hängt die Schwingungsempfindlichkeit eines solchen Abschnitts von der Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz der Querschnittsscheibe und der Frequenz der erzeugenden Kraft ab. Daher erreicht die Schwingungsamplitude einer solchen Scheibe ihren Höchstwert, wenn die erzeugende Frequenz der Resonanzfrequenz entspricht. Wenn die erzeugende Frequenz über die Resonanz schwankt, verschiebt sich auch die Phase der Schwingung relativ zur erzeugenden Kraft. Entsprechend hängt auch die Schwingungsamplitude und Phase jeder anderen Querschnittsscheibe der Tropfenerzeugungsvorrichtung von der Beziehung zwischen der erzeugenden Frequenz und der Resonanzfrequenz für die betreffende Scheibe ab.
  • Über die Länge des Flüssigkeitshohlraumschlitzes erzeugt der gleichförmige Querschnitt die gewünschte gleich bleibende Resonanzfrequenz. In der Nähe der Enden der Tropfenerzeugungsvorrichtung muss der Flüssigkeitshohlraumschlitz jedoch enden, damit die Tinte nicht aus den Enden der Tropfenerzeugungsvorrichtung spritzt. Daher entspricht der Querschnitt der Tropfenerzeugungsvorrichtung an den beiden Enden des Körpers nicht dem Querschnitt im Mittelbereich des Körpers. Folglich entspricht die Resonanzfrequenz des Endabschnitts der Tropfenerzeugungsvorrichtung nicht der Resonanzfrequenz der Mittelabschnitte des Körpers. Das Ausfüllen des Schlitzes kann den Querschnitt versteifen, sodass sich die Resonanzfrequenz erhöht. Infolgedessen entsprechen die Schwingungsamplitude und die Phase der Schwingung an den Endabschnitten nicht den mittleren Abschnitten.
  • Der Fachmann weiß natürlich, dass in einer typischen Tropfenerzeugungsvorrichtung die verschiedenen Querschnittsabschnitte nicht wirklich voneinander unabhängig sind. Unterschiede in Schwingungsamplitude und Phase werden von einem Abschnitt zum anderen gekoppelt. Daher werden die verschiedenen Schwingungsamplituden und Phasen der Endabschnitte in den übrigen Teil der Tropfenerzeugungsvorrichtung gekoppelt, was die Schwingung über die gesamte Länge der Tropfenerzeugungsvorrichtung beeinträchtigt.
  • Die erfindungsgemäße Änderung der Geometrie des Endabschnitts der Tropfenerzeugungsvorrichtung bietet die Möglichkeit, die Resonanzfrequenz des Endabschnitts so zu verschieben, dass sie der Resonanzfrequenz des Mittelbereichs der Tropfenerzeugungsvorrichtung entspricht. Das Ergebnis ist eine Tropfenerzeugungsvorrichtung mit einer annehmbar gleichförmigen Schwingungsamplitude über die gesamte Länge der Anordnung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberseite der Tropfenerzeugungsvorrichtung mit Einschnitten 25 versehen. Diese parallel zum Flüssigkeitshohlraumschlitz verlaufenden Einschnitte beginnen etwa am Ende des Flüssigkeitshohlraumschlitzes und erstrecken sich zu den Enden der Tropfenerzeugungsvorrichtung, wie in 4 gezeigt. Der Einschnitt 25 wird fortschreitend tiefer und erreicht seine volle Tiefe etwa dort, wo die Abschrägung des Flüssigkeitshohlraumschlitzes endet. Für die hier beschriebene Ausführungsform hat daher der Einschnitt eine Tiefe von 1,32 mm (0,052'') und eine Breite von 1,157 mm (0, 062'').
  • Der in der Zeichnung dargestellte Schlitz stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar. Der Erfindungsgedanke, nämlich die Resonanzfrequenz des Endabschnitts der Tropfenerzeugungsvorrichtung der Resonanzfrequenz des Mittelabschnitts anzupassen, kann jedoch im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung auch mit anderen Einschnitten oder Merkmalen verwirklicht werden. Eine alternative Möglichkeit besteht zum Beispiel darin, die Enden des Flüssigkeitshohlraumschlitzes mit Material abzudichten, das einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweist, wie zum Beispiel Gummi mit geringer Härte, das auf die Resonanzfrequenz der Enden nur eine minimale Wirkung hätte.
  • Das erfindungsgemäße Konstruktionskonzept einer Anpassung der Resonanzfrequenz der Endabschnitte der Tropfenerzeugungsvorrichtung an die Resonanzfrequenz des Mittelbereichs ist auch auf andere Tropfenerzeugungsvorrichtungskonstruktionen, die nicht mit radialen Biegemodi arbeiten, anwendbar. Eine solche Konstruktion 50 ist beispielsweise in 5 dargestellt. Die in 5 dargestellte Konstruktion hat eine Höhe von 4,8 cm (1,09''), eine Breite von 3,35 cm (1,32'') und eine Dicke von 1,24 cm (0,49''). Der Resonanzmodus hat primär die Form eines Rechtecks im Längsmodus, mit Endabschnitten 52.
  • Bekanntlich ist die Schallgeschwindigkeit entlang langer dünner Stäbe geringer als die Schallgeschwindigkeit eines voluminösen Festkörpers aus dem gleichen Material. Dieser Unterschied ist auf die Querzahl (Poissonsche Konstante) zurückzuführen. Wenn in dem dünnen Stab ein Abschnitt des Stabs in Axialrichtung zusammengedrückt wird, dehnt er sich infolge der Querzahl radial aus. Wenn ein Stab mit einer großen radialen Abmessung oder eine andere große Probe in einer Dimension zusammengedrückt wird, verhindert die radiale Masse des Objekts die radiale Ausdehnung. Die Behinderung dieser radialen Bewegung hat zur Folge, dass das Material in der axialen Richtung steifer wirkt. Die höhere scheinbare Steifigkeit des Stabs mit dem größeren Durchmesser oder der voluminösen Probe ergibt eine effektive Schallgeschwindigkeit, die höher ist als die für den dünnen Stab.
  • Aus ähnlichen Gründen ist die scheinbare Schallgeschwindigkeit in der Nähe der Wände eines Objekts geringer als im Mittelbereich des Objekts. Im mittleren Bereich des Objekts wird die querzahlbedingte seitliche Bewegung als Reaktion auf eine Zusammendrückung oder Aufweitung in einer Richtung von der Masse der umgebenden Bereiche verhindert. In der Nähe der Oberfläche ermöglicht das Fehlen von Masse in einem Teil des umgebenden Bereichs eine querzahlbedingte seitliche Bewegung als Reaktion auf eine Zusammendrückung oder Aufweitung in einer parallel zur Oberfläche verlaufenden Richtung. Der scheinbare Unterschied in der Schallgeschwindigkeit für die beiden Bereiche ist das Ergebnis des Unterschieds der seitlichen Bewegungsfähigkeit in diesen beiden Fällen.
  • Da die Enden der Tropfenerzeugungsvorrichtung eine andere scheinbare Schallgeschwindigkeit aufweisen als der mittlere Bereich, können die Enden des Blocks eine geringfügig andere Resonanzfrequenz aufweisen als der mittlere Bereich. Durch Profilierung der Seitenwände und die dadurch bedingte Verschiebung der Resonanzfrequenz der Endabschnitte der Tropfenerzeugungsvorrichtung in eine größere Nähe zur Resonanzfrequenz des Mittelbereichs der Tropfenerzeugungsvorrichtung kann die Stimulierung der Tintendüsen gleichförmiger gestaltet werden.
  • Wie bereits erwähnt, arbeitet die bevorzugte Ausführungsform der Tropfenerzeugungsvorrichtung mit zwei symmetrisch angeordneten Reihen von piezoelektrischen Elementen, die sich über die gesamte Länge der Tropfenerzeugungsvorrichtung erstrecken.
  • Diese werden so angeregt, dass sie die Seiten der Tropfenerzeugungsvorrichtung biegen, um den radialen Biegemodus anzuregen. Dabei dehnen sich die piezoelektrischen Elemente jedoch in Längsrichtung, parallel zur Achse des Flüssigkeitshohlraums, aus. Bei unsachgemäßer Bemaßung und Platzierung der piezoelektrischen Elemente können diese über die Länge des Hohlraums unerwünschte axiale Biegemodi anregen. Um dies zu vermeiden, kann für die axialen Biegemodi die Wellenlänge bestimmt werden, deren Resonanzfrequenzen in der Nähe der gewünschten Betriebsfrequenz liegen. Die Länge der piezoelektrischen Kristalle sollte dann größer sein als eine halbe Wellenlänge dieser axialen Biegemodi und kleiner als eine Wellenlänge. Dadurch wird gewährleistet, dass die Enden des Kristalls, an denen sich der größte Teil der erzeugenden Kraft konzentriert, nicht zusammenwirken können, um solche axiale Biegemodi anzuregen.
  • Zur Betätigung der Tropfenerzeugungsvorrichtung können stattdessen auch schermodusgepolte piezoelektrische Materialien verwendet werden. Da die Scherung eines solchen piezoelektrischen Elements eine Längenänderung in dem Piezoelektrikum induziert, ist die Gefahr einer Anregung axialer Biegemodi bei piezoelektrischen Wandlern dieser Art geringer.
  • Die vorliegende Erfindung ist für den Tintenstrahldruck verwendbar und hat den Vorteil, dass sie insbesondere für Tintenstrahldrucker mit langer Düsenanordnung eine verbesserte Konstruktion für die Tropfenerzeugungsvorrichtung liefert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie lange Tintendüsenanordnungen bei hohen Betriebsfrequenzen stimuliert.

Claims (10)

  1. Tropfenerzeugungsvorrichtung (27) zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker, mit einem ersten und einem zweiten Endabschnitt mit einer Länge und einem zugeordneten Mittelabschnitt zwischen den Endabschnitten und mit einem Flüssigkeitshohlraum (28), an den eine mit Öffnungen versehene Platte mit einer mit Öffnungen versehenen Fläche (24) angeschlossen ist, wobei die mit Öffnungen versehene Platte eine Düsenanordnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen mehrnockige radiale Rohr-Biegemodi mit einer zugeordneten Nockensymmetrie bereitgestellt sind, wobei mindestens ein radialer Betriebsbiegemodus vorgesehen ist, um eine Anordnung von Öffnungen in Schwingung zu versetzen zum Stimulieren der Düsen; mindestens zwei Reihen von Wandlern (18) zum Erzeugen von Schwingungsmodi der Tropfenerzeugungsvorrichtung vorgesehen sind, wobei sich die mindestens zwei Reihen von Wandlern im Wesentlichen entlang einer Länge der Tropfenerzeugungsvorrichtung erstrecken.
  2. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die mindestens zwei Reihen von Wandlern der Nockensymmetrie des radialen Betriebsbiegemodus entsprechend angeordnet sind.
  3. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die mindestens zwei Reihen von Wandlern piezoelektrische Wandler umfassen.
  4. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 3, worin die piezoelektrischen Wandler in einem Dickeveränderungsmodus der piezoelektrischen Wandler angetrieben sind.
  5. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 3, worin die piezoelektrischen Wandler in einem Schermodus der piezoelektrischen Wandler angetrieben sind.
  6. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin jeder einzelne Wandler der mindestens zwei Reihen von Wandlern eine Länge hat, die größer ist als eine halbe Wellenlänge der axialen Biegemodi mit Frequenzen, die einer Betriebsfrequenz nahe kommen.
  7. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit: einem im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt für einen Mittelbereich; und zwei Endabschnitten mit unterschiedlichen Querschnitten, wobei die Endabschnitte eine Resonanzfrequenz haben, die der des Mittelbereichs entspricht.
  8. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 7, worin die Endabschnitte Einschnitte (25) auf einer Oberseite der Tropfenerzeugungsvorrichtung aufweisen, welche sich auf die Resonanzfrequenz der Endabschnitte auswirken.
  9. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 7, worin die Endabschnitte Umrisse (52) haben, die sich auf die Resonanzfrequenz der Endabschnitte auswirken.
  10. Tropfenerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 7, worin die Schwingungsmodi von mindestens zwei Reihen von Wandlern erzeugt werden, die sich im Wesentlichen entlang einer Länge der Tropfenerzeugungsvorrichtung erstrecken.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7584539B2 (en) 2006-10-16 2009-09-08 Eastman Kodak Company Electropolishing of inkjet printer components
EP2468312A4 (de) 2009-08-19 2014-05-14 Univ Tohoku Folie für hornhauttransplantate
WO2011115303A1 (en) 2010-03-18 2011-09-22 Ricoh Company, Ltd. Liquid droplet ejecting method, liquid droplet ejection apparatus, inkjet recording apparatus, production method of fine particles, fine particle production apparatus, and toner

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4188635A (en) 1977-10-03 1980-02-12 International Business Machines Corporation Ink jet printing head
US4245227A (en) 1978-11-08 1981-01-13 International Business Machines Corporation Ink jet head having an outer wall of ink cavity of piezoelectric material
US4245225A (en) 1978-11-08 1981-01-13 International Business Machines Corporation Ink jet head
JPS56144641A (en) * 1980-04-11 1981-11-11 Arupain Kk Muting device of car-mounted radio
US4587528A (en) * 1983-05-19 1986-05-06 The Mead Corporation Fluid jet print head having resonant cavity
JPS61258762A (ja) * 1985-05-13 1986-11-17 Ricoh Co Ltd マルチノズル型インクジエツトヘツド
JPS62140851A (ja) * 1985-12-17 1987-06-24 Canon Inc インクジエツト記録ヘツド
JPS63113651A (ja) * 1986-10-30 1988-05-18 Nec Home Electronics Ltd ホ−ムバス・システムのサブコントロ−ラ
US4827285A (en) 1988-09-01 1989-05-02 Eastman Kodak Company Continuous ink jet printer having orifice plate flexure stimulation
US4999647A (en) 1989-12-28 1991-03-12 Eastman Kodak Company Synchronous stimulation for long array continuous ink jet printer

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