EP0057956B1 - Schreibkopf für Tintenstrahldrucker - Google Patents

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EP0057956B1
EP0057956B1 EP82200100A EP82200100A EP0057956B1 EP 0057956 B1 EP0057956 B1 EP 0057956B1 EP 82200100 A EP82200100 A EP 82200100A EP 82200100 A EP82200100 A EP 82200100A EP 0057956 B1 EP0057956 B1 EP 0057956B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
writing head
duct
block
ducts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP82200100A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0057956A3 (en
EP0057956A2 (de
Inventor
Udo Bergmann
Heinrich Dr. Kurz
Wolfgang Radtke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Patentverwaltung GmbH, Philips Gloeilampenfabrieken NV, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Philips Patentverwaltung GmbH
Publication of EP0057956A2 publication Critical patent/EP0057956A2/de
Publication of EP0057956A3 publication Critical patent/EP0057956A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0057956B1 publication Critical patent/EP0057956B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/1429—Structure of print heads with piezoelectric elements of tubular type

Definitions

  • the invention relates to a write head for inkjet printers with a plurality of nozzle channels, each of which is assigned a drive element for ejecting ink droplets as required and to which the ink is supplied via a common distributor channel and via attenuators assigned via each nozzle channel, the nozzle channels, the distributor channel and the attenuators are arranged in a block forming the print head, in particular made of plastic, and run in such a way that the nozzle channels opening into the distribution channel in the area between the drive elements and outlet nozzles are deflected such that they run parallel to one another in the remaining areas, the distance in the area the outlet nozzles is determined by the required distance of the ink droplets to be applied in a mosaic on the recording medium and in the rear region by the dimensions of the drive elements.
  • Such a write head is known from DE-OS 2 918 737.
  • the nozzle channels, the distribution channel and the attenuators are designed as integrated trenches in a plastic block and are covered by a cover plate and thus closed.
  • the individual nozzle channels can only be checked after the complete assembly of the print head and it is difficult to adjust the individual nozzle elements individually, so that either a loss in quality or increased rejects have to be accepted.
  • a writing head is known from DE-OS 2 659 398, which contains several channels and drive elements, in order to represent characters in the form of an ink drop matrix, in particular as an ink-jet writing mechanism.
  • These print heads essentially consist of two plastic blocks.
  • the tubular nozzle channels with their drive elements are cast into one plastic block.
  • the channels are cast in a fan-shaped and straight line and open at their front ends in a separate nozzle plate, in which the nozzles are then aligned parallel to one another.
  • each channel is shaped so that it has a parallel cross section in the area of the cylindrical drive elements, which is relatively large.
  • the geometric arrangement of the nozzles in the nozzle plate is designed in such a way that the spacing of the nozzles from one another corresponds to the conditions resulting from the grid-like structure of the characters to be printed. For example, with a character height of 3.2 mm, the nozzle center distance for six nozzles is 0.53 mm. In order to meet this condition, the nozzle channels in the area between the drive elements and the nozzles must be conical. This means more work and materials.
  • the second plastic block contains a trough-shaped recess into which the liquid is introduced. Both plastic blocks are firmly connected to each other at their edges.
  • a further plate is provided between the plastic blocks, in which damping channels (throttles) are arranged, the tube cross section of which is smaller than the cross section of the nozzle channels and which are parallel to one another.
  • the known system is difficult to fill with liquid without trapping gas bubbles in the transition zones. Any misalignment between the pressure channel and the nozzle element promotes the gas bubble inclusion, not only when filling the liquid for the first time, but also during operation, because e.g. B. can shake the liquid back into the interior of the system by shaking and then trapping air bubbles at the critical points. Any offset between the pressure channel and the nozzle element also hinders the pressure line in any case and causes pressure losses.
  • a writing element for inkjet printers is known from US Pat. No. 3,832,579, the tubular nozzle channel of which is made of glass and runs in a straight line from the area of the drive element to the outlet nozzle with the same, relatively large cross-section.
  • Nozzle channel and nozzle consist of one piece.
  • a hose is attached to the end of the nozzle channel facing away from the nozzle, via which the inks are closed drove out of an ink reservoir.
  • This hose has a smaller cross section than the nozzle channel, so that it acts as an attenuator.
  • the electromechanical, preferably piezoelectric drive element is arranged in tubular form around the nozzle channel and, when electrically controlled, exerts a pressure on the liquid in the nozzle channel. This pressure is not only directed towards the outlet nozzle, but also towards the rear in the opposite direction. However, since the liquid should only be ejected towards the front of the nozzle, the damping element is provided on the rear nozzle channel.
  • the invention has for its object to design a write head of the type mentioned with a simple manufacturing possibility so that the function of the individual nozzle channels can be checked and adjusted individually during manufacture and before completion to a writing head, without sacrificing a compact design to have to.
  • all the nozzle channels, including the damping members are each designed as integrated tubular units and are each provided with a permanently assigned drive element, that the individual nozzle channels are held in a first block in a predetermined assignment to one another in such a way that the feed openings of the Nozzle channels are open to a level of the first block, and that the distribution channel is arranged in a second block such that it forms an open distribution channel to a level corresponding to the level of the first block, and that the level of the first block and the level of the second blocks are joined together.
  • the drive elements themselves are expediently kept freely accessible, so that they can be adjusted subsequently and all writing nozzles have the same drop emission.
  • the distribution channel is tubular and has a larger cross section than the cross section of a nozzle channel.
  • the routing of the distribution channel in the separate plastic block is insignificant. It can be guided in a U-shape or in a straight line. It is only essential that the actual feed area for the nozzle channels runs perpendicular to these.
  • the material of the nozzle channels can also be any and depends essentially on the compatibility with the ink liquid and the plastic used for the block. Nozzle channels made of glass are particularly advantageous.
  • a writing head designed in this way is also particularly simple to manufacture, the method according to the invention of which is characterized in that each nozzle channel is first brought into the predetermined shape and provided with a drive element, then checked for proper function and droplet emission, then in a holder is aligned and poured into a plastic block so that after this process the plastic block is cut flat at its rear end perpendicular to the ends of the nozzle channels and connected to the distributor channel, which is also cast in a plastic block.
  • the drop emission of the individual nozzle channels is measured and coordinated with one another by trimming the drive elements. This trimming can take place in that one of the electrodes of the drive elements in question, in whose nozzle channel there is a drop emission that deviates from a predetermined value, is reduced more or less until the predetermined value is reached.
  • the write head according to the invention has the advantage that the individual nozzle channels with their drive elements can be checked individually for their functionality before being poured into the plastic block during its manufacture. This practically eliminates rejects on finished print heads. It is also possible to trim the individual drive elements after the production of the write head and thus to set all of its nozzle channels to the same properties with the same drive pulses for all channels.
  • the control electronics for the write head can thus be designed in a simple manner.
  • the nozzle channels have the same cross-section over their entire length, except in the area of the damping members and the nozzles, which is kept relatively small, e.g. B. 0.4 mm.
  • the drive elements are controlled in such a way that the liquid meniscus present in the nozzle is first drawn into the front part of the nozzle channel by the applied voltage pulse and the voltage is switched off as soon as the liquid meniscus has reached its maximum in the ejection direction. The fact that the liquid is drawn in first and then ejected results in a higher initial velocity of the ejected droplet.
  • only a low control voltage is required to emit the liquid. This is a negative control in contrast to the known arrangements in which there is a positive control, i.e. the liquid meniscus is immediately moved in the direction of the discharge.
  • the write head for an inkjet printer in which the individual ink droplets are ejected from the nozzles and then hit a recording medium in free flight, i.e. are not deflected in an electromagnetic field, consists of a tubular nozzle channel 1 with a drive element 2 surrounding it.
  • the drive element is preferably glued to the nozzle channel.
  • Each nozzle channel 1 is deflected or bent between the drive element 2 and the outlet nozzle 3 such that it runs parallel to the adjacent nozzle channels of the write head outside this area, the center distance of the nozzles in the front area being due to the required distance of the mosaic-like ink droplets on the Record carriers, e.g. B. 0.53 mm, and in the rear area is determined by the dimensions of the drive elements 2.
  • a constriction is provided which serves as an integrated damping 4 for the liquid vibrations.
  • the cross section of the nozzle channel is the same over its entire length and is e.g. 0.4 mm.
  • This relatively small cross section allows the combination of several nozzle channels to form a write head made of e.g. B. six superposed nozzles or from a nozzle matrix, with a character size on the record carrier of 3.2 mm height, the center distance of the superimposed nozzles is 0.53 mm.
  • the constant cross-section enables better control of the liquid discharge through the drive elements.
  • the drive element 2 acts as an electromechanical transducer and is designed in particular as a piezoelectric transducer. It consists of an inner electrode 5 lying directly on the outer surface of the nozzle channel 1, an outer electrode 6 and a piezoelectric element 7 arranged in between. The inner electrode 5 is on one side around the end face of the piezoelectric element 7 up to the top thereof drawn and separated from the outer electrode 6 by an electrically non-conductive gap. This provides a simple connection of the connecting wires 8 and 9.
  • This element shown in FIG. 1 is a functional drop generator and, if necessary, can be checked for its functionality before being assembled with other such drop generators. As a result, the number of rejects on print heads can be kept low.
  • a module is now produced from several such nozzle channels 1, in which e.g. six nozzle channels 1, which are bent in a precisely defined manner, including their drive elements 2, outlet nozzles 3 and damping members 4, are immovably combined in a block 10. 2 shows that this can be done, for example, with a casting resin.
  • the drive elements 2 themselves are not cast in, in order to keep free access to them, not to hinder their movements by casting resin or other fixings, and also to isolate them mechanically from one another.
  • the drive elements can also be cast in the plastic block 10. Then, however, the change described later and the advantages mentioned must be dispensed with.
  • the combination into a module therefore expediently only takes place on the nozzle channels themselves.
  • the individual nozzle channels are poured in a mold.
  • the holder in the area of the outlet nozzles 3 can be carried out in a known manner by means of a holding comb 12 or a perforated plate which ensures the required nozzle spacing.
  • This bracket 12 is cast together with the individual nozzle channels 1.
  • the nozzle channels 1 are placed in a divisible holder of the casting mold, not shown, in such a way that the drive elements 2 are located in the recess 14 formed by the holder and the nozzle channels protrude on both sides of this recess 14.
  • the feedthroughs in the mold for the nozzle channels 10 must be tight so that no casting resin reaches the drive elements 2.
  • nozzle channels 1 now held in the areas of the outlet nozzles 3 and the drive elements 2 are placed in a mold, not shown, which determines the shape of the module, care being taken to ensure that no casting resin can penetrate into the interior of the nozzle channels 1.
  • This can be done in a known manner by flexible sealing materials, e.g. Silicone rubber, reach.
  • the casting mold can also be designed such that it already ends at the section line 13.
  • shrinkage tolerances cannot be ruled out, there is a risk that the edge will not be flat and the ends of the nozzle channels will protrude somewhat from this edge surface. As described later, this area must be sealed against the distribution channel.
  • the tubular distribution channel is produced in a separate operation (FIG. 3).
  • a U-shaped channel 16 is formed in a plastic block 15, for. B. by casting a correspondingly shaped wire, which is then etched out, or in another suitable form.
  • the mold On the side of the web, the mold, not shown, is also kept somewhat larger.
  • the plastic block 15 In the area of this web, the plastic block 15 is then brought to the desired shape along the cutting line 20.
  • This section line 20 is to be laid so that the web of the distribution channel is open to the outside.
  • the distribution channel is at least larger in cross section than the cross section of the individual nozzle channels 1 in the area of the web and runs perpendicular to these.
  • the print head allows liquid to be filled in easily without trapping gas bubbles. This is achieved in that there are no disruptive edges in the course of the liquid paths.
  • the ink supply can also take place in such a way that the distribution channel 17 is led straight up and down out of the block 15.
  • the drive elements 2 are freely accessible on the finished write head. If at the same time one possibility is provided on each drive element 2 to trim it, the entire write head, i.e. set all of its nozzle channels 1 to the same properties with the same control impulses for all channels. When using piezoelectric transducers, this can be done in a simple manner by partially burning away or etching away one of the electrodes 5 or 6. The efficiency of the individual drive elements can thus be set so that all nozzle channels 1 react in the same way to the same control pulse.
  • the module can be manufactured as a plate-like element. If several such modules are stacked and the outlet nozzles 3 of one module are shifted in a suitable manner, multiple print heads can be produced with many drop generators working simultaneously, which at the same time allow many matrix patterns determined by the arrangement of the outlet nozzles.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Schreibkopf für Tintenstrahldrucker mit mehreren Düsenkanälen, denen jeweils ein Antriebselement zum bedarfsweisen Ausstoss von Tintentröpfchen zugeordnet ist und denen die Tinte über einen gemeinsamen Verteilerkanal und über jedem Düsenkanal zugeordnete Dämpfungsglieder zugeführt wird, wobei die Düsenkanäle, der Verteilerkanal und die Dämpfungsglieder in einem den Schreibkopf bildenden, insbesondere aus Kunststoff bestehenden Block angeordnet sind und derart verlaufen, dass die in den Verteilerkanal mündenden Düsenkanäle im Bereich zwischen den Antriebselementen und Auslassdüsen derart ausgelenkt sind, dass sie in den übrigen Bereichen parallel zueinander verlaufen, wobei der Abstand im Bereich der Auslassdüsen durch den erforderlichen Abstand der mosaikartig auf dem Aufzeichnungsträger aufzutragenden Tintentröpfchen und im hinteren Bereich durch die Abmessungen der Antriebselemente bestimmt ist.
  • Ein derartiger Schreibkopf ist durch die DE-OS 2 918 737 bekannt. Dort sind die Düsenkanäle, der Verteilerkanal und die Dämpfungsglieder als integrierte Eingrabungen in einem Kunststoffblock ausgebildet und werden durch eine Deckplatte abgedeckt und damit geschlossen. Die einzelnen Düsenkanäle können erst nach der kompletten Montage des Schreibkopfes geprüft werden und es bereitet Schwierigkeiten, die einzelnen Düsenelemente einzeln für sich zu justieren, so dass entweder Qualitätseinbussen oder erhöhter Ausschuss in Kauf genommen werden müssen.
  • Aus der DE-OS 2 659 398 ist ein Schreibkopf bekannt, der mehrere Kanäle und Antriebselemente enthält, um insbesondere als Tintenspritzschreibwerk Zeichen in Form einer Tintentropfenmatrix darzustellen. Diese Schreibköpfe bestehen im wesentlichen aus zwei Kunststoffblöcken. In dem einen Kunststoffblock sind die rohrförmigen Düsenkanäle mit ihren Antriebselementen eingegossen. Die Kanäle sind fächerförmig und geradlinig eingegossen und münden an ihren vorderen Enden in einer gesonderten Düsenplatte, in der die Düsen dann parallel zueinander ausgerichtet sind. Ausserdem ist jeder Kanal so geformt, dass er im Bereich der zylindrischen Antriebselemente einen parallel verlaufenden Querschnitt besitzt, der relativ gross ist. Die geometrische Anordnung der Düsen in der Düsenplatte ist so gestaltet, dass der Abstand der Düsen untereinander den sich durch den rasterförmigen Aufbau der abzudrukkenden Zeichen ergebenen Bedingungen entspricht. So ist bei einer Höhe des Zeichens von 3,2 mm der Düsenmittenabstand bei sechs Düsen 0,53 mm. Um diese Bedingung zu erfüllen, sind die Düsenkanäle im Bereich zwischen den Antriebselementen und den Düsen konisch auszuführen. Dies bedeutet einen höheren Arbeits- und Materialaufwand. Der zweite Kunststoffblock enthält eine wannenförmige Aussparung, in die die Flüssigkeit eingeführt wird. Beide Kunststoffblöcke sind an ihren Rändern fest miteinander verbunden. Zwischen den Kunststoffblöcken ist eine weitere Platte vorgesehen, in der Dämpfungskanäle (Drosseln) angeordnet sind, deren Rohrquerschnitt kleiner ist als der Querschnitt der Düsenkanäle und die parallel zueinander liegen.
  • Die bekannten kompakten Einheiten stellen sehr hohe Anforderungen an die Fertigung. Trotz hoher Genauigkeit in der Fertigung der Einzelteile kann bei ihrem Zusammenbau ein Versatz in den Übergangszonen zwischen Druckkanal und Düsenelement und/oder zwischen der Platte für die Dämpfung der Flüssigkeit und den Kanälen nicht ausgeschlossen werden. Diese Tatsache kann die Tropfenemission erheblich behindern und sogar zum Ausfall des Schreibkopfes führen.
  • Das bekannte System kann nur schwer mit Flüssigkeit gefüllt werden, ohne in den Übergangszonen Gasblasen einzuschliessen. Jeder Versatz zwischen Druckkanal und Düsenelement fördert den Gasblaseneinschluss, und zwar nicht nur beim erstmaligen Einfüllen der Flüssigkeit, sondern auch während des Betriebes, weil z. B. durch Erschütterung die Flüssigkeit in das Innere des Systems zurückfliessen kann und dann beim Vorschnellen an den kritischen Stellen Luftblasen eingeschlossen werden. Jeder Versatz zwischen Druckkanal und Düsenelement behindert ausserdem in jedem Falle die Druckleitung und bewirkt Druckveriuste.
  • Ferner ist zwischen den Blöcken mit den Düsenkanälen und der Düsenplatte stets ein Spalt vorhanden. Dieser Spalt beeinflusst den Tropfenausstoss ebenfalls und ist ausserdem nicht über lange Zeit gleichbleibend. Er verändert sich beispielsweise durch thermische oder chemische Einflüsse oder durch mechanisches Verspannen. Diese Veränderungen erfordern es, das System nach jeder Veränderung mit neuen entsprechend abgeänderten Ansteuerimpulsen zu betreiben. Dies bedeutet somit nicht nur zusätzlichen elektronischen Aufwand, sondern auch dauernde Service-Bereitschaft.
  • In ähnlicher Weise ist im Bereich der Flüssigkeitszuführung nicht gewährleistet, dass die Flüssigkeit problemlos, d.h. ohne Gaseinschlüsse zugeführt werden kann. Vielmehr wird durch das Anfügen der zusätzlichen Platte mit den Drosselleitungen auch an dieser Stelle deren genaue Positionierung zueinander gefordert. Dies ist ebenfalls eine kritische Zone, wie sie für den Bereich der Düsenplatte bereits beschrieben wurde. Sind die Zuleitungsbohrungen noch von kleinerem Querschnitt als die Düsenkanäle - aus der Sicht des Spritzens an sich vorteilhaft - werden die aufgeführten Probleme beim Einfüllen der Flüssigkeit noch grösser.
  • Weiterhin ist aus der US-PS 3 832 579 ein Schreibelement für Tintenstrahldrucker bekannt, dessen rohrförmiger Düsenkanal aus Glas hergestellt ist und vom Bereich des Antriebselementes bis zur Auslassdüse geradlinig mit gleichem, relativ grossem Querschnitt verläuft. Düsenkanal und Düse bestehen aus einem Stück. Auf das der Düse abgewandte Ende des Düsenkanales ist ein Schlauch aufgebracht, über den die Tintenzufuhr aus einem Tintenreservoir erfolgt. Dieser Schlauch besitzt einen kleineren Querschnitt als der Düsenkanal, so dass er als Dämpfungsglied wirkt. Das elektromechanische, vorzugsweise piezoelektrische Antriebselement ist rohrförmig um den Düsenkanal angeordnet und übt bei elektrischer Ansteuerung einen Druck auf die im Düsenkanal befindliche Flüssigkeit aus. Dieser Druck ist nicht nur nach vorn zur Auslassdüse gerichtet, sondern auch nach hinten in die entgegengesetzte Richtung. Da der Ausstoss der Flüssigkeit aber nur nach vorn zur Düse erwünscht ist, wird am hinteren Düsenkanal das Dämpfungsglied vorgesehen.
  • Sollen nun mosaikartig aufgebaute Zeichen abgedruckt werden, so sind mehrere solcher Schreibelemente nebeneinander und parallel zueinander anzuordnen. Dabei wird dann der Mittenabstand der einzelnen Auslassdüsen durch den Aussendurchmesser der rohrförmigen Antriebselemente bestimmt. Dieser Durchmesser aber ist wesentlich grösser als der für ein gut lesbares Zeichen erforderliche Abstand der auf den Aufzeichnungsträger aufzutragenden Rasterpunkte. Die aufgezeichnete Zeichenlinie erscheint als Punktreihe und nicht als durchgehende Linie.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schreibkopf der eingangs genannten Art bei einfacher Herstellungsmöglichkeit so zu gestalten, dass die Funktion der einzelnen Düsenkanäle bereits während der Herstellung und vor der Komplettierung zu einem Schreibkopf einzeln überprüfbar und justierbar ist, ohne dabei auf eine kompakte Bauweise verzichten zu müssen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sämtliche Düsenkanäle einschliesslich der Dämpfungsglieder jeweils als integrierte rohrförmige Einheiten ausgebildet und jeweils mit einem fest zugeordneten Antriebselement versehen sind, dass die einzelnen Düsenkanäle in einem ersten Block in vorbestimmter Zuordnung in der Weise zueinander gehalten sind, dass die Zuführungsöffnungen der Düsenkanäle zu einer Ebene des ersten Blocks hin geöffnet sind, und dass der Verteilerkanal in einem zweiten Block derart angeordnet ist, dass er einen zu einer der Ebene des ersten Blocks korrespondierenden Ebene geöffneten Verteilerkanal bildet, und dass die Ebene des ersten Blocks und die Ebene des zweiten Blocks aneinander gefügt sind.
  • Zweckmässig werden die Antriebselemente selbst frei zugänglich gehalten, so dass sie nachträglich eingestellt werden können und alle Schreibdüsen eine gleiche Tropfenemission aufweisen.
  • Der Verteilerkanal ist rohrförmig ausgebildet und in seinem Querschnitt grösser gehalten als der Querschnitt eines Düsenkanales. Dabei ist die Führung des Verteilerkanales in dem gesonderten Kunststoffblock unbedeutend. Er kann darin U-förmig oder geradlinig geführt sein. Wesentlich ist nur, dass der eigentliche Zuführbereich für die Düsenkanäle senkrecht zu diesen verläuft. Auch das Material der Düsenkanäle kann beliebig sein und richtet sich im wesentlichen nach der Verträglichkeit mit der verwendeten Tintenflüssigkeit und dem verwendeten Kunststoff des Blockes. Besonders vorteilhaft sind Düsenkanäle aus Glas.
  • Ein derart ausgebildeter Schreibkopf ist besonders einfach auch in seiner Herstellung, dessen Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Düsenkanal zunächst in die vorbestimmte Form gebracht und mit einem Antriebselement versehen wird, danach auf einwandfreie Funktion und Tropfenemission geprüft wird, anschliessend in einer Halterung ausgerichtet und in einen Kunststoffblock eingegossen wird, dass nach diesem Vorgang der Kunststoffblock an seinem hinteren Ende senkrecht zu den Enden der Düsenkanäle plangeschnitten und mit dem ebenfalls in einem Kunststoffblock eingegossenen Verteilerkanal verbunden wird. Nach dem Zusammenbau des Schreibkopfes und Füllen des Verteilerkanales mit Flüssigkeit wird die Tropfenemission der einzelnen Düsenkanäle gemessen und durch Trimmen der Antriebselemente aufeinander abgestimmt. Dieses Trimmen kann dadurch erfolgen, dass eine der Elektroden der betreffenden Antriebselemente, bei deren Düsenkanal eine von einem vorbestimmten Wert abweichende Tropfenemission vorliegt, mehr oder weniger verkleinert wird, bis der vorbestimmte Wert erreicht ist.
  • Der Schreibkopf nach der Erfindung hat den Vorteil, dass während seiner Herstellung die einzelnen Düsenkanäle mit ihren Antriebselementen vor dem Eingiessen in den Kunststoffblock einzeln auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden können. Dadurch wird der Ausschuss an fertigen Schreibköpfen praktisch vermieden. Auch ist es möglich, nach der Herstellung des Schreibkopfes die einzelnen Antriebselemente zu trimmen und dadurch alle seine Düsenkanäle auf gleiche Eigenschaften einzustellen bei für alle Kanäle gleichen Ansteuerimpulsen. Die Steuerelektronik für den Schreibkopf kann dadurch einfach gestaltet werden.
  • Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung besitzen die Düsenkanäle ausser im Bereich der Dämpfungsglieder und der Düsen über ihre gesamte Länge gleichen Querschnitt, der relativ klein gehalten ist, z. B. 0,4 mm. Ausserdem erfolgt die Ansteuerung der Antriebselemente derart, dass durch den angelegten Spannungsimpuls der in der Düse vorhandene Flüssigkeitsmeniskus zunächst in den vorderen Teil des Düsenkanales hineingezogen wird und die Spannung abgeschaltet wird, sobald der Flüssigkeitsmeniskus in Ausstossrichtung sein Maximum erreicht hat. Dadurch, dass somit die Flüssigkeit zuerst eingezogen und dann ausgestossen wird, ergibt sich eine höhere Anfangsgeschwindigkeit des ausgestossenen Tröpfchens. Ausserdem wird zur Emittierung der Flüssigkeit nur eine geringe Ansteuerspannung benötigt. Es handelt sich hierbei um eine negative Ansteuerung im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen eine positive Ansteuerung vorliegt, d.h. der Flüssigkeitsmeniskus wird sofort in Richtung des Ausstosses bewegt.
  • Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 ein vormontierter kompletter Düsenkanal,
    • Fig. 2 den Zusammenbau mehrerer Düsenkanäle nach Fig. 1 in einem ersten Modul,
    • Fig. 3 den Verteilerkanal in einem zweiten Modul,
    • Fig. 4 den kompletten Schreibkopf mit Düsenkanälen und Verteilerkanal und
    • Fig. 5 den Querschnitt entlang der Schnittlinie AB der Fig. 4.
  • Der Schreibkopf für einen Tintenstrahldrucker, bei dem die einzelnen Tintentröpfchen aus den Düsen ausgestossen und anschliessend in freiem Fluge auf einen Aufzeichnungsträger auftreffen, also nicht in einem elektromagnetischen Feld abgelenkt werden, besteht aus einem rohrförmigen Düsenkanal 1 mit einem ihn umgebenden Antriebselement 2. Das Antriebselement ist auf den Düsenkanal vorzugsweise aufgeklebt. Jeder Düsenkanal 1 ist zwischen dem Antriebselement 2 und der Auslassdüse 3 derart ausgelenkt bzw. gebogen, dass er ausserhalb dieses Bereiches parallel zu den benachbarten Düsenkanälen des Schreibkopfes verläuft, wobei der Mittenabstand der Düsen im vorderen Bereich durch den erforderlichen Abstand der mosaikartig aufgetragenen Tintentröpfchen auf den Aufzeichnungsträger, z. B. 0,53 mm, und im hinteren Bereich durch die Abmessungen der Antriebselemente 2 bestimmt ist. Am hinteren Ende des Düsenkanales 1 ist eine Einengung vorgesehen, die als integrierte Dämpfung 4 für die Flüssigkeitsschwingungen dient.
  • Mit Ausnahme der Auslassdüse 3 und des Dämpfungsgliedes 4 ist der Querschnitt des Düsenkanales über dessen gesamte Länge gleich und beträgt z.B. 0,4 mm. Dieser relativ kleine Querschnitt erlaubt die Zusammenfassung mehrerer Düsenkanäle zu einem Schreibkopf aus z. B. sechs übereinander angeordneten Düsen oder aus einer Düsenmatrix, wobei bei einer Zeichengrösse auf dem Aufzeichnungsträger von 3,2 mm Höhe der Mittenabstand der übereinanderliegenden Düsen 0,53 mm beträgt. Der gleichbleibende Querschnitt ermöglicht eine bessere Steuerung des Flüssigkeitsausstosses durch die Antriebselemente.
  • Das Antriebselement 2 wirkt als elektromechanischer Wandler und ist insbesondere als piezoelektrischer Wandler ausgebildet. Er besteht aus einer inneren, direkt auf der Aussenfläche des Düsenkanales 1 liegenden Elektrode 5, einer äusseren Elektrode 6 und einem dazwischen angeordneten piezoelektrischen Element 7. Die innere Elektrode 5 ist an einer Seite um die Stirnseite des piezoelektrischen Elementes 7 herum bis auf die Oberseite desselben gezogen und von der äusseren Elektrode 6 durch einen elektrisch nicht leitenden Spalt getrennt. Dadurch ist ein einfacher Anschluss der Anschlussdrähte 8 und 9 gegeben. Dieses in Fig. 1 dargestellte Element ist ein funktionsfähiger Tropfenerzeuger und kann bedarfsweise vor dem Zusammenbau mit weiteren derartigen Tropfenerzeugern bereits auf seine Funktionsfähigkeit geprüft werden. Dadurch kann der Ausschuss an Schreibköpfen gering gehalten werden.
  • Aus mehreren solcher Düsenkanäle 1 wird nun ein Modul hergestellt, in dem z.B. sechs in genau bestimmter Weise gebogene Düsenkanäle 1 einschliesslich ihrer Antriebselemente 2, Auslassdüsen 3 und Dämpfungsglieder 4 unveränderlich in einem Block 10 zusammengefasst werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist gezeigt, dass dies beispielsweise mit einem Giesharz erfolgen kann. Die Antriebselemente 2 selbst sind nicht eingegossen, um freien Zugang zu ihnen zu behalten, sie nicht in ihren Bewegungen durch Giesharz oder andere Fixierungen zu behindern und sie auch mechanisch voneinander zu isolieren. Die Antriebselemente können jedoch ebenfalls in dem Kunststoffblock 10 mit eingegossen werden. Dann aber muss auf die später beschriebene Veränderung und auf die genannten Vorteile verzichtet werden. Zweckmässig erfolgt die Zusammenfassung zu einem Modul somit nur an den Düsenkanälen selbst. Dies kann in der Weise geschehen, dass die Auslassdüsen 3 mit einem bestimmten Abstand voneinander, der durch die gegebenenfalls zu erzeugende Zeichenmatrix bestimmt wird, und die den Auslassdüsen 3 gegenüberliegende Seite der Kanäle im Bereich der Dämpfungsteile 4 ebenfalls zusammengefasst werden, und zwar so, dass die Düsenkanäle 1 in diesem Gebiet 11 in einer breiteren Zone eingegossen werden als es für den fertigen Modul erforderlich wäre.
  • Das Eingiessen der einzelnen Düsenkanäle erfolgt in einer Form. Die Halterung im Bereich der Auslassdüsen 3 kann in bekannter Weise durch einen Haltekamm 12 oder eine Lochplatte erfolgen, die den erforderlichen Düsenabstand gewährleistet. Diese Halterung 12 wird zusammen mit den einzelnen Düsenkanälen 1 eingegossen. Auf der anderen Seite werden die Düsenkanäle 1 derart in eine teilbare, nicht dargestellte Halterung der Giessform gelegt, dass sich die Antriebselemente 2 in der von der Halterung gebildeten Aussparung 14 befinden und die Düsenkanäle zu beiden Seiten dieser Aussparung 14 herausragen. Die Durchführungen in der Giessform für die Düsenkanäle 10 müssen dicht sein, damit kein Giesharz zu den Antriebselementen 2 gelangt. Die nun in den Bereichen der Auslassdüsen 3 und der Antriebselemente 2 gehalterten Düsenkanäle 1 werden in eine die Gestalt des Moduls bestimmende, nicht dargestellte Giessform gelegt, wobei dafür Sorge getragen ist, dass in das Innere der Düsenkanäle 1 kein Giesharz eindringen kann. Dies lässt sich in bekannter Weise durch flexible Dichtmaterialien, z.B. Silikongummi, erreichen.
  • Das Ausgiessen der so vorbereiteten Form ist ein bekannter Vorgang. Es entsteht dabei ein Rohmodul wie in Fig. 2 dargestellt. Dieses wird in einem einfachen Arbeitsgang im Bereich 11 auf die gewünschte Länge entlang der Linie 13 abgeschnitten, so dass eine plane Ebene senkrecht zu den Düsenkanälen 1 entsteht.
  • Die Giessform kann abweichend vom beschriebenen Beispiel auch so gestaltet sein, dass sie bereits an der Schnittlinie 13 endet. Da aber Schrumpfungstoleranzen nicht auszuschliessen sind, besteht die Gefahr, dass dann die Kante nicht plan ist und die Enden der Düsenkanäle aus dieser Kantenfläche etwas herausstehen. Wie nachträglich beschrieben, muss diese Fläche gegenüber dem Verteilerkanal aber dicht sein.
  • In einem separaten Arbeitsgang wird der rohrförmige Verteilerkanal hergestellt (Fig. 3). Hierzu wird in einem Kunststoffblock 15 ein U-förmiger Kanal 16 eingeformt, z. B. durch Vergiessen eines entsprechend geformten Drahtes, der anschliessend ausgeätzt wird, oder in anderer geeigneter Form. Auf der Seite des Steges ist auch hierbei die nicht dargestellte Giessform etwas grösser gehalten. Im Bereich dieses Steges wird anschliessend der Kunststoffblock 15 entlang der Schnittlinie 20 auf die gewünschte Form gebracht. Diese Schnittlinie 20 ist so zu legen, dass der Steg des Verteilerkanales nach aussen offen ist. Der Verteilerkanal ist mindestens im Bereich des Steges im Querschnitt grösser als der Querschnitt der einzelnen Düsenkanäle 1 und verläuft senkrecht zu diesen.
  • Beide Modulteile nach den Figuren 2 und 3 werden mit ihren geschnittenen Seiten zusammengekoppelt. Dadurch stellt der Verteilerkanal eine integrale Flüssigkeitszufuhr zu den Düsenkanälen dar, weil keine besondere Zuordnung von Bohrungen zu bestimmten Kanälen besteht. Der komplette Schreibkopf ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei besteht der U-förmige Kanal 16 aus dem Steg 17 als eigentlicher Verteilerkanal und aus den Schenkeln 18 und 19. An den Schenkel 18 wird die Zuführleitung 21 für die Schreibflüssigkeit angeschlossen. Der Schenkel 19 enthält die Entlüftungsvorrichtung 22. Dieser Modul ist bereits ein einfacher Schreibkopf, mit dem Zeichen mosaikartig aufgebaut werden können.
  • Der Schreibkopf gestattet es, Flüssigkeit auf einfache Art einzufüllen ohne dabei Gasblasen einzuschliessen. Dies wird dadurch erreicht, dass keine störenden Kanten im Verlauf der Flüssigkeitswege vorhanden sind.
  • In Abänderung des beschriebenen Beispieles kann die Tintenzufuhr auch so erfolgen, dass der Verteilerkanal 17 geradlinig nach oben und unten aus dem Block 15 herausgeführt wird.
  • Nach der beschriebenen Herstellungsweise sind die Antriebselemente 2 am fertigen Schreibkopf frei zugänglich. Wenn man gleichzeitig an jedem Antriebselement 2 eine Möglichkeit vorsieht, diese zu trimmen, kann man den ganzen Schreibkopf, d.h. alle seine Düsenkanäle 1, auf gleiche Eigenschaften einstellen bei für alle Kanäle gleichen Ansteuerimpulsen. Dies kann bei Verwendung von piezoelektrischen Wandlern in einfacher Weise durch teilweises Wegbrennen oder Wegätzen einer der Elektroden 5 oder 6 geschehen. Damit lässt sich der Wirkungsgrad der einzelnen Antriebselemente so einstellen, dass alle Düsenkanäle 1 auf denselben Ansteuerimpuls in gleicher Weise reagieren.
  • Der Modul lässt sich als plattenartiges Element herstellen. Wenn man mehrere solche Module stapelt und dabei noch in geeigneter Weise die Auslassdüsen 3 des einen Moduls gegen den anderen verschoben anordnet, lassen sich Mehrfachschreibköpfe mit vielen gleichzeitig arbeitenden Tropfengeneratoren herstellen, die zugleich viele durch die Anordnung der Auslassdüsen bestimmte Matrixmuster erlauben.

Claims (13)

1. Schreibkopf für Tintenstrahldrucker mit mehreren Düsenkanälen, denen jeweils ein Antriebselement zum bedarfsweisen Ausstoss von Tintentröpfchen zugeordnet ist und denen die Tinte über einen gemeinsamen Verteilerkanal (17) und über jedem Düsenkanal (1) zugeordnete Dämpfungsglieder (4) zugeführt wird, wobei die Düsenkanäle (1), der Verteilerkanal (17) und die Dämpfungsglieder (4) in einem den Schreibkopf bildenden, insbesondere aus Kunststoff bestehenden Block (15) angeordnet sind und derart verlaufen, dass die in den Verteilerkanal (17) mündenden Düsenkanäle (1) im Bereich zwischen den Antriebselementen (2) und den Auslassdüsen (3) derart ausgelenkt sind, dass sie in den übrigen Bereichen parallel zueinander verlaufen, wobei der Abstand im Bereich der Auslassdüsen (3) durch den erforderlichen Abstand der mosaikartig auf dem Aufzeichnungsträger aufzutragenden Tintentröpfchen und im hinteren Bereich durch die Abmessungen der Antriebselemente (2) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Düsenkanäle (1) einschliesslich der Dämpfungsglieder (4) jeweils als integrierte rohrförmige Einheiten ausgebildet und jeweils mit einem fest zugeordneten Antriebselement (2) versehen sind, dass die einzelnen Düsenkanäle (1) in einem ersten Block (10) in vorbestimmter Zuordnung in der Weise zueinander gehalten sind, dass die Zuführungsöffnungen der Düsenkanäle (1) zu einer Ebene (13) des ersten Blocks hin geöffnet sind, und dass der Verteilerkanal (17) in einem zweiten Block (15) derart angeordnet ist, dass er einen zu einer der Ebene (13) des ersten Blocks korrespondierenden Ebene (20) geöffneten Verteilerkanal (17) bildet, und dass die Ebene (13) des ersten Blocks (10) und die Ebene (20) des zweiten Blocks (15) aneinander gefügt sind.
2. Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente (2) der Düsenkanäle (1) frei zugänglich in einer Aussparung (14) des zugeordneten Blockes (10) angeordnet sind.
3. Schreibkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente (2) rohrförmig ausgebildet sind und auf den Düsenkanälen (1) aufgeklebt sind.
4. Schreibkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente (2) parallel zueinander angeordnet sind.
5. Schreibkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Elektrode (5) des Antriebselementes (2) bis auf deren Aussenseite herumgezogen ist.
6. Schreibkopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines Düsenkanales (1) ausser im Bereich des Dämpfungsgliedes (4) und der Auslassdüse (3) über dessen ganze Länge gleich ist.
7. Schreibkopf nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanal (17) rohrförmig ausgebildet ist und in seinem Querschnitt grösser ist als der Querschnitt eines Düsenkanales (1).
8. Schreibkopf nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanal (17) U-förmig ausgebildet ist, wobei der eine Schenkel (18) als Zuführkanal für die Flüssigkeit, der Steg (17) als eigentlicher Zuführkanal und der andere Schenkel (19) als Entlüftungskanal ausgebildet sind.
9. Herstellungsverfahren für einen Schreibkopf nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Düsenkanal (1) zunächst in die vorbestimmte Form gebracht und mit einem Antriebselement (2) versehen wird, danach auf einwandfreie Funktion und Tropfenemission geprüft wird, anschliessend in einer Halterung (12) ausgerichtet und in einen Kunststoffblock (10) eingegossen wird, dass nach diesem Vorgang der Kunststoffblock (10) an seinem hinteren Ende senkrecht zu den Enden der Düsenkanäle (1) plangeschnitten und mit dem ebenfalls in einem Kunststoffblock (15) eingegossenen Verteilerkanal (17) verbunden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zusammenbau des Schreibkopfes und Füllen des Verteilerkanales mit Flüssigkeit die Tropfenemission der einzelnen Düsenkanäle gemessen und durch Trimmen der Antriebselemente aufeinander abgestimmt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkanäle dadurch abgestimmt werden, dass eine der Elektroden der betreffenden Antriebselemente, bei deren Düsenkanal eine von einem vorbestimmten Wert abweichende Tropfenemission vorliegt, mehr oder weniger verkleinert wird bis der vorbestimmte Wert erreicht ist.
12. Verfahren zur Steuerung der Antriebselemente eines Schreibkopfes nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die angelegte Steuerspannung der in der zugeordneten Düse befindliche Flüssigkeitsmeniskus zunächst geringfügig in den Düsenkanal hineingezogen und dann erst ausgestossen wird.
13. Mehrfachschreibkopf, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Schreibköpfe nach den Ansprüchen 1 bis 8 nebeneinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind.
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