EP1832423A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Tintentropfenanzahl in einem Tintentropfenstrahl eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Tintentropfenanzahl in einem Tintentropfenstrahl eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers Download PDF

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EP1832423A2
EP1832423A2 EP06023788A EP06023788A EP1832423A2 EP 1832423 A2 EP1832423 A2 EP 1832423A2 EP 06023788 A EP06023788 A EP 06023788A EP 06023788 A EP06023788 A EP 06023788A EP 1832423 A2 EP1832423 A2 EP 1832423A2
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EP
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ink droplet
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separate
droplet jet
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Klaus Pechtl
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KBA Metronic GmbH
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    • B41J2/115—Ink jet characterised by jet control synchronising the droplet separation and charging time

Definitions

  • Continuous inkjet printers have been used industrially for many years to label a variety of products.
  • two variants can be distinguished technically here, but based on the same principle, the single-jet continuous ink jet printer and the multi-jet continuous ink jet printer.
  • the common working principle is that an ink to be printed is conveyed from a reservoir via pumps with positive pressure in a pressure chamber in the actual printhead having a nozzle.
  • the nozzle in this case has an opening diameter in the range of 30 ⁇ to 200 ⁇ m. From the nozzle now the ink jet initially emerges as a continuous ink jet, which is impractical for a label, since the characters generated here are constructed in this type of labeling of individual dots or individual ink droplets.
  • a modulating element is mounted on the pressure chamber, which generates pressure fluctuations in the exiting ink jet, so that it breaks up into individual similar droplets of ink after exiting the nozzle.
  • the ink drops Shortly before the tearing off of the ink drops, they are each provided with an individual electrical charge, the height of the charge depending on the desired impact position on the product to be labeled. To ensure this, the ink has a low electrical conductivity.
  • the electrically charged ink drops enter the electrostatic field of a plate capacitor and, depending on their individual charge, are more or less deflected from their rectilinear motion and continue to fly after leaving the electrostatic field at a predetermined charge-dependent angle to their original trajectory ,
  • different impact positions can be selected on a surface to be labeled with individual ink droplets, which takes place only in a deflection direction.
  • the ink drops receive a certain charge or remain uncharged, so that they meet after exiting the electrostatic field of the plate capacitor in a collection tube, from where they are pumped back into the ink tank. This causes the ink to circulate in the system, resulting in the designation of continuous ink jet printers.
  • a dot matrix of 7 x 5 points is used as the basis for a label
  • a matrix of 8 x 6 dots must be addressed in order to obtain an appropriate spacing between the characters.
  • a typical one Operating frequency of an inkjet printer is for example 120 kHz, so that mathematically results in a character frequency of 2500 characters per second.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a method with which it is possible to achieve a significant increase in the printing speed without having to accept a deterioration of the print quality.
  • This object is achieved according to the invention in that, in order to increase the writing speed of a continuously operating inkjet printer, the number of ink drops available for the printing process is increased, in particular multiplied.
  • the ink drops of at least two separately generated ink droplet jets are combined to form an ink droplet jet, in particular such that the combined ink droplet jet completely covers the ink droplets of the respective separate ink droplet jets.
  • the deflection of the ink drops combined to form an ink droplet jet to form a typeface may then be e.g. as is known in the art or generally by means of suitable deflection measures.
  • this can be achieved by charging the ink droplets of the separately generated ink droplet jets in each case with an electrical charge and combining them into a single ink droplet jet by deflection in at least one electrical, in particular electrostatic field.
  • a device for example a print head of a continuously operating inkjet printer, can comprise at least two pressure chambers for generating one separate ink droplet jet with electrically charged ink droplets and one electrode arrangement by means of which the separate ink droplet jets can be combined to form an ink droplet jet.
  • a charging electrode arrangement can be arranged for this purpose in the direction of droplet travel. to charge the ink droplets with an electric charge, especially any ink droplet with the same charge.
  • the ink drops in a separate ink droplet jet can all receive the same charge, and the charge may be the same or different for drops of different jets.
  • unification of the ink droplets into a single ink droplet jet can take place in that the separate ink droplet beams are each arranged at an angle to one another prior to the deflection, e.g. in that the pressure chambers are oriented at an angle to each other such that the undeflected separate ink droplets intersect, e.g. all cut in a common intersection.
  • This makes it particularly easy to deflect the individual ink droplets of each separate ink droplet jet and, in particular, asymptotically approach a common trajectory, thereby forming a unified ink droplet jet.
  • at least one ink droplet jet already has the same trajectory when it is generated, as the combined ink droplet jet is therefore coaxial with it.
  • the ink droplets of the separate ink droplet beams are combined out of phase with one another to form a common ink droplet jet, in particular at the same repetition frequency.
  • the phase shift can be generated by a phase-shifted electronic control of separate ink droplets producing respective ink droplets and / or by spatial displacement of a pressure chamber along the direction of a separate ink droplet jet.
  • the modulation elements of the at least two pressure chambers can preferably be operated with the same frequency, so that directly from the at least two pressure chambers with the pressure chambers emerging ink droplets temporally and spatially out of phase with each other are generated, in particular by adjustability and / or phase shiftability of the excitation frequency of the modulation elements of the at least two pressure chambers.
  • the phase shift of the ink droplets between two separate ink droplet jets can then be selected to be 360 ° / n, where n is the number of separate ink droplet beams.
  • the deflection of the separate ink droplet jets into a combined ink droplet jet can preferably be carried out by means of an electrode arrangement which acts on at least two separate ink droplets by at least one electric field, in particular an electrostatic field and is field-free in the area of the combined ink droplet jets. This avoids influencing the combined ink droplet jet.
  • an electrode arrangement for combining two separate ink droplets can be formed by a first electrode and a second electrode between which a third electrode is arranged, wherein a first separate ink droplet jet runs between first and third and a second ink droplet beam between the second and third electrodes.
  • the first and second electrodes may have the same electric potential, which is different from the third electrode, which is e.g. can be grounded.
  • the construction is preferably selected so that the third electrode is arranged in the direction of droplet drop between the first and second electrodes such that it ends earlier in the direction of flight. This results in the preferred field-free space behind the third electrode, because the first and second electrodes face each other with the same potential.
  • At least one of the separate ink droplet beams pass through without field an electrode arrangement is guided for deflecting at least one other separate ink droplet jet, in particular wherein the field-guided ink droplet jet is generated colinearly or coaxially to the combined ink droplet jet.
  • the field-guided ink droplet jet is generated colinearly or coaxially to the combined ink droplet jet.
  • one of the separate ink droplet jets can be asymptotically approximated to the other or, for example, two separate ink droplet jets can be approximated asymptotically from both sides to a third separate ink droplet jet.
  • the third separate ink droplet beam which extends through the electrode field-free and collinear or is arranged coaxially to the unified ink droplet jet.
  • the shape design of the individual electrodes can be such that the electrode surfaces facing the drops are adapted to the surface of the changing trajectory of the drops.
  • the third electrode arranged between the two outer electrodes is designed to taper in the direction of flight of the drops, in particular non-linearly tapering.
  • the electrode arrangement for combining the separate ink droplet beams is followed by a further electrode arrangement for stabilizing the trajectories of the individual ink droplets of the combined ink droplet jet.
  • a combination of several separate ink droplets does not necessarily have to be done in a single step. It may also be provided that groups of separate ink droplets are combined into one ink droplet jet, which in turn are reunited. This is then done in each case by the aforementioned electrode arrangements, wherein between successive Electrode arrangements for combining, if necessary, can still be arranged electrode arrangements for additional deflection of the drops.
  • Figure 1 shows that according to the invention, in addition to the pressure chamber 1 in the write head of a continuous ink jet printer at least one further substantially equal pressure chamber 2 is provided with the task in the gaps between the ejected ink drops 11, which are ejected from the pressure chamber 1, further drops of ink 12 in order to double the number of available ink drops 13 or multiply depending on the number of pressure chambers used.
  • ink supply lines 1a and 2a is conveyed from an ink container, not shown, ink into the pressure chambers 1 and 2 via pumps, not shown.
  • nozzle opening 1b and 2b At the end of the respective pressure chambers 1 and 2 there is a nozzle opening 1b and 2b, from which the ink emerges from the pressure chamber.
  • the ink pressure inside the pressure chambers 1 and 2 is modulated so that the first continuous ink jet breaks shortly after emerging from the nozzle opening into individual ink droplets 11 and 12. Just before the breakup, the individual will Ink drops 11 and 12 of the respective ink jets 11a and 12a are provided with an electric charge via the charging electrodes 3 and 4, respectively.
  • the modulation means 8 and 9 for generating the individual ink drops 11 and 12 of the respective pressure chambers 1 and 2 are excited by a common oscillator 100 and work in this embodiment via a phase shifter 101 to each other phase-shifted, preferably by 360 ° / n, where n is the number referred to the pressure chambers used.
  • the pressure chambers preferably operate 180 ° out of phase, whereby the ejected droplets 11 of the pressure chamber 1 are offset in time and in space from the ejected droplets 12 of the pressure chamber 2 by half a wavelength of the excitation frequency the respective nozzles 1b and 2b are ejected.
  • each pressure chamber 1 and 2 drops 11 and 12 are as already described in a known manner by means of a front of each of the pressure chambers 1 and 2 located loading device 3 and 4 provided with an electric charge, according to the invention each ejected drops a nozzle chamber 1 or 2 receives the same electrical charge.
  • the charges of the different pressure chambers 1 or 2 may be different or the same as required.
  • the pressure chambers 1 and 2 have a geometric inclination to each other with an angle 2 * alpha, whereby the trajectories 11b and 12b of the ejected ink drops 11 and 12 would first meet in a geometric intersection.
  • the ink drops 11 and 12 arrive on their flight subsequently in an electrode assembly 29, wherein the drops 11 and 12 each pass through an electric field 30a and 31a, which is constructed by means of lying at different electrical potentials electrodes 30, 31 and 32.
  • the electrodes 30 and 31 may be at the same potential, so that the drops 14 directed into the new trajectory 14a in the space 33 between the electrodes 30 and 31 do not experience deflection forces due to potential differences between the electrodes 30 and 31 because in this case the electric field becomes zero.
  • the electrode assembly 29 downstream of a further electrode 35, which is separated for example by an insulating layer 36 or by a distance from the electrode assembly 29 and on to the electrodes 30 and 31 different potential and also has the same polarity as the charges of the ink drops 14, so any existing Deviations of the trajectories of the individual ink drops 14 from the desired trajectory 14 a to correct.
  • the modulation elements 8, 9 and 10 are excited by a common oscillator 100 and operate mutually out of phase via the phase shifters 101 and 102, so that the ink drops 11, 12 and 13 are ejected from the pressure chambers 1, 2 and 5 in time and space ,
  • the arrangement shown in Figure 3 operates so that the electrode 42 has a central bore 44 through which the ink jet 13a enters the electrode assembly 40 and merges within the electrode assembly 40 with the other two ink jets 11 and 12 to the exiting ink jet 14 ,
  • the ink jet 13a By having the ink jet 13a in the bore 44 within the electrode 42, no charged electrostatic forces are applied to the charged ink drops 13 and the ink drops are not deflected from their original trajectory 13b. After the ink drops have emerged from the bore 44 of the electrode 42, the ink droplets 13 reach the region between the electrodes 41 and 43 whose electrical potential is expediently the same. As a result, no force acts on the ink droplets 13 transversely to their direction of flight, so that they maintain their trajectory 13b.
  • the deflection of the adjacent ink droplet jets 11a and 12a takes place in such a way that in the region 45 all sub-beams combine to form a common ink droplet jet 14 and all the ink droplets have the same trajectory 14b.

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Tintentropfenanzahl in einem Tintentropfenstrahl eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers bei dem die Tintentropfen (11,12,13) von wenigstens zwei separat erzeugten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) zu einem Tintentropfenstrahl (14a) vereinigt werden, insbesondere derart, dass der vereinigte Tintentropfenstrahl (14a) die Tintentropfen (11,12,13) der jeweiligen separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Tintentropfenstrahls eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers, die wenigstens zwei Druckkammern (1,2,5) zur Erzeugung je eines separaten Tintentropfenstrahls (11a,12a,13a) mit elektrisch geladenen Tintentropfen (11,12,13) und eine Elektrodenanordnung (30, 31, 32 /41, 42, 43)) umfasst, mittels der die separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) zu einem Tintentropfenstrahl (14a) vereinigbar sind.

Description

  • Kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker werden seit vielen Jahren industriell zur Kennzeichnung von unterschiedlichsten Produkten eingesetzt. Generell lassen sich technisch hier zwei Varianten unterscheiden, denen jedoch das gleiche Prinzip zugrunde liegt, der einstrahlige kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker und der mehrstrahlig kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker.
  • Das gemeinsame Arbeitsprinzip liegt darin, dass eine zu verdruckende Tinte aus einem Vorratsbehälter über Pumpen mit Überdruck in eine Druckkammer im eigentlichen Druckkopf gefördert wird, die eine Düse aufweist. Die Düse hat hierbei einen Öffnungsdurchmesser im Bereich von 30µ bis 200µm. Aus der Düse tritt nun der Tintenstrahl zunächst als kontinuierlicher Tintenstrahl aus, was jedoch für eine Beschriftung unzweckmäßig ist, da die hierbei erzeugten Schriftzeichen in dieser Art der Beschriftung aus einzelnen Punkten beziehungsweise einzelnen Tintentropfen aufgebaut sind.
  • Um den Tintenstrahl in einzelne gleichartige Tintentropfen und somit in einen Tintentropfenstrahl zu zerlegen, ist an der Druckkammer ein Modulationselement angebracht, das Druckschwankungen in dem austretenden Tintenstrahl erzeugt, so dass dieser nach dem Austritt aus der Düse in einzelne gleichartige Tintentropfen aufbricht.
  • Kurz vor dem Abreißen der Tintentropfen werden diese jeweils mit einer individuellen elektrischen Ladung versehen, wobei die Höhe der Ladung von der gewünschten Auftreffposition auf dem zu beschriftenden Produkt abhängt. Um dies zu gewährleisten, weist die Tinte eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf.
  • Auf ihrem zunächst geradlinigen Flug treten die elektrisch geladenen Tintentropfen in das elektrostatische Feld eines Plattenkondensators ein und werden je nach ihrer individuellen Ladung mehr oder weniger aus ihrer geradlinigen Bewegung abgelenkt und fliegen nach dem Verlassen des elektrostatischen Feldes unter einem ladungsabhängigen bestimmten Winkel zu ihrer ursprünglichen Flugbahn weiter. Mit diesem Prinzip können unterschiedliche Auftreffpositionen auf einer zu beschriftenden Oberfläche mit einzelnen Tintentropfen angewählt werden, wobei dies nur in einer Ablenkrichtung erfolgt.
  • Zum Ausblenden einzelner Tropfen aus dem Schriftbild oder wenn nicht gedruckt werden soll erhalten die Tintentropfen eine bestimmte Ladung oder bleiben ungeladen, so dass sie nach dem Austritt aus dem elektrostatischen Feld des Plattenkondensators in ein Auffangrohr treffen, von wo sie in den Tintentank zurückgepumpt werden. Dadurch zirkuliert die Tinte im System im Kreis, was zu der Bezeichnung kontinuierlich arbeitender Tintenstrahldrucker geführt hat.
  • Werden hohe Schreibgeschwindigkeiten bei einer gleichzeitig hohen Schriftqualität gefordert, so muss hierfür eine sehr hohe Anzahl an Tintentropfen erzeugt und zur Verfügung gestellt werden. Gängige Tintenstrahldrucker erzeugen so Tintentropfen mit Frequenzen bis zu 150kHz, was allerdings für hohe Schreibgeschwindigkeiten und gleichzeitig hohe Schriftqualität nicht ausreichend ist.
  • Wird beispielsweise für eine Beschriftung eine Punktmatrix von 7 x 5 Punkten zugrunde gelegt, so muss, um entsprechend Abstand zwischen den Zeichen zu erhalten, eine Matrix von 8 x 6 Punkten adressiert werden. Eine typische Arbeitsfrequenz eines Tintenstrahldruckers liegt beispielsweise bei 120 kHz, so dass sich rechnerisch eine Zeichenfrequenz von 2500 Zeichen pro Sekunde ergibt.
  • Für eine qualitativ hochwertige Beschriftung können jedoch nicht alle zur Verfügung stehenden Tropfen verwendet werden, da sich die Tropfen aufgrund ihrer unterschiedlichen Ladungen und der während ihres Fluges entstehenden Luftwirbel gegenseitig in ihrer Flugbahn beeinflussen, so dass etwa effektiv ein Drittel der zur Verfügung stehenden Tropfen tatsächlich genutzt werden kann.
  • Es muss stets ein Kompromiss zwischen hoher Druckgeschwindigkeit und Druckqualität geschlossen werden, der naturgemäß unbefriedigend ist. Aufgrund der rheologischen Eigenschaften der verwendeten Tinten und der eingesetzten elektromechanischen Eigenschaften der Modulationselemente, deren elektromechanischer Kopplung ihrer induzierten Energie in die Tinte und den einsetzbaren Düsendurchmessern ist es zudem nicht möglich, die maximale Tropfenfrequenz und damit die Druckgeschwindigkeit signifikant zu steigern.
  • In der genannten zweiten Anordnung existieren mehrere Düsen, aus denen gleichzeitig Tintenstrahlen treten, deren einzelne Tropfen jedes Strahles individuell geladen werden können. Es werden hier jedoch nur zwei Ladungszustände erzeugt, die den Tropfen entweder in das jeweilige Fangrohr treffen lassen oder auf eine bestimmte feste Position der zu beschriftenden Oberfläche des Produktes.
  • Dadurch, dass hier eine Vielzahl von Düsen gleichzeitig betrieben werden und diese in einer Linie angeordnet sind, lassen sich so senkrechte Linien eines Zeichens parallel ansteuern und nicht wie in der ersten Variante seriell, was eine erhebliche Geschwindigkeitssteigerung bedeutet. Allerdings gelten auch hier die oben genannten Einschränkungen hinsichtlich der maximalen Tropfenfrequenz. Nachteilig ist weiterhin, dass lediglich eine feste Anzahl von adressierbaren Positionen entsprechend der Anzahl der zur Verfügung stehenden Düsen adressiert werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen, mit denen es möglich ist, eine signifikante Steigerung der Druckgeschwindigkeit zu erreichen ohne eine Verschlechterung der Druckqualität in Kauf nehmen zu müssen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungemäß dadurch gelöst, dass zur Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers die Anzahl der für den Druckprozess zur Verfügung stehenden Tintentropfen erhöht, insbesondere vervielfacht wird.
  • Erreicht wird dies erfindungemäß dadurch, dass die Tintentropfen von wenigstens zwei separat erzeugten Tintentropfenstrahlen zu einem Tintentropfenstrahl vereinigt werden, insbesondere derart, dass der vereinigte Tintentropfenstrahl die Tintentropfen der jeweiligen separaten Tintentropfenstrahlen vollständig umfasst. Die Ablenkung der zu einem Tintentropfenstrahl vereinigten Tintentropfen zur Erzeugung eines Schriftbildes kann dann z.B. wie im Stand der Technik bekannt erfolgen oder allgemein mittels geeigneter Ablenkmaßnahmen.
  • In bevorzugter Ausführung kann dies dadurch erreicht werden, dass die Tintentropfen der separat erzeugten Tintentropfenstrahlen jeweils mit einer elektrischen Ladung aufgeladen werden und durch Ablenkung in wenigstens einem elektrischen, insbesondere elektrostatischen Feld zu einem einzigen Tintentropfenstrahl vereinigt werden. Beispielsweise kann hierfür eine Vorrichtung, z.B. ein Druckkopf eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers wenigstens zwei Druckkammern zur Erzeugung je eines separaten Tintentropfenstrahls mit elektrisch geladenen Tintentropfen und eine Elektrodenanordnung umfassen, mittels der die separaten Tintentropfenstrahlen zu einem Tintentropfenstrahl vereinigbar sind. Nach einer solchen Druckkammer kann dafür in Tropfenflugrichtung eine Ladeelektrodenanordnung angeordnet sein, um die Tintentropfen mit einer elektrischen Ladung aufzuladen, insbesondere jeden Tintentropfen mit der gleichen Ladung. So können die Tintentropfen in einem separaten Tintentropfenstrahl alle die gleiche Ladung erhalten, wobei die Ladung bei Tropfen von unterschiedlichen Strahlen gleich oder unterschiedlich sein können.
  • Konstruktiv vorteilhaft kann eine Vereinigung der Tintentropfen zu einem einzigen Tintentropfenstrahl dadurch erfolgen, dass die separaten Tintentropfenstrahien vor der Ablenkung jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet sind, z.B. dadurch dass die Druckkammern unter einem Winkel zueinander derart ausgerichtet sind, dass die nicht abgelenkten separaten Tintentropfenstrahlen einander schneiden, z.B. alle in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden. Hierdurch wird es besonders einfach, die einzelnen Tintentropfen eines jeden separaten Tintentropfenstrahles abzulenken und insbesondere asymptotisch an eine gemeinsame Flugbahn anzunähern, wodurch sich ein vereinigter Tintentropfenstrahl ausbildet. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Tintentropfenstrahl schon bei der Erzeugung dieselbe Flugbahn aufweist, wie der vereinigte Tintentropfenstrahl, also mit diesem koaxial ist.
  • Um eine gleichmäßige Vereinigung der Tintentropfen aus den einzelnen Strahlen innerhalb des vereinigten Tintentropfenstrahls zu gewährleisten, also insbesondere einen äquidistanten Abstand zueinander, kann es vorgesehen sein, dass die Tintentropfen der separaten Tintentropfenstrahlen phasenverschoben zueinander zu einem gemeinsamen Tintentropfenstrahl vereinigt werden, insbesondere bei gleicher Folgefrequenz. Hierbei kann die Phasenverschiebung erzeugt werden durch eine zeitlich phasenverschobene elektronische Ansteuerung von separaten jeweils Tintentropfen erzeugenden Druckkammern und/oder durch räumliche Verschiebung einer Druckkammer entlang der Richtung eines separaten Tintentropfenstrahls.
  • Um dies zu gewährleisten können die Modulationselemente der wenigstens zwei Druckkammern bevorzugt mit der gleichen Frequenz betrieben werden, so dass direkt mit den Druckkammern die aus den wenigstens zwei Druckkammern austretenden Tintentropfen zeitlich und räumlich phasenversetzt zueinander erzeugbar sind, insbesondere durch eine Einstellbarkeit und/oder Phasenverschiebbarkeit der Anregungsfrequenz der Modulationselemente der wenigstens zwei Druckkammern.
  • Um einen äquidistanten Abstand zu erzielen kann dann die Phasenverschiebung der Tintentropfen zwischen zwei separaten Tintentropfenstrahlen zu 360°/n gewählt werden, wobei n die Anzahl der separaten Tintentropfenstrahien ist.
  • In der konstruktiven Ausgestaltung kann die Ablenkung der separaten Tintentropfenstrahlen zu einem vereinigten Tintentropfenstrahl bevorzugt mittels einer Elektrodenanordnung durchgeführt werden, die durch wenigstens ein elektrisches Feld, insbesondere ein elektrostatisches Feld auf wenigstens zwei separate Tintentropfenstrahlen wirkt und feldfrei ist im Bereich der vereinigten Tintentropfenstrahlen. So wird eine Einflussnahme auf den vereinigten Tintentropfenstrahl vermieden.
  • Beispielweise kann eine Elektrodenanordnung zur Vereinigung von zwei separaten Tintentropfenstrahlen gebildet sein durch eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode zwischen denen eine dritte Elektrode angeordnet ist, wobei ein erster separater Tintentropfenstrahl zwischen erster und dritter und ein zweiter Tintentropfenstrahl zwischen zweiter und dritter Elektrode verläuft. Hierbei können die erste und zweite Elektrode gleiches elektrisches Potential aufweisen, welches zur dritten Elektrode unterschiedlich ist, welche z.B. geerdet sein kann.
  • Da sich die Tintentropfen noch in der Elektrodenanordnung zu einem Strahl vereinigen, wird die Konstruktion bevorzugt so gewählt, dass die dritte Elektrode in Tropfenflugrichtung zwischen der ersten und zweiten Elektrode derart angeordnet ist, dass sie in Flugrichtung eher endet. Hierdurch ergibt sich hinter der dritten Elektrode der bevorzugte feldfreie Raum, weil sich erste und zweite Elektrode mit demselben Potential gegenüber liegen.
  • In einer Ausführung des Verfahren bzw. der Vorrichtung kann es auch vorgesehen sein, dass wenigstens einer der separaten Tintentropfenstrahlen feldfrei durch eine Elektrodenanordnung zur Ablenkung wenigstens eines anderen separaten Tintentropfenstrahles geführt wird, insbesondere wobei der feldfrei geführte Tintentropfenstrahl kollinear bzw. koaxial zum vereinigten Tintentropfenstrahl erzeugt wird. So kann bei zwei zu vereinenden Tintentropfenstrahlen einer der separaten Tintentropfenstrahlen insbesondere asymptotisch an den anderen angenähert werden oder es können z.B. zwei separate Tintentropfenstrahlen insbesondere asymptotisch von beiden Seiten an einen dritten separaten Tintentropfenstrahl angenähert werden.
  • Hierfür kann es z.B. bei der vorgenannten Ausführung der Elektrodenanordnung vorgesehen sein, dass durch die dritte Elektrode der dritte separate Tintentropfenstrahl verläuft, der durch die Elektrode feldfrei verläuft und kollinear bzw. koaxial angeordnet ist zum vereinigten Tintentropfenstrahl.
  • In der Konstruktion kann die Formgestaltung der einzelnen Elektroden derart sein, dass die zu den Tropfen weisenden Elektrodenflächen hinsichtlich der Oberfläche an die sich ändernde Flugbahn der Tropfen angepasst sind. In einem solchen Fall ist insbesondere die zwischen den beiden äußeren Elektroden angeordnete dritte Elektrode in Flugrichtung der Tropfen verjüngend ausgebildet, insbesondere nichtlinear verjüngend.
  • Für eine weitere Stabilisierung kann es bei allen Ausführungen vorgesehen sein, dass der Elektrodenanordnung zur Vereinigung der separaten Tintentropfenstrahlen eine weitere Elektrodenanordnung zur Stabilisierung der Flugbahnen der einzelnen Tintentropfen des vereinigten Tintentropfenstrahls nachgeschaltet ist.
  • Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass eine Vereinigung von mehreren separaten Tintentropfenstrahlen nicht zwingend in einem einzigen Schritt erfolgen muss. Es kann auch vorgesehen sein, dass Gruppen von separaten Tintentropfenstrahlen zu je einem Tintentropfenstrahl vereinigt werden, die ihrerseits erneut vereinigt werden. Dies erfolgt dann jeweils durch die vorgenannten Elektrodenanordnungen, wobei zwischen aufeinander folgenden Elektrodenanordnungen zur Vereinigung ggfs. noch Elektrodenanordnungen zur zusätzlichen Ablenkung der Tropfen angeordnet sein können.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt, es zeigen:
    • Figur 1:
    einen erfindungemäßen Druckkopf zur Vereinigung zweier separater Tintentropfenstrahlen in einer Elektrodenanordnung;
    Figur 2:
    eine Anordnung gemäß Figur 1 mit nachgeschalteter Elektrodenanordnung zur Stabilisierung;
    Figur 3:
    einen erfindungemäßen Druckkopf zur Vereinigung von drei separaten Tintentropfenstrahlen in einer Elektrodenanordnung;
  • Figur 1 zeigt, dass erfindungsgemäß zusätzlich zu der Druckkammer 1 im Schreibkopf eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers wenigstens eine weitere im wesentlichen gleiche Druckkammer 2 vorgesehen ist, mit der Aufgabe in die Lücken zwischen den ausgestoßenen Tintentropfen 11, die von der Druckkammer 1 ausgestoßen werden, weitere Tintentropfen 12 einzufügen, um damit die Anzahl der zur Verfügung stehenden Tintentropfen 13 zu verdoppeln oder je nach Anzahl der verwendeten Druckkammern zu vervielfachen.
  • Über Tintenzuleitungen 1a und 2a wird aus einem nicht dargestellten Tintenbehälter Tinte in die Druckkammern 1 und 2 über nicht dargestellte Pumpen gefördert. Am Ende der jeweiligen Druckkammer 1 und 2 befindet sich eine Düsenöffnung 1b und 2b, aus der die Tinte aus der Druckkammer austritt.
  • Über die Modulationseinrichtungen 8 und 9 wird der Tintendruck im Inneren der Druckkammern 1 und 2 so moduliert, dass der zunächst kontinuierliche Tintenstrahl kurz nach dem Austreten aus der Düsenöffnung in einzelne Tintentropfen 11 und 12 aufbricht. Kurz vor dem Aufbrechen werden die einzelnen Tintentropfen 11 und 12 der jeweiligen Tintenstrahlen 11a und 12a über die Ladeelektroden 3 und 4 jeweils mit einer elektrischen Ladung versehen.
  • Die Modulationseinrichtungen 8 und 9 zur Erzeugung der einzelnen Tintentropfen 11 und 12 der jeweiligen Druckammern 1 und 2 werden dabei von einem gemeinsamen Oszillator 100 angeregt und arbeiten in dieser Ausführung über einen Phasenschieber 101 zueinander phasenversetzt, bevorzugt um 360°/n, wobei n die Anzahl der eingesetzten Druckkammern bezeichnet.
  • Werden beispielsweise insgesamt zwei Druckkammern verwendet, wie es Figur 1 zeigt, so arbeiten die Druckkammern vorzugsweise um 180° phasenversetzt, wodurch die ausgestoßenen Tropfen 11 der Druckkammer 1 zu den ausgestoßenen Tropfen 12 der Druckkammer 2 um eine halbe Wellenlänge der Anregungsfrequenz zeitlich und räumlich versetzt aus den jeweiligen Düsen 1b und 2b ausgestoßen werden.
  • Die aus jeder Druckkammer 1 und 2 ausgestoßenen Tropfen 11 und 12 werden wie bereits beschrieben in bekannter Weise mittels einer vor jeder der Druckkammern 1 und 2 sich befindenden Ladeeinrichtung 3 und 4 mit einer elektrischen Ladung versehen, wobei erfindungsgemäß jeder ausgestoßene Tropfen einer Düsenkammer 1 oder 2 die gleiche elektrische Ladung erhält. Hierbei können die Ladungen der unterschiedlichen Druckkammern 1 oder 2 je nach Erfordernis unterschiedlich oder gleich sein.
  • Um die Tintentropfen 11 und 12 der jeweiligen Tintentropfenstrahlen 11a und 12a in einen gemeinsamen Tintentropfenstrahl 14a zu vereinigen, ist es vorgesehen, dass die Druckkammern 1 und 2 zueinander eine geometrischen Neigung mit einem Winkel 2*Alpha aufweisen, wodurch sich die Flugbahnen 11b und 12b der ausgestoßenen Tintentropfen 11 und 12 zunächst in einem geometrischen Schnittpunkt treffen würden.
  • Die Tintentropfen 11 und 12 gelangen auf ihrem Flug nachfolgend in eine Elektrodenanordnung 29, wobei die Tropfen 11 und 12 jeweils ein elektrisches Feld 30a beziehungsweise 31a passieren, das mittels der auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegenden Elektroden 30, 31 und 32 aufgebaut ist.
  • Entsprechend der Höhe der Potentiale und der Polaritäten der jeweiligen Elektroden 30, 31 und 32 ergibt sich zwischen den Elektrodenpaaren 30 und 32 beziehungsweise 31 und 32 ein elektrisches Feld, wodurch die elektrisch geladenen Tintentropfen 11 beziehungsweise 12 von ihren ursprünglichen Flugbahnen 11a und 12a in neue Flugbahnen 11b und 12b ablenkt.
  • Bei einer geeigneten geometrischen Ausbildung der Elektroden 30, 31 und 32 und einer geeigneten Höhe der elektrischen Potentiale der jeweiligen Elektroden ist es so möglich, die neuen abgelenkten Flugbahnen 11b und 12b zu einer gemeinsamen Flugbahn 14a zu vereinigen, so dass sich ein vereinigter Tintentropfenstrahl bildet.
  • Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn die Elektroden 30 und 31 auf gleichem Potential liegen, so dass die in die neue Flugbahn 14a gelenkten Tropfen 14 in dem Raum 33 zwischen den Elektroden 30 und 31 keine Ablenkkräfte aufgrund von Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden 30 und 31 erfahren, da hier in diesem Fall das elektrische Feld zu Null wird. Um einen gleichmäßigen Abstand der einzelnen Tintentropfen 14 des so gebildeten neuen Tintentropfenstrahls 14a zueinander zu gewährleisten ist es zweckmäßig, den Phasenschieber 101 einstellbar auszuführen.
  • In einer weiteren Ausführung, wie in Figur 2 schematisch dargestellt, kann es zweckmäßig sein, der Elektrodenanordnung 29 eine weitere Elektrode 35 nachzuschalten, die z.B. durch eine Isolationsschicht 36 oder durch einen Abstand von der Elektrodenanordnung 29 getrennt ist und auf einem zu den Elektroden 30 und 31 unterschiedlichen Potential liegt und zudem die gleiche Polarität wie die Ladungen der Tintentropfen 14 aufweist, um so eventuell vorhandene Abweichungen der Flugbahnen der einzelnen Tintentropfen 14 von der gewünschten Flugbahn 14a zu korrigieren.
  • In einer weiteren Ausführung, wie in Figur 3 dargestellt, ist es vorgesehen, drei Druckkammern 1, 2 und 5 zu verwenden, deren jeweilige Tintentropfenstrahlen 11a, 12a und 13a mittels einer Elektrodenanordnung 40 zu einem gemeinsamen Tintentropfenstrahl vereinigt werden.
  • Dazu werden die Modulationselemente 8, 9 und 10 von einem gemeinsamen Oszillator 100 angeregt und arbeiten zueinander über die Phasenschieber 101 und 102 zueinander phasenversetzt, so dass die Tintentropfen 11, 12 und 13 zeitlich und räumlich zueinander aus den Druckkammern 1,2 und 5 ausgestoßen werden.
  • Die in Figur 3 dargestellte Anordnung arbeitet dabei so, dass die Elektrode 42 eine zentrale Bohrung 44 aufweist, durch die der Tintenstrahl 13a in die Elektrodenanordnung 40 eintritt und sich innerhalb der Elektrodenanordnung 40 mit den beiden anderen Tintenstrahlen 11 und 12 zu dem austretenden Tintenstrahl 14 vereinigt.
  • Dadurch, dass der Tintenstrahl 13a in der Bohrung 44 innerhalb der Elektrode 42 verläuft, wirken auf die geladenen Tintentropfen 13 keine elektrostatischen Kräfte und die Tintentropfen werden nicht von ihrer ursprünglichen Flugbahn 13b abgelenkt. Nach dem Austreten der Tintentropfen aus der Bohrung 44 der Elektrode 42 gelangen die Tintentropfen 13 in den Bereich zwischen den Elektroden 41 und 43, deren elektrisches Potential zweckmäßigerweise gleich ist. Dadurch wirkt keine Kraft auf die Tintentropfen 13 quer zu ihrer Flugrichtung, so dass diese ihre Flugbahn 13b beibehalten.
  • Die Ablenkung der benachbarten Tintentropfenstrahlen 11a und 12a erfolgt wie bereits oben geschildert derart, dass sich in dem Bereich 45 alle Teilstrahlen zu einem gemeinsamen Tintentropfenstrahl 14 vereinigen und alle Tintentropfen dieselbe Flugbahn 14b aufweisen. Um einen gleichmäßigen Abstand der einzelnen Tintentropfen 14 des so gebildeten neuen Tintentropfenstrahls 14a zueinander zu gewährleisten ist es zweckmäßig, die Phasenschieber 101 und 102 einstellbar auszuführen.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Erhöhung der Tintentropfenanzahl in einem Tintentropfenstrahl eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers dadurch gekennzeichnet, dass die Tintentropfen (11,12,13) von wenigstens zwei separat erzeugten Tintentropfenstrahlen (11a, 12a, 13a) zu einem Tintentropfenstrahl (14a) vereinigt werden, insbesondere derart, dass der vereinigte Tintentropfenstrahl (14a) die Tintentropfen (11,12,13) der jeweiligen separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintentropfen (11,12,13) der separat erzeugten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) jeweils mit einer elektrischen Ladung aufgeladen werden und durch Ablenkung in wenigstens einem elektrischen, insbesondere elektrostatischen Feld (30a, 31a) zu einem-einzigen Tintentropfenstrahl (14a) vereinigt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintentropfen (11,12,13) in einem separaten Tintentropfenstrahl (11a, 12a, 13a) alle die gleiche Ladung erhalten.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die separaten Tintentropfenstrahlen (11a, 12a, 13a) vor der Ablenkung jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Tintentropfen (11,12, 13) der separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) phasenverschoben zueinander zu einem Tintentropfenstrahl (14a) vereinigt werden, insbesondere bei gleicher Folgefrequenz.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung erzeugt wird durch eine zeitlich phasenverschobene elektronische Ansteuerung von separate Tintentropfen (11,12,13) erzeugenden Druckkammern (1,2,3) und/oder durch räumliche Verschiebung einer Druckkammer (1,2,3) entlang der Richtung wenigstens eines separaten Tintentropfenstrahls (11a,12a,13a).
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung der Tintentropfen (11,12,13) zwischen zwei separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) zu 360°/n gewählt wird, wobei n die Anzahl der separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) ist.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkung der separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) zu einem vereinigten Tintentropfenstrahl (14a) mittels einer Elektrodenanordnung (30,31,32) durchgeführt wird, die durch wenigstens ein elektrisches Feld (30a, 31a), insbesondere ein elektrostatisches Feld auf wenigstens zwei separate Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) wirkt und feldfrei ist im Bereich der vereinigten Tintentropfenstrahles (14a).
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der separaten Tintentropfenstrahlen (13) feldfrei durch eine Elektrodenanordnung (41,42,43) zur Ablenkung wenigstens eines anderen separaten Tintentropfenstrahles (11a,12a) geführt wird, insbesondere wobei der feldfrei geführte Tintentropfenstrahl (13a) koaxial zum vereinigten Tintentropfenstrahl (14a) erzeugt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gruppen von separaten Tintentropfenstrahlen zu je einem Tintentropfenstrahl vereinigt werden, die ihrerseits erneut vereinigt werden.
  11. Vorrichtung zur Erzeugung eines Tintentropfenstrahls eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Druckkammern (1,2,5) zur Erzeugung je eines separaten Tintentropfenstrahls (11a,12a,13a) mit elektrisch geladenen Tintentropfen (11,12,13) und eine Elektrodenanordnung (30, 31, 32 / 41, 42, 43)) umfasst, mittels der die separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) zu einem Tintentropfenstrahl (14a) vereinigbar sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammern (1,2,5) unter einem Winkel zueinander derart ausgerichtet sind, dass die nicht abgelenkten separaten Tintentropfenstrahlen (11a,12a,13a) einander in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden.
  13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Modulationselemente (8,10) der wenigstens zwei Druckkammern (1, 2, 5) mit der gleichen Frequenz betrieben sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den wenigstens zwei Druckkammern (1, 2, 5) austretenden Tintentropfen (11,12,13) zeitlich und räumlich phasenversetzt zueinander erzeugbar sind, insbesondere durch eine Einstellbarkeit und/oder Phasenverschiebbarkeit der Anregungsfrequenz der Modulationselemente der wenigstens zwei Druckkammern (1,2,5).
  15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Tropfenflugrichtung nach einer Druckkammer (1,2,5) eine Ladeelektrodenanordnung (3, 4, 6) angeordnet ist, um die Tintentropfen (11,12,13) mit einer elektrischen Ladung aufzuladen, insbesondere jeden Tintentropfen (11,12,13) mit dergleichen Ladung.
  16. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Elektrodenanordnung (30, 31, 32/41, 42, 43), insbesondere Plattenkondensatoranordnung aufweist, mittels der wenigstens ein separater Tintentropfenstrahl (11a) derart ablenkbar ist, dass er sich mit wenigstens einem weiteren separaten Tintentropfenstrahl (12a) zu einem Tintentropfenstrahl (14a) vereinigt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrodenanordnung (30, 31, 32 / 41,42, 43)zur Vereinigung von zwei separaten Tintentropfenstrahlen (11a, 12a, 13a) gebildet wird durch eine erste Elektrode (30, 43) und eine zweite Elektrode (31, 41) zwischen denen eine dritte Elektrode (32, 42) angeordnet ist, wobei ein erster separater Tintentropfenstrahl (11a) zwischen erster und dritter und ein zweiter Tintentropfenstrahl (12a) zwischen zweiter und dritter Elektrode verläuft.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Elektrode gleiches elektrisches Potential aufweisen.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Elektrode (32, 42) in Tropfenflugrichtung zwischen der ersten und zweiten Elektrode derart angeordnet ist, dass sie in Flugrichtung eher endet.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch die dritte Elektrode (42) ein dritter separater Tintentropfenstrahl (13a) verläuft, der durch die Elektrode (42) feldfrei verläuft und koaxial angeordnet ist zum vereinigten Tintentropfenstrahl (14a).
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenanordnung (30,31,32) zur Vereinigung der separaten Tintentropfenstrahlen (11a, 12a, 13a) eine weitere Elektrodenanordnung (35) zur Stabilisierung der Flugbahnen der einzelnen Tintentropfen (14) des vereinigten Tintentropfenstrahls (14a) nachgeschaltet ist.
  22. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Druckkopf eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckers bildet.
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