DE202021000088U1 - The printhead of an inkjet printer - Google Patents

Abstract

Der Druckkopf eines Tintenstrahldruckers, welche hat ein Gehäuse 2 aus elektrischem Isoliermaterial und im seinem oberen geschlossenen Teil - eine Düse 6 ist zur Zufuhr von Flüssigkeitstropfen 7, dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gehäuse 2 in Form eines Rohres und dem Querschnitt in die Form des Rechteck (des Quadrats) ist, und an seinen zwei gegenüberliegenden Innenwänden Elektroden 3 sind, elektrisch voneinander isoliert, welchen flach fast über ihre gesamte Länge sind, aber näher am Ende des offenen Teils des Rohrs 2 diese Elektroden 3 einem Winkel gebogen sind so, dass der Abstand zwischen sie reduzierten war, jedoch hier noch Platz für den ungehinderten Durchgang von Flüssigkeitstropfen 7 bleiben war, und im parallelen Teil der Elektroden 3 und entsprechend im Gehäuse 2 mindestens eine Öffnung gibts zum Zuführer 5 verbinden, welche feste, elektrisch leitende Partikel 6 Farbstoffs leiten, und dabei durch jeder Zuführer 5 nur Partikel 6 einziger Farbe durchgehen, und zusätzlich ist mit Ausnahme der Stellen, an denen sich die Elektroden 3 befinden, eine isolierende anti-adhäsion Beschichtung (zum Beispiel Teflon@) an den Innenwänden des Gehäuses 2 gibts.

The print head of an inkjet printer, which has a housing 2 made of electrical insulating material and in its upper closed part - a nozzle 6 is for the supply of liquid droplets 7, characterized in that the housing 2 is in the form of a tube and the cross-section in the shape of a rectangle (of the square), and on its two opposite inner walls are electrodes 3, electrically insulated from each other, which are flat for almost their entire length, but closer to the end of the open part of the tube 2, these electrodes 3 are bent at an angle so that the The distance between them was reduced, but there was still room for the unhindered passage of liquid droplets 7, and in the parallel part of the electrodes 3 and correspondingly in the housing 2 there is at least one opening to connect the feeder 5, which conduct solid, electrically conductive particles 6 of dye , and only particles 6 of a single color pass through each feeder 5, and additionally i With the exception of the places where the electrodes 3 are located, there is an insulating anti-adhesion coating (for example Teflon®) on the inner walls of the housing 2.

Description

Drucker sind einige der gefragtesten Peripheriegeräte in modernen Computern. Die heute gebräuchlichsten Drucker [1] sind Laserdrucker mit hohen Druckgeschwindigkeiten sowie Tintenstrahldrucker, die nicht so schnell wie Laserdrucker drucken, aber qualitativ hochwertige Graustufenbilder haben aber trotzdem schneller als Nadeldrucker arbeiten. Daher werden sie häufig zum Drucken von Farb- und Schwarzweißfotos verwendet. Darüber hinaus werden Tintenstrahldrucker eingesetzt, bei denen Laserdrucker einfach nicht eingesetzt werden können. Dies ist das Zeichnen von Leiterplatten sowie das Zeichnen auf Oberflächen, die durch Kontakt nicht erreicht können. Zum Beispiel können sie (genauer gesagt ihre Druckköpfe) zum Drucken auf zerbrechlichen, wolligen Materialien usw. verwendet werden.Printers are some of the most sought after peripheral devices in modern computers. Most common printers today [ 1 ] are laser printers with high printing speeds as well as inkjet printers that do not print as fast as laser printers but have high quality grayscale images but still work faster than dot matrix printers. Therefore, they are widely used for printing color and black and white photos. In addition, inkjet printers are used where laser printers simply cannot be used. This is drawing circuit boards, as well as drawing on surfaces that cannot be reached by contact. For example, they (more specifically their printheads) can be used to print on fragile, woolly materials, etc.

Bei Tintenstrahldruckern wird das Bild wie bei Matrixdruckern aus Punkten erzeugt, aber die Punkte werden durch flüssige Farbstoffe gebildet.In inkjet printers, like dot matrix printers, the image is created from dots, but the dots are formed by liquid dyes.

Tintenstrahldrucker können Continuous Ink Jet Drucker sein, am häufigsten sind jedoch Drop-on-Demand Drucker.Inkjet printers can be continuous ink jet printers, but the most common are drop-on-demand printers.

Tinte für einen Tintenstrahldrucker -eine kolloidale Mischung von Farbstoffpartikeln (Pulver) in einer schnell trocknenden Flüssigkeit ist. Um eine hohe Druckqualität zu gewährleisten, gibt jedes Unternehmen, das Tintenstrahldrucker herstellt, seine eigene Tinte frei (normalerweise in Form einer gefüllten Patrone). Und diese Tinte ist ziemlich teuer.Ink for an inkjet printer - is a colloidal mixture of dye particles (powder) in a quick-drying liquid. To ensure high print quality, every company that makes inkjet printers releases their own ink (usually in the form of a filled cartridge). And that ink is pretty expensive.

Trotz ihrer Verbreitung haben solche Drucker einen erheblichen Nachteil: Nach einer Druckpause trocknet die Tinte in einem kleinen Loch der Düse aus, durch das Tinte zugeführt wird (Durchmesser beträgt nur wenige Mikrometer), und der weitere Druck wird fehlerhaft oder stoppt ganz. Meistens werden solche modernen Tintenstrahldrucker automatisch (oder im manuellen Modus) mit derselben Tinte gereinigt, was jedoch ihren Verbrauch erheblich erhöht.Despite their widespread use, such printers have a significant disadvantage: after a pause in printing, the ink dries out in a small hole in the nozzle through which the ink is fed (diameter is only a few micrometers), and further printing becomes faulty or stops completely. Most often, such modern inkjet printers are cleaned automatically (or in manual mode) with the same ink, but this significantly increases their consumption.

Ja, und eine solche Reinigung hilft nicht immer und die Drucker müssen zur Reparaturwerkstatt gebracht werden. Mit anderen Worten, moderne Tintenstrahldruckköpfe weisen unabhängig von der Tintenzufuhrmethode eine geringe Zuverlässigkeit auf: Piezoelektrischer Tintenstrahl (Piezoelectric Ink Jet) oder thermischer Tintenstrahl (Thermal Ink Jet), auch BubbleJet genannt.Yes, and such cleaning does not always help and the printers have to be taken to the repair shop. In other words, modern inkjet printheads have poor reliability regardless of the ink delivery method: Piezoelectric Ink Jet or Thermal Ink Jet, also called BubbleJet.

Hier bieten wir einen Tintenstrahlkopf an, der zuverlässig ist, da die Düse hier niemals verstopfen wird.Here we offer an inkjet head that is reliable because the nozzle will never clog here.

Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, die Tinte in ihre Bestandteile zu unterteilen: Nur Tropfen einer elektrisch neutralen Flüssigkeit werden durch die Düse zugeführt, und die Pulverteilchen bilden eine räumliche Wolke, durch die die Flüssigkeitstropfen fliegen, die Pulverteilchen auf dem Weg einfangen und ist all dies zur Oberfläche transportiert, auf die das Bild aufgetragen werden muss.To this end, it is proposed to divide the ink into its components: only drops of an electrically neutral liquid are fed through the nozzle, and the powder particles form a spatial cloud through which the liquid droplets fly, catching the powder particles on the way and is all this transported to the surface on which the image is to be applied.

Mit Flüssigkeit ist alles klar.Everything is clear with liquid.

Wie erstelle ich eine räumliche Farbstoffwolke? Es gibt eine Antwort.How do I create a spatial dye cloud? There is an answer.

Das Patent [2] beschreibt elektrooptische Modulatoren, die ein abgedichtetes Gehäuse in Form eines Parallelepipeds aus einem elektrisch isolierenden Material enthalten, und hat es an zwei gegenüberliegenden Innenwänden flache Elektroden, die nicht galvanisch miteinander verbunden sind (es gibt andere Optionen für Elektroden und deren Anordnung (was hier nicht anschauen wird). Darüber hinaus nimmt jede Elektrode die gesamte Oberfläche der Innenwand ein, auf der sie sich befindet.The patent [2] describes electro-optic modulators which contain a sealed parallelepiped-shaped housing made of an electrically insulating material and have flat electrodes on two opposing inner walls that are not galvanically connected to one another (there are other options for electrodes and their arrangement (Which is not looked at here.) In addition, each electrode takes up the entire surface area of the inner wall on which it is located.

Als Arbeitsmedium wird Pulver aus festen, trockenen, elektrisch leitenden Partikeln mit Mikro- und Nanogröße verwendet.Powder made of solid, dry, electrically conductive particles with micro and nano size is used as the working medium.

Wenn eine konstante Spannung an die Elektroden angelegt wird und eine bestimmte elektrische Feldstärke zwischen den Elektroden erzeugt wird (in der Größenordnung von mehreren tausend Volt pro Zentimeter), werden die Pulverteilchen von der Elektrode geladen, auf der sie sich anfänglich befinden, unter den Schwerkraft und Adhäsionskräften an der Elektrode. Dann sind sie in dem Interelektrodenraum selbstoszillierende Bewegungen machen.When a constant voltage is applied to the electrodes and a certain electric field strength is created between the electrodes (on the order of several thousand volts per centimeter), the powder particles are charged from the electrode on which they are initially located, under the force of gravity and Adhesion forces on the electrode. Then they make self-oscillating movements in the interelectrode space.

Als solche Partikel kann auch ein gewöhnliches Farbstoffpulver verwendet werden, da bei einer hohen elektrischen Feldstärke Partikel viele Substanzen genug ausreichend elektrischleitfähig sind [2].Ordinary dye powder can also be used as such particles, since with a high electric field strength, many substances are sufficiently electrically conductive [ 2 ].

Hierbei ist zu beachten, dass der bereits begonnene selbstoszillierende Prozess der Bewegung von Partikeln im Interelektrodenraum bei beliebiger räumlicher Anordnung des hermetischen Gehäuses nicht abhänge, in dem dieser Prozess stattfindet [2].It should be noted here that the self-oscillating process of the movement of particles in the interelectrode space, which has already started, does not depend on any spatial arrangement of the hermetic housing in which this process takes place [ 2 ].

Ein versiegeltes Gehäuse ist hier jedoch nicht geeignet.However, a sealed housing is not suitable here.

Was passieren, wenn das hermetisch Gehäuse verletzen wird? Partikel werden den Raum zwischen den Elektroden verlassen und draußen fliegen, wo die elektrische Feldstärke geringer sein wird [3].What happens if the hermetic housing is damaged? Particles will leave the space between the electrodes and fly outside, where the electric field strength will be less [ 3rd ].

Aber hier wird vorgeschlagen, das Gegenteil zu tun, damit die elektrische Feldstärke vor dem offenen Auslass des Gehäuses zunimmt. Dies kann erfolgen, wenn das Ende jeder Elektrode vorne des Lochs im Körper in einem Winkel gebogen ist, so dass sich diese Enden zugehen (aber nicht berühren). Da die elektrische Feldstärke nicht nur von der Spannung an den Elektroden abhängt, sondern auch von dem Abstand zwischen ihnen [4], tritt eine erhöhte elektrische Feldstärke auf, die die Rolle eines unsichtbaren „Steckers“ spielt und geladene Teilchen bewegen sich nur im Zwischenelektrodenraum, wo die Elektroden parallel zueinander sind.

• 1 zeigt den Aufbau solches Druckkopfes 1 für einen Tintenstrahldrucker (die äußeren Leitungen der Elektroden, Drähte und der Spannungsquelle sind herkömmlich nicht gezeigt).

But here it is suggested to do the opposite in order to reduce the electric field strength before open outlet of the housing increases. This can be done if the end of each electrode is bent at an angle in front of the hole in the body so that those ends come together (but not touch). Since the electric field strength depends not only on the voltage at the electrodes, but also on the distance between them [4], an increased electric field strength occurs, which plays the role of an invisible "plug" and charged particles only move in the space between the electrodes, where the electrodes are parallel to each other.

• 1 shows the structure of such a print head 1 for an ink jet printer (the external leads of electrodes, wires and voltage source are conventionally not shown).

Hier befindet sich ein vertikal positioniertes Rohr 2 aus haltbarem elektrischem Isoliermaterial mit rechteckigem (quadratischem) Querschnitt, das auf der Oberseite fest verschlossen ist. Das Innere des Rohrs ist mit einer Schicht aus elektrischem Isoliermaterial mit hohen anti-adhäsion Attributen (z. B. Teflon® [5]) bedeckt.Here is a vertically positioned pipe 2 Made of durable electrical insulation material with a rectangular (square) cross-section, which is tightly closed on the top. The inside of the tube is covered with a layer of electrical insulating material with high anti-adhesion attributes (e.g. Teflon® [ 5 ]) covered.

Innerhalb der Röhre 2 sind auf gegenüberliegenden Seiten die Elektroden 3 fest angebracht, die flach und linear sind, fast über ihre gesamte Länge, aber am unteren Ende der Röhre 2 sind die Elektroden 3 in einem Winkel zueinander gebogen und bilden eine Zone E (wo gibts gesteigerte Stärke des elektrischen Feldes).Inside the tube 2 are the electrodes on opposite sides 3rd firmly attached, which are flat and linear, for most of their length, but at the bottom of the tube 2 are the electrodes 3rd bent at an angle to each other and form a zone E (where there is increased strength of the electric field).

Eine Düse 6 geht durch den oberen Teil des Rohrs 2, durch die zum richtigen Zeitpunkt Tropfen 7 die Flüssigkeit fliegt, und es spielt keine Rolle, wie diese Flüssigkeitstropfen 7 erzeugt wird (das piezoelektrisch, thermisch Verfahren).A nozzle 6th goes through the top of the tube 2 , by dropping at the right time 7th the liquid flies, and it doesn't matter how these liquid drops 7th is generated (the piezoelectric, thermal process).

Wenn ein solcher Kopf für den Schwarzweißdruck vorgesehen ist, wird in eine der Elektroden 3 ein Loch gemacht, um Zuführer 5 mit schwarze Partikel 4 zu verbinden. Wenn ein Farbdruck erforderlich ist, man kann in Elektroden 3 mehrere Löcher mit zufälliger Anordnung für mehrere Zuführer 5 erstellen. In diesem Fall jeder Zuführer 5 die Partikel 4 das Pulver nur einziger Farbe liefert.If such a head is intended for black and white printing, one of the electrodes is used 3rd a hole made to feeder 5 with black particles 4th connect to. If color printing is required, electrodes can be used 3rd multiple holes with random arrangement for multiple feeders 5 create. In this case every feeder 5 the particles 4th the powder only delivers a single color.

Kurz über Zuführer 5. Dies ist eine Vorrichtung zum Zuführen Partikeln 4 ein Pulver (in diesem Fall Farbstoffpartikeln derselben Farbe) - in das Loch der Elektrode 3. Hier kann beispielsweise eine Schraubenzufuhr von Pulver aus einem Behälter verwendet werden.Briefly about feeders 5 . This is a device for feeding particles 4th a powder (in this case, particles of dye of the same color) - into the hole of the electrode 3rd . For example, a screw feed of powder from a container can be used here.

Ein solcher Druckkopf funktioniert wie folgt.Such a printhead works as follows.

An die Elektroden 3 wird eine Spannung angelegt, die ein elektrisches Feld hoher Intensität im Zwischenelektrodenraum erzeugt. Dann liefert die nötig Zuführer 5 durch das Loch in der Elektrode 3 das Pulver der Partikel 4 der nötigen Farbe in den Zwischenelektrodenraum, das beim Durchgang durch dieses Loch eine Ladung erhält, deren Vorzeichen dem Potential dieser Elektrode 3 entspricht. Der Prozess der selbstoszillierenden Bewegung der Partikel 4 beginnt ([2], [3]), wodurch sich im Zwischenelektrodenraum eine Wolke chaotisch bewegter geladener Partikel 4 gleicher Farbe bildet. Diese Wolke wird von fünf Seiten durch die Wände des Rohrs 2 und von unten durch die Zone E mit erhöhter elektrischer Feldstärke begrenzt.To the electrodes 3rd a voltage is applied which generates a high-intensity electric field in the interelectrode space. Then delivers the necessary feeder 5 through the hole in the electrode 3rd the powder of the particles 4th the necessary color in the interelectrode space, which receives a charge when passing through this hole, the sign of which corresponds to the potential of this electrode 3rd corresponds to. The process of the self-oscillating movement of the particles 4th begins ([ 2 ], [ 3rd ]), creating a cloud of chaotically moving charged particles in the space between the electrodes 4th of the same color. This cloud is from five sides through the walls of the tube 2 and limited from below by zone E with increased electric field strength.

"Bei Bedarf” entweicht ein Tropfen 7 Flüssigkeit aus der Düse 6, die sich auf dem Weg einschließlich der Partikel 4 schnell nach unten bewegt, und die hohe Geschwindigkeit des Tropfens 7 der Flüssigkeit ermöglicht es ihr die Zone E zu überwinden und erreichen bedruckte Oberfläche 8."If necessary" a drop escapes 7th Liquid from the nozzle 6th that are on the way including the particles 4th moving down quickly, and the high speed of the drop 7th the liquid allows it to overcome zone E and reach the printed surface 8th .

Da kleine Flüssigkeitströpfchen (Mikrometer) beim Tintenstrahldruck verwendet werden, kann das Rohr 2 auch einen entsprechenden kleinen Innenabschnitt aufweisen (z. B. ein bis drei Millimeter).Because small droplets of liquid (microns) are used in inkjet printing, the tube can 2 also have a corresponding small inner section (e.g. one to three millimeters).

Aus [6] ist beispielsweise bekannt, dass mit einem geringen Abstand zwischen den Elektroden eine hohe elektrische Feldstärke erzielt werden kann - mit einer geringen Potentialdifferenz an gegenüberliegenden Elektroden 3.Out [ 6th ] it is known, for example, that a high electrical field strength can be achieved with a small distance between the electrodes - with a small potential difference at opposing electrodes 3rd .

Und bietet es zusätzliche Sicherheit bei der Arbeit mit einem solchen Tintenstrahldrucker.And it offers additional security when working with such an inkjet printer.

1 zeigt auch einen Pfeil in Bewegungsrichtung des Papiers, auf das das Bild gedruckt wird. Aber bei Verwendung des Kopfes in industriellen Anwendungen, dann bewegt sich der Kopf selbst in drei Dimensionen. Dazu muss man die gedruckte Oberfläche aufpassen, die eine komplexe Form haben kann (nicht Ebene). 1 also shows an arrow in the direction of movement of the paper on which the image is being printed. But when the head is used in industrial applications, the head itself moves in three dimensions. To do this, one has to watch out for the printed surface, which can have a complex shape (not plane).

Die elektrodynamische Fluidisierung ermöglicht es somit, zuverlässig funktionierende Tintenstrahldrucker herzustellen, die zusammen mit ihren Vorteilen, die ihre Attraktivität und Wettbewerbsfähigkeit im Vergleich beispielsweise zu Laserdruckern erhöhen.The electrodynamic fluidization thus makes it possible to produce reliably functioning inkjet printers which, together with their advantages, increase their attractiveness and competitiveness compared, for example, to laser printers.

Liste der Artikelnamen für GebrauchsmusterList of article names for utility models

1.1.

Kopf des Tintenstrahldruckers.Inkjet printer head.

2.2.

Rohr mit rechteckigem (quadratischem) Querschnitt aus elektrischem Isoliermaterial.Pipe with a rectangular (square) cross-section made of electrical insulating material.

3.3.

Elektrode.Electrode.

4.4th

Farbstoffpartikel.Dye particles.

5.5.

Feeder.Feeder.

6.6th

Flüssigkeitströpfchendüse.Liquid droplet nozzle.

7.7th

Ein Tropfen Flüssigkeit.A drop of liquid.

8.8th.

Die bedruckte Oberfläche (Papier).The printed surface (paper).

Literaturliterature

1. 1. de.wikipedia.org-wiki-Tintenstrahldrucker 141120201. de.wikipedia.org-wiki-inkjet printer 14112020
2. 2. Patent DE Nr. 199 50 786 Flacher Bildschirm.2. Patent DE No. 199 50 786 Flat screen.
3. 3. Patent DE 10 2007 002 161 B4 Elektrischer Raketenmotor mit pulverförmigem Betriebsstoff.3rd patent DE 10 2007 002 161 B4 Electric rocket motor with powder fuel.
4. 4. https:/Ide.wikipedia.oralwiki/Elektrische Feldstärke4. https: /Ide.wikipedia.oralwiki/Elektrische Feld strength
5. 5. https:ilwww.alu-releco.filen/services/metal-and-engineering-industrv5. https: ilwww.alu-releco.filen / services / metal-and-engineering-industrv
6. 6. de.wikipedia.org-wiki-Flüssigkristallanzeige 030220206. de.wikipedia.org wiki liquid crystal display 03022020

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• DE 19950786 [0031]DE 19950786 [0031]
• DE 102007002161 B4 [0031]DE 102007002161 B4 [0031]

Claims (1)

Der Druckkopf eines Tintenstrahldruckers, welche hat ein Gehäuse 2 aus elektrischem Isoliermaterial und im seinem oberen geschlossenen Teil - eine Düse 6 ist zur Zufuhr von Flüssigkeitstropfen 7, dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gehäuse 2 in Form eines Rohres und dem Querschnitt in die Form des Rechteck (des Quadrats) ist, und an seinen zwei gegenüberliegenden Innenwänden Elektroden 3 sind, elektrisch voneinander isoliert, welchen flach fast über ihre gesamte Länge sind, aber näher am Ende des offenen Teils des Rohrs 2 diese Elektroden 3 einem Winkel gebogen sind so, dass der Abstand zwischen sie reduzierten war, jedoch hier noch Platz für den ungehinderten Durchgang von Flüssigkeitstropfen 7 bleiben war, und im parallelen Teil der Elektroden 3 und entsprechend im Gehäuse 2 mindestens eine Öffnung gibts zum Zuführer 5 verbinden, welche feste, elektrisch leitende Partikel 6 Farbstoffs leiten, und dabei durch jeder Zuführer 5 nur Partikel 6 einziger Farbe durchgehen, und zusätzlich ist mit Ausnahme der Stellen, an denen sich die Elektroden 3 befinden, eine isolierende anti-adhäsion Beschichtung (zum Beispiel Teflon@) an den Innenwänden des Gehäuses 2 gibts.The print head of an inkjet printer, which has a housing 2 made of electrical insulating material and in its upper closed part - a nozzle 6 is for the supply of liquid droplets 7, characterized in that the housing 2 is in the form of a tube and the cross-section in the shape of a rectangle (of the square), and on its two opposite inner walls are electrodes 3, electrically insulated from each other, which are flat for almost their entire length, but closer to the end of the open part of the tube 2, these electrodes 3 are bent at an angle so that the The distance between them was reduced, but there was still room for the unhindered passage of liquid droplets 7, and in the parallel part of the electrodes 3 and correspondingly in the housing 2 there is at least one opening to connect the feeder 5, which conduct solid, electrically conductive particles 6 of dye , and only particles 6 of a single color pass through each feeder 5, and additionally i With the exception of the places where the electrodes 3 are located, there is an insulating anti-adhesion coating (for example Teflon®) on the inner walls of the housing 2.

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