DE2927488C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldrucker der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein Tintenstrahldrucker arbeitet nur dann einwandfrei, wenn der Tintenfluß zur Düse keinerlei Unterbrechung erfährt, z. B. durch Verunreinigungen oder durch Luftein­ schlüsse. Insbesondere eingeschlossene Luftblasen wirken störend. Die Kammer muß daher stets ganz von der Tinte ausgefüllt sein, denn Luftblasen dämpfen die Druckwelle so stark, daß es nicht zur Emission eines Tropfens kommt, was zu einem Fehldruck des auf dem Aufzeichnungsträger abzudruckenden Zeichens führt.

Beim durch die DE-OS 22 62 107 bekannten Tintenstrahl­ drucker der eingangs genannten Art besteht die Gefahr, daß sich insbesondere beim Füllen der Kammer mit Tinte Luft­ blasen in ihr halten können. Vor dem eigentlichen Schreibbetrieb muß daher eine Anlaufphase durchgeführt werden, in der versucht wird, mögliche Lufteinschlüsse aus der Kammer durch die Düse heraus zu befördern.

Dies aber gelingt nicht immer. Die Entlüftung der Kammer könnte auch dadurch gefördert werden, daß die Düse nach oben gerichtet ist, so daß mögliche Luftblasen infolge ihrer Eigenart nach oben zu steigen entweichen können. Da aber die Düsen meist seitlich, also waagerecht gerichtet sein sollen, ist es schwierig, derartige Lufteinschlüsse aus der Kammer auf diese Weise zu entfernen. Man spült daher die Kammer vor dem Befüllen mit Tinte mit einem Gas, das sich anschließend in der Tinte auflösen kann. Dieses Verfahren ist zeitraubend, umständlich und kostspielig.

Durch die nachveröffentlichte führer angemeldete DE-OS 28 08 274 ist ein Tintenstrahldrucker mit mindestens einem Düsenkanal und einer kapillar wirkenden Druckkammer beschrieben, deren Grundfläche durch eine einem wechselnden Druck für den Tintenausstoß unterworfene Membran gebildet ist, und deren gegenüberliegende Fläche flach kegelartig ausgebildet ist, so daß die Höhe der Druckkammer vom Rand zur Mitte hin mit sehr spitzem Winkel zunimmt. Die Zuleitung der Tintenflüssigkeit erfolgt dabei durch eine zum Rand der Druckkammer geöffnete Zuleitung und die Ableitung zur Düse ist in der Mitte der flach kegelartigen Fläche angeordnet. Die kegelartige Mantel­ fläche verläuft dort nicht bis zur Grundfläche, sondern deren Endkante ist über eine zylindrische Mantelfläche mit der Grundfläche verbunden.

In der DE-AS 23 02 849 ist eine Druckkammer dargestellt, bei welcher die Membran einen Kapillarraum mit einer im wesentlichen parallel der Membran gegenüberliegenden Ringscheibenfläche der Druckkammer bildet. Auf einem relativ kurzen radial äußeren Bereich des Kapillarraums verjüngt sich dessen Höhe nach außen zu einer ringfömig umlaufenden Spaltöffnung hin. Das Problem der Vermeidung von Lufteinschlüssen ist dort nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintenstrahldrucker zu schaffen, bei dem Lufteinschlüsse innerhalb des Tintenflusses im Bereich der Druckkammer und der Düsen vermieden werden und dessen Tintenstrahlkopf in der Formgebung klein gehalten ist.

Die Lösung gelingt mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen.

Durch den sehr flachen Kreiskegel bzw. Hyperboloid und die seitliche Tintenzuleitung wird bei der Befüllung der Druckkammer die Tinte zunächst ringförmig an der Kante des Mantels und der Grundfläche durch Kapillarkräfte her­ umgeführt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Zuleitung treffen sich diese beiden Ströme und vereinigen sich. Sie schließen damit eine Luftblase ein, die sehr symmetrisch im Kegel bzw. in dem Hyperboloid liegt und Verbindung zur Düse besitzt. Beim weiteren Zufließen von Tinte wird die Luft langsam zur Düsenleitung hinausgedrängt, wobei die Form der Kammer für eine symmetrische Luftverteilung um die Spitze sorgt. Schließlich wird die Luft gänzlich aus der Kammer, der Düsenleitung und der Düse hinausge­ drängt. Die Kammer ist damit völlig blasenfrei befüllt. Da die Befüllbarkeit der Kammer mit Schreibflüssigkeit in jeder Lage gewährleistet ist, kann der Druckkopf auch in jeder Lage innerhalb des Tintenstrahldruckers einge­ baut werden. Die Ableitung und damit auch die Düsen könnten somit auch nach unten gerichtet sein.

Zweckmäßig wird die Grundfläche als Membran ausgebildet und bildet einen Teil des piezoelektrischen Biege­ schwingers.

Diese Kammerform eignet sich hervorragend dazu, in einem Mehrfachdüsenkopf integriert zu werden. In diesem Falle kann die Membran als Platte ausgebildet werden, die über alle Kammern gespannt ist.

Ein weiterer Vorteil ist die leichte maschinelle Realisierbarkeit der Druckkammer durch Senk- oder Präge­ werkzeuge, die auch gleich das ganze Tintenzuführungs­ system beinhalten können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vergrößert dargestellte Kammer eines Tinten­ strahldruckers im Schnitt und

Fig. 2 die perspektivische prinzipielle Darstellung eines Druckkopfes mit mehreren Kammern nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Kammer zur Erzeugung der Aus­ stoßkraft für den Schreibvorgang eines Tintenstrahl­ druckers besteht aus einem Grundkörper 1 und der eigentlichen Kammer 2, in die über die Zuleitung 5 Schreibflüssigkeit eingefüllt wird. Die Zufuhr der Tintenflüssikeit kann in an sich bekannter Weise über einen Schlauch erfolgen, der auf den Zuleitungs­ stutzen 6 aufgeschoben wird. Die Ableitung für die Tintenflüssigkeit erfolgt über die Ableitung 3, die mit der nicht dargestellten Austrittsdüse verbunden ist. Der Ableitungsstutzen 4 kann jedoch auch direkt die Düse darstellen. Die Kammer 2 wird abgeschlossen durch eine Metallmembran 7, die Teil eines piezoelektrischen Biege­ schwingers ist, der aus dem eigentlichen Piezokristall 8 und der Elektrode 9 sowie aus den elektrischen Leitungen 10 und 11 besteht.

Die Besonderheit der in Fig. 1 dargestellten Kammer be­ steht darin, daß die Kammer 2 einen Kreiskegel darstellt, dessen Durchmesser wesentlich größer ist als dessen Höhe. Dadurch entsteht zwischen Grundfläche und Kegelmantel ein sehr spitzer Winkel α. Dieser Winkel ist so klein, daß der Randbereich der Kammer auf die Tinte eine kapillare Kraft ausübt. Damit nun die Zuflußmenge der Tinte nicht zu stark ist, muß der Durchmesser der Zuleitung 5 eben­ falls klein gehalten werden. Versuche haben ergeben, daß eine gute Wirkung erreicht wird, wenn der Durchmesser des Kreiskegels 5 mm und die Höhe des Kegels 200 µm beträgt. Die seitlich im Kegelmantel angeordnete Zuleitung 5 betrug etwa die Hälfte der Höhe des Kegels. Andere Abmessungen sind denkbar. Wesentlich ist, daß einmal die Zufuhr der Schreibflüssigkeit relativ langsam im Randbereich des Kegels erfolgt und daß auf ihr im gesamten Randbereich der Kammer 2 eine Kapillarkraft wirkt.

Bei der Befüllung der Kammer 2 strömt die Schreibflüssig­ keit langsam durch die Zuleitung 5 und wird zunächst ringförmig an der Kante des Mantels und der Grundfläche des Kegels herumgeführt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Zuleitung 5 treffen sich diese beiden Ströme und vereinigen sich. Sie schließen damit eine Luftblase ein, die sehr symmetrisch innerhalb des Kegels liegt und Verbindung zur Ableitung 3 hat. Beim weiteren Zu­ fließen der Tinte wird die Luft langsam weiter aus der Ableitung 3 hinausgedrängt, wobei die Kegelform der Kammer 2 für eine symmetrische Luftverteilung um die Kegelspitze sorgt. Schließlich wird die Luft gänzlich aus der Kammer 2 und der Ableitung 3 hinausgedrängt. Die Kammer 2 ist damit völlig blasenfrei mit Schreibflüssig­ keit gefüllt.

In Fig. 2 ist ein Druckkopf eines Tintenstrahldruckers dargestellt, bei dem insgesamt 9 Druckkammern mit zuge­ ordneten Düsen 32 vorhanden sind. Ein solcher Druckkopf ist relativ leicht herzustellen, wenn für den Druckkopf­ körper 13 ein Material vewendet wird, in das die kreis­ kegelförmigen Kammern 2 eingesenkt oder eingeprägt werden können. In diesem Falle können dann die Senk- oder Präge­ werkzeuge gleichzeitig auch die Zuleitung 5 und deren Verbindungskanäle 51 herstellen. Die Verbindungsleitungen 51 sind an die Tintenzuleitung 12 angeschlossen. Die Kammern 2 stehen jeweils über ihren Ableitungen 31 mit den zugeordneten Düsen 32 in Verbindung. Der auf diese Weise hergestellte Druckkopfkörper 13 wird durch eine als Platte 71 ausgebildete Membran abgeschlossen. Diese Membranplatte 71, die aus Metall besteht und als eine der Elektroden des Biegeschwingers dient, besitzt auf ihrer Oberseite im Bereich einer jeden Kammer 2 das zugeordnete Piezokristall 8 mit der zweiten Elektrode 9. Über die Leitungen 10 ist jeder piezoelektrische Biege­ schwinger an den nicht dargestellten Frequenzgenerator angeschlossen. Die elektrische Ableitung erfolgt über die gemeinsame Leitung 11.

Claims (5)

1. Tintenstrahldrucker mit mindestens einem Düsenkanal und einer trichterförmigen Druckkammer, deren Grundfläche durch eine einem wechselnden Druck für den Tintenausstoß unterworfenen Membran gebildet ist, bei dem die Zuleitung der Tintenflüssigkeit durch einen zum äußeren Rand des Trichtermantels führenden Kanal erfolgt und der Düsenkanal in der Spitze der Druckkammer angeordnet ist, und deren kegelartige Mantelfläche bis zur Grundfläche hin verläuft und diese dort berührt, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche und die kegel­ artige Mantelfläche in kapillarem Abstand zueinander angeordnet sind und in sehr spitzem Winkel zueinander ver­ laufen, und daß sich die Querschnittsfläche des die Tinten­ flüssigkeit zuleitenden Kanals bis an die Membran erstreckt.

2. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Druckkammer wesentlich größer ist als deren Höhe, und daß der Durchmesser der Zuleitung etwa die Hälfte dieser Höhe beträgt.

3. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (2) in Form eines Rotationshyperboloids ausgebildet ist, der die Grundfläche annähernd tangential berührt.

4. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7) als Platte (71) ausgebildet ist und allen Druckkammern (12) gemeinsam ist.

5. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern (2) mit Zulei­ tungen (5) in das Druckkopfgehäuse (13) eingesenkt und ein­ geprägt sind.