DE4016501C2 - Druckkopf für Tintenstrahldrucker - Google Patents
Druckkopf für TintenstrahldruckerInfo
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- 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
- B41J2/16—Production of nozzles
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Description
Die Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen Tinten
strahldrucker
- - mit einem Oberteil, das eine Anzahl von in jeweils be stimmten Abständen parallel verlaufenden Kanälen bestimm ter Breite aufweist, die durch Kanalstege begrenzt und an einer einem Substrat zugewandten Längsseite offen sind und die an einer Seite des Oberteils in einer Düsenreihe angeordnete Düsenöffnungen aufweisen,
- - wobei das Substrat die offene Längsseite der Kanäle verschließt und eine Widerstandsstruktur trägt, die in den bestimmten Abständen der Kanäle entsprechenden Abständen jeweils ein innerhalb der bestimmten Breite jedes Kanals sich erstreckendes Heizelement ausbildet.
Der Tintenausstoß erfolgt bei derartigen Druckköpfen durch
Aufheizen der Heizelemente, durch die bei entsprechender
Ansteuerung Dampfblasen in der Tinte erzeugt werden, durch
die die Tintentröpfchen ausgestoßen werden. Die Tropfen
masse hängt dabei primär von der Düsen- und Kanalgeometrie
sowie von der Oberfläche der Heizelemente ab.
Diesbezüglich ist zur Erhöhung der Tropfenmasse und zur
Verhinderung von Druckkopfausfällen durch Verstopfung
einer einzelnen Düse aus der US-PS 4,803,499 ein Tinten
druckkopf mit auf einem Substrat angeordneten Heizelemen
ten und einem dazu verschiebbaren Oberteil mit parallel
verlaufenden Tintenkanälen bekannt. Die Heizelemente sind
nebeneinander angeordnet und derart konfigu
riert, daß jeweils ein Heizelement mehreren Tintenkanälen
zugeordnet ist, wobei sich die wirksame Heizfläche jeweils
über die gesamte Kanalbreite erstreckt. Die Tropfen
masse bleibt daher auch bei Verschieben des Oberteils
invariant.
Die EP-A1-0 303 350 beschreibt einen Druckkopf mit einer
auf einem Substrat ausgebildeten Widerstandsstruktur, auf
die eine Zwischenschicht fest aufgebracht ist. In der Zwi
schenschicht sind ortsfest Tintenkanäle ausgebildet, die
von einer Düsenplatte derart verschlossen sind, daß der
Tintenausstoß in zur Heizfläche normaler Richtung erfolgt.
Um eine hohe Konstanz der ausgestoßenen Tropfenmassen zu
realisieren, sind die Zentren von Düse und Heizfläche
seitlich versetzt, wobei die gesamte Heizfläche wirksam
bleibt.
Aus "Patent Abstracts of Japan", M-762, 1988, Vol. 12/428
und JP-A-63-160853 ist ein Druckkopf der eingangs genann
ten Art mit einem Oberteil und einem Substrat bekannt. Das
Oberteil enthält mehrere beabstandete parallele Kanäle,
die durch Kanalstege begrenzt und an einer dem Substrat
zugewandten Längsseite offen sind. Die Kanäle weisen an
einer Seite des Oberteils in einer Reihe angeordnete Düsen
auf. Das Substrat verschließt die offene Längsseite der
Kanäle und trägt eine Widerstandsstruktur mit auf die
Kanalabstände abgestimmten Heizelementen. Um die ausstoß
bare Tropfenmasse zu variieren, besteht jedes Heiz
element aus mehreren Heizelementabschnitten in elektri
scher Serienschaltung. Die Heizelementabschnitte erfordern
zur Dampfblasenbildung unterschiedlich hohe Energien
(Prinzip der sukzessiven Erregung). Die ausstoßbare
Tropfenmasse wird durch die geometrische und materialspe
zifische Gestaltung der Widerstandsstruktur und die An
steuerenergie bestimmt.
Sollen Tintendruckköpfe mit derselben Teilung, jedoch für
unterschiedliche Tropfenmassen hergestellt werden,
beispielsweise für Farbtinte oder schwarze Tinte, sind
bisher Änderungen beim Widerstandslayout und/oder
Kanallayout sowie entsprechende Maskenänderungen
erforderlich. Dies bedingt einen konzeptionellen und
fertigungstechnischen Mehraufwand, der sich in längeren
Erstellungszeiten und höheren Kosten äußert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung von
Druckköpfen, bei denen unter Verwendung im wesentlichen
unveränderter Einzelteile die auszustoßende Tropfen
masse druckkopfindividuell einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
das Oberteil mit den Kanalstegen gegenüber der Wider
standsstruktur derart seitlich versetzbar ist, daß die
Heizelemente von den Kanalstegen partiell verdeckt sind,
wobei dann der innerhalb eines Kanales liegende Flächen
bereich des zugehörigen Heizelementes weniger als die
gesamte Breite des Kanales überdeckt, so daß die für den
jeweiligen Kanal wirksame Heizfläche des Heizelementes
gegenüber seiner gesamten Heizfläche verkleinert ist.
Durch eine derartige Maßnahme ist es möglich, die wirksame
Fläche der Heizelemente zu verändern, wodurch verschieden
große Tropfenmassen bei gleichem Layout erzielbar sind.
Eine Verkleinerung der wirksamen Heizelementefläche hat
eine verringerte Blasenbildung zur Folge, was zu einem
verringerten Tintenausstoß führt.
Bezüglich der Anordnung der Kanalstruktur gegenüber der
Widerstandsstruktur sind grundsätzlich zwei Varianten
möglich. Die erste Variante zeichnet sich dadurch aus, daß
die dem Substrat zugewandten Stirnseiten der Kanalstege
im Bereich der verdeckten Flächenbereiche der Heizelemente
spaltlos auf diesen liegen.
Der Vorteil dieser spaltlosen Ausführung gegenüber der
zweiten Variante sind höhere realisierbare Teilungen.
Wegen der fluidmechanischen Trennung tritt sogenanntes
Nebensprechen auf benachbarte Düsen nicht auf. Das
Material für die Kanalstege muß bei dieser Variante eine hohe
Temperaturbeständigkeit aufweisen, da es die Heizelemente
zumindest partiell abdeckt. Aus diesem Grund ist es von
Vorteil, wenn das Material der Kanalstruktur ein Halb
leiter, Glas oder Metall ist.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß der seitliche
Versatz zwischen den Kanalstegen und der Widerstandsstruktur
einstellbar ist. Damit ist eine reproduzierbare Tropfenmassenein
stellung möglich.
Die zweite Variante zeichnet sich dadurch aus, daß zwi
schen den dem Substrat zugewandten Stirnseiten der Ka
nalstege und der Widerstandsstruktur ein Spalt derart
geringer Höhe besteht, daß bei einem Versatz, der der
halben Kanalbreite plus der halben Kanalstegbreite
entspricht, kein Nebensprechen auftritt.
Der Vorteil dieser Variante ist die kontinuierliche oder
stufenweise Einstellung der Tropfenmasse während des
Betriebs.
Die Temperaturbelastung des Kanalstrukturmaterials ist bei
dieser Variante durch den vorhandenen Spalt wesentlich
geringer.
Das Material kann beispielsweise aus Kunststoff, Halbleiter,
Glas oder Metall bestehen.
Eine gewisse Einschränkung bei dieser Variante gegenüber dem
spaltlosen Aufbau ist die erforderliche größere kleinste Tei
lung, um ein Nebensprechen zu vermeiden. Dieser Nachteil kann
jedoch dadurch behoben werden, daß nach Verändern der Position
der Kanalstege gegenüber der Widerstandsstruktur der Abstand auf
Null reduzierbar ist.
Die Reduzierung kann durch mechanische Mittel wie durch Feder
krafteinwirkung vorgenommen werden.
Im folgenden seien die beiden Varianten anhand von Figuren
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1a bis 1c eine spaltlose Zuordnung von Kanalstegen und
Widerstandsstruktur in Schnittdarstellung und
Fig. 2a bis 2c eine Zuordnung mit Spalt zwischen Kanalstegen
und Widerstandsstruktur in Schnittdarstellung.
Die in Fig. 1a bis 1c dargestellte Anordnung zeigt ein Sub
strat 1, das beispielsweise ein Dünnfilmsubstrat sein kann. Auf
diesem Substrat sind vier Heizelemente 2, 3, 4, 5 erkennbar,
die darauf z. B. im Siebdruckverfahren aufgebracht sind. Abge
deckt wird dieser Bereich durch ein Oberteil 6, das nutenförmi
ge Ausnehmungen 7, 8, 9, 10, die sogenannte Kanalstruktur, auf
weist. Die Schnittdarstellung zeigt die Kanalstruktur. Zwischen
den Nuten sind die Kanalstege 11, 12, 13, 14, 15 erkennbar.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise wurden in die Darstellung
X- und Z-Achse eingezeichnet.
Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt drei verschiedene Positionen
des Oberteils 6 in Bezug auf das Substrat 1. So sind in Fig.
1a die nutenförmigen Ausnehmungen unmittelbar über den Heizele
menten angeordnet, in Fig. 1b werden die Heizelemente 2, 3, 4,
5 partiell von den Kanalstegen 11, 12, 13, 14 abgedeckt und in
Fig. 1c sind die Heizelemente völlig abgedeckt. Mit Xo ist die
Kanalbreite bezeichnet, mit Xk die Kanalstegbreite. Die Düsen
teilung T ist definiert durch die Summe von Düsenbreite Xo und
Kanalstegbreite Xk (T = Xo + Xk).
In der Darstellung nach Fig. 1a verläuft das Heizelement je
weils unmittelbar in einem Kanal der Kanalstruktur, d. h. es ist
voll wirksam, da es nicht abgedeckt ist. Die Tropfenmasse mt
entspricht daher der maximalen Tropfenmasse mto (mt = mto).
Nach Fig. 1b ist jedes Heizelement 2, 3, 4, 5 partiell durch
einen Kanalsteg 11, 12, 13, 14 abgedeckt. Die ausstoßbare Trop
fenmasse mt ist kleiner als die maximale Tropfenmasse, da nur
ein Teil der Heizelementefläche auf die Tinte einwirken kann
(mt < mto). Der Versatz zwischen Kanalmitte und Heizelementmit
te ist mit Xv1 bezeichnet.
In Fig. 1c ist die Heizelementefläche völlig von den Kanal
stegen abgedeckt. Sie ist daher nicht mehr wirksam und die aus
stoßbare Tropfenmasse ist Null (mt = 0). Der Versatz ist mit
Xv2 bezeichnet.
Zur Tropfenmasseeinstellung ist ein Versatz Xv zwischen Kanal
struktur und Widerstandsstruktur bzw. Kanalmitte und Heizelementmitte
im Bereich 0 Xv < Xo (Xo : Kanalbreite) sinnvoll. Dem angepaßt
muß die Kanalbreite gewählt werden. Es gilt Xo < Xk.
Die Anordnung nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen der An
ordnung nach Fig. 1. Aus diesem Grund sind gleiche Teile mit
denselben Bezugszeichen versehen. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist
jedoch ein Spalt Zs zwischen den Kanalstegen 11, 12, 13, 14 und
der Oberfläche des Substrates 1 vorhanden. (Der Spalt nach
Fig. 1b und 1c ist vernachlässigbar klein). Wegen dieses Spaltes
ist zwar, wie bereits beschrieben, eine Änderung der Position
des Oberteils 6 gegenüber dem Substrat 1 auch während des Be
triebes möglich. Um ein Nebensprechen zweier benachbarter Düsen
auszuschließen, gilt folgende Bedingung für die maximale Spalt
breite 0 Zs < Zsmax,
wobei Zsmax die maximale Spaltbreite ist, bei der für Xv = (Xo + Xk)/2 Nebensprechen auftritt. Zsmax ist für eine ge gebene Düsenteilung T zu ermitteln bzw. bei vorgegebener Spalt breite Zs ist die Düsenteilung T entsprechend zu wählen.
wobei Zsmax die maximale Spaltbreite ist, bei der für Xv = (Xo + Xk)/2 Nebensprechen auftritt. Zsmax ist für eine ge gebene Düsenteilung T zu ermitteln bzw. bei vorgegebener Spalt breite Zs ist die Düsenteilung T entsprechend zu wählen.
Claims (9)
1. Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker
- - mit einem Oberteil (6), das eine Anzahl von in jeweils bestimmten Abständen (T) parallel verlaufenden Kanälen (7, 8, 9, 10) bestimmter Breite (Xo) aufweist, die durch Kanalstege (11, 12, 13, 14, 15) begrenzt und an einer einem Substrat (1) zugewandten Längsseite offen sind und die an einer Seite des Oberteils (6) in einer Düsenreihe angeord nete Düsenöffnungen aufweisen,
- - wobei das Substrat (1) die offene Längsseite der Kanäle (7, 8, 9, 10) verschließt und eine Widerstandsstruktur trägt, die in den bestimmten Abständen (T) der Kanäle (7, 8, 9, 10) entsprechenden Abständen jeweils ein innerhalb der bestimmten Breite (Xo) jedes Kanals (7, 8, 9, 10) sich erstreckendes Heizelement (2, 3, 4, 5) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (6) mit den Kanalstegen (11, 12, 13, 14, 15) gegenüber der Widerstandsstruktur derart seitlich versetz bar ist, daß die Heizelemente (2, 3, 4, 5) von den Kanalstegen (11, 12, 13, 14, 15) partiell verdeckt sind, wobei dann der in nerhalb eines Kanales (7, 8, 9, 10) liegende Flächenbereich des zugehörigen Heizelementes (2, 3, 4, 5) weniger als die ge samte Breite (Xo) des Kanales (7, 8, 9, 10) überdeckt, so daß die für den jeweiligen Kanal (7, 8, 9, 10) wirksame Heizfläche des Heizelementes (2, 3, 4, 5) gegenüber seiner gesamten Heizfläche verkleinert ist.
2. Druckkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Substrat (1) zugewandten Stirnseiten der Kanal
stege (11, 12, 13, 14, 15) im Bereich der verdeckten Flächenbe
reiche der Heizelemente (2, 3, 4, 5) spaltlos auf diesen
liegen.
3. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material für die Kanalstege (11, 12, 13, 14, 15) eine
hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.
4. Druckkopf nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material ein Halbleiter, Glas oder Metall ist.
5. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der seitliche Versatz (Xv) zwischen den Kanalstegen
(11, 12, 13, 14, 15) und der Widerstandsstruktur einstellbar
ist.
6. Druckkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den dem Substrat zugewandten Stirnseiten der
Kanalstege (11, 12, 13, 14, 15) und der Widerstandsstruktur ein
Spalt derart geringer Höhe besteht, daß bei einem Versatz
(Xv), der der halben Kanalbreite (Xo) plus der halben
Kanalstegbreite (Xk) entspricht, kein Nebensprechen
auftritt.
7. Druckkopf nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material für die Kanäle (7, 8, 9, 10) im Oberteil (6)
Kunststoff, Halbleiter, Glas oder Metall ist.
8. Druckkopf nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Verändern der Position der Kanalstege
(11, 12, 13, 14, 15) gegenüber der Widerstandsstruktur die Höhe des
Spaltes auf Null reduzierbar ist.
9. Druckkopf nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reduzierung durch Federkrafteinwirkung vornehmbar
ist.
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DE19904016501 DE4016501C2 (de) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | Druckkopf für Tintenstrahldrucker |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904016501 DE4016501C2 (de) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | Druckkopf für Tintenstrahldrucker |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4016501A1 DE4016501A1 (de) | 1990-10-04 |
DE4016501C2 true DE4016501C2 (de) | 1994-06-30 |
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ID=6406971
Family Applications (1)
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DE19904016501 Expired - Fee Related DE4016501C2 (de) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | Druckkopf für Tintenstrahldrucker |
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EP0372097A1 (de) * | 1988-11-30 | 1990-06-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung zum Erzeugen von Tintentröpfchen unterschiedlicher Grösse in einer Tintendruckeinrichtung |
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1990
- 1990-05-22 DE DE19904016501 patent/DE4016501C2/de not_active Expired - Fee Related
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