DE9011816U1 - Tintendruckkopf für Tintendruckeinrichtungen mit einer Rückflußbremse im Tintenversorgungssystem - Google Patents

Description

Siemens Aktiengesellschaft

Tintendruckkopf für Tintendruckeinrichtungen mit einer Rückflußbremse im Tintenversorgungssystem

Die Erfindung betrifft einen Tintendruckkcpf für Tin cndruekeinrichtungen gemäß den Merkmalen des Sehul^a.iSprüches 1.

Tintenvj^uckeinrichtungen sind allgemein bekannt und mit Er?~iq

> zur Anwendung gelanot. Sie enthalten einen Tintendruckkopf mit

einT-r Vielzahl von Scni.: ibdü" ^n, woL—i jeae schreibdüse eine

Druckkammer aufweht mit zur. '""Trigem elektrisch anregbarem An-

k' triebseJ-^ent. Al, Antriebselemente s'nd dabei sowohl piezo-

15 elektrische Antriebselemente aii -u;^s thermoelektrische An-

triebselemente bekannt. Bei Erregung des Antriebselementes wird

f in der Druckkammer" ein impulsartiger Überdruck erzeugt, der zu

;■; einem Ausstoß von Tintentröpfchen über die Düsen führt. Zur Tintenversorgung der Druckkammern sind die Druckkammern über - ---,selkanäle mit einem gemeinsamen Versorgungskanal verbunden.

Derartig aufgebaute Tintendruckköpfe sind z. B. aus der WO 88/02698 oder aus der US-Pi, 4,542,389 bekannt.

Es hat sich nun herausgestellt, daß beim Ausstoßen der Tinte durch die Düse im Schreibbetrieb ein nicht unerheblicher Teil der Strömungsenergie durch die Zuflußöffnungen für die Druckkammern in den für mehrere Düsen gemeinsamen Versorgungskanal übertragen wird. Damit geht ein nicht unerheblicher Teil der Strömungsenergie durch die ZufluQöffnungen verloren. Dies verringert den Wirkungsgrad des Tintenschreibsystems und verursacht zusätzlich störendes Übersprechen.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist es aus der WO 88/02698 bekannt, zwischen der Druckkammer und dem Versorqungskanal Drosselkanäle anzuordnen, die relativ lang sind. Die Rückdämpfung wird durch die eingeschlossene träge Tintenmasse und hydraul!-

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sehe Reibungsverluste im Drosselkanal erreicht. Eine Strömungs richtung wird dabei nicht bevorzugt.

Durch derartige Drosselkanäle wird zwar der Wirkungsgrad erhöht, dies widerspricht aber der Bedingung, daß bei hohen Spritzflequenzen viel Tinte ungen' i^rt nachströmen muß.

der Erfi'iung ist es, einen Tintendruckkopf der eingangs genannten Art mit hohem Wirkungsgrad bereitzustellen, bei dem die Strömungsenergie in den Druckkammern vollständig zum Ausstoß von Tintentröpfchen ausgenutzt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung is<: es, den Tintendruckkopf so auszugestalten, daß er in einfacher Weise hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Tintendruckkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Drosselkanal als hydraulische Diode ausgebildet ist, derart, daß die Tintenströmung aus d_er Druckkammer in den Versorgungskanal maximal und die Tintenströmung aus dem Versorgungskanal in die Druckkammer minimal behindert wird.

Die hydraulische Diode kann dabei aus einer im Mündungsbereich der Druckkammer angeordneten Verengungsstelle mit kurzer Kanallänge bestehen, die im Prinzip einer gerichteten zweidimensionäien Düse entspricht. Der sich an die Verengungsstelle anschließende Abschnitt des Drosselkanals bis zum Versorgungskanal muß dabei möglichst kurz ausgebildet sein und einen großen Querschnitt aufweisen.

In den Drosselkanal kann weiterhin im Mündungsbereich zur Druckkammer eine Stromsperre eingearbeitet sein, die durch ihren Schichtaufbau besonders fertigungsfreundlich ist. Sie kann ³^ z. B. in der Kanalrichtungsebene einen elliptischen Querschnitt oder einen etwa keilförmigen Querschnitt aufweisen oder aber die Strömungssperre besteht aus einem düsenförmigen Element,

&zgr;. B. aus einem querliegenden Blechteil mit einer Düse, die ähnlich der Düsen auf der Düsenplatte des Tintundruckknprns ausgebildet ist.

Durch die Anordnung einer hydraulischen Diode im Drosselkanal wird der Wirkungsgrad des Tintendruckkopfes wesentlich erhöht, ohne daß sich dadurch die Leistungsfähigkeit des Tintendruckkopfes insbesondere hinsichtlich seiner erreichbaren bpritzfre

quenz vermindert. 10

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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine schematis^he Schnittdarstellung durch einen Tin· tendruckknpf mit piezoelektrischem Antriebselement und einer hydraulischen Dj 'de im Drosselkanal und

Figuren 2 bis 7 verschiedene Ausfühiungsformen der im Drosselkanal angeurdneten hydraulischen Diode.

In einer hier nicht im einzelnen dargestellten Tintendruckeinrichtung ist ein Tintendruckkopf angeordnet, der im Schreibbetrieb zeilenweise entlang von einem Aufzeichnungsträger geführt wird. Der Tintendruckkopf entspricht prinzipiell dem in der WO 88/02698 beb< nriebu ien Tintendruckkopf. Er enthält pine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Schreibdüsen 10, die in einer Düsenplatte 11 angeordnet sind. Jede der Schreibdüsen 10 steh, mit einer zylinderförmigen Druckkammer '2 in Verbindung, an deren einen Seitenfläche ein Antriebselement 13 in Form eines Piezoplättchens angeordnet ist. Anstelle des Piezopiättchens iäöt sich jedoch auch ein eiektrothermisches Antriebselement anordnen. Bei elektrischer Erregung kontraktiert dieses Piezoplättchen und erzeugt damit einen Druckimpuls in der Druckkammer 12, wodurch aus der Schreibdüse 10 ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Mit Tinte versorgt werden die Druckkammern 12 über einen gemeinsamen Versorgungskanal 14. Versorgungskanal 14 und Druckkammer 12 stehen über einen Drosselkanal 15 ir, Verbindung. Um beim Druckbetrieb auch bei hohen Spritzfrequenzen ein ungehindertes Nachströmen von Tinte aus dem Versorgungskanal 14 über den Drosselkanal 15 in die Druckkammer 12 zu ermöglichen und gleichzeitig einen Strömungsenergieverlust durch Rückströmen der Tinte aus der Druckkammer 12 in den Versorgungskanal 14 beim Tropfenausstoß zu verhindern, enthält der Drosselkanal eine hydraulische Diode. Diese Diode kann entsprechend den Figuren 2 bis 7 ausgebildet sein= Durch sie wird die Tintenströmung der Druckkammer 12 in den Versor-

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gungskanal 14 maximal und die Tintenströmun aus dem Versorgungskana.l 14 in die Druckkammer 15 minimal behindert.

Bei einer Ausführungsform der hydraulischen Diode entsprechend der Figur 2 weist der Drosselkana" in seinem Mündungsbereich zur Druckkammer 12 eine Verengungsstelle 16 mit reduziertem Querschnitt auf. Die Kanallänge Kl ist dabei möglichst kurz ge halten. Der sich an die Verengungsstelle 16 anschließende Kanaiuereich K2 des DrüsSeikäiiäieb 15 &iacgr;^&Ggr;&igr; Richtung VersoiyünQska-

1°- nal IA weist einen gegenüber der Verengungsstelle erweiterten Querschnitt auf. Auch dieser Kanalbereich K2 muß möglichst kurz sein. Damit entspricht in der Schnittaufteilung der Figur 2 die hydraulische Diode einer gerichteten zweidimensional en Düse. Die Verengungsstelle 16 hat eine schlitzartige Struktur, bedingt durch den Rechteckquerschnitt des Drosselkanales.

Die Verengungsstelle im Mündungsbereich zur Druckkammer kann aber auch entsprechend der Schnittda^stellung der Figur 3 in Form einer Strömungssperre ausgebildet sein. Diese Strömungssperre 17 besteht aus einem Element mit elliptischem Querschnitt in Form eines Verbindungssteges im Drosselkanal 15 zwi-

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deren Seite begrenzenden Schicht 18. Baut man den Tintendruckkopf in Planartechnik entsprechend den Ausführungen in der WO 88/02698, so besteht die Düsenplatte 11 aus einer Membranplatte aus Nickel und die Schicht 18 aus einer Druckkammerplatte. Die Strukturen in einem derartigen Sandwich-Tinter.druckkopf werden dabei galvanoplastisch hergestellt und die einzelnen Schichten des Tintendruckkopfes dann übereinander geschichtet und durch Diffusionsschweißung verbunden.

Der Aufbau eines derartigen Tintendruckkopfes ist jedoch von den verwendeten Antriebselementen abhängig. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Tintendruckkopf in Planartechnik aufgebaut und enthält ein piezoelektrisches Antriebselement in Form eines Piezoplättchens. Enthält der Tintendruckkopf elektrothermisch^ Antriebselemente, so kann der Tintendruckkopf

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in integrierter Bauweise aufgebaut werden. Die qrundsätjrliche Ausgestaltung der hydraulischen Diode bleibt jedoch ent^cpre~ chend den dargestellten Ausführungsbeispielen bestphen.

Gestaltet man den rintendruckkopf in Foim eines Sandwich-Tintendruckkopf es aus einzelrirn Schichten, die z. B. mit Diffusionsschweißverfahren miteinander verbunden werden, so ist es günstig, entsprechend den Darstellungen der Figuren k bis 6

Schicht auszubilden. Dabei kann entsprechend den Figuren h und 5 die Vercngungsstel Ie aus einer zwischen Schichten 19 angeordnete Schicht 20 bestehen, die z. B. entsprechend der Figui 4 einen rechteckigen Querschnitt hat. Der Drosselkanal 15 im Mündungsbereich /&igr;.&igr;&Ggr; Druckkammer ist in kleinere obere 15/1 und untere 15/2 Kanäle separiert. Die Figur 5 stellt dabei eine Querschnittsdarstellung des Mündungsbereiches des Drossel'■ anales zur Druckkammer 1? dar.

Ein besonders gürstiges Vorwärts/Rückwärt^c Verhältnis der St-Q-^2u mung im Drosselkanal 15 ergibt sich durch eine Ausgestaltung der hydraulischen Diode entsprechend der Figu/ 6 in Form einer 5t rnmynn s Qnpr r &rgr; rnlt stv^a ke &idiagr; 1 f &Ogr;&Ggr;&Ggr;&Pgr;&Idigr; "SiT! ^USISChnitt 21 1 &Pgr; &Kgr;&bgr;^&eegr;&bgr;1 &mdash; richtungsebene (Horizontalschnitt durch den Drosselkanal). Der Querschnitt des Drosselkanales im Mündungsbereich zur Druckkam mer 12 wird durch die Strömungssperre keilförmig verengt. Dadurch ergibt sich ein besonders günstiges Zuströmverhalten bei reduzierter Rückströmung bei Tropfchenaussto⁰.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der hydraulischen Diode ist in der Figur 7 dargestellt. Dabei wird im Mündungsbereich zur Druckkammer 12 ein querliegendes Blechteil 22 angeordnet, das eine in Richtung der Druckkammer sich verengende Düse 23 aufweist. Diese Düse 23 kann &zgr;. B. sntsprechend der Schreibdüse 10 hergestellt werden, z. B. durch Ausätzen der die Düsenplatts 11 bildenden Membranplatte.

Claims (6)

&thgr; 1 5 O 3 DE Schutzansprüche

1. Tintendruckkopf für Tintendruckeinrichtungen mit einer Vielzahl von Schreibdüsen (10), einer jeden Schreibdüse zugeordneten Druckkammer (12) mit zugehörigem elektrisch anregbarem Antriebselement (13) zur Erzeugung eines momentanen Überdruckes in der Druckkammer (12) zum Ausstoß von Tintentröpfchen über die Düsen (10), einem jeder Druckkamer zugeordneten Drosselkanal (15) und einem mit dem Drosselkanal (15) gekoppelten Ver-

-° sorgungskanal (14) zyr Zuführung von Tinte aus einem Tintenvorrat, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (15) eine hydraulische Diode aufweist, derart, daß die Tintenströmung aus der Druckkammer (12) in den Versorgungskanal (IA) maximal und die Tintenströmung aus dem Versorgungskanal (14) in die Druckka. ier (12) minimal behindert wird,

2. Tintendruckkopf nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Drosselkanal (15) in seinem Mündungsbereich zur Druckkammer eine Verengungsstelle (16) mit reduziertem Querschnitt aufweist, wobei die Kanallänge (Kl der Verengungsstelle (16) möglichst kurz ist und daß der sich an die Verengungsstelle anschließende Kanalbereich (K2) des Drosselkanales (15) in Richtung Versorgungskanal (14) einen gegenüber der Verengungsstelle (16) erweiterten Querschnitt aufweist.

3. Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (15) in seinem Mündungsbereich zur Druckkammer (12) eine StrömungssD? rre (17, 20, 21) aufweist.

4. Tintendruckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungssperre einen elliptischen Querschnitt (17) in der Kanalrichtungsebene aufweist.

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5. Tintendruckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungssperre einen etwa keilförmigen Querschritt (21) in der Kanalrichtungsebene aufweist.

6. Tintendruckkopf nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daB die Strömungssperre eine du senförmige Struktur aufweist mit einem sich in Richtung zur Druckkammer verengenden Querschnitt.