DE4424771C1

DE4424771C1 - Tintendruckkopf aus einzelnen Tintendruckmodulen

Info

Publication number: DE4424771C1
Application number: DE4424771A
Authority: DE
Inventors: Harald Windel; Junming Dr Zhang
Original assignee: Francotyp Postalia GmbH
Current assignee: Francotyp Postalia GmbH
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2014-07-06
Also published as: DE59503508D1; EP0691205A3; EP0691205A2; US6367911B1; EP0691205B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintendruckkopf, der aus Tintendruckmodulen zusammengesetzt ist, die nach dem Edge-Shooter-Prinzip arbeiten und vorzugsweise mit pie zoelektrischen Aktoren ausgerüstet sind. Der Tinten druckkopf ist für den Einsatz in kleinen schnellen Druckern vorgesehen, die wiederum Bestandteil von modernen Maschinen zum Frankieren von Postgut oder zum Drucken von Adressen sind.

Im Unterschied zum üblichen Bürodrucker mit zeilenwei sem Abdruck erfolgt der Druck als einmaliger Frankierabdruck in einem Durchlauf des Postgutes. Die Druckbreite bestimmt die Anzahl der untereinander anzuordnenden Düsen und damit eine Dimension des Tintendruckkopfes. Zum angebotenen Komfort von Fran kiermaschinen gehören Klischees mit Wort- und Bildzeichen. Zur Gewährleistung einer guten Druck qualität sind Druckauflösungen von annähernd 200 dpi erforderlich. Das bedingt Düsenöffnungen von 40 bis 50 µm Breite. Bei einer üblichen Klischeebreite von einem Zoll werden damit hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Düsenaufteilung und deren Ansteuerung gestellt; der Justagefehler muß hier unter 10 µm gehalten werden.

Es ist ein Tintendruckkopf der eingangs beschriebenen Art bekannt, DE 42 25 799 A1, der aus mehreren unter schiedlichen Modulen besteht, von denen nur eines der Module an seiner Stirnseite die gemeinsame Düsenreihe trägt. Alle Module weisen von Piezoaktoren antreibbare Druckkammern für den Tintenausstoß auf, die über ent sprechend geführte Kanäle mit den zugeordneten Düsen verbunden sind. Die Verbindungskanäle von Modul zu Mo dul verlaufen zwangsläufig orthogonal zu den Druckkam mern.

Obwohl der Vorteil nur einer einzigen Düsenreihe un streitig ist, ist der technologische Aufwand zur Her stellung der zueinander unterschiedlichen Module noch beträchtlich.

Für die durch mehrere Module verlaufenden Verbin dungskanäle ist eine höhere Genauigkeit als für die Druckkammern und ein höherer Justieraufwand erfor derlich. Die verschieden langen Verbindungskanäle be dingen zusätzliche Steuermaßnahmen. Wenn die Düsen ge meinsam mit den Tintenkanälen mit Hilfe der Ätztechnik aus UV-sensitivem Glas hergestellt werden, weisen sie demzufolge einen hydrodynamisch nachteiligen rechteck förmigen Querschnitt auf, der in der Praxis nur mit einer Genauigkeit von größer gleich 5 µm herstellbar ist.

Andererseits ist ein Schreibkopf für Tintenschreibein richtungen mit im Schreibkopf verlaufenden, zylinder förmigen, von Piezowandlern zumindest teilweise um faßten Tintenkanälen bekannt, DE 31 17 028 A1 und DE 84 35 035 U1, der aus einem Kopfteil, einer sich daran anschließenden Kanalplatte und einer Düsenplatte be steht. Die Tintenkanäle verlaufen zueinander parallel im Kopfteil. Die Kanalplatte weist Tintenzuführungs kanäle auf, in die auf der einen Seite die Tintenkanäle einmünden und die auf der anderen Seite Austritts öffnungen bilden, die mit zugeordneten Düsenöffnungen der Düsenplatte verbunden sind. Hierbei werden zwei Spalten von Tintenkanälen zu einer Düsenspalte vereinigt. Mit diesem Tintendruckkopf werden zwar annähernd gleiche Tintenweglängen und runde Düsenöffnungen erreicht, um jedoch mit einem Abdruck 192 dpi zu erzielen, wäre auf Grund der 192 rohrförmigen Piezowandler ein Kopfvolumen erforderlich, das den eingangs beschriebenen Einsatzfall ausschließt. Hinzu kommen noch die schwierige Kontaktierung der Piezowandler, die schwierige akustische Entkopplung zwischen benachbarten Druckkammern und der techno logische Aufwand.

Ein anderer bekannter Tintendruckkopf, vergleiche EP 0 067 889 A1, nach dem Edge-Shooter-Prinzip mit Piezoaktoren besteht aus zwei zu einer Mittelebene symmetrischen, nahezu identischen Tintendruckmodulen mit je zwei benachbarten Spalten mit Düsenöffnungen. Die Tintenkammern eines Tintendruckmoduls liegen in einer Ebene innerhalb des Tintendruckkopfes; das bedingt unterschiedlich lange Tintenwege von den Düsenöffnungen bis zu den Tintenkammern.

Die Düsenöffnungen sind in jeder Spalte äquidistant untereinander angeordnet und von Spalte zu Spalte so versetzt, daß orthogonal zur Spaltenrichtung keine Düsenöffnung mit einer anderen fluchtet. Alle Düsenöffnungen des Druckkopfes sind in ihrer Abfolge in Spaltenrichtung äquidistant angeordnet. Eine Ver größerung der Anzahl der Düsenöffnungen ist nur in Spaltenrichtung möglich, da der Tintendruckkopf durch seinen Aufbau auf maximal 4 Spalten mit Düsenöffnungen beschränkt ist.

Es ist auch ein Tintendruckkopf in Stapelbauweise aus unterschiedlichen Tintendruckmodulen bekannt, siehe EP 0 431 692 A1, die nach dem Edge-Shooter-Prinzip und mit Piezoaktoren arbeiten. In einer Platte sind in einer Spalte untereinander Tintenkammern äquidistant angeordnet, die in Düsen zur Frontseite hin auslaufen. Ein Piezoaktor ist jeweils an einer Wand der Tintenkammer in die Platte eingelassen, das bedeutet unmittelbaren Kontakt des Piezoaktors und seiner Elektroden mit der Tinte und einen entsprechend großen technologischen Aufwand zur dichten Einpassung und Befestigung des Piezoaktors in die Platte.

Die Düsenöffnungen jedes Tintendruckmoduls sind äquidistant untereinander angeordnet.

Diese Lösung ist jedoch auf Grund des benötigten Platzbedarfs nur für Tintendruckköpfe mit einer relativ geringen Anzahl von Düsen geeignet und technologisch aufwendig.

Schließlich ist noch ein Tintendruckkopf mit einem vor die Tintenkanäle gesetzten einstückigen Teil bekannt, siehe US 4 015 271, das in sich sowohl eine Düsen- als auch eine Adapterplatte vereinigt. Auch hier werden zwei Spalten Düsenkanäle zu einer Düsenreihe zusammengeführt. Die Einbringung von sich verjüngenden, anfangs fünfeckigen Durchbrüchen zu kreisformig auslaufenden Durchbrüchen dürfte mit großen technologischen Schwierigkeiten verbunden sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tinten druckkopf zu schaffen, bei dem die Kanäle von den Druckkammern zu den Düsen annähernd gleich lang sind, der eine hohe Druckauflösung und eine hohe Genauigkeit der Düsenanordnung aufweist und der dabei mit verringertem Aufwand herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe entsprechend den Patentansprüchen gelöst.

Aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen.

Es braucht nur noch ein Modultyp hergestellt zu werden, vorzugsweise im Batch-Prozeß. Die Anzahl der Tinten druckmodule in einem Tintendruckkopf richtet sich nach der gewünschten Düsenzahl. Es wird ein kompakter Druckkopfaufbau in hoher Packungsdichte erreicht.

Sowohl die Adapterplatte als auch die Düsenplatte können unter Einsatz der Lithographie-Technik hoch präzise hergestellt werden. Die Durchbrüche in der Adapterplatte und die Düsenöffnungen in der Düsenplatte sind auf die gleiche Weise mittels Ätzen, Laserbohren, Sandstrahlen oder LIGA-Technik erzeugbar. Bei Aus führung der Platten in Stahl wäre noch Stanzen möglich. Maßgebend für die Düsenlänge ist nur die Dicke der Düsenplatte, damit sind alle Düsen gleich lang.

Die Adapterplatte erfüllt mehrere Funktionen:

- mechanischer Träger der dünnen Düsenplatte
- mechanische und fluidische Verbindung zwischen Tintendruckmodul und Düsen
- räumliche Anpassung zwischen größeren Tintenkammern und kleineren Düsenöffnungen sowie deren räumlichen Versatz zueinander
- Reduktion von 2n Spalten Tintenkammern auf n Spal ten Düsen.

Die Abmessungen der Durchbrüche in der Adapterplatte können so dimensioniert werden, daß annähernd gleichlange Tintenwege bestehen.

Die Problematik der Druckauflösung sowie der Genauigkeit der Düsenaufteilung (Äquidistanz) und Düsenform ist von den Modulen weg in die Kombination aus Adapter- und Düsenplatte verlagert worden und hier mittels der Lithographie-Technik ohne Schwierigkeiten beherrschbar.

Der vorgeschlagene Aufbau der Tintendruckmodule aus erster Deckplatte, Zwischenplatte, zweiter Deckplatte und Distanzplatte ermöglicht es, die Tintenkammern entweder in die Deckplatte oder in die Zwischenplatte einzuformen. Sowohl der Versatz der Tintenkammern beiderseits der Zwischenplatte auf Lücke als auch die Distanzplatte bewirken eine gute akustische Entkopplung innerhalb eines Moduls, wie auch der Module untereinander. Die Distanzplatte ist zweckmäßigerweise mit Ausnehmungen für die Piezoaktoren und deren Anschlußleitungen versehen.

Die Verbindung zwischen Düsen- und Adapterplatte sowie zwischen letzterer und der Modulfrontfläche kann mittels eines UV-aktivierbaren Klebers erfolgen, der zuvor in Lithographie-Technik aufgebracht worden ist.

Es ist auch denkbar, die Piezoaktoren durch Thermoak toren innerhalb der Tintenkammern zu ersetzen.

Es wird nachstehend ein Ausführungsbei spiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Tintendruckkopf schematisch in Explosiv darstellung,

Fig. 2 ein Tintendruckmodul teilweise nebst zugehöri gem Bereich der Adapter- und Düsenplatte sche matisch in Explosivdarstellung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Tintendruckkopf aus n = 4 identischen Tintendruckmodulen 1 zusammengesetzt. Die Tintendruckmodule 1 sind fluchtend nebeneinander angeordnet und deren Tintenkammern 16, 17 sind zur gemeinsamen Frontseite offen.

Angepaßt an die so von den Tintendruckmodulen gebildete Frontfläche liegt an dieser eine Adapterplatte 2 an. Die Adapterplatte 2 ist mit Durchbrüchen 21, 22 entsprechend der Anzahl der Tintenkammern 16, 17 versehen. Vor der Adapterplatte 2 ist eine an diese angepaßte Düsenplatte 3 mit Düsenöffnungen 31 angeordnet. Die Durchbrüche 21, 22 in der Adapterplatte 2 sind einerseits in einem Bereich der Breite D der Tintenkammern 16, 17 angepaßt und fluchten mit diesen. In einem anderen Bereich sind die Durchbrüche 21, 22 dem Durchmesser d der Düsenöffnungen 31 angepaßt und fluchten hier auch mit denselben.

Ein Tintendruckmodul 1, siehe auch Fig. 2, besteht aus einer ersten Deckplatte 11, einer Zwischenplatte 12 und einer zweiten Deckplatte 13 sowie einer Distanzplatte 14.

Einerseits sind zwischen der ersten Deckplatte 11 und der Zwischenplatte 12 Tintenkammern 16 untereinander angeordnet. Andererseits sind zwischen der zweiten Deckplatte 13 und der Zwischenplatte 12 Tintenkammern 17 untereinander angeordnet. Die Tintenkammern 17 sind aber gegenüber den Tintenkammern 16 ungefähr um eine Tintenkammerbreite versetzt angeordnet, so daß sie zueinander auf Lücke stehen. Die Deckplatten 11, 13 tragen auf ihrer von der Zwischenplatte 12 abgewandten Seite in den Bereichen, die den Tintenkammern 16, 17 benachbart sind, Piezoaktoren 15. Die Piezoaktoren 15 werden über nicht dargestellte Leitungen angesteuert.

Die Tintenkammern 16, 17 können wahlweise entweder in die Deckplatten 11, 13, wie dargestellt, oder in die Zwischenplatte 12 eingeformt sein.

Die Düsenplatte 3 weist entsprechend der Anzahl n = 4 der Tintendruckmodule 1 n = 4 Spalten mit Düsenöffnungen 31 auf. Die Düsenöffnungen 31 sind in jeder Spalte äquidistant untereinander angeordnet. Von Spalte zu Spalte sind die Düsen so versetzt, daß orthogonal zur Spaltenrichtung keine Düsenöffnung 31 mit einer anderen fluchtet, jedoch alle Düsenöffnungen 31 in Spalten richtung des Tintendruckkopfes äquidistant angeordnet sind.

Die Adapterplatte 2 weist entsprechend der Anzahl 2n = 8 der Spalten von Tintenkammern 16, 17 gleichfalls 2n = 8 Spalten mit Durchbrüchen 21, 22 auf. Die einem Tintendruckmodul 1 zugeordneten Spalten der Durchbrüche 21, 22 sind paarweise so zueinander angeordnet, daß die Durchbrüche 21, 22 mit ihrem kleineren, den Düsenöffnungen 31 angepaßten Bereich ineinander verzahnt fluchtend und äquidistant untereinander angeordnet sind.

Die Durchbrüche 21, 22 sind annähernd nierenförmig gestaltet, während die Düsenöffnungen 31 kreisförmig sind.

Wie Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, bewirkt ein von einem Piezoaktor 15 abgegebener Druckimpuls eine Verkleinerung der Tintenkammer 16, wodurch Tinte aus der Tintenkammeröffnung durch den Durchbruch 21 zur Düsenöffnung 31 gedrückt wird und die Düsenöffnung 31 als Tintentropfen verläßt. Entsprechend dem Abstand von Mitte der Öffnung der Tintenkammer 16 bis Mittellinie Zwischen platte 12 wird dabei die Tintenflußrichtung umgelenkt.

Bei Einformung der Tintenkammern 16, 17 in die Zwischenplatte 12 würde sich die Umlenkung ent sprechend verkürzen.

Bezugszeichenliste

1 Tintendruckmodul
11 Deckplatte
12 Zwischenplatte
13 Deckplatte
14 Distanzplatte
15 Piezoaktor
16 Tintenkammer in Deckplatte 11
17 Tintenkammer in Deckplatte 13
2 Adapterplatte
21 Durchbruch für Tintenkammer 16
22 Durchbruch für Tintenkammer 17
3 Düsenplatte
31 Düsenöffnung
d Düsenöffnungsdurchmesser
D Breite der Tintenkammern 16, 17
n Anzahl der Tintendruckmodule

Claims

1. Tintendruckkopf aus einzelnen Tintendruckmodulen, die nach dem Edge-Shooter-Prinzip aufgebaut sind und vorzugsweise mit piezoelektrischen, plattenförmigen Aktoren ausgerüstet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- eine Anzahl n identischer Tintendruckmodule (1) ist nebeneinander fluchtend angeordnet, deren Tinten kammern (16, 17) zur Frontseite offen und in zwei benachbarten Spalten untereinander angeordnet sind;
- angepaßt an die von den Tintendruckmodulen (1) gemeinsam gebildete Frontfläche liegt an dieser eine Adapterplatte (2) mit Durchbrüchen (21, 22) entsprechend der Anzahl und Anordnung der Tinten kammern (16, 17) an;
- vor der Adapterplatte (2) ist eine an diese ange paßte Düsenplatte (3) ange ordnet, die entsprechend der Anzahl n der Tinten druckmodule (1) n Spalten mit Düsenöffnungen (31) aufweist, wobei die Zahl der Düsenöffnungen (31) pro Spalte der Anzahl von Tintenkammern (16, 17) pro Tintendruckmodul (1) entspricht und die Düsenöffnungen (31) in jeder Spalte äquidistant untereinander angeordnet sind und von Spalte zu Spalte so versetzt sind, daß orthogonal zur Spaltenrichtung keine Düsenöffnung (31) mit einer anderen fluchtet, jedoch alle Düsen öffnungen (31) in Spaltenrichtung des Druckkopfes äquidistant angeordnet sind;
- die Durchbrüche (21, 22) in der Adapterplatte (2) sind einerseits in einem Bereich der Breite (D) der Tintenkammern (16, 17) angepaßt und fluchten mit diesen und sind andererseits in einem anderen Be reich dem Durchmesser (d) der Düsenöffnungen (31) angepaßt und fluchten auch mit diesen.

2. Tintendruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Tintendruckmodul (1) aus einer ersten Deckplatte (11), einer Zwischenplatte (12), einer zweiten Deckplatte (13) und einer Distanz platte (14) besteht, wobei einerseits zwischen der er sten Deckplatte (11) und der Zwischenplatte (12) Tin tenkammern (16) und andererseits zwischen der zweiten Deckplatte (13) und der Zwischenplatte (12) Tintenkam mern (17) äquidistant untereinander angeordnet sind, die Tintenkammern (16, 17) beidseitig aber auf Lücke zueinander versetzt sind und daß die Deckplatten (11, 13) an ihrer von der Zwischen platte (12) abgewandten Seite in den Bereichen über den Tintenkammern (16, 17) plattenförmige Piezoaktoren (15) tragen.

3. Tintendruckkopf nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tintenkammern (16, 17) in die Deckplatten (11, 13) eingeformt sind.

4. Tintendruckkopf nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tintenkammern (16, 17) in die Zwischenplatte (12) eingeformt sind.

5. Tintendruckkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterplatte (2) 2n Spalten mit Durchbrüchen (21, 22) aufweist, wobei die einem Tintendruckmodul (1) zugeordneten Spal ten paarweise so zueinander angeordnet sind, daß die Durchbrüche (21, 22) mit ihrem kleineren, den Düsenöffnungen (31) angepaßten Bereich ineinander verzahnt fluchtend und äquidistant untereinander angeordnet sind.

6. Tintendruckkopf nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (21, 22) annähernd nierenförmig sind.

7. Tintendruckkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (31) kreisförmig sind.

8. Tintendruckkopf nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Distanzplatte (14) mit Ausnehmungen für die Piezoaktoren (15) und deren Anschluß leitungen versehen ist.