Tintendruckkopf aus einzelnen Tintendruckmodulen

Abstract

 Tintendruckkopf aus einzelnen Tintendruckmodulen 1, die nach den Edge-Shooter-Prinzip arbeiten und vorzugsweise mit piezoelektrischen Aktoren 15 ausgerüstet sind. Der Tintendruckkopf ist für den Einsatz in Druckern für Frankiermaschinen vorgesehen und weist entsprechend eine größere Anzahl untereinander angeordneter Düsen 31 auf.
Es wird eine Senkung des Herstellungsaufwandes bei Wahrung der erforderlichen Druckgenauigkeit angestrebt. Aufgabengemäß sollen ein hoher Wiederholungsgrad durch Verwendung identischer Tintendruckmodule sowie annähernd gleichlange Tintenwege erreicht werden. Für die Düsenöffnungen 31 soll ein kreisförmiger Querschnitt möglich sein.
Erfindungsgemäß sind n Tintendruckmodule 1 nebeneinander fluchtend mit zur Frontseite offenen Tintenkammern 16, 17 angeordnet. Davor liegt eine an die Frontfläche angepaßte Adapterplatte 2 mit Durchbrüchen 21, 22 entsprechend den vorhandenen Tintenkammern 16, 17 an. Vor der Adapterplatte 2 ist eine an diese angepaßte Düsenplatte 3 angeordnet. Mittels der Adapterplatte 2 werden die Düsenplatte 3 gestützt und eine räumliche Anpassung zwischen den größeren Tintenkammern 16, 17 und den kleineren Düsen 31 erreicht. Außerdem werden die zwei Tintenkammerspalten eines Moduls 1 zu einer Düsenspalte vereinigt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Tintendruckkopf, der aus Tintendruckmodulen zusammengesetzt ist, die nach dem Edge-Shooter-Prinzip arbeiten und vorzugsweise mit piezoelektrischen Aktoren ausgerüstet sind. Der Tintendruckkopf 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.

[0002] Im Unterschied zum üblichen Bürodrucker mit zeilenweisem 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 Frankiermaschinen gehören Klischees mit Wort- und Bildzeichen. Zur Gewährleistung einer guten Druckqualität 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.

[0003] Es ist ein Tintendruckkopf der eingangs beschriebenen Art bekannt, DE 42 25 799 A1, der aus mehreren unterschiedlichen Modulen besteht, von denen nur einer der Module an seiner Stirnseite die gemeinsame Düsenreihe trägt. Alle Module weisen von Piezoaktoren antreibbare Druckkammern für den Tintenausstoß auf, die über entsprechend geführte Kanäle mit den zugeordneten Düsen verbunden sind. Die Verbindungskanäle von Modul zu Modul verlaufen zwangsläufig orthogonal zu den Druckkammern.

[0004] Obwohl der Vorteil nur einer einzigen Düsenreihe unstreitig ist, ist der technologische Aufwand zur Herstellung der zueinander unterschiedlichen Module noch beträchtlich.

[0005] Für die durch mehrere Module verlaufenden Verbindungskanäle sind eine höhere Genauigkeit als die für die Druckkammern und ein höherer Justieraufwand erforderlich. Die verschieden langen Verbindungskanäle bedingen zusätzliche Steuermaßnahmen. Wenn die Düsen gemeinsam mit den Tintenkanälen mit Hilfe der Ätztechnik aus UV-sensitivem Glas hergestellt werden, weisen sie demzufolge einen hydrodynamisch nachteiligen rechteckförmigen Querschnitt auf, der in der Praxis nur mit einer Genauigkeit von größer gleich 5 µm herstellbar ist.
Andererseits ist ein Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen mit im Schreibkopf verlaufenden, zylinderförmigen, von Piezowandlern zumindest teilweise umfaßten Tintenkanälen bekannt, DE 31 17 028 A1, der aus einem Kopfteil, einer sich daran anschließenden Kanalplatte und einer Düsenplatte besteht. Die Tintenkanäle verlaufen zueinander parallel im Kopfteil. Die Kanalplatte weist Tintenzuführungskanäle auf, in die auf der einen Seite die Tintenkanäle einmünden und die auf der anderen Seite Austrittsöffnungen bilden, die mit zugeordneten Düsenöffnungen der Düsenplatte verbunden sind. 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 einschließt. Hinzu kommt noch die schwierige Kontaktierung der Piezowandler und die schwierige akustische Entkopplung zwischen benachbarten Druckkammern.

[0006] Zweck der Erfindung ist eine Verringerung des Herstellungsaufwandes bei Wahrung der erforderlichen Druckgenauigkeit.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintendruckkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der aus identischen Tintendruckmodulen mit plattenförmigen piezoelektrischen Aktoren besteht und bei denen die Kanäle von den Druckkammern zu den Düsen annähernd gleich lang und benachbarte Druckkammern akustisch gut entkoppelt sind.

[0008] Es soll möglich sein, Düsen mit kreisförmigem Querschnitt und genauer als bisher zu erzeugen.

[0009] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe entsprechend den Patentansprüchen gelöst.

[0010] 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 Tintendruckmodule in einem Tintendruckkopf richtet sich nach der gewünschten Düsenzahl. Es wird ein kompakter Druckkopfaufbau in hoher Packungsdichte erreicht.

[0011] Sowohl die Adapterplatte als auch die Düsenplatte können unter Einsatz der Lithographie-Technik hochpräzise 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 Ausführung der Platten in Stahl wäre noch Stanzen möglich. Maßgebend für die Düsenlänge ist nur die Dicke der Düsenplatte, damit sind alle Düsen gleich lang.

[0012] 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 Spalten Düsen.

[0013] Die Abmessungen der Durchbrüche in der Adapterplatte können so dimensioniert werden, daß annähernd gleichlange Tintenwege bestehen.
Die Problematik der Druckauflösung sowie der Genaugikeit 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] Es ist auch denkbar, die Piezoaktoren durch Thermoaktoren innerhalb der Tintenkammern zu ersetzen.

[0017] Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

[0018] Es zeigen:

Fig. 1

einen Tintendruckkopf schematisch in Explosivdarstellung

Fig. 2

ein Tintendruckmodul teilweise nebst zugehörigem Bereich der Adapter- und Düsenplatte schematisch in Explosivdarstellung.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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 Spaltenrichtung des Tintendruckkopfes äquidistant angeordnet sind.

[0022] Die Adapterplatte 2 weist entsprechen 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 Düsen 31 angepaßten Bereich ineinander verzahnt fluchtend und äquidistant untereinander angeordnet sind.

[0023] Die Durchbrüche 21, 22 sind annähernd nierenförmig gestaltet, während die Düsenöffnungen 31 kreisförmig sind.

[0024] 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 Düse 31 gedrückt wird und die Düsenöffnung 31 als Tintentropfen verläßt. Entsprechend dem Abstand von Mitte Tintenkammeröffnung 16 bis Mittellinie Zwischenplatte 12 wird dabei die Tintenflußrichtung umgelenkt.
Bei Einformung der Tintenkammern 16, 17 in die Zwischenplatte 12 würde sich die Umlenkung entsprechend verkürzen.

Verwendete Bezugszeichen

[0025] 

1

Tintendruckmodul

11

Deckplatte

12

Zwischenplatte

13

Druckplatte

14

Distanzplatte

15

Piezoaktor

16

Tintenkammer, Druckkammer in Platte 11, Tintenkammeröffnung

17

Tintenkammer, Druckkammer in Platte 13, Tintenkammeröffnung

2

Adapterplatte

21

Durchbruch für Tintenkammer 16

22

Durchbruch für Tintenkammer 17

3

Düsenplatte

31

Düse, Düsenöffnung

d

Düsenöffnungsdurchmesser

D

Breite der Tintenkammern 16, 17

n

Anzahl der Tintendruckmodule

Ansprüche

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 Tintenkammern (16,17) zur Frontseite offen und in zwei benachbarten Spalten untereinander angeordnet sind;

• angepaßt an die von den Tintendruckmodulen (n x 1) gemeinsam gebildete Frontfläche liegt an dieser eine Adapterplatte (2) mit Durchbrüchen (21,22) entsprechend der Anzahl und Anordnung der Tintenkammern (16,17) an;

• vor der Adapterplatte (2) ist eine an diese angepaßte Düsenplatte (3) mit Düsenöffnungen (31) angeordnet, die entsprechend der Anzahl n der Tintendruckmodule (1) n Spalten mit Düsenöffnungen (31) aufweist, wobei 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 Düsenöffnungen (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 Bereich dem Durchmesser (d) der Düsenöffnungen (31) angepaßt und fluchten auch mit diesen.

2. Tintendruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tintendruckmodul (1) aus einer ersten Deckplatte (11), einer Zwischenplatte (12), einer zweiten Deckplatte (13) und einer Distanzplatte (14) besteht, wobei einerseits zwischen der ersten Deckplatte (11) und der Zwischenplatte (12) Tintenkammern (16) und andererseits zwischen der zweiten Deckplatte (13) und der Zwischenplatte (12) Tintenkammern (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 Zwischenplatte (12) abgewandten Seite in den Bereichen über den Tintenkammern (16,17) plattenförmige Piezoaktoren (15) tragen.

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

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

5. Tintendruckkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterplatte (2) entsprechend der Anzahl der Spalten von Tintenkammern (16,17) 2n Spalten mit Durchbrüchen (21,22) aufweist, wobei die einem Tintendruckmodul (1) zugeordneten Spalten paarweise so zueinander angeordnet sind, daß die Durchbrüche (21,22) mit ihrem kleineren, den Düsen (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 gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (31) kreisförmig sind.

8. Tintendruckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzplatte (14) mit Ausnehmungen für die Piezoaktoren und deren Anschlußleitungen versehen ist.

Zeichnung