DE69507762T2

DE69507762T2 - Inkjet printhead

Info

Publication number: DE69507762T2
Application number: DE1995607762
Authority: DE
Inventors: Colin Edward Hitchin Herts Sg6 0Qy Chamberlain; Matthew Brian Cambridge Cb1 3Bu Tomlin; Jerzy Marcin Histon Cambridge Cb4 4Hy Zaba
Original assignee: Domino Printing Sciences PLC
Current assignee: Domino Printing Sciences PLC
Priority date: 1994-10-24
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2015-10-13
Also published as: GB9421389D0; EP0709194A1; EP0709194B1; DE69507762D1; JPH08207276A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldruckköpfe und im besonderen auf Tintenstrahldruckköpfe zur Verwendung bei kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckern mit mehreren Tintenströmen, die durch entsprechende Öffnungen herauskommen.The present invention relates to ink jet printheads and, more particularly, to ink jet printheads for use in continuous ink jet printers having multiple ink streams exiting through respective orifices.

Um Tropfenströme aus der Tinte zu erzeugen, die durch mehrere Düsen oder Öffnungen herauskommen, ist es bekannt, eine Methode einzusetzen, die als "Geschwindigkeitsmodulation" bekannt ist, bei der die Kammer, von der die Strahlen ausgehen, in Schwingung versetzt wird, und es ist ebenfalls bekannt, den Druck der Flüssigkeit selbst mittels einer Mehrzahl piezoelektrisch betätigter Treiber-Stäbe oder einer einzigen piezoelektrisch betätigten Armatur zu modulieren. Es wurden Versuche unternommen, eine unimorphe Struktur zu verwenden, um innerhalb der Kammer Druckwellen zu erzeugen, jedoch haben Untersu- chungen gezeigt, daß bei der erforderlichen Frequenz von etwa. 64 kHz die Verwendung des einfach unimorphen Materials entlang des Feldes der Strahlen eine ungleichmäßige Zerstäubungslänge hervorruft, die wiederum bestenfalls zu einer geringen Auflösung führt.To produce droplet streams of ink issuing through multiple nozzles or orifices, it is known to use a technique known as "velocity modulation" in which the chamber from which the jets emanate is vibrated, and it is also known to modulate the pressure of the liquid itself by means of a plurality of piezoelectrically actuated driver rods or a single piezoelectrically actuated armature. Attempts have been made to use a unimorph structure to generate pressure waves within the chamber, but studies have shown that at the required frequency of about 64 kHz, the use of the single unimorph material produces a non-uniform atomization length along the field of jets, which in turn results in poor resolution at best.

Eine Analyse der modularen Schwingung des unimorphen Materials zeigte, daß das unimorphe Material mit komplexen Moden schwingt, bei denen über die gesamte Länge des unimorphen Materials Verschiebungs-Schwingungsbäuche auftraten. Als ein Ziel liegt der vorliegenden Erfindung der Wunsch zugrunde, eine solche Ungleichmäßigkeit in dem Feld der Strahlen zu überwinden. Die EP-A-0 084 891 beschreibt einen kontinuierlichen Tintenstrahldrucker mit einem einzigen Kopf und mehreren Strahlen, und mehreren Betätigungsvorrichtungen, die auf einer Basis angebracht sind und in Phase betrieben werden.Analysis of the modular vibration of the unimorph material showed that the unimorph material vibrates with complex modes in which displacement antinodes occur along the entire length of the unimorph material. One aim of the present invention is the desire to overcome such non-uniformity in the field of jets. EP-A-0 084 891 describes a continuous ink jet printer with a single head and multiple jets, and multiple actuators mounted on a base and operated in phase.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen ein Tinten strahldruckkopf für kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker, mitAccording to the present invention there is provided an ink jet print head for continuous inkjet printers, with

einem Gehäuse, das eine Kammer hat, der im Gebrauch Tinte zugeführt wird, wobei die Kammer eine Reihe Öffnungen hat, durch die Tintenströme kontinuierlich im Gebrauch ausgestoßen und unter der Einwirkung einer Betätigungsvorrichtung zu Tropfen zerstäubt wird, die an einen Abschnitt der Kammer angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß 10 die Betätigungsvorrichtung einen Körper mit einer Mehrzahl Fassungen, eine Membran oder Membranen, die so angeordnet ist (sind), daß eine Seite jeder der Fassungen verschlossen ist, und einen piezoelektrischen oder elektrostriktiven Wandler aufweist, der in jeder Fassung 15 angeordnet und auf der Membran angebracht ist, welche die eine Seite der Fassung verschließt.a housing having a chamber to which ink is supplied in use, the chamber having a series of orifices through which streams of ink are continuously ejected in use and atomized into droplets under the action of an actuator adjacent a portion of the chamber, characterized in that the actuator comprises a body having a plurality of sockets, a membrane or membranes arranged to close off one side of each of the sockets, and a piezoelectric or electrostrictive transducer arranged in each socket and mounted on the membrane which closes off one side of the socket.

Bevorzugt verschließt eine einzelne Membran sämtliche Fassungen und ist an einer Seite des Körpers der Betätigungsvorrichtung befestigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Membran aus nichtrostendem Stahl. Bevorzugt ist jeder Wandler klebend an der Membran in der Mitte der Seite der jeweiligen Fassung befestigt. Die erforderlichen elektrischen Verbindungen können durch Leiterdrähte geschaffen werden, die an den Wandlern befestigt sind. Diese Maßnahmen gewährleisten Wiederholbarkeit und Einheitlichkeit, so daß es ermöglicht wird, daß mehrere Druckköpfe in einem Ende-zu-Ende-Verhältnis angeordnet werden können, um eine längliche Anordnung von Öffnungen zu bilden.Preferably, a single diaphragm closes all of the sockets and is attached to one side of the actuator body. In a preferred embodiment, the diaphragm is made of stainless steel. Preferably, each transducer is adhesively attached to the diaphragm in the middle of the side of the respective socket. The necessary electrical connections can be made by conductor wires attached to the transducers. These measures ensure repeatability and uniformity, allowing multiple print heads to be arranged in end-to-end relationship to form an elongated array of apertures.

Ein Beispiel eines Druckkopfes, der entsprechend der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:An example of a printhead constructed in accordance with the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 in Form eines Diagramms eine Tintenstrahl-Druckkopf-Tropfenerzeugungsvorrichtung mit auseinandergezogenen Teilen veranschaulicht;Fig. 1 illustrates in diagrammatic form an inkjet printhead drop generation device with parts exploded;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Betätigungsvorrichtung für den Druckkopf ist; undFig. 2 is a longitudinal sectional view of the actuator for the print head; and

Fig. 3 eine Draufsicht der Betätigungsvorrichtung ist.Fig. 3 is a plan view of the actuator.

Fig. 1 zeigt die Betätigungsvorrichtung in einer auseinandergezogenen, maßgleichen Ansicht, wobei die Betätigungsvorrichtung einen Körper 1 aus nichtrostendem Stahl aufweist, der eine Kammer 2 zur Aufnahme von Tinte bildet, die durch mehrere Tropfenströme 3 zu drucken ist, die durch mehrere Öffnungen in einer Düsenplatte 4 aus rostfreiem Stahl ausgeworfen werden, die an einer Seite des Körpers 1 befestigt ist.Fig. 1 shows the actuator in an exploded, isometric view, the actuator comprising a stainless steel body 1 forming a chamber 2 for receiving ink to be printed by a plurality of droplet streams 3 ejected through a plurality of orifices in a stainless steel nozzle plate 4 attached to one side of the body 1.

An der anderen Seite des Körpers 1, gegenüber der Düsenplatte 4, ist eine rechtwinklige Folie oder Membran 5 aus rostfreiem Stahl angeordnet, die auf die Seite des Körpers 1 durch eine feste Klemmplatte 6 geklemmt ist. In Fig. 1 ist das Klemmen als mit Schrauben 7 durchgeführt dargestellt. Bevor die Folie oder Membran 5 auf den Körper 1 geklemmt wird, wird sie an der Unterseite der Klemmplatte 6 (wie dargestellt) befestigt. Die Klemmplatte 6 hat, wie dargestellt ist, 4 kreisförmige Bohrungen 8, die durch sie hindurch verlaufen, und auf der Folie oder Membran 5 ist eine entsprechend angeordnete Reihe von scheibenähnlichen, unimorphen piezoelektrischen Kristallen 9 vorgesehen. Der Durchmesser der unimorphen Kristalle 9 ist geringer als derjenige der Bohrungen 8, so daß im Ergebnis entlang der Länge der Kammer 2 eine Mehrzahl festgeklemmter Folienscheiben vorliegt.On the other side of the body 1, opposite the nozzle plate 4, is arranged a rectangular stainless steel foil or diaphragm 5 which is clamped to the side of the body 1 by a fixed clamp plate 6. In Fig. 1 the clamping is shown as being carried out by screws 7. Before the foil or diaphragm 5 is clamped to the body 1, it is secured to the underside of the clamp plate 6 (as shown). The clamp plate 6, as shown, has four circular holes 8 running through it and on the foil or diaphragm 5 is provided a correspondingly arranged row of disc-like unimorph piezoelectric crystals 9. The diameter of the unimorph crystals 9 is less than that of the holes 8, so that in effect there is a plurality of clamped foil discs along the length of the chamber 2.

Bei dieser Anordnung können die Kristalle 9 gleichzeitig erregt werden, um ihre jeweiligen Scheiben zur selben Zeit zu verformen und somit eine gleichmäßige Störung in der Tinte innerhalb der Kammer zu erzeugen.In this arrangement, the crystals 9 can be simultaneously excited to deform their respective disks at the same time and thus create a uniform disturbance in the ink within the chamber.

Solch eine mehrfach-uimorphe Struktur hat den Vorteil, daß eine kreisförmige Folienscheibe eine viel höhere Grud-Schwingungsmode als die rechtwinklige Folie der herkömmlichen Aus führung hat. Beispielsweise hat ein Rechteck von 30 mm · 6 mm aus 180 um dickem Stahl eine Grund-Schwingungsfrequenz von 27,4 kHz, während eine Scheibe von 6 mm Durchmesser aus demselben Material eine Grund-Schwingungsfrequenz von 49,3 kHz hat. Es ist vorteilhaft, daß die nächste höhere Schwingungsmode bei dem 1,6-fachen der Grundfrequenz liegt, da es wahrscheinlich sein wird, daß die Scheibe nur in der Grundmode schwingt, wenn sie bei 50 kHz angeregt wird.Such a multi-uimorphic structure has the advantage that a circular foil disk has a much higher basic vibration mode than the rectangular foil of the conventional For example, a 30 mm x 6 mm rectangle made of 180 µm thick steel has a fundamental vibration frequency of 27.4 kHz, while a 6 mm diameter disk made of the same material has a fundamental vibration frequency of 49.3 kHz. It is advantageous that the next higher vibration mode is at 1.6 times the fundamental frequency, since the disk will be likely to vibrate only in the fundamental mode if excited at 50 kHz.

Ein weiterer Vorteil der Konstruktion besteht darin, daß sie modular gestaltet werden kann, so daß ein langes Feld von Düsen einfach durch Erhöhen der Länge der Kammer und der Folie/Membran und der Anzahl an piezoelektrischen Kristallen oder Wandlern verwirklicht werden kann. Gegenseitige Beeinflußung ist ebenfalls durch die Befestigung der Folie an der Klemmplatte 6 minimiert.Another advantage of the design is that it can be made modular so that a long array of nozzles can be realized simply by increasing the length of the chamber and the foil/membrane and the number of piezoelectric crystals or transducers. Mutual interference is also minimized by attaching the foil to the clamp plate 6.

Claims

1. Ink jet print head for continuous ink jet printers, comprising a housing (1) having a chamber (2) to which ink is supplied in use, the chamber (2) having a series of openings through which ink streams are continuously ejected in use and atomized into drops under the action of an actuating device (5, 6, 9) adjacent to a portion of the chamber, characterized in that the actuating device comprises a body (6) with a plurality of sockets (8), a membrane or membranes (5) arranged so that one side of each of the sockets is closed, and a piezoelectric or electrostrictive transducer (9) arranged in each socket and mounted on the membrane which closes one side of the socket.

2. Print head according to claim 1, in which a single membrane (5) closes all the sockets (8) and is attached to one side of the body (6) of the actuator.

3. Print head according to claim 1 or claim 2, wherein the membrane (5) is stainless steel.

4. A printhead according to any one of claims 1 to 3, wherein each transducer (9) is adhesively attached to the membrane (5) in the middle of the side of the respective mount (8).

5. A printhead according to any one of claims 1 to 3, wherein electrical connections are provided by conductor wires attached to the transducers (9).

6. Continuous inkjet printer with a printhead according to any one of claims 1 to 5.