EP0057956A2 - Writing head for an ink jet printer - Google Patents
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- EP0057956A2 EP0057956A2 EP82200100A EP82200100A EP0057956A2 EP 0057956 A2 EP0057956 A2 EP 0057956A2 EP 82200100 A EP82200100 A EP 82200100A EP 82200100 A EP82200100 A EP 82200100A EP 0057956 A2 EP0057956 A2 EP 0057956A2
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- European Patent Office
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- nozzle
- channel
- drive elements
- channels
- nozzle channels
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- 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
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/1429—Structure of print heads with piezoelectric elements of tubular type
Definitions
- the invention relates to a write head for inkjet printers with a plurality of tubular nozzle channels, each of which is assigned a drive element for the drop-shaped ejection of ink droplets as required and to which the ink is supplied via a common distributor channel and separately assigned attenuators, the nozzle channels with their drive elements and the common distributor channel in separate blocks of preferably plastic are arranged, which are interconnected.
- Such a write head is known, for example, from DE-OS 26 59 398, which contains a plurality of channels and drive elements, in order to represent characters in the form of an ink drop matrix, in particular as an ink-jet writing mechanism.
- These print heads essentially consist of two plastic blocks.
- the tubular nozzle channels with their drive elements are cast into one plastic block.
- the channels are cast in a fan-shaped and straight line and open at their front ends in a separate nozzle plate, in which the nozzles are then aligned parallel to one another.
- each channel is shaped so that it has a parallel cross section in the area of the cylindrical drive elements, which is relatively large.
- the geometric arrangement of the nozzles in the nozzle plate is designed so that the spacing of the nozzles from one another corresponds to the conditions resulting from the grid-like structure of the characters to be printed speaks. For example, with a character height of 3.2 mm, the nozzle center distance for six nozzles is 0.53 mm. In order to meet this condition, the nozzle channels in the area between the drive elements and the nozzles must be conical. This means more work and materials.
- the second plastic block contains a trough-shaped recess into which the liquid is introduced. Both plastic blocks are firmly connected to each other at their edges.
- a further plate is provided between the plastic blocks, in which damping ducts (throttles) are arranged, the pipe cross-section of which is smaller than the cross-section of the nozzle ducts and which are parallel to one another.
- the known system is difficult to fill with liquid without trapping gas bubbles in the transition zones.
- Any misalignment between the pressure channel and the nozzle element promotes the inclusion of glass bubbles, not only when the liquid is filled for the first time, but also during operation because, for example, the liquid can flow back into the interior of the system due to vibrations and then air bubbles are trapped at the critical points when it is rushed forward .
- Any offset between pressure channel and nozzle element also in any case obstructs the pressure line and causes pressure losses.
- a writing element for inkjet printers is known from US Pat. No. 3,832,579, the tubular nozzle channel of which is made of glass and runs in a straight line from the area of the drive element to the outlet nozzle with the same, relatively large cross-section.
- Nozzle channel and nozzle consist of one Piece.
- a hose is attached to the end of the nozzle channel facing away from the nozzle, via which the ink is supplied from an ink reservoir.
- This hose has a smaller cross section than the nozzle channel, so that it acts as an attenuator.
- the electromechanical, preferably piezoelectric drive element is arranged in tubular form around the nozzle channel and, when electrically controlled, exerts a pressure on the liquid in the nozzle channel. This pressure is not only directed towards the outlet nozzle, but also towards the rear in the opposite direction. Since the ejection of the liquid is only desired towards the front of the nozzle, the damping element is provided on the rear nozzle channel.
- the object of the invention is to improve on the one hand the filling of the print head with ink liquid, to make the drop emission safer and to provide a simple manufacturing method for such a write head with several channels, and on the other hand to ensure the smallest possible center distances of the outlet nozzles even when the Nozzle channels all over their Length of constant cross-section.
- the nozzle channels are integrally formed both with their outlet nozzles and with their damping members, that the nozzle channels open vertically into the distribution channel and that the nozzle channels are deflected in the area between the drive elements and the outlet nozzles in such a way that they are deflected into the the remaining areas run parallel to one another, the distance in the area of the outlet nozzles being determined by the required distance of the mosaic-like ink droplets on the recording medium and in the rear area by the dimensions of the drive elements.
- the drive elements themselves are expediently kept freely accessible so that they can be adjusted subsequently and all the writing nozzles have the same drop emission.
- the distribution channel is tubular and has a larger cross section than the cross section of a nozzle channel.
- the routing of the distribution channel in the separate plastic block is insignificant. It can be guided in a U-shape or in a straight line. It is only essential that the actual feed area for the nozzle channels runs perpendicular to these.
- the material of the nozzle channels can also be any and depends essentially on the compatibility with the ink liquid and the art used fabric of the block. Nozzle channels made of glass are particularly advantageous.
- a write head designed in this way is also particularly simple to manufacture, the method of which is characterized in accordance with the invention in that each nozzle channel is first brought into the predetermined shape and provided with a drive element, then checked for proper function and drop emission, then in a holder is aligned and poured into a plastic block, that after this process the plastic block is cut at its rear end perpendicular to the ends of the nozzle channels and connected to the distributor channel, which is also cast in a plastic block.
- the drop emission of the individual nozzle channels is measured and coordinated with one another by trimming the drive elements. This trimming can take place in that one of the electrodes of the relevant drive elements, in the nozzle channel of which there is a drop emission deviating from a predetermined value, is more or less reduced until the predetermined value is reached.
- the write head according to the invention has the advantage that the individual nozzle channels with their drive elements can be checked individually for their functionality before being poured into the plastic block during its manufacture. This practically avoids rejects on finished print heads. It is also possible to trim the individual drive elements after the production of the write head and thereby to open all of its nozzle channels Set the same properties with the same drive pulses for all channels.
- the control electronics for the write head can thus be designed in a simple manner.
- the nozzle channels have the same cross-section over their entire length, which is kept relatively small, e.g. in the area of the damping members and the nozzles, e.g. 0.4 mm.
- the drive elements are controlled such that the liquid meniscus present in the nozzle is first drawn into the front part of the nozzle channel by the applied voltage pulse and the voltage is switched off as soon as the liquid meniscus has reached its maximum in the ejection direction. The fact that the liquid is drawn in first and then ejected results in a higher initial velocity of the ejected droplet.
- only a low control voltage is required to emit the liquid. This is a negative control in contrast to the known arrangements in which there is a positive control, i.e. the liquid meniscus is immediately moved in the direction of the discharge.
- the write head for an inkjet printer in which the individual ink droplets are ejected from the nozzles and then hit a recording medium in free flight, i.e. are not deflected in an electromagnetic field, consists of a tubular nozzle channel 1 with a drive element 2 surrounding it.
- the drive element is preferably glued to the nozzle channel.
- Each nozzle channel 1 is deflected or bent between the drive element 2 and the outlet nozzle 3 such that it runs parallel to the adjacent nozzle channels of the print head outside this area, the center distance of the nozzles in the front area being due to the required distance of the mosaic-like ink droplets on the Record carriers, e.g. 0.53 mm, and in the rear area is determined by the dimensions of the drive elements 2.
- a constriction is provided, which serves as an integrated damping 4 for the liquid vibrations.
- the cross section of the nozzle channel is the same over its entire length and is e.g. 0.4 mm.
- This relatively small cross-section allows several nozzle channels to be combined to form a write head made of e.g. six nozzles arranged one above the other or from a nozzle matrix, the center distance of the nozzles lying one above the other being 0.53 mm in the case of a character size on the recording medium of 3.2 mm high.
- the constant cross-section enables better control of the liquid discharge through the drive elements.
- the drive element 2 acts as an electromechanical transducer and is designed in particular as a piezoelectric transducer. It consists of an inner electrode 5 lying directly on the outer surface of the nozzle channel 1, an outer electrode 6 and a piezoelectric element 7 arranged in between. The inner electrode 5 is on one side around the end face of the piezoelectric element 7 up to the top thereof drawn and separated from the outer electrode 6 by an electrically non-conductive gap. This provides a simple connection of the connecting wires 8 and 9.
- This element shown in FIG. 1 is a functional drop generator and, if necessary, can be checked for its functionality before being assembled with other such drop generators. As a result, the reject head requirement can be kept low.
- a module is now produced, in which, for example, six nozzle channels 1 bent in a precisely defined manner, including their drive elements 2, outlet nozzles 3 and damping members 4, are combined in a block 10.
- the exemplary embodiment according to FIG. 2 shows that this can be done, for example, with a casting resin.
- the drive elements 2 themselves are not cast in, in order to keep free access to them, not to hinder their movements by casting resin or other fixings, and also to isolate them mechanically from one another.
- the drive elements can also be cast in the plastic block 10. Then, however, the change described later and the advantages mentioned must be dispensed with. It is therefore expedient to only summarize a module the nozzle channels themselves.
- the individual nozzle channels are poured in a mold.
- the holder in the region of the outlet nozzles 3 can be carried out in a known manner by means of a holding comb 12 or a perforated plate which ensures the required nozzle spacing.
- This bracket 12 is cast together with the individual nozzle channels 1.
- the nozzle channels 1 are placed in a divisible holder, not shown, of the casting mold in such a way that the drive elements 2 are located in the recess 14 formed by the holder and the nozzle channels protrude on both sides of this recess 14.
- the feedthroughs in the mold for the nozzle channels 10 must be tight so that no casting resin reaches the drive elements 2.
- nozzle channels 1 now held in the areas of the outlet nozzles 3 and the drive elements 2 are placed in a mold, not shown, which determines the shape of the module, care being taken that no casting resin can penetrate into the interior of the nozzle channels 1.
- This can be done in a known manner by flexible sealing materials, e.g. Silicone rubber, reach.
- the casting mold can also be designed such that it already ends at the section line 13.
- shrinkage tolerances cannot be ruled out, there is a risk that the edge will not be flat and the ends of the nozzle channels will protrude somewhat from this edge surface. As described later, this area must be sealed against the distribution channel.
- the tubular distributor channel is produced in a separate operation (Fig. 3).
- a U-shaped channel .16 is formed in a plastic block 15, e.g. by casting a correspondingly shaped wire, which is then etched out, or in another suitable form.
- the mold not shown here is also kept somewhat larger.
- the plastic block 15 is then brought into the desired shape along the cutting line 20 in the region of this web.
- This section line 20 is to be laid so that the web of the distribution channel is open to the outside. At least in the area of the web, the distribution channel is larger in cross section than the cross section of the individual nozzle channels 1 and runs perpendicular to these.
- the U-shaped channel 16 consists of the web 17 as the actual distribution channel and of the legs 18 and 19.
- the feed line 21 for the writing liquid is connected to the leg 18.
- the leg 19 contains the venting device 22.
- This module is already a simple writing head with which characters can be constructed in a mosaic-like manner.
- the print head allows liquid to be filled in easily without trapping gas bubbles. This is achieved in that there are no disruptive edges in the course of the liquid paths.
- the ink supply can also take place in such a way that the distribution channel 17 is led straight up and down out of the block 15.
- the drive elements 2 are freely accessible on the finished write head. If at the same time one possibility is provided on each drive element 2 to trim it, the entire write head, i.e. set all of its nozzle channels 1 to the same properties with the same control impulses for all channels. When using piezoelectric transducers, this can be done in a simple manner by partially burning away or etching away one of the electrodes 5 or 6. The efficiency of the individual drive elements can thus be set so that all nozzle channels 1 react in the same way to the same control pulse.
- the module can be made as a plate-like element put. If several such modules are stacked and the outlet nozzles 3 of the one module are shifted in a suitable manner, multiple writing heads can be produced with many drop generators working simultaneously, which at the same time allow many matrix patterns determined by the arrangement of the outlet nozzles.
Abstract
Der Schreibkopf eines Tintenstrahldruckers enthält mehrere rohrförmige Düsenkanäle von gleichem Querschnitt, auf denen jeweils zylindrische zugeordnete Antriebselemente angeordnet sind. Jeder Düsenkanal ist mit seiner Auslaßdüse und dem am hinteren Ende angeordneten Dämpfungsglied einstückig ausgebildet und mündet senkrecht in den Verteilerkanal, über den die Tintenflüssigkeit allen Düsenkanälen zugeführt wird. Im Bereich zwischen den Antriebselementen und den Düsen sind die Düsenkanäle derart ausgelenkt, daß sie in den übrigen Bereichen parallel zueinander verlaufen, wobei die Abstände im Bereich der Düsen durch den erforderlichen Abstand der mosaikartig aufgetragenen Tintentröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger und im hinteren Bereich durch die Abmessungen der Antriebselemente bestimmt sind. Die Ansteuerung der Antriebselemente erfolgt derart, daß der Flüssigkeitsmeniskus in einer Düse zunächst in den Düsenkanal hineingezogen und anschließend herausgestoßen wird.The print head of an inkjet printer contains a plurality of tubular nozzle channels of the same cross section, on each of which cylindrical, assigned drive elements are arranged. Each nozzle channel is formed in one piece with its outlet nozzle and the attenuator arranged at the rear end and opens vertically into the distribution channel, via which the ink liquid is supplied to all nozzle channels. In the area between the drive elements and the nozzles, the nozzle channels are deflected in such a way that they run parallel to one another in the remaining areas, the distances in the area of the nozzles being the required distance of the mosaic-like ink droplets on the recording medium and in the rear area by the dimensions of the Drive elements are determined. The drive elements are activated in such a way that the liquid meniscus in a nozzle is first drawn into the nozzle channel and then pushed out.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schreibkopf für Tintenstrahldrucker mit mehreren rohrförmigen Düsenkanälen, denen jeweils ein Antriebselement zum bedarfsweisen tropfenförmigen Ausstoß von Tintentröpfchen zugeordnet ist und denen die Tinte über einen gemeinsamen Verteilerkanal und gesondert zugeordneten Dämpfungsgliedern zugeführt wird, wobei die Düsenkanäle mit ihren Antriebselementen und der gemeinsame Verteilerkanal in gesonderten Blöcken aus vorzugsweise Kunststoff angeordnet sind, die miteinander verbunden sind.The invention relates to a write head for inkjet printers with a plurality of tubular nozzle channels, each of which is assigned a drive element for the drop-shaped ejection of ink droplets as required and to which the ink is supplied via a common distributor channel and separately assigned attenuators, the nozzle channels with their drive elements and the common distributor channel in separate blocks of preferably plastic are arranged, which are interconnected.
Ein derartiger Schreibkopf ist z.B. aus der DE-OS 26 59 398 bekannt, der mehrere Kanäle und Antriebselemente enthält, um insbesondere als Tintenspritzschreibwerk Zeichen in Form einer Tintentropfenmatrix darzustellen. Diese Schreibköpfe bestehen im wesentlichen aus zwei Kunststoffblöcken. In dem einen Kunststoffblock sind die rohrförmigen Düsenkanäle mit ihren Antriebselementen eingegossen. Die Kanäle sind fächerförmig und geradlinig eingegossen und münden an ihren vorderen Enden in einer gesonderten Düsenplatte, in der die Düsen dann parallel zueinander ausgerichtet sind. Außerdem ist jeder Kanal so geformt, daß er im Bereich der zylindrischen Antriebselemente einen parallel verlaufenden Querschnitt besitzt, der relativ groß ist. Die geometrische Anordnung der Düsen in der Düsenplatte ist so gestaltet, daß der Abstand der Düsen untereinander den sich durch den rasterförmigen Aufbau der abzudruckenden Zeichen ergebenen Bedingungen entspricht. So ist bei einer Höhe des Zeichens von 3,2 mm der Düsenmittenabstand bei sechs Düsen 0,53 mm. Um diese Bedingung zu erfüllen, sind die Düsenkanäle im Bereich zwischen den Antriebselementen und den Düsen konisch auszuführen. Dies bedeutet einen höheren Arbeits- und Materialaufwand. Der zweite Kunststoffblock enthält eine wannenförmige Aussparung, in die die Flüssigkeit eingeführt wird. Beide Kunststoffblöcke sind an ihren Rändern fest miteinander verbunden. Zwischen den Kunststoffblöcken ist eine weitere Platte vorgesehen, in der Dämpfungskanäle (Drosseln) angeordnet sind, deren Rohrquerschnitt kleiner ist als der Querschnitt der Düsenkanäle und die parallel zueinander liegen.Such a write head is known, for example, from DE-OS 26 59 398, which contains a plurality of channels and drive elements, in order to represent characters in the form of an ink drop matrix, in particular as an ink-jet writing mechanism. These print heads essentially consist of two plastic blocks. The tubular nozzle channels with their drive elements are cast into one plastic block. The channels are cast in a fan-shaped and straight line and open at their front ends in a separate nozzle plate, in which the nozzles are then aligned parallel to one another. In addition, each channel is shaped so that it has a parallel cross section in the area of the cylindrical drive elements, which is relatively large. The geometric arrangement of the nozzles in the nozzle plate is designed so that the spacing of the nozzles from one another corresponds to the conditions resulting from the grid-like structure of the characters to be printed speaks. For example, with a character height of 3.2 mm, the nozzle center distance for six nozzles is 0.53 mm. In order to meet this condition, the nozzle channels in the area between the drive elements and the nozzles must be conical. This means more work and materials. The second plastic block contains a trough-shaped recess into which the liquid is introduced. Both plastic blocks are firmly connected to each other at their edges. A further plate is provided between the plastic blocks, in which damping ducts (throttles) are arranged, the pipe cross-section of which is smaller than the cross-section of the nozzle ducts and which are parallel to one another.
Die bekannten kompakten Einheiten stellen sehr hohe Anforderungen an die Fertigung. Trotz hoher Genauigkeit in der Fertigung der Einzelteile kann bei ihrem Zusammenbau ein Versatz in den Übergangszonen zwischen Druckkanal und Düsenelement und/oder zwischen der Platte für die Dämpfung der Flüssigkeit und den Kanälen nicht ausgeschlossen werden. Diese Tatsache kann die Tropfenemission erheblich behindern und sogar zum Ausfall des Schreibkopfes führen.The known compact units place very high demands on production. Despite high accuracy in the manufacture of the individual parts, an offset in the transition zones between the pressure channel and nozzle element and / or between the plate for damping the liquid and the channels cannot be ruled out during their assembly. This fact can significantly hinder the drop emission and even lead to failure of the print head.
Das bekannte System kann nur schwer mit Flüssigkeit gefüllt werden, ohne in den Übergangszonen Gasblasen einzuschließen. Jeder Versatz zwischen Druckkanal und Düsenelement fördert den Glasblaseneinschluß, und zwar nicht nur beim erstmaligen Einfüllen der Flüssigkeit, sondern auch während des Betriebes, weil z.B. durch Erschütterung die Flüssigkeit in das Innere des Systems zurückfließen kann und dann beim Vorschnellen an den kritischen Stellen Luftblasen eingeschlossen werden. Jeder Versatz zwischen Druckkanal und Düsenelement behindert außerdem in jedem Falle die Druckleitung und bewirkt Druckverluste.The known system is difficult to fill with liquid without trapping gas bubbles in the transition zones. Any misalignment between the pressure channel and the nozzle element promotes the inclusion of glass bubbles, not only when the liquid is filled for the first time, but also during operation because, for example, the liquid can flow back into the interior of the system due to vibrations and then air bubbles are trapped at the critical points when it is rushed forward . Any offset between pressure channel and nozzle element also in any case obstructs the pressure line and causes pressure losses.
Ferner ist zwischen den Blöcken mit den Düsenkanälen und der Düsenplatte stets ein Spalt vorhanden. Dieser Spalt beeinflußt den Tropfenausstoß ebenfalls und ist außerdem nicht über lange Zeit gleichbleibend. Er verändert sich beispielsweise durch thermische oder chemische Einflüsse oder durch mechanisches Verspannen. Diese Veränderungen erfordern es, das System nach jeder Veränderung mit neuen entsprechend abgeänderten Ansteuerimpulsen zu betreiben. Dies bedeutet somit nicht nur zusätzlichen elektronischen Aufwand, sondern auch dauernde Service-Bereitschaft.Furthermore, there is always a gap between the blocks with the nozzle channels and the nozzle plate. This gap also affects the drop output and is also not constant over a long period of time. It changes, for example, through thermal or chemical influences or through mechanical tensioning. These changes require the system to be operated with new, correspondingly modified control pulses after each change. This means not only additional electronic effort, but also permanent service readiness.
In ähnlicher Weise ist im Bereich der Flüssigkeitszuführung nicht gewährleistet, daß die Flüssigkeit problemlos, d.h. ohne Gaseinschlüsse zugeführt werden kann. Vielmehr wird durch das Anfügen der zusätzlichen Platte mit den Drosselleitungen auch an dieser Stelle deren genaue Positionierung zueinander gefordert. Dies ist ebenfalls eine kritische Zone, wie sie für den Bereich der Düsenplatte bereits beschrieben wurde. Sind die Zuleitungsbohrungen noch von kleinerem Querschnitt als die Düsenkanäle - aus der Sicht des Spritzens an sich vorteilhaft - werden die aufgeführten Probleme beim Einfüllen der Flüssigkeit noch größer.Similarly, in the area of the liquid supply, there is no guarantee that the liquid will be problem-free, i.e. can be supplied without gas inclusions. Rather, by attaching the additional plate with the throttle lines, their exact positioning with respect to one another is also required at this point. This is also a critical zone, as has already been described for the area of the nozzle plate. If the feed bores are even smaller in cross-section than the nozzle channels - advantageous from the point of view of spraying - the problems listed when filling the liquid become even greater.
Weiterhin ist aus der US-PS 3 832 579 ein Schreibelement für Tintenstrahldrucker bekannt, dessen rohrförmiger Düsenkanal aus Glas hergestellt ist und vom Bereich des Antriebselementes bis zur Auslaßdüse geradlinig mit gleichem, relativ großem Querschnitt verläuft. Düsenkanal und Düse bestehen aus einem Stück. Auf das der Düse abgewandte Ende des Düsenkanales ist ein Schlauch aufgebracht, über den die Tintenzufuhr aus einem Tintenreservoir erfolgt. Dieser Schlauch besitzt einen kleineren Querschnitt als der Düsenkanal, so daß er als Dämpfungsglied wirkt. Das elektromechanische, vorzugsweise piezoelektrische Antriebselement ist rohrförmig um den Düsenkanal angeordnet und übt bei elektrischer Ansteuerung einen Druck auf die im Düsenkanal befindliche Flüssigkeit aus. Dieser Druck ist nicht nur nach vorn zur Auslaßdüse gerichtet, sondern auch nach hinten in die entgegengesetzte Richtung. Da der Ausstoß der Flüssigkeit aber nur nach vorn zur Düse erwünscht ist, wird am hinteren Düsenkanal das Dämpfungsglied vorgesehen.Furthermore, a writing element for inkjet printers is known from US Pat. No. 3,832,579, the tubular nozzle channel of which is made of glass and runs in a straight line from the area of the drive element to the outlet nozzle with the same, relatively large cross-section. Nozzle channel and nozzle consist of one Piece. A hose is attached to the end of the nozzle channel facing away from the nozzle, via which the ink is supplied from an ink reservoir. This hose has a smaller cross section than the nozzle channel, so that it acts as an attenuator. The electromechanical, preferably piezoelectric drive element is arranged in tubular form around the nozzle channel and, when electrically controlled, exerts a pressure on the liquid in the nozzle channel. This pressure is not only directed towards the outlet nozzle, but also towards the rear in the opposite direction. Since the ejection of the liquid is only desired towards the front of the nozzle, the damping element is provided on the rear nozzle channel.
Sollen nun mosaikartig aufgebaute Zeichen abgedruckt werden, so sind mehrere solcher Schreibelemente nebeneinander und parallel zueinander anzuordnen. Dabei wird dann der Mittenabstand der einzelnen Auslaßdüsen durch den Außendurchmesser der rohrförmigen Antriebselemente bestimmt. Dieser Durchmesser aber ist wesentlich größer als der für ein gut lesbares Zeichen erforderliche Abstand der auf den Aufzeichnungsträger aufzutragenden Rasterpunkte. Die aufgezeichnete Zeichenlinie erscheint als Punktreihe und nicht als durchgehende Linie.If it is now intended to print mosaic-like characters, several such writing elements are to be arranged side by side and parallel to one another. The center distance of the individual outlet nozzles is then determined by the outer diameter of the tubular drive elements. However, this diameter is considerably larger than the distance between the raster points to be applied to the recording medium, which is required for an easily legible character. The recorded drawing line appears as a row of dots and not as a continuous line.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einerseits die Befüllung des Schreibkopfes mit Tintenflüssigkeit zu verbessern, die Tropfenemission sicherer zu machen und ein einfaches Herstellungsverfahren für einen derartigen Schreibkopf mit mehreren Kanälen anzugeben, und andererseits möglichst kleine Mittenabstände der Auslaßdüsen auch dann zu gewährleisten, wenn die Düsenkanäle auf ihrer ganzen Länge von gleichbleibendem Querschnitt sind. Außerdem soll die Möglichkeit gegeben sein, den Schreibkopf bereits während der Herstellung zu prüfen und dadurch den Ausschuß zu vermindern, ohne dabei auf eine kompakte Bauweise verzichten zu müssen.The object of the invention is to improve on the one hand the filling of the print head with ink liquid, to make the drop emission safer and to provide a simple manufacturing method for such a write head with several channels, and on the other hand to ensure the smallest possible center distances of the outlet nozzles even when the Nozzle channels all over their Length of constant cross-section. In addition, it should be possible to check the print head during manufacture and thereby reduce the number of rejects, without having to do without a compact design.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Düsenkanäle sowohl mit ihren Auslaßdüsen als auch mit ihren Dämpfungsgliedern einstückig ausgebildet sind, daß die Düsenkanäle senkrecht in den Verteilerkanal münden und daß die Düsenkanäle im Bereich zwischen den Antriebselementen und den Auslaßdüsen derart ausgelenkt sind, daß sie in den übrigen Bereichen parallel zueinander verlaufen, wobei der Abstand im Bereich der Auslaßdüsen durch den erforderlichen Abstand der mosaikartig aufgetragenen Tintentröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger und im hinteren Bereich durch die Abmessungen der Antriebselemente bestimmt sind.This object is achieved in that the nozzle channels are integrally formed both with their outlet nozzles and with their damping members, that the nozzle channels open vertically into the distribution channel and that the nozzle channels are deflected in the area between the drive elements and the outlet nozzles in such a way that they are deflected into the the remaining areas run parallel to one another, the distance in the area of the outlet nozzles being determined by the required distance of the mosaic-like ink droplets on the recording medium and in the rear area by the dimensions of the drive elements.
Zweckmäßig werden die Antriebselemente selbst frei zugänglich gehalten, so daß sie nachträglich eingestellt werden können und alle Schreibdüsen eine gleiche Tropfenemission aufweisen.The drive elements themselves are expediently kept freely accessible so that they can be adjusted subsequently and all the writing nozzles have the same drop emission.
Der Verteilerkanal ist rohrförmig ausgebildet und in seinem Querschnitt größer gehalten als der Querschnitt eines Düsenkanales. Dabei ist die Führung des Verteilerkanales in dem gesonderten Kunststoffblock unbedeutend. Er kann darin U-förmig oder geradlinig geführt sein. Wesentlich ist nur, daß der eigentliche Zuführbereich für die Düsenkanäle senkrecht zu diesen verläuft. Auch das Material der Düsenkanäle kann beliebig sein und richtet sich im wesentlichen nach der Verträglichkeit mit der verwendeten Tintenflüssigkeit und dem verwendeten Kunststoff des Blockes. Besonders vorteilhaft sind Düsenkanäle aus Glas.The distribution channel is tubular and has a larger cross section than the cross section of a nozzle channel. The routing of the distribution channel in the separate plastic block is insignificant. It can be guided in a U-shape or in a straight line. It is only essential that the actual feed area for the nozzle channels runs perpendicular to these. The material of the nozzle channels can also be any and depends essentially on the compatibility with the ink liquid and the art used fabric of the block. Nozzle channels made of glass are particularly advantageous.
Ein derart ausgebildeter Schreibkopf ist besonders einfach auch in seiner Herstellung, dessen Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Düsenkanal zunächst in die vorbestimmte Form gebracht und mit einem Antriebselement versehen wird, danach auf einwandfreie Funktion und Tropfenemission geprüft wird, anschließend in einer Halterung ausgerichtet und in einen Kunststoffblock eingegossen wird, daß nach diesem Vorgang der Kunststoffblock an seinem hinteren Ende senkrecht zu den Enden der Düsenkanäle plangeschnitten und mit dem ebenfalls in einem Kunststoffblock eingegossenen Verteilerkanal verbunden wird. Nach dem Zusammenbau des Schreibkopfes und Füllen des Verteilerkanales mit Flüssigkeit wird die Tropfenemission der einzelnen Düsenkanäle gemessen und durch Trimmen der Antriebselemente aufeinander abgestimmt. Dieses Trimmen kann dadurch erfolgen, daß eine der Elektroden der betreffenden Antriebselemente, bei deren Düsenkanal eine von einem vorbestimmten Wert abweichende Tropfenemission vorliegt, mehr oder weniger verkleinert wird, bis der vorbestimmte Wert erreicht ist.A write head designed in this way is also particularly simple to manufacture, the method of which is characterized in accordance with the invention in that each nozzle channel is first brought into the predetermined shape and provided with a drive element, then checked for proper function and drop emission, then in a holder is aligned and poured into a plastic block, that after this process the plastic block is cut at its rear end perpendicular to the ends of the nozzle channels and connected to the distributor channel, which is also cast in a plastic block. After assembling the print head and filling the distributor channel with liquid, the drop emission of the individual nozzle channels is measured and coordinated with one another by trimming the drive elements. This trimming can take place in that one of the electrodes of the relevant drive elements, in the nozzle channel of which there is a drop emission deviating from a predetermined value, is more or less reduced until the predetermined value is reached.
Der Schreibkopf nach der Erfindung hat den Vorteil, daß während seiner Herstellung die einzelnen Düsenkanäle mit ihren Antriebselementen vor dem Eingießen in den Kunststoffblock einzeln auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden können. Dadurch wird der Ausschuß an fertigen Schreibköpfen praktisch vermieden. Auch ist es möglich, nach der Herstellung des Schreibkopfes die einzelnen Antriebselemente zu trimmen und dadurch alle seine Düsenkanäle auf gleiche Eigenschaften einzustellen bei für alle Kanäle gleichen Ansteuerimpulsen. Die Steuerelektronik für den Schreibkopf kann dadurch einfach gestaltet werden.The write head according to the invention has the advantage that the individual nozzle channels with their drive elements can be checked individually for their functionality before being poured into the plastic block during its manufacture. This practically avoids rejects on finished print heads. It is also possible to trim the individual drive elements after the production of the write head and thereby to open all of its nozzle channels Set the same properties with the same drive pulses for all channels. The control electronics for the write head can thus be designed in a simple manner.
Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung besitzen die Düsenkanäle außer im Bereich der Dämpfungsglieder und der Düsen über ihre gesamte Länge gleichen Querschnitt, der relativ klein gehalten ist, z.B. 0,4 mm. Außerdem erfolgt die Ansteuerung der Antriebselemente derart, daß durch den angelegten Spannungsimpuls der in der Düse vorhandene Flüssigkeitsmeniskus zunächst in den vorderen Teil des Düsenkanales hineingezogen wird und die Spannung abgeschaltet wird, sobald der Flüssigkeitsmeniskus in Ausstoßrichtung sein Maximum erreicht hat. Dadurch, daß somit die Flüssigkeit zuerst eingezogen und dann ausgestoßen wird, ergibt sich eine höhere Anfangsgeschwindigkeit des ausgestoßenen Tröpfchens. Außerdem wird zur Emittierung der Flüssigkeit nur eine geringe Ansteuerspannung benötigt. Es handelt sich hierbei um eine negative Ansteuerung im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen eine positive Ansteuerung vorliegt, d.h. der Flüssigkeitsmeniskus wird sofort in Richtung des Ausstoßes bewegt.According to a further embodiment of the invention, the nozzle channels have the same cross-section over their entire length, which is kept relatively small, e.g. in the area of the damping members and the nozzles, e.g. 0.4 mm. In addition, the drive elements are controlled such that the liquid meniscus present in the nozzle is first drawn into the front part of the nozzle channel by the applied voltage pulse and the voltage is switched off as soon as the liquid meniscus has reached its maximum in the ejection direction. The fact that the liquid is drawn in first and then ejected results in a higher initial velocity of the ejected droplet. In addition, only a low control voltage is required to emit the liquid. This is a negative control in contrast to the known arrangements in which there is a positive control, i.e. the liquid meniscus is immediately moved in the direction of the discharge.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.The invention is described in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing.
Es zeigen:
- Fig.1 ein vormontierter kompletter Düsenkanal,
- Fig.2 den Zusammenbau mehrerer Düsenkanäle nach Fig.1 in einem ersten Modul,
- Fig.3 den Verteilerkanal in einem zweiten Modul,
- Fig.4 den kompletten Schreibkopf mit Düsenkanälen und Verteilerkanal und
- Fig.5 den Querschnitt entlang der Schnittlinie AB der Fig.4.
- 1 shows a pre-assembled complete nozzle duct,
- 2 shows the assembly of several nozzle channels according to FIG. 1 in a first module,
- 3 the distribution channel in a second module,
- Fig.4 the complete print head with nozzle channels and distribution channel and
- 5 shows the cross section along the section line AB of FIG. 4.
Der Schreibkopf für einen Tintenstrahldrucker, bei dem die einzelnen Tintentröpfchen aus den Düsen ausgestoßen und anschließend in freiem Fluge auf einen Aufzeichnungsträger auftreffen, also nicht in einem elektromagnetischen Feld abgelenkt werden, besteht aus einem rohrförmigen Düsenkanal 1 mit einem ihn umgebenden Antriebselement 2. Das Antriebselement ist auf den Düsenkanal vorzugsweise aufgeklebt. Jeder Düsenkanal 1 ist zwischen dem Antriebselement 2 und der Auslaßdüse 3 derart ausgelenkt bzw. gebogen, daß er außerhalb dieses Bereiches parallel zu den benachbarten Düsenkanälen des Schreibkopfes verläuft, wobei der Mittenabstand der Düsen im vorderen Bereich durch den erforderlichen Abstand der mosaikartig aufgetragenen Tintentröpfchen auf den Aufzeichnungsträger, z.B. 0,53 mm,und im hinteren Bereich durch die Abmessungen der Antriebselemente 2 bestimmt ist. Am hinteren Ende des Düsenkanales 1 ist eine Einengung vorgesehen, die als integrierte Dämpfung 4 für die Flüssigkeitsschwingungen dient.The write head for an inkjet printer, in which the individual ink droplets are ejected from the nozzles and then hit a recording medium in free flight, i.e. are not deflected in an electromagnetic field, consists of a
Mit Ausnahme der Auslaßdüse 3 und des Dämpfungsgliedes 4 ist der Querschnitt des Düsenkanales über dessen gesamte Länge gleich und beträgt z.B. 0,4 mm. Dieser relativ kleine Querschnitt erlaubt die Zusammenfassung mehrerer Düsenkanäle zu einem Schreibkopf aus z.B. sechs übereinander angeordneten Düsen oder aus einer Düsenmatrix, wobei bei einer Zeichengröße auf dem Aufzeichnungsträger von 3,2 mm Höhe der Mittenabstand der übereinanderliegenden Düsen 0,53 mm beträgt. Der gleichbleibende Querschnitt ermöglicht eine bessere Steuerung des Flüssigkeitsausstoßes durch die Antriebselemente.With the exception of the
Das Antriebselement 2 wirkt als elektromechanischer Wandler und ist insbesondere als piezoelektrischer Wandler ausgebildet. Er besteht aus einer inneren, direkt auf der Außenfläche des Düsenkanales 1 liegenden Elektrode 5, einer äußeren Elektrode 6 und einem dazwischen angeordneten piezoelektrischen Element 7. Die innere Elektrode 5 ist an einer Seite um die Stirnseite des piezoelektrischen Elementes 7 herum bis auf die Oberseite desselben gezogen und von der äußeren Elektrode 6 durch einen elektrisch nicht leitenden Spalt getrennt. Dadurch ist ein einfacher Anschluß der Anschlußdrähte 8 und 9 gegeben. Dieses in Fig.1 dargestellte Element ist ein funktionsfähiger Tropfenerzeuger und kann bedarfsweise vor dem Zusammenbau mit weiteren derartigen Tropfenerzeugern bereits auf seine Funktionsfähigkeit geprüft werden. Dadurch kann der Ausschuß an Schreibköpfen gering gehalten werden.The
Aus mehreren solcher Düsenkanäle 1 wird nun ein Modul hergestellt, in dem z.B. sechs in genau bestimmter Weise gebogene Düsenkanäle 1 einschließlich ihrer Antriebselemente 2, Auslaßdüsen 3 und Dämpfungsglieder 4 unverändlich,in einem Block 10 zusammengefaßt werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist gezeigt, daß dies beispielsweise mit einem Giesharz erfolgen kann. Die Antriebselemente 2 selbst sind nicht eingegossen, um freien Zugang zu ihnen zu behalten, sie nicht in ihren Bewegungen durch Giesharz oder andere Fixierungen zu behindern und sie auch mechanisch voneinander zu isolieren. Die Antriebselemente können jedoch ebenfalls in dem Kunststoffblock 10 mit eingegossen werden. Dann aber muß auf die später beschriebene Veränderung und auf die genannten Vorteile verzichtet werden. Zweckmäßig erfolgt die Zusammenfassung zu einem Modul somit nur an den Düsenkanälen selbst. Dies kann in der Weise geschehen, daß die Auslaßdüsen 3 mit einem bestimmten Abstand voneinander, der durch die gegebenenfalls zu erzeugende Zeichenmatrix bestimmt wird, und die den Auslaßdüsen 3 gegenüberliegende Seite der Kanäle im Bereich der Dämpfungsteile 4 ebenfalls zusammengefaßt werden, und zwar so, daß die Düsenkanäle 1 in diesem Gebiet 11 in einer breiteren Zone eingegossen werden als es für den fertigen Modul erforderlich wäre.From several
Das Eingießen der einzelnen Düsenkanäle erfolgt in einer Form. Die Halterung im Bereich der Auslaßdüsen 3 kann in bekannter Weise durch einen Haltekamm 12 oder eine Lochplatte erfolgen, die den erforderlichen Düsenabstand gewährleistet. Diese Halterung 12 wird zusammen mit den einzelnen Düsenkanälen 1 eingegossen. Auf der anderen Seite werden die Düsenkanäle 1 derart in eine teilbare, nicht dargestellte Halterung der Gießform gelegt, daß sich die Antriebselemente 2 in der von der Halterung gebildeten Aussparung 14 befinden und die Düsenkanäle zu beiden Seiten dieser Aussparung 14 herausragen. Die Durchführungen in der Gießform für die Düsenkanäle 10 müssen dicht sein, damit kein Giesharz zu den Antriebselementen 2 gelangt. Die nun in den Bereichen der Auslaßdüsen 3 und der Antriebselemente 2 gehalterten Düsenkanäle 1 werden in eine die Gestalt des Moduls bestimmende, nicht dargestellte Gießform gelegt, wobei dafür Sorge getragen ist, daß in das Innere der Düsenkanäle 1 kein Giesharz eindringen kann. Dies läßt sich in bekannter Weise durch flexible Dichtmaterialien, z.B. Silikongummi, erreichen.The individual nozzle channels are poured in a mold. The holder in the region of the
Das Ausgießen der so vorbereiteten Form ist ein bekannter Vorgang. Es entsteht dabei ein Rohmodul wie in Fig.2 dargestellt. Dieses wird in einem einfachen Arbeitsgang im Bereich 11 auf die gewünschte Länge entlang der Linie 13 abgeschnitten, so daß eine plane Ebene senkrecht zu den Düsenkanälen 1 entsteht.Pouring the mold prepared in this way is a known process. This creates a raw module as shown in Fig. 2. This is done in a simple Work in the
Die Gießform kann abweichend vom beschriebenen Beispiel auch so gestaltet sein, daß sie bereits an der Schnittlinie 13 endet. Da aber Schrumpfungstoleranzen nicht auszuschließen sind, besteht die Gefahr, daß dann die Kante nicht plan ist und die Enden der Düsenkanäle aus dieser Kantenfläche etwas herausstehen. Wie nachträglich beschrieben, muß diese Fläche gegenüber dem Verteilerkanal aber dicht sein.In a departure from the example described, the casting mold can also be designed such that it already ends at the
In einem separaten Arbeitsgang wird der rohrförmige Verteilerkanal hergestellt (Fig.3). Hierzu wird in einem Kunststoffblock 15 ein U-förmiger Kanal .16 eingeformt, z.B. durch Vergießen eines entsprechend geformten Drahtes, der anschließend ausgeätzt wird, oder in anderer geeigneter Form. Auf der Seite des Steges ist auch hierbei diericht dargestellte Gießform etwas größer gehalten. Im Bereich dieses Steges wird anschließend der Kunststoffblock 15 entlang der Schnittlinie 20 auf die gewünschte Form gebracht. Diese Schnittlinie 20 ist so zu legen, daß der Steg des Verteilerkanales nach außen offen ist. Der Verteilerkanal ist mindestens im Bereich des Steges im Querschnitt größer als der Querschnitt der einzelnen Düsenkanäle 1 und verläuft senkrecht zu diesen.The tubular distributor channel is produced in a separate operation (Fig. 3). For this purpose, a U-shaped channel .16 is formed in a
Beide Modulteile nach den Figuren 2 und 3 werden mit ihren geschnittenen Seiten zusammen gekoppelt. Dadurch stellt der Verteilerkanal eine integrale Flüssigkeitszufuhr zu den Düsenkanälen dar, weil keine besondere Zuordnung von Bohrungen zu bestimmten Kanälen besteht. Der komplette Schreibkopf ist inBoth module parts according to Figures 2 and 3 are coupled together with their cut sides. As a result, the distribution channel represents an integral liquid supply to the nozzle channels because there is no special assignment of bores to specific channels. The complete print head is in
Fig.4 dargestellt. Dabei besteht der U-förmige Kanal 16 aus dem Steg 17 als eigentlicher Verteilerkanal und aus den Schenkeln 18 und 19. An den Schenkel 18 wird die Zuführleitung 21 für die Schreibflüssigkeit angeschlossen. Der Schenkel 19 enthält die Entlüftungsvorrichtung 22. Dieser Modul ist bereits ein einfacher Schreibkopf, mit dem Zeichen mosaikartig aufgebaut werden können.Fig.4 shown. The U-shaped channel 16 consists of the
Der Schreibkopf gestattet es, Flüssigkeit auf einfache Art einzufüllen ohne dabei Gasblasen einzuschließen. Dies wird dadurch erreicht, daß keine störenden Kanten im Verlauf der Flüssigkeitswege vorhanden sind.The print head allows liquid to be filled in easily without trapping gas bubbles. This is achieved in that there are no disruptive edges in the course of the liquid paths.
In Abänderung des beschriebenen Beispieles kann die Tintenzufuhr auch so erfolgen, daß der Verteilerkanal 17 geradlinig nach oben und unten aus dem Block 15 herausgeführt wird.In a modification of the example described, the ink supply can also take place in such a way that the
Nach der beschriebenen Herstellungsweise sind die Antriebselemente 2 am fertigen Schreibkopf frei zugänglich. Wenn man gleichzeitig an jedem Antriebselement 2 eine Möglichkeit vorsieht, diese zu trimmen, kann man den ganzen Schreibkopf, d.h. alle seine Düsenkanäle 1,auf gleiche Eigenschaften einstellen bei für alle Kanäle gleichen Ansteuerimpulsen. Dies kann bei Verwendung von piezoelektrischen Wandlern in einfacher Weise durch teilweises Wegbrennen oder Wegätzen einer der Elektroden 5 oder 6 geschehen. Damit läßt sich der Wirkungsgrad der einzelnen Antriebselemente so einstellen, daß alle Düsenkanäle 1 auf denselben Ansteuerimpuls in gleicher Weise reagieren.According to the manufacturing method described, the
Der Modul läßt sich als plattenartiges Element herstellen. Wenn man mehrere solche Module stapelt und dabei noch in geeigneter Weise die Auslaßdüsen 3 des einen Moduls gegen den anderen verschoben anordnet, lassen sich Mehrfachschreibköpfe mit vielen gleichzeitig arbeitenden Tropfengeneratoren herstellen, die zugleich viele durch die Anordnung der Auslaßdüsen bestimmte Matrixmuster erlauben.The module can be made as a plate-like element put. If several such modules are stacked and the
Claims (13)
daß die Antriebselemente (2) der Düsenkanäle (1) frei zugänglich in einer Aussparung (14) des zugeordneten Blockes (10) angeordnet sind.2. Print head according to claim 1, characterized in that
that the drive elements (2) of the nozzle channels (1) are freely accessible in a recess (14) of the associated block (10).
daß die Antriebselemente (2) rohrförmig ausgebildet sind und auf den Düsenkanälen (1) aufgeklebt sind.3. Print head according to claims 1 and 2, characterized in that
that the drive elements (2) are tubular and are glued to the nozzle channels (1).
daß die Antriebselemente (2) parallel zueinander angeordnet sind.4. printhead according to claims 1 to 3, characterized in
that the drive elements (2) are arranged parallel to each other.
daß die innere Elektrode (5) des Antriebselementes (2) bis auf deren Außenseite herumgezogen ist.5. printhead according to claims 1 to 4, characterized in
that the inner electrode (5) of the drive element (2) is pulled up to the outside thereof.
daß der Querschnitt eines Düsenkanales (1) außer im Bereich des Dämpfungsgliedes (4) und der Auslaßdüse (3) über dessen ganze Länge gleich ist.6. printhead according to claims 1 to 5, characterized in
that the cross section of a nozzle channel (1) is the same over its entire length except in the region of the damping member (4) and the outlet nozzle (3).
daß der Verteilerkanal (17) rohrförmig ausgebildet ist und in seinem Querschnitt größer ist als der Querschnitt eines Düsenkanales (1).7. Print head according to claims 1 to 6, characterized in that
that the distribution channel (17) is tubular and is larger in cross section than the cross section of a nozzle channel (1).
daß der Verteilerkanal (17) U-förmig ausgebildet ist, wobei der eine Schenkel (18) als Zuführkanal für die Flüssigkeit, der Steg (17) als eigentlicher ZufUhrkanal und der andere Schenkel (19) als Entlüffungskanal ausgebildet sind.8. printhead according to claims 1 to 7, characterized in
that the distribution channel (17) is U-shaped, one leg (18) being the supply channel for the liquid, the web (17) being the actual supply channel and the other leg (19) being the venting channel.
daß nach dem Zusammenbau des Schreibkopfes und Füllen des Verteilerkanales mit Flüssigkeit die Tropfenemission der einzelnen Düsenkanäle gemessen und durch Trimmen der Antriebselemente aufeinander abgestimmt werden.10. The method according to claim 9, characterized in
that after the assembly of the print head and filling of the distributor channel with liquid, the drop emission of the individual nozzle channels is measured and coordinated with one another by trimming the drive elements.
daß die Düsenkanäle dadurch abgestimmt werden, daß eine der Elektroden der betreffenden Antriebselemente,. bei deren Düsenkanal eine von einem vorbestimmten Wert abweichende Tropfenemission vorliegt, mehr oder weniger verkleinert wird bis der vorbestimmte Wert erreicht ist.11. The method according to claim 10, characterized in
that the nozzle channels are tuned in that one of the electrodes of the drive elements in question. at the nozzle channel of which there is a drop emission that deviates from a predetermined value, is more or less reduced until the predetermined value is reached.
daß durch die angelegte Steuerspannung der in der zugeordneten Düse befindliche Flüssigkeitsmeniskus zunächst geringfügig in den Düsenkanal hineingezogen und dann erst ausgestoßen wird.12. A method for controlling the drive elements of a write head according to claims 1 to 8, characterized in that
that the liquid meniscus located in the associated nozzle is initially drawn slightly into the nozzle channel by the applied control voltage and only then is expelled.
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