DE2256667C3

DE2256667C3 - Vorrichtung zum Erzeugen von Druckimpulsen, die in einem Grundkörper angeordnet sind

Info

Publication number: DE2256667C3
Application number: DE19722256667
Authority: DE
Inventors: Eilt-Heyo Dipl.-Ing. 2940 Wilhelmshaven Rittberg
Original assignee: Olympia Werke AG
Current assignee: Olympia Werke AG
Priority date: 1972-11-18
Filing date: 1972-11-18
Publication date: 1975-04-30
Also published as: DE2256667B2; DE2256667A1

Description

kammern (1, 29, 37) zusätzlich elastisch ausgebi!- Dei im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt

det ist, und daß die Abdeckplatte (3, 25, 49) mit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeueiner einstückigen Piezokeramikplatte (9, 19, 49) gung von Druckimpulsen zu schaffen, die einfach verbunden ist, welche über auf ihrer Oberfläche 25 und billig herzustellen und zu montieren ist. Hierbei im Bereich der einzelnen Fluidkammern (1, 29, soll ein hoher Integrationsgrad bei geringem Ferti-37) angeordnete Elektroden (13, 53_T 55) gezielt gungsaufwand erzielt werden.

örtlich aktivierbar ist, wobei durch die Ausbil- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Mem-

dung der Piezokeramikplatte (9, 19, 49) und/oder branen der einzelnen Fluidkammern aus einer geder Elektroden (13, 53, 55) die Wirkung jeweils 30 meinsamen einstückigen Abdeckplatte bestehen, auf den Bereich einer Fluidkammer (1, 29, 37) welche im Bereich der einzelnen Fluidkammern zubegrenzt ist. sätzlich elastisch ausgebildet ist, und daß die Ab-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- deckplatte mit einer einstückigen Piezokeramikplatte kennzeichnet, daß die Piezokeramikplatte (9, 10) verbunden ist, welche über auf ihrer Oberfläche im im Bereich der einzelnen Fluidkammern (1. 29) 35 Bereich der einzelnen Fluidkammern angeordnete Erhebungen (11, 21) mit Elektroden (13) auf- Elektroden gezielt örtlich aktivierbar ist, wobei weist. durch die Ausbildung der Piezokeramikplatte und/

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- oder der Elektroden die Wirkung jeweils auf den Bekennzeichnet, daß die Erhebungen (21, 23) in der reich einer Fluidkammer begrenzt ist. Damit ergeben Piezokeramikplatte (19) beidseitig angeordnet 40 sich als Vorteile, daß die Vorrichtung nur aus sehr sind. wenigen un^ leicht zu fertigenden Einzelteilen be-

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- steht und eine leichte Montage ermöglicht,
kennzeichnet, daß die elektromechanischen Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Wandlereinrichtungen aus einer einstückigen Pie- Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher zokeramikplatte (49) bestehen, deren Oberfläche 45 erläutert. Es zeigt

(51) im Bereich der einzelnen Fluidkammern Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgmäße

(37) je eine erste kreisscheibenförmige Elektrode Vorrichtung mit einseitiger Freiarbeitung der den 53) und je eine konzentrisch zu dieser mit einem einzelnen Kammern zugeordneten piezoelektrischen kleinen Abstand angeordnete zweite ringförmige Kristallen,

Elektrode (55) aufweist, und daß die ersten (53) 50 F' g. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße und die zweiten (55) Elektroden zur gezielten ort- Vorrichtung mit beidseitiger Bearbeitung der piezolichen Aktivierung mit Ladungen entgegengesetz- elektrischen Kristalle,

ten Polarität beaufschlagbar sind. Fi g. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß

Fig. 1, allerdings vor der Freiarbeitung der Piezoke-55 ramikplatte,

Fig.4 eine Draufsicht auf einen Spritzkopf mit

vier Spritzeinheiten und

F i g. 5 einen Schnitt entsprechend F i g. 4.
In F i g. 1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von 60 schlagartigen Druckimpulsen in mehreren mit Flüs-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Er- sigkeit gefüllten Fluidkammern 1 eines Druckimpulszeugen von Druckimpulsen von relativ hohem Druck gebers, welche als einspringende Ausrundungen in und von relativ kurzer Dauer in einer oder mehreren einer einstückigen Abdeckplatte 3 ausgebildet sind, mit Flüssigkeit gefüllten Fluidkammern, die aus einer Diese Abdeckplatte 3 ist mit einem Grundkörper 5 größeren Anzahl in einem Grundkörper angeordne- 65 verbunden, in dem die mit den Fluidkammern 1 in ter Fluidkammern durch Ansteuerung auswählbar Wirkverbindung stehenden Fluidkanälcn 7 angeordsind, insbesondere für einen Spritzkopf eines Tinten- net sind. Durch die Anordnung der Fluidkammern 1 tröol'chen-Druckers. wobei die Fluidkammern in in der Abdeckplatte Λ wird das Widerstandsmoment

3 4

in diesen Bereichen verringert, wodurch die zur Vo- Durch die einstückigen Abdeckplatten 3, 25 und lumenverringerung der Fluidkammern 1 erforderli- die ebenfalls einstückig ausgebildeten Piezokeramikchen elastischen Membranen in sehr einfacher Weise platten 9, 19 wird ein hoher Integrationsgrad bei gegeschaffen werden. Mit der Abdeckplatte 3 ist eine ringem Fertigungsaufwand erzielt. Dieser Fertigungseinstückige Piezokeramikplatte 9 verbunden, welche 5 aufwand kann durch eine vorteilhafte Ausgestaltung, im Bereich er einzelnen Fluidkammern 1 Erhebun- z. B. eines Spritzkopfes gemäß F i g. 4 und 5 noch gen 11 aufweist. Auf den Oberflächen dieser Erhe- weiter verringert werden. Dieser Spritzkopf besteht bungen 11 sind Elektroden 13 angeordnet. Durch die aus einem Grundkörper 35 mit flüssigkeitsgefüllten Erhebungen 11 wird die örtliche Aktivierung der Fluidkammern 37 und Fluidkanälen 39, welcher ei-Piezokeramikplatte 9 begünstigt und irgendwelche io nerseits mit einer Düsenplatte 41 mit Auslaßdüsen Kopplungen beim Anlegen von Spannungen an die 43 und andererseits mit einer Abdeckplatte 45 vereinzelnen Elektroden vermieden. bunden ist. Die Fluidkammern 37 sind wieder als

Die Abdeckplatte 3 und die Keramikplatte 9 er- einspringende Ausrundungen in dem Grundkörper möglichen einen hohen Integrationsgrad von mehre- 35 ausgebildet. Durch vorteilhafte Ausgestaltungen ren elektromechanischen Wandlereinrichtungen in 15 der Abdeckplatte 45 mit kreisringförmigen Quereinem Druckimpulsgeber. Hierdurch wird ein kosten- Schnittsminderungen 47 im Bereich der Fluidkam- und zeitsparendes Fertigungsverfahren z. B. für einen mern 37 werden wieder definierte Biegungsstellen für Tintenspritz-Schreibkopf geschaffen. Bei dem Druck- die Membranen geschaffen. Die Abdeckplatte 45 ist impulsgeber gemäß F i g. 1 kann die Piezokeramik- wieder mit einer einstückigen Piezokeramikplatte 49 platte 9 bereits mit der Abdeckplatte 3 verbunden ao verbunden, deren Oberfläche 51 im Bereich der einsein, bevor die Erhebungen 11 auf der Keramik- zelnen Fluidkammern 37 je eine erste kreisscheibenplatte 9 hergestellt werden. Der Ausgangszustand förmige Elektrode 53 und je eine konzentrisch zu dieser Keramikplatte 9 ist in F i g. 3 dargestellt. Hier- dieser mit einem kleinen Abstand angeordnete zweite bei werden die Elektrodenschicht 13 und die Ver- ringförmige Elektrode 55 aufweist. Die ersten 53 und tiefungen 15 in der Keramikschicht gleichzeitig z. B. as zweiten 55 Elektroden werden zur örtlichen Aktiviedurch Ätzen abgetragen. Außerdem können hierbei rung der Piezokeramikplatte 49 mit Ladungen entgedie Stege 17 zwischen den Erhebungen 11 dünn ge- gengesetzter Polarität beaufschlagt. Durch diese vorhalten werden. teilhafte Ausgestaltung sind keine Querschnittsmin-

In F i g. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines derungen der Piezokeramikplatte 49 gemäß den

Druckimpulsgebers dargestellt, bei dem die örtliche 30 F i g. 1 bis 3 mehr erforderlich, die durch eine zusätz-

Aktivierung der Piezokeramikplatte 19 durch beid- liehe Bearbeitung, z. B. Ätzen, dieser Keramikplatten

seitig angeordnet Erhebungen 21, 23 noch weiter 9,19 hergestellt werden müssen,

begünstigt wird. Außerdem ist hierbei eine Abdeck- Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in

platte 25 vorgesehen, die eben ausgebildet ist und im dem hohen Integrationsgrad einer Mehrfachanord-

Bereich der Erhebungen 23 kreisringförmige Quer- 35 nung von elektromechanischen Wandlern auf piezo-

schnittsvermiriderungen 27 zur Erzeugung von defi- elektrischer Basis in einem Druckimpulsgeber,

nierten Biegungsstellen aufweist. Die Fluidkammern Außerdem ist zur Fertigung eines derartigen Druck-

29 sind hierbei mit in dem Grundkörper 31 für die impulsgeber nur ein geringer Fertigungsaufwand

Fluidkanäle 33 angeordnet. erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Fluidkanäle zur Weiterleitung der Druckimpulse münden in einer Wand je eine Membrant aufweisen,

Patentansprüche: welche zur Volumenvenninderung der Fluidkammern durch piezoelektrische Kristalle kurzzeitig be-1. Vorrichtung zum Erzeugen von Druckim- 5 aufschlagbar sind.

pulsen von relativ hohem Druck und von relativ Bei einem bekannten Spritzkopf (DT-OS

kurzer Dauer in einer oder mehreren mit Flüssig- 2 164 614) sind die flüssigkeitsgefullten Kammern keit gefüllten Fluidkammern, die aus einer größe- durch einzelne Membranen abgedeckt, welche aus ren Anzahl in einem Grundkörper angeordneter dünnen Metallplatten bestehen. An diesen Metall-Fluidkammern durch Ansteuerung auswählbar io platten sind wiederum einzelne als elektromechanisind, insbesondere für einen Spritzkopf eines Tin- sehe Wandlereinrichtungen ausgebildete piezoelektentröpfchen-Druckers, wobei die Fluidkammern irische Kristalle befestigt. Ein derartiger Schreibkopf in Fluidkanäle zur Weiterleitung der Druckim- mit z. B. sieben Schreibeinheiten weist viele Einzelpulse münden, in einer Wand je eine Membrane teile auf, die in mehreren Arbeitsgängen montiert aufweisen, welche zur Volumenverminderung der 15 werden müssen. Hierbei ist auch eine gewisse Ge-Fluidkammern durch piezoelektrische Kristalle schicklichkeit vor. der die Montage ausführenden kurzzeitig beaufschlagbar sind, dadurch ge- Person erforderlich, zumal die Abmessungen der aus kennzeichnet, daß die Membranen der ein- piezoelektrischem Material bestehenden Plättchen zelnen Fluidkammern (1, 29, 37) aus einer ge- sehr klein sind. Außerdem müssen die leicht zermeinsamen einstückigen Abdeckplatte (3, 25, 49) 20 brechlichen Plättchen genau montiert und fixiert bestehen, welche im Bereich der einzelnen Fluid- werden.