DE2543451C2 - Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit mehreren Schreibdüsen in Form von Schreibflüssigkeit aufnehmenden, durch Ausformung des Schreibkopfes gebildeten Tintenkanälen, bei denen die in ;iner Kompressionskammer enthaltene Schreibflüssigkeit durch piezoelektrische Verformung eines Antriebselements tröpfchenförmig ausgestoßen wird.

Ein Schreibkopf mit diesen Merkmalen ist aus der DE-OS 22 62 106 bekannt. Der dort beschriebene Schreibkopf wird in der Art eines Mosaikschreibkopfes zeilenweise entlang eines Aufzeichnungsträgers beweg». Jedem Rasterpunkt ist eine piezoelektrisch betriebene Schreibdüse zugsordnet. Als piezoelektrisch betriebenes Antriebselement dient ein piezoelektrischer Kristallwandler, der auf eine Membran einwirkt und damit in einer Kompressionskammer den zur Auslösung eines Tintentröpfchens notwendigen Druck erzeugt. Da die einzelnen Tintenkanäle entsprechend der Größe des Schreibrasters zusammengefaßt werden müssen, ergeben sich mit dieser Anordnung besondere konstruktive Schwierigkeiten. So sind die Tintenkanäle als gebogene, und sich in Richtung zur Austrittsstelle konisch verengende Kanäle gestaltet, die sich nur mit großem Aufwand herstellen lassen. Weiterhin stehen die als Antriebselemente vorgesehenen, relativ großen Kristallwandler der Forderung nach kleineren geometrischen Abmessungen des Schreibkopfes entgegen. Insbesondere für den Einsatz von Ttntenmosaikschreibeinrichtungen im sog. Start-Stop-Schreibbetrieb, bei dem häufig Wechsel zwischen Beschleunigungsphasen und Abbremsphasen auftreten, ist ein möglichst kleiner Schreibkopf, d.h. ein Schreibkopf mit möglichst geringer Masse sehr erwünscht.

Es ist zwar bereits bekannt, als Antriebselement für einen einzigen Tintenkanal ein den Tintenkanal umfassendes Piezorohr zu verwenden (DE-OS 21 44 892), doch erstreckt sich das Piezorohr dort bis nahe an die Austrittsöffnung. Für einen Mehrdüsenschreibkopf erfordert diese Gestaltung in der unmittelbaren Nähe der Austrittsöffnungen einen Platzbedarf, der einer gewünschten Verkleinerung der Rasterteilung deutliche Grenzen setzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, für Tintenmosaikschreibeinrichtungen einen piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf anzugeben, mit dem ein für die Zeichenbildung wünschenswerter enger Raster der Austrittsöffnungen der Tintenkanäle gewährleistet ist, und der gleichzeitig auch einfach und kostengünstig herstellbar ist

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmaien des Patentanspruches I gelöst.

Da nunmehr die Antriebselemente in einem von den Austrittsöffnungen der Tintenkanäle entfernten Bereich angeordnet sind, steht an der Austrittsstelle genügend Raum zur Verfügung um ein für die Zeichenbildung wünschenswert enges Austrittsraster zu schaffen. Mit der Ausbildung der Tintenkanäle als strahlenförmig, jedoch knickfrei verlaufenden Kanäle, ist weiterhin der Vorteil einer besonders einfachen Herstellung verbunden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der die Schreibdüsen aufnehmende Schreibkopfkörper durch Vergießen der Antriebselemente bei gleichzeitiger Ausformung der Tintenkanäle hergestellt wird. Dadurch ist der Schreibkopf gegenüber mechanischen Einwirkungen besonders widerstandsfänig, weil zwischen den einzelnen Schreibdüsen keine Relativbewegungen auftreten können, die sich sonst in einer Verschlechterung der Sehreibqoalität bemerkbar machen würden. Der gesamte Schreibkopf hat eine sehr geringe Masse, ist extrem störungsunanfällig und verschleißfest.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Platte, mit der die dem Aufzeichnungsträger gegenüberliegenden Öffnungen der Tintenkanäle abgeschlossen sind, lösbar an dem Schreibkopfkörper befestigt. Das hat den Vorteil, daß die Platte im Bedarfsfall außerordentlich schnell ausgewechselt bzw. gereinigt werden kann. Gleichzeitig ist damit eine Anpassung an den zu beschreibenden Aufzeichnungsträger möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Allsführungsbeispieles beschrieben. Dort zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Schreibkopfes fürTintenmosaikschreibeinrichtungen,
F i g. 2 eine Frontansicht desselben Schreibkopfes und F i g. 3 einen vergrößerter, Ausschnitt der Düsenplat-

Ein piezoelektrisch betriebener Schreibkopf wird mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Vorrichtung zeilenweise entlang eines Aufzeichnungsträgers 1 bewegt und dabei im Takt eines hier nicht dargestellten

bi Zeichengenerators zeichenabhängig angesteuert. Der Schreibkopfkörper 2 besteht aus einem einzigen, im Gußverfahren aus dielektrischem Kunststoff hergestellten Werkstück, das mehrere Schreibflüssigkeit aufneh-

mende Kanäle enthält. Diese Kanäle stellen die Tintenkanäle 3 dar, die an einem Ende konisch verjüngt sind, und durch in zwei Reihen angeordnete Austrittsöffnungen 4 zum Aufzeichnungsträger 1 hin abgeschlossen sind. Die anderen Enden stehen über verengte Zulaufe mit dem Tintenversorgungssystem in Verbindung. Die Tintenkanäle 3 sind innerhalb des Schreibkopfkörpers 2 von der Abdruckstelle her strahlenförmig knickfrei wegfluchtend angeordnet Sie bilden zwei Ebenen, die wiederum ^;:n spitzen Winkel zueinander geneigt sind. Diese Anordnung wird dadurch ermöglicht, daß die piezoelektrischen Antriebselemente, die aus einem die Tintenkanäle 3 zylmderförmig umfassenden Keramikrohr 5 bestehen, so weit von der eigentlichen Austrittsöffnung 4 entfernt angebracht sind, daß sie sich räumlich nicht mehr gegenseitig behindern.

Die Austrittsöffnungen 4 der Tintenkanäle 3 werden von einer Düsenplatte 6 abgedichtet, die entsprechend der Anzahl der Tintenkanäle 3 parallele Düsenbohrungen 7 aufweist Durch ihre Form bestimmen diese Düsenbohrungen 7 die Größe der austretenden Tinlentröpfchen S und deren Flugrichtung. Die Düsenplatte 6 selber besteht aus Metall, in du* diese engen Düsenbohrungen 7 mit Hilfe von Laserstrahlen oder mit einem galvanischem Verfahren eingebracht werden. Dabei ist insbesondere ein galvanisches Verfahren von Vorteil, bei dem in bekannter Weise die Düsenöffnungen zunächst grob ausgeätzt werden und dann durch anschließendes Vernickeln wieder verengt werden. Durch ein derartiges Verfahren ergeben rieh für diese Anwendung besonders geeignete, gratlose parallele Öffnungen. Die gesamte Platte 6 ist über Schrauben 9 auswechselbar mit dem Schreibkopfkörper 2 verbunden.

Mit einer ebenfalls im Schreibkopf integrierten Tintenverteileinrichtung 10 des Tintenversorgungssystems sind die Tintenkanäle 3 über eine Kapillarfiltervorrichtung 11, 12, 13 verbunden, die die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Schreibdüsen untereinander verhindert und gleichzeitig dafür Sorge trägt, daß sich im Yintensystem entstehende Druckschwankungen nicht auf die Schreibdüsen auswirken können.

Zu dieser Kapiliarfiltervorrichtung gehört eine Drosselplatte 11, die ebenfalls aus Kunststoff gegossen ist und entsprechend der Anzahl der Tintenkanäle Öffnungen 12 von ca. 350 μπι 0 aufweist. Mit diesen Öffnungen 12 werden Druckspitzen im Tintenversorgungssystem, wie sie z. B. durch am Schreibkopf wirkende Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte auftreten, abgebaut. Zwischen der Drosselplatte 11 und den Tintenkanälen 3 befindet sich ein über die ganze Fläche der Drosselplatte 11 sich erstreckendes engmaschiges Gitter 13 aus Stahl oder Kunststoff mit einer zur Kapillarwirkung notwendigen engen Maschenweite von ca. 35 μπι. Dieses Gitter wirkt als Rücklaufsperre, die ein Eindringen von Luft durch die Tintenkanäle 3 in das Tintenversorgungssystem verhindert.

Um die im Start-Stop-Betrieb auftretenden Druckschwankungen im Versorgungssystem noch zusätzlich zu dämpfen, ist in der Verteilereinrichtung 10 in bekannter Weise eine Luftblase Heingeschlossen.

Im Schreibbetrieb wird jedes als piezoelektrisches Element vorgesehene Keramikrohr 5 über im Schreibkopf 2 eingegossene Steckkontakte 15 von einem hier nicht dargestellten Zeichengenerator angesteuert. Dazu ist das Keramikrohr 5 gemäß einem Vorschlag an seiner Außenseite mit einer als Elektrode dienenden Metallschicht bedeckt, wobei als Gegenelektrode ein in das Keramikrohr 5 eingebrachtes Schutzrohr 16 dient Dieses Schutzrohr 16 ist elektrisch leitend und über einen elektrisch leitenden Klebstoff fest mit dem Keramikrohr 5 verbunden und verhindert durch seine absolute Tintenundurchlässigkeit daß Tinte in die Keramik eindringt und dort einen Kurzschluß verursacht Jedes einzelne Keramikrohr 5 wird nun so angesteuert daß die Impulse, die zu einer Kontraktion des Antriebselements 5 führen — und damit zu einem Ausstoßen eines Tintentröpfchens — an die Außenelektrode des Keramikrohres 5 angelegt werden, wobei das als Innenelektrode dienende Schutzrohr 16 ständig an Masse liegt Durch eine derartige Potentialbeaufschlagung kann die Isolation zwischen dem als Innenelektrode dienenden Schutzrohr 16 und de·· Tinte entfallen, so daß sich zwischen der Tinte und dem Keramikrohr 5 keine die Ansteuerung störenden Kapazitäten auswirken können.

Verwendet man im erfindungsgemäßen Schreibkopf ein Keramikrohr 5, das gemäß einem Vorschlag so dimensioniert ist, daß der Quotient von Wandstärke und dem mittleren Durchmesser gleich der Poisson'schen Zahl des verwendeten Keramikwerkstoffes entspricht, so eignet sich dieses Antriebselement in idealer Weise für das bei dem erfindungsgemäßen Schreibkopf vorgesehene Gießverfahren. Bei einem derartig dimensionierten Antriebselement ändert sich bei piezoelektrischer Erregung allein der Innendurchmesser, während der Außendurchmesser konstant bleibt Das bedeutet, daß sich auch bei lang anhaltendem Schreibbetrieb das Keramikrohr 5 nicht von dem umgebenden dielektrischen Kunststoff lösen kann. Außerdem körnen bei der Kontraktion des Keramikrohres 5 keine schädlichen mechanischen Spannungen zwischen dem Keramikrohr 5 und dem umgebenden dielektrischen Kunststoff entstehen, so daß die gesamte Verformungsenergie des Keramikrohres voll an die in den Tintenkanälen 3 enthaltene Tinte weitergegeben wird und damit voll an der Düsenplatte 6 zur Verfügung steht.

Wie schon dargestellt, kann der gesamte Schreibkopf 1 in einfacher Weise durch Gießen hergestellt werden. Und zwar werden zu diesem Zwecke die als Antriebselemente dienenden Keramikrohre 5, in die vor dem Vergießen die Schutzrohre 16 eingesteckt wurden, auf Metalldornen aufgezogen und diese Metalldornen mitsamt den Antriebselementen in die Gießform eingebracht Nach dem Aushärten des dielektrischen Kunststoffes werden die Dorne entfernt. Die dabei entstehenden Hohlräume 3 dienen a!s Kompressionskammern für die Keramikrohre 5. Gleichzeitig mit den Antriebselementen werden die zur Ansteuerung der einzelnen Elemente notwendigen Leitungen mit einem zugehörigen, aus dem Schreibkopf ragenden Steckkontakt 15 eingegossen,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit mehreren Schreibdüsen in Form von Schreibflüssigkeit aufnehmenden, durch Ausformung des Schreibkopfes gebildeten Tintenkanälen, bei denen die in einer Kompressionskammer enthaltene Schreibflüssigkeit durch piezoelektrische Verformung eines Antriebselements tröpfchenförmig ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) jeder Tintenkanal (3) jeweils von einem piezoelektrischen Antriebselement (5) umfaßt ist,

b) die Tintenkanäle (3) von den Austrittsöffnungen (4) her strahlenförmig geradlinig verlaufend angeordnet sind,

c) die piezoelektrischen Antriebselemente (5) von der Austrittsöffnung (4) des ihnen zugeordneten Tintenkanals (3) zurückversetzt sind,

d) die Austrittsöffnungen (4) der Tintenkanäle (3) mit einer Platte (6) abgeschlossen sind, die eine der Anzahl der Tintenkanäle (3) entsprechende Anzahl von Düsenbohrungen (7) aufweist, die der Flugrichtung der ausgestoßenen Tintentröpfchen entsprechend ausgerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schreibdüsen aufnehmende Schreibkopfkörper (2) durch Vergießen der Antriebselemente (5) bei gleichzeitiger Ausformung der Tintenkanäle (3) hergestellt wird.

3. Vomjhtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die PJatte (6) Tiit dem Schreibkopfkörper (2) lösbar verbunden ist.