DE2555295C2 - Verfahren zur Herstellung einer Düseneinheit eines Tintentröpfchenschreibers - Google Patents

Description

a) daß in einem Profilstrang (43) aus Keramikmaterial von quadratischem Querschnitt eine längs verlaufende Nut (46) ausgebildet wird, deren Grundfläche (48) parallel zur Grundfläche (45) des Profilstranges (43) und eine Seitenfläche (47) der Nut (46) parallel zur benachbarten Seitenfläche (44) des Profilstranges (43) verläuft,

b) daß in die Nut ein dünnes Glasrohr (49) eingesetzt und über seine ganze Länge hinweg zum Anliegen an der Grundfläche (48) und der genannten Seitenfläche (47) der Nut (46) gebracht wird,

c) daß der Hohlraum um das Glasrohr (49) herum mit einem Glaslot aufgefüllt wird,

d) daß ein Erhitzen der so gebildeten Einheit und anschließend ein Abkühlen erfolgt,

e) daß der das Glasrohr (49) nun fest aufnehmende Profilstrang (43) in Austrittsplättchen (33) mit planparallelen, zur Achse des Glasrohres (49) senkrechten Seiten zertrennt wird,

f) daß weiterhin ein Düsenblock (21) hergestellt wird mit einem Durchgangsloch (41), planparallelen Seiten (22, 23) und als Bezugs-, bzw. Ausrichtflächen dienenden, senkrecht zu den planparallelen Seiten verlaufenden Nuten (27, 28),

g) daß das Austrittsplättchen (33) mit einer Planseite aui eine Planseite des Düsenblockes (21) unter Zwischenlage einer gleichmäßig dicken Glaslotschicht und unter Ausrichtung mit den Nuten (27, 28) des Düsenblockes (21) aufgesetzt wird

h) und daß der Düsenblock (21) mit seinem unter Zwischenlage der Glaslotschicht aufgesetzten und ausgerichteten Austrittsplättchen (33) erhitzt wird, wodurch eine flüssigkeitsfeste Verbindungentsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenblock (21) ebenfalls von einem Profilstrang (40) abgeschnitten wird, in dem die Durchgangsöffnung (41) und die Nuten (27, 28) zur Ausrichtung ausgebildet sind und daß die Durchgangsöffnung (41) auf der nicht für das Austrittsplättchen (33) vorgesehenen Seite für den Anschlag einer Speiseleitung erweitert (durch 26) wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einfüllen des Glaslotes in die Nut (46) ihre Stirnseiten durch das Glasrohr (49) aufnehmende Endplatten (52, 53) und nach dem Einfüllen ihre Oberseite durch eine Deckplatte (54) abgedeckt wird, und daß der Profilstrang (43) während des Erhitzens so gekippt wird, daß das Glasrohr (49) unier dem Einfluß der Schwerkraft sowohl an der Grundfläche (48) als auch an der genannten Seitenfläche (47) der Nut (46) anliegt.

Die Erfindung betrifft ein im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenes Verfahren zur Herstellung einer Düseneinheit eines Tintentröpfcher.schreibers.

Bei Tintentröpfchenschreibern wird die Aufzeichnungsflüssigkeit kurz Tinte genannt, unter Druck einer eine sehr kleine Mündung aufweisenden Düse zugeführt, die einen sehr feinen kontinuierlichen Tintentröpfchenstrom ausstößt Es sind Düsen bekannt, die in einem Plättchen angeordnet sind, das an einem Düsenblock befestigt ist, der einen Flüssigkeitsdurchgang aufweist, der mit einem Reservoir iür unter Druck stehender Tinte verbunden ist Es wurde gefunden, daß ein Tintentröpfchenstrom für das Drucken am besten erzeugt wird, wenn das Düsenformat d. h. das Verhältnis des Durchmessers zur Länge sehr klein ist, beispielsweise kleiner als 1. Dies bedeutet, daß das Düsenplättchen sehr klein sein muß. Die Handhabung eines solch kleinen Düsenplättchens ist während des Herstellungsprozesses sehr schwierig. Auch das Anbringen dieser extrem kleinen Düsenplättchen an dem DüsenbJock stellt ein Problem dar, insbesondere in Verbindung mit dem Ausrichten, das sehr wichtig ist für ein genaues Ausgerichtetsein der Achse des Tintentröpfchenstromes mit den Steuerelementen für den Tintentröpfchenstrom nach dem Einbau des Düsenplättchens in den Tintentröpfchenschreiber. Geringfügigste Ausrichtfehler können schwerwiegende Fehler in der Richtung des Tintentröpfchenstromes erzeugen, wodurch ein Verschmutzen des Tintentröpfchensch reibers eintreten kann. Um das letztere zu vermeiden, sind sehr aufwendige Ausrichtmechanismen in dem Tintentröpfchenschreiber erforderlich.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung einer Düseneinheit eines Tintentröpfchenschreibers anzugeben, das ein genaues Ausrichten der Düsenöffnung zu den übrigen Teilen des Tintenspritzkopfes trotz einfacher Handhabung mit großer Sicherheit gewährleistet.

Es ist zwar aus IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 16, No. 10. March 1974, Seite 3413 eine zusammengesetzte ausgerichtete Düse bekannt, jedoch erfolgt das Ausrichten der Düsenöffnung im Düsenplättchen gegenüber den größeren Löchern im Tragplättchen durch Ausrichtlöcher, die mit Ausrichtbolzen zusammenwirken. Bei der Kleinheit dieser Löcher und der geringen Dicke der Teile ist dies ein sehr kompliziertes und unsicheres Verfahren. Außerdem ist nichts darüber ausgesagt wie das Ausrichten des zusammengesetzten fertigen Düsenplättchens gegenüber den übrigen Teilen des Tintenspritzkopfes erfolgt.

Der DE-OS 24 28 460 und der DE-OS 23 63 524 sind zwar auch zusammengesetzte Düsen bekannt, die um ihre Funktion zu gewährleisten zwangsläufig ausgerichtet sein müssen, jedoch ist nichts darüber ausgesagt, wie das Ausgerichtetsein sowohl der einzelnen Düsenteile als auch der gesamten Düse gegenüber den übrigen Teilen des Tintenspritzkopfes erreicht wird. Da keine besonderen Ausrichtmaßnahmen erkennbar sind, ist diesen beiden DE-OS allenfalls ein umständliches Einzelausrichten mittels Meßinstrumenten entnehmbar.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Düse in schaubildlicher Darstellung;

F i g. 2 in schaubildlicher Darstellung das Prinzip der Herstellung des Düsenblockes;

Fig.3—6 eine Folge von Herstellungsschritten für das das Mundstück der Düse aufnehmende Austrittsplättchen;

Fig.7 eine Vorderansicht eines entsprechend den F i g. 3—6 hergestellten Austrittsplättchens und

Fig. 8—11 eine Folge von Herstellungsschritten, die das Vereinigen des Austrittsplättchens nach F i g. 7 mit dem nach F i g. 2 hergestellten Düsenblock veranschauliehen.

Die in F i g. 1 gezeigte vorausgerichtete Düseneinheü 20 besitzt den Düsenblock 21, dessen Vorder- und Rückflächen 22 und 23 parallel zueinander verlaufen. Der Flüssigkeitsdurchgang 24 (F i g. 11) befindet sich in dem unteren Teil des Düsenblockes 21 und ist zweiteilig ausgebildet, wobei der Teil 25 mit geringerem Durchmesser in die Vorderfläche 22 mündet und der Teil 26 mit größerem Durchmesser in die Rückfläche 23 mündet Der Teil 26 des Flüssigkeitsdurchgangps 24 ist deshalb vergrößert, um ein zum Tintenreservoir führendes Rohr aufnehmen zu können. Obwohl der Flüssigkeitsdurohgang 24 in die Rückfläche 23 des Düsenblockes 21 müdet, ist es klar, daß die Verbindung mit dem Reservoir auch durch in den Seitenflächen des Düsenblockes 21 angeordnete öffnungen erfolgen kann. In den Seitenflächen 29, 30 ist je eine Nut 27 bzw. 28 angeordnet. Die vertikalen Flächen 31 und die horizontalen Flächen 32 der Nuten 27, 28 dienen als A'-y-K.oordinaten-Bezugspunkte relativ zum in die Vorderfläche 22 mündenden Teil 25 des Flüssigkeitsdurchganges 24.

Das Austrittsplättchen 33 hält das Mundstück 34 fest und ist mittels der Bindeschicht 35 mit der Vorderfläche

22 des Düsenblockes 21 fest verbunden. Das Mundstück 34 weist die öffnung 36 auf, die mit dem Teil 25 des Flüssigkeitsdurchganges 24 ausgerichtet ist. Die öffnung 36 (Fig. 11) hat einen Durchmesser, der wesentlich kleiner als der des Teiles 25 ist (letzterer erstreckt sich auch durch die Bindeschicht 35). Der ^o Außendurchmesser des Mundstückes 34 ist größer als der Durchmesser des Teiles 25. Die Achse der Öffnung 36 verläuft rechtwinklig zur Rückfläche 23 des Düsenblocks 21, die als Ausrichtfläche für die Düseneinheit 20 dient.

Der Düsenblock 21 (Fig. 2) ist hergestellt durch Abschneiden einer Scheibe von dem die Nuten 27, 28 aufweisenden Profilstrang 40. Die Nuten weisen eine Form und Größe auf. um nicht gezeigte Paßstifte oder ähnliches aufnehmen zu können, zum Zwecke der gleichzeitigen Berührung einer der vertikalen Flächen 31 und der horizontalen Flächen 32 der Nuten 27, 28. Der Profilstrang 40 enthält vor seinem Abschneiden auch das durch den ganzen Block sich erstreckende Loch 41. Dieses Loch verläuft relativ zur vertikalen Fläche 31 und den horizontalen Flächen 32 der Nuten 27 und 28. Vom Profilstrang werden Scheiben abgeschnitten, deren Flächen 22, 23 zueinander parallel und rechtwinklig zu den vertikalen Flächen 31 und horizontalen Flächen 32 verlaufen. Nach dem Abschneiden einer Scheibe wird das Loch 41 von der Rückfläche

23 aus vergrößert, um den Teil 26 mit großem Durchmesser des Flüssigkeitsdurchganges 24 (Fig. 10) zu bilden.

Der nächste Schritt in der Herstellung der Düseneinhch 20 sieht die Erzeugung des Austrittsplättchens 33 vor. Der keramische Profilstrang 43 (F i g. 3—6) von im wesentlichen quadratischem Querschnitt besitzt die präzise rechtwinklig angeordnete Seitenfläche 44 und die Grundfläche 45. Die Nut 46 von vorzugsweise quadratischem Querschnitt ist in der Deckfläche des keramischen Profilstranges 43 angeordnet Die Nut 46 verläuft mit ihrer Innenfläche 47 exakt parallel zur Seitenfläche 44 und mit ihrer Grundfläche 48 exakt parallel zur äußeren Grundfläche 45. Als nächster Schritt erfolgt das Anordnen eines dünnen Glasrohres 49 in der Nut 46, wobei die Mantelfläche des Rohres an der innenfläche 47 und der Grundfläche 48 der Nut 46 anliegen. Das Glasrohr 49 ist vorzugsweise !anger als der keramische Profilstrang 43, so daß seine beiden Enden sich über die Endflächen 50 und 51 des keramischen Profilstranges 43 hinaus erstrecken. Das Glasrohr 49 ist gezogen aus einem über die gesamte Länge im wesentlichen einheitlichen Außendurchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Teiles 25 des Flüssigkeitsdurchganges 24 in der Vorderfläche 22 des Düsenblockes 21. Auch die Öffnung 36 im Glasrohr 49 ist auf eine gewünschte Größe etwas kleiner als der Durchmesser der öffnung 25 vorfabriziert. Verschiedene Mittel für das Ziehen des Glasrohres können in bekannter Weise verwendet werden und gehören nicht zur Erfindung. Nachdem das Glasrohr 49 in die Nut 46 eingesetzt ist, wird es in die Endplatten 52,53 eingepaßt, welche die Enden des Glasrohres, die sich über die Vorder- und Rückflächen 51, 50 des keramischen Profilstranges 43 hinaus erstrecken, lose aufnehmen. Das Gewicht der Endplatten 52,53 und des Glasrohres 49 halten das Glasrohr 49 in Verbindung mit den Innenflächen 47, 48 der Nut 46. Der keramische Profilstrang 43 wird geringfügig aus der Vertikalen geschwenkt (Fig.5), um sicherzustellen, daß das Glasrohr 49 in Berührung mit den Innenflächen 47, 48 gehalten wird. Ein anderer Weg für die Aufrechterhaltung der Berührung des Glasrohres 49 mil den Innenflächen 47,48 würde vorsehen, die Nut 46 von im wesentlichen gleicher Größe wie der Durchmesser des Glasrohres 49 einzuschneiden oder mittels keramischer Einlagen in der Nut 46 an einer oder mehreren Stellen entlang des Glasrohres 49 das letztere festzuklemmen. Diese Alternativen sind verwendbar, wenn das Glasrohr 49 nicht gerade ist. Die Nut 46 wird mit Glaslot entweder in der Form eines Puders oder zerschnitzelter Fasern ausgefüllt, so daß es den Zwischenraum um die Mantelfläche des Glasrohres herum im wesentlichen ausfüllt. Die keramische Deckplatte 54 ist auf der Deckfläche 55 des keramischen Profilstrangs 40 angeordnet, wodurch die mit Glaslot gefüllte Nut 46 vollständig abgedeckt ist. Diese Einheit wird dann in eine evakuierte Kammer eingesetzt und wird in einer leichten Schräglage (F i g. 5) gehalten. Die Einheit wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die nur ein Schmelzen des Glaslotes selbst verursacht, d. h. auf 460°C, um eine vollständige Einkapselung des Glasrohres 49 innerhalb des keramischen Profilstranges 43 zu erzielen. Die Erhitzung erfolgt während einer Zeitspanne, die das Glaslot zum Schmelzen bringt und um ein Ausfüllen des durch das Glasrohr 49 nicht belegten Raumes zu ermöglichen, d. h. 30 Minuten lang, während das Glasrohr über seine ganze Länge in Berührung mit den Innenseiten 47,48 der Nut 46 gehalten wird.

Nach dem Erhitzen wird die Einheit abgekühlt, wobei das Glaslot erstarrt und sich das Glasrohr 49 fest mit dem keramischen Profilstrang 43 verbindet. Während die Breite der Nut 46 gegenüber dem Durchmesser des Glasrohres 49 variieren kann, ist die bevorzugte Breite diejenige, die Kapillarwirkung eintreten läßt, wenn das

Glaslot schmilzt, wodurch eine bessere Verbindung
erzielt wird. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur
ist die Einheit fertig für ein Zerschneiden in Plättchen 33
(Fig.6). Das Zerschneiden wird vorzugsweise mittels
einer Mehrzahl gleichförmig voneinander beabstande- 5
ter Sägeblätter 56 ausgeführt, die gegenüber der
genannten Einheit bewegbar sind. Um ein präzises
Ausrichten der Austrittsplättchen 34 (Fig. 1) zu
erhalten, schneiden die Sägeblätter entlang genau
rechtwinklig zu den Außenflächen 54 und 55 des io
keramischen Profilslranges 43 verlaufenden Ebenen.
Während das Festspannen und Sägen auf verschiedenen
bekannten Wegen erfolgen kann, ist der bevorzugte
Weg der, der ein Festhalten des keramischen Profilstranges 43 durch eine Werkstückspannvorrichtung 15
einer Sägemaschine vorsieht. Die Einheit ist justierbar,
so daß die Flächen 44, 45 präzise rechtwinklig zu der
Sägeblattebene angeordnet sind. Nach dem Einspannen
erfolgt eine Vorschubbewegung des Profilstranges
parallel zu den Sägeblattebenen. Während rotierende 20
Sägen gezeigt sind, können natürlich auch hin- und
hergehende Sägeblätter verwendet werden. Die Austrittsplättchen können natürlich auch einzeln abgeschnitten werden, jedoch das gleichzeitige Schneiden,
wie in F i g. 6 gezeigt, wird bevorzugt, da eine 25
gleichförmige Dicke der einzelnen Plättchen über die
ganze Länge des Profilstranges erzeugbar ist. Wenn das
Zerschneiden mit einer einzelnen Säge erfolgt, ist die
Wahrscheinlichkeit größer, daß die einzelnen Plättchen
keine gleiche Dicke aufweisen, wodurch eine zusätzliche 30
Abgleichoperation erforderlich ist, um eine einheitliche
Dicke der einzelnen Plättchen zu erreichen.

Die Endplättchen des Profilstranges können ausgeschieden werden, da die Enden des Glasrohres 49 sich
über den Profilstrang hinaus erstrecken. Auch ist es κ
möglich, in Abhängigkeit von den relativen Größen der
Nut 46 und des Glasrohres 49, daß das Glaslot in den
Bereichen nahe der Strangenden die Zwischenräume
nicht vollständig ausfüllt und dadurch keine so feste
Verbindung wie in dem gesamten übrigen Bereich 40
erzielt wird.

Wie weiter oben erwähnt, sind die einzelnen
Plättchen auf eine Dicke geschnitten, die größer als die
gewünschte Endlänge der Öffnung 36 des Mundstückes
34. Für größere Präzision wird die Fläche des 45
Austrittsplättchens 33, die mit der Vorderfläche 22 des
Düsenblockes 21 zu verbinden ist, geläppt oder poliert.

Die Verbindung des Austrittsplättchens mit dem
Düsenblock 21 geschieht entsprechend den Fig. 8—11
folgendermaßen: 50

Eine dünne Schicht eines Bindemittels gleichförmiger
Dicke wird auf die Vorderfläche 22 des Düsenblockes 21
aufgetragen. Das Bindemittel ist vorzugsweise Glaslot.
Das letztere wird mittels einer Bürste oder ähnlichem
aufgebracht. Das Aufstreichen des Glaslotes erfolgt nur 55
auf dem unteren Teil der Vorderfläche 22 geringfügig
unter der Kante der horizontalen Flächen der Nuten 27
und 28. Die Bindeschicht 35 aus Glaslot kann abgelagert
werden durch Niederschlagen von Giaslotpartikeln aus
einer einem Schleudervorgang ausgesetzten kolloidia- &o
len Suspension. In diesem Falle wird die gesamte
Vorderfläche 22 überzogen oder es kann der obere Teil

durch eine Maske abgedeckt werden, die später abzunehmen ist. Mit der erwähnten Schleudermethode wird eine sehr dünne gleichförmige Schicht erhalten. Wenn jedoch das Glaslot durch Aufstreichen aufgebracht werden sollte, ist die Schicht, wie in Fig. 10 gezeigt, bis zur Linie 57 abzutragen, um die gewünschte Dicke zu erreichen, so daß die Schicht einheitlich und im wesentlichen parallel zur Rückfläche 23 ist. Hierauf wird das Austriitsplättchen 33 auf die Bindeschicht 35 aufgelegt, wobei seine öffnung 36 des Mundstückes 34 mit dem Teil 25 des Flüssigkeitsdurchganges 24 auszurichten ist. Das Ausrichten wird präzise durchgeführt in bezug auf die vertikale Fläche 31 der Nut 27 und die horizontalen Flächen 32 der Nuten 27, 28. Diese Flächen rufen ein präzises Ausgerichtetsein der öffnung 36 mit dem Öffnungsteil 25 hervor. Das Austrittsplättchen 33 wird dann leicht an dem Düsenblock 21 festgeklemmt. Die Einheit wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die ein Schmelzen der Bindeschicht 35 aus Glaslot hervorruft. Das Festklemmen des Austrittsplättchens 33 am Düsenblock 21 wird relativ leicht aufrechterhalten, um zu vermeiden, daß das Glaslot bei seinem Schmelzen nicht in die Öffnung 36 des Düsenelementes 34 gepreßt wird. Nach einer Erhitzungszeit von ungefähr 30 Minuten wird die Einheit abgekühlt. Das Glaslot der Bindeschicht 35 verbindet nun das Austrittsplättchen 33 mit der Vorderfläche 22 des Düsenblockes 21. Diese Verbindung ist flüssigkeitsdicht um den Öffnungsteil 25 herum und zwischen dem Austrittsplättchen und dem Düsenblock 21. Dem Abkühlen folgend wird das Austrittsplättchen 33 geläppt und poliert auf die gewünschte Dicke, so daß das gewünschte Formatverhältnis der öffnung 36 erzielt wird. Ein Einschleifen der Außenfläche des Austrittsplättchens 33 erfolgt entlang der Linie 58 parallel zur Rückfläche 23 des Düsenblockes 21. Dies stellt sicher, daß die Öffnung 36 des Mundstückes 34 präzise ausgerichtet ist zur Rückfläche 23 des Düsenblockes 21. Somit ist, wenn die fertige Düseneinheit 20 in einem Tintenstrahldrucker montiert ist, das Mundstück 34 präzise ausgerichtet durch das Anordnen des Düsen-; blockes mit Bezug auf die Rückfläche 23 und die durch '■. die Flächen 31, 32 gebildeten AT-K-Koordinatenpunkte.; Die so erhaltene Düseneinheit 20 erreicht eine Präzision in den Ausmaßen und der Richtung der Düsenöffnung. Auch die Herstellungsweise ist relativ' einfach. Durch Bildung des Mundstückes als ein einheitliches Teil eines größeren Austrittsplättchens ist die Handhabung des Mundstückes und seine Anordnung gegenüber dem Öffnungsteil 25 im Düsenblock 21 stark vereinfacht. Auch durch die Verwendung der Nuten 27, 28 ist eine präzise Anordnung einfach erzielt. Obwohl verschiedene Materialien verwendbar sind, um die" Düseneinheit 20 herzustellen, ist das bevorzugte Material für den Düsenblock 21, das Austrittspättchen 33 und die Deckplatte 54 ein keramisches. Das Mundstück 34 bildet ein Glasrohr und das Bindematerial ist ein Glaslot, wie weiter oben bereits erwähnt. Die Auswahl dieser besonderen Materialien erfolgt derart, daß ihre Ausdehnungskoeffizienten weitmöglichst gleich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: 30

1. Verfahren zur Herstellung einer Düseneinheit eines Tmtentröpfchenschreibers mit genau ausgerichteter Düse, bei der ein die Düse bildendes Röhrchen mit genau definierter Öffnung mit der druckerzeugenden Einrichtung des Schreibkopfes verbunden wird, dadurch gekennzeichnet,