DE2808274C2 - Tintenstrahl-Schreibkopf und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

herausnehmbare Tintenstrahl-Schreibkopf weist alle für die Komplettierung des Schreibkopfes erforderlichen Kanäle und Hohlräume auf.

Der aus der Form 1 entnommene Schreibkopf 18' ist in F i g. 3 im Schnitt dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden bei der Darstellung des Schreibkopfes in Fig.3 und 4 die gleichen Bezugszahlen verwendet wie bei der Darstellung der Gießform gemäß den F i g. 1 und 2, wobei die durch die gleich bezeichneten Stifte bzw. Stiftteile erzeugten Kanäle und Hohlräume jeweils mit einem Apostroph gekennzeichnet sind.

Bei der Schnittdarstellung des Schreibkopfes 18' in Fig.3 ist lediglich der durch den Stift 10 (Fig. 1,2) erzeugte Bereich im Schnitt zu sehen. Dieser besteht aus dem durch den Stift 10 (F i g. 1, 2) erzeugten Hohlraum 10a'für die Antriebselemente, dem Kapillardruckraum 106'. dem Kanal 10c'und dem Konus 10c/', wobei der Kapillardruckraum \0b' mit einem durch den Stift 3 (Fig. 1, 2) erzeugten Tintenzuführkanal 3' verbunden ist, der seitlich aus dem Schreibkopf 18' herausführt Die Zuführung der Tintenkanäle kann auch in einer anderen als der vorangehend beschriebenen Weise erfolgen, wenn dies erwünscht ist, wobei in diesem Fall die Stifte 3 bis 9 dann in entsprechender Weise angeordnet werden.

Aufgrund der vorteilhaften Form der Stifte 10 bis 16 und deren besonderer Anordnung in dem Abdeckteil 2 und der Gießform (Fig. 1,2) wurden bei der Herstellung des Schreibkopfes 18' die für die Antriebselemente erforderlichen Hohlräume jeweils mit einem Gewinde ausgestattet, wie dies in F i g. 3 im Hohlraum 10a' zu sehen ist. In dem Schreibkopf 18' gemäß F i g. 3 wurden bereits über dem Kapillardruckraum lOfc'die Antriebselemente in Form einer Membrane 19 und einem mit dieser verbundenen, z. B. verklebten, Piezo-Kristall 20 eingesetzt Da, wie bereits dargelegt, die durch die Stiftköpfe ICa bis 16a erzeugten Hohlräume Gewinde aufweisen, wird das entsprechende Antriebselement 19 durch ein geeignetes Hohlschraubteil 21, das in den Hohlraum 10a eingedreht wird, gegen den Kapillarhohlraum lOb gedrückt, so daß eine permanente Befestigung erreicht und dieser abgedichtet wird.

In F i g. 4 ist der durch den Stift 10 (F i g. 1,2) erzeugte Bereich des in F i g. 3 dargestellten Schreibkopfes 18' vergrößert dargestellt, wobei der Materialbereich b (F i g. 3) durchbohrt ist, so daß die durch die Spitze 10c/ (F i g. 2) definierte Austrittsdüse 1Oe freigelegt wird und der Tintenkanal 10c'(F i g. 3 und 4) über den Konus 10c/' und die zugeordnete Austrittsdüse 1Oe mit der Umgebung verbunden ist Dadurch können die beim Erregen des Piezo-Kristalls 20 infolge der Durchbiegung der mit diesem verbundenen Membrane 19 in den mit Tinte gefüllten Kapillardruckraum 106'hervorgerufenen Druckwellen über den Kanal 10c', den Konus 10c/' und die Düse 1Oe einen Tintentropfen ausstoßen, der auf einen in geeigneter Weise gegenüber der Düse 1Oe positionierten Aufzeichnungsträger (nicht gezeigt) auftrifft Die Tintenzuführung zu dem Kapillardruckraum iOb' erfolgt über den Tintenkanal 3', der zwischen einem Winkel von 0° und 15° (etwa 22, F i g. 4) zu dem Kapillardruckraum lOö'verläuft

Bei den durch die Vorrichtungen gemäß F i g. 1 und 2 hergestellten Druckköpfen (F i g. 3, 4) wurden Stifte 10 bis 16 mit Gewindestiftköpfen 10a bis 16a verwendet, die in die Gewindebohrungen des Abdeckteils 2 eingedreht wurden. Dadurch entstanden in dem Kopf (F i g. 3, 4) jeweils in den Hohlräumen für die Antriebselemente 10a'(F i g. 3,4) mit Innengewinde versehene öffnungen, in die Hohlschraubteile 21 zur Befestigung der Antriebselemente 19 eingedreht wurden.

F i g. 5 zeigt eine von der Darstellung gemäß F i g. 4 abweichende Teilschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Schrcibkopfes.

Die Spitzen der Stifte (siehe 10c/bis 16c/, F i g. 1 und 2) können in eine in den zu erzeugenden Schreibkopf ein zugießende Düsenplatte eingeführt werden, so daß die Spitzen bezüglich ihrer Lage genauer fixiert sind. In diesem Fall können die zu erzeugenden Düsen mit größerer Genauigkeit hergestellt werden, da die einzugießenden DUsenplatten bereits die erforderliche Anzahl an

is Düsenöffnungen in exakt vorbestimmter Lage aufweisen. In F i g. 5 ist von einem Kopf 23 der rechte Teil einer Düsenplatte 26 dargestellt, die eine Düsenöffnung 25 aufweist In die Düsenöffnung 25 ragt die Kanalspitze 28 eines Düsenkanals 24. Letzterer mündet in den Kapillardruckraum 30. Der Kapillardruckraum 30 in F i g. 4 ist durch eine Membrane 31 abgedeckt, auf der ein Piezo-Kristall 32 angeordnet ist, der durch eine Verschraubung 35 gesichert ist

Bei der in F i g. 5 gezeigten Kopfform weist der untere

Teil des Schreibkopfes eine Ausnehmung 27 auf, da die Düsenplatte in dem Inneren des Kopfes 23 eingegossen ist. Dadurch werden die Düsenöffnungen der Düsenplatte 2b vor äußeren Einflüssen geschützt. Eine weitere vorteilhafte Variante dieses Schreib kopfes nach F i g. 5 liegt darin, daß die Zuleitung 33 zu dem Kapillardruckiaum 30 hin mit kleiner werdenden Querschnitten hergestellt wird. Durch diese Querschnittsreduzierung der Zulaufkanäle kann jeweils eine bessere Entkopplung des Düsenkanals und des Kapil lardruckraumes von dem Zuleitungssystem erreicht werden, wodurch die Schreibköpfe beschleunigungsunempfindiieher werden.

Bei der Füllung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schreibkopfes mit Tinte erge ben sich Probleme, da es hierbei zu Blasenbildung in den Kapillardruckräumen kommen kann, wodurch die Funktionsfähigkeit der Schreibköpfe gefährdet wird. F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Schreibkopfes, bei der die Kapillardruckräume 34 jeweils eine kegelige Abschrägung zum Kanal 24 hin aufweisen. Ansonsten ist F i g. 6 identisch mit F i g. 5. Diese Schräge liegt vorzugsweise zwischen einem Bereich von a 2° bis 5°. Die Schräge gemäß der Teilschnittdarstellung in F i g. 6 kann auf ein fache Weise mit der Vorrichtung gemäß F i g. 1 md 2 hergestellt werden, da dafür lediglich die Absätze 1Ob bis 166 der Stifte 10 bis 16 (Fig. 1, 2) kegelförmig zu den Stiftschäften 10c bis 16c hin ausgebildet sein müssen.

Durch die Abschrägung der Kapillardruckräume 34 (F i g. 6) wird bewirkt, daß beim Füllen der Kapillardruckräume und der Düsenkanäle zunächst die über die Zulaufkanäle 35 (Fig.6) einströmende Tinte entlang der Außenwandung des Kapillardruckraumes strömt, wodurch die an der Außenwand befindlichen Luftbläschen gelöst werden. Erst nachdem die Außenwände kreisförmig umspült sind, fließt die einströmende Tinte zum Mittelpunkt des Kapillardruckraumes 34, d. h. zum Düsenkanal 24 hin, wobei bei diesem Vorgang alle wei teren noch im Kapillardruckrauni befindlichen Luftbla sen zum Düsenkanal hin und durch diesen gedrängt werden. Durch die vorteilhafte Formgebung des Kapillardruckraumes 34 kann somit ohne zusätzliche Entlüf-

tungsvorrichtungen bzw. Maßnahmen der Schreibkopf mit Tinte gefüllt werden, ohne daß dabei dem Füllvorgang Luftblasen zurückgehalten werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen ι

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Tintenstrahl-Schreibkopf mit einer Vielzahl von Tintenausstoßsystemen, jeweils bestehend aus Kompressionsmitteln, einem Kapillardruckraum, einem Tintenkanal, einer Düse und einem Tintenzuführungskanal zum Kapillardruckraum, wobei die einzelnen Kompressionsmittel, Kapillardruckräume und Tintenkanäle zueinander geneigt und die Düsen zueinander parallel verlaufen und die Düsen ausgerichtet in mindestens einer Linie senkrecht in die Austrittsfläche des Schreibkopfes münden, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (10'a—16'a; 29) für die Kompressionsmittel (19, 20, 21; 31, 32, 33) ein Gewinde aufweist, über das die Kompressionsmittel feststellbar sind,

daß die Tintenzuführkanäle (3'—9"; 35) geradlinig von den K?pillar-Druckräumen (10⁷A-16'b; 30) zur Außenfläche des Schreibkopfes verlaufen, daß die Tintenkanäle (10'c— Wc-, 24) geradlinig ausgebildet sind und längs mindestens einer geraden Linie in einer Ebene enden, die in einem vorgegebenen Abstand (b) von der und parallel zur Austritts- fläche des Schreibkopfes verläuft, und daß die zueinander parallelen und in mindestens einer Linie ausgerichteten Düsen (lOe— 16e; 25) von den Enden der Tintenkanäle (10'c—16'c, 24) zur Austrittsfläche verlaufen, wobei die Tintenkanäle (10'c-16'c; 1~) mit Kanalspitzen (Wd-Wd; 28) in die Düsen (103-16e-,^5) üb<r~ehen.

2. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jee τ Kapillar-Druckraum (10'6—16'b-, 30) einen geringeren Durchmesser hat als der entsprechende Raum (10'a—16'a; 29) für die Kompressionsmittel (19, 20, 21; 31,32,33).

3. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenkanäle (35) einen Querschnitt besitzen, der sich in Richtung der Kapillar-Druckräume (30) verengt

4. Tintenstrahl-Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenkanäle unter einem Winkel zwischen 0 Grad bis 15 Grad zu den entsprechenden Kapillar-Druckräumen (Wb- Wb) verlaufen.

5. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse eine Bohrung (1Oe) besitzt, die in dem Druckkopf (18') angebracht ist und die Kanalspitze (Wd) des entsprechenden Tintenkanals (10'c) mit dem Düsenaustritt verbindet

6. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (25) in einer Düsenplatte (26) angeordnet sind, die in dem Material des Druckkopfes (23) eingebettet ist.

7. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (26) am Boden einer Ausnehmung (27) angeordnet ist, die in dem Druckkopf (23) ausgebildet ist.

8. Tintenstrahl-Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kompressionsmittel eine Membran (19, 31) aufweist, die über dem entsprechenden Kapillar-Druckraum (Wb- i6'b; 30) liegt und mit einem piezoelektrischen Element (20; 32) verbunden ist, das durch ein Hohlschraubteil (21,33) befestigt ist.

9. Tintenstrahl-Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kapillar-Druckraum (34) konisch geformt ist, wobei sich eine Wand zu dem zugeordneten Tintenkanal (24) hin neigt

10. Tintenstrahl-Druckkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung einen Winkel (α) zwischen 2° und 5° besitzt

11. Verfahren zur Herstellung eines Mehrfachdüsentintenstrahl-Druckkopfes mittels einer Gießform, deren Innenform der Form eines zu gießenden Kopfes entspricht, wobei in die Gießform Stifte zur Erzeugung von Tintenkanälen zu den Düsen des Kopfes einsetzbar sind, die nach dem Aushärten eines Gießmaterials auf dem Kopf entfernt werden, und wobei Hohlräume für Kapillarhohlräume und die Kompressionsmittel durch Gießen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Stift (10—16) einen mit Gewinde versehenen Kopf (10a, b— 16a, b) besitzt, dessen Form einen Hohlraum für einen Kapillarhohlraum (Wb-Wb) und ein Kompressionsmittel (10'a—16'a) entspricht, das dem entsprechenden Tintenkanal (10'c—16'c) zugeordnet ist, der durch den mit einer Spitze versehenen geraden Stiftschaft (10c— 16c) gebildet wird, daß die Gießform ein Abdeckteil (2) besitzt, das einen geneigten kreisförmigen Teil mit mehreren in Abstand voneinander umfangsmäßig angeordneten mit Gewinde versehenen öffnungen aufweist, wobei die Neigung des. kreisförmigen Teils derart gewählt ist, daß, wenn die Stiftköpfe (10a, 6—16a, b) in die öffnungen eingeschraubt werden, die Stiftschäfte (10c— 16c) unter einem Winkel in der Gießform ausgerichtet sind und längs einer geraden Linie in einer Ebene enden, die in einem Abstand (b) vom Boden der Gießform verläuft, und

daß eine Vielzahl von Düsen (10e— 16e) zwischen dem Boden des gegossenen Druckkopfes und dem spitzen Ende jedes Tintenkanals (iO'c—16'c) gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (lOe— 16e) durch Bohren von Lochern in den Boden des aus der Gießform entfernten Druckkopfes senkrecht zum Boden und in den entsprechenden Tintenkanälen endend, gebildet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dr.ß die Düsen (lOe—16e) durch Vorsehen einer Düsenplatte (26) am Boden der Gießform gebildet werden, die in den gegossenen Druckkopf eingebettet wird, wobei die Stiftschäfte (10c— 16c) derart angeordnet sind, daß sie in die entsprechenden Düsenöffnungen in der Düsenplatte (26) hineinragen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stiftköpfe (10a, ft—16a, b) im Durchmesser reduzierte Absätze (106—166) zur Bildung der Kapillarhohlräume (10'6—16'6) aufweisen und daß Stifte (3-9) durch die Wand der Gießform seitlich eingesetzt werden, um in den im Durchmesser reduzierten Absätzen (106—166) zu enden und so Tintenzuführungskanäle (3'—9') zu bilden, die sich zu den Kapillarhohlräumen (Wb-Wb) hin öffnen.

15. Verfahren nach Anspruch !4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stift (3—9) einen Querschnitt besitzt, der sich in Richtung des Kapillar-

Hohlraums (10'6—16'6) hin verengt.

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Schreibkopf und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 11.

Ein derartiger Druckkopf ist in der DE-OS 25 43 451 beschrieben. Bei seiner Herstellung werden als Antriebselemente dienende Keramikröhren auf Metallstifte aulgesetzt und mit diesen in einer Gußform angeordnet Die Gußform wird dann mit Kunststoff gefüllt und nach dessen Aushärten wird der Kopf aus der Gußform herausgenommen und die Stifte werden herausgezogen, um Hohlräume zu bilden, die als Kompressionskammern für die Antriebselemente dienen.

Ein Nachteil des vorstehend beschriebenen Tinten- ; strahl-Schreibkopfes besteht darin, daß die Stifte nur ^; sehr schwierig genau ausgerichtet werden können, ~ wenn sie in die Gußform eingesetzt werden; auch können die Antriebselemente nach der Aushärtung des J- Kunststoffs nicht mehr für eine Reparatur entfernt bzw. ΐ ohne Zerstörung des Kopfes ausgetauscht werden.
\ Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ε einen Tintenstrahl-Schreibkopf anzugeben, der sehr einfach und wirtschaftlich herzustellen ist und bei dem die Antriebselemente mittels eines einfachen Werk- ; zeugs, etwa eines Schraubendrehers, entfernt und er- ;· setzt werden könnea

^: Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ■; einen Tintenstrahl-Schreibkopf mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs J. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines deri; artigen Tintenstrahl-Schreibkopfes besitzt die Merkmale des Patentanspruchs 11.
'■ Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in

den Unteransprüchen gekennzeichnet
: Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Gießform, dio bei der Hersteilung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Schreibkopfes verwendet wird:

F i g. 2 eine Schnittdarstellung durch die Gießform gemäß Fig. 1 entlang der Linie H-II;

F i g. 3 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Tintenstrahl-Schreibkopfes gemäß der Erfindung; F i g. 4 eine Teilschnittdarstellung durch den Schreibkopf;

F i g. 5 eine Teilschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Tintenstrahl-Schreibkopfes nach der Erfindung; und

F i g. 6 eine Teilschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des Tintenstrahl-Schreibkopfes gemäß der Erfindung.

Im folgenden wird anhand von F i g. 1 und F ι g. 2 die Gießform beschrieben mit d^ren Hilfe das Herstellungsverfahren eines in F i g. 3 gezeigten Schreibkopfes erfolgt

In den F i g. 1 und 2 sind jeweils identische Teile mit der gleichen Bezugszahl versehen. Die Gießform 1 weist in dem hier beschriebenen Beispiel eine zylindrische äußere Form auf. Der Gießraum 18, dessen Form für die Form des zu erzeugenden Druckkopfes (F i g. 3) maßgebend ist, besitzt die Form eines Kegelstumpfes. Dadurch wird die Entnahme eiiies gegossenen Schreibkopfes nach dem Aushärten des Gießmaterials erleichtert.

Auf dem oberen offenen Teil der Gießform 1 ist ein Abdeckteil 2 aufgesetzt, das ebenfalls etwa dit Form eines Kegelstumpfes aufweist Das abnehmbare Abdeckteil 2 weist an seiner Schräge in einem Kreis angeordnete kreisförmige Gewindebohrungen auf, in die die zur Erzeugung von Tintenkanälen erforderlichen Stifte eingesetzt werden. Für die Erzeugung der genannten Tintenkanäle sowie der für die Herstellung eines Mehrfachdüsen-Tintenstrahl-Schreibkopfes notwendigen Kapillardruckräume und Hohlräume für Antriebselemente werden in vorteilhafter Weise Stifte 10, 11, 12, 13, 14, 15 und 16 verwendet, die Stiftköpfe 10a, 11a, 12a, 13a, 14a, 15a und 16a aufweisen.
Die Stiftköpfe 10a bis 16a sind mit einem Gewinde versehen, so daß die Stifte 10 bis 16 durch Einschrauben der Stiftköpfe 10a bis 16a in die Gewindebohrungen des Abdeckteils 2 in dem Gießraum 18 der Gießvorrichtung 1 plaziert werden können.

Durch die Wahl der Schräge des kegelstumpfförmigen Abdeckteils 2 wird die Richtung de- Stiftschafte 10c; lic, 12c; 13c, 14c 15cund locin dem Gießrum 18 in der Weise festgelegt, daß sich der gewünschte Verlauf der Düsenkanäle in dem zu erzeugenden Schreibkopf (F i g. 3) ergibt Die Gewindebohrungen in dem Abdeckteil 2 weisen außerdem eine geeignete Richtung auf, so daß die zur Mitte des Gießraumes zeigenden Spitzen 104 114 124 13c/, 144, 154 und 164 der Stifte 10 bis 16 entlang einer Linie zu liegen kommen, wobei die Spitzen jeweils einen Abstand t voneinander aafweisen.

Durch die Spitzen 104 bis 164 werden in dem zu gießenden Scbreibkopf die Düsen erzeugt

Die Länge der Stiftköpfe wurde so gewählt, daß beim Einsetzen der Stiftköpfe 10a bis 16a in die Gewindebohrungen des Abdeckteils 2 jeweils der untere Teil der Stiftköpfe in den Gießraum 18 hineinragt Mit einem herkömmlichen Schraubendreher kann dabei jeder der Stifte 10 bis 16 in der Weise in den Deckel so hineingeschraubt werden, daß die Spitzen 104 bis 164 einen konstanten Abstand 6 von dem Boden der Gießform 1 aufweisen.

In ci^r Seitenwand der Gießform 1 sind ringförmig öffnungen vorgesehen, durch die Stifte 3,4,5,6,7,8 und 9 in den Gießraum 18 einsetzbar sind. Die Schräge der in der inneren Seitenwand der Gießform 1 vorgesehe-

nen Öffnungen ist so gewählt, daß die eingesetzten Stifte 3 bis 9 jeweils im Gießraum 18 auf einen Absatz 10ύ, 116,126,136,146,156 und 166 der Stifte 10 bis 16 stoßen. Die Absätze 106 bis 166 weisen im Vergleich zu dem Durchmesser der Stiftköpfe 10a bis 16a vorzugsweise reduzierte Durchmesser auf. Die Aufgabe der Absätze 106 bis 166 wird im Zusammenhang mit der Beschreibung des Schreibkopfes gemäß F i g. 3 noch im einzelne· Iseschrieben. Die zu den Stiften 14, 15 und 16 gehörenden Absätze 146, 156 und 166 sind in Fig.2 nicht zu sehen.

Nachdem in das Abdeckteil 2 die Stifte 10 bis 16 in entsprechender Weise eingesetzt und justiert wurden und das Abdeckteil 2 auf der Gießform 1 aufgesetzt ist, kann über eine in dem Abdeckteil 2 vorgesehene öffnung 17 ein geeignetes aushärtbares Gießmaterial ein= gegossen werden bis der obere Pegel der Gie.ßflüssigkeit die öffnung 17 erreicht

Nachdem das in die Gießform eingegossene Gießmaterial ausgehärtet ist, können zunächst mittels eines Schraubendrehers die Stifte 10 bis 16 aus dem Abdeckteil herausgedreht werden, wonach das Abdeckteil 2 von der Gießform 1 entfernt werden kann. Der nun nach Entfernung der Stifte 3 bis 9 aus der Gießform 1