DE2910078A1

DE2910078A1 - TIP ARRANGEMENT OF AN INKJET PEN, PROCEDURES FOR ASSEMBLING IT, PROCEDURES FOR TESTING IT, AND USING IT

Info

Publication number: DE2910078A1
Application number: DE19792910078
Authority: DE
Inventors: Laszlo Halasz
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Instrument Systems Inc Valley View Ohio
Priority date: 1978-03-15
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1979-09-20
Also published as: GB2017007A; FR2430266A1; FR2430266B1; JPS6225113B2; BE874875A; DE2910078C2; IT1114586B; GB2017007B; CA1129933A; IT7948341A0; NL7902085A; JPS54127326A

Description

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BLUMBACH · WESER · BERGEN . KRAMER ZWIRNER · BREHMBLUMBACH · WESER · BERGEN. KRAMER ZWIRNER · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2910078PATENT LAWYERS IN MUNICH AND WIESBADEN 2910078

Patentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patenlconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme PatentconsultPatentconsult Radedcestraße 43 8000 Munich 60 Telephone (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegrams Patentconsult Patenlconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telephone (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegrams Patentconsult

GOULD INC., H.März 1979GOULD INC., March, 1979

Gould Center, GD-06Gould Center, GD-06

Rolling Meadows, Illinois 60008,
U. S. A.Rolling Meadows, Illinois 60008,
United States

Schreibspitzenanordnung eines Tintenstrahlsehreibers, Verfahren zu deren Zusammenbau,
Verfahren zu deren Prüfung; und
deren AnwendungNib assembly of an inkjet printer, method of assembling it,
Procedures for their examination; and
their application

Beschreibung:Description:

In allgemeiner Hinsicht betrifft diese Erfindung Tintenstrahlschreiber; insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte Schreibspitzenanordnung für einen Tintenstrahlschreiber, ein Verfahren zum Zusammenbau der Schreibspitzenanordnung, ein Verfahren zur Prüfung dieser Anordnung und die Anwendung der Schreibspitzenanordnung zum Schreiben oder Drucken mittelsIn general respects, this invention relates to ink jet pens; in particular, the invention relates to an improved nib assembly for an ink jet pen A method of assembling the nib assembly, a method of testing that assembly, and the application of the Writing tip assembly for writing or printing by means of

Münch · "'amer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesb .■-;' "\ G. 5'"-bach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.Münch · "'amer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. Nat. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. Nat. Wiesb. ■ -; ' "\ G. 5 '" - bach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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eines Tintenstrahlschreibers. .an ink jet pen. .

Tintenstrahlschreiber sind "beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 298 030 und 3 683 212 bekannt. Tintenstrahlschreiber werden bei verschiedenen Schreib- oder Druckvorgängen eingesetzt, etwa bei dem Ausdruck eines Rechners, bei den Druckern von Büromaschinen, oder in Darstellungsgeräten für intermittierend benutzte Aufzeichnungskarten. Diese Tintenstrahlschreiber sind besonders geeignet für Druckvorgänge, wo eine hohe Druckgeschwindigkeit gefordert wird, wo eine große Anzahl von gegebenenfalls unüblichen Zeichen und Symbolen wiedergegeben werden soll, oder wo ein leiser Druckvorgang angestrebt wird. Die Herstellung der Spitzenanordnungen dieser Schreiber war jedoch bislang ein zeitaufwendiger und mühsamer Vorgang, und die auf diesem Wege hergestellten Spitzenä'nordnungen wiesen eine relativ hohe Fehlerquote auf.Inkjet pens are "for example from US patents 3 298 030 and 3 683 212 known. Inkjet pens are used in various writing or printing processes, e.g. when printing out a computer, in the printers of office machines, or in display devices for intermittently used recording cards. These inkjet pens are particularly suitable for printing operations where a high printing speed is required where a large number of possibly unusual characters and symbols are to be reproduced, or where quiet printing is desired. However, the manufacture of the tip assemblies of these pens has been up to now a time-consuming and laborious process, and the tip arrangements produced in this way had a relatively high error rate on.

Bei den bekannten Tintenstrahlschreibern benötigen die Spitzenanordnungen eine relativ hohe Spannung, um eine ausreichende Oszillation des piezoelektrischen Wandlerelementes hervorzurufen. Damit eine ausreichend große mechanische Energie erzeugt wird, um den Ausstoß der Tintentröpfchen über eine lange Zeitspanne hinweg bei kommerziellen Anwendungen zu gewährleisten, waren Spannungen in der Größenordnung von 85 bis 110 T erforderlich.In the known ink jet pens, the tip assemblies need a relatively high voltage to provide sufficient oscillation of the piezoelectric transducer element. So that a sufficiently large mechanical energy is generated, in order to ensure the ejection of the ink droplets over a long period of time in commercial applications, there were voltages on the order of 85 to 110 tons are required.

Relativ niedrige Schwingungsfrequenzen der bekannten Schreibspitzenanordnungen haben unerwünsühterweise die Druckgeschwindig-Relatively low oscillation frequencies of the known writing tip arrangements have undesirably the printing speed

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keit des Tintenstrahlschreibers beschränkt bzw. verzögert. Die bekannten Schreibspitzenanordnungen konnten üblicherweise nur bei Frequenzen in einer Größenordnung von einigen kHz schwingen. Obwohl die piezoelektrischen Elemente selbst bei höheren Frequenzen schwingen konnten, war die Verbindung zwischen der Düse und dem piezoelektrischen Element nicht ausreichend beständig, um einen ausreichenden Übergang höher frequenter Schwingungen von dem piezoelektrischen Element auf die Düse zu gewährleisten.the ability of the inkjet printer to be limited or delayed. the known writing tip arrangements could usually only oscillate at frequencies on the order of a few kHz. Although the piezoelectric elements could vibrate even at higher frequencies, the connection between the Nozzle and the piezoelectric element are not sufficiently resistant to make a sufficient transition to higher frequencies Ensure vibrations from the piezoelectric element to the nozzle.

Bei den bekannten Schreibspitzenanordnungen war die Glastintendüse üblicherweise mittels eines elektrisch leitenden, silbergefüllten Epoxyharz es an dem piezoelektrischen Element verankert. Dieses Epoxyharz füllte typischerweise einen kleinen Zwischenraum zwischen dem piezoelektrischen Element und der Glasdüse aus. Der Zwischenraum war jedoch so klein, daß die zum Aushärten des Epoxyharzes erforderliche Luft nicht leicht zudringen konnte. Dies führte wiederum dazu, daß die Aushärtung des Harzes langsam und unregelmäßig über eine lange Zeitspanne vonstatten ging. Auch veränderten sich beim Aushärten des Epoxyharzes dessen Eigenschaften, insbesondere dessen Schwingungsenergie-Übertragungsvermögen, wodurch sich die Gesamtbetriebsbedingun^pider Schreibspitzenanordnung änderten.One of the known nib assemblies was the glass ink nozzle usually anchored to the piezoelectric element by means of an electrically conductive, silver-filled epoxy resin. This epoxy typically filled a small space between the piezoelectric element and the glass nozzle. The gap, however, was so small that it was necessary to harden the air required of the epoxy resin could not easily penetrate. This in turn caused the resin to cure slowly and proceeded irregularly over a long period of time. When the epoxy resin cured, its properties also changed, in particular its ability to transmit vibrational energy, which affects the overall operating conditions of the nib arrangement changed.

Die unregelmäßige Aushärtung des Epoxyharzes bewirkte ferner im laufe der Zeit eine Änderung der erforderlichen Betriebsspannung und Schwingungsfrequenz. Dies führte wiederum dazu, daß die we-The irregular curing of the epoxy resin also caused im the required operating voltage and oscillation frequency change over time. This in turn led to the fact that the

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nigen Schreibspitzenanordnungen, die zu einem Zeitpunkt bei einer niedrigen Spannung oder einer hohen Frequenz arbeiteten, nicht auch im nachfolgenden Betrieb zuverlässig bei der gleichen ni-edrigen Spannung oder gleichen hohen Frequenz arbeiteten. Vielmehr zeigte sich im allgemeinen, daß Epoxyharz-gebundene Schreibspitzenanordnungen mit zunehmendem Alter höhere Betriebsspannungen und niedrigere Betriebsfrequenzen erforderten.nigen nib arrangements that at a time a low voltage or a high frequency did not work reliably at the same in subsequent operation Low voltage or the same high frequency worked. Rather, it was found in general that epoxy resin-bound As the age of the writing tip assemblies increased, required higher operating voltages and lower operating frequencies.

Ferner haftet Epoxyharz stark am Glas. Beim Zusammenbau der Glasdüse und des piezoelektrischen Elementes kann die Düsenauslaßöffnung verstopft werden, und, da diese Öffnung sehr klein ist, läßt sie sich nicht leicht reinigen. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, sind besondere Zusammenbaumaßnahmen vorgeschlagen worden, wie etwa das Eintauchen der Spitze der Düse in Wachs. Dies führte wieder zu einem zweistufigen Verfahren zur Reinigung der Düsenöffnung, indem zuerst das Epoxyharz von dem Wachs und daraufhin das Wachs aus der Düsenöffnung entfernt werden mußte.Furthermore, epoxy resin adheres strongly to the glass. When assembling the glass nozzle and the piezoelectric element, the nozzle outlet opening become clogged and, since this opening is very small, it is not easy to clean. To these difficulties special assembly measures are suggested such as dipping the tip of the nozzle in wax. This again led to a two-step process for Cleaning the nozzle opening by first removing the epoxy resin from the wax and then removing the wax from the nozzle opening had to become.

Ferner äst in jüngerer Zeit festgestellt worden, daß Epoxyharz möglicherweise eine carcinogene Substanz darstellt. Daraus resultiert, daß die bekannten Maßnahmen zum Zusammenbau solcher Schreibspitzenanordnungen gegebenenfalls ein Sicherheitsrisiko für die damit direkt beschäftigten Arbeitskräfte darstellen.Furthermore, it has recently been discovered that epoxy resin may be a carcinogenic substance. From it results that the known measures for assembling such Writing tip arrangements may pose a safety risk to the workers directly involved.

Die wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, eine neue und verbesserte Schreibspitzenanordnung bereitzustellen, die einfach zusammengebaut werden "."kann und einThe essential object of the present invention is on this is directed to provide a new and improved nib assembly that can be easily assembled "."

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verbessertes Betriebsverhalten aufweist. Ferner soll ein Verfahren zum Zusammenbau und zur Herstellung solcher Schreibspitzenanordnungen angegeben werden. Schließlich betrifft die Erfindung im Rahmen dieser Herstellung die Prüfung des piezoelektrischen Elementes und schließlich die Anwendung der Schreibspitzenanordnung in Tintenstrahlschreiber^.has improved performance. A method for assembling and manufacturing such writing tip assemblies is also intended can be specified. Finally, within the scope of this production, the invention relates to the testing of the piezoelectric Element and finally the application of the nib arrangement in inkjet pens ^.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit den Patentansprüchen wiedergegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The inventive solution to this problem is with the claims reproduced. Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neue und verbesserte Schreibspitzenanordnung angegeben, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Schreibspitzenanordnungen, welches sämtliche oben angegebenen und weitere Schwierigkeiten überwindet.Es wird eine einfache und preiswert herzustellende Schreibspitzenanordnung angegeben, die ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist. Zu diesem verbesserten Betriebsverhalten gehören höhere Druckgeschwindigkeiten und ein größeres Tintenabgabevermögen, sowie eine insgesamt größere Zuverlässigkeit der Schreibspitzenanordnung. The present invention provides a new and improved nib assembly and method of manufacture such writing tip assemblies which overcomes all of the above and other difficulties a simple and inexpensive to manufacture nib arrangement specified, which has an improved operating behavior. This improved performance includes faster print speeds and greater ink dispensing capabilities, as well an overall greater reliability of the nib arrangement.

Ejfindungsgemäß ist eine Schreibspitzenanordnung mit einem piezoelektrischen Element vorgesehen, das einen in Längsrichtung verlaufenden Durchlaß aufweist; in dem Durchlaß befindet sich eine Tintendüse solcher Abmessungen, daß zwischen Durchlaßd und Düsenaußenwand ein Zwischenraum besteht; in demAccording to the invention, a writing tip assembly is provided with a piezoelectric element provided having a longitudinal passage; located in the passage an ink nozzle of such dimensions that between Durchlaßd and there is a gap between the nozzle outer wall; by doing

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Zwischenraum "befindet sieh ein Verankerungsmittel, um die Düse innerhalb des Durchlasses zu verankern. Die Düse ist über ein hochelastisches, elektrisch leitendes', anorganisches Material an dem piezoelektrischen Element verankert. Die Energieübertragungseigenschaften des Verankerungsmaterials zwischen Düse und piezoelektrischem Element erlauben den Betrieb der Schreibspitzenanordnung bei höheren Schwingungsfrequenzen und mit niedrigeren Betriebsspannungen.Space "see an anchoring means around the nozzle to be anchored within the passage. The nozzle is made of a highly elastic, electrically conductive, inorganic material anchored to the piezoelectric element. The energy transfer properties of the anchoring material between the nozzle and the piezoelectric element allow the operation of the writing tip assembly at higher oscillation frequencies and with lower operating voltages.

Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung besteht das Verankerungsmaterial aus einer niedrig schmelzenden Metalllegierung. Vorzugsweise liegt der Schmelzpunkt dieser Metalllegierung unterhalb der Depolarxsatxonstemperatur des piezoelektrischen Elementes.According to a preferred embodiment of the invention, the anchoring material consists of a low-melting metal alloy. The melting point of this metal alloy is preferably below the depolar oxidation temperature of the piezoelectric Element.

Bei einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Zwischenraum zwischen piezoelektrischem Element und Düse ein Band aus einer Kupferlegierung eingesetzt, das das vollständige Ausfüllen des Zwischenraums mit dem Verankerungsmaterial fördert.In a modified embodiment of the present invention a ribbon made of a copper alloy is inserted in the space between the piezoelectric element and the nozzle, the complete filling of the gap with the anchoring material promotes.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zusammenbau der angegebenen Schreibspitzenanordnung wird die Seitenwand des durch das piezoelektrische Element führenden Durchlasses mit einer niedrig schmelzenden Metall-Legierung beschichtet; ferner wird wenigstens ein Abschnitt der Düse mit einer niedrig schmelzenden Metall-Legierung beschichtet; schließlich wird die Düse an derIn the method according to the invention for assembling the specified Nib assembly is the side wall of the passage through the piezoelectric element with a low-melting metal alloy coated; furthermore, at least a portion of the nozzle is provided with a low melting point Metal alloy coated; eventually the nozzle is attached to the

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vorgesehenen Stelle innerhalb des Durchlasses angeordnet, wobei für eine ausreichende Erwärmung gesorgt ist, um die legierungen zu schmelzen.provided location within the passage, wherein sufficient heating is provided to melt the alloys.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die auf dem Aushärten des Epoxyharzes beruhenden Langzeitänderungen des Betriebsverhaltens der Schreibspitzenanordnung und erlaubt eine schnelle Erzielung einer max. Bindung um einen max. Energieübergang zu gewährleisten. The present invention eliminates the long term performance changes due to curing of the epoxy resin the nib arrangement and allows a maximum binding to be achieved quickly in order to ensure maximum energy transfer.

Die vorliegende Erfindung gewährleistet auch dadurch einen verbesserten Energieübergang, weil das Verankerungsmateriai sicn beim Übergang in die feste Phase geringfügig ausdehnt. Diese geringfügige Ausdehnung verursacht eine starke Verbindung der Düse mit dem piezoelektrischen Element, so daß die tatsächliche Haftung des Verankerungsmaterials an diesen Bauteilen nicht erforderlich ist.The present invention thereby ensures an improved Energy transfer because the anchoring material is sicn expands slightly on transition to the solid phase. This slight expansion creates a strong bond between the nozzle with the piezoelectric element, so that the actual adhesion of the anchoring material to these components is not required is.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der zur Herstellung der Schreibspitzenanordnung erforderliche Arbeitsbedarf verringert, und die Aushärtezeit für das Epoxyharz beseitigt sind.Another advantage of the invention can be seen in the fact that the labor required to manufacture the nib arrangement and the curing time for the epoxy resin are eliminated.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schreibspitz enanordnungän weisen eine erhöhte Zuverlässigkeit auf, und der sehr kleine Prozentanteil an unakzeptablen Anordnungen kann sehr leicht wiederverwendet werden.The writing tip produced by the method according to the invention Arrangements have increased reliability, and the very small percentage of unacceptable arrangements can can be reused very easily.

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Ferner erlaubt die Erfindung die leichte Peststellung irgendwelcher Defekte wie Haarrisse, Nadellöcher oder dünner Stellen in dem piezoelektrischen Element.Furthermore, the invention allows any easy positioning Defects such as hairline cracks, pinholes or thin spots in the piezoelectric element.

Weitere Aufgaben, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Nachfolgend verdai mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 -bevorzugte und alternative Ausführungsformen der.Erfindung im einzelnen erläutert; es zeigtί Further objects, special features and advantages of the present invention emerge from the following description. Below verdai with reference to Figs. 1 to 5 -preferred and alternative embodiments of the invention explained in detail; it showsί

Flg. 1 eine Anzahl von erfindungsgemäßen Schreibspitzenanordnungen und deren Zuordnung zu einem Tintenstrahlschreiber;Flg. 1 shows a number of writing tip arrangements according to the invention and their association with one Ink jet pens;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine Schreibspitzenanordnung nach Fig. 1;2 shows an enlarged illustration of a writing tip arrangement according to Fig. 1;

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schreibspitzenanordnung;3 shows an alternative embodiment of one according to the invention Nib assembly;

Fig. 4 in Form eines Blockdiagrammes die Schritte zum erfindungsgemäßen Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Schreibspitzenanordnung; und4 shows the steps in the form of a block diagram for the inventive assembly of a nib arrangement according to the invention; and

Fig. 5 in einer schematischen Darstellung den erfindungsgemäßen Zusammenbau einzelner Teile der erfindungsgemäßen Schreibspitzenanordnung.5 shows, in a schematic representation, the assembly according to the invention of individual parts of the parts according to the invention Nib arrangement.

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Die Zeichnungen dienen lediglich zur Erläuterung bevorzugter Ausführungen der Erfindung, ohne diese einzuschränken. Mit den Fig. 1 und 2 sind Schreibspitzenanordnungen dargestellt, die jeweils' eine Glastintendüse A und ein keramisches, piezoelektrisches Element B aufweisen, welche wirksam über ein "Verankerungsmittel C miteinander verbunden sind.The drawings are only used to explain more preferred Embodiments of the invention without restricting it. With FIGS. 1 and 2, nib assemblies are shown which each 'a glass ink nozzle A and a ceramic, piezoelectric Element B, which is effective via an "anchoring means." C are connected to each other.

Insbesondere mit Pig. 1 ist der Schreibteil eines Tintenstrahlschreibers dargestellt, zu dem eine Anordnung von getrennten, er'f in dungsgemäß ausgebildeten Schreibspitzenanordnungen gehören. Zum besseren Verständnis zeigt die schematische Darstellung nach Pig. 1 lediglich diejenigen Besonderheiten, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Zu der dargestellten Gruppierung gehören drei Schreibspitzenanordnungen 10,12 und 14, deren entsprechende Einlasse 16 mit einer Tintenleitung 18 verbunden sind. Die Tintenleitung 18 führt zu einem Tintenbehälter 20, der unter erhöhtem Druck Tinte in die Leitung 18 einspeist und damit den Schreibspitzenanordnungen 10,12 und 14 zuführt. Dieser Druck ist ausreichend groß, um die Anordnung schnell erneut mit Tinte zu füllen, nachdem jeder Tintentropfen ausgestoßen worden ist; and rerseits ist der Druck nicht groß genug, um die Tinte ohne die Unterstützung des piezoelektrischen Elementes aus der Düse herauszudrücken.Especially with Pig. 1 is the writing part of an ink jet pen shown, which includes an arrangement of separate, er'f in appropriately designed writing tip arrangements. For a better understanding, the schematic representation according to Pig shows. 1 only those particularities that are the subject of present invention. The grouping shown includes three writing tip assemblies 10, 12 and 14, their corresponding Inlets 16 are connected to an ink line 18. The ink line 18 leads to an ink container 20, which feeds ink into the line 18 under increased pressure and thus supplies the writing tip arrangements 10, 12 and 14. This Pressure is sufficient to quickly refill the assembly with ink after each drop of ink has been ejected is; on the other hand, the pressure is not great enough to remove the ink without the assistance of the piezoelectric element To push out the nozzle.

Eine, oszillierende Spannung liefernde Spannungsquelle 22 führt der Innenseite und der Außenseite des piezoelektrischen Elementes B eine oszillierende Treibspannung zu. Die dem piezoelektri-A voltage source 22 which supplies an oscillating voltage leads the inside and the outside of the piezoelectric element B to an oscillating drive voltage. The piezoelectric

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sehen Element zugeführten Spannungsschwingungen bewirken dessen Expansion und Kontraktion. Jede Kontraktion des piezoelektrischen Elementes führt dazu, daß ein Tintentropfen mit einem Durchmesser von angenähert 0,06 mm aus der Auslaßöffnung 24 jeder Düse A herausgestoßen wird. Die aus jeder Öffnung herausgestoßenen Tröpfchen durchlaufen zwei kapazitiv gekoppelte, parallel angeordnete Platten 26-28, 30-32 bzw. 34-36. Eine Ablenkungssteuerschaltung 38 bewirkt mittels der Aufladungsringe 40 eine Aufladung der Tintentröpfchen; die Aufladungsringe 40 sind über entsprechende Leitungen mit der Schaltung verknüpft. Die Steuerschaltung 38 bewirkt auch die Aufladung der parallel angeordneten Platten, um die Tintentröpfchen gesteuert abzulenken, wenn diese zwischen den Platten hindurchlaufen. see element supplied voltage oscillations cause it Expansion and contraction. Each contraction of the piezoelectric element results in a drop of ink with a Approximately 0.06 mm in diameter is ejected from the outlet port 24 of each nozzle A. The ones pushed out of every opening Droplets pass through two capacitively coupled, parallel arranged plates 26-28, 30-32 and 34-36, respectively. One Deflection control circuit 38 causes the ink droplets to be charged by means of the charging rings 40; the charging rings 40 are connected to the circuit via corresponding lines connected. The control circuit 38 also causes the charging of the parallel plates to control the ink droplets deflect when they pass between the plates.

Nach dem Durchgang zwischen den parallel angeordneten Platten hindurch, treffen die Tröpfchen auf ein Blatt Papier 44» das von einem Papiervorschub 46 über die Papierhaltefläche 48 geführt wird. Der Vorschub des Papiers und die Ablenkung der Tröpfchen durch die parallel angeordneten Platten sind so aufeinander abgestimmt, daß die Tröpfchen in bestimmten, Buchstaben oder andere Symbole bildenden Mustern auf dem Papier auftreffen. Die Vorschubrichtung des Papieres ist häufig parallel zu den parallel angeordneten Platten ausgerichtet. Der Gesamtaufbau und die Wirkungsweise solcher Tintenstrahlschreiber sind bekannt; da die besonderen Einzelheiten eines solchen Tintenstrahlschreiber selbst einen Bestandteil der vorliegenden Er-After passing through the parallel plates, the droplets hit a sheet of paper is guided over the paper holding surface 48 by a paper feed 46. The advance of the paper and the deflection of the Droplets through the parallel plates are coordinated so that the droplets in certain, letters or other patterns forming symbols impinge on the paper. The direction of advance of the paper is often parallel aligned with the parallel plates. The overall structure and operation of such inkjet pens are known; because of the special details of such an inkjet printer itself part of the present

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findung nicht bilden, werden sie im Rahmen dieser Unterlagen nicht detaillierter beschrieben.They are not described in more detail in these documents.

Mit Pigi 2 ist in einer vergrößerten Querschnittsdarstellung eine Schreibspitzenanordnung 10 detaillierter dargestellt. Die Anordnung 10 weist eine übliche Tintendüse A auf, deren eines Ende 50 kegelförmig zusammenläuft, um einen Auslaßbereich mit der Auslaßöffnung 24 zu bilden; das andere Ende bildet den Einlaßbereich 16, dem Tinte aus der Tintenleitung 18 zuführbar ist, wie das oben erläutert ist. Mit der US-Patentschrift 3 393 988 wird eine geeignete G-lasdüse für die Anwendung im Rahmen dieser Erfindung beschrieben; daneben können auch Düsen aus anderen Materialien eingesetzt werden.Pigi 2 is an enlarged cross-sectional view a nib assembly 10 is shown in greater detail. The arrangement 10 has a conventional ink nozzle A, whose one end 50 tapers to form an outlet area with outlet opening 24; the other end forms the inlet region 16 to which ink can be supplied from the ink line 18, as explained above. With the US patent 3 393 988 will be a suitable glass nozzle for the application described in the context of this invention; In addition, nozzles made of other materials can also be used.

Das piezoelektrische Element B und die Tintendüse A können solchen entsprechenden Bauteilen ähnlich sein, wie sie jeweils mit der Fig* 4 der US-Patentschriften 3 683 212 und 3 832 579 dargestellt sind. Obwohl das mit Pig.2 dargestellte piezoelektrische Element zylinderförmig ausgebildet ist, und eine zylindrische Tintendüse umgibt, können zweckmäßigerweise auch andere Formen vorgesehen werden. Das piezoelektrische Element B weist eine Außenwand oder Außenfläche 52 auf, die sich zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen 54 und 56 erstreckt. Durch das piezoelektrische Element erstreckt sich in Längsrichtung von einer Stirnfläche 54 zur anderen Stirnfläche 56 eine Bohrung oder ein Durchlaß,58 mit der Durchlaßseitenwand 60.The piezoelectric element B and the ink nozzle A may be similar to such respective components as they are, respectively with FIG. 4 of U.S. Patents 3,683,212 and 3,832,579 are shown. Although the piezoelectric shown with Pig.2 Element is cylindrical, and surrounds a cylindrical ink nozzle, other can expediently Shapes are provided. The piezoelectric element B has an outer wall or surface 52 which extends between the opposite end faces 54 and 56 extends. Extends through the piezoelectric element in the longitudinal direction of one end face 54 to the other end face 56 a bore or a passage, 58 with the passage side wall 60.

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Lediglich zum Zwecke der Erläuterung sei angegeben, daß ein übliches, beispielhaftes piezoelektrisches Element eine Länge von angenähert 12,7 mm zwischen den Stirnflächen 54 und 56, sowie einen Durchmesser im Bereich von 1,5 bis 3,0 mm aufweist. Eine übliche Glastintendüse B hat eine größere Länge als das dazu gehörende piezoelektrische Element, um die Befestigung an der Tintenzuführung in einem Tintenstrahlschreiber zu erleichtern. Der Zwischenraum zwischen der Durchlaßseitenwand und der Düsenaußenwand beträgt ge\^öhnlich 0,025 bis 0,038 rom.Merely for the purpose of explanation, it should be stated that a conventional, exemplary piezoelectric element has a length of approximately 12.7 mm between the end faces 54 and 56, and a diameter in the range from 1.5 to 3.0 mm. A common glass ink nozzle B has a longer length than that associated piezoelectric element to facilitate attachment to the ink feed in an inkjet printer. The space between the passage side wall and the nozzle outer wall is usually 0.025 to 0.038 rom.

Das Befestigungsmittel 0 besteht aus einer hochelastischen (high modulus), elektrisch leitenden, anorganischen Substanz, wie etwa ein niedrig schmelzendes Lötmittel oder eine niedrig schmelzende Hetall-Legierung. Diese Substanz füllt den dünnen Zwischenraum zwischen der Außenfläche der Düse B und der Seitenwand 60 des Durchlasses 58 aus. Zum Zwecke der besseren Darstellung ist dieser Zwischenraum in den Zeichnungen übertrieben groß dargestellt. Die Substanz füllt den Zwischenraum mit einer Dünnschicht 62 aus und bildet an dem zur Auslaßöffnung benachbarten Ende einen Wulst 64, sowie an dem zur Tintenzuführung benachbarten Ende einen Wulst 66. Das Verbindungs- öder Verankerungsmedium übt zwei Punktionen aus, nämlich dieses Verankerungsmedium überträgt die Schwingungsenergie von dem piezoelektrischen Element auf die Tintendüse; undThe fastening means 0 consists of a highly elastic one (high modulus), electrically conductive, inorganic substance such as a low melting point solder or a low melting metal alloy. This substance fills the thin one Clearance between the outer surface of the nozzle B and the side wall 60 of the passage 58. For the purpose of better illustration this gap is shown exaggerated in the drawings. The substance fills the space in between a thin layer 62 and forms at the end adjacent to the outlet opening a bead 64, as well as at that for the ink supply adjacent end a bead 66. The connecting or anchoring medium performs two punctures, namely this anchoring medium transfers the vibration energy from the piezoelectric element to the Ink nozzle; and

das Verankerungsmedium gewährleistet einen elektrischen Anschluß an eine Oberfläche des piezoelektri-the anchoring medium ensures an electrical connection to a surface of the piezoelectric

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sehen Elementes, um die Treiberspannung zuzuführen .see element to supply the drive voltage .

Die oszillierende Spannung liefernde Spannungsquelle 22 ist über die Zuleitung 68 an die Außenfläche 52 des piezoelektrischen Elementes, sowie über die Zuleitung 70 an die die Durchlaßseitenwand 60 bildende Innenfläche des piezoelektrischen Elementes angeschlossen. Die Verbindung zu der Innenfläche erfolgt von der Zuleitung 70 zu der niedrig schmelzenden Legierung im Bereich 72. Die Verbindung zur Außenfläche erfolgt über die Zuleitung 68 zu einer Wicklung 74, welche eng um die Außenwand 52 des piezoelektrischen Elementes B gewickelt ist.The voltage source 22 which supplies the oscillating voltage is via the supply line 68 to the outer surface 52 of the piezoelectric element, and via the supply line 70 to the passage side wall 60 forming the inner surface of the piezoelectric element connected. The connection to the inner surface takes place from the feed line 70 to the low-melting alloy in the area 72. The connection to the outer surface takes place via the supply line 68 to a winding 74, which is tight around the Outer wall 52 of the piezoelectric element B is wound.

Bei bekannten, Epoxyharz verwendenden Schreibspitzenanordnungen, sind die Eckenabschnitte 76 und 78 zwischen der Außenwand und den Stirnflächen des piezoelektrischen Elementes abgerundet, um eine Lichtbogenbildung oder' das Auftreten eines Kurzschlußes am piezoelektrischen Element zu verhindern. Diese Abrundung ist bei der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich; es muß jedoch dafür gesorgt werden, daß die Wülste 64 und 66 nicht so groß sind, daß sie die Innenfläche mit der Außenfläche des piezoelektrischen Elementes verbinden, da dann ein Kurzschluß des piezoelektrischen Elementes auftreten würde.In known writing tip assemblies using epoxy resin, the corner portions 76 and 78 between the outer wall and the end faces of the piezoelectric element are rounded to prevent arcing or the occurrence of a short circuit on the piezoelectric element. This rounding is not necessary in the present invention; However, care must be taken that the beads 64 and 66 are not so large that they connect the inner surface to the outer surface of the piezoelectric element, since a short circuit of the piezoelectric element would then occur.

Das Verankerungsmittel oder Verankerungsmedium C besteht zweckinäßigerweise aus einer steifen, hochelastischen Substanz, die gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Vorzugsweise wird einThe anchoring means or anchoring medium C expediently exists made of a stiff, highly elastic substance that has good electrical conductivity. Preferably a

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Verankerungsmaterial vorgesehen, das unterhalb der Depolarisationstemperatur des piezoelektrischen Elementes schmilzt; bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt diese Temperatur angenähert 149⁰C. Eine Erwärmung des piezoelektrischen Elementes über diese Temperatur hinaus kann eine erneute Polarisierung des Elementes erforderlich machen. Um darüberhinaus eine gute mechanische Verbindung sowie eine gute Übertragung der Schwingungen zwischen dem piezoelektrischen Element und der Düse zu gewährleisten, wird eine Verankerungssubstanz vorgesehen, welche nicht schrumpft; vielmehr ist vorzugsweise eine Verankerungssubstanz vorgesehen, welche sich beim Festwerden geringfügig ausdehnt. Ba das Verankerungsmedium zusätzlich als ein elektrischer leiter wirkt, muß es entweder selbst aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, oder diesem Verankerungsmedium muß ein elektrisch leitendes Element zugesetzt werden. Darüberhinaus v/ird von dem Verankerungsmedium verlangt, daß es die Schwingungsenergie gut übertragen kann, damit dieses Medium die oben angegebenen beiden Wirkungen erfüllen kann,Anchoring material provided which melts below the depolarization temperature of the piezoelectric element; in a particularly preferred embodiment, this temperature is approximately 149 ^° C. Heating the piezoelectric element above this temperature can make it necessary to polarize the element again. In order to ensure a good mechanical connection and a good transmission of the vibrations between the piezoelectric element and the nozzle, an anchoring substance is provided which does not shrink; rather, an anchoring substance is preferably provided which expands slightly when it solidifies. Since the anchoring medium also acts as an electrical conductor, it must either itself consist of an electrically conductive material, or an electrically conductive element must be added to this anchoring medium. In addition, it is required of the anchoring medium that it can transfer the vibrational energy well, so that this medium can fulfill the above two effects,

Es ist festgestellt worden, daß niedrig schmelzende Metall-Legierungen ein ideales Verankerungsmedium darstellen. Weiterhin ist festgestellt worden, daß das von Arconium Corporation of America, Providence, Rhode Island, U.S.A., vertriebene, bei 7O°C schmelzende Lötmittel ein besonders geeignetes Verankerungsmedium darstellt. Diese, bei 7O⁰C schmelzende Legierung, ist auch als "Lipowitz-Legierung" bekannt und weist die nachfolgend in Tabelle 2 angegebene Zusammensetzung auf, Zu anderen, beiIt has been found that low-melting metal alloys are an ideal anchoring medium. It has also been found that the 70 ° C melt sold by Arconium Corporation of America, Providence, Rhode Island, USA, is a particularly useful anchoring medium. This melting at 7O ⁰ C alloy is also known as "Lipowitz alloy" and has the following composition shown in Table 2, to the other, wherein

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niedriger Temperatur schmelzenden Legierungen, gehören das bekannte ¥ood's-Metall und die von der Cerro Corporation vertriebenen Lötmittel, wie sie nachfolgend in Tabelle 1 aufgeführt sind.low temperature melting alloys, include the familiar ¥ ood's-Metall and those sold by Cerro Corporation Solder as listed in Table 1 below.

Tabelle 1Table 1 EutektikumEutectic Lötmittelsolder Schmelzpunkt ⁰CMelting point ⁰ C dathere Cerrolow-117Cerrolow-117 47,247.2 dathere Cerrolow-136Cerrolow-136 57,8.57.8. dathere CerrobendCerrobend 70,070.0 dathere GerrobaseGerrobase 123,9123.9 dathere CerrotruCerrotru 138,3138.3 dathere Cerro SpecialsCerro specials variabelvariable neinno Cerrolow-147Cerrolow-147 61,1 bis 65,061.1 to 65.0 neinno CerrosafeCerrosafe 70,0 bis 87,870.0 to 87.8 neinno CerromatrixCerromatrix 102,8 Ms 226,7102.8 Ms 226.7 neinno CerrocastCerrocast 138,3 bis 170,0138.3 to 170.0 neinno Cerro SpecialsCerro specials variabelvariable

Diese, bei niedriger Temperatur schmelzenden Legierungen stellen gewöhnlich Legierungen aus zwei oder mehr Metallen der Gruppe Wismuth, Blei, Zinn, Cadmium, Indium, Zink, Silber oder Antimon dar. Spezielle Legierungen und deren Zusammensetzung sind nachfolgend in den Tabellen 2 und 3 aufgeführt.These alloys, which melt at low temperatures, are usually alloys of two or more metals in the group Bismuth, lead, tin, cadmium, indium, zinc, silver or antimony Special alloys and their composition are listed in Tables 2 and 3 below.

8098 38/08698098 38/0869

T a b e 1 1 e 2T a b e 1 1 e 2

SchmelzpunktMelting point ZusaranensetzungComposition PbPb eutektisclier Legierungeneutectic alloys CdCD AndereOther ⁰O ⁰ O BiBi 22,6022.60 SnSn 5,305.30 19,10 In19.10 in 46,846.8 44,7044.70 18,0018.00 8,308.30 - -" -- - "- 21,00 In21.00 in 5858 49,0049.00 26,7026.70 12,0012.00 10,00.10.00. 7070 50,0050.00 40, 2040, 20 13,3013.30 8,208.20 - - " ""- - "" " 91,591.5 51,6051.60 32,0032.00 __ 9595 52,5052.50 __ 15,5015.50 20,0020.00 - . - -. - 102,5102.5 54,0054.00 44,5044.50 26,0026.00 ■ - - " '■ - - "' -- 124124 55,5055.50 -- -- - ■ -■- " . - ■- ■ - ■ - ". - ■ -- 138,5138.5 58,0058.00 30,6030.60 42,0042.00 18,2018.20 -- 142142 -- -"- " 51,2051.20 40,0040.00 . - -. - - 144144 60,0060.00 -- - " ■- "■ 32,2532.25 -- 177177 -- 38,1438.14 67,7567.75 - "' ...---■- "'...--- ■ -- 183183 -- -- 61,8661.86 ■ - - - . -■ - - -. - 9,00 ZnZn 9.00 199199 -- -- 91,0091.00 -- 3,50 Ag3.50 Ag 221,3221.3 79,7079.70 96,5096.50 17,7017.70 2,60 "Sb2.60 "Sb 236236 87,0087.00 13,00 Sb13.00 Sb 247247

909Ö38/0 869909Ö38 / 0 869

Tabel

Luftretende ?emperaturAir entering temperature

Schmelztempera- Zusammensetzung nichteutektischerMelting temperature composition non-eutectic

turbereich Legierungen alloys

o-,O-,

BiBi

PbPb

AndereOther

70,5 72,0 72,5 72,5 7570.5 72.0 72.5 72.5 75

70 bis 72,8 50,50 27,8 12,40 9,3070 to 72.8 50.50 27.8 12.40 9.30

70 bis 78,9 50,00 34,5 9,30 6,2070 to 78.9 50.00 34.5 9.30 6.20

70 bis 83,9 50,72 30,91 14,97 3,4070 to 83.9 50.72 30.91 14.97 3.40

70 bis 90,0 42,50 37,70 11,30 8,5070 to 90.0 42.50 37.70 11.30 8.50

70 bis 101,1 35,10 36,40 19,06 9,4470 to 101.1 35.10 36.40 19.06 9.44

95 bis 103,9 56,00 22,00 22,0095 to 103.9 56.00 22.00 22.00

95 bis 148,9 67,00 16,00 17,CO95 to 148.9 67.00 16.00 17, CO

95 bis 142,8 33,33 33,34 33,3395 to 142.8 33.33 33.34 33.33

102,8 bis 226,7 48,00 28,50 14,50102.8 to 226.7 48.00 28.50 14.50

138,3 bis 170 40,00 - 60,00 -138.3 to 170 40.00 - 60.00 -

9,00 Sb9.00 Sb

. Die Schreibspitzenanordnungen mit der oben angegebenen Ausbildung sind erfolgreich bei Frequenzen oberhalb von 10 kHz und bei' Spannungen im Bereich von 18 bis 40 Volt betrieben worden.Es hat den Anschein, daß sich die niedrig schmelzenden lötmittel eher zu einem kristallinen Gefüge als zu einem amorphen Gefüge verfestigen, und daß dieses kristalline Gefüge die Schwingungsenergie' wirksamer zu übertragen vermag. Jedoch sind beide Metallgefüge der bekannten Epoxyharz-Bindung überlegen. . The nib assemblies with the above design operate successfully at frequencies above 10 kHz and at voltages in the range of 18 to 40 volts It appears that the low melting point solders are forming more of a crystalline structure than a solidify amorphous structure, and that this crystalline structure the vibrational energy 'is able to transmit more effectively. However Both metal structures are superior to the known epoxy resin bond.

0 9 8 3 8/08690 9 8 3 8/0869

Mit Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform der Schreibspitzenanordnung nach Fig. 2 dargestellt. Soweit gleiche Bestandteile und Komponenten betroffen sind, werden diese mit dem gleichen, um einen(') ergänzten Bezugszeichen gekennzeichnet; neue Komponenten sind mittels neuer Bezugszeichen identifiziert.Referring to Fig. 3, there is an alternate embodiment of the nib assembly shown in FIG. As far as the same parts and components are concerned, these will be included identified by the same reference symbol supplemented by a ('); new components are identified by means of new reference symbols.

Bei einer Modifizierung dieser alternativen Ausführungsform ist ein Band 80 aus Messing oder einer anderen Kupferlegierung in den Zwischenraum zwischen der Außenwand der Düse A und der Innenwand des piezoelektrischen Elementes B, nämlich der Durchlaßseitenwand 60^! eingesetzt. Dieses Band ist von dem Verankerungsmedium Q umgeben und erstreckt sich über angenähert die halbe Strecke oder mehr der Länge des piezoelektrischen Elementes zwischen den Stirnflächen 54' und 56'. Das Band 80 besteht aus einem, den elektrischen Strom gut leitenden Material und dient dazu, längs der gesamten Innenfläche 60' des piezoelektrischen Elementes das gleiche elektrische Potential zu gewährleisten. Bei dieser Ausführungsform erfolgt der elektrische Kontakt zu der Spannungsquelle 22' über die Zuleitung 70' zu dem Band 80 oder in dessen Nähe, wie das mit der Bezugsziffer • 82 angedeutet ist.In a modification of this alternative embodiment, a band 80 made of brass or another copper alloy is inserted into the space between the outer wall of the nozzle A and the inner wall of the piezoelectric element B, namely the passage side wall 60 ^! used. This band is surrounded by the anchoring medium Q and extends approximately half the distance or more of the length of the piezoelectric element between the end faces 54 'and 56'. The band 80 consists of a material that conducts electrical current well and is used to ensure the same electrical potential along the entire inner surface 60 'of the piezoelectric element. In this embodiment, the electrical contact to the voltage source 22 'takes place via the supply line 70' to the belt 80 or in its vicinity, as indicated by the reference number 82.

Nach einer zweiten, mit Fig. 3 angegebenen Modifizierung ist eine elektrisch leitende Hülse oder ein elektrisch leitender Zylinder 84 vorgesehen, welcher die Außenfläche 52' des piezoelektrischen Elementes eng anliegend umgibt. Die Zuleitung 68' führt bei 86 zu der Hülse 84. Diese elektrisch leitende Hülse gewährleistet, daß an der gesamten Außenfläche des piezoelektri-According to a second modification indicated by FIG. 3, an electrically conductive sleeve or an electrically conductive one Cylinder 84 is provided, which the outer surface 52 'of the piezoelectric Element closely surrounds. The supply line 68 ' leads at 86 to the sleeve 84. This electrically conductive sleeve ensures that on the entire outer surface of the piezoelectric

909838/08S3909838 / 08S3

sehen Elementes "bei dessen Betrieb das gleiche elektrische Potential anliegt.see element "in its operation the same electrical Potential is present.

Nachfolgend wird mit Bezugnahme auf.das Blockdiagramm der Fig. 4-das Gesamtverfahren zum Zusammenbau und zur Herstellung der Schreibspitzenanordnung nach der vorliegenden Erfindung erläutert. Zuerst werden die Bestandteile gesammelt und sorgfältig gereinigt. Hierzu können übliche Reinigungsmittel vorgesehen werden, etwa die unter der Bezeichnung "State Chemical 999" bekannte Reinigungsflüssigkeit oder ein dazu äquivalentes Material. Im Anschluß an die Reinigung in dem Lösungsmittel werden die Bestandteile mit destilliertem Wasser gespült und mittels einem Luftstrom getrocknet.Referring now to FIG. 4, the block diagram of FIG Overall method of assembling and manufacturing the nib assembly of the present invention is illustrated. First the components are collected and carefully cleaned. Conventional cleaning agents can be provided for this purpose such as the cleaning fluid known under the name "State Chemical 999" or one of them equivalent material. After cleaning in the solvent, the ingredients are washed with distilled water rinsed and dried by means of a stream of air.

Im Anschluß an die Reinigung wird die Oberfläche der Bohrung oder des Durchlasses 58 in dem piezoelektrischen Element mit einem üblichen Flußmittel benetzt, etwa mit dem von Superior Flux & Mfg. Co., Cleveland, Ohio, USA, unter der Bezeichnung "Superior 23 Flux" vertriebenen Flußmittel. Das Flußmittel muß an die Temperatur angepaßt sein, bei welcher die ausgewählte Legierung des Yerankerungsmediums schmilzt. Hierbei ist sorgfältig darauf zu achten, daß der Kontakt des Flußmittels auf die Innenfläche 60 des piezoelektrischen Elementes beschränkt bleibt. Sofern das Flußmittel auch zu der Außenfläche 52 gelangen würde, würde später auch das Lötmittel rund um das piezoelektrische Element herum fließen und die Oberflächen 52 und 60 elektrisch miteinander verbinden, so daß es zu einem elektrischen Kurzschluß kommen würde. Sofern ein saures Fluß-Following the cleaning, the surface of the bore or passage 58 in the piezoelectric element is with wetted with a common flux, such as that from Superior Flux & Mfg. Co., Cleveland, Ohio, USA, under the designation "Superior 23 Flux" sold flux. The flux must be adapted to the temperature at which the selected Alloy of the anchoring medium melts. Care must be taken to ensure that the flux is in contact remains limited to the inner surface 60 of the piezoelectric element. Provided the flux also to the outer surface 52, the solder would later also flow around the piezoelectric element and the surfaces 52 and 60 electrically interconnect so that an electrical short would occur. If an acidic river

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mittel benutzt wird, soll anschließend jeglicher Plußmittelüberschuß entfernt werden, um eine mögliche Korrosionsquelle zu beseitigen. Ton der Außenfläche des piezoelektrischen Elementes muß das gesamte Flußmittel entfernt werden; anschliessend wird das Element getrocknet.medium is used, any excess medium should then be used removed to remove a possible source of corrosion. Tone of the outer surface of the piezoelectric element all flux must be removed; afterward the element is dried.

Sofern die alternative Ausführungsform nach Pig. 3 mit dem Band 80 aus Kupferlegierung vorgesehen wird, erfolgt die Reinigung und Behandlung des Bandes 80 in gleicher Weise.If the alternative embodiment according to Pig. 3 is provided with the band 80 made of copper alloy, takes place The belt 80 is cleaned and treated in the same way.

Wie mit den Pig, 4 und 5 angedeutet,.-wird der Durchlaß 58 in dem piezoelektrischen Element B mit der niedrig schmelzenden Legierung gefüllt. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der Durchlaß 58 vollständig gefüllt wird; andererseits führt das Beschichten der Innenfläche 60 eines solch kleinen Durchlasses üblicherweise zu einem Ausfüllen des Durchlasses. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Spritze benutzt, um das geschmolzene Lötmittel in den Durchlaß hineinzusaugen bzw. zu ziehen. Daneben können auch andere Verfahren, wie das Eintauchen, das Einspritzen oder dgl. zum .Pullen des Durchlasses oder zur Beschichtung der Durchlaßoberfläche angewandt werden. As indicated by the Pig, 4 and 5, - the passage 58 in the piezoelectric element B is filled with the low melting point alloy. It is not absolutely necessary that the passage 58 is completely filled; on the other hand Coating the inner surface 60 of such a small passage typically results in the passage being filled. In a preferred embodiment, a syringe is used to draw the molten solder into the passage. Other methods such as Immersion, injection or the like. To .Pullen the passage or used to coat the throat surface.

Sofern zusätzlich das Band 80 aus Kupferlegierung vorgesehen wird, wird dieses in ähnlicher Weise in das geschmolzene Lötmittel eingetaucht, um wenigstens denjenigen Abschnitt, der in den Zwischenraum zwischen der Düse und dem piezoelektrischenIf the band 80 made of copper alloy is also provided is similarly immersed in the molten solder to at least the portion that into the space between the nozzle and the piezoelectric

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Element eingesetzt v/erden soll, zu "verzinnen" bzw. mit dem Lötmittel zu beschichten.Element used v / earth is to be "tinned" or coated with solder.

Uachdem die Düse A in der oben angegebenen Weise gereinigt worden ist, wird diese Düse mit dem Auslaßbereich 50 voran bis zu einer Tiefe, welche der gesamten Länge entspricht, mit welcher die Düse in das piezoelektrische Element eingesetzt werden soll, in die niedrig schmelzende Legierung eingetaucht, um die Düsenaußenfläche mit der Legierung zu beschichten. Die Oberflächenspannung der geschmolzenen Legierung und die geringe Größe der Auslaßöffnung 24 wirken dahingehend zusammen, daß der Eintritt-der Legierung in das Tnr.ere der Düse versperrt ist. Die mit Metall beschichteten Flächen der Düse und des Messing-' bandes sollten daraufhin untersucht werden, daß diese Oberflächen glatt sind. Unregelmäßigkeiten der Metall-beschichteten Oberfläche deuten üblicherweise auf Fremdstoffe oder fremde Partikel innerhalb der Legierung oder auf Unregelmäßigkeit der Oberfläche der beschichteten Teile hin.Then clean nozzle A as described above has been, this nozzle with the outlet region 50 first to a depth which corresponds to the entire length with which the nozzle to be inserted into the piezoelectric element is immersed in the low-melting alloy in order to produce the To coat the outer surface of the nozzle with the alloy. The surface tension of the molten alloy and the small size of the outlet opening 24 cooperate to the effect that the entry of the alloy into the inside of the nozzle is blocked. The metal-coated surfaces of the nozzle and the brass' tape should be examined to ensure that these surfaces are smooth. Irregularities of the metal-coated Surface usually indicate foreign matter or foreign particles within the alloy or irregularity the surface of the coated parts.

Zum Einsetzen werden das piezoelektrische Element B, die Düse A, und, soweit vorgesehen, das Messingband 80, auf eine Temperatur erwärmt, bei v/elcher die Legierung schmilzt, so daß diese in flüssigem Zustand vorliegt. Der Einsetzschritt ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Zum Einsetzen werden die mit der geschmolzenen Legierung beschichtete oder benetzte Düse und, soweit vorgesehen, das ebenfalls mit der geschmolzenen Legierung beschichtete Messingband in die Legierung eingesetzt,For insertion, the piezoelectric element B, the nozzle A, and, if provided, the brass band 80, are on heated to a temperature at which the alloy melts so that it is in a liquid state. The insertion step is shown schematically in FIG. To insert the with the molten alloy coated or wetted nozzle and, if provided, also with the molten one Alloy coated brass band inserted into the alloy,

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welche den Innenraum im piezoelektrischen Element B ausfüllt. Darüberhinaus kann weitere legierung 90 vorhanden sein, um zu gewährleisten, daß eine ausreichende Legierungsmenge vorhanden ist, um den Zwischenraum zwischen dem piezoelektrischen Element B und der Düse A vollständig auszufüllen. Die Anwesenheit dieser zusätzlichen Legierungsmenge und das Aufwärmen der Bestandteile kann gleichzeitig erfolgen, indem-die Teile in ein Bad der geschmolzenen Legierung eingetaucht werden, und das Einsetzen innerhalb des flüssigen Legierungsbades durchgeführt wird. Sofern ein Bad der geschmolzenen Legierung "benutzt wird, können die getrennten Schritte zum Verzinnen oder Beschichten der Teile weggelassen werden, da eine solche Beschichtung automatisch erfolgt, v/enn die Teile in das Bad eingebracht werden.which fills the interior space in the piezoelectric element B. Additional alloy 90 may also be present to ensure that a sufficient amount of alloy is present is to completely fill the gap between the piezoelectric element B and the nozzle A. The presence of this Additional amount of alloy and the warming up of the components can be done simultaneously by placing the parts in a bath the molten alloy are immersed, and the setting is carried out within the liquid alloy bath will. If a "molten alloy" bath is used, the separate steps of tinning or plating can be used of the parts can be omitted, since such a coating takes place automatically when the parts are introduced into the bath.

Nach dem Zusammenbau der Elemente werden diese aus dem Einwirkungsbereich der Wärmequelle entfernt, so daß sich die geschmolzene Legierung verfestigen kann. Jeglicher die Öffnung 24 der Glasdüse verstopfende Legierungsüberschuß wird entfernt, was entweder mit einer Rasierklinge erfolgen kann, oder durch die Berührung der verstopfenden Legierung mit einem warmen Lötkolben. Da die Legierungen nicht gut an dem Glas haften, werden sie sich unter Bildung eines Wulstes zurückziehen und den Wulst 64 (vgl. Fig.2) bilden, wodurch der verstopfende Überzug von der Spitze entfernt und diese wieder durchgängig gemacht wird. Darüberhinaus kann jeglicher Legierungsüberschuß an der Rückseite des Zylinders mittels einem Lötkolben zu dem Wulst 66 umgeformt und weitere überschüssige Legierungen abgestreiftAfter the elements have been assembled, they are no longer subject to action removed from the heat source so that the molten alloy can solidify. Any opening 24 of the Excess alloy clogging the glass nozzle is removed, which can either be done with a razor blade or through the Touching the clogging alloy with a warm soldering iron. Since the alloys do not adhere well to the glass, they retract to form a bead and form the bead 64 (see Fig. 2), whereby the clogging coating of the tip is removed and this is made continuous again. In addition, any excess alloy on the rear side of the cylinder is formed into the bead 66 by means of a soldering iron and other excess alloys are stripped off

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werden.will.

Die elektrischen Zuleitungen 68,70 (vgl. Fig. 2) werden zweckmäßigerweise mittels einer niedrig schmelzenden Legierung im Bereich 72 an das piezoelektrische Element und "benachbart zur Stirnfläche 56 am Ende der Wicklung 74 angebracht. Die Zuleitungen 68' und 70' (vgl. Fig. 3) werden in ähnlicher Weise im Bereich 86 an die Hülse 84 sowie im Bereich 82 an das Band 80 angebracht. Andererseits können auch andere Anordnungen der Zuleitungen vorgesehen werden, ohne vom erfindungsgemäßen Konzept abzuweichen.The electrical leads 68,70 (see. Fig. 2) are expediently by means of a low-melting alloy in the area 72 to the piezoelectric element and "adjacent" attached to the end face 56 at the end of the winding 74. The leads 68 'and 70' (see FIG. 3) are similar It is attached to the sleeve 84 in the area 86 and to the band 80 in the area 82. On the other hand, other arrangements can also be used the supply lines can be provided without deviating from the inventive concept.

Als ein 'Teil der Maßnahme zum Füllen des Durchlasses 58 im piezoelektrischen Element oder als Teil einer nachfolgenden Behandlungsstufe wird eine Untersuchung auf Risse, Löcher oder dünne Stellen in der Seitenwand des piezoelektrischen Elementes durchgeführt. Sofern dort irgendein Riß oder Loch vorhanden ist, wie das in Pig. 5 mit 96 angedeutet ist, wird das Flußmittel durch dieses Loch hindurchdringen, und einen kleinen Bereich an der Außenfläche 52 benetzen. Beim anschließenden Füllen des Durchlasses mit Lötmittel in der oben angegebenen Weise wird an der Außenfläche 52 ein kleiner Fleck oder eine schmale Linie (vgl. die Stelle 98 der Fig. 5) auftreten, und damit den Riß oder das Loch markieren. Sofern ein solcher Legierungsfleck an der Außenfläche auftritt, wird das piezoelektrische Element verworfen, da es gerissen oder auf sonstige Welse defekt ist. Sofern weiterhin das piezoelektrische Element eine dünne Stelle As part of the act of filling the passage 58 in the piezoelectric element or as part of a subsequent treatment stage will be an inspection for cracks, holes or thin spots carried out in the side wall of the piezoelectric element. If there is any crack or hole there, like that in Pig. 5 is indicated at 96, the flux go through this hole and attach a small area wet the outer surface 52. When you then fill the Passage of solder in the manner indicated above will leave a small spot or line on the outer surface 52 (See. Point 98 of FIG. 5) occur, and thus mark the crack or the hole. Unless such an alloy stain appears the outer surface occurs, the piezoelectric element is discarded because it is torn or otherwise defective. Provided the piezoelectric element continues to be a thin point

9 09838/08699 09838/0869

aufweist, bewirkt die leichte Ausdehnung der Legierung beim Abkühlen eine Ausbeulung oder einen Riß in der Seitenwand des Elementes. Da die Abkühlung nicht vor der Durchführung des Einsetzens durchgeführt v/erden muß, wird eine Untersuchung auf Pehler dieser Art häufig nach dem Einsetzen der Glasdüse in das piezoelektrische Element durchgeführt.the slight expansion of the alloy on cooling causes a bulge or crack in the side wall of the Element. Since the cooling does not have to be carried out before the insertion is carried out, an investigation is made Pehler of this type often carried out after the insertion of the glass nozzle into the piezoelectric element.

Die Schreibspitze kann nunmehr elektronisch getestet werden, um den !Frequenzbereich festzustellen, in welchem die Schreibspitze arbeitet, sowie um die zum Schreiben erforderliche Spannung zu ermitteln. Sofern die erforderliche Treibspannung übermäßig groß ist, oder der Frequenzbereich, in dem das piezoelektrische Element betrieben werden kann, minimal klein ist, kann eine mögliche Ursache für diesen Pehler in einer Luftblase, in .einer Verunreinigung oder einer sonstigen Unregelmäßigkeit im Verankerungsmedium G zwischen der Düse und dem piezoelektrischen Element liegen. Dieser Pehler kann beseitigt werden, indem die kombinierte Anordnung erwärmt sowie die Düse A aus dem piezoelektrischen Element B entfernt werden. Nach dem anschliessenden erneuten Einsetzen der Düse in das Element bei Anwesenheit von zusätzlicher Legierung kann dieser Pehler erfolgreich beseitigt werden. Die nach dem oben angegebenen Verfahren erhaltenen Schreibspitzenanordnungen arbeiten üblicherweise bei Frequenzen oberhalb 6 kHz; solche Schreibspitzenanordnungen können bei 10 kHz und noch höheren Frequenzen betrieben werden. Üblieherwe ise liegen die minimalen Treibspannungen im Bereich von 18 bis 40 V. Andererseits werden Spannungen in der G-rößen-The writing tip can now be tested electronically in order to determine the frequency range in which the writing tip works, as well as to determine the voltage required for writing. Unless the required driving voltage is excessive is large, or the frequency range in which the piezoelectric element can be operated is minimally small, A possible cause for this error can be an air bubble, an impurity or some other irregularity lie in the anchoring medium G between the nozzle and the piezoelectric element. This mistake can be eliminated by the combined assembly is heated and the nozzle A is removed from the piezoelectric element B. After the subsequent Reinserting the nozzle into the element in the presence of additional alloy can make this mistake successful be eliminated. The nib assemblies obtained by the above process usually work at Frequencies above 6 kHz; such writing tip arrangements can be operated at 10 kHz and even higher frequencies. Usually, the minimum driving stresses are in the range from 18 to 40 V. On the other hand, voltages in the size

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Ordnung von 100 V üblicherweise in den "bestehenden Tintenstrahlschreibern benutzt.Order of 100 V is common in "existing inkjet pens." used.

Mit Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungen sind oben bevorzugte und alternative Ausführungsformen erläutert worden, ohne damit eine Beschränkung der Erfindung vorzunehmen.With reference to exemplary embodiments, the above are preferred and alternative embodiments have been explained without thereby limiting the invention.

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Leerserte"Empties "

Claims

BLUMBÄCH - WESER. BERGEN · KRAMER ZWiRNER - BREHM: PATENTANWÄLTE IN MUNICH AND WIESBADEN 2810078 Patentconsult Radeckestrasse 43 8000 Munich 60 Telephone (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegrams Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telegrams (0643/4121) 5629ex Sonnenberger Strasse 436200 Wiesbaden Telegrams (062943/5121) Patentconsult GOULD INC., March 14, 1979 Gould Genter, GD-06 Rolling Meadows, Illinois 60008,; U.S.A. Writing tip assembly of an inkjet pen, method of assembling it, method of testing it, and its application.

1.J nib arrangement of an inkjet stylus, a piezoelectric element having a longitudinal passage;

with an ink nozzle arranged in this passage Dimensions that between nozzle outer wall and Durchlaßinnenwänd a gap is formed along their cooperating lengths

Munich: R. Kramer Dipl.-Ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer.nat, H. P. Btehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

_ 2 — - - —_ 2 - - - -

is; lind

with an anchoring means located in this intermediate space for anchoring the nozzle within the passage of the piezoelectric element,
characterized in that

the anchoring means consists of a highly elastic, electrically conductive, inorganic material, which is at the transition the liquid to the solid phase at least slightly expands.

2. nib arrangement according to claim 1, characterized in that

the inorganic material has a melting point below 149 ° C.

3. nib arrangement according to claim 1, characterized in that

das.inorganische Material has a melting temperature below the depolarization temperature of the piezoelectric element.

4. nib arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that

the inorganic material is an alloy consisting essentially of bismuth, lead, tin, cadmium, indium, zinc, silver and / or antimony.

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5. nib arrangement according to claim 4, characterized in that

the inorganic material is a low melting solder with a melting point of about 7O ⁰ C.

6. nib arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that

the anchoring means is connected to one end of a first electrical line, the other end of which leads to a voltage source with an oscillating voltage; and the piezoelectric element is connected to one end of a second electrical line, the other end of which to this voltage source leads, so that this voltage source is the piezoelectric Drifting element with oscillating voltage.

7. nib arrangement according to claim 6, characterized in that

the voltage source an oscillating voltage of less than 40 YoIt delivers and with a frequency of more than 6 kHz oscillates.

8. nib arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that

into the space between the soap wall of the passage A copper alloy band is inserted between the piezoelectric element and the outer surface of the nozzle.

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9. Nib arrangement
marked by

an elongated ink nozzle with an outlet opening extending over a fluid line is in communication with an inlet area, which in turn is connectable to an ink container in order to selectively supply ink to that area; a piezoelectric element with a passage, the cross section of which is slightly larger than the cross section of the nozzle, wherein a portion of the nozzle following the outlet opening is inserted into the piezoelectric element in such a way that a gap is formed between the nozzle outer wall and the passage inner wall along their cooperating lengths is; and

this gap is essentially filled by a metal alloy, which the nozzle on the piezoelectric element anchored.

10. nib arrangement according to claim 9, characterized in that

the melting point of the alloy below that temperature is at which the piezoelectric element depolarizes.

11. nib arrangement according to claim 9 or 10, characterized ^ that

the alloy consists essentially of vismuth, lead, tin, and cadmium and / or indium.

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12. nib arrangement according to one of claims 9 to 11, characterized in that

the alloy is a eutectic alloy.

13. nib arrangement according to one of claims 9 to 12, characterized in that:

the nozzle is made of glass; and

the piezoelectric element is a ceramic element.

14. A method for assembling a writing tip assembly with a piezoelectric element, in the passage of which an ink nozzle is arranged, a gap being formed between the side wall of the passage and the nozzle, characterized by the following steps:

a) the side wall of the passage of the piezoelectric element is coated with a first metal alloy coated;

b) at least an elongate section of the nozzle is coated with a second metal alloy;

c) the first and second alloys are heated to at least their melting temperatures;

d) at least a portion of the nozzle is in the intended aligned position within the Passage arranged; and :

e) one leaves the first and second alloy up to Formation of their solid phase cool to solidify the piezoelectric element and the nozzle together connect to.

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15. The method according to claim 14, ■ ■ characterized in that a flux is applied to the side wall of the passage before it is coated with the first metal alloy.

16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that, following the coating of the side wall of the piezoelectric element, it is examined whether the first metal alloy is also present in areas outside the side wall of the passage.

17. The method according to any one of claims 14 to 16, characterized in that for coating the passage side wall, the first metal alloy is drawn into this passage in the liquid state.

18. The method according to any one of claims 14 to 17, wherein the ink nozzle has an opening at one end through which ink droplets can be ejected, characterized in that the metal alloy is removed from this opening.

19. The method according to claim 18, characterized in that to remove the metal alloy from this opening, the metal alloy adjacent to the opening is heated in this way

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will that the alloy to form a bead of the opening withdraws.

20. The method according to claim 18, characterized in that the removal of the metal alloy from the opening includes mechanical scraping of the alloy from the vicinity of the opening.

21. The method according to any one of claims 14 to 20, characterized in that with the insertion of the nozzle into the passage and a metal band is inserted into the space.

22. The method according to any one of claims 14 to 21, characterized in that a low-melting solder is selected as both the first alloy and the second alloy, each having a melting temperature below the depolarization temperature of the piezoelectric element.

23. A method for assembling a nib arrangement, consisting of a piezoelectric element with a central bore and an ink nozzle which is inserted into this central bore, a gap remaining between the bore wall and the nozzle outer wall, characterized in that the nozzle is in the presence of liquid metallic material is inserted into the hole in the V / s that the metallic! - "ate-

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rial fills the space; and

following this, the liquid metallic material is converted into a solid metallic material.

24. Method ζην testing a piezoelectric element with an outer wall and a side wall delimiting a passage for cracks or holes,

characterized in that

a flux is applied to the side wall so that the Flux wets the side wall and flows through any cracks or holes and the outer wall in a small area would wet around these cracks or holes; a molten metal alloy on the piezoelectric element is applied so that the metal alloy wets the sidewall and any of the flux, if any Areas of the outer wall coated; and the outer wall in view of the presence of metal alloy is being investigated. ■

25. Use of the writing tip arrangement according to one of the claims. Proverbs 1 to 13 for writing or printing with an inkjet pen,

wherein at least one writing tip has an ink nozzle to which ink can be supplied from an ink supply; a piezoelectric element acts on the ink nozzle; and an oscillating electrical potential is applied to the piezoelectric element,
characterized in that "·.

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ink is supplied to the ink nozzle; and an oscillating electric on the piezoelectric element A potential of less than 40 Y is applied, so that a stream of ink droplets is ejected from the ink nozzle.

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