DE2927269C2 - Piezoelektrisches Antriebselement für Schreibdüsen in Tintenmosaikschreibeinrichtungen - Google Patents

Description

50

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Antriebselement für Schreibdüsen, insbesondere in Tintenmosaikschreibeinrichtungen, bei denen eine in einer von dem Antriebselement zylinderförmig umfaßten Kompressionskammer enthaltene Schreibflüssigkeit durch steuerbare Kontraktion der Kompressionskammer tröpfchenförmig ausgestoßen wird.

Es ist seit längerem bekannt, den sogenannten Piezoeffekt zum Antrieb von Schreibdüsen in Tintenschreibeinrichtungen auszunutzen. Ein piezoelektrisches Antriebselement für Schreibdüsen ist beispielsweise aus der DEPS 25 37 767 bekannt. Die Anwendung dieses Effektes in einer Tintenmosaikschreibeinrichtung ist beispielsweise in der DEOS 25 48 691 beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung werden röhrenförmige, die Tintenkanäle zylinderförmig umfassende Antriebselemente aus polarisierter Keramik verwendet, deren Durchmesser sich bei Anliegen einer in Richtung der Polarisationsspannung gepolten elektrischen Spannung verengen, und bei Anliegen einer entgegen der Polarisationsspannung gepolten elektrischen Spannung erweitern. Über eine geeignete Schaltungsanordnung wird das Antriebselement zunächst erweitert und dann durch Umpolung der Spannung in einen verengten Zustand gesteuert, wodurch ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Für den Betrieb einer derartigen Anordnung ist eine impulsartig auftreterde Spannung von mehr als 80 V erforderlich. Die zur Erzeugung des Spannungsimpulses vorzusehenden Schaltungen erhöhen den Aufwand für einen Tintenspritzkopf insofern, als für jede der piezoelektrisch betriebenen Schreibdüsen eine derartige Spannungserzeugung vorhanden sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrisches Antriebselement für Schreibdüsen in Tintenmosaikschreibeinrichtungen zu schaffen das unter Beibehaltung der bekannten Vorteile derartiger Anordnungen mit einer erheblich geringeren Spannung betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgesialtungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen Ausschnitt eines Schreibkopfes mit einem Antriebselement,

Fig.2 und 3 jeweils Aufbaumöglichkeiten für ein Antriebselement.

Der in F i g. 1 teilweise dargestellte Schreibkopf 1 einer Timenmosaikschreibeinrichtung enthält den Tintenkanal 2, der sich zur Austrittsöffnung 3 hin verengt und eine Schreibdüse bildet. Der Schreibkopf 1 ist durch eine Düsenplatte 4 abgeschlossen, die die Austrittsöffnungen 3 aufweist. Der Tintenkanal 2 ist teilweise von dem Antriebselement 5, 6 zylinderförmig umschlossen. Im Bereich des Antriebselementes stellt der Tintenkanal eine sogenannte Kompressionskammer dar. Im Ausführungsbeispiel besteht das Antriebselement aus einem Wickel 6, der durch viele Lagen einer dünnen, beidseitig großflächig kontaktierten Folie mit piezoelektrischen Eigenschaften gebildet ist, und der an den Stirnflächen und an den Außenflächen von einem elastischen Material 5, das beispielsweise Siliconkautschuk sein kann, umhüllt ist. Über Anschlüsse 7,8 werden die zum Betrieb des piezoelektrischen Antriebselementes notwendigen Spannungsimpulse angelegt, durch die abhängig von der Polung der angelegten Spannung und der Richtung der Polarisationsspannung des piezoelektrischen Materials eine Veränderung des Innenradius des Wickels bewirkt wird.

Bei dem in F i g. 2 teilweise dargestellten Wickel bestehen die einzelnen Lagen aus dünnen, aneinandergelegten und beidseitig großflächig kontaktierten Folien 9. In diesem Beispiel wird der Wickel dadurch gebildet, daß aneinanderliegende Folien aus piezoelektrischem Material, z. B. aus Polyvenylidendifluorid PVDF, aufgewickelt werden. Wie in Fig.2 dargestellt, ist die Polarisationsrichtung aneinanderliegender Folien entgegengesetzt. Nach dem Aufwickeln können jeweils aneinanderliegende Kontaktflächen der Folien somit in einer solchen Weise mit den Polen einer Spannungs-

quelle verbunden werden, daß entsprechend der gewählten Polung der Spannung an den Anschlüssen 7, S alle Lagen des Wickels entweder eine radiale Kontraktion oder Expansion ausüben.

Bei einer anderen, in Fig.3 dargestellten Ausführungsform besteht nur eine der Folien »rs piezoelektrischem Material, während die andere Folie eine Isolierschicht bildet. Damit ergibt sich durch das Aufwickeln der beiden aneinandergelegten Folien ein Wickel, dessen einzelne Lagen bei Anlegen einer Spannung an den Anschlüssen 7, 8 abhängig von deren Polung verformt werden, wodurch eine radiale Kontraktion oder Expansion des Wickels bewirkt wird.

Für beide Ausführungsformen ist es jedoch wesentlich, daß zwischen den einzelnen Lagen des Wickels ein sehr guter Kontakt besteht. Das kann beispielsweise durch eine mechanische Vorspannung beim Aufwickeln der Folien oder durch ein dünnes Beschichten der Folien vor dem Wickelvorgang mit viskosen Klebstoffen oder Flüssigkeiten erreicht werden.

Der Wickel wird entweder direkt in den vergleichsweise starren Kunststoffkörper des Tintenspritzkopfes eingegossen, oder er wird, wie im Ausiührungsbeispiel der Fig. 1, an den Stirnflächen und an den Außenflächen von einem elastischen Material, beispielsweise Siliconkautschuk, umhüllt

Zum Anschluß des Wickels an die Betriebsspannung dienen Elektroden, für die mit Vorteil Materialien mit ίο niedrigem EModul, hoher Duktilität sowie hoher elektrischer Leitfähigkeit Verwendung finden.

Mit einem erfindungsgemäß gestalteten Antriebselement, das über eine Breite von etwa 10 mm einen Tintenkanal mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm zylinderförmig umgibt, können bei einer Impulsspannung von 35 V aus einer Auslaßöffnung mit einem Durchmesser von 40 μ Tröpfchen mit einer Geschwindigkeit von 4 m/sec ausgestoßen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuncen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrisches Antriebselement für Schreibdüsen insbesondere in Tintenmosaikschreibeinrichtungen, bei denen eine in einer von dem Antriebselement zylinderförmig umfaßten Kompressionskammer enthaltene Schreibflüssigkeit durch eine steuerbare Veränderung des Raumes der Kompressionskammer tröpfchenförmig ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daßnlsAntriebselement ein aus mehreren Lagen von aneinandergeleglen Folien (9,10) bestehender Wickel (6) vorgesehen ist, und daß mindestens eine der Folien (9) eine beidseitig großflächig kontaktierte Folie aus piezoelektrischem Material ist.

2. Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lag?n des Wickels (6) aus zwei aneinandergelegten beidseitig kontaktierten Foüen (9) aus piezoelektrischem Material bestehen, und daß die Polarisationsrichtung der jeweils aneinanderliegenden Folien entgegengesetzt ist.

3. Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen des Wickels (6) aus einer beidseitig kontaktierten Folie (9) aus piezoelektrischem Material und einer daran angelegten Isolierfolie (10) besteht

4. Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Folie (9) eine Folie aus Polyvenylidendifluorid (PVDF) verwendet wird.

5. Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wickel (6) bildenden Folien (9, 10) mit einem viskosen Klebstoff beschichtet sind.

6. Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel (6) in das die Kompresrionskammer umgebende Gehäuse (1) eingegossen ist.

7. Antriebselement n?.ch einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel (6) an seiner Stirnfläche und an seinen Außenflächen von einem elastischen Material (5) umhüllt ist.

8. Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickel (6) Elektroden (7, 8) zum Anschließen an eine Betriebsspannungsquelle aufweist, und daß das Elektrodenmaterial einen niedrigen EModul und eine hohe Duktilität besitzt.