DE3113239A1

DE3113239A1 - "verfahren zur herstellung und anordnung eines tintenstrahldruckers"

Info

Publication number: DE3113239A1
Application number: DE19813113239
Authority: DE
Inventors: Peter 2000 Hamburg Flisikowski; Werner 2081 Bönningstedt Jeglinski; Gerardus 5551 Valkenswaard Jelmorini
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1981-04-02
Filing date: 1981-04-02
Publication date: 1982-10-21
Also published as: JPS57174273A; FR2503041A1; GB2096059A; FR2503041B1; GB2096059B; US4434350A

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH ₃ PHD 81-041

"Verfahren zur Herstellung und Anordnung eines Tintenstrahldruckers"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und eine Anordnung für einen Tintenstrahldrucker, dessen Druckkammer in einer Kammerleiste eingeformt und durch eine Metallmembran abgedeckt wird, auf der ein Antriebsb element für die stoßweise Ausführung der Tintentropfen aus einer Düse angeordnet ist.

Ein derartiger Drucker ist aus der DE-OS 28 08 407 bekannt. In einer Kammerleiste ist eine Druckkammer eingearbeitet, die durch eine Metallmembran abgedeckt ist. Oberhalb dieser Membran ist das piezoelektrische Antriebselement angeordnet. Von den elektrischen Zuleitungen zu dem Antriebselement ist eine Zuleitung mit der Metallmembran verbunden. Diese ist daher relativ dick auszuführen. Antriebselement, Membran und Kammerleiste sind durch jeweils eine Klebeschicht miteinander verbunden. Um dabei einerseits eine dauerhafte Verbindung und andererseits einen guten elektrischen Übergang zu erhalten, ist es notwendig, daß die Klebeverbindungen unter relativ hohem Druck und für eins längere Zeit zur Trocknung durchgeführt werden müssen. Die Herstellung eines solchen Tintenstrahldruckers ist daher umständlich und zeitraubend.

Weiterhin ist es bekannt, die Metallmembran auf der Kammerleiste zu verschrauben. Um eine vakuumdichte Verbindung zu erhalten, ist eine Vielzahl von Schrauben erforderlich, insbesondere wenn der Tintenstrahldrucker mehrere Druckkammern und Düsen aufweist. Auch die Herstellung eines solchen Tintenstrahldruckers ist umständlich und zeitraubend. Außerdem ist eine Gewähr für eine

2" N PHD 81-041 vakuumdichte Verbindung nicht garantiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren und eine Anordnung für einen Tinten-Strahldrucker anzugeben, das nicht nur eine einfache und schnelle Verbindung zwischen Metallmembran und Kammerleiste ermöglicht, sondern auch die Bildung der Druckkammer mit ihrem Drosselkanal ohne wesentlichen Zeitaufwand gestattet. Außerdem soll die Vorrichtung, mit der ein solches Herstellungsverfahren durchgeführt werden kann, einfach aufgebaut sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Druckkammer und ein Drosselkanal in der Kammerleiste eingeprägt

1& wird, wobei der Drosselkanal die Druckkammer mit der Zuführleitung für die Tinte verbindet, und daß die Metallmembran durch Energiestrahl-Schweißen vakuumdicht mit der Kammerleiste fest verbunden wird und der Energiestrahl entlang der Ränder von Druckkammer und Drosselkanal geführt wird. Die Vorrichtung hierzu ist derart ausgeführt, daß die Kammerleiste und die Metallmembran in einem Haltewerkstück zueinander positionierbar und gehalten sind, daß das Haltewerkstück mindestens eine der zu schweißenden Kontur entsprechende Öffnung besitzt, entlang deren Seitenkante der Energiestrahl geführt ist.

Zweckmäßig wird als Energiestrahl ein Elektronenstrahl odor oin Laserstrahl verwendet. Dieser kann durch Mikro-M Prozessoren entlang der zu schweißenden Kontur abgelenkt werden.

Ein Prägen der Druckkammer und dessen Drosselkanal, vorzugsweise in einem Arbeitsgang, hat die Vorteile, daß eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden kann, insbesondere wenn mehrere Druckkammern benötigt

PID 81-041

werden, daß die Materialfestigkeit durch Materialverdichtung unter hohem Prägedruck wesentlich verbessert ist und daß keine Zerstörung der Materialfasern auftritt, so daß die Druckkammer korrosionsbeständiger ist.

Durch das verwendete Energiestrahl-Schweißen kann die Zeit zur Verbindung einer Druckkammer und Drosselkanal mit der Metallmembran wesentlich herabgesetzt werden. Versuche haben ergeben, daß die gesamte Schweißnaht um Drosselkanal und Druckkammer in etwa 1 bis 2 Sekunden durchgeführt werden kann. Außerdem wird damit das Material nur einer geringen thermischen Belastung ausgesetzt. Weitere Vorteile sind die hohe Wiederholbarkeit der gleichen Schweißkontur und die Sauberkeit und die eindeutig vakuumdichte Verbindung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Beginn der Schweißnaht so gewählt ist, daß die Zonen der Schweißpunkte, die sich relativ nahe gegenüberliegen, zeitlich weit auseinanderliegend verschweißt werden.

Die Erfindung wird anhand einiger Beispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 einen Schnitt durch den Tintenstrahldrucker mit nur einer Druckkammer gemäß der Erfindung, Fig.2 die Draufsicht der Anordnung nach Fig.1, Fig.3 das Detail X der Fig.1 vergrößert, Fig.4 die Draufsicht eines Tintenstrahldruckers mit sechs Druckkammern,
Fig.5 einen Schnitt eines weiteren Beispieles eines

Tintenstrahldruckers nach der Erfindung, Fig.6 die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens im Schnitt und Fig.7 die Vorrichtung nach Fig.6 in Draufsicht.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Druckkopf eines

PHD 81-041

Tintenstrahldruckers besteht im wesentlichen aus einer Kammerleiste 9» in der die Zuführleitung 5 für die Tinte eingearbeitet ist. Dieser Zuführleitung 5 ist ein Anschlußstutzen 6 zugeordnet. In die Zuführleitung 5 mündet

ii ein Drosselkanal 4, der auf seiner anderen Seite seitlich in eine kegelförmige Druckkammer 2 ausläuft. Im Mittelpunkt dieser Druckkammer 2 ist der Düsenkanal 8 angeordnet. Mit der Kammerleiste 9 ist ein Isolierblock • 10 verklebt, in dem der Düsenkanal 8 bis zur Düse 7 ver-

.10 längert ist. Anstelle dieses Isolierblockes 10 kann auch direkt eine Düsenplatte in an sich bekannter Weise mit der Kammerleiste verbunden werden. Weiterhin ist in der Kammerleiste 9 der elektrische Anschlußstutzen 11 für die elektrische Verbindung zum Antriebselement befestigt. . 15

Die Druckkammer 2 ist durch eine Metallmembran 1 abgedeckt, die über die gesamte Breite der Kammerleiste 9 reicht. Auf ciioaer Metallmembran 1 ist das Antriebselement 3 angeordnet, vorzugsweise geklebt. Das Aufkleben des Antriebselementes hat sich als zweckmäßig erwiesen, da es sich hierbei um ein relativ sprödes Material handelt. Die elektrische Anschlußleitung 13 des Antriebselementes 3 ist mit einem elektrischen Anschlußstutzen 16 verbunden, der in dem Isolierblock 10 befestigt ist.

Die Herstellung dieser Anordnung geschieht in der Weise, daß in der Kammerleiste 9 zunächst die kegelförmige Kammer 2 mit dem Drosselkanal 4 eingeprägt wird und anschließend der Düsenkanal 8 gebohrt wird. Anschließend wird die Metallmembran 1 auf die Kammerleiste 9 aufgelegt und das Ganze in dieser Positionierung in ein Haltewerknüück ?.O eingeführt. Dieses Haltewerkstück 20 enthält Öffnungen 21, deren seitliche Ränder der zu schweißenden Kontur angepaßt sind. Danach wird entlang

^3S dieser Kontur mit Hilfe eines Elektronenstrahles oder Laserstrahles die Schweißnaht angelegt. Die Kontur

ξτ ^τ PHD 81-041

dieser Schweißnaht hat dabei die Form eines Schlüsselloches. Zweckmäßig wird mit der Schweißnaht im Punkt A begonnen und anschließend in Richtung über die Verengung und um die Druckkammer wieder zurück zur Verengung bis zum Ausgangspunkt A verschweißt. Dadurch wird erreicht, daß im Bereich der Verengung der zuerst angelegte Teil der Schweißnaht bereits abgekühlt ist, wenn die andere Seite der Verengung verschweißt wird. Entsprechend der Geometrie der Druckkammer und des Drosselkanales besteht die Schweißnaht T 2 aus den beiden Schweißnahtteilen 14 und 15, die über einen Steg miteinander verbunden sind.

Wie aus Fig.3 ersichtlich, dringt die Schweißnaht 12 nicht tief in die Kammerleiste 9 ein. Außerdem ist infolge der kurzzeitigen thermischen Belastung des Materials die Metallmembran sehr dünn gehalten. Die Stärke der Metallmembran 1 kann bis unter 0,1 mm gewählt werden. Sie ist damit mehr als die Hälfte kleiner als die Dicke des Antriebselementes 3. Außerdem kann die Schweißnaht 12 sehr nahe an den Druckkammerrand gelegt werden.

In Fig.4 ist die Draufsicht eines Tintenstrahldruckers dargestellt, der mit sechs in Reihe angeordneten Druckkammern versehen ist. Dadurch können rasterförmige Zeichen abgedruckt werden. In der Figur ist die Metallmembran nur über zwei Druckkammern auf der linken Seite dargestellt und anschließend abgebrochen.

Eine Variante des Tintenstrahldruckkopfes kann darin bestehen, daß zusätzlich auf der Membran 1 ein Druckring 17, vorzugsweise aus Kupfer aufgelegt ist, der eine zentrale Öffnung 19 besitzt. In dieser Öffnung 19 liegt dann das Antriebselement 3 auf der freiliegenden Membran 1. Druckring 17 und Metallmembran 1 können dann wie vorher beschrieben in einem Arbeitsgang durch Energiestrahlschweißen miteinander verbunden werden. Eine solche An-

j?

Ss PHD 81-041

Ordnung wird zweckmäßig dann angewendet, wenn aus geometrischen Gründen eine Schweißnaht nicht dicht an die Ränder der Druckkammer 2 gelegt werden kann. Da der Druck ring 17 relativ steif ist, kann die angelegte Schweißnaht 18 weiter von der Druckkammer 2 gelegt werden.

In den Figuren 6 und 7 ist eine Vorrichtung dargestellt, in die die Kammerleiste 9 mit der Membran 1 eingelegt wird, um sie mit Hilfe eines Energiestrahles 31 miteinander zu verschweißen. Diese Vorrichtung besteht aus einem Haltewerkstück 20, auf dessen Oberseite ein Boden 22 versenkt angeordnet ist. In diesem Boden 22 sind Öffnungen 21 angeordnet, die die Kontur der jeweiligen Schweißnaht besitzen. Weiterhin enthält das

i'.i Haltewerkstück 20 einen Anschlag 25, ^egen den die Kammerleiste 9 mit Membran 1 nach Einführung durch die Einführöffnung 29 anliegt. Um einen Luftstau dabei zu vermeiden ist eine Lüftung 24 vorgesehen. Auf der Unterseite des Haltewerkstückes 20 ist fest ein Schraubstock 28 angeordnet, in welchem Druckschrauben 27 eingeschraubt sind. Durch Drehen dieser Druckschrauben 27 wird ein Druckstück 26 gegen die Kammerleiste verschoben, die dadurch mit der Membran 1 gegen die Unterseite des Bodens 22 plan angelegt wird.

Durch Vorschieben des Haltewerkstückes 20 in Pfeilrichtung wird dieses so verschoben, daß die Mittellinie derjenigen Öffnung 21, in der der Schweißvorgang durchgeführt werden soll, genau unter der Mittellinie des so Energiestrahles 31 des Energiestrahlerzeugers 30 zu liegen kommt. Durch Ablenkung des Energiestrahles 31 wird dieser entlang der Ränder der betreffenden Öffnung geführt. Die höchste Ablenkung dabei entspricht dem eingezeichneten Winkel <£ .

•Die Führung des Energiestrahles 31 kann prozeßgesteuert

• V.\; ·^:.·.,:··: ί 3ι 13239

■f ³ PI© 81-041

sein. Zweckmäßig wird infolge dieser Ablenkung des Energiestrahles 31 die Seitenwand der auf der Oberseite des Werkstückes 20 angeordneten Öffnung als Schräge ausgebildet. Um eine gute Wärmeableitung zu erhalten, ist das Haltewerkstück 20 aus Kupfer hergestellt. Wesentlich dabei ist jedoch, daß der Boden 22 eine gute Wärmeableitung bewirkt.

Leerseite

Claims

ST PHD 81-041 Patentansprüche

1.J Verfahren zur Herstellung eines ein- odor mehr-

isigen Tintenstrahldruckers, dessen Druckkammer in einer Kammerleiste eingeformt und durch eine Metal!membran abgedeckt wird, auf der ein Antriebselement für die stoßweise Ausführung der Tintentropfen aus einer Düse angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Druckkammer (2) und ein Drosselkanal (4) in der Kammerleiste (9) eingeprägt wird, wobei der Drosselkanal

(4) die Druckkammer (2) mit der Zuführleitung (5) für die Tinte verbindet, und

daß die Metallmembran (1) durch Energiestrahl-Schweißen vakuumdicht mit der Kammerleiste (9) fest verbunden wird und der Energiestrahl entlang der Ränder von Druckkammer

(2) und Drosselkanal (4) geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl programmgesteuert entlang der zu schweißenden Kontur abgelenkt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß als Energiestrahl ein Elektronenstrahl verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Energiestrahl ein Laserstrahl verwendet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerleiste (9) und die Metallmembran (1) in

J^ £ PHD 81-041

einem Haltewerkstück (20) zueinander positionierbar und gehalten sind,

daß das Haltewerkstück (20) mindestens eine der zu schweißenden Kontur entsprechende Öffnung (21) besitzt, b entlang deren Seitenkante der Energiestrahl geführt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltewerkstück (20) aus einem gut wärmeableitenden Material besteht.

7. Nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 4 hergestellter Tintenstrahldrucker, dadurch gekennzeichnet, daß der seitlich in die Druckkammer (2) mündende Drosselkanal (4) dreieckförmigen Querschnitt besitzt.

8. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß oine der beiden elektrischen Anschlußleitungen (11) für dan Antriebselement (3) mit der Kammerleiste (9) ver-N) bunden ist.

9. Tintenstrahldrucker nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet,

daß oberhalb der Metallmembran (1) ein Druckring (17) angeordnet ist, der zusammen mit der Metallmembran (1) auf der Kammerleiste (9) durch Energiestrahl-Schweißen befestigt ist.