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Schreibkopf für einen Tintenstrahlschreiber
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Die Erfindung betrifft einen Schreib- oder Druckkopf für einen Tintenstrahlschreiber,
insbesondere für einen Impuls-Tintenstrahlschreiber.
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Tintenstrahlschreiber lassen sich allgemein in einen impulsartig arbeitenden
Typ, der nur bei Bedarf Tintentröpfchen ausstößt, und einen kontinuierlich arbeitenden
Typ, der ständig Tintentröpfchen ausstößt, einteilen. Der kontinuierlich arbeitende
Typ benötigt dabei eine Hochspannungsquelle im Kilovolt-Bereich, um die kontinuierlich
bzw. ständig ausgestoßenen Tintentröpfchen abzulenken. Außerdem wird bei dieser
Konstruktion nicht benötigte Tinte rückgeführt, so daß ein Tintenumwälzmechanismus
einen komplizierten Aufbau besitzt und sich damit auch die Abmessungen des Tintenstrahlschreibers
vergrößern. Im Vergleich zum kontinuierlich arbeitenden Typ kann der Impuls-Tintenstrahlschreiber
kleiner ausgebildet sein und die Tintentröpfchen bei einer niedrigeren Spannung
(von z.B. etwa 100 V) ausstoßen. Außerdem benötigt er keinen Tintenumwälzmechanismus,
weil die Tinte nur dann , wenn sie benötigt wird, (in einem Strahl) ausgestoßen
wird. Infolgedessen können der Tintenzufuhrmechanismus vereinfacht und die Abmessungen
des Tintenstrahlschreibers verkleinert werden.
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Der Impuls-Tintenstrahlschreiber wird jedoch dem kontinuierlich arbeitenden
Typ insofern als unterlegen angesehen, als er geringere Auflösung und Geschwindigkeitsleistung
besitzt. Seine Antriebs- bzw. Ansteuerfrequenz ist allgemein niedriger als beim
kontinuierlich arbeitenden Typ. Aus diesem Grund sind bei diesem Impuls-Tintenstrahlschreiber
mehrere Tintendruckkammern vorgesehen, so daß eine Strahldüse mit Mehrfach-Düsen-(öffnungs)anordnung
realisiert und hierdurch die Schreib-
geschwindigkeit des Tintenstrahlschreibers
erhöht wird.
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Fig. 1 zeigt in Schnittansicht den Aufbau eines bisherigen Schreibkopfes
eines Impuls-Tintenstrahlschreibers mit einer ersten Platte 1, die eine Ausnehmung
la zur Bildung einer Druckkammer (projection chamber) und eine Ausnehmung 1b aufweist,
die eine Düse bildet. Eine zweite Platte 2 als flexible bzw.
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biegsame Wand ist über den Ausnehmungen la und 1b angeordnet und bildet
zusammen mit diesen die Druckkammer 3 bzw. die Düse 5. Über einen Einlaß 2a wird
Tinte in die Druckkammer 3 eingefüllt. Ein mit der zweiten Platte 2 verbundener,
z.B. verklebter piezoelektrischer Kristall 4 verformt die zweite Platte 2 in Abhängigkeit
von einem externen Signal, so daß sich das Volumen der Druckkammer 3 verkleinert
und die Tinte über die Düse 5 ausgestoßen wird. Beim bisherigen Schreibkopf sind
die Ausnehmung la zur Bildung der Druckkammer 3 und die Ausnehmung 1b zur Bildung
der Düse 5, die jeweils unterschiedliche Tiefe besitzen, in der ersten Platte 1
durch Ätzen ausgebildet. Bei der Herstellung der ersten Platte 1 sind daher Maskier-und
Polierarbeiten erforderlich, woduch das Fertigungsverfahren kompliziert wird und
sich die Kosten für den Schreibkopf erhöhen.
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Bevorzugt ist weiterhin die Mehrdüsenanordnung des Mehrdüsen-Schreibkopfes
im Hinblick auf genaue Aufzeichnung, Auflösung usw. als genaue Zickzackanordnung
ausgelegt. Insbesondere bei einer einfachen Konstruktion erweist es sich jedoch
als schwierig, die Düsen in genauer Zickzackanordnung anzuordnen.
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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Schreibkopfes
für einen Tintenstrahlschreiber, der sich leicht formen und wirtschaftlich herstellen
lassen soll.
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Diese Aufgabe wird bei einem Schreibkopf für einen Tintenstrahlschreiber
erfindungsgemäß gelöst durch eine- erste Platte mit einer Ausnehmung zur Bildung
einer Druckkammer (projection chamber) und durch eine der ersten Platte gegenüberstehende
zweite Platte mit einer eine Düse bildenden Ausnehmung.
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Im Zuge der genannten Aufgabe bez-weckt die-Erfindung auch die Schaffung
eines Schreibkopfes, der bèi einfachem Aufbau eine genaue zickzackförmige Anordnung
seiner Tintenstrahl-Düsen aufweisen soll.
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Dies wird bei einem Schreibkopf der anWegébenen Art erreicht durch
eine Grundplatte, auf deren beiden Seiten die Dusen bildende Ausnehmungen in einander
entsprechender Anordnung vorgesehen sind,-und mit die Druckkammern bildenden Ausnehmungen
versehene Seitenplatten, die auf beiden Seiten der Grundplatte so angeordnet sind,
so daß die die Druckkammern bildenden Ausnehmungen unter Zwischenfügung der Grundplatte
auf deren beiden Seiten in zickzackförmig zueinander versetzter Anordnung vorgesehen
sind.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich
zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines bisherigen Schreibkopfes eines Impuls-Tintenstrahlschreibers,
Fig.
2 eine Schnittansicht eines Schreibkopfes mit Merkmalen nach der Erfindung, Fig.
3 eine Aufsicht auf eine erste Platte des Schreibkopfes, Fig. 4 eine Aufsicht auf
die Unterseite einerzweiten Platte, Fig. 5 eine Aufsicht auf die Unterseite einer
zweiten Platte bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 6 eine Aufsicht
auf die Unterseite einer zweiten Platte bei noch einer anderen Ausführungsform der
Erfindung, Fig. 7 eine Schnittansicht eines Schreibkopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 7, Fig. 9 eine Aufsicht
auf die Grundplatte des Schreibkopfes nach Fig. 7 und Fig. 10 eine Aufsicht auf
die Unterseite der Seitenplatte gemäß Fig. 8 Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert
worden.
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Der in Fig. 2 dargestellte Schreibkopf gemäß der Erfindung umfaßt
eine erste Platte 11 und eine dieser gegenüber stehende zweite Platte 12. Gemäß
Fig. 3 ist in der ersten Platte 11 durch Ätzen eine Ausnehmung
lla
zur Bildung einer Druckkammer ausgebildet, wobei der verdünnte Teil der Platte 11
eine flexible bzw, biegsame Wand lib bildet. Gemäß Fig. 4 sind in der zweiten Platte
12 eine Ausnehmung 12a zur Bildung einer Düse sowie ein Tinteneinlaß 12b geformt.
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Die beiden Platten 11 und 12 werden beispielsweise aus einem handelsüblichen
lichtempfindlichen Glas hergestellt (z.B. "Photoceram" der Firma Corning Glass Co.,)
. Wenn auf einer Platte aus diesem Werkstoff ein vorbestimmtes Muster mit Ultraviolettstrahlung
belichtet und "gebrannt" und so dann thermisch entwickelt wird, geht der belichtete
Bereich in einen kristallisierten Zustand über, während der restliche Teil glasartig
bleibt. Die so belichtete und entwickelte Platte aus dem genannten Werkstoff wird
dann in eine Schwefelwasserstofflösung getaucht, in welcher der kristallisierte
Bereich tief geätzt wird. Genauer gesagt: der glasartige Abschnitt Wird durch die
Schwefelwasserstofflösung ebenfalls angeätzt, doch beträgt die Atzgeschwindigkeit
in diesem Abschnitt nur etwa 1/50tel der jenigen im kristallisierten Bereich, so
daß sie praktisch noch nachlässigbar ist. Auf die beschriebene Weise geätztenPlatten
aus dem genannten Werkstoff ("Photoceram") werden sowohl für erste als auch zweite
Platte 11 bzw. 12 verwendet. Die beiden Platten 11 und 12 werden anschließend durch
thermische Verbindung bzw. Verschweißung oder Verschmelzung miteinander verbunden.
Zu diesem Zweck werden die zu verbindenden Flächen mit hohem Genauigkeitsgrad poliert
und in innige gegenseitige Berührung gebracht. Die Verbindungsflächen werden mehrere
Stunden lang bei hoher Temperatur (8000C oder darüber im Fall von "Photoceram")
in diesem Zustand gehalten, um sie sich unter einer zwischen ihnen wirkenden Molekularkraft
miteinander verbinden zu lassen. Nach der Verbindung der Platten 11
und
12 ist zwischen Ihnen eine Druckkammer 13 festgelegt, die über den Tinteneinlaß
12b von einem nicht dargestellten Tintenvorrat her mit Tinte füllbar ist.
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Gemäß Fig. 2 ist mit der flexiblen bzw. biegsamen Wand 11b der ersten
Platte 11 ein piezoelektrischer Kristall 14 als Treiber- bzw. Ansteuermittel verbunden,
beispielsweise verklebt. Der piezoelektrische Kristall 14 wird durch einen nicht
dargestellten Impulsgenerator angesteuert, welcher elektrische Impulse entsprechend
den aufzuzeichnenden Informationen erzeugt. Über eine Düse 15 wird die in der Druckkammer
13 enthaltene Tinte ausgestoßen bzw. ausgespritzt.
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Die Druckkammer 13 und die Düse 15 des Schreibkopfes werden vom Tintenvorrat
her mit Tinte gefüllt. Wenn ein eine einwärts gerichtete Verformung des piezoelektrischen
Kristall 14 hervorrufender elektrischer Impuls angelegt wird, wird die flexible
Wand 11b ebenfalls einwärts verformt bzw. ausgelenkt, so daß sich das Volumen der
Druckkammer 13 schlagartig verkleinert und ein Teil der in Druckkammer 13 befindlichen
Tinte mit hoher Geschwindigkeit in einem Strahl über die Düse 15 ausgestoßen wird.
Der andere Teil der Tinte strömt über den Tinteneinlaß 12b zum Tintenvorrat zurück.
Die über die Düse 15 ausgestoßene Tinte nimmt aufgrund der Oberflächenspannung nach
dem Ausstoßen die Form sphärischer bzw. kugeliger Tröpfchen an. Der Durchmesser
der Tintentröpfchen wird durch den Innendurchmesser der Öffnung am Außenende der
Düse 15, den Spannungspegel des elektrischen Impulses, seine Anstiegszeitkonstante
und seine Impulsbreite bestimmt.
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Nach einer Zeitspanne entsprechender Impulsbreite des elektrischen
Impulses nimmt die Druckkammer 13 wieder ihr ursprüngliches Volumen an , wobei erneut
Tinte vom Tintenvorrat in die Druckkammer 13 angesaugt wird.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform ist gemäß Fig. 4 die Ausnehmung
12a zur Bildung der Düse in der zweiten Platte 12 vorgesehen. In anderer Ausführungsform
kann gemäß der Fig. 5 oder 6 eine die Düse bildende Ausnehmung 12a ohne der Beeinträchtigung
der Leistung des Schreibkopfes auf die dargestellte Weise ausgebildet sein.
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Wie erwähnt, ist erfindungsgemäß .eine die Druckkammer bildende Ausnehmung
in der ersten Platte vorgesehen, während eine die Düse bildende Ausnehmung in der
zweiten Platte ausgebildet ist. Es ist--somit nicht möglich,-zwei verschieden tiefe
Ausnehmungen in derselben Platte mit entsprechenden Maskier una Poli-erarbeiten
auszubilden, so daß die Herstellung des Schreibkopfes vereinfacht wird und seine
Herstellungskosten gesenkt werden können.
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Die in Fig. 7 dargestellte Åusfühtungsform-des-erfindungsgemä ßen
Schrei bkbpfes umfaßt eine Grundplatte 41 sowie auf deren beiden Seiten angeordnete
Seitenplatten 42 und 43. Gemäß Fig. 9- sind auf beiden~Seiten der-Grundplatte 41
durch At;en Ausnehmungen 41a ausgebildet.
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Gemäß Fig. 10 sind in der zweiten Platte 42 Ausnehmungen 42a zur Bildung
der Druckkammer vorgesehen, wobei die verdünnten Abschnitte dieser Platte-als flexible
bzw.
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biegsame Wände 42b dienen. Der Abstand zwischen den Druckkammer-Ausnehmungen
42a ist dabei doppelt so groß wie der Abstand zwischen den die Düsen bildenden Ausnehmungen
41a. Die Seitenplatte 43 besitzt dieselbe Ausbildung wie die Seitenplatte 42. Dies
bedeutet, daß die Seitenplatte 43 mit Ausnehmungen 43a versehen-ist, welche die
Druckkammern bilden und flexible Wände 43b festlegen. Die Länge W1 zwischen der
zweiten Ausnehmung 41a (von oben) und der Oberkante der Seitenplatte 41 gemäß Fig.
9 entspricht dabei der Länge W1 zwischen der gemäß Fig. 10 unteren Ausnehmung 42a
und der Unterkante
der Seitenplatte 42. Die Länge W2 zwischen der
gemäß Fig. 9 unterem Düsen-Ausnehmung 41a und der Unterkante der Seitenplatte 41
entspricht der Länge W2 zwischen der gemäß Fig. 10 oberen Druckkammer-Ausnehmung
42a und der Oberkante der Seitenplatte 42.
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Die Grundplatte 41 und die Seitenplatten 42, 43 werden aus dem selben
lichtempfindlichen Glas ("Photoceram") wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung
hergestellt.
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Die Druckkammern 44 und Düsen 52 des Schreibkopfes mit dem beschriebenen
Aufbau werden mit von einem Tintenvorrat gelieferter Tinte gefüllt. Wenn an einem
piezoelektrischen Kristall 48 oder 49 (Fig. 7 ), z.B. den piezoelektrischen Kristall
49, ein eine Einsatzverformung desselben hervorrufender elektrischer Impuls angelegt
wird, wird die betreffende flexible Wand 43b ebenfalls einwärts verformt bzw. ausgelenkt,
so daß sich das Volumen der Druckkammer 46 schlagartig verkleinert und ein Teil
der darin enthaltenen Tinte mit hoher Geschwindigkeit über die Düse 57 ausgestoßen
wird.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform gemäß der Fig.
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7 bis 10 wird somit als Grundplatte eine Platte aus lichtempfindlichen
Glas verwendet, auf deren beiden Seiten jeweils düsenbildende Ausnehmungen in einander
entsprechender Anordnung vorgesehen sind. Die auf diese Weise mit Düsen-Ausnehmungen
in genauer Anordnung versehene Grundplatte wird so mit den Seitenplatten kombiniert,
daß die Druckkammer-Ausnehmungen der Seitenplatten unter Zwischenfügung der Grundplatte
in einem Zickzackmuster gegeneinander versetzt sind, so daß in einem Zickzackmuster
angeordnete Düsen erhalten werden.
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Erfindungsgemäß kann somit der Schreibkopf auf einfache Weise aus
drei Platten geformt werden, wobei der Teilungsabstand zwischen den einzelnen Düsen
genau festgelegt werden kann.
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