DE3234408C2

DE3234408C2 - Schreibkopf mit piezoelektrischen Antriebselementen für Tintenschreibeinrichtungen

Info

Publication number: DE3234408C2
Application number: DE3234408A
Authority: DE
Inventors: Kurt 8000 München Herzog; Erich Dipl.-Ing. 8014 Neubiberg Kattner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1986-01-09
Also published as: JPS5973965A; EP0103841A3; DE3234408A1; EP0103841A2; US4504845A

Abstract

In einem Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen, bei denen ein tröpfchenweiser Tintenausstoß durch eine steuerbare Verformung piezoelektrischer Antriebselemente (4) bewirkt wird, sind die Tintenkanäle (1) und die ihnen zugeordneten piezoelektrischen Antriebselemente (4) zu einer Piezorohrgruppe zusammengefaßt, die als Einzelteil gefertigt wird; zur Aufnahme der Tintenkanalmündungen (7) ist ein vorderes Gehäuseteil (8) und zur Kontaktierung der piezoelektrischen Antriebselemente (4) ist eine Gehäusekappe (11) vorgesehen; die Gehäusekappe (11) weist Kontaktelemente (12, 13) auf, die beim Aufsetzen der Gehäusekappe (11) federnd an die äußere Mantelfläche der piezoelektrischen Antriebselemente (4) der Piezorohrgruppe anliegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Pa

tentanspruches 1.

Aus der DE-PS 25 43 451 ist ein Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen bekannt, der mehrere Schreibdüsen in Form von Schreibflüssigkeit aufnehmenden Tintenkanälen enthält, die durch Ausformung des Schreibkopfes gebildet sind. Die einzelnen Tintenkanäle verlaufen in Richtung zu einer die Tintenkanäle abschließenden Düsenplatte strahlenförmig aufeinander zu. Piezoelektrische Antriebselemente sind vrn den

ίο Austrittsöffnungen aus gesehen nach hinten versetzt angeordnet und umfassen die Tintenkanäle zylinderförmig. Ein tröpfchenweiser Ausstoß von Schreibflüssigkeit erfolgt durch piezoelektrische Verformung des auf den betreffenden Tintenkanal einwirkenden piezoelekaischen Antriebselementes. Ein solcher Aufbau gestattet es, den Schreibkopf durch Vergießen der Antriebselemente bei gleichzeitiger Ausformung der Tintenkanäle herzustellen. Dabei kann bekanntlich im Bereich des Tintenkanals zwischen diesen und dem ihm zugeordneten piezoelektrischen Antriebselement durch Reduzierung der Wandstärke eine Schutzschicht zwischen dem Tintenkanal und dem Antriebselement gebildet werden (DE-OS 29 30 004). Allerdings ist damit insofern ein erheblicher Aufwand verbunden, als das Gießen des Schreibkopfes im Vakuum stattfinden muß, um die hohen Anforderungen, die vor allem an die Oberfläche des Tintenkanals gestellt werden, voll zu erfüiTen. Weiterhin ist die genaue Einhaltung von vorgegebenen Parametern, wie Mischungsverhältnis und Temperatur der Gießmasse Voraussetzung für einen störungsfreien Einsatz im praktischen Schreibbetrieb. Trotzdem gelingt es nicht immer, eine lunkerfreie Ausbildung der Tintenkanäle zu erreichen. Damit verbundene Rauhigkeit der Oberfläche der Tintenkanäle können zu Störungen im Betrieb führen, da dadurch z. B. die mechanische Kopplung zwischen Piezoelement und Tintenkanal verschlechtert wird, und da sich mitgeführte Lufteiichen in kleinsten Hohlräumen im Tintenkanal ansammeln können. Schließlich ergeben sich auch Probleme hinsichtlich der Kontaktierung der Piezoelemente, da diese bereits vor dem Vergießen des Schreibkopfes vorgenommen werden muß.

Für einen Nadeldruckkopf ist es bekannt (DE-GM 72 27 178), als Führung für die einzelnen Nadeln Führungsrohre vorzusehen, in denen die Nadeln weitgehend berührungsfrei verlaufen. Eine Anwendung dieses Standes der Technik auf die Ausbildung von Tintenkanälen eines Tintenschreibkopfes ist nicht geeignet, die dabei auftretenden Probleme zu lösen. Bei einem Nadeldruckkopf spielt die Ausbildung der Führungsrohre hinsichtlich einer besonders glatten Oberfläche und die Kontaktierung von Antriebselementen, keine entscheidende Rolle.
Schließlich ist es noch bekannt (DE-OS 26 12 614) die Tintenkanäle durch einzelne ineinander steckbare Röhrchen, die diskrete Elemente sind, auszubilden, und diese an der Vorderseile des Schreibkopfes in einem metallischen Halteblock zusammenzuführen. Für den Aufbau eines Schreibkopfes, bei dem die Tintenkanäle durch Ausformung im Schreibkopf gebildet und von röhrenförmigen Piezowandlern umfaßt werden, die jeweils individuell kontaktiert werden müssen, ist dieser Stand der Technik nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen anzugeben, der auf Grund seines Aufbaues eine erheblich einfachere Herstellung ermöglicht, wobei zugleich die für einen guten, d. h. störungsfreien Einsatz geforderte Qualität

hinsichtlich der Ausbildung der Tintenkanäle gewährleistet ist und wobei weiterhin die Kontaktierung der Piezoelemente verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erreichbaren Vorteile bestehen vor allem darin, daß die für einen praktischen Schreibbetrieb maßgebenden Funktionsteile des Schreibkopfes jeweils als Einzelteile gefertigt und z. B. bereits vor der Endmontage sowohl auf ihre mechanischen als auch auf ihre elektrischen Eigenschaften überprüft werden können. Weiterhin ergeben sich bei Anwendung der Erfindung insofern Verbesserungen hinsichtlich der Kontaktierung, als die damit verbundenen Probleme vor allem in bezug auf die Kontaktierung der Innenelektrode der Piezowandler erheblich vereinfacht und die Kontaktierung zugleich sicherer gemacht werden kann. Eine z. B. beim Schreibkopf nach der DE-OS 29 30 004 vorgesehene Drahtwendel zwischen Tintenkanal und Piezowandler ist nicht mehr notwendig. Die Einzelteile lassen sich mit Vorteil kn sog. Spritzgußverfahren unter Verwendung von thermoplastischem Material herstellen, was zu kurzen Formbenutzungszeiten bei geringer Formtemperatur führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dort zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel für einen Schreibkopf mit einer Piezorohrgruppe,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Schreibkopfes nach F i g. 1 und

F i g. 3 ein Beispiel für ein Spritzwerkzeug zur Herstellung einer Piezorohrgruppe.

Fig. 1 zeigt einen Schreibkopf für Tintenschreibeinrichiüügen mit den zürn Verständnis der Erfindung erforderlichen Einzelheiten. Zur Verdeutlichung des Aufbaues ist eine Darstellung gewählt worden, bei der die obere Gehäuseabdeckung entfernt ist. Im Ausführungsbeispiel weist der Schreibkopf sieben Tintenkanäle 1 auf, die strahlenförmig aufeinander zulaufend an einer Düsenplatte 2 enden. Vor dieser befindet sich der Aufzeichnungsträger 3. Jeder Tintenkanal 1 ist an einem von der Düsenplatte 2 entfernten Bereich von einem röhrenförmigen Piezowandler 4 umfaßt. Von dort aus führen die Tintenkanäle 1 weiter zu einem hier nicht dargestellten Tintenversorgungssystem.

Im Ausführungsbeispiel sind die sieben Tintenkanäle 1 in einer Ebene angeordnet, beispielsweise derart, daß die sieben Austrittsöffnungen der einzelnen Tintenkanäle an der Düsenplatte 2 übereinanderliegen. Erfindungsgemäß sind die Tintenkanäle 1 zusammen mit den jedem Tintenkanal zugeordneten Piezowandler 4 zu einer Piezorohrgruppo zusammengefaßt. Die als Einzelteil, vorzugsweise im Spritzgußverfahren aus thermoplastischem Material herstellbare Piezorohrgruppe 'v eist einen Steg 5 und an ihrem vorderen, der Düsenplatte 2 zugewandten Ende eine Halterung 6 zur Aufnahme der Tintenkanäle 7 auf. Das vordere, dem Aufzeichnungsträger 3 zugewandte Ende des Schreibkopfi;s wird durch ein vorderes Gehäuseteil 8 gebildet, das sowohl als Aufnahme für die Halterung dient, als auch die zur Heizung der Düsenplatte 2 erforderlichen Temperaturfühl- und -heizelemente aufweist. Die Piezorohrgruppe wird, was au» F i g. 1 nicht ersichtlich ist, durch eine Gehäuseabdeckung abgedeckt, in der sich auch die K.ontaktelemente für die Abschlüsse der Piezowandler befinden. Einzelheiten hierzu werden im folgenden unter Bezugnahme auf F i g. 2 gegeben.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch den Schreibkopf nach Fig. 1. wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Wandungen 9 der Tintenkanäle 1 einer Piezorohrgruppe sind durch ein thermoplastisches Vergußmaterial gebildet, für das die Anforderungen nach guter Verträglichkeit mit der verwendeten Tinte oder die Forderung nach schwerer

ίο Entflammbarkeit ohne weiteres erfüllt werden können. Die Piezowandler 4 einer Piezorohrgruppe umfassen je einen Tintenkanal 1, wobei zwischen dem Tintenkanal 1 und dem Piezowandler 4 eine Schutzschicht 10 vorgesehen ist, die einen sicheren Schutz sowohl hinsichtlich chemischer Einflüsse als auch hinsichtlich elektrischer Störungen, beispielsweise gegen Kurzschlüsse sicher gewährleistet. Jeder Piezowandler 4 ist auf seiner Außen- und auf seiner Innenmantelfläche mit einer Kontaktschicht überzogen, wobei sich die innere Kontaktschicht auch auf die äußere Mantelfläche erstreckt und eine Kontaktierung von außen möglic'-'it. Dazu sind in der die Piezorohrgruppe abdeckenden Gehäusekappe 11 jeweils Kontaktanschlüsse 12 vorgesehen, die nach außen hin als übliche Anschlußstifte ausgebildet sein können, und die nach innen hin in Kontaktfedern 13 enden. Bei Aufsetzen der Gehäusekappe 11 werden diese an die Elektrodenfläehen der Piezowandler 4 angedrückt und stellen einen sicheren Kontakt zwischen diesen und den außen liegenden Anschlußstiften 12 dar.

Im vorderen Bereich des Schreibkopfe: sind die Tintenkanäle 1 einer Piezorohrgruppe in der Halterung 6 zusammengefaßt. Diese ist entsprechend dem vorderen Gehäuseteil 8 geformt und in dieses einpaßbar.

Das vordere Gehäuseteil 8 enthält weiterhin ein Wärmeleitblech 14, auf das ein Temperaturfühlelement 15, beispielsweise ein Kaltleiter und ein Heizelement 16, beispielsweise ein Heizwiderstand befestigt >st. Die Befestigung kann z. B. durch Auflöten erfolgen. Im Ausführungsbeispiel ist des Wärmeleitblech 14 und das Heizelement 16 in den aus Kunststoff bestehenden vorderen Gehäuseteil 8 eingelegt, das auch die Piezorohrgruppe aufnimmt. Zur Kontaktierung findet vorteilhaft ebenfalls eine Kontaktfeder mit nach außen geführtem Anschlußstift Verwendung. Das vordere Gehäuseteil (8) bildet zugleich auch die Anlagefläche für die Düsenplatte 2.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Wärmeleitblech mit Temperaturfühl- und -heizelement in das vordere Gehäuseteil 8 einzuspritzen, und die Anlagefläche danach z. B. nach der Montage spanend zu bearbeiten, um eine äußerst glatte Anlagefläche für die Düsenplatte zu erhalten. Dabei wird auch das Wärmeleitblech freigelegt, das dann unmittelbar an der Düsenplatte PTÜCgt.

Jede Piezorohrgruppe wird als Ganzes entweder im Spritzgußverfahren i-der im Spritzpreßverfahren hergestellt. Ein ^r;jr die Herstellung nach dem Spritzgußverfahren geeignetes spezielles Werkzeug besteht aus zwei Teilen, die jeweils eine Art Halbschale bilden. Ein Beispiel dafür zeigt F i g. 3. Eine in die beiden zusammengelegten Formteile 17 und 18 eingelegte Kanalnadel 19 entspricht in ihrem Durchmesser dem inneren Durchmesser eines Tintenkanals. Die Wandstärke des Tintenkanals ist durch die Abmessungen der Formteile bestimmt. Zugleich mit der Kanalnadel 19 werden auch die Piezowandler 4 eingelegt. Über die Einfüllöffnung 20 wird dann die Gießmasse eingespritzt. Die Einfüllöffnung 20 ist vorzugsweise etwa in der Mitte jedes Tin-

tenkanals einer Piezorohrgruppe angeordnet, so daß sich für jeden Tintenkanal nach beiden Seiten hin etwa gleich lange Fließwege ergeben. Damit wird die im Spalt zwischen der Kanalnadel 19 und den Wandungen der Formteile 17,18 bewegte Luft beidseitig nach außen gedruckt. Um ein Verbiegen der Kanalnadel 19 während des Spritzvorganges sicher zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, die Tintenkanäle radial von zwei gegenüberliegenden Seiten aus zu spritzen.

Der Zusammenbau des Schreibkopfes erfolgt in der Weise, daß die Piezorohrgruppe mit ihren Kanalmündungen 7 in das vordere Gehäuseteil 8 eingesteckt wird. Dort wird sie geführt und gehalten. Die Abdeckung ist durch die Halterung 6 gewährleistet. Danach werden die Gehäuseabdeckkappen Il aufgesetzt, wobei die Kontaktfedern 13 gegen die Kontaktflächen der Piezowandler 4 angedrückt werden und den elektrischen Kontakt herbteilen. Die gesamte Anordnung kann dann mit einem Gießharz, z. B. einem schnell härtenden KünSiSioif vct'gOSScfi vvciucn. Daitiii lsi ein Mciieief _'ij Schutz gegen Feuchtigkeit, mechanische Beschädigungen usw. gewährleistet.

Die Erfindung wurde anhand eines Beispieles erläutert, bei dem die Tintenkanäle und die Piezowandler in Form einer Piezorohrgruppe in nur einer Ebene ange- >5 ordnet sind. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, in einem Schreibkopf mehrere Piezorohrgruppen vorzusehen, die dann einen sogenannten Mehrreihenschreibkopf bilden.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit im Schreibkopf verlaufenden Tintenkanälen, die an ihrem, dem Schreibbereich zugewandten Ende an einer Düsenplatte enden, und die jeweils über einen Bereich ihrer Länge von einem röhrenförmigen mit Innen- und Außenelektroden versehenen Piezowandler umfaßt sind, wobei zwischen dem Piezowandler und dem Tintenkanal eine Schutzschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Ebene im Schreibkopf verlaufenden Tintenkanäle (1) röhrenförmig ausgebildet und mit ihnen zugeordneten Piezowandlern (4) und Halterungen (Steg 5, Haltekörper 6) zu einem eine Piezorohrgruppe (1,4,5,6) bildendes Bauteil zusammengefaßt sind,

daß jeder Piezowandler (4) einer Piezorohrgruppe (1,4,5,6) teilweise von thermoplastischem Material der Tintenkanäle und Halterungen umgeben und gehalten wird, wobei mindestens ein Teilbereich der äußeren Mantelfläche des Piezowandlers (4) von thermoplastischem Material unbedeckt und frei zugänglich ist, und in diesem Teilbereich die Kontaktanschlüsse für die Innen- und Außenelektrode des Piezowandlers (4) angeordnet stud,
daß die Tintenkanalmündungen (7) der Piezogruppen (1, 4, 5, 6) in einer Halterung (6) verlaufend angeordnet sind und zur Aufnahme der Halterung (6) ein vorderes Gehäuseteil (8) vorgesehen ist, in das die Haltt, ung (6) einsetzbar ist und gehalten wird,

und daß eine Gehäusekapoe (11) vorgesehen ist, die mindestens eine Piezorohrgruppr (1,4,5,6) umfaßt, und die Kontaktelemente (12,13) aufweist, über die eine Kontaktierung mit den frei zugänglichen Bereichen der Piezowandler (4) der Piezorohrgruppe (1, 4,5,6) besteht,

2. Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktanschlüsse für die Innen- und für die Außenelektrode der Piezowandler (4) einer Piezorohrgruppe (1, 4, 5) jeweils an den frei zugänglichen Bereichen der äußeren Mantelfläche des Piezowandlers (4) angeordnet sind, und daß die an der Gehäusekappe (U) angeordneten und nach innen weisenden Kontaktelemente Kontaktfedern (13) sind, die nach Aufsetzen der Gehäusekappe (11) auf die Piezorohrgruppe (1, 4, 5, 6) über außerhalb der Gehäusekappe (11) zugängliche Anschlüsse (12) die elektrische Verbindung zu den Piezowandlern (4) herstellen.

3. Schreibkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Gehäuseteil (8) des Schreibkopfes aus thermoplastischem Material besteht und eine Anlagefläche für die Düsenplatte (2) des Schreibkopfes bildet.

4. Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das vordere Gehäuseteil (8) des Schreibkopfes ein Wärmeleitblech (14) mit auf diesem angeordneten Temperaturfühlelement (15) und -heizelementen (16) eingelegt ist.