DE3324043A1

DE3324043A1 - Piezoelektrisches antriebselement fuer tintenmosaikschreibeinrichtung

Info

Publication number: DE3324043A1
Application number: DE19833324043
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 8000 München Humbs; Günter Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Rosenstock
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-07-04
Filing date: 1983-07-04
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE3324043C2

Description

Piezoelektrisches Antriebselement für T intenmosaik-
schreibeinrichtungen Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Antriebselement für die im Schreibkopf einerTintenmosaikschreibeinrichtung verlaufenden Tintenkanäle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE-PS 25 43 451 ist ein Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen bekannt, der mehrere Schreibdüsen in Form von Schreibflüssigkeit aufnehmenden Tintenkanälen enthäit, die durch Ausformung des Schreibkopfes gebildet sind. Die einzelnen Tintenkanäle verlaufen in Richtung zu einer, die Tintenkanäle abschließenden Düsenplatte aufeinander zu. Piezoelektrische Antriebselemente sind vcn den Austrittsöffnungen der Tintenkanäle aus gesehen, im Schreibkopf nach hinten versetzt angeordnet. Sie bestehen aus röhrenförmigen Piezowandlern, die die Tintenkanäle umfassen. Ein tröpfchenweiser Ausstoß von Schreibflüssigkeit erfolgt durch piezoelektrische Verformung des auf den betreffenden Tintenkanal einwirkenden piezoelektrischen Antriebselements. Ein solcher Aufbau gestattet es, den Schreibkopf in einfacher Weise, z.B. durch Vergießen der Antriebselemente bei gleichzeitiger Ausformung der Tintenkanäle mittels eingeführter Nadeln herzustellen.
Dazu werden die mit einer äußeren und mit einer inneren Kontaktschicht versehene Piezoeöhrchen jeweils innen mit einer Kontaktwendel versehen und außen an eine flexible Leiterfolie angeschlossen. Diese vormontierten Röhrchen werden dann mit Hilfe der eingesteckten Nadeln in der Gießformlage fixiert und umgossen. Nach Entfernen der Ne- deln steht ein Gießharzblock zur Verfügung, der nach Montage von Düsenplatte und Tintenversorgungsteil eine sogenannte Düsenbaugruppe bildet.
Dieser Aufwand ist für den Aufbau von Schreibköpfen mit einer relativ kleinen Anzahl von Tintenkanälen und Piezoröhrchen noch tragbar. Für Schreibköpfe, bei denen zur Erhöhung der Auflösung der rasterförmigen Zeichen eine erheblich größere Anzahl von Tintenkanälen und Piezoröhrehen vorgesehen ist, nimmt der Fertigungs- und Montageaufwand ganz erheblich zu. Da in diesem Fall, vor allem dann, wenn die äußeren Abmessungen des Schreibkopfes nicht wesentlich verändert werden, sowohl die Tintenkanäle als auch die Piezoröhrchen erheblich enger benachbart angeordnet sind, treten weiterhin auch Kontaktierungsprobleme und sogenannte Nebensprecheinflüsse auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrisches Antriebselement für die Tintenkanäle eines Tintensehreibkopfes zu schaffen, bei dem zum einen die Konalterung über die äußeren und die inneren Elektroden der Antriebselemente einfach und sicher erfolgt, bei dem zum anderen die störenden Nebensprecheigenschaften verbessert sind, und bei dem schließlich der Montageaufwand durch Zusammenbau einfach aufgebauter Teile reduziert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchesl angegebenen Merkmale.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht in der einfachen Herstellung des die piezoelektrischen Antriebselemente für sämtliche Tinterikanäle enthaltenden Piezoblocks, der als Einzelteil einschließlich der inneren und äußeren Kontaktschichten der Piezoröhrchen erstellt werden kann, sowie darin, daß der Piezoblock erheblich einfacher mit den weiteren Teilen des Schreibkopfes, nämlich mit dem Tintenkanalteil und mit dem Tintenversorgungsteil zusammengebaut werden kann. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, daß die sich über die Stirnflächen des Piezoröhrchens hinaus erstreckende Metallisierung des Piezoblocks nicht nur eine tintendichte Abdichtung gewährleistet, sondern daß damit auch die mechanische Entkopplung verbessert wird und die Nebensprecheinflüsse reduziert werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Schreibkopf einer Tintenmosaikschreibeinrichtung besteht aus einer Düsenplatte 1, aus einem, z.B. aus Gießharz bestehenden Tintenkanalteil 3, der die in Richtung zur Düsenplatte 1 aufeinander zulaufenden Tintenkanäle 2 enthält, aus einer blockförmigen piezokeramischen Einheit 4, die im folgenden als Piezoblock bezeichnet wird, und aus einem Tintenversorgungsteil 5. Der Piezoblock 4 weist einen plattenförmigen Basisteil 6 auf, aus dem die röhrenförmigen Erhebungen 7 herausragen. Diese bilden die eigentlichen Antriebselemente und werden im folgenden als Piezoröhrchen bezeichnet. Über den Basisteil 6 sind sämtliche Piezoröhrchen 7 auf der einen Seite des Piezoblocks miteinander verbunden. Der Piezoblock 4 ist auf der einen Seite, auf der dieser an dem die Tintenkanäle 2 enthaltenden Tintenkanalteil 3 anliegt, mit einer Kontaktschicht 8 versehen, die sich zugleich auch in das Innere der Piezoröhrchen erstreckt und die Innenelektrode jedes Piezoröhrchens 7 bildet. Da der Piezoblock 6 als ein Einzelteil erstellt werden kann, kann das Aufbringen der Kon- taktschicht 8 ohne besondere Probleme durchgeführt werden. Somit steht ein für sämtliche Piezoröhrchen 7 gemeinsamer, d.h. ein an ein Bezugspotential anschließbarer gemeinsamer Innenelektrodenanschluß 12 zur Verfügung.
Die äußeren Mantelflächen der Piezoröhrchen sind ebenfalls mit einer Kontaktschicht 9 versehen. Diese äußere Kontaktschicht 9 ist für jedes Piezoröhrchen 7 individuell vorgesehen. Das Aufbringen der äußeren Kontaktschicht 9 kann entweder zusammen mit dem Aufbringen der inneren Kontaktschicht 3 oder in einem davon getrennten Arbeitsgang erfolgen. Die für einen individuellen Tröefchenausstoß aus den Austrittsöffnungen der einzelnen Tintenkanäle 2 über die Düsenöffnungen der Düsenplatte 1 erforderliche individuelle Ansteuerung der Piezoröhrchen 7 wird dadurch erreicht, daß die äußeren Kontaktschichten 9, z.B. über eine Leiterplatte 10 und deren Leiterbahnen 11 kontaktiert sind. Entsprechend der Anzahl der Tintenkanäle und damit entsprechend der Anzahl der Piezeröhrchen, ist die Leiterplatte 10 mit einer entsprechenden Anzahl von Anschlüssen 13 vorgesehen.
Die Wirkungsweise entspricht dem an sich bekannten Verfahren für derartige Tintenmosaikschreibeinrichtungen, auf das im folgenden nur kurz eingegangen wird. Durch einen, von einer hier nicht dargestellten Ansteuerschaltung abgegebenen Ansteuerimpuls, werden über die Anschlüsse 13 diejenigen Piezoröhrchen 7, die den für einen Tröp fchenausstoß vorgesehenen Tintenkanälen 2 zugeordnet s nd, in einen erweiterten Zustand versetzt. Anschließend wird eine Verengung oder Kontraktion der vorher in den erweiterten Zustand versetzten Piezoröhrchen 7 bewirkt.
Aus den Düsenöffnungen der Düsenplatte 1 wird als Folge davon ein Tröpfchen ausgestoßen.
Der Aufbau der Antriebselemente in Form eines Piezoblocks bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, den Schreibkopf in einer aufwandsarmen Weise aufzubauen. iur Erläuterung wird wiederum auf das Ausführungsbeispiel verwiesen. Der Piezoblock 4, der sämtliche Antriebselemente eines Schreibkopfes, d.h. sämtliche Piezoröhrchen 7 umfaßt, bildet ein eigenes getrennt herstellbares Bauteil, das nach Aufbringen der Kontaktschicht 8 und 9 und nach Kontaktierung mit der Leiterplatte 10, 11 mit dem die Tintenkanäle 2 enthaltenden Tintenkanalteil 3 einer seits und mit dem Tintenversorgungsteil 5 andererseits zusammengeführt wird. Die völlig plane, durch die Kontaktschicht 8 gebildete metallisierte Fläche des Piezoblocks 4 bietet nicht nur eine sehr gute Dichtung an der Verbindungsstele, sondern reduziert auch die Beeinflussung benachbarter Tintenkanäle, verbessert also das Nebensprechen ganz erheblich. Das ermöglicht es, die Piezoröhrchen, und damit auch die einzelnen Tintenkanäle enger nebeneinander anzuordnen. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung geschaffen, einen Tintenschreibkopf mit engerer Teilung der Austrittsdüsen aufzubauen.
Unter normalen Umständen reicht die, z.B. durch eine mechanische Klemmverbindung erzeugte Andruckkraft, zwischen dem Piezoblock 4 und dem Tintenblock 3 bzw. dem Versorgungsteil5 aus, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu schaffen. Bedarfsweise kann die metallisierte Fläche des Piezoblocks 4 abgeschliffen werden, bzw. es kann eine zusätzliche Dichtfläche eingelegt werden, ohne daß die vorher beschriebenen Vorteile beeinträchtigt werden.
zur Kontaktierung ist im Ausführungsbeispiel eine Leiterplatte vorgesehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur Kontaktierung auch eine metallisierte Keramikplatte oder eine Reihe federnder Metallkontakte zu verwenden.
Fig. 2 zeigt einen Piezoblock 4 im Detail. Dieser besteht aus dem plattenförmigen Basisteil 6, aus dem sich die eigentlichen Antriebselemente in Form der Piezoröhrchen 7 erheben. Zentrische, diese Erhebungen und den Basisteil 6 durchdringende Bohrungen, bilden die Öffnungen 14 der Piezoröhrchen 7. Auf der für alle Piezoröhrchen 7 gemeinsamen Fläche des Piezoblocks, wird die metallische Kontaktschicht 8 aufgebracht, wobei sich die Metallbeschichtung auch auf die Innenwandung der Öffnungen 14 erstreckt. Diese bildet also für alle Piezoröhrchen 7 eine gemeinsame Innenelektrode. Entweder gleichzeitig mit der Metallbeschichtung der gemeinsamen Fläche, oder anschließend daran, werden die äußeren Mantelflächen der Piezoröhrchen 7 ebenfalls mit einer Metallschicht 9 versehen, wobei diese Beschichtung zwischen den einzelnen Piezoröhrchen 7 unterbrochen ist. Die Metallbeschichtung 9 bildet die äußeren Elektroden, über die jedes Piezoröhrchen individuell ansteuerbar ist. Durch eine anschließende Bearbeitung der beidseitigen Oberflächen, können sehr plane Flächen erzeugtwerden, wodurch, worauf bereits hingewiesen wurde, eine sehr sichere flüssigkeitadichte Abdichtung nach dem Zusammenbau mit den weiteren Teilen des Schreibkopfes gewährleistet ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Piezoblock derart gestaltet sein, daß sich die Kontaktschicht 8, die die Innenelektrode der Piezoröhrchen 7 bildet, auf beiden Seiten über die Stirnflächen der Piezoröhrchen 7 hinaus erstreckt. Damit steht auf beiden Seiten des Piezoblocks 4 eine sehr glatte und plane Metallfläche.zur Verfügung, die auch auf der Seite, auf der der Piezoblock 4 an dem Tintenversorgungsteil 5 anliegt, eine tintendichte Verbindung geerährleistet, ohne besondere Dichtungseiemente verwenden zu müssen.
Wie anhand von Fig. 1 beschrieben, weisen die äußeren Mantelflächen der Piezoröhrchen 7 Kontaktschichten 9 auf, die jeweils zwischen den einzelnen Piezoröhrchen 7 unterbrochen sind, und über die eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Piezoröhrchen 7 erfolgt. Zur Kontaktierung der äußeren Kontaktschichten 9 kann wiederum eine Leiterplatte, eine metallisierte Keramikplatte oder eine Reihe federnder Metallkontakte vorgesehen sein.
7 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche 1 Piezoelektrisches Antriebselement für die, im Schreibeiner Tintenmosaikschreibeinrichtung verlaufenden Tintenkanäle, die an ihren, der Schreibstelle zugewandten Enden mit einer Düsenplatte abgeschlossen sind, und die am der Düsenplatte abgewandten Ende jeweils von einem röhrenförmigen, piezoelektrischen Antriebselement umfaßt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sämtliche röhrenförmige piezoelektrischen Antriebselemente (7) Bestandteil eines aus piezoelektrischem Material bestehenden Piezoblocks (4) sind, daß sämtliche piezoelektrischen Antriebselemente (7) über einen plattenförmigen Basisteil (6) des Piezoblocks mindestens an einer Seite miteinander verbunden sind, daß der plattenförmige Basisteil (6) eine metallische Kontaktschicht (8) aufweist, die zugleich auch die inere Kontaktschicht sämtlicher piezoelektrischen Antriebselemente (7) bildet, und daß jedes piezoelektrische Antriebselement (7) mit einer individuellen, äußeren Kontaktschicht (9) versehen ist.
2. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Piezoblock (4) nur auf der, dem Tintenkanalteil(3) zugewandten Seite einen plattenförmigen Basisteil (6) aufweist, und daß die metallische Kontaktschicht (8) des plattenförmigen Basisteils (6) eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Piezoblock (4) und dem Tintenkanalteil (3) bildet.
3. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die metallische Kontaktschicht (8) des plattenförmigen Basisteiles (6) beidseitig über die Stirnflächen der Piezoröhrchen (7) erstreckt und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Piezoblock (4) und dem Tintenkanal (3) einerseits und dem Piezoblock (4) und dem Tintenversorgungstgeil (5) andererseits bildet.
4. Piezoelektrisches Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die metallische Kontaktschicht (8) mit einem für alle Piezoröhrchen 87) gemeinsamen Anschluß (12) verbunden ist, und die äußeren Kontaktschichten (9) der Piezoröhrchen (7) Jeweils mit individuellen Anschlüssen (13) verbunden sind.
5. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Kontaktierung zwischen den individuellen Anschlüssen (13) und den äußeren Kontaktschichten (9) der Piezoröhrchen (7) eine Leiterplatte (10,11) vorgesehen ist.
Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 4, d 5 d u r c h 9 e k e n n z e i c h n e t , daß zur Kontaktierung zwischen den individuellen Anschlüssen (13) und den äußeren Kontaktschichten (9) der Piezoröhrchen 7j eine metallisierte Keramikplatte vorgesehen ist.
7. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daSj zur Kontaktierung zwischen den individuellen Anschlüssen (13) und den äußeren Kontaktschichten (9) der Piezoröhrchen (7) federnde Kontaktelemente vorgesehen sind.