DE3609154A1

DE3609154A1 - Piezoelectrically operated print head for ink jet matrix printers

Info

Publication number: DE3609154A1
Application number: DE19863609154
Authority: DE
Inventors: Fred Dipl Ing Johannsen
Original assignee: Olympia AG
Current assignee: AEG Olympia Office GmbH
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1987-09-24

Abstract

Known piezoelectrically operated print heads for ink jet matrix printers consist of a plurality of plates which are firmly connected to one another and in which the ink ducts, the damping members, the compression chambers and the nozzle outlet apertures are formed. In this case, the nozzle outlet apertures consist of two halves which are of mirror-symmetrical design and are formed in the surfaces of two plates to be connected. Since the symmetrically designed halves of these outlet apertures are produced in separate operations and in different plates, it cannot be ruled out during assembly that the two plates will become offset. The nozzle halves arranged offset lead to uneven ink droplet intervals on the recording media. According to the invention, this disadvantage is reliably prevented by means of a centrally arranged nozzle plate (6) in whose opposite outer surfaces (23, 48) there are arranged in each case a row of outlet apertures (2, 22) and the associated ink ducts, recessed in the manner of a groove, and by means of planar cover plates (25, 49) which cover the depressions. As a result, alignment errors during assembly as well as uneven diameters of the outlet apertures (2, 22) are reliably prevented, since the depressions in the outer surfaces (23, 48) of the nozzle plate (6) are produced in one etching operation with the same etching time. The print head according to the invention therefore guarantees even ink droplet intervals in the case of... Original abstract incomplete. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrisch betriebenen Schreib kopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a piezoelectrically operated write head for ink mosaic pens which in the preamble of Claim 1 specified Art.

Ein Tintenstrahl- oder Flüssigkeitsstrahl-Schreibverfahren er möglicht ein Aufzeichnen mit hoher Geschwindigkeit, wobei das beim Schreiben oder Drucken erzeugte Geräusch vernachlässigbar ist, und ermöglicht ein Drucken von Schriftzeichen oder der gleichen auf einem normalen, nicht besonders behandelten Papier. Demzufolge wächst das Interesse am Flüssigkeitsstrahl-Schreib verfahren ständig an.An ink jet or liquid jet writing method enables high-speed recording, with the Noise generated when writing or printing is negligible and enables printing of characters or the same on normal, not specially treated paper. As a result, interest in liquid jet writing is growing proceed constantly.

Die teilweise aus sehr kompakten Einheiten mit im Durchmesser sehr kleinen Tintenkanälen bestehenden Schreibköpfe stellen sehr hohe Anforderungen an die Fertigung. Trotz hoher Genauigkeit in der Fertigung der Einzelteile kann bei ihrem Zusammenbau ein Versatz in den Übergangszonen zwischen Druckkanal und Düsenele ment und/oder zwischen der Platte für die Dämpfung der Flüssig keit und den Kanälen nicht ausgeschlossen werden. Diese Tatsache kann die Tropfenemission erheblich behindern und sogar zum Aus fall des Schreibkopfes führen.The partially made of very compact units with a diameter very small ink channels existing printheads represent very high demands on production. Despite high accuracy in the manufacture of the individual parts can be in their assembly Offset in the transition zones between the pressure channel and the nozzle core ment and / or between the plate for damping the liquid and the channels cannot be excluded. this fact can significantly hinder the drop emission and even to the end case of the print head.

Die obengenannten Probleme treten insbesondere bei Schreibköpfen auf, die aus in Sandwich-Bauweise miteinander verbundenen Plat ten bestehen und zur Erzeugung von feingerasterten Schriftzeichen zwei nebeneinander angeordnete Düsenreihen aufweisen. Hierbei sind die Austrittsöffnungen der beiden Reihen gegeneinander versetzt angeordnet, wie dieses der Fig. 4 zu entnehmen ist. Eine derartige Bauweise weist jedoch zahlreiche Herstellungs risiken auf, die das Schriftbild beeinträchtigen und zu einer hohen Ausschußquote führen können. Einige Fehlerquellen, die bei aus Platten bestehenden Schreibköpfen auftreten, sind in den Fig. 4 bis 8 näher dargestellt. Die Fig. 4 zeigt einen bekannten Schreibkopf 44 mit zwei Düsenreihen, deren Austritts öffnungen 31/32 und 42/43 versetzt angeordnet sind. Diese Dü senaustrittsöffnungen 31/32 und 42/43 sind in den Kontaktflächen 33/34 bzw. 46/47 von Platten 29 und 35 bzw. 38 und 39 als Halb ätzungen eingearbeitet. Von den weiteren Platten des Schreib kopfes 44 sind nur noch die Platten 36 und 37 angedeutet. Da die Düsenplatten 29 und 35 bzw. 38 und 39 fest miteinander ver schweißt sind, können bei fehlerhafter Montage die in den Fi guren 5 bis 8 gezeigten Fehler von Tropfenständen auf dem Auf zeichnungsträger auftreten. Der Fehler "a" gemäß Fig. 4 tritt bei aus zwei Halbätzungen zusammengesetzten Düsen 31/32 auf, wobei ein Versatz der Düsenplatten 29/35 zu einer Verschlech terung des Tropfenstandes gemäß Fig. 5 führt. Ein horizontaler Düsenreihenversatz wird durch die große Anzahl von Einzelplatten erzeugt, da die Einzelplatten Dickentoleranzen haben und somit von Liefercharge zu Liefercharge streuen können. Hierbei tritt der Fehler "b" auf, der dann zu einer Verschlechterung des Tropfenabstandes gemäß Fig. 6 führen kann. Weiterhin wird ein vertikaler Düsenreihenversatz durch Spiel oder Verformungen in den Stiftaufnahmelöchern beim Schweißen der Düsenplatte verur sacht, der zu einem Fehler "c" führt und den Tropfenabstand gemäß Fig. 7 erzeugt. Der Fehler "d" wird durch unterschied liche Düsendurchmesser der Düsenreihen zueinander erzeugt. Die ungleichmäßigen Radien der Halbätzungen werden durch das nicht gleichzeitige Ätzen der vier verschiedenen Düsenplatten 29/35 und 38/39 erzeugt. Die Ätztiefe ist nämlich von Ätzmittelkon zentrationen, der Temperatur und der Zeit abhängig, wodurch Toleranzfehler bei dem Ätzvorgang in den einzelnen Platten nicht zu vermeiden sind. Die unterschiedlich großen Halbkonturen führen zu einem Tropfenstand gemäß Fig. 8.The above-mentioned problems occur in particular in the case of writing heads which consist of plates connected to one another in a sandwich construction and which have two rows of nozzles arranged next to one another in order to produce finely screened characters. Here, the outlet openings of the two rows are arranged offset from one another, as can be seen in FIG. 4. However, such a design has numerous manufacturing risks that affect the typeface and can lead to a high reject rate. Some sources of error that occur when consisting of plates write heads are shown in detail in FIGS. 4 to 8. Fig. 4 shows a known write head 44 with two rows of nozzles, the outlet openings 31/32 and 42/43 are arranged offset. These nozzle outlet openings 31/32 and 42/43 are incorporated in the contact surfaces 33/34 and 46/47 of plates 29 and 35 or 38 and 39 as semi-etchings. Of the other plates of the writing head 44 , only the plates 36 and 37 are indicated. Since the nozzle plates 29 and 35 or 38 and 39 are firmly welded to one another, the errors shown in FIGS. 5 to 8 of droplet levels can occur on the record carrier if the assembly is incorrect. The error "a" according to FIG. 4 occurs with nozzles 31/32 composed of two half-etchings, an offset of the nozzle plates 29/35 leading to a deterioration in the droplet level according to FIG. 5. A horizontal nozzle row offset is created by the large number of individual plates, since the individual plates have thickness tolerances and can therefore scatter from delivery batch to delivery batch. Here, the error "b" occurs, which can then lead to a deterioration in the drop spacing according to FIG. 6. Furthermore, a vertical nozzle row offset is caused by play or deformation in the pin receiving holes when welding the nozzle plate, which leads to an error "c" and generates the drop spacing according to FIG. 7. The error "d" is generated by different nozzle diameters of the nozzle rows to each other. The uneven radii of the half-etchings are created by the non-simultaneous etching of the four different nozzle plates 29/35 and 38/39 . The etching depth depends on the concentration of the etchant, the temperature and the time, which means that tolerance errors during the etching process in the individual plates cannot be avoided. The differently sized half contours lead to a drop level according to FIG. 8.

Die obengenannten Fehler sind bereits im Hundertstel-Millimeter bereich sichtbar und führen in der Kombination häufig zu Aus schuß.
The above-mentioned errors are already visible in the hundredths of a millimeter range and in combination often lead to waste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit mehreren in zwei Reihen angeordneten Austrittsöffnungen von Tin tenkanälen zu schaffen, bei denen die obengenannten Fehler nicht mehr auftreten. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.The invention has for its object a piezoelectric operated print head for ink mosaic writing devices with several tin openings arranged in two rows to create channels where the above errors are not occur more. This object is achieved by the in claim 1 characterized invention solved.

Die erfindungsgemäß hergestellten Düsenplatten gewährleisten einen gleichmäßigen Tropfenabstand bei den auf Aufzeichnungs trägern erzeugten Bildern. Durch die einseitig halbgeätzten Düsen in nur einer der Kontaktflächen von Platten wird das Auftreten des Fehlers "a" sicher vermieden. Da der Düsenreihen abstand durch Ätzen in nur einer Platte bestimmt wird, gibt es keinen durch mehrere unterschiedliche Plattendicken bedingten Fehler "b". Weiterhin ist der vertikale Düsenversatz durch das beidseitige Belichten einer Platte bestimmt und kann den durch Plattenverschiebung bedingten Fehler "c" nicht mehr aufweisen. Da alle Düsen in einem Ätzvorgang in einer Platte erzeugt wer den, gibt es auch keine unterschiedlichen Düsendurchmesser der Düsenreihen zueinander. Der Fehler "d" wird also auch vermieden.Ensure the nozzle plates produced according to the invention an even drop spacing in the on recording generated images. Due to the one-side half-etched That will become nozzles in only one of the contact surfaces of plates The occurrence of the error "a" safely avoided. Because of the rows of nozzles distance is determined by etching in only one plate, there is none due to several different plate thicknesses Error "b". Furthermore, the vertical nozzle offset is caused by the two-sided exposure of a plate determined and can by Disc shift-related error "c" no longer have. Since all nozzles are produced in one plate in one etching process there are no different nozzle diameters Rows of nozzles to each other. The error "d" is also avoided.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im folgenden näher be schrieben. Es zeigenFurther advantageous refinements of the subject matter of the invention can be found in the further subclaims. The invention will be based on an embodiment in the following wrote. Show it

Fig. 1 eine Draufsicht auf alle Tintenkanäle eines Schreibkopfes, Fig. 1 is a plan view of all the ink channels of a recording head,

Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 im Schnitt, Fig. 2 shows a detail from Fig. 1 in section,

Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 2 in Draufsicht, Fig. 3 shows a detail from Fig. 2 in top view,

Fig. 4 einen Teil eines Schreibkopfes mit aus jeweils zwei Halbätzungen bestehenden Düsen, Fig. 4 shows a part of a recording head with each consisting of two Halbätzungen nozzles,

Fig. 5 bis 8 zeigen Tropfenstandbilder. Fig. 5 to 8 show drops still images.

Die Fig. 1 zeigt einen Schreibkopf 1 für Tintenmosaikschreib einrichtungen mit mehreren von Austrittsöffnungen 2 her strah lenförmig geradlinig verlaufenden Tintenkanälen 3, bei denen die in Kompressionskammern 4 enthaltene Schreibflüssigkeit durch piezoelektrische Verformung eines Antriebselementes tropfenför mig aus den Austrittsöffnungen 2 ausgestoßen wird. Der Schreib kopf 1 besteht aus quadratischen Platten und trägt am oberen Rand einen vorspringenden Düsenerker 5 für die Austrittsöffnun gen 2. Die Anzahl dieser Austrittsöffnugnen 2 beträgt gemäß Fig. 1 zwanzig und kann durch weitere Platten auf vierzig erhöht werden. Fig. 1 shows a write head 1 for ink mosaic writing devices with a plurality of outlet openings 2 forth len linear linear ink channels 3 , in which the writing fluid contained in compression chambers 4 is ejected from the outlet openings 2 by piezoelectric deformation of a drive element drip-shaped. The write head 1 consists of square plates and carries a projecting nozzle orifice 5 for the outlet openings gene 2 at the top. The number of these outlet openings 2 is twenty according to FIG. 1 and can be increased to forty by further plates.

Die Tintenkanäle 3 weisen auf der Saugseite der Kompressions kammern 4 als Dioden ausgebildete Dämpfungsglieder 7 auf und stehen mit für mehrere Tintenkanäle 3 gemeinsamen Verteilerkanä len 8, 9 in Fließverbindung. Gemäß Fig. 1 stehen jeweils zehn Tintenkanäle 3 mit einem Verteilerkanal 8, 9 in Fließverbindung.The ink channels 3 have on the suction side of the compression chambers 4 designed as diodes attenuators 7 and are for several ink channels 3 common distributor channels 8 , 9 in flow connection. According to Fig. 1 are each ten ink channels 3 with a distribution channel 8, 9 is in flow communication.

In der Fig. 2 ist ein piezoelektrisch betriebenes Antriebsele ment dargestellt, das einen quadratförmigen Piezokristall 10 aufweist. Dieser Piezokristall 10 ist auf einer elastisch ausge bildeten Membranplatte 11 mittels eines Klebers 12 fest ange ordnet. Außerdem ist der Piezokristall 10 noch mit einer flexib len Leiterplatte 13 mittels eines Klebers 14 befestigt, wobei die Leiterplatte 13 wiederum mit einer Kontaktplatte 15 in Verbindung steht.In FIG. 2, a piezo-electrically operated Antriebsele ment is shown having a square-shaped piezoelectric crystal 10.. This piezo crystal 10 is arranged on an elastically formed membrane plate 11 by means of an adhesive 12 . In addition, the piezo crystal 10 is still attached to a flexible circuit board 13 by means of an adhesive 14 , the circuit board 13 in turn being connected to a contact plate 15 .

Die Kompressionskammern 4 sind in einer Platte 45 eingearbeitet und stehen über Tintenkanäle 17, 18 und 3 mit den Austrittsöff nungen 2 in Fließverbindung. Die Austrittsöffnungen 2 der einen Reihe sind in einer Außenfläche 23 einer mittig angeordneten Düsenplatte 6 einseitig grabenförmig vertieft angeordnet, während die Austrittsöffnungen 22 in der anderen Außenfläche 48 der Düsenplatte 6 entsprechend eingearbeitet sind. Die Außenflächen 23, 48 stehen mit ebenflächig ausgebildeten Abdeckplatten 50 und 51 in festem Kontakt, denen sich weitere z. B. die Tintenzuführ kanäle enthaltene Platten 25, 26, 27 und 28 beiderseits der Düsenplatte 6 symmetrisch anschließen. In einer der Platten 25, 26, 27 und 28 sind die Dämpfungsglieder 7 in bekannter Weise angeordnet. Durch die versetzte Anordnung der Austrittsöffnungen 2, 22 in der Düsenplatte 6 wird die Erzeugung von feingerasteten Schriftzeichen in Schönschriftqualität oder Grafiken ermöglicht. Die einseitig eingearbeiteten Vertiefungen 2, 22 sind in den Außenflächen 23, 48 der Düsenplatte 6 durch Halbätzung erzeugt worden und gewähren die Erzeugung gleichmäßiger Tintentröpfchen abstände. Da die Vertiefungen 2, 22 in den beiden Außenflächen 23, 48 der Düsenplatte 6 in einem gemeinsamen Ätzvorgang her gestellt werden, wird eine gleichmäßige Ätztiefe für alle Aus trittsöffnungen gewährleistet. Da die Ätzzeit hierbei für alle Austrittsöffnungen gleich ist, gibt es keine unterschiedlichen Durchmesser der Austrittsöffnungen in den beiden Düsenreihen zueinander. Verbleibende Fehlerquellen wie Versatz beim Be lichten oder zu langes Ätzen usw. sind an der Düsenplatte meß technisch zu erkennen. Ungeeignete Platten werden gar nicht erst montiert, wodurch nachträglich Ausschußkosten vermieden werden.The compression chambers 4 are incorporated into a plate 45 and are in fluid communication with the outlet openings 2 via ink channels 17 , 18 and 3 . The outlet openings 2 of one row are recessed in a trench-like manner on one side in an outer surface 23 of a centrally arranged nozzle plate 6 , while the outlet openings 22 are correspondingly incorporated in the other outer surface 48 of the nozzle plate 6 . The outer surfaces 23 , 48 are in firm contact with flat cover plates 50 and 51 , which are further z. B. the ink supply channels contained plates 25 , 26 , 27 and 28 on both sides of the nozzle plate 6 connect symmetrically. In one of the plates 25 , 26 , 27 and 28 , the damping members 7 are arranged in a known manner. The staggered arrangement of the outlet openings 2 , 22 in the nozzle plate 6 enables the fine-text characters to be generated in fine text quality or graphics. The recesses 2 , 22 incorporated on one side have been produced in the outer surfaces 23 , 48 of the nozzle plate 6 by half-etching and allow the production of uniform ink droplet distances. Since the depressions 2 , 22 in the two outer surfaces 23 , 48 of the nozzle plate 6 are made in a common etching process, a uniform etching depth is ensured for all the openings. Since the etching time is the same for all outlet openings, there are no different diameters of the outlet openings in the two rows of nozzles. Remaining sources of error such as misalignment during exposure or too long etching etc. can be technically recognized on the nozzle plate. Unsuitable panels are not installed in the first place, which subsequently avoids rejects.

Ein weiterer Vorteil betrifft den Schreibvorgang. Der durch Horizontalantriebsschwingungen verursachte Tropfenversatz ist erfahrungsgemäß geringer, wenn die beiden Düsenreihen wie bei der Erfindung dichter zusammenliegen.Another advantage concerns the writing process. The through Horizontal drive vibrations caused drop offset Experience has shown that it is lower if the two rows of nozzles are the same as for the invention lie closer together.

Durch die symmetrische Ausbildung der Tintenmosaikschreibköpfe beiderseits der Düsenplatten 6 mit den Austrittsöffnungen 2, 22 wird eine kompakte Anordnung von piezoelektrisch betriebenen Schreibköpfen geschaffen.The symmetrical design of the ink mosaic writing heads on both sides of the nozzle plates 6 with the outlet openings 2 , 22 creates a compact arrangement of piezoelectrically operated writing heads.

Claims

1. Piezoelectrically operated writing head for ink mosaic writing devices with several in two rows arranged outlet openings of ink channels, which are in active connection with ink-filled compression chambers, the volume of which can be briefly changed by electromechanical transducer devices for generating individual pressure pulses, the ink channels and / or the Compression chambers are arranged in airtight interconnected plates, characterized by a centrally arranged nozzle plate ( 6 ), in the opposite outer surfaces ( 23 , 48 ) of which a number of outlet openings ( 2 , 22 ) and the associated ink channels are recessed in a trench shape, and by the Ver deep-covering, flat cover plates ( 50 , 51 ), which further, z. B. the ink supply channels contained plates ( 25 , 26 , 27 , 28 ) on both sides of the nozzle plate ( 6 ) connect symmetrically.

2. Print head according to claim 1, characterized in that the outlet openings ( 2 , 22 ) of the tin channels ( 3 ) are arranged offset to one another.

3. Writing head according to claim 1 or 2, characterized in that the recesses ( 2 , 22 ) buried on one side in the outer surfaces ( 23 , 48 ) of the nozzle plate ( 6 ) are etched.

4. write head according to claim 3, characterized in that the recesses ( 2 , 22 ) in the two outer surfaces ( 23 , 48 ) of the nozzle plate ( 6 ) are produced in an etching process.