DE3712891A1 - Planartintendruckkopf im dual-inline-gehaeuse - Google Patents
Planartintendruckkopf im dual-inline-gehaeuseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Tintendruckkopf für eine Tinten
druckeinrichtung und einem Verfahren zu dessen Herstellung ge
mäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 11.
Tintendruckeinrichtungen mit piezoelektrisch angetriebenen An
triebselementen sind allgemein bekannt und mit Erfolg zur An
wendung gelangt. So wird in der DE-OS 32 42 283 ein mehrschich
tig aufgebauter Tintenstrahldruckkopf beschrieben, der unter
anderem eine Kammerleiste aufweist, in der ein Zuführkanal für
die Tinte und die Druckkammern der Antriebselemente eingearbei
tet sind. Weiters weist die Kammerleiste einen Anschlußstutzen
für die Tintenversorgung auf. Die Düsenkanäle selbst werden
durch einen eigenen Grundkörper des Tintenstrahldruckkopfes ge
führt und münden am anderen Ende des Grundkörpers in dicht ne
beneinander angeordnete Düsen einer Düsenplatte. Die Düsenplat
te selbst wird über eine Spannfeder gegen den Grundkörper ge
drückt.
Die Seite der Kammerleiste in die die Druckkammern und die Dü
senkanäle eingestanzt sind, ist durch eine Metallmembran abge
deckt die über die gesamte Breite der Kammerleiste reicht. Die
Metallmembran dient zur Aufnahme der Antriebselemente, die aus
Piezoblättchen bestehen.
Die Herstellung der Kammerleiste und die Verbindung mit der Me
tallmembran geschieht in der Weise, daß in der Kammerleiste zu
nächst die kegelförmigen Kammern und Drosselkanäle eingeprägt
und anschließend die Düsenkanäle gebohrt werden. Verbunden wer
den die Metallmembran und die Kammerleiste dann durch Diffu
sionsschweißen.
Durch die Vielzahl der erforderlichen Arbeitsgänge ist ein der
artig aufgebauter Tintenschreibkopf schwer herzustellen. Außer
dem wirkt sich die Länge der Düsenkanäle und ihr Verlauf inner
halb eines klobig aufgebauten Grundkörpers nachteilig auf die
Schriftqualität bzw. den Wirkungsgrad der piezoelektrischen An
triebselemente aus.
Mehrschichtig aufgebaute Tintendruckköpfe in Planartechnik sind
weiterhin aus der DE-OS 36 12 846 bekannt. Der Druckkopf selbst
besteht dabei aus mehreren plattenförmigen Elementen aus nicht
rostendem Metall z.B. Stahl oder dergleichen, die miteinander
verschweißt sind. Innerhalb des Druckkopfes befinden sich durch
Ätzung der einzelnen plattenförmigen Elemente erzeugte Tinten
kanäle und durch entsprechende Ätzung erzeugte Druckkammern. In
der Tintendruckeinrichtung ist der Tintendruckkopf unmittelbar
auf einem Wagen montiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tintendruckkopf der ein
gangs genannten Art so auszugestalten, daß er einerseits in
einfacher Weise vollautomatisch hergestellt und kontaktiert
werden kann, andererseits eine leichte Befestigung in der Tin
tendruckeinrichtung möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Tintendruckkopf der eingangs ge
nannten Art gemäß dem kennzeichnenden Teil des ersten Patentan
spruches gelöst. Ein Verfahren zum Herstellen des Tintendruck
kopfes ist durch den Anspruch 11 gekennzeichnet.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet.
Gemäß der Erfindung besteht der Tintendruckkopf aus einem Sand
wich-Tintenkopf aus einzelnen übereinander angeordneten, Tin
tenkanäle, Antriebselemente, Druckkammern und dergleichen auf
nehmenden Platten die untereinander fest verbunden sind und ei
nem den Sandwich-Tintenkopf aufnehmenden als Dual-INLINE-Gehäu
se ausgebildeten Steckgehäuse mit Anschlußbeinen. Eine Öffnung
im Steckgehäuse ermöglicht den Zugang zu dem Sandwich-Tinten
kopf, um den Sandwich-Tintenkopf elektrisch abgleichen und kon
taktieren zu können. Diese Kontaktierungs- und Abgleichöffnung
wird nach dem Abgleich tintendicht verschlossen. Weiterhin
weist der Tintendruckkopf eine Tintenanschlußöffnung zur Zufüh
rung der Schreibflüssigkeit auf.
Ein so aufgebauter Tintendruckkopf läßt sich automatisch her
stellen und ermöglicht es außerdem, den Druckkopf über die An
schlußbeine des Steckgehäuses in einer entsprechenden Steck-
oder Löthalterung anzuordnen, die ein leichtes Auswechseln des
Druckkopfes im Servicefalle ermöglicht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in
jedem Antriebselement des Sandwich-Tintenkopfes ein elektri
sches Abgleichelement zugeordnet, wobei die Abgleichelemente
aus laserabgleichfähigen Widerständen bestehen, die im Sand
wich-Tintenkopf auf einer Platte integriert angeordnet sind.
Weiterhin kann der Sandwich-Tintenkopf Elemente zur Tintenhei
zung aufweisen.
Da die erforderlichen Abgleichwiderstände auf dem Sandwich-Tin
tenkopf angeordnet sind und automatisch über Laser abgeglichen
werden können, ist beim Druckkopfwechsel kein weiterer Abgleich
des Tintendruckkopfes über eine besondere Abgleichbaugruppe
notwendig.
Der Tintendruckkopf selbst ist dabei so aufgebaut, daß er die
notwendige Stabilität hat, um evtl. vor dem Druckkopf angeord
nete Reinigungs- und Dichtstationen aufzunehmen.
Am Steckgehäuse seitlich angeordnete, das Steckgehäuse überra
gende Leisten verhindern ein Verschmutzen der Anschlußbeine
durch Tinte, außerdem sorgt eine an Oberseite des Steckgehäuses
ausgebildete Tropfkanne für eine sichere Ableitung der Über
schußtinte. Ein federnder Adapteranschluß, der sich beim Einbau
des Tintendruckkopfes an die Tintenzuführöffnung legt, sorgt
für eine einfache Koppelung des Tintendruckkopfes mit dem Tin
tenversorgungssystem.
Hergestellt wird der Tintendruckkopf in einfacher Weise da
durch, daß zunächst der Sandwich-Tintenkopf in Planartechnik
hergestellt wird, dann der Sandwich-Tintenkopf in dem Steckge
häuse selbst in Schweiß- oder Spritztechnik befestigt wird und
dann die elektrischen Kontakte zwischen dem Sandwich-Tintenkopf
und den Anschlußbeinen über Bondierautomaten geschlossen wer
den. Nach der mechanischen Herstellung und Füllung des Tinten
druckkopfes erfolgt während eines Probedruckbetriebes ein elek
trischer Abgleich der jedem einzelnen Antriebselement zugeord
neten Vorwiderstände über Laser. Nach Schließen der Kontaktier-
und Abgleichöffnung, z.B. durch Ultraschallschweißen oder Kle
ben ist der Tintendruckkopf betriebsbereit und kann in eine
entsprechende Steckerleiste oder einer anderen Aufnahmevorrich
tung des Druckerwagens befestigt werden.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen darge
stellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrie
ben. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaues des Sandwich-
Kopfes,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Tintendruckkopfes in
Arbeitslage mit angeschlossenem Tintenadapter,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Tintendruckkopfes mit
offenem Gehäuse von unten,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Tintendruckkopfes von
oben und
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung des Tintendruck
kopfes.
In einer hier nicht im einzelnen dargestellten Tintendruckein
richtung ist auf einem Schreibwagen ein Tintendruckkopf ange
ordnet, der im Schreibbetrieb zeilenweise entlang von einem
Aufzeichnungsträger geführt wird. Der Tintenschreibkopf enthält
einen in Planartechnik aufgebauten Sandwich-Tintenkopf der in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 aus fünf Me
tallplatten zusammengesetzt ist. Die eine Begrenzungsseite des
Sandwich-Tintenkopfes bildet eine Membranplatte 15 aus Nickel
von einer Plattenstärke von 0,03 mm auf der entsprechend der
Anzahl der Düsen (in diesem Falle 24) Piezoplättchen 14 von ei
nem Durchmesser von ca. 1 mm als Antriebselemente für die
Druckkammern angeordnet sind.
An die Membranplatte schließt sich eine Druckkammerplatte 16
an, die ebenfalls aus Nickel hergestellt ist und die eine Stär
ke von 0,2 mm entsprechend der gewünschten Höhe der Druckkam
mern aufweist. In der Druckkammerplatte 16 befinden sich sämt
liche Druckkammern 17 des Sandwichkopfes sowie Zuleitungsstruk
turen 18 für die Tintenversorgung. An die Druckkammerplatte 16
wiederum schließt sich eine Abdeckplatte 19 von einer Stärke
von etwa 0,1 mm an, die die Mündungsbereiche des Düsenkanales
20 und des Tintenzuführungskanales 21 jeder Druckkammer 17 ent
halten, weiters Ausnehmungen 22 die Bestandteile der Tintenzu
führung sind.
In der folgenden Drosselplatte 23 von einer Stärke von 0,1 mm
sind Drosselstrecken 24 mit spaltenförmigem Querschnitt in Form
von Schlitzen angeordnet und Ausnehmungen 25 als Bestandteile
der Tintenzuführung. Abgeschlossen wird der Sandwich-Tintenkopf
durch eine Düsenplatte 26 (Stärke 0,1 mm) die ebenfalls aus
Nickel hergestellt ist und auf der die Düsenöffnungen 27 in ei
ner der gewünschten Auflösung entsprechenden Konfiguration an
geordnet sind. Damit ergibt sich der durch einen Pfeil 51 ge
kennzeichnete Tintenfluß im Kopf und zwar ausgehend von der
Tintenzuführöffnung 44 bis zur Düsenplatte 26.
Nach dem Herstellen der einzelnen Metallplatten durch Ätzen,
Stanzen oder Galvanoplastisch werden die Metallplatten überein
andergeschichtet und durch Diffusionsschweißen miteinander ver
bunden. Zu diesem Zwecke werden die Platten aufeinandergedrückt
und so unter Schutzgas oder Vakuum einer erhöhten Temperatur
ausgesetzt. Temperatur und Haltezeit ist dabei vom jeweiligen
Werkstoff der Düsenplatten abhängig.
Das Diffusionsschweißen ist bei der Herstellung von Tinten
druckköpfen von Vorteil, weil eine flächige metallische Verbin
dung hergestellt wird und keine Veränderungen der Kanalstruktur
durch überschüssiges Lot oder Kleber auftritt. Außerdem ergibt
sich damit ein hitzebeständiger Aufbau und für den Kopf kann
einheitliches Metall verwendet werden. Um eine leichte Herstel
lung der Strukturen zu ermöglichen, ist es von Vorteil die
Platten aus gut ätzbarem Werkstoff wie Neusilber herzustellen,
sie zur Erzielung einer guten Schweißverbindung jedoch zu ver
silbern und diese versilberten Teile in Verbund mit Nickeltei
len zu verschweißen.
Diffusionsschweißen ist möglich bei Temperaturen zwischen
40 und 90% der absoluten Schmelztemperatur des Teilewerkstof
fes. Um eine für Diffusionsschweißen günstige Materialpaarung
mit Silber zu erreichen, genügt es unter anderem beim Schicht
aufbau mindestens jede zweite Platte zu versilbern.
Nach der Herstellung dieses - im folgenden als Sandwich-Tinten
kopf bezeichneten - Kopfes die vollautomatisch erfolgen kann,
werden - wenn nicht schon bereits vorher geschehen - die Piezo
plättchen 14 auf der Membranplatte 15 aufgeklebt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 5 weist
der Sandwich-Tintenkopf auf der Membranplatte 15 ein Wider
standsarray 30 auf. Dieses Widerstandsarray 27 besteht aus ei
ner Vielzahl von integrierten Einzelwiderständen 31, die im
eingebauten Zustand in Reihe mit den Piezoplättchen 14 geschal
tet sind und als Abgleichwiderstände für die Piezoplättchen 14
dienen.
Zusätzlich befindet sich auf der Membranplatte ein Heizelement
32, das dazu dient, den Sandwich-Tintenkopf und damit die Tinte
im Sandwich-Tintenkopf auf einer definierten gleichmäßigen
Temperatur zu halten. Das Widerstandsarray 30 und das Heizele
ment 32 kann entweder galvanoplastisch auf der Metallplatte
ausgebildet und angeordnet sein oder aber sie werden gesondert
hergestellt und auf der Metallplatte aufgeklebt bzw. durch Dif
fusionsschweißen mit der Metallplatte verbunden. Auf jeden Fall
ist das Widerstandsarray so ausgebildet und aus einem derarti
gen Material aufgebaut, daß es mit Hilfe eines Laserstrahles
abgeglichen, d.h. die Einzelwiderstände 31 in ihrem Wert verän
dert werden können. Dies geschieht im allgemeinen dadurch, daß
ein Laserstrahl die einzelnen Widerstände 31 anschneidet und
dadurch den Materialquerschnitt und damit den Widerstand verän
dert.
Der so automatisch hergestellte Sandwich-Tintenkopf einschließ
lich Widerstandsarray 30 und evtl. Heizelement 32 wird nun in
einem sogenannten in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Dual-INLINE-
Gehäuse vergossen. Als Dual-INLINE-Gehäuse werden Steckgehäuse
bezeichnet, die entsprechend DIN 41866 aufgebaut sind und aus
Kunststoff bestehen. Sie enthalten eine Anzahl von Anschluß
beinchen 33, die zwischen einem Ober- und Unterteil des aus
Kunststoff gespritzten Steckgehäuses angeordnet sind. Die An
schlußbeinchen 33 sind dabei in zwei Reihen angeordnet und ste
hen sich im Gehäuse mit ihren Anschlußfahnen gegenüber. Es ist
auch möglich, die Anschlußbeinchen einseitig anzuordnen, so daß
der Tintekopf seitlich oder nach unten gesteckt werden kann.
Das Steckgehäuse weist an seiner Oberseite eine Aufnahmeöffnung
35 zur Aufnahme des Sandwich-Tintenkopfes auf und eine Kontak
tierungs- und Abgleichöffnung 36 an seiner Unterseite, die über
einen Deckel 37 verschlossen werden kann.
An den Rändern der Oberseite des Steckgehäuses sind Leisten 38
ausgebildet, die den eigentlichen Körper des Steckgehäuses
seitlich überragen und die verhindern, daß aus dem Sandwich-
Tintenkopf über die Düsen austretende Überschußtinte die An
schlußbeinchen 33 verschmutzt. Das Oberteil 39 des Steckgehäu
ses selbst weist an seiner Unterseite eine dreieckig ausgebil
dete Tropfkante 40 auf, die den Körper 34 des Steckgehäuses
überragt und die Überschußtinte 41 einer hier nicht dargestell
ten Auffangvorrichtung zuleitet.
Hergestellt wird der ganze Tintendruckkopf derart, daß der vor
gefertigte Sandwich-Tintenkopf in die Aufnahmeöffnung 35 einge
bracht und dort z.B. durch Ultraschall verschweißt wird.
Es ist jedoch auch möglich, den Sandwich-Tintenkopf unmittelbar
in das Steckgehäuse einzuspritzen.
In der in der Fig. 5 dargestellten Einbaulage sind das Wider
standsarray 30 und die Heizelemente 32 bzw. die Piezoplättchen
15 über die Kontaktierungs- und Abgleichöffnung 36 zugänglich.
Zum Schließen der Kontakte wird der im Steckergehäuse befestig
te Sandwich-Tintenkopf einer vollautomatischen Bondiereinrich
tung zugeführt, die in bekannter Weise die Anschlüsse des Sand
wich-Tintenkopfes einschließlich Heizelementen und Widerstands
array 30 mit den entsprechenden Anschlüssen der Anschlußbein
chen 33 mit entsprechenden Bonddrähten 42 verbindet.
Danach wird der Tintendruckkopf in einen hier nicht dargestell
ten Abgleichautomaten eingebracht, der den Tintendruckkopf mit
Tinte füllt und über Laser die Einzelwiderstände 31 derart ab
gleicht, daß sich eine einheitliche Fluggeschwindigkeit der
ausgestoßenen Tintentröpfchen einstellt.
Anschließend werden die Kontaktierungs- und Dichtungsöffnung 36
tintendicht verschlossen und zwar durch Einschweißen (Ultra
schall) des Deckels 37.
Der so fertiggestellte Tintendruckkopf kann nun in einfacher
Weise entsprechend der Darstellung der Fig. 2 in einer auf dem
Wagen der Tintendruckeinrichtung angeordneten Haltevorrichtung
43 in Form von z.B. einer Fassung oder einer Leiterplatte mit
entsprechenden Öffnungen verrastet oder verlötet werden. Dabei
wird gleichzeitig über die Tintenanschlußöffnung 44 der Tinten
druckkopf mit dem Tintenversorgungssystem der Tintendruckein
richtung verbunden. Zu diesem Zwecke ist an dem Druckerwagen
ein federnder Tintenadapter 45 angeordnet, der aus einem in ei
nem Befestigungsstück 46 beweglichen Mundstück 47 besteht, da
sich unter der Wirkung einer Feder 48 über Dichtungen 49 an die
Tintenanschlußöffnung 44 anlegt und diese so abdichtet, daß
über den Tintenkanal 50 leckfrei dem Tintendruckkopf Tinte zu
geführt werden kann.
In der dargestellten senkrechten Einbaulage des Tintendruckkop
fes leitet die Tropfkante 40 aus dem Sandwich-Tintenkopf aus
tretende Überschußtinte auf eine hier nicht dargestellte Auf
fangeinrichtung ab.
Claims (12)
1. Tintendruckkopf für eine Tintendruckeinrichtung, ge
kennzeichnet durch
- - einen Sandwich-Tintenkopf aus einzelnen, übereinander ange ordneten Tintenkanäle, Antriebselemente, Druckkammern und dgl. aufnehmenden Platten (14, 16, 19, 23, 26) die untereinander fest verbunden sind
- - ein den Sandwich-Tintenkopf aufnehmendes, vorzugsweise als Dual-INLINE-Gehäuse ausgebildetes Steckgehäuse mit Anschluß beinen (33), wobei das Steckgehäuse an seiner Oberseite eine Aufnahmeöffnung (35) für den Sandwich-Tintenkopf aufweist und eine weitere an der Ober- bzw. Unterseite angeordnete, bedarfs weise tintendicht verschließbare Kontaktierungs- und Abgleich öffnung (36) sowie eine Tintenanschlußöffnung (44) zur Zufüh rung der Schreibflüssigkeit (41).
2. Tintendruckkopf nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß jedem Antriebselement des Sand
wich-Tintenkopfes ein elektrisches Abgleichelement (31) zuge
ordnet ist.
3. Tintendruckkopf nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß sämtliche Abgleichelemente auf
einer im Steckgehäuse angeordneten Abgleichplatte (30) ange
ordnet sind.
4. Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß Heizelemente
(32) für den Sandwich-Tintenkopf vorgesehen sind.
5. Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Abgleich
platte (30) und/oder die Heizelemente (32) dem Sandwich-Tin
tenkopf zugeordnet sind.
6. Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Abgleich
elemente als laserabgleichfähige Widerstände (31) ausgebildet
sind.
7. Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß das Steckge
häuse seitlich überragende, die Anschlußbeine (39) abdeckende
Leisten (38) vorgesehen sind.
8. Tintendruckkopf nach einem der Anspüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß an der Ober
seite des Steckgehäuses eine Überschußtinte ableitende Tropf
kante (40) ausgebildet ist.
9. Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß das Tintenver
sorgungssystem des Tintendruckers einen mit der Tintenanschluß
öffnung (44) zusammenwirkenden lösbaren Adapteranschluß (45)
aufweist.
10. Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß der Tinten
druckkopf auswechselbar in einer Haltevorrichtung (43) der Tin
tendruckeinrichtung angeordnet ist.
11. Verfahren zum Herstellen eines Tintendruckkopfes nach einem
der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte
- - Herstellen des Sandwich-Tintenkopfes in Planartechnik
- - Befestigen des Sandwich-Tintenkopfes in dem Steckgehäuse in Schweiß- oder Spritztechnik
- - Schließen der elektrischen Kontakte zwischen dem Sandwich- Kopf und den Anschlußbeinen (33)
- - Abgleichen der Abgleichelemente (31)
- - bedarfsweise Verschließen der Kontaktierungs- und Abgleich öffnung (36).
12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schließen der elektrischen Kontakte
durch Bondierautomaten erfolgt.
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