DE2543451A1

DE2543451A1 - Piezoelektrisch betriebener schreibkopf fuer tintenmosaikschreibeinrichtungen

Info

Publication number: DE2543451A1
Application number: DE19752543451
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Heinzl; Erich Kattner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-29
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1977-03-31
Also published as: FR2325509A1; CA1093137A; NL7610532A; NL178765B; JPS5249033A; SE7603628L; FR2325509B1; SE417693B; IT1072793B; DE2543451C2; GB1515777A; JPS6016350B2

Description

Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf für Tintenstrahlschreibeinrichtungen mit Sciireibdüsen, bei denen eine in einer von einem piezoelektrischen Antriebselement zylinderförmig umfaßten Kompressionskammer enthaltene Schreibflüssigkeit durch piezoelektrische Einschnürung des Antriebselements tröpfchenförmig ausgestoßen wird.

Aus der amerikanischen Patentschrift 3.298.030 ist eine elektrisch betriebene Schreibvorrichtung bekannt, bei der eine Schreibdüse mit Hilfe eines piezoelektrischen Antriebselements, in mechanische Schwingungen versetzt wird und dabei tröpfchenweise Schreibflüssigkeit ausstößt. Diese Tröpfchen v/erden unter der Wirkung eines elektrischen Feldes im Takte eines Zeichengenerators zeichenabhängig abgelenkt.

Um mit derartigen Schreibvorrichtungen bei genügender Farbsättigung der aufgezeichneten Zeichen eine ausreichend hohe Schreibgeschwindigkeit zu erreichen, bedarf es einer recht hohen Ablösefrequenz der einzelnen Tröpfchen. Aus dieser hohen Ablösefrequenz resultiert eine relativ große Störungsanfälligkeit der gesamten Vorrichtung . Außerdem sind noch zusätzliche störungsanfällige Synchronisiereinheiten notwendig, die jedes einzelne Tröpfchen mit der zugehörigen Ablenkspannung synchronisieren.

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Werden, um diese Nachteile zu vermeiden, wie in der dt. OS 2 262 106 mehrere Schreibköpfe zu einem Schreibkopf zusammengefaßt, der in der Art eines Mosaikschreibkopfes zeilenweise entlang von einem Aufzeichnungsträger bewegt wird und bei dem jedem Rasterpunkt eine piezoelektrisch betriebene Schreibdüse - in diesem Fall ein piezoelektrischer Kristallwandler, der auf eine Membran einwirkt und damit in einer Kompressionskammer den zur Ablösung eines Tintentröpfchens notwendigen Druck erzeugt - zugeordnet, so ergeben sich daraus besondere konstruktive Schwierigkeiten:

Diese Schwierigkeiten resultieren aus den räumlichen Abmessungen der einzelnen piezoelektrisch betriebenen Düsen und ihren Ansteuervorrichtungen, die entsprechend der Größe des Schreibrasters zusammengefaßt werden müssen. Der im Schreibbetrieb häufige Wechsel zwischen Beschleunigungsphasen und Bremsphasen, zB. im Start-Stop-Betrieb bedingt außerdem eine möglichst geringe Masse des gesamten Schreibkopfes.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Tintenmosaikschreibeinrichtungen einen piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf bereitzustellen, bei dem bei möglichst geringen Außenmaßen und geringer Masse eine Vielzahl von Schreibdüsen angeordnet ist, Der gesamte Schreibkopf soll einfach und kostengünstig herstellbar, servicefreundlich und insbesondere gegenüber Druckse hwankungen im Tintenversorgungssystem unempfindlich sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schreibkopf aus einer Mehrzahl von Schreibdüsen besteht, die aus einzelnen Schreibflüssigkeit aufnehmenden, teilweise von piezoelektrischen Antriebselementen zylinderförmig umschlossenen Tintenkanälen gebildet werden und daß die Länge der von den Antriebselementen nicht umfaßten, zwischen den Austrittsöffnungen der Tintenkanäle und den Antriebselementen liegenden Abschnitte der Tintenkanäle so bemessen wird, daß

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die Schreibdüsen von der Abdruckstelle strahlenförmig knickfrei wegfluchtend verlaufen, anordbar sind.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird mindestens der die Schreibdüsen tragende Schreibkopfkörper dmdi Vergießen der Antriebselemente bei gleichzeitiger Ausformung der Tintenkanäle hergestellt.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, den Schreibkopf mit einem für die Zeichenbildung wünschenswert engen Austrittsdüsenraster auszugestalten und in einfacher "Weise im Gießverfahren herzustellen. Dadurch ist der Schreibkopf gegenüber mechanischen Einwirkungen besonders widerstandsfähig, weil zwischen den einzelnen Schreibdüsen keine Relativbewegungen auftreten können, die sich sonst in einer Versdhlediterung der Schreibqualität bemerkbar machen würden. Der gesamte Schreibkopf hat eine sehr geringe Masse, ist extrem störungsunanfällig und verschleißfest.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die dem Aufzeichnungsträger gegenüberliegenden Öffnungen der Tintenkanäle mit einer Platte abgeschlossen, die entsprechend der Zahl der Tintenkanäle parallele Düsenbohrungen aufweist. Diese Platte ist lösbar an dem Schreibkopfkörper befestigt und kann damit im Bedarfsfall außerordentlich schnell ausgewechselt bzw. gereinigt v/erden. Gleichzeitig ist damit eine Anpassung an den zu beschreibenden Aufzeichnungsträger möglich.

Um den Schreibkopf gegenüber Druckschwankungen des Tintenversorgungssystems besonders unempfindlich zu machen, werden bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sämtliche Tintenkanäle über eine gemeinsame Kapillarfiltervorrichtung mit Tinte versorgt. So muß nicht in jedem Tintenkanal eine besondere Filtereinrichtung angebracht sein, sondern das Filter kann aus einem Stück gefertigt und in den

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Schreibkopf eingepaßt v/erden. Die Kapillarfiltervorrichtung besteht aus einer mit engen Bohrungen versehenen Drosselplatte aus Kunststoff mit einem zwischen der Drosselplatte und den Tintenkanälen angeordneten engmaschigen Gitter. Diese engen, jedem einzelnen Tintenkanal zugeordneten Bohrungen der Drosselplatte verhindern dann im Start-Stop-Betrieb, daß sich die entstehenden Druckschwankungen in einer ebenfalls im Schreibkopf integrierten Verteilereinrichtung auf die Schreibdüsen auswirken. Das engmaschige Gitter wiederum dient als Rücklaufsperre, damit bei Eindringen von Luft in die Tintenkanäle nicht das gesamte Tintenversorgungssystem leerläuft.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beispielsweise näher beschrieben.

Figur 1 zeigt ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Schreibkopfes für Tintenmosaikschreibeinrichtungen, Figur 2 eine Frontansicht desselben Schreibkopfes und Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Düsenplatte.

Ein piezoelektrisch betriebener Schreibkopf wird mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Vorrichtung zeilenweise entlang von einem Aufzeichnungsträger 1 bewegt und dabei im Takte eines hier nicht dargestellten Zeichengenerators zeichenabhängig angesteuert. Der Schreibkopfkörper 2 besteht aus einem einzigen, im Gußverfahren aus dielektrischem Kunststoff hergestellten Werkstück, das mehrere Schreibflüssigkeit aufnehmende Kanäle 3 enthält. Diese Tintenkanäle 3 sind an einem Ende konisch verjüngt und durch in zv/ei Reihen angeordnete Austrittsöffnungen 4 zum Aufzeichnungsträger 1 hin abgeschlossen. Die anderen Enden stehen über verengte Zuläufe mit dem Tintenversorgungssystem in Verbindung. Diese Tintenkanale sind nun innerhalb des Schreibkopf körpers 2 von der Abdruckstelle her strahlenförmig knickfrei wegfluchtend angeordnet. Sie bilden zwei Ebenen, die wiederum im spitzen

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Winkel zueinander geneigt sind. Eine derartige zum Aufbau eines Mosaikschreibkopfes notwendige Anordnung wird dadurch ermöglicht, daß die piezoelektrischen Antriebselemente, die aus einem die Tintenkanäle 3 zylinderförmig umfassenden Keramikrohr 5 bestehen, so weit von der eigentlichen Austrittsöffnung 4 entfernt angebracht sind, daß sie sich räumlich nicht mehr gegenseitig behindern.

Die Austrittsöffnungen 4 der Tintenkanäle 3 werden von einer Düsenplatte 6 abgedichtet, die entsprechend der Anzahl der Tintenkanäle 3 parallele Düsenbohrungen 7 aufweist. Durch ihre Form bestimmen diese Düsenbohrungen 7 die Größe der austretenden Tintentröpfchen 8 und deren Flugrichtung. Die Düsenplatte 6 selber besteht aus Metall, in das diese engen Düsenbohrungen 7 mit Hi3-fe von Laserstrahlen oder mit galvanischem Verfahren angebracht werden. Dabei ist insbesondere das galvanische Verfahren von Vorzug, bei dem in bekannter Weise die Düsenöffnungen zunächst grob ausgeätzt v/erden und dann durch anschließendes Vernickeln wieder verengt v/erden. Durch ein derartiges Verfahren ergeben sich für diese Anwendung besonders geeignete, gratlose parallele Öffnungen. Die gesamte Platte 6 ist über Schrauben 9 auswechselbar mit dem Schreibkopfkörper 2 verbunden.

Mit einer ebenfalls im Schreibkopf integrierten Tintenverteilereinrichtung 10 des Tintenversorgungssystems sind die Tintenkanäle 3 über eine Kapillarfiltervorrichtung 11, 12, 13 verbunden, die die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Schreibdüsen 5 untereinander verhindert und gleichzeitig dafür Sorge trägt, daß sich im Tintensystem entstehende Druckschwankungen nicht auf die S.hreibdüsen 5 auswirken können.

Zu dieser Kapillarfiltervorrichtung gehört eine Drosselplatte 11, die ebenfalls aus Kunststoff gegossen ist und entsprechend der Anzahl der Tintenkanäle Öffnungen 12 von

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ca. 35Oum 0 aufweist. Mit diesen Öffnungen 12 werden Druckspitzen im Tintenversorgungssystem, wie sie zB. durch am Schreibkopf wirkende Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte auftreten, abgebaut. Zwischen der Drosselplatte 11 und den Tintenkanälen 3 befindet sich ein über die ganze Fläche der Drosselplatte 11 sich erstreckendes engmaschiges Gitter 13 aus Stahl oder Kunststoff mit einer zur Kapillarwirkung notwendigen engen Maschenweite von ca. 35um. Dieses Gitter wirkt als Rücklaufsperre, die ein Eindringen von Luft durch die Tintenkanäle 3 in das Tintenversorgungssystem verhindert.

Um die im Start-Stop-Betrieb auftretenden Druckschwankungen im Versorgungssystem noch zusätzlich zu dämpfen, ist in der Verteilereinrichtung 10 in bekannter Weise eine Luftblase 14 eingeschlossen.

Im Schreibbetrieb wird jedes piezoelektrische Element 5 über im Schreibkopf 2 eingegossene Steckkontakte 15 von einem hier nicht dargestellten Zeichengenerator angesteuert. Dazu ist das Keramikrohr 5 gemäß einem Vorschlag an seiner Außenseite mit einer als Elektrode dienenden Metallschicht bedeckt, wobei als Gegenelektrode ein in äas Keramikrohr 5 eingebrachtes Schutzrohr 16 dient. Dieses Schutzrohr 16 ist elektrisch leitend und über einen elektrisch leitenden Klebstoff fest mit dem Keramikrohr 5 verbunden und verhindert durch seine absolute Tintenundurchlässigkeit, daß Tinte in die Keramik eindringt und dort einen Kurzschluß verursacht. Jedes einzelne Antriebselement 5 wird nun so angesteuert, daß die Impulse, die zu einer Kontraktion des Antriebselements 5 führen - und damit zu einem Ausstoßen eines Tintentröpfchens - an die Außenelektrode des Keramikrohres 5 angelegt werden, wobei das als Innenelektrode dienende Schutzrohr 16 ständig an Masse liegt. Durch eine derartige Potentialbeaufschlagung kann die Isolation zwischen dem als Innenelektrode dienenden Schutzrohr 16 und der Tinte entfallen, so daß sich zwischen der

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Tinte und dem Keramikrohr 5 keine die Ansteuerung störenden Kapazitäten auswirken können.

Verwendet man im erfindungsgemäßen Schreibkopf ein Keramikrohr 5, das gemäß einem Vorschlag so dimensioniert ist, daß der Quotient von Wandstärke und dem mittleren Durchmesser gleich der Poisson¹sehen Zahl des verwendeten Keramikwerkstoffes entspricht, so eignet sich dieses Antriebselement in idealer Weise für das bei dem erfindungsgemäßen Schreibkopf vorgesehene Gießverfahren. Bei einem derartig dimensionierten Antriebselement ändert sich bei piezoelektrischer Erregung allein der Innendurchmesser, während der Außendurchmesser konstant bleibt. Das bedeutet, daß sich auch bei lang anhaltendem Schreibbetrieb das Antriebselement 5 nicht von dem umgebenden dielektrischen Kunststoff lösen kann. Außerdem können bei der Kontraktion des Keramikrohres 5 keine schädlichen mechanischen Spannungen zv/ischen dem Keramikrohr 5 und dem umgebenden dielektrischen Kunststoff entstehen, so daß die gesamte Verformungsenergie des Keramikrohres voll an die in den Tintenkanälen 3 enthaltene Tinte weitergegeben wird und damit voll an der Düsenplatte 6 zur Verfügung steht.

Wie schon dargestellt, kann der gesamte Schreibkopf 1 in einfacher Weise durch Gießen hergestellt v/erden. Und zwar werden zu diesem Zwecke die als Antriebselemente dienenden Keramikrohre 5>in die vor dem Vergießen die Schutzrohre 16 eingesteckt wurden, auf Metalldornen aufgezogen und diese Metalldornen mitsamt den Antriebselementen in die Gießform eingebracht. Nach dem Aushärten des dielektrischen Kunststoffes werden die Dorne entfernt. Die dabei entstehenden Hohlräume 3 dienen als Kompressionskammern für die Antriebselemente 5. Gleichzeitig mit den Antriebselementen 5 werden die zur Ansteuerung der einzelnen Elemente notwendigen Leitungen mit einem zugehörigen, aus dem Schreibkopf

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ragenden Steckkontakt 15 eingegossen.

8 Patentansprüche 3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

ί 1. !Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für Tintenstrahl- V—s schreibeinrichtungen mit Schreibdüsen, bei denen eine in einer von einem piezoelektrischen Antriebselement zylinderförmig umfaßten Kompressionskammer enthaltene Schreibflüssigkeit durch piezoelektrische Einschnürung des An- ^ triebselements tropfchenförmig ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der ^

Schreibkopf aus einer Mehrzahl von Schreibdüsen besteht, die aus einzelnen Schreibflüssigkeit aufnehmenden, teilweise von piezoelektrischen Antriebselementen (5) zylinderförmig umschlossenen Tintenkanälen (3) gebildet werden und daß die Länge der von den Antriebselementen (5) nicht umfaßten, zwischen den Austrittsöffnungen der Tintenkanäle (3) und den Antriebselementen (5) liegenden Abschnitte der Tintenkanäle (3) so bemessen wird, daß die Schreibdüsen von der Abdruckstelle her strahlenförmig knickfrei wegfluchtend verlaufend anordbar sind,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß mindestens der die Schreibdüsen aufnehmende Schreibkopfkörper (2) durch Vergießen der Antriebselemente (5) bei gleichzeitiger Ausformung der Tintenkanäle (3) hergestellt wird.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Aufzeichnungsträger (1) gegenüberliegenden Öffnungen der Tintenkanäle (3) mit einer Platte (6) abgeschlossen sind, die entsprechend der Zahl der Tintenkanäle (3) parallele ^ Düsenbohrungen (7) aufweist. |
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plat-

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te mit dem Schreibkörper (1) lösbar verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Tintenkanäle über eine gemeinsame Kapillarfiltervorrichtung (11, 12, 13) mit Tinte versorgt werden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durc.h gekennzeichnet, daß die Kapillarfiltervorrichtung (11, 12, 13) aus einer mit engen Öffnungen (12) versehenen Drosselplatte (11) und einem zwischen der Drosselplatte (11) und den Tintenkanälen (3) angeordneten, engmaschigen Gitter (13) besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Schreibkopf ein sämtliche Antriebselemente beaufschlagender Steckkontakt (15) eingegossen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf aus dielektrischem Kunststoff besteht.

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