Schreibkopf mit piezoelektrischen Antriebselementen für Tintenschreibeinrichtungen

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.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Aus der DE-PS 25 43 451 (VPA 75 P 2175) 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 von den 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 piezoelektrischen Antriebselemits. Ein solcher Aufbau.gestattet es, den Schreibkopf durch Vergießen der Antriebselemente bei gleichzeitiger Ausformung der Tintenkanäle herzustellen. 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 erfüllen. 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 Rauhigkeiten 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 Luftteilchen 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.

[0003] Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Schreibkopf 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.

[0004] Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0005] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0006] 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. bisher erforderliche Drahtwendel zwischen Tintenkanal und Piezowandler ist nicht mehr notwendig. Die Einzelteile lassen sich mit Vorteil im sog.. Spritzgußverfahren unter Verwendung von thermoplastischem Material herstellen, was zu kurzen Formbenutzungszeiten bei geringer Formtemperatur führt..

[0007] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dort zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für einen Schreibkopf mit einer Piezorohrgruppe,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Schreibkopfes nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein Beispiel für ein Spritzwerkzeug zur Herstellung einer Piezorohrgruppe.

[0008] Fi^g. 1 zeigt einen Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen mit den zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Einzelheiten. Zur Verdeutlichung des Aufbaues ist eine Darstellung gewählt worden, bei der die obere Gehäuseabdekkung 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.

[0009] 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 Piezorohrgruppe zusammengefaßt. Die als Einzelteil, vorzugsweise im Spritzgußverfahren aus thermoplastischem Material herstellbare Piezorohrgruppe weist einen Steg 5 und an ihrem vorderen, der Düsenplatte 2 zugewandten Ende eine Kegelfläche 6 zur Abdeckung der Tintenkanäle 7 auf. Das vordere, dem Aufzeichnungsträger 3 zugewandte Ende des Schreibkopfes wird durch ein vorderes Gehäuseteil 8 gebildet, das sowohl als Halterung für die Tintenkanalmündungen 7 dient, als auch die zur Heizung der Düsenplatte 2 erforderlichen Temperaturfühl- und Heizelement aufweist. Die Piezorohrgruppe wird, was aus Fig. 1 nicht ersichtlich ist, durch eine Gehäuseabdeckung abgedeckt, in der sich auch die Kontaktelemente für die Anschlüsse der Piezowandler befinden. Einzelheiten hierzu werden im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 gegeben.

[0010] Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch den Schreibkopf nach Fig. 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Wandungen 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 Entflammbarkeit ohne weiteres erfüllt werden können. Die Piezowandler 4 einer Piezorohrgruppe umfassen jeden 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. Dadurch, daß sich die innere Kontaktschicht auch auf die äußere Mantelfläche erstreckt, ist es möglich, eine Kontaktierung von außen vorzusehen. 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 Elektrodenflächen der Piezowandler 4 angedrückt und stellen einen sicheren Kontakt zwischen diesen und den außen liegenden Anschlußstiften 12 dar.

[0011] Im vorderen Bereich des Schreibkopfes sind die Tintenkanäle 1 einer Piezorohrgruppe in der Kegelfläche 6 zusammengefaßt. Diese ist entsprechend dem vorderen Gehäuseteil 8 geformt und in dieses einpaßbar.

[0012] 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 ist. Die Befestigung kann z.B. durch Auflöten erfolgen. Im Ausführungsbeispiel ist das 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.

[0013] 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 anliegt.

[0014] Jede Piezorohrgruppe wird als Ganzes entweder im Spritzgußverfahren oder im Spritzpressverfahren hergestellt. Ein für die Herstellung nach dem Spritzgußverfahren geeignetes spezielles Werkzeug besteht aus zwei Teilen, die jeweils eine Art Halbschale bilden. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 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 gedrückt. 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.

[0015] 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 Kegelfläche 6 gewährleistet. Danach werden die Gehäuseabdeckkappen 11 aufgesetzt, wobei die Kontaktfedern 13 gegen die Kontaktflächen der Piezowandler 4 angedrückt werden und den elektrischen Kontakt herstellen. Die gesamte Anordnung kann dann mit.einem Gießharz, z.B. einem schnell härtenden Kunststoff vergossen werden. Damit ist ein sicherer Schutz gegen Feuchtigkeit, mechanische Beschädigungen usw. gewährleistet.

[0016] Die Erfindung wurde anhand eines Beispieles erläutert, bei dem die Tintenkanäle und die Piezowandler in Form einer Piezorohrgruppe in nur einer Ebene angeordnet sind. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, in einem Schreibkopf mehrere Piezorohrgruppen vorzusehen, die dann einen sogenannten Mehrreihenschreibkopf bilden.

Bezugszeichenliste

[0017] 

1 Tintenkanäle

2 Düsenplatte

3 Aufzeichnungsträger

4 Piezowandler

5 Steg

6 Kegelfläche

7 Tintenkanalmündung

8 vorderes Gehäuseteil

9 Wandungen

10 Schutzschicht

11 Gehäusekappe

12 Kontaktanschlüsse

13 Kontaktfedern

14 Wärmeleitblech

15 Temperaturfühlelement

16 Heizelement

19 Kanalnadel

Ansprüche

1. Schreibkopf für Tintenschreibeinrichtungen mit im Schreibkopf verlaufenden Tintenkanälen, die jeweils über einen Bereich ihrer Länge von einem Piezowandler umfaßt sind, und die an ihrem, dem Schreibbereich zugewandten Ende an einer Düsenplatte enden,
dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Ebene im Schreibkopf verlaufenden Tintenkanäle (1) sowie die diesen zugeordneten Piezowandler (4) zu einer Piezorohrgruppe (1,4,5) zusammengefaßt sind,
daß die Wandstärke (9) der einzelnen Tintenkanäle (1) einer Piezorohrgruppe (1,4,5) im Bereich der Piezowandler (4) reduziert ist, und eine Schutzschicht (10) zwischen dem Tintenkanal (1) und dem betreffenden Piezowandler (4) bildet,
daß zur Aufnahme der Tintenkanalmündungen (7) der Piezorohrgruppe (1,4,5) ein vorderes Gehäuseteil (8) vorgesehen ist, in das die Tintenkanalmündungen (7) der Piezorohrgruppe (1,4,5) einsetzbar sind und gehalten werden, und daß eine Gehäusekappe (11) vorgesehen ist, die mindestens eine Piezorohrgruppe umfaßt und die Kontaktelemente (12,13) aufweist, über die eine Kontaktierung mit den Piezowandlern (4) der Piezorohrgruppe (1,4,5) besteht.

2. Schreibkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (9) der Tintenkanäle (1) einer Piezorohrgruppe (1,4,5) aus thermoplastischem Material bestehen, daß die Piezowandler (4) der Piezorohrgruppe (1,4,5) teilweise vom thermoplastischen Material umgeben sind und gehalten werden, wobei mindestens ein Teilbereich der äußeren Mantelfläche der Piezowandler (4) vom thermoplastischen Material unbedeckt ist.

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

4. Schreibkopf nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenkanalmündungen (7) der Piezorohrgruppe (1,4,5) in einer Kegelfläche (6) verlaufend angeordnet sind, die Bestandteil der Piezorohrgruppe ist, und daß die äußere Form der Kegelfläche (6) an den die Tintenkanalmündungen (7) aufnehmenden Bereich im vorderen Gehäuseteil (8) angepaßt ist.

5. Schreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Gehäuseteil (8) des Schreibkopfes aus thermoplastischem Material besteht, in das ein Wärmeleitblech (14) mit auf diesem angeordneten Temperaturfühlelement (15) und -heizelementen (16) eingelegt ist,
und daß das vordere Gehäuseteil (8) eine Anlagefläche für die Düsenplatte (2) des Schreibkopfes bildet.

6. Schreibkopf nach den Ansprüchen 1 bis §, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezorohrgruppe (1,4,5,6), das vordere Gehäuseteil (8) und die Gehäusekappe (11) jeweils als Einzelteile im Spritzgußverfahren gefertigt sind.

7. Schreibkopf nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Piezorohrgruppe (1,4,5,6) ein zweiteiliges Formteil (17,18) vorgesehen ist, wobei die Einfüllöffnung (20) für eine Spritz- oder Gießmasse in der Mitte mindestens eines der Formteile (17) angeordnet ist.

8. Schreibkopf nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Tintenkanal mindestens eine Einfüllöffnung (20) vorgesehen ist.

Zeichnung