Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf in Tintenmosaikschreibeinrichtungen

Abstract

 Sowohl für das Schriftbild als auch für die Zuverlässigkeit im Schreibbetrieb bei Tintenmosaikschreibeinrichtungen ist es von Bedeutung, daß der Ausstoß von Tintentröpfchen aus den einzelnen Austrittsdüsen mit gleicher konstanter Geschwindigkeit erfolgt. Da hierfür neben den Ansteuerkriterien aber auch Materialeigen­schaften und Fertigungseinflüsse eine nicht unerhebliche Rolle spielen, wird bei den bekannten Einrichtungen für den Tröpfchen­ausstoß ein Abgleich vorgenommen. Dieser Abgleich wird z. B. durch die Einstellung der Impulsspannung mit der die einzelnen Antriebselemente eines Tintenmosaikkopfes betrieben werden, gelöst. Hierbei ist keine einfache Einstellung vorgesehen, durch die ein phasengleiches Austreten der Tintentröpfchen aus den Austrittsöffnungen 2 gewährleistet wird. Dieses wird erfindungs­gemäß dadurch gelöst, daß die als Druckkanäle dienenden Abschnit­te (17, 18) der Tintenkanäle (3) von den Druckkammern (4) bis zu den Austrittsöffnungen (2) und die in die Druckkammern (4) mün­denden Saugkanäle (21, 22) alle gleich lang ausgebildet sind. Durch das phasengleiche Austreten der Tintentröpfchen aus den Austrittsöffnungen (2) sind Grafikaufzeichnungen mit einem Fein­raster bei kompakter Bauweise des Schreibkopfes möglich.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen piezoelektrisch betriebenen Schreib­kopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

[0002] Der Düsenkopf eines Tröpfchenschreibers weist in der Regel eine mit einem Flüssigkeitsbehälter verbundene Druckkammer, eine mit der Druckkammer verbundene, einzelne Tröpfchen abgebende Düse sowie einen elektromechanischen Wandler, beispielsweise eine piezoelektrische Platte auf. Ein Teil der Druckkammer besitzt dabei einen biegsamen Bereich bzw. eine sogenannte Membrane.

[0003] Aus der DE-AS 22 56 667 ist eine Vorrichtung für einen Spritzkopf eines Tintentröpfchen-Druckers bekannt, bei dem eine Wand der Fluidkammer von einer Abdeckplatte gebildet wird, mit welcher eine Platte aus Piezokeramik verbunden ist. Die Piezokeramik wird mit Hilfe von elektrischen Signalen über Elektroden erregt und zu Schwingungen veranlaßt, die auf die Abdeckplatte der Fluidkammer übertragen werden, was schließlich zum Ausstoß von Flüssigkeits­tröpfchen führt.

[0004] Um mit den Tintentröpfchen-Schreibköpfen feingerasterte Schrift­zeichen in Schönschriftqualität zu erzeugen, muß eine Vielzahl von Druckkammern und elektromechanischen Wandlern vorgesehen sein. So ist durch die DE-0S 34 12 531 ein derartiger Schreibkopf bekannt, bei dem mehrere Platten mit Tintenkanälen vorgesehen sind. Diese Platten sind luftdicht miteinander verbunden und weisen versetzt angeordnete Austrittsdüsen auf. Aus der DE-OS 31 08 885 sind auch mehrere strahlenförmig angeordnete Tinten­kanäle bekannt. Ein Nachteil dieser bekannten Anordnungen besteht darin, daß die Tintenkanäle unterschiedlich lang sind und daher kein phasengleiches Austreten von Tintentröpfchen aus den Aus­ trittsöffnungen gewährleisten. Hierdurch ist es auch nicht mög­lich, genau senkrechte Linien bzw. saubere Schriftbilder zu er­zeugen.

[0005] Sowohl für das Schriftbild als auch für die Zuverlässigkeit im Schreibbetrieb bei Tintenmosaikschreibeinrichtungen ist es wei­terhin von Bedeutung, daß der Ausstoß von Tintentröpfchen aus den einzelnen Düsen mit gleicher und konstanter Geschwindigkeit erfolgt. Da hierfür neben den Ansteuerkriterien aber auch Ma­terialeigenschaften und Fertigungseinflüsse eine nicht unerheb­liche Rolle spielen, und diese nur zum Teil beeinflußbar sind, ist es bekannt geworden, für den Tröpfchenausstoß einen Abgleich vorzusehen. Das wurde bisher durch die Einstellung der Impuls­spannung mit der die einzelnen Antriebselemente eines Tinten­mosaikschreibkopfes betrieben werden, gelöst (DE-OS 28 50 016). Mit einem solchen Abgleich sind jedoch einige Nachteile verbun­den. Zum einen ist dazu ein nicht unerheblicher Schaltungsaufwand und damit ein beträchtlicher Platzbedarf erforderlich und zum anderen kann der Abgleich nicht unmittelbar im Schreibkopf durch­geführt werden. Weiterhin ist hierbei auch nicht die Zeit ein­stellbar, so daß ein phasengleiches Austreten der Tintentröpfchen aus den Austrittsöffnungen nicht erzielbar ist.

[0006] Weiterhin ist durch die DE-A1 36 08 205 ein Tintenschreibkopf bekannt, bei dem die Druckkanäle alle gleich lang ausgebildet sind. Hierbei weisen aber die Saugkanäle eine ungleiche Länge auf, so daß ein phasengleiches Austreten nicht immer gewähr­leistet ist.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf für Tintenmosaikeinrichtungen der in kompakter Anordnung eine Vielzahl von Tintenkanälen aufweist und dabei ein phasengleiches Austreten von insich gleichmäßigen Tintentröpfchen aus den Austrittsöffnungen gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfin­dung gelöst.

[0008] Der erfindungsgemäße Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrich­tungen weist einen einfachen Aufbau bei gleicher Länge der Tin­tenkanäle vom Beginn der Druckkanäle bis zu den Austrittsöffnun­gen und der Saugkanäle zwischen den Druckkammern und den Däm­pfungsgliedern auf. Hierdurch wird gewährleistet, daß die in den Druckkammern erzeugten Druckimpulse gleichzeitig die Düsenaus­trittsöffnungen erreichen. Durch diese Maßnahme kann ein grafik­fähiges Feinraster bei kompakter Bauweise des Schreibsystems er­reicht werden.

[0009] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

[0010] Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 einen Schreibkopf mit Draufsicht auf alle Tinte enthaltenen Kanäle und Kammern,

Figur 2 einen Querschnitt durch ein piezoelektrisch betriebenes Antriebselement,

Figur 3 eine Einzelheit aus Figur 2 und

Figur 4 einen Schreibkopf in Seitenansicht mit einem Tintenanschluß im Schnitt.

[0011] Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Schreibkopf 1 für Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit mehreren von Austrittsöff­nungen 2 her strahlenförmig geradlinig verlaufenden Tintenkanälen 3, bei denen die in Kompressionskammern 4 enthaltene Schreib­flüssigkeit durch piezoelektrische Verformung eines Antriebs­elementes tropfenförmig aus den Austrittsöffnungen 2 ausgestoßen wird. Der Schreibkopf 1 besteht hierbei aus einer Grundplatte 5, einer Membranplatte 11 und einer integrierten Piezokristallplatte 13. Die Grundplatte 5 und die Membranplatte 1 1 bestehen aus Glas, wobei die Tintenkanäle 3, die Druckkammern 4 und die Dämpfungs­glieder 7 tief in die Grundplatte 5 eingeätzt sind. Die Membran­platte 11 dient als Abdeckung für die Kanäle 3, die Druckkammern 4 usw., und gleichzeitig als Pumpenmembran, die von Piezokristal­len 10 bewegt wird.

[0012] Die Tintenkanäle 3 stehen über auf der Saugseite der Kompres­sionskammern 4 als Dioden ausgebildete Dämpfungsglieder 7 mit einer Tintenvorratskammer 9 in Fließverbindung, wobei die Tinten­kanäle 3 von der Tintenvorratskammer 9 bis zu den Austrittsdüsen 2 alle steigend ausgebildet sind. Die Dämpfungsglieder 7 ver­hindern gleichzeitig ein Eindringen von Luft in die Tintenkanäle.

[0013] In der Figur 2 ist ein piezoelektrisch betriebenes Antriebsele­ment dargestellt, das den quadratförmigen Piezokristall 10 auf­weist. Dieser Piezokristall 10 ist auf der elastisch ausgebil­deten Membranplatte 11 mittels eines Klebers 12 fest angeordnet. Außerdem ist der Piezokristall 10 noch mit einer flexiblen Lei­terplatte 13 mittels eines Klebers 14 befestigt, wobei die Lei­terplatte 13 wiederum mit einer Kontaktplatte 15 in Verbindung steht.

[0014] Die Antriebselemente 4, 10, 11 sind auf zwei konzentrisch zu den Austrittsöffnungen 2 ausgerichteten Kreisen in Längsrichtung der Tintenkanäle 3 abwechselnd versetzt angeordnet, wodurch eine kompakte Anordnung der Druckkammern 4 in dem Schreibkopf 1 ge­währleistet wird. Die auf dem inneren Kreis in die Kompressions­kammern 4 mündenden Abschnitte 17 der Tintenkanäle 3 sind gewun­den ausgebildet, derart, daß die Tintenkanäle 3 von den Aus­trittsöffnungen bis zu den Antriebselementen 4, 10, 11 alle die gleiche Kanallänge haben. Die Abschnitte 18 der Tintenkanäle 3, die in die Kompressionskammern 4 der auf dem äußeren Kreis ange­ordneten Druckkammern münden, sind geradlinig ausgebildet. Bei der Gestaltung der gleichlangen Tintenkanallängen werden auch die die Tintenkanäle 3 mit dem senkrechten Aufzeichnungsträger 20 angeordneten Austrittsöffnungen 2 verbindenden Krümmungen 19 be­rücksichtigt. Der Einfluß der Umlenkradien der Krümmungen 19 ist mit den Kanallängen verrechnet worden, so daß die gestreckten Längen vom Beginn der Druckkanäle bis zu den Austrittsöffnungen gleich lang sind, damit die Druckimpulse die Austrittsöffnungen 2 gleichzeitig erreichen.

[0015] Ebenfalls sind auch die als Saugkanäle dienenden Tintenkanäle 3 zwischen den Antriebselementen 4, 10 und den Dämpfungsgliedern 7 alle gleich lang ausgebildet. Zu diesem Zweck haben die Tinten­kanäle 3 auch auf der Saugseite abwechselnd gerade Abschnitte 21 oder gewundene Abschnitte 22. Hierbei stehen die geraden Ab­schnitte 21 mit den auf dem inneren Kreis angeordneten Druck­kammern 4 in Fließverbindung, während die gewundenden Abschnitte 22 in die äußeren Kammern 4 münden.

[0016] Weiterhin sind an den übergangsstellen der Tintenkanäle 3 in die Druckkammern 4 Strömungsumlenkelemente 23, 24 angeordnet, durch die die Tintenströmung in die Tintenkanäle 3, insbesondere in den gewundenen Abschnitten 17, 22 derart leitbar ist, daß in diesen Abschnitten sich keine Luftbläschen bilden und hängen bleiben können. Die Strömungsumlenkelemente 23, 24 haben einen rauten­förmigen Querschnitt, deren freie Enden mit der Membranplatte 11 fest verbunden sind.

[0017] Auch weisen die in die Druckkammern 4 mündenden Druckkanäle 17, 18 einen Durchmesser in mehrfacher Größe zu den Durchmessern der in die Druckkammern 4 mündenden Saugkanäle 21, 22 auf. Hierdurch wird gewährleistet, daß der Tintenfluß zu den Austrittsdüsen 2 erleichtert und zu den Dämpfungsgliedern 7 erschwert wird.

[0018] Durch die obigen Ausbildungen wird ein phasengleiches Austreten der Tintentröpfchen aus den Austrittsöffnungen ermöglicht, wo­durch ein grafikfähiges Feinraster bei kompakter Bauweise des Schreibkopfes 1 erzielbar ist.

[0019] Die Tintenvorratskammer 9 hat an ihren Enden aufsteigende Kanäle 25, 26, die unmittelbar ober- und unterhalb der in einer Reihe angeordneten Austrittsdüsen 2 der Tintenkanäle 3 in einer Stirn­fläche 27 des Schreibkopfes 1 mit Austrittsöffnungen 28, 29 enden. Hierdurch kann in der Tintenvorratskammer 9 enthaltene Luft sicher ins Freie entweichen.

[0020] Die Grundplatte 5 und die Membranplatte 11 werden durch eine Klebeverbindung miteinander verbunden. Da hierbei jeglicher Luft­einschluß zwischen diesen Platten 5, 11, insbesondere in den Klebeflächen vermieden werden muß, weist die Grundplatte 5 in ihren außerhalb der Tintenkanäle 3, der Druckkammern 5 und der Tintenvorratskammer 9 angeordneten Auflageflächen 30, 31, 32, 33 für die Membranplatte 11 kanalförmige Vertiefungen 34, 35, 36, 37 auf, die mit Entlüftungskanälen 38, 39, 40, 41 verbunden sind. Hierdurch wird eine sichere Klebeverbindung zwischen den Platten 5, 11 erzielt.

[0021] Gemäß Figur 4 weist die Membranplatte 5 einen Durchbruch 42 zu der Tintenvorratskammer 9 auf, der von einem zylinderförmigen Dichtungselement 43 umgeben ist. Dieses Dichtungselement ist mit der Membranplatte 11 fest verbunden und weist über dem Durchbruch 42 eine Dämpfungsmembran 44 auf. Hierdurch werden in den Tinten­zuführkanälen eventuell entstehende Druckstöße sicher gedämpft. Unterhalb der Dämpfungsmembran 44 ist eine Tinteneintrittsöffnung 44 für einen Anschlußschlauch 46 zu einem nicht dargestellten Tintenbehälter angeordnet. Die durch die Tinteneintrittsöffnung 45 hineingeführte Tinte wird dann über eine Filtermembran 47 derart gefiltert, daß eventuell mitgeführte Luftbläschen oder Schmutzteilchen nicht in die Tintenvorratskammer 9 in dem Schreibkopf 1 gelangen können. Die Dämpfungsmembran 44 ist übri­gens zweischichtig ausgebildet, während die Filtermembran 47 aus einem Nylon-Filtergewebe besteht.

Ansprüche

1. Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für Tintenmosaik­schreibeinrichtungen mit mehreren von Austrittsöffnungen her strahlenförmig verlaufenden Tintenkanälen, bei denen die in einer Kompressionskammer enthaltene Schreibflüssigkeit durch piezoelektrische Verformung eines Antriebselementes über Druckkanäle tropfenförmig aus den Austrittsöffnungen ausge­stoßen und in denen die Tinte über einen Verteilerkanal und gesondert zugeordneten Dämpfungsgliedern über Saugkanäle zugeführt wird, wobei die Druckkanäle von den Antriebsele­menten bis zu den Austrittsöffnungen alle gleich lang ausge­bildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugkanäle zwischen den Antriebselementen (4, 10) und den Dämpfungsgliedern (7) alle gleich lang ausgebildet sind.

2. Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß die in die Druckkammern (4) mündenden Druckkanä­le (17, 18) je einen Durchmesser in mehrfacher Größe zu dem Durchmesser der in den Druckkammern (4) mündenden Saugkanäle (21, 22) aufweisen.

3. Schreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Druckkammern (10) Strömungsumlenk­elemente (23) an den Übergangsstellen zu den Druck- (17, 18) und den Saugkanälen (21, 22) aufweisen.

4. Schreibkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­net, daß die Strömungsumlenkelemente (23, 24) einen rau­tenförmigen Querschnitt haben, deren freie Enden mit der Membranplatte (11) fest verbunden sind.

5. Schreibkopf nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die elek­trisch betriebenen Antriebselemente elastische Membranen der Kompressionskammern zur Erzeugung von Druckimpulsen defor­mieren, dadurch gekennzeichnet, daß die be­nachbarten Antriebselemente (4, 10, 11) auf zwei konzen­trisch zu den Austrittsöffnungen (2) ausgerichteten Kreisen in Längsrichtung der Tintenkanäle (3) abwechselnd versetzt angeordnet sind und daß Abschnitte der in die auf den inne­ren Kreis angeordneten Kompressionskammern (4) mündenden Druckkanäle (17) und die in die außen angeordneten Kompres­sionskammern (4) mündenden Saugkanäle (21) zum Längenaus­gleich eine gewundene Form aufweisen.

6. Schreibkopf nach Anspruch 5, wobei dieser eine aus Glas bestehende Grundplatte mit Ausnehmungen für die Tintenka­näle, die Druckkammern und für eine Tintenvorratskammer, eine aus Glas bestehende Membranplatte und eine Piezo­kristallplatte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Tintenkanäle (3) aufsteigend angeordnet sind und die Saugkanäle (21, 22) über als Filter ausgebildete Dämpfungsglieder (7) mit der Tintenvorratskammer (9) in Fließverbindung stehen.

7. Schreibkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­net, daß die Tintenvorratskammer (9) an ihren Enden aufsteigende Kanäle (25, 26) zur Entlüftung aufweist, die ober- und unterhalb der in einer Reihe angeordnete Aus­trittsdüsen (2) der Tintenkanäle (3) in einer Stirnfläche (27) des Schreibkopfes (1) mit Austrittsöffnungen (28, 29) enden.

8. Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,da­durch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (5) in ihren außerhalb der Tintenkammern (4), der Tintenkanäle (3) und der Tintenvorratskammer (9) angeordneten Auflageflächen (30, 31, 32, 33) für die Membranplatte (11) kanalförmige Vertiefungen (34, 35, 36, 37) aufweist, die mit Entlüftungs­kanälen (38, 39, 40, 41) verbunden sind.

9. Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß die Membranplatte (5) einen Durchbruch (42) zu der Tintenvorratskammer (9) auf­weist und daß der Durchbruch (42) von einem zylinderförmigen Dichtungselement (43) umgeben ist, das mit der Membranplatte (11) fest verbunden und gegenüber dem Durchbruch (42) durch eine Dämpfungsmembran (44) verschlossen ist und daß das Dichtungselement (43) unterhalb der Dämpfungsmembran (41) eine Tinteneintrittsöffnung (45) für einen Anschlußschlauch (46) zu einem Tintenbehälter und eine Filtermembran (47) aufweist.

10. Schreibkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­net, daß das Dichtungselement (43) eine umlaufende Öff­nung (48) für einen O-förmigen Dichtungsring (49) aufweist.

Zeichnung