DE3324043C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Antriebsele­ ment für die im Schreibkopf einer Tintenmosaikschreibein­ richtung verlaufenden Tintenkanäle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-PS 25 43 451 ist ein Schreibkopf für Tinten­ schreibeinrichtungen 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 auf­ einander zu. Piezoelektrische Antriebselemente sind von den Austrittsöffnungen der Tintenkanäle aus gesehen, im Schreibkopf nach hinten versetzt angeordnet. Sie bestehen aus röhrenförmigen Piezowandlern, die die Tintenkanäle umfassen. Ein tröpfchenweiser Ausstoß von Schreibflüssig­ keit erfolgt durch piezoelektrischer Verformung des auf den betreffenden Tintenkanal einwirkenden piezoelektri­ schen Antriebselements. Ein solcher Aufbau gestattet es, den Schreibkopf in einfacher Weise, z. B. durch Vergießen der Antriebselemente bei gleichzeitiger Ausformung der Tintenkanäle mittels eingeführter Nadeln herzustellen. Dazu werden die mit einer äußeren und mit einer inneren Kontaktschicht versehene Piezoröhrchen jeweils innen mit einer Kontaktwendel versehen und außen an eine flexible Leiterfolie angeschlossen. Diese vormontierten Röhrchen werden dann mit Hilfe der eingesteckten Nadeln in der Gießformlage fixiert und umgossen. Nach Entfernen der Na­ deln steht ein Gießharzblock zur Verfügung, der nach Mon­ tage von Düsenplatte und Tintenversorgungsteil eine soge­ nannte Düsenbaugruppe bildet.

Dieser Aufwand ist für den Aufbau von Schreibköpfen mit einer relativ kleinen Anzahl von Tintenkanälen und Piezo­ röhrchen noch tragbar. Für Schreibköpfe, bei denen zur Erhöhung der Auflösung der rasterförmigen Zeichen eine erheblich größere Anzahl von Tintenkanälen und Piezoröhr­ chen vorgesehen ist, nimmt der Fertigungs- und Montage­ aufwand ganz erheblich zu. Da in diesem Fall, vor allem dann, wenn die äußeren Abmessungen des Schreibkopfes nicht wesentlich verändert werden, sowohl die Tintenkanä­ le als auch die Piezoröhrchen erheblich enger benachbart angeordnet sind, treten weiterhin auch Kontaktierungspro­ bleme und sogenannte Nebensprecheinflüsse auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein piezoelek­ trisches Antriebselement für die Tintenkanäle eines Tin­ tenschreibkopfes zu schaffen, bei dem zum einen die Kon­ taktierung über die äußeren und die inneren Elektroden der Antriebselemente einfach und sicher erfolgt, bei dem zum anderen die störenden Nebensprecheigenschaften ver­ bessert sind, und bei dem schließlich der Montageaufwand durch Zusammenbau einfach aufgebauter Teile reduziert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht in der einfachen Herstellung des die piezoelektrischen An­ triebselemente für sämtliche Tintenkanäle enthaltenden piezokeramische Einheit, die einschließlich der inneren und äußeren Kontaktschichten der röhrenförmigen Erhebungen als Einzelteil erstellt werden kann, sowie darin, daß die piezo­ keramische Einheit erheblich einfacher mit den weiteren Tei­ len des Schreibkopfes, nämlich mit dem die Tintenkanäle ent­ haltenden Schreibkopfteil und mit dem Tintenversorgungsteil zusammengebaut werden kann. Dabei erweist es sich als vor­ teilhaft, daß die sich über den Sockel und über die Stirn­ flächen der röhrenförmigen Erhebungen hinaus erstreckende Metallisierung der piezokeramischen Einheit nicht nur eine tintendichte Abdichtung gewährleistet, sondern daß damit auch die mechanische Entkopplung verbessert wird und die Nebensprecheinflüsse reduziert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Beispiel für einen Schreibkopf unter Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebselemente und

Fig. 2 die Detaildarstellung eines Beispieles für das erfin­ dungsgemäße Antriebselement.

Der in Fig. 1 dargestellte Schreibkopf einer Tintenmosaikschreibeinrichtung besteht aus einer Düsen­ platte 1, aus einem, z. B. aus Gießharz bestehenden Schreib­ kopfteil 3, der die in Richtung zur Düsenplatte 1 aufein­ ander zulaufenden Tintenkanäle 2 enthält, aus einer block­ förmigen piezokeramischen Einheit 4, die im folgenden als Piezoblock bezeichnet wird, und aus einem Tintenversor­ gungsteil 5. Der Piezoblock 4 weist einen plattenförmigen Basisteil, im folgenden als Sockel 6 bezeichnet, auf, aus dem die röhrenförmigen Erhebungen 7 herausragen. Diese bilden die eigentlichen Antriebselemente und werden im folgenden als Piezoröhrchen bezeichnet. Über den Sockel 6 sind sämt­ liche Piezoröhrchen 7 auf der einen Seite des Piezoblocks miteinander verbunden. Der Piezoblock 4 ist auf der einen Seite, auf der dieser an dem Schreibkopfteil 3 anliegt, mit einer Kontaktschicht 8 versehen, die sich zugleich auch in das Innere der Piezoröhrchen erstreckt und die Innenelek­ trode jedes Piezoröhrchens 7 bildet. Da der Piezoblock 4 als ein Einzelteil erstellt werden kann, kann das Aufbrin­ gen der Kon­ taktschicht 8 ohne besondere Probleme durchgeführt wer­ den. Somit steht ein für sämtliche Piezoröhrchen 7 ge­ meinsamer, d. h. ein an ein Bezugspotential anschließbarer gemeinsamer Innenelektrodenanschluß 12 zur Verfügung.

Die äußeren Mantelflächen der Piezoröhrchen sind eben­ falls mit einer Kontaktschicht 9 versehen. Diese äußere Kontaktschicht 9 ist für jedes Piezoröhrchen 7 indivi­ duell vorgesehen. Das Aufbringen der äußeren Kontakt­ schicht 9 kann entweder zusammen mit dem Aufbringen der inneren Kontaktschicht 8 oder in einem davon getrennten Arbeitsgang erfolgen. Die für einen individuellen Tröpf­ chenausstoß aus den Austrittsöffnungen der einzelnen Tin­ tenkanäle 2 über die Düsenöffnungen der Düsenplatte 1 er­ forderliche individuelle Ansteuerung der Piezoröhrchen 7 wird dadurch erreicht, daß die äußeren Kontaktschichten 9, z. B. über eine Leiterplatte 10 und deren Leiterbahnen 11 kontaktiert sind. Entsprechend der Anzahl der Tinten­ kanäle und damit entsprechend der Anzahl der Piezoröhr­ chen, ist die Leiterplatte 10 mit einer entsprechenden Anzahl von Anschlüssen 13 vorgesehen.

Die Wirkungsweise entspricht dem an sich bekannten Ver­ fahren für derartige Tintenmosaikschreibeinrichtungen, auf das im folgenden nur kurz eingegangen wird. Durch einen, von einer hier nicht dargestellten Ansteuerschal­ tung abgegebenen Ansteuerimpuls, werden über die An­ schlüsse 13 diejenigen Piezoröhrchen 7, die den für einen Tröpfchenausstoß vorgesehenen Tintenkanälen 2 zugeordnet sind, in einen erweiterten Zustand versetzt. Anschließend wird eine Verengung oder Kontraktion der vorher in den erweiterten Zustand versetzten Piezoröhrchen 7 bewirkt. Aus den Düsenöffnungen der Düsenplatte 1 wird als Folge davon ein Tröpfchen ausgestoßen.

Der Aufbau der Antriebselemente in Form eines Piezoblocks bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, den Schreibkopf in einer aufwandsarmen Weise aufzubauen. Zur Erläuterung wird wiederum auf das Ausführungsbeispiel verwiesen. Der Piezoblock 4, der sämtliche Antriebsele­ mente eines Schreibkopfes, d. h. sämtliche Piezoröhrchen 7 umfaßt, bildet ein eienes getrennt herstellbares Bau­ teil, das nach Aufbringen der Kontaktschicht 8 und 9 und nach Kontaktierung mit der Leiterplatte 10, 11 mit dem Schreibkopfteil 3 einer­ seits und mit dem Tintenversorgungsteil 5 andererseits zusammengeführt wird. Die völlig plane, durch die Kon­ taktschicht 8 gebildete metallisierte Fläche des Piezo­ blocks 4 bietet nicht nur eine sehr gute Dichtung an der Verbindungsstelle, sondern reduziert auch die Beeinflus­ sung benachbarter Tintenkanäle, verbessert also das Ne­ bensprechen ganz erheblich. Das ermöglicht es, die Piezo­ röhrchen, und damit auch die einzelnen Tintenkanäle enger nebeneinander anzuordnen. Damit ist eine wesentliche Vor­ aussetzung geschaffen, einen Tintenschreibkopf mit enge­ rer Teilung der Austrittsdüsen aufzubauen.

Unter normalen Umständen reicht die, z. B. durch eine me­ chanische Klemmverbindung erzeugte Andruckkraft, zwischen dem Piezoblock 4 und dem Schreibkopfteil 3 bzw. dem Versor­ gungsteil 5 aus, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu schaffen. Bedarfsweise kann die metallisierte Fläche des Piezoblocks 4 abgeschliffen werden, bzw. es kann eine zu­ sätzliche Dichtfläche eingelegt werden, ohne daß die vor­ her beschriebenen Vorteile beeinrächtigt werden.

Zur Kontaktierung ist im Ausführungsbeispiel eine Leiter­ platte vorgesehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur Kontaktierung auch eine metallisierte Keramikplatte oder eine Reihe federnder Metallkontakte zu verwenden.

Fig. 2 zeigt einen Piezoblock 4 im Detail. Dieser besteht aus dem Sockel 6, aus dem sich die eigentlichen Antriebselemente in Form der Piezoröhrchen 7 erheben. Zentrische, diese Erhebungen und den Sockel 6 durchdringende Bohrungen, bilden die Tintenkammern 14 der Piezoröhrchen 7. Auf der für alle Piezoröhrchen 7 gemein­ samen Fläche des Piezoblocks, wird die metallische Kon­ taktschicht 8 aufgebracht, wobei sich die Metallbeschich­ tung auch auf die Innenwandung der Tintenkammern 14 er­ streckt. Diese bildet also für alle Piezoröhrchen 7 eine gemeinsame Innenelektrode. Entweder gleichzeitig mit der Metallbeschichtung der gemeinsamen Fläche, oder an­ schließend daran, werden die äußeren Mantelflächen der Piezoröhrchen 7 ebenfalls mit einer Metallschicht 9 ver­ sehen, wobei diese Beschichtung zwischen den einzelnen Piezoröhrchen 7 unterbrochen ist. Die Metallbeschichtung 9 bildet die äußeren Elektroden, über die jedes Piezo­ röhrchen individuell ansteuerbar ist. Durch eine an­ schließende Bearbeitung der beidseitigen Oberflächen, können sehr plane Flächen erzeugt werden, wodurch, worauf bereits hingewiesen wurde, eine sehr sichere flüssig­ keitsdichte Abdichtung nach dem Zusammenbau mit den wei­ teren Teilen des Schreibkopfes gewährleistet ist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Piezo­ block derart gestaltet sein, daß sich die Kontaktschicht 8, die die Innenelektrode der Piezoröhrchen 7 bildet, auf beiden Seiten über die Stirnflächen der Piezoröhrchen 7 hinaus erstreckt. Damit steht auf beiden Seiten des Pie­ zoblocks 4 eine sehr glatte und plane Metallfläche zur Verfügung, die auch auf der Seite, auf der der Piezoblock 4 an dem Tintenversorgungsteil 5 anliegt, eine tinten­ dichte Verbindung gewährleistet, ohne besondere Dich­ tungselemente verwenden zu müssen.

Wie anhand von Fig. 1 beschrieben, weisen die äußeren Mantelflächen der Piezoröhrchen 7 Kontaktschichten 9 auf, die jeweils zwischen den einzelnen Piezoröhrchen 7 unter­ brochen sind, und über die eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Piezoröhrchen 7 erfolgt. Zur Kontaktierung der äußeren Kontaktschichten 9 kann wiederum eine Leiter­ platte, eine metallisierte Keramikplatte oder eine Reihe federnder Metallkontakte vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Piezoelektrisches Antriebselement für die im Schreibkopf einer Tintenmosaikschreibeinrichtung verlaufenden Tintenka­ näle, die an ihren, der Schreibstelle zugewandten Enden mit einer Düsenplatte abgeschlossen sind, und die am der Düsen­ platte abgewandten Ende jeweils von einem röhrenförmigen, piezoelektrischen Antriebselement umfaßt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß sämtli­ che piezoelektrische Antriebselement (7) Bestandteil einer blockförmigen piezoekeramischen Einheit sind, die ein Bau­ teil des Schreibkopfes bildet, daß die piezoelektrischen Antriebselemente (7), einstückig als röhrenförmige Erhe­ bungen eines gemeinsamen ebenen Sockels (6) ausgebildet sind, über den sie miteinander verbunden sind und jeweils in Form von Piezoröhren (7) die Verlängerung der Tinten­ kanäle (2) des Schreibkopfteiles (3) zum Tintenversorgungs­ teil (5) hin bilden,
daß der Sockel (6) mindestens an der dem Schreibkopfteil (3) zugewandten Fläche eine metallische Kontaktschicht (8) aufweist, die sich auch über die inneren Mantelflächen der röhrenförmigen Erhebungen erstreckt und eine zusammenhän­ gende innere Kontaktschicht für die piezoelektrischen An­ triebselemente (7) bildet, und
daß jedes einzelene piezoelektrische Antriebselement (7) mit einer äußeren Kontaktschicht (9) versehen ist, die we­ der untereinander noch mit der inneren Kontaktschicht (8) verbunden ist.

2. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezokeramische Einheit (4) nur auf der, dem Schreibkopf­ teil (3) zugewandten Seite einen Sockel (6) aufweist, und daß die metallische Kontaktschicht (8) des Sockels (6) ei­ ne flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der piezokerami­ schen Einheit (4) und dem Schreibkopfteil (3) bildet.

3. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die metallische Kontaktschicht (8) des Sockels (6) auch über die dem Tintenversorgungsteil (5) zugewandten Stirn­ flächen der Piezoröhrchen (7) erstreckt und eine flüssig­ keitsdichte Abdichtung zwischen der piezokeramischen Ein­ heit (4) und dem Tintenversorgungsteil (5) bildet.

4. Piezoelektrisches Antriebselement nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Kontaktschicht (8) mit einem für alle Piezo­ röhrchen (7) gemeinsamen Anschluß (12) verbunden ist, und die äußeren Kontaktschichten (9) der Piezoröhrchen (7) jeweils mit individuellen Anschlüssen (13) verbunden sind.

5. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontaktierung zwischen den individuellen Anschlüssen (13) und den äußeren Kontaktschichten (9) der Piezoröhrchen (7) eine Leiterplatte (10, 11) vorgesehen ist.

6. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontaktierung zwischen den individuellen Anschlüssen (13) und den äußeren Kontaktschichten (9) der Piezoröhrchen (7) eine metallisierte Keramikplatte vorgesehen ist.

7. Piezoelektrisches Antriebselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontaktierung zwischen den individuellen Anschlüssen (13) und den äußeren Kontaktschichten (9) der Piezoröhrchen (7) federnde Kontaktelemente vorgesehen sind.