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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988002698A1
    申请号:PCT/DE1987/000464
    申请日:1987-10-13
    公开日:1988-04-21
    发明作者:Peter Külzer
    申请人:Siemens Aktiengesellschaft；
    IPC主号:B41J2-00
    专利说明:
    Mehrschichtig aufgebauter Tintenschreibkopf Die Erfindung betrifft einen mehrschichtig aufgebauten Tintenschreibkopf und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 7. Tintendruckeinrichtungen mit piezoelektrisch angetriebenen Antriebselementen sind allgemein bekannt und mit Erfolg zur Anwendung gelangt. So wird in der DE-OS 32 42 283 ein mehrschichtig aufgebauter Tintenstrahldruckkopf beschrieben, der im wesentlichen eine Kammerleiste aufweist, in der ein Zuführkanal für die Tinte eingearbeitet ist. Diesem Zuführkanal ist ein Anschlussstutzen zugeordnet, über dem der Tintenkopf mit Tinte versorgt wird. In den Zuführkanal münden Zuführleitungen, die auf der Oberfläche der Kammerleiste mit seitlich abgehenden Drosselkanälen in Verbindung stehen. Diese. Drosselkanäle münden seitlich in kegelförmige Druckkammern. Im Mittelpunkt dieser Druckkammern ist der Düsenkanal angeordnet. Die Düsenkanäle selbst werden durch eigenen Grundkörper des Tintenstrahldruckkopfes geführt und münden am untereEnde des Grundkörpers in dicht nebeneinander angeordneten Düsen einer Düsenplatte. Die Düsenplatte selbst wird über eine Spannfeder gegen den Grundkörper gedrückt. Die Seite der Kammerleiste in die die Druckkammern und die Düsenkanäle eingestanzt sind, ist durch eine Metallmembran abgedeckt, die über die gesamte Breite der Kammerleiste reicht. Auf dieser Metallmembran sind die Antriebselemente angeordnet, vorzugsweise geklebt. Die Herstellung der Kammerleiste und die Verbindung mit der Metallmembran geschieht in der Weise, dass in der Kammerleiste zunächst die kegelförmigen Kammern und die Drosselkanäle eingeprägt werden und anschliessend die Düsenkanäle gebohrt werden.Anschliessend wird die Metallmembran und die Kammerleiste durch Diffusionsschweissen atomar miteinander verbunden. Durch die Vielzahl der erforderlichen Arbeitsgänge ist ein derartig aufgebauter Tintenschreibkopf schwer herzustellen. Ausserdem wirkt sich die Länge der Düsenkanäle und ihr Verlauf innerhalb eines klobig aufgebauten Grundkörpers nachteilig auf die Schriftqualitätbzw. den Wirkungsgrad der piezoelektrischen Antriebselemente aus. Dadurch, dass die Tintenversorgung der Druckkammern innerhalb der Kammerleiste über Drosselkanäle erfolgt, die seitlich in die Druckkammern münden, ergibt sich ein strömungsungünstiger Querschnitt der Druckkammern und damit ein schlechter Tintendurchfluss. Derartige kreisförmige Druckkammern mit zentral angeordnetem Düsenkanal und seitlichem Tinteneintritt haben ausserdem den Nachteil, dass beispielsweise durch Ausgasung der Tinte bedingte Luftblasen sich nur schwer aus diesen Druckkammern entfernen lassen. Eine Möglichkeit der Entfernung dieser Gasblasen besteht darin, Druck auf der Vorratsseite auf die Tinte. auszuüben und damit die Druckkammern durchzuspülen. Dadurch werden aber nur die sich im Zentrum der Druckkammern befindlichen Gasblasen entfernt. Die sich am Rand festsetzenden Gasblasen werden von der Strömung in der Druckkammer nicht erreicht bzw. von der Strömung so gesteuert, dass sie in der Druckkammer verbleiben und damit das Ansteuerverhalten des gesamten Druckkopfes beträchtlich stören. Um dies zu verhindern, ist es aus der E-PS-81-00 37 624 bekannt, am Eintrittsbereich und am Austrittsbereich der Druckkammern Inseln anzuordnen, die die Tintenströmung teilen und dafür sorgen, dass die Tinte entlang der Wandbereiche durch die Druckkammer strömt. Diese Inseln sind nun einerseits wegen ihrer Grösse schwer herstellbar, andererseits bilden sie einen unerwünschten Strömungswiderstand, der sich wiederum ungünstig auf das Ansteuerverhalten der Druckkammern auswirkt. Aufgabe der Erfindung ist es, einen mehrschichtig aufgebauten Tintenschreibkopf der eingangs genannten Art so auszubilden, dass er in einfacher Weise und in eine Vielzahl von Arbeitsgängen hergestellt werden kann und der einen günstigen Strömungsverlauf der Tinte aufweist, so dass eventuell eingedrungene Gasblasen leicht entfernt werden können. Diese Aufgabe wird bei einem mehrschichtig aufgebauten Tintenschreibkopf der eingangs genannten Art gemäss den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Dadurch, dass der Tintenschreibkopf aus einem gesondert herstellbaren Sandwichtintenkopf und einem den Sandwichtintenkopf aufnehmenden Aufnahmeteil mit integrierter Tintenzuführung besteht, lässt sich der gesamte Tintenschreibkopf sehr leicht und einfach herstellen. Der Sandwichtintenkopf besteht dabei aus mehreren den entsprechenden Tintenkanälen strukturierten, übereinander angeordneten Platten, die untereinander durch Diffusionsschweissen fest verbunden sind, wobei die eine Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Membranplatte und die andere Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Düsenplatte gebildet wird. Damit ergibt sich eine sehr kleine und flache Abmessung des Tintenschreibkopfes mit kurzen Düsenkanallängen, die eine hohe Schreibfrequenz ermöglichen. Dadurch, dass sämtliche Tinten aufnehmenden Ausnehmungen, wie Druckkammern, Tintenkanäle und Düsenkanäle, des Sandwichtintenkopf es durch Durchgangsöffnungen der Einzelplatten gebildet werden, lässt sich der Tintenkopf vorteilhafterweise aus einfach insbesondere durch Stanzen herstellbaren Formteilen zusammensetzen und in einem Arbeitsgang durch Diffusionsschweissen verbinden. Durch den erfindungsgemässen Aufbau des Tintenschreibkopf es ist, die Verbindung von Metall für die einzelnen Platten möglich und damit das Aufbringen und Erstellen sehr feiner Konturen. Der Sandwichtintenkopf kann dabei in automatisierten Verfahren im Reinraum hergestellt werden. Die als Antriebselemente ausgebildeten Piezoscheiben sind durch Kleben oder Löten in leichter Weise mit der Metallmembrane verbindbar. Dadurch, dass sowohl der Düsenkanal als auch der Tintenversorgungskanal einer Druckkammer senkrecht zur Membranplatte auf einem Durchmesser gegenüberliegend in die Druckkammer mündet; können sich in der Druckkammer keine Luftblasen festsetzen bzw. können Tintenbläschen leicht aus der Druckkammer durch Durchspülen entfernt werden. Die Ausbildung der Drosselkanäle als Kanäle mit spaltförmigem Querschnitt gewährleistet, dass einerseits die Tinten der Schreibfrequenzentsprechend schnell nachströmen können, andererseits Druckwellen nicht hindurchtreten können. Bedingt durch die sehr kleinen Abmessungen des Sandwichtintenkopfes liegt die Eigenfrequenz des Gesamtsystems sehr hoch und die Beruhigungszeit für die Tinte im Druckbereich sehr niedrig. Daraus resultiert eine hohe Spritzfrequenz. Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen FIG 1 eine schematische Explosionsdarstellung des mehrschichtig aufgebauten Tintenschreibkopfes, FIG 2 eine perspektivische Schnittdarstellung des Sandwichtintenkopfes, FIG 3 eine schematische Darstellung des Bereiches der Druckkammern des Sandwichtintenkopfes, FIG 4 eine schematische Schnittdarstellung entlang den Schnittlinien der FIG 3, FIG 5 eine schematische Darstellung einer Druckkammer mit zugehöriger Drosselstrecke und FIG 6 eine schematische Darstellung der Düsenanordnung bei einem als 24 Düsenkopf ausgebildeten Sandwichtintenkopf. In einer hier nicht im einzelnen dargestellten Tintendruckeinrichtung ist ein Tintendruckkopf angeordnet, der im Schreibbetrieb zeilenweise entlang von einemlAufzeichnungsträger geführt wird. Der schichtenweise aufgebaute Tintenschreibkopf besteht aus einem Aufnahmekörper 10 mit darin angeordneter Tintenversorgungsleitung 11 und einem Anschlussstutzen 12 zum Anschluss an eine hier nicht dargestellte Tintenflasche. Der Aufnahmekörper 10 kann aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet sein und wird über ein Befestigungsstück 13 auf einem hier nicht dargestellten Druckwagen der Tintendruckeinrichtung snge-schraubt. Der Aufnahmekörper 10 dient zur Aufnahme eines gesondert hergestellten Sandwichtintenkopfes eines sogenannten Planartintenkopfes. Dieser Sandwichtintenkopf ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der FIG 1 aus fünf Metallplatten zusammengesetzt, die im folgenden im einzelnen beschrieben werden. Die eine Begrenzungsseite des Sand wichtintenkopfes bildet eine Membranplatte 14 aus Nickel von einer Plattenstärke von 0,03 mm auf der entsprechend der Anzahl der Düsen (in diesem Falle 24) Piezoplättchen von einem 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 Stärke von 0,2 mm entsprechend der gewünschten Höhe der Druckkammern aufweist. In der Druckkammerplatte 16 befinden sich sämtliche Druckkammern 17 des Sandwichkopfes sowie Zuleitungsstrukturen 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 Tintenzuführkanales 21 jeder Druckkammer 17 enthalten, weiters Ausnehmungen 22, die Bestandteile der Tintenzuführung sind. In der folgenden Drosselplatte 23von einer Stärke von 8,1mm sind Drosselstrecken 24 mit spaltenförmigen Querschnitt iniForm von Schlitzen angeordnet und Ausnehmungen 25 als Bestandteile der Tintenzuführung. Abgeschlossen wird der Sandwichtintenkopf durch eine Düsenplatte 26 (Stärke 0,1 mm), die ebenfalls aus Nickel hergestellt ist und auf der die Düsenöffnungen 27 in einer der gewünschten Auflösung entsprechenden Konfiguration angeordnet sind. Nach dem Herstellen der einzelnen Metallplatten durch Ätzen, Stanzen oder galvanoplastisch werden die Metallplatten übereinander geschichtet und durch Diffusionsschweissung miteinander verbunden. Zu diesem Zwecke werden die Platten aufeinander gedrückt 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 Tintendruckköpfen deswegen von Vorteil, weil eine flächige metallische Verbindung hergestellt wird und keine Ver änderungen 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 Herstellung 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 versilbern und diese versilberten Teile in Verbund mit Nickelteilen zu verschweissen. Diffusionsschweissen ist dabei möglich bei Temperaturen zwischen 40 und 90 % der absoluten Schmelztemperatur des Teilewerkstoffes. Um eine für Diffusionsschweissen günstige Materialpaarung mit Silber zu erreichen, genügt es beim Schichtaufbau, mindestens jede zweite Platte zu versilbern. Nach der Herstellung des. Sandwichtintenkopfes, die vollautomatisch erfolgen-kann, werden - wenn nicht bereits vorher geschehen - die Piezoplättchen 15 auf der Membranplatte 14 aufgeklebt. Der so hergestellte Sandwichtintenkopf kann nun über ein Anschlussstück 28 auf dem Aufnahmekörper 10 montiert werden. Für die Strukturen der Druckkammern der Tintenkanäle und der Drosselstrecken sind viele Modifikationen denkbar. Als vorteilhaft hat sich die aus den FIG 2 bis 5 ersichtliche Struktur herausgestellt. Dabei ergibt sich ein gradliniger Verlauf des Düsenkanals 20 von den einzelnen Druckkammern 17 bis zur Düsenplatte 26. Sowohl der Düsenkanal 20 als auch der Tintenzuführungskanal 21 münden dabei parallel zueinander in die hier zylinderförmig ausgebildeten Druckkammern und zwar bezogen auf den Durchmesser der Druckkammern an deren Rändern. Durch diesen strömungsgünstigen Aufbau reisst die die Druckkammer durchströmende Tinte eventuell sich am Rand der Druckkammern 17 befindliche Luftbläschen mit, so dass sich Luftbläschen nicht innerhalb der Druckkammer festsetzen können. In Bewegungsrichtung der Tinte vor den Druckkammern befindet sich die Drosselstrecke in Form eines Drosselkanals mit spaltenförmigem Querschnitt. Durch den spaltenförmigen Querschnitt der Drosselstrecke wird gewährleistet, dass einerseits die Tinte der Schreib frequenz entsprechend schnell nachströmen kann, andererseits Druckwellen nicht hindurchtreten können. Sämtliche Drosselstrecken 24 werden über eine gemeinsame Tintenzuführung 29 mit Tinte versorgt. Wie insbesondere aus den FIG 3 und 4 ersichtlich, ist es durch das Führen der Tinte in verschiedenen Ebenen der Struktur möglich, die.Druckkammern17 nur durch schmale Materialstege 30 getrennt voneinander anzuordnen. Damit ergibt sich eine hohe Packungsdichte der Druckkammern. I Bedingt durch die sehr kleinen Abmessungen des Sandwichtintenkopfes liegt die Eigenfrequenz des Gesamtsystems sehr hoch und die Beruhigungszeit für die Tinte im Druckbereich sehr niedrig, woraus eine hohe Spritzfrequenzresultiert. Im Druckbetrieb ergibt sich der aus der FIG 1 ersichtliche (Pfeil) Strömungsverlauf der Tinte. Dabei wird ausgehend von einem gemeinsamen Tintenvorrat in Form einer Tintenflasche die Tinte über den Aufnahmekörper 10 und das Anschlussstück 28 zu den Drosselstrecken 24 der Druckkammern 17 geleitet. Von den Druckkammern 17 gelangt die Tinte über Stichkanäle (Düsenkanäle 20) zu den Düsenöffnungen 27. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Sandwichtintenkopfes sind 24 Düsen angeordnet und zwar entsprechend der FIG 6 in acht Reihen zu je drei Düsen. Je nach Schräge der einzelnen Düsenreihen ergibt sich ein unterschiedlicher senkrechter Abstand 31 von Düse zu Düse und damit eine Veränderung der Schriftqualität (Auflösung). Die Düsen können dabei in der dargestellten Konfiguration auf dem Sandwichtintenkopf angeordnet sein oder aber es ist möglich, diese Konfiguration dadurch zu erreichen, dass der Sandwichtintenkopf schräg zur Schreibrichtung montiert wird. Bezugszeichenliste 10 Aufnahmekörper 11 Tintenversorgungsleitung 12 Anschlussstutzen 13 Befestigungsstück 14 Membran platte 15 Piezoplättchen 16 Druckkammerplatte 17 Druckkammer 18 Tintenzuleitung 19 Abdeckplatte 20 Düsenkanäle 21 Tintenzuführungskanal 22 Ausnehmungen der Abdeckplatte 23 Drosselplatte 24 Drosselstrecke 25 Ausnehmungen 26 Düsenplatte 27 Dusenöffnung 28 Anschlussstück 29 Tintenzuführung 30 Materialstege zwischen Druckkammern 31 senkrechter Abstand zwischen den Düsen
    权利要求:
    Claims

    Patentansprüche
    1. Mehrschichtig aufgebauter Tintenschreibkopf, bei dem jede Schreibdüse (27) über einen Düsenkanal (20) mit einer Druckkammer (17) verbunden ist, mit einer Düsenplatte (26), einer Druckkammerplatte (16) und einer Antriebsele¬ mente für die Druckkammern (17) tragenden Membranplatte (14), g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen gesonderte hergestellten Sandwichtintenkopf aus mehreren entsprechend den Tintenkanälen strukturierten,, übereinan¬ der angeordneten Platten (14, 16, 19, 23, 26), die unter¬ einander fest verbunden sind, wobei die eine Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Membranplatte (14) und die andere Seite des Sandwichtintenkopfes durch, die Düsen- platte (26) gebildet wird und ein Aufnahmeteil (10) zur Aufnahme des Sandwichkopfes, wobei die Tintenzuführung (11) zum Sandwichtintenkopf über das Aufnahmeteil (10) erfolgt.
    2. Tintenschreibkopf nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tinte aufnehmen¬ den Ausnehmungen (Druckkammern, Tintenkanäle, Düsenkanäle) des Sandwichtintenkopfes durch Durchgangsöffnungen der Einzelplatten gebildet werden.
    3. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sowohl der Düsenkanal (20) als auch der Tintenversorgungs¬ kanal (21) einer Druckkammer (17) senkrecht zur Membran- platte (14) auf einem Durchmesser gegenüberliegend in die Druckkammer (17) münden.
    4. Tintenschreibkopf nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckkammerplatte (16) auf ihrer der Membranplatte (14) abgewandten Seite über eine Abdeckplatte (19) abgeschlossen ist, welche die Mündungsbereiche des Düsenkanales und des Tintenkanales jeder Druckkammer enthalten. 5. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Drosselkanäle (24) mit spaltförmigem Querschnitt vorge¬ sehen sind, die auf einer gesonderten Drosselplatte (23) in Form von Schlitzen angeordnet sind.
    6. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h; g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sandwichtintenkopf einen Plattenaufbau aus einer Piezo- plättchen als Antriebselemente aufweisenden Membranplatte (14), einer Druckkammerplatte (16), einer Abdeckplatte (19), einer Drosselplatte (23) und einer Düsenplatte (26) aufweist.
    7. Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtig aufgebau¬ ten Tintendruckkopfes, bei dem jede Schreibdüse (27) über einen Düsenkanal (20) mit einer -Druckkammer (17) verbunden ist, mit einer Düsenplatte, einer Druckkammerplatte (16) und einer Aπtriebsele ente für die Druckkammern tragenden Membranplatte (14), d a d u r c h g e k e n nr - z e i c h n e t , daß in einem ersten jerfahrensschritt sämtliche Platten durch Ätzen, Stanzen oder galvano¬ plastisch als Formteile derart hergestellt werden, daß die die Druckkammern (17), Tintenkanäle (20) und Drosselkanäle (24) bildenden Ausnehmungen des Tintendruckkopfes mög¬ lichst als Durchgangsöffnungen auf den Platten (14, 16, 19, 23, 26) ausgebildet sind und daß dann die Platten zur Bildung eines Sandwichtintenkopfes übereinander geschich-
    1. tet miteinander derart verbunden werden, daß die eine Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Membranplatte (14) und die andere Seite des Sandwichtintenkopfes durch die Düsenplatte (26) gebildet wird und daß dann der Sand¬ wichtintenkopf auf einem Aufnahmestück befestigt wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Platten des Sandwich- tintεnkopfes durch Diffusionsschweißen miteinander ver¬ bunden werden. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sämtliche Platten aus Nikkei oder Chromnickel bestehen.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens jede zweite Platte versilbert ist.
    11. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sandwichtiπtenkopf als Mehrfachdüsenkopf ausgebildet ist und mehrere parallele' Reihen Schreibdüsen (27) aufweist, die in Abhängigkeit der gewünschten Auflösung des Druck¬ bildes in Schreibrichtung gesehen schräg angeordnet bzw. durch Drehen des Sandwichtintendruckkopfes schräg anordbar sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-04-21| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AU JP US |
    1988-04-21| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1989-02-24| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987906568 Country of ref document: EP |
    1989-08-09| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987906568 Country of ref document: EP |
    1990-08-22| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987906568 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE3635292||1986-10-16||
    DEP3635292.6||1986-10-16||
    DE19873710654|DE3710654A1|1987-03-31|1987-03-31|Mehrschichtig aufgebauter tintenschreibkopf|
    DEP3710654.6||1987-03-31||DE19873764474| DE3764474D1|1986-10-16|1987-10-13|Mehrschichtig aufgebauter tintenschreibkopf.|
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