DE3729205A1 - Verfahren zum ausbilden von tintenkanaelen in einem schreibkopf fuer eine tintenmosaikschreibeinrichtung - Google Patents
Verfahren zum ausbilden von tintenkanaelen in einem schreibkopf fuer eine tintenmosaikschreibeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zur Ausbildung
von Tintenkanälen in einem Schreibkopf für eine Tintenmosaik
schreibeinrichtung jeweils mit einem Trennmittel beschichtete
und von piezoelektrischen Antriebselementen zylindrisch umfaßte
Formnadeln in einer Gießform entsprechend dem gewünschten Ver
lauf der auszubildenden Tintenkanäle ausgerichtet werden, mit
einer Gießmasse umgossen werden und nach deren Aushärten unter
Bildung der jeweils von den zugeordneten piezoelektrischen
Antriebselementen teilweise umfaßten Tintenkanäle entfernt
werden.
Bekannte Schreibköpfe für Tintenmosaikschreibeinrichtungen
(vgl. DE-PS 25 43 451), die nach dem Prinzip des Einzeltropfen
ausstoßes (drop on demand) arbeiten, enthalten als Antriebs
elemente zum Ausstoß von Tintentropfen aus Tintenkanälen ein
zeln ansteuerbare Röhrchen aus piezokeramischem Material, von
denen jedes jeweils einen im Inneren des Schreibkopfes verlau
fenden Tintenkanal über einen Teil seiner Länge umfaßt; bei
Ansteuerung eines der Antriebselemente verengt sich dieses,
wodurch aus dem zugeordneten Tintenkanal ein Tintentropfen
ausgestoßen wird.
Zum Aufbau eines derartigen Schreibkopfes ist es aus der
DE-PS 25 43 451 bekannt, die Antriebselemente auf Formnadeln
aufzustecken und die Nadeln entsprechend dem gewünschten Ver
lauf der Tintenkanäle in einer Gießform auszurichten; an
schließend wird die Gießform mit einer Gießmasse ausgefüllt und
nach deren Aushärten die Formnadeln entfernt. Um zu verhindern,
daß die Antriebselemente in direkten Kontakt mit der Schreib
flüssigkeit in den Tintenkanälen geraten, was zum Eindringen
der Schreibflüssigkeit in die poröse Keramik der Antriebsele
mente und daraus resultierenden Kurzschlüssen führen kann,
werden in die Antriebselemente vor ihrem Vergießen metallene
Schutzröhrchen eingesteckt und zusammen mit den Antriebsele
menten auf die Formnadeln aufgezogen, so daß in dem fertigen
Schreibkopf die Schutzröhrchen die sie umgebenden Antriebs
elemente gegenüber dem Inneren der zugeordneten Tintenkanäle
isolieren. Die im Hinblick auf die Eigenstabilität der Schutz
röhrchen relativ dicke Wandstärke der Schutzröhrchen erfordert
jedoch eine relativ hohe Ansteuerenergie für die Antriebsele
mente. Außerdem erschwert die relativ dicke Wandstärke der
Schutzröhrchen die Zusammenführung der Tintenkanäle zu einem
engen Kanalaustrittsraster (Düsenraster) insbesondere dann,
wenn die Antriebselemente möglichst nahe zu den Kanalaustritten
der Tintenkanäle angeordnet sein sollen. Schließlich kann in
einen Spalt zwischen der Formnadel und dem zugehörigen
Ansteuerelement undefiniert Gießmasse eindringen und nach dem
Entfernen der Formnadel eine rauhe Kanalinnenwand bilden. Ent
sprechendes gilt für eine weitere, aus der DE-OS 25 43 420
bekannte Verfahrensvariante, bei der die Antriebselemente je
weils vor ihrer Anordnung auf den Formnadeln mit einer Isolier
schicht beschichtet werden.
Bei einer ebenfalls aus der DE-OS 25 43 420 bekannten Verfahrens
variante zur Ausbildung der Tintenkanäle in dem Schreibkopf
werden die Antriebselemente unter Zwischenfügung jeweils einer
Drahtwendel auf die zugehörigen Formnadeln aufgesteckt, so
daß beim nachfolgenden Vergießen die Gießmasse in die Zwischen
räume zwischen den Antriebselementen und den zugehörigen Form
nadeln eindringt und so eine das betreffende Antriebselement
gegenüber dem Kanalinneren isolierende Schutzschicht bildet.
Jedoch ist die Homogenität der Schutzschicht durch die Draht
wendel gestört, so daß nicht auszuschließen ist, daß Partikel
der Gießmasse beim Entfernen der Formnadeln oder später bei An
steuerung der Antriebselemente durch die daraus resultierenden
Druckpulse ausbröckeln können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Antriebselemente
auf fertigungstechnisch einfache Weise unter Bildung durchgehend
glatter Kanalinnenwände gegenüber der Schreibflüssigkeit in den
Tintenkanälen zu isolieren.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf
die trennmittelbeschichteten Formnadeln vor ihrem Einbringen in
die Gießform jeweils eine Hüllschicht aufgebracht wird, die
nach Entfernung der Formnadeln und des Trennmittels die Kanal
innenwand des betreffenden Tintenkanals bildet.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be
steht darin, daß mit der Ausbildung der Hüllschichten auf den
Formnadeln jeweils über die Länge der zu bildenden Tintenkanäle
zumindest aber im Bereich der Antriebselemente glatte tintenun
durchlässige Kanalinnenwände der Tintenkanäle geschaffen werden,
weil die Hüllschichten von der Schrumpfung der Gießmasse bei
ihrem Aushärten nicht betroffen sind. Im Bereich der Kanalinnen
wände durch Schrumpfung gelockerte Bereiche der aushärtenden
Gießmasse, wie sie insbesondere bei Verwendung von Drahtwendeln
zur elektrischen Kontaktierung der Antriebselemente und ihrer
Zentrierung auf den Formnadeln auftreten können, werden durch
die Hüllschichten in vorteilhafter Weise stabilisiert. Dadurch,
daß die Hüllschichten auf den Formnadeln aufgebracht werden, be
nötigen sie im Unterschied zu Schutzröhrchen (vgl. DE-OS 25 43 420)
keine mechanische Eigenstabilität und ermöglichen daher eine un
problematische Handhabung bei der Herstellung, Lagerung und
Montage. Die Wandstärke der Hüllschichten kann daher sehr gering
gehalten werden, so daß bei Verwendung von Antriebselementen
mit entsprechend geringer Röhrchenöffnungsweite eine gute Im
pulsübertragung von den Antriebselementen auf die Schreibflüssig
keit in den Tintenkanälen erreicht wird. Darüber hinaus ist das
erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch zur Herstellung ge
krümmter Tintenkanäle geeignet.
Als Hüllschicht wird in vorteilhafter Weise eine Kunststoffschicht
aufgebracht, die gegenüber der Schreibflüssigkeit resistent und
dicht ist, ferner durch die Schreibflüssigkeit benetzt wird und
ein gutes Haftungsvermögen mit der Gießmasse aufweist. Hierzu
können die trennmittelbeschichteten Formnadeln beispielsweise
in eine Kunststofflösung eingetaucht werden.
Entsprechend einer Verfahrensvariante kann im Rahmen der Erfin
dung als Hüllschicht eine Metallschicht aufgebracht werden. Der
Vorteil einer metallenen Hüllschicht besteht in ihrer Verwend
barkeit als elektrischer Anschluß für die Antriebselemente und
in dem guten mechanischen Impulsübertragungsverhalten. Darüber
hinaus wurde festgestellt, daß infolge der Elastizität der me
tallenen Hüllschicht bei Ansteuerung der Antriebselemente die
zwischen den Ansteuerelementen und der Hüllschicht eingedrungene
Gießmasse lediglich Druckbeanspruchungen unterliegt, so daß in
diesem Bereich verhindert wird, daß sich die Gießmasse lockert.
Die metallene Hüllschicht kann auf die Formnadeln wahlweise auf
gewalzt oder galvanisch abgeschieden werden; im letzteren Fall
ist vorher ein Überziehen der darunter liegenden Trennmittel
schicht mit einer Leitschicht oder die Verwendung eines leitfähi
gen Trennmittels erforderlich.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemä
ßen Verfahrens wird vor dem Aufbringen der Hüllschicht eine
spülmittellösliche Zwischenschicht auf der Trennschicht aufge
bracht und nach dem Entfernen der Formnadeln zusammen mit dem
Trennmittel aus den Tintenkanälen ausgespült. Während die Trenn
schicht - beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff ge
ringer Festigkeit, ein anorganisches Material geringer Schub
festigkeit oder eine niedrigschmelzende Metallegierung - die
Entformbarkeit der Formnadeln gewährleistet, ermöglicht die
Zwischenschicht eine rückstandslose Reinigung der Kanalinnen
wände nach dem Entfernen der Formnadeln. Als Spülmittel kann
beispielsweise ein die Zwischenschicht lösendes Lösungsmittel
oder bei einer wasserlöslichen Zwischenschicht einfaches Wasser
Verwendung finden.
Um bei dem zu fertigenden Schreibkopf die Anordnung der Kanalaus
tritte in einem engen Düsenraster zu ermöglichen, ist es er
forderlich, die Formnadeln mit ihren Spitzen eng zusammenzu
führen. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß die die Kanal
austrittsbereiche der Tintenkanäle bildenden Spitzen der Form
nadeln von der Trennschicht und der Hüllschicht unbedeckt ge
lassen werden und daß der Endbereich der Trennschicht vollstän
dig mit der Hüllschicht überdeckt wird. Dadurch, daß die Spitzen
der Formnadeln unbeschichtet bleiben, lassen sie sich in einem
engen Düsenraster anordnen. Die die Trennmittelschicht in ihrem
Endbereich vollständig überdeckende Hüllschicht verhindert beim
Ausgießen der Gießform mit der Gießmasse, daß die Gießmasse in
einen sich durch Schmelzen der Trennschicht möglicherweise bil
denden Spalt zwischen der Formnadel und der Hüllschicht ein
fließt.
Bei einer Verfahrensmodifikation, die ebenfalls eine Anordnung
der Kanalaustrittsbereiche in einem engen Düsenraster ermöglicht,
werden die die Kanalaustrittsbereiche der Tintenkanäle bildenden
Spitzen der Formnadeln von der Trennschicht und der Hüllschicht
unbedeckt gelassen und mit einer den Endbereich der Hüllschicht
bedeckenden zweiten Trennschicht überzogen. Die zweite Trenn
schicht ist dabei so dünn, daß sie eine Zusammenführung der
Spitzen der Formnadeln zu einem engen Düsenraster ermöglicht;
zugleich gewährleistet die zweite Trennschicht eine leichte
Entformbarkeit der Formnadeln und verhindert ein Eindringen der
Gießmasse in einen Spalt zwischen der Hüllschicht und der Form
nadel, der sich durch Schmelzen der ersten Trennschicht bilden
kann.
Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren
der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen
Fig. 1 eine Gießform mit darin positionierten
Formnadeln und von ihnen getragenen Antriebs
elementen zum Gießen eines Schreibkopfes für
eine Tintenmasaikschreibeinrichtung und die
Fig. 2 bis 5 jeweils unterschiedlich beschichtete Formnadeln
im Bereich ihrer Spitzen.
Fig. 1 zeigt eine im wesentlichen trichterförmige Gießform 1
mit zwei Trichteröffnungen 2 und 3, von denen die kleinere
Trichteröffnung 2 mit einer Zentrierplatte 4 abgeschlossen wird.
Die Zentrierplatte 4 enthält Bohrungen 5 entsprechend der ge
wünschten Anordnung der Kanalaustritte (Düsenanordnung) bei dem
zu fertigenden Schreibkopf. Auf einzelne Formnadeln 6 werden
aus röhrchenförmigen Piezokeramiken bestehende Antriebselemente
7 aufgesteckt; die Formnadeln werden mit ihren Spitzen in den
Bohrungen 5 der Zentrierplatte 4 zentriert und entsprechend der
gewünschten Lage der in dem Schreibkopf auszubildenden Tinten
kanäle innerhalb der Gießform 1 ausgerichtet. Es ist auch mög
lich, die Antriebselemente 7 in einer Halterung zu einer hier
lediglich durch eine strichpunktierte Umrandung angedeuteten
Baugruppe 8 zusammenzufassen, die Baugruppe 8 in der Gießform 1
zu befestigen und die einzelnen Formnadeln durch die Öffnungen
der Antriebselemente 7 hindurch bis in die Bohrungen 5 der Zen
trierplatte 4 zu führen. Anschließend wird die Gießform von
ihrer großen Trichteröffnung 3 her mit einer Gießmasse (vorzugs
weise Gießharz) aufgefüllt; nach dem Aushärten der Gießmasse zu
einem Gießkörper 9 werden die Formnadeln 6 aus dem Gießkörper 9
herausgezogen, so daß in diesem Tintenkanäle 10 jeweils über
einen Teil ihrer Länge von einem der Antriebselemente 7 umgeben
verbleiben.
Um die Formnadeln 6 nach dem Ausgießen der Gießform 1 leicht
entfernen zu können und um dabei glatte, rißfreie und schreib
flüssigkeitsresistente Kanalinnenwände der Tintenkanäle 10 zu
erhalten, werden die Formnadeln 6 entsprechend den Darstellun
gen in den Fig. 2 bis 5 vor ihrem Einstecken in die An
triebselemente 7 und ihrem Einbringen in die Gießform 1 zu
nächst mit einer Trennmittelschicht 11 und anschließend mit
einer Hüllschicht 12 überzogen. Die Fig. 2 bis 5 zeigen dies
am Beispiel einer derartig behandelten Formnadel 6, die mit
ihrer Spitze in einer Bohrung 5 der Zentrierplatte 4 gehalten
ist. Wie Fig. 2 zeigt, können die Formnadeln 6 jeweils voll
ständig mit der Trennmittelschicht 11 und der darauf liegenden
Hüllschicht 12 überzogen sein. Dazu werden die Nadeln mindestens
in der mit der Gießmasse in Berührung kommenden Länge vollstän
dig mit einer beispielsweise 0,5 µm dicken Trennschicht 11 aus
Wachs überzogen; danach werden die Formnadeln durch Tauchen in
eine Kunststofflösung mit einer etwa gleich dicken thermoplasti
schen Schicht als Hüllschicht 12 überzogen. Nach dem Vergießen
mit der Gießmasse und nach deren Aushärten werden die Formnadeln
bei einer Temperatur des Gießkörpers 9 entformt, bei der die
Trennschicht 11 eine sehr geringe Schubfestigkeit aufweist; da
bei läßt die geringe Festigkeit des Wachses auch bei Raumtempe
ratur noch eine beschädigungsfreie Entformung zu. Es ist jedoch
möglich, anstelle eines Wachses einen nichtorganischen Stoff mit
geringer Schubfestigkeit, wie z. B. MoS2 oder eine niedrigschmel
zende Metallegierung als Trennschicht 11 aufzubringen. Ebenso
ist es möglich, die Hüllschicht 12 aus Metall herzustellen,
indem sie auf die trennmittelbeschichteten Formnadeln 6 aufge
walzt oder galvanisch abgeschieden wird. Die nach Entformung der
Formnadeln 6 in dem Gießkörper 9 als Kanalinnenwände zurückblei
benden Hüllschichten 12 werden anschließend von Resten der Trenn
schicht 11 gereinigt.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 kann die Reinigung der
Tintenkanäle 10 dadurch verbessert werden, daß vor dem Aufbringen
der Hüllschicht 12 auf die Trennschicht 11 eine spülmittellös
liche Zwischenschicht 13 aufgebracht wird. Die Zwischenschicht
13 kann wahlweise wasserlöslich sein, wobei als Spülmittel bei
spielsweise heißes Wasser mit einem Zusatz verwendet wird, oder
aus einem Kunststoff bestehen, der durch ein Lösungsmittel ent
fernt werden kann. Damit ist die Entformbarkeit der Formnadeln 6
durch die Trennschicht 11 gewährleistet, während die Zwischen
schicht 13 die rückstandslose Reinigung der Tintenkanäle 10 er
leichtert.
Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, lassen sich besonders kleine
Kanalaustrittsöffnungen der Tintenkanäle 10 in einem sehr engen
Düsenraster herstellen, indem die die Kanalaustrittsbereiche
der Tintenkanäle 10 bildenden Spitzen der Formnadeln 6 von der
Trennschicht 11 und der Hüllschicht 12 unbedeckt gelassen
werden. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel überdeckt dabei
die Hüllschicht 12 den Endbereich der Trennschicht 11 vollständig,
so daß beim Ausgießen der Gießform 1 mit der Gießmasse kein
Gießharz in einen sich durch Schmelzen der Trennschicht 11 bil
denden Spalt zwischen der Hüllschicht 12 und der Formnadel 6
fließen kann. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel wird dieses
dadurch verhindert, daß die Spitzen der Formnadeln 6 mit einer
den Endbereich der Hüllschicht 12 bedeckenden zweiten Trennschicht
14 überzogen werden, die aufgrund ihrer Dünne die Feinheit des
mit den Kanalaustrittsbereichen zu erzeugenden Düsenrasters nur
unwesentlich beeinflußt.
Claims (6)
1. Verfahren, bei dem zum Ausbilden von Tintenkanälen (10)
in einem Schreibkopf für eine Tintenmosaikschreibeinrichtung
jeweils mit einem Trennmittel beschichtete und von piezoelek
trischen Antriebselementen (7) zylindrisch umfaßte Formnadeln
in einer Gießform (1) entsprechend dem gewünschten Verlauf der
auszubildenden Tintenkanäle ausgerichtet werden, mit einer Gieß
masse umgossen werden und nach deren Aushärten unter Bildung
der jeweils von den zugeordneten piezoelektrischen Antriebsele
menten (7) teilweise umfaßten Tintenkanäle (10) entfernt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf die trennmittelbeschichteten Formnadeln (6) vor ihrem Ein
bringen in die Gießform (1) jeweils eine Hüllschicht (12) auf
gebracht wird, die nach Entfernung der Formnadeln (6) und des
Trennmittels die Kanalinnenwand des betreffenden Tintenkanals
(10) bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Hüllschicht (12) eine Kunststoffschicht aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Hüllschicht (12) eine Metallschicht aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
vor dem Aufbringen der Hüllschicht (12) eine spülmittellösliche
Zwischenschicht (13) auf der Trennschicht (11) aufgebracht wird
und nach dem Entfernen der Formnadeln (6) zusammen mit dem
Trennmittel aus den Tintenkanälen (10) ausgespült wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die die Kanalaustrittsbereiche der Tintenkanäle (10) bildenden
Spitzen der Formnadeln (6) von der Trennschicht (11) und der
Hüllschicht (12) unbedeckt gelassen werden und daß der Endbe
reich der Trennschicht (11) vollständig mit der Hüllschicht
(12) überdeckt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die die Kanalaustrittsbereiche der Tintenkanäle (10) bildenden
Spitzen der Formnadeln (6) von der Trennschicht (11) und der
Hüllschicht (12) unbedeckt gelassen werden und daß die Spitzen
der Formnadeln (6) mit einer den Endbereich der Hüllschicht
(12) bedeckenden zweiten Trennschicht (14) überzogen werden.
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