DE3313156A1

DE3313156A1 - Piezoelektrisch betriebener schreibkopf fuer tintenmosaikschreibeinrichtungen

Info

Publication number: DE3313156A1
Application number: DE3313156A
Authority: DE
Inventors: Rolf Ing.(grad.) 4790 Paderborn Röschlein; Heinz Dipl.-Ing. Schulte
Original assignee: Nixdorf Computer AG; Nixdorf Computer Corp
Current assignee: Nixdorf Computer AG; Atos IT Solutions and Services Inc
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1983-04-12
Publication date: 1984-10-18
Also published as: EP0121894A3; US4514743A; JPS59198164A; EP0121894A2; EP0121894B1; DE3460948D1

Description

PATENTANWÄLTE

SCHAUMBURG, SCHÜLZ-DÖRLAM tV THC)ENRS

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Nixdorf Computer AG Fürstenallee 7

4790 Paderborn

KARL-HEINZ SCHAUMBURG. Dlpl.-Ing,

WOLFQANQ-SCHULZ-DÖRLAM Ingenieur diplömo E. N. S. I. Grenoble

DR. DIETER THOENES, DIpl.-Phys.

12. April
N 7319 DE

1983 SB/br

Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit mehreren Schreibdüsen in Form von Schreibflüssiykcit nullnehmenden Tintenkanälen, die jeweils von einem piezoelektrischen Antricbselement umschlossen sind und über eine Filteranordnung mit' einem ihnen gemeinsamen Tintenraum in Verbindung stehen.

Ein Schreibkopf dieser Art ist z.B. aus der DE-PS 25 4 3 451 bekannt. Seine Tintenkanäle münden mit ihren Düsenöffnungen an der Schreibkopfspitze in einer reisterartigen Verteilung, durch die es möglich wird, bei geeigneter selektiver Ansteuerung der piezoelektrischen Antriebselemente mit elektrischen Spannungsimpulsen im Verlauf einer zeilenweisen Bewegung des Schreibkopfes auf einen Aufzeichnungsträger Schriftzeichen aufzuzeichnen. Dabei bewirken die röhrchenförmigen piezoelektrischen Antriebselemente infolge ihrer Ansteuerung mit den Spannungsimpulsen eine entsprechend impulsartige Kontraktion der Tintenkanäle, durch die Druckimpulse auf die in den Tintenkanälen vorhandene Tinte ausgeübt werden, welche wiederum zur Ablösung von Tintentröpfchon an den Düsenöffnungen der Tintenkanäle sowie zu deren Übertragung auf den Aufzeichnungsträger führen.

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Ein Nachteil der bisher bekannten Schreibköpfe dieser Art besteht darin, daß der Abstand zwischen den Düsenöffnungen und dem Aufzeichnungsträger nicht beliebig vergrößert werden kann und im Sinne einer möglichst genauen mosaikartigen Erzeugung von Schriftzeichen höchstens 0,5 bis 1 mm betragen darf. Es gibt aber Anwendungsfälle, bei denen ein größerer Abstand des Aufzeichnungsträgers zu fordern ist. Ein solcher Anwendungsfall ist beispielsweise das Beschriften von Sparbüchern im Bankwesen im Rahmen eines automatischen Buchungsvorganges. Hierbei kann die zu beschriftende Seite je nach ihrer Lage im Sparbuch bzw. je nach Zahl, bereits durchgeführter Buchungsvorgänge einen großen oder kloinen Abstand zum Schreibkopf bzw. zu seinen Düsenöffnungen haben. Innerhalb eines Abstandsbereiches, der dann bis zu 3 mm oder mehr betragen kann, soll aber eine stets gleichblei bende Schreibgenauigkeit gewährleistet sein.

Sollen die Tintentröpfchen bei gleichbleibender Genauigkeit nach ihrem Austritt aus don Düsenöffnungen über einen größeren Abstand zum Aufzeichnungsträger bewegt werden, so müssen die sie hervorrufenden Druckimpulse mit größerer intensität erzeugt werden, damit ein geradliniger Tropfchenfluß gewährleistet ist. Hierzu kann die Amplitude der an die piezoelektrischen Antriebselemente angelegten Steuerspannungsimpulse erhöht werden, jedoch sind einer solchen Erhöhung relativ niedrige Grnzen gesetzt, die wohl durch das mechanische Verhalten der Antriebselemente selbst bedingt sind und nicht zum gewünschten Erfolg führen,

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sondcrn meist erhöhte Schreibungenauigkeiten zur Folge haben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, für einen Schreibkopf eingangs genannter Art eine Konstruktion anzugeben, die es möglich macht, Aufzeichnungen mit zufriedenstellender Genauigkeit über größere Abstände als bisher zu erzeugen, ohne daß Beeinträchtigungen der Schreibgenauigkeit durch überhöhte Steuerspannungsamplituden in Kauf genommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird für einen Schreibkopf eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filteranordnung ledig L ich aus einer Schicht eines Kap^:1larfiltermaterials besteht und daß jeder Tintenkanal eine an diese Schicht angrenzende Erweiterung aufweist.

Diese Lösung der gestellten Aufgabe führt zu einwandfreien Aufzeichnungen auch über einen Abstand zum Aufzeichnungsträger in der Größenordnung von 3 mm oder mehr und wird mit einer gegenüber der vorbekannten erheblich einfacheren Schreibkopfkonstruktion erreicht.

Bei dem vorbekannten Schreibkopt sind zwischen den Tintenkanälen und dem ihnen ψ nx-i n.sainon Tintenraum als Filteranordnung eine Drossel platte und ein engmaschiges Gitter vorgesehen, welche? verhindern soll, daß Luft durch die Tintonkanälc in den Tintenraum eintritt. Die Drossel platte enthält für jeden Tintenkanal eine sehr enge Durchgangsöffη ing, die Druckspitzen im Tintenversorgungssystem abbauen und eine

gegenseitige Entkoppelung der Druckwirkungen der
Tintenkanäle untereinander gewährleisten soll.

Bei einem Schreibkopf nach der Erfindung wird nun _; keine besondere Drossel platte verwendet, sondern j zwischen den Tintenkanälen und dem Tintenraum ist ] lediglich eine Filteranordnung in Form einer Schicht -\ eines Kapillarfiltermaterials vorgesehen. Zusätzlich ] hat aber jeder Tintenkanal eine an diese Schicht 1 angrenzende Erweiterung. Es hat sich gezeigt, daß \ mit dieser Anordnung eine erheblich bessere Aus- j nutzung der Energie der mit den piezoelektrischen ] Antriebselementen erzeugten Druckimpulse möglich
ist, die dazu führt, daß die an den Düsenöffnungen
austretenden Tintentröpfchen unter Beibehaltung ihres
vorgegebenen Weges einen erheblich größeren Abstand
zum Aufzeichnungsträger durchfliegen können.

Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß sich in den an die Filterschicht angrenzenden Erweiterungen der
Tintenkanäle eine Tintenmenge ansammeln kann, die j bezüglich des von einem piezoelektrischen Antriebs- \ element jeweils erzeugten Druck inipul sos keine absorbierende, sondern eine reflektierende Wirkung hat,
da sie eine relativ große Masse inkompressibler
Flüssigkeit darstellt, die sich während der kurzen
Zeit des Druckimpulses wie ein foster Körper verhält,
so daß der jeweilige Druckimpuls nicht unmittelbar
auf das hinter dieser Flüssigkeitsmenge liegende
Filtermaterial einwirken kann, welches im Gegensatz
zu einer Flüssigkeit eine gewisse Kompressibilität
besitzt. Es wird deshalb zusätzlich Energie für
die Vorwärtsbewegung der im Tintenkanal vorhandenen

Tinte nutzbar, die zu einer erheblichen Beschleunigung de.s an der Düsenöffnung sich ablösenden Tintentröpfchens führt. Gleichzeitig wird dadurch, daß keine Drosselplatte hinter dem Filtermaterial vorhanden ist, eine praktisch unbehinderte Flüssigkeitsversorgung für die an die Filterschicht angrenzenden Erweiterungen der Tintenkanäle gewährleistet, denn diese Erweiterungen bringen den jeweiligen Tintenkanal mit einer gegenüber seinem Querschnitt größeren Filterfläche .in Verbindung, so daß bezüglich des Nachströmens von Tinte ein größerer Filterquerschnitt für jeden Tintenkanal genutzt wird. Trotzdem werden aber Rückwirkungen zwischen den einzelnen Tintenkanälen untereinander sowie zum Tintenversorgungssystern vermieden.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden in der Praxis erreicht, wenn das Filtermaterial eine Maschenbreite von etwa 0,035 mm und eine Dicke von etwa 0,0 5 mm aufweist. Diese Dimensionierung scheint eine besonders gute Kapillarwirkung des FiItormaterials zur kontinuierlichen Versorgung der einzelnen Tintenkanäle mit Tinte, verbunden mit einer hinreichenden Filterwirkung, zu gewährleisten.

Als Erweiterungen der Tintenkanäle können in verschiedenster Weise geformte Aussparungen in dem die Tintenkanäle enthaltenden Körper vorgesehen sein. So ist es beispielsweise möglich, halbkugelige, zylindrische oder elliptische Vertiefungen in der Fläche vorzusehen, an der die Tintenkanäle münden und der Filterschicht gegenüberstehen. Besonders vorteilhaft

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hat sich jedoch eine Ausführung erwiesen, bei der die Erweiterungen der Tintenkanäle trichterförmig mit einem Öffnungswinkel von etwa 60° ausgebildet sind.

Bei dieser Ausbildung ist wiederum eine vorteilhafte Dimensionierung der Erweiterungen gegeben, wenn diese an ihrem Übergang zum Filtermaterial einen Durchmesser von etwa 3 mm aufweisen. Diese Abmessung stellt dann in einem besonders günstigen Verhältnis zu dem Durchmesser der Tintenkanäle, der üblicherweise in der Größenordnung von 0,S bis 0,7 mm an der Mündungsstelle zur Filterschicht . liegt.

Bei dem vorbekannten Schreibkopf ist in dem allen Tintenkanälon gemeinsamen Tintenraum zur zusätzlichen Dämpfung von Druckschwankungen eine Luftblase eingeschlossen. Eine solche Luftblase soll bei einem Schreibkopf nach dor Erfindung nicht vorhanden sein, was bedeutet, daß der Tintenraum ausschließlich mit Tinte gefüllt ist. Dies steht im Einklang mit der vorstehend gegebenen Erklärung dor Wirkung der in den Erweiterungen der Tintonkanäle vorhandenen Tintenmenge. Wenn diose Tintonmenqo bereits eine Sperre für Druckimpu]se darste1It, die in den gemeinsamen Tintenraum übertragen worden könnten, so erübrigt, sich eine besondere dämpfende Luftblase im Tint enraiim. Darüborhinaus wird aber ohne eine solche Dämpfungswirkung im Tintenraum die sperrende Wirkung der Tintonmonge in den Erweiterungen der Tintenkanäle weiter verbessert.

In der Figur ist schematisch in einem Querschnitt als Ausführungsbeispiel ein Schreibkopf nach der

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Erfindung dargestellt. Dieser Schreiukopf besteht im wesentlichen aus einem Kunststoffkörper 10, der konisch ausgebildet ist und in den Tintenkanäle eingearbeitet sind, welche zur linken Spitze des Körpers 10 hin konvergieren und dort mit Düsenöffnungen 12 münden. Mit Abstand zur Spitze des Körpers 10 ist ein Aufzeichnungsträger 13 angeordnet, auf den die aus den Düsenöffnungen 12 austretenden Tintentröpfchen infolge mosaikartiger Verteilung der Düsenöffnungen 12 bei Relativbewegung zwischen dem Körper 10 und dem Aufzeichnungsträger 13 Schriftzeichen aufzeichnen können.

Die Tintentröpfchen werden dadurch erzeugt, daß röhrenförmige piezoelektrischc Antriebselemente 14, die die Tintenkanäle 11 umgeben, selektiv in schneller Folge mit Spannungs.i mpulsen angesteuert werden, wodurch sie sich nach Art einer Kontraktion verformen und im jeweiligen Tintenkanal 11 einen Druckimpuls erzeugen, der sich in der im Tintenkanal vorhandenen Tinte so auswirkt, daß die Tinte an den Düsenöf f nunqen 12 tröpfchcnförrni g abgelöst und auf den Au Γ /.ei chnunqst räg-*r 13 qo-sehos;;«: n wird.

Zur Versorgung der Tintenknnäle 11 mit Tinte ist ein Tintenvorsorgungs -.ystem vorgesehen, dessen Vorratsbehälter in der Figur nicht dargestellt ist. Die Tinte wird von einem solchen Vorratsbehälter her bei 15 dem Schreibkopf zugeführt und tritt in einen allen Tintenkanälen gemeinsamen Tintenraum 16 ein, der zwischen dem Körper 10 und einer hinteren Abschlußplatte 17 ausgebildet ist, welche mit dem

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Körper 10 in abdichtender Verbindung steht und j

z.B. verschraubt (nicht dargestellt) ist. Der ge- j

meinsamo Tintenraum 16 ist so schmal, daß die bei \ 15 zugeführte Tinte durch Kapillarwirkung in ihm emporsteigt und ihn insgesamt ausfüllt. Tn der prak- |

tischen Ausführung eines Schreibkopfes kann die ?

Breite des Tintenraums 16 beispielsweise 0,1 bis I

0,3' mm betragen. \

Der Tintenraum 16 wird auf seiner linken Seite durch ϊ

eine Schicht 18 eines Filtermaterj als begrenzt, *'

welches beispielsweise aus einem faserigen Kunststoff- ? material mit einer Maschondichto von 0,OiS mm bestehen

kann. Die Dicke dieser Schicht 18 kann etwa 0,05. bis \

0,3 mm betragen. |

Aus der Figur ist zu ersehen, daß die einzelnen Tintenkanäle 11 mit der Schicht 18 des Filtermaterials über jeweils eine Erweiterung 19 in Verbindung stehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel trichterförmig ausgebildet ist. Der Öffnungswinkel dieser Trichterform kann z. B. 60° betragen.

Wenn das piezoelektrische Antriebselement 14 eines Tintenkanals 11 mit einem elektrischen Spannungsimpuls angesteuert wird, so wird in dem Tintenkanal 11 innerhalb der ihn ausfüllenden Tinte ein Druckimpuls erzeugt, der sich in Richtung zur Düsenöffnung 12, jedoch auch in entgegengesetzter Richtung, nämlich zur Schicht 18 des Filtermaterials hin, fortpflanzt. Der Druekimpuls bewirkt dir Ablösung fines Tintentröpfchen:=; an der DüsonöC f nunq 12 sowie dossen Bewegung zum Aufzeichnungsträger 13 hin. Gloi.chzoi.tig wird der Druckimpuls auch in der f-lrwoi torung 19 dos

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Ti ntonkana 1 s 11 wirksam, wo .sich ο me relativ große Tintonmonge befindet. Diese wirkt als Fl üss i ykoi tsvol urnen relat i ν g roßer Masse, welches verhindert, daß der nach rückwärts qerichte Drucki :npu I s von dein Fi 1 t>·iiu<i tori al der .Schicht 18 absorbiert wird oder .sich in die im T i ntenraum 16 vorhandene Fl iiss igke i. tsmongo fortpflanzt. Die Energie di cijrvj nach rückwärts gerichteten Druckimpulses wird hinq.-nn ζ u sät. ■/1 icli für das an dor iHisenof f nung 12 el"?; T ι η t "P.kana !;-; 11 abzulösend!"· und auf den Aufzeich-ι·,'!!ΐα:ί \ rä_N'i μ" 1 3 zu .-;ch ießtMide 'Γ ί nt c \>.\ röpi chcn nut'.'.bar, v.'(xii;rcii sich ilcr Vtjrlri. j ..-rqih· , daß der AufTzeichnuncjst räc|(>t" 1 Ί /u ri'-n in'isiMiöl Γ nuncjcn 12 einen •-nt .:pi ι-ein-nd q ι öljcrf ίϊ Al·:;! and liaJjcn kann. In di·] Praxis hat" .sich qi··/" i ut , daii dieser Abstraid in (U-r ("irö'Jenordnunu von 5 n.ni 1 i! gen kann .

Von Wi cht.i qke i t sclv.¹ int h i i-i I ür [ orrier di c Tatsache zu !lein, daß die pi ev.oe 1 ekt r i schon Antr Lebseloniente 14 die Tintenkanäle 11 an einer Stelle umgeben, die nöqlichsl" nahe den lirwe i ti-ninqon 1 'J angeordnet ist. ΙμιΙιιγ'Ίι wird eine¹ möglichst kurze Laufzeit der jeweils ausgebildeten Druckwelle im Yintenkanal 11 zu der in d<-r Krwe i t ■ 'rung I¹) vorhandenen '!' i nrcnmongo und damit eine praktisch augenblickliche xu.sätzl i.chc A.isp.'.-t'/.'ing der linerqü- dor, nach ι ückwäri;.··; ger i ciitof.f-.-n !-■ruck i iiifHi I :-jf-n orreicat .

BAD ORIGINAL

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Claims

Patentansprüche

. Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für ■ Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit mehreren ] . Schreibdüsen in Form von Schreibflüssigkeit -; aufnehmenden Tintenkanälen, die jeweils von _; einem piezoelektrischen Antriebselement um- j schlossen sind und über eine Filteranordnung
mit einem ihnen gemeinsamen Tintenraum in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung lediglich aus
einer Schicht (18) eines Kapillarfiltermaterials besteht und daß jeder TinLenkanal (11) eine an
diese Schicht (18) angrenzende Erweiterung (19)
aufweist.
2. Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Filtermaterial (18) eine Maschenweite von etwa
0,035 mm und eine Dicke von etwa 0,05 mm aufweist .
3. Schreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ■ gekennzeichnet , daß die Erwei- ; terungen (19) der Tintenkanäle (11) trichter- j förmig mit einem Öffnungswinkel von etwa 6o
ausgebildet sind.
4. Schreibkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Erweiterungen (19) an ihrem Übergang zum Filtermaterial (18) einen Durchmesser von etwa 3 mm aufweisen.
5. Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Tintenraum (16) ausschließlich mit Tinte gefüllt ist.
6. Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die piezoelektrischen Antriebselemente (14) nahe den Erweiterungen (19) der Tintenkanäle (11) angeordnet, sind.

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