-
Die vorliegende Erfindung betrifft Druckköpfe, bei
denen piezoelektrische Betätigungselemente verwendet werden.
-
Druckköpfe des elektromagnetischen Typs sind zur
Verwendung in Hochgeschwindigkeitspunktmatrixanschlagdruckern
im allgemeinen ungeeignet. Deshalb sind Druckköpfe in
Erwägung gezogen worden, bei denen piezoelektrische Betätiger
verwendet werden. Jedoch ist der Versetzungsbetrag, der
direkt durch die Expansion und Kontraktion eines
piezoelektrischen Elementes verursacht wird, im allgemeinen sehr
klein, in der Größenordnung von nur einigen Mikrometern, und
muß so durch einen Vergrößerungsmechanismus vergrößert
werden, um Druckoperationen ausführen zu können.
-
Ein herkömmlicher piezoelektrischer Druckkopf, zum
Beispiel jener, der in US 4,874,978 gezeigt ist, enthält einen
gemeinsamen Basisrahmen, ein piezoelektrisches Element, eine
Armatur und einen Vergrößerungsmechanismus. Eine Vielzahl
von piezoelektrischen Elementen ist an vorbestimmten
Positionen peripherisch vorgesehen, und eine Armatur und ein
Vergrößerungsmechanismus sind für jedes piezoelektrische
Element vorgesehen. Das piezoelektrische Element hat einen
Endblock, der an dem Basisrahmen durch ein Haftmittel
befestigt ist.
-
Die Armatur hat einen Träger, und ein Druckdraht ist an
einer Spitze des Trägers befestigt. Der
Vergrößerungsmechanismus enthält eine Stützfeder und eine bewegliche Feder,
die parallel zueinander angeordnet sind. Obere Endabschnitte
der Federn sind an der Armatur befestigt. Ein unterer
Endabschnitt der Stützfeder ist an dem Basisrahmen befestigt, und
ein unterer Endabschnitt der beweglichen Feder ist an dem
piezoelektrischen Element befestigt. Der piezoelektrische
Druckkopf ist auf einen Träger montiert und wird auf einer
Walze zusammen mit dem Träger bewegt. Das Drucken erfolgt,
wenn ein vorbestimmtes piezoelektrisches Element zu einer
vorbestimmten Zeit im Bewegungsprozeß angetrieben wird.
-
Das Anwenden einer Spannung auf ein piezoelektrisches
Element bewirkt, daß das obere Ende des piezoelektrischen
Elementes nach oben versetzt wird. Der
Vergrößerungsmechanismus wird aktiviert, und die Armatur wird rotiert, so daß
der Draht gezwungen ist, eine Druckbewegung auszuführen.
Wenn das Drucken vollendet worden ist, wird die
Spannungszufuhr, die auf das piezoelektrische Element ausgeübt wird,
entfernt, und die Armatur kehrt zusammen mit dem
piezoelektrischen Element an seine Ausgangsposition zurück.
-
In solch einem Druckkopf kann, wenn die bewegliche
Feder durch die Versetzung des piezoelektrischen Elementes
hochgeschoben wird, ein Haftagens, das das piezoelektrische
Element mit dem Basisrahmen verbindet, durch eine
Reaktionskraft deformiert werden. Daher kann ein
Vergrößerungsverhältnis oder die charakteristische Frequenz des
Vergrößerungsmechanismus verringert werden, wodurch ein
Vergrößerungsverlust verursacht wird, der verhindern kann, daß das
Hochgeschwindigkeitsdrucken befriedigend erfolgt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Druckkopf
vorgesehen, mit einer Vielzahl von Betätigern, die auf einen
Rahmen montiert sind, wobei jeder Betätiger ein
piezoelektrisches Betätigungselement umfaßt, das an seiner ersten
Endzone an dem Rahmen befestigt ist und an seiner zweiten
Endzone an einer Endzone einer Armatur befestigt ist, die
ein Druckelement trägt, bei dem die Aktivierung des
Betätigungselementes verursacht, daß die Endzone der Armatur um
eine erste Distanz in einer Richtung von der ersten Endzone
des Betätigungselementes zu dessen zweiter Endzone versetzt
wird, wodurch verursacht wird, daß das Druckelement um eine
zweite Distanz in jener Richtung versetzt wird, welche
zweite Distanz größer als die erste Distanz ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Endzone des
Betätigungselementes an dem Rahmen durch ein Schraubgewindeglied
befestigt ist, von dem ein Ende mit der ersten Endzone durch
Haftmaterial verbunden ist, das sich zwischen dem
Schraubgewindeglied
und der ersten Endzone befindet, welches
Schraubgewindeglied eingestellt ist, um eine Vorspannkraft
auf das Betätigungselement in der Richtung von der ersten
Endzone zu der zweiten Endzone anzuwenden.
-
Vorzugsweise greift das eine Ende des
Schraubgewindegliedes in eine Vertiefung ein, die in einem Block gebildet
ist, der an der ersten Endzone des Betätigungselementes
befestigt ist, wobei das Haftmaterial in der Vertiefung,
zwischen dem einen Ende und dem Block angeordnet ist.
-
Alternativ kann ein vorstehender Teil eines Blockes,
der an der ersten Endzone des Betätigungselementes befestigt
ist, in eine Vertiefung eingreifen, die in dem einen Ende
des Schraubgewindegliedes gebildet ist, wobei das
Haftmaterial in der Vertiefung, zwischen dem einen Ende und dem
Block angeordnet ist.
-
Ein Antihaftmittel kann auf dem Rahmen über wenigstens
einer Zone von ihm vorgesehen sein, die der ersten Endzone
des Betätigungselementes gegenüberliegt, zum Verhindern, daß
das Haftmaterial an dem Rahmen haftet.
-
Solch ein Antihaftmittel kann einen Film oder ein Blatt
aus Polytetrafluorethylen oder Silikon umfassen.
-
Die Vorspannkraft, die in einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung angewendet wird, kann dazu dienen,
die obengenannten Probleme zu reduzieren, die durch
Deformation des Haftmittels zwischen dem piezoelektrischen Element
und dem Rahmen verursacht werden.
-
Zum besseren Verstehen der Erfindung und um zu zeigen,
wie dieselbe verwirklicht werden kann, wird nun als Beispiel
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen:
-
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Druckers ist,
in dem ein piezoelektrischer Druckkopf, der die vorliegende
Erfindung verkörpert, verwendet werden kann;
-
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines
piezoelektrischen Druckkopfes ist, der die vorliegende Erfindung
verkörpert;
-
Fig. 3 eine Seitenschnittansicht der allgemeinen
Struktur des piezoelektrischen Druckkopfes von Fig. 2 ist;
-
Fig. 4 eine Seitenansicht einer piezoelektrischen
Betätigerbaugruppe ist, die die vorliegende Erfindung
verkörpert;
-
Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht von Teilen der
Baugruppe von Fig. 4 ist;
-
Fig. 6 eine Seitenansicht von Teilen einer zweiten
piezoelektrischen Betätigerbaugruppe ist, die die vorliegende
Erfindung verkörpert; und
-
Fig. 7 eine Seitenansicht von Teilen einer dritten
piezoelektrischen Betätigerbaugruppe ist, die die vorliegende
Erfindung verkörpert.
-
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Druckers,
in dem ein piezoelektrischer Druckkopf verwendet wird. Der
Drucker enthält einen piezoelektrischen Druckkopf 21, eine
Walze 22 und eine Führung 23. Der piezoelektrische Druckkopf
21 ist auf einen Träger montiert, der längs der Walze 22
beweglich ist und durch die Führung 23 geführt wird. Der
Kopf 21 wird zusammen mit dem Träger bewegt, um ein Drucken
auszuführen.
-
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des
piezoelektrischen Druckkopfes 21 von Fig. 1. Der Druckkopf 21 hat
eine Nase 24, um Druckdrähte zum Ausführen der
Druckoperation zu führen, einen Kühlkörper 25, eine gedruckte
Schaltungsplatte 26 und einen Steckverbinder 27.
-
Fig. 3 ist eine Seitenansicht der allgemeinen Struktur
des piezoelektrischen Druckkopfes 21. Eine piezoelektrische
Betätigerbaugruppe 128 ist in dem Kühlkörper 25 des
piezoelektrischen Druckkopfes 21 vorgesehen.
-
Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer piezoelektrischen
Betätigerbaugruppe 128, die die vorliegende Erfindung
verkörpert und einen Basisrahmen 129, ein piezoelektrisches
Element 130 und eine Armatur 131 eines
Vergrößerungsmechanismus 132 enthält.
-
Ein Endblock 133 ist an einem unteren Endabschnitt des
piezoelektrischen Elementes 130 befestigt und mit dem Rahmen
129 verbunden (die spezifische Verbindungsstruktur wird
später beschrieben). Eine Vielzahl von piezoelektrischen
Elementen 130 ist in vorbestimmten Abständen um den
Druckkopf herum peripherisch angeordnet, und ein
Vergrößerungsmechanismus 132 mit einer Armatur 131 ist für jedes
piezoelektrische Element 130 vorgesehen.
-
Die Armatur 131 umfaßt einen Träger 135, von dem ein
Spitzenabschnitt einen Druckdraht 134 trägt, welcher Träger
135 an seinem anderen Ende an einem Basisabschnitt 136
integral befestigt ist. Der Vergrößerungsmechanismus 132
enthält eine Stützfeder 137 und eine bewegliche Feder 138,
die angeordnet sind, um annähernd parallel zueinander zu
sein. Die zwei Enden der Stützfeder 137 sind mit dem
Basisabschnitt 136 bzw. dem Rahmen 129 verbunden, und die zwei
Enden der beweglichen Feder 138 sind mit dem Basisabschnitt
136 bzw. einem Block 139 (der sich von dem Rahmen 129
unterscheidet) verbunden.
-
In solch einer piezoelektrischen Betätigerbaugruppe 128
ist der Endblock 133 an dem Rahmen 129 befestigt, wie in
Fig. 5 gezeigt. Das Befestigungssystem ist auf folgende
Weise aufgebaut: ein Schraubgewindeglied (eine
Einstellschraube) 140, dessen Spitze einen vorstehenden Abschnitt
141 hat, ist in den Rahmen 129 geschraubt, um dem Endblock
133 gegenüberzuliegen. Eine Vertiefung 142 ist in dem
Endblock 133 vorgesehen, und der vorstehende Abschnitt 141 der
Schraube 140 greift in die Vertiefung 142 ein. Die
Einstellschraube 140 ist an dem Endblock 133 durch ein Haftagens 143
befestigt, das in der Vertiefung 142, zwischen dem
vorstehenden Abschnitt 141 und dem Block 133 angeordnet ist. Die
Schraube 140 ist so eingestellt, daß das piezoelektrische
Element 130 dadurch einer Vorspannkraft ausgesetzt ist, die
längs des Zustandes des Elementes nach oben gerichtet ist.
-
Bei einer Druckoperation wird auf das piezoelektrische
Element 130 durch einen Steckverbinder 144 eine Spannung
angewendet. Als Resultat wird das obere Ende des
piezoelektrischen Elementes 130 nach oben versetzt, so daß die
bewegliche Feder 138 hochgeschoben wird. Dadurch wird durch die
Aktion des Vergrößerungsmechanismus 132 bewirkt, daß die
Armatur 131 in der Richtung eines Pfeils rotiert, der in
Fig. 4 gezeigt ist. Somit wird auf den Draht 134 eine
vergrößerte Versetzung übertragen. Als Resultat wird der Draht
134 um einen vorbestimmten Betrag in der Richtung von Pfeil
C bewegt. Auf diese Weise erfolgt das Drucken. Nachdem die
Druckoperation vollendet worden ist, kehren das
piezoelektrische Element 130 und die Armatur 131 an ihre jeweiligen
Ausgangspositionen zurück.
-
Da in der oben beschriebenen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung der Endblock 133 mit dem Rahmen 129 auf
solch eine Weise verbunden ist, daß eine Vorspannkraft in
der Richtung von dem Endblock 133 zu der Armatur 131 auf das
piezoelektrische Element 130 angewendet wird, ist das
Auftreten einer Kompressionsdeformation des vorher angewendeten
Haftagens, die Vergrößerungsverluste in früheren Druckköpfen
verursachte, weniger wahrscheinlich. Dies erleichtert
Hochgeschwindigkeitsdruckoperationen. Im Vergleich zu
piezoelektrischen Druckköpfen, bei denen solch ein Haftmittel nicht
verwendet wird, verstärkt das Haftagens 143 den Eingriff
zwischen dem Endblock 133 und dem vorstehenden Abschnitt
141.
-
Ein Anschluß 144a eines Steckverbinders 144 ist mit dem
gemeinsamen Steckverbinder 27 (Fig. 3) durch die gedruckte
Schaltungsplatte 26 (Fig. 3) verbunden. Der Anschluß 144a
ist mit jeder Elektrode des piezoelektrischen Elementes 130
durch einen Zuleitungsdraht 145 verbunden. Auf diese Weise
wird dem piezoelektrischen Element 130 durch den
Steckverbinder 27 elektrische Energie zugeführt.
-
Fig. 6 ist eine Seitenansicht von Teilen einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der ein
Antihaftmittel 152 aus Polytetrafluorethylen oder Silikon
für die in Fig. 4 und 5 gezeigte piezoelektrische
Betätigerbaugruppe hinzugefügt ist. Eine Zone der Rahmenbasis 129,
die dem unteren Ende des Elementes 130 gegenüberliegt, ist
mit dem Antihaftmittel 152 beschichtet, um das Haften des
Haftmaterials 143 auf der Oberfläche der Rahmenbasis 129 zu
verhindern.
-
Falls das Haftmaterial 143 aus der Lücke zwischen dem
vorstehenden Abschnitt 141 des Schraubgewindegliedes 140 und
der Vertiefung 142 herausläuft, haftet es in der
Ausführungsform nicht an der Basis 129, da dies durch dieses
Antihaftmittel 152 verhindert wird.
-
Fig. 7 ist eine Seitenansicht von Teilen einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der ein
blattartiges Antihaftglied 162 aus Polytetrafluorethylen
oder Silicium für die piezoelektrische Betätigerbaugruppe
128, die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, hinzugefügt ist. Das
Glied 162 ist auf der Rahmenbasis 129 an einer Stelle unter
dem unteren Ende des Elementes 130 angeordnet, wie in der
Zeichnung gezeigt, so daß verhindert wird, daß
überschüssiges Haftagens an der Rahmenbasis 129 haftet.