DE102005031034B4 - Inkjet print head - Google Patents
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Abstract
Tintenstrahl-Schreibkopf mit einer druckbeaufschlagten Tintenkammer (2) mit mindestens einer Tintendüse (5), die durch einen beweglichen Ventilkörper (6) verschlossen ist, und mit einer den Ventilkörper (6) zu Hubbewegungen antreibenden, piezoelektrischen Ventilbetätigungseinrichtung (9), die mit einer Ansteuerungseinrichtung (22) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (6) durch eine Schließfeder (7) in seiner Schließstellung gehalten wird und mit einer Zugstange (8) in Antriebsverbindung steht, dass an der Zugstange (8) mindestens ein gewölbter Federstreifen (14) angreift, der an seinem ventilfernen Ende befestigt ist, und dass auf dem Federstreifen (14) mindestens ein Piezoelement (21,23) appliziert ist, das durch die Ansteuerungseinrichtung (22) zu Längenänderungen ansteuerbar ist, die die Wölbung des Federstreifens (14) verstärken, so dass eine Zugkraft auf die Zugstange (8) ausgeübt wird.Inkjet writing head with a pressurized ink chamber (2) with at least one ink nozzle (5) which is closed by a movable valve body (6), and with a piezoelectric valve actuation device (9) which drives the valve body (6) to lift movements and which is equipped with a Control device (22) is electrically connected, characterized in that the valve body (6) is held in its closed position by a closing spring (7) and is in drive connection with a pull rod (8) that at least one arched spring strip on the pull rod (8) (14) attacks, which is attached to its end remote from the valve, and that at least one piezo element (21,23) is applied to the spring strip (14), which can be controlled by the control device (22) to make changes in length that reduce the curvature of the spring strip ( 14) so that a tensile force is exerted on the pull rod (8).
Description
Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Schreibkopf mit einer druckbeaufschlagten Tintenkammer mit mindestens einer Tintendüse, die durch einen beweglichen Ventilkörper verschlossen ist, und einer den Ventilkörper zu Hubbewegungen antreibenden piezoelektrischen Ventilbetätigungseinrichtung, die mit einer Ansteuerungseinrichtung elektrisch verbunden ist.The invention relates to an inkjet writing head with a pressurized ink chamber with at least one ink nozzle which is closed by a movable valve body and a piezoelectric valve actuating device which drives the valve body to lift movements and which is electrically connected to a control device.
Derartige Tintenstrahl-Schreibköpfe werden verwendet, um auf daran vorbeibewegten Flächen Schriftzeichen und Zahlen aufzudrucken. Üblicherweise sind in einer Tintenkammer mehrere Tintendüsen vorgesehen, die durch eine Steuerung wahlweise betätigt werden, um die jeweils angesteuerte Düse kurzzeitig zu öffnen. Unter der Wirkung des in der Tintenkammer herrschenden Drucks wird aus der Tintendüse ein kurzer Tintenstrahl herausgeschleudert, der auf der zu bedruckenden Fläche einen Punkt erzeugt.Such inkjet writing heads are used to print characters and numbers on surfaces moving past them. Usually, several ink nozzles are provided in an ink chamber, which are optionally actuated by a control in order to briefly open the respective actuated nozzle. Under the effect of the pressure prevailing in the ink chamber, a short ink jet is ejected from the ink nozzle, which creates a point on the surface to be printed.
Bei einem bekannten Tintenstrahl-Schreibkopf (
Die hierfür erforderliche Energie begrenzt die mögliche Arbeitsgeschwindigkeit der Ventilbetätigungseinrichtung.The energy required for this limits the possible operating speed of the valve actuating device.
Bei einem bekannten Tintenstrahl-Schreibkopf der eingangs genannten Gattung (
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Tintenstrahl-Schreibkopf der eingangs genannten Gattung so auszubilden, dass er auch unter den in der Praxis erforderlichen Arbeitsgeschwindigkeiten störungsfrei betrieben werden kann.The object of the invention is therefore to design an inkjet writing head of the type mentioned at the beginning in such a way that it can also be operated without interference at the operating speeds required in practice.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ventilkörper durch eine Schließfeder in seiner Schließstellung gehalten wird und mit einer Zugstange in Antriebsverbindung steht, dass an der Zugstange mindestens ein gewölbter Federstreifen angreift, der an seinem ventilfernen Ende befestigt ist, und dass auf dem Federstreifen mindestens ein Piezoelement appliziert ist, das durch die Ansteuerungseinrichtung zu Längenänderungen ansteuerbar ist, die die Wölbung des Federstreifens verstärken, so dass eine Zugkraft auf die Zugstange ausgeübt wird.This object is achieved according to the invention in that the valve body is held in its closed position by a closing spring and is in drive connection with a pull rod, that at least one arched spring strip engages the pull rod, which is attached to its end remote from the valve, and that on the spring strip at least a piezo element is applied, which can be controlled by the control device for length changes, which increase the curvature of the spring strip, so that a tensile force is exerted on the pull rod.
Vorzugsweise werden flächige Piezoelemente verwendet, wobei insbesondere Piezoelemente auf Folienbasis geeignet sind. Daneben ist auch die Verwendung von Piezoelementen auf der Basis von Fasern oder Streifen möglich, beispielsweise die aus der
In Form der flächigen Piezoelemente stehen zwar hochleistungsfähige Piezoelemente zur Verfügung, die wegen ihrer Bauweise aber nicht unmittelbar zur Betätigung von Ventilen an Tintenstrahl-Schreibköpfen eingesetzt werden können. Erst durch die Verbindung mit mindestens einem gewölbten Federstreifen, auf dem ein flächiges Piezoelement einseitig appliziert ist, entsteht eine Ventilbetätigungseinrichtung, die bei sehr geringem Platzbedarf eine ausreichend hohe Leistung und Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht, um bei einem Tintenstrahl-Schreibkopf eingesetzt zu werden. Insbesondere bleibt die Funktionsfähigkeit der Ventilbetätigungseinrichtung auch bei hoher Betätigungsfrequenz über einen langen Zeitraum uneingeschränkt erhalten.In the form of the flat piezo elements, high-performance piezo elements are available, but due to their construction they cannot be used directly to actuate valves on inkjet writing heads. Only through the connection with at least one arched spring strip, on which a flat piezo element is applied on one side, a valve actuating device is created which, with very little space requirements, enables sufficiently high performance and operating speed to be used with an inkjet recording head. In particular, the functionality of the valve actuation device remains unrestricted over a long period of time even at a high actuation frequency.
Der nur leicht gewölbte Federstreifen erstreckt sich im Wesentlichen in Längsrichtung und in Bewegungsrichtung der Zugstange. Sein ventilfernes Ende ist befestigt; an seinem ventilnahen Ende ist die mit dem Ventilkörper verbundene Zugstange angeschlossen. Wenn ein auf der Wölbungsinnenseite des Federstreifens angebrachtes, flächiges Piezoelement durch entsprechende elektrische Anregung verkürzt und/oder ein auf der Wölbungsaußenseite angebrachtes, flächiges Piezoelement durch entsprechende elektrische Anregung gedehnt wird, wird die Wölbung des Federstreifens verstärkt. Dadurch übt der Federstreifen eine Zugkraft auf die Zugstange aus und öffnet das Ventil. Sobald die elektrische Anregung der Piezoelemente abgeschaltet oder sogar durch entgegengesetzte Polung umgekehrt wird, wird keine Zugkraft mehr auf die Zugstange ausgeübt, so dass sich das Ventil unter der Wirkung seiner Schließfeder schließt.The only slightly curved spring strip extends essentially in the longitudinal direction and in the direction of movement of the pull rod. Its end remote from the valve is attached; the tie rod connected to the valve body is connected to its end near the valve. If a flat piezo element attached to the inside of the curvature of the spring strip is shortened by appropriate electrical excitation and / or a flat piezo element attached to the outside of the curve is stretched by appropriate electrical stimulation, the curvature of the spring strip is increased. As a result, the spring strip exerts a tensile force on the pull rod and opens the valve. As soon as the electrical excitation of the piezo elements is switched off or even reversed due to opposite polarity, no more tensile force is exerted on the pull rod, so that the valve closes under the action of its closing spring.
Vorzugsweise ist auf der Wölbungsinnenseite des Federstreifens ein zu Kontraktionsbewegungen ansteuerbares Piezoelement appliziert. Stattdessen kann auch vorgesehen sein, auf die Wölbungsaußenseite des Federstreifens ein zu Ausdehn-Bewegungen ansteuerbares, vorzugsweise unter Druckvorspannung stehendes Piezoelement zu applizieren. Vorteilhaft ist es, die Piezoelemente auf beiden Seiten des Federstreifens zu applizieren. Dadurch wird eine besonders hohe Betätigungskraft erreicht.A piezoelectric element that can be controlled for contraction movements is preferably applied to the inside of the curvature of the spring strip. Instead, provision can also be made to apply a piezoelectric element which can be controlled for expansion movements and which is preferably under compressive prestress to the outside of the curvature of the spring strip. It is advantageous to apply the piezo elements on both sides of the spring strip. This achieves a particularly high actuation force.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Zugstange nur ein einziger, einseitig oder beidseitig mit einem Piezoelement versehener, gewölbter Federstreifen angreift. Hierbei sind die zu bewegenden Massen verhältnismäßig klein, so dass eine hohe Arbeitsfrequenz erreicht wird.According to one embodiment of the invention, it is provided that only a single, curved spring strip provided with a piezo element on one or both sides acts on the pull rod. The masses to be moved are relatively small, so that a high working frequency is achieved.
Hierbei ist es vorteilhaft, das ventilseitige Ende des Federstreifens in einer Längsführungseinrichtung in Längsrichtung der Zugstange beweglich zu führen.Here it is advantageous to guide the valve-side end of the spring strip in a longitudinal guide device so that it can move in the longitudinal direction of the pull rod.
Stattdessen ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der an der Zugstange zwei in entgegengesetzter Richtung gewölbte Federstreifen angreifen, die an ihren ventilfernen Enden relativ zu der Tintenkammer befestigt sind, und wobei die Piezoelemente der beiden Federstreifen durch die Ansteuerungseinrichtung gemeinsam zu Längenänderungen ansteuerbar sind. Durch den symmetrischen Aufbau wird ein symmetrischer Kraftangriff an der Zugstange auch ohne Längsführungseinrichtung erreicht.Instead, an embodiment is also possible in which two spring strips, arched in opposite directions, attack the pull rod, which are fastened at their ends remote from the valve relative to the ink chamber, and the piezo elements of the two spring strips can be controlled jointly by the control device for length changes. Due to the symmetrical structure, a symmetrical application of force on the pull rod is achieved even without a longitudinal guide device.
Die Zugstange kann sich durch eine Bohrung am Ende des Federstreifens erstrecken und an einem Gewindeabschnitt einer Einstellmutter tragen, die eine Einstellung der Vorspannung ermöglicht.The pull rod can extend through a bore at the end of the spring strip and carry an adjusting nut on a threaded section, which enables the preload to be adjusted.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Further advantageous refinements of the inventive concept are the subject of further subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.
Es zeigt:
-
1 in einem Längsschnitt einen Tintenstrahl-Schreibkopf mit einer Tintendüse und einer Ventilbetätigungseinrichtung, die nur einen gewölbten Federstreifen aufweist, -
2 in einem Schnitt entsprechend der1 einen Tintenstrahl-Schreibkopf mit einer Tintendüse und einer Ventilbetätigungseinrichtung, die zwei gewölbte Federstreifen aufweist, -
3 in einem Schnitt entsprechend der1 eine abgewandelte Ausführung eines Tintenstrahl-Schreibkopfes und -
4 in einem Schnitt entsprechend der1 eine weitere abgewandelte Ausführung eines Tintenstrahl-Schreibkopfes.
It shows:
-
1 in a longitudinal section an inkjet writing head with an ink nozzle and a valve actuation device which has only a curved spring strip, -
2 in a cut corresponding to the1 an inkjet recording head with an ink nozzle and a valve actuating device which has two curved spring strips, -
3 in a cut corresponding to the1 a modified embodiment of an inkjet recording head and -
4th in a cut corresponding to the1 a further modified version of an ink jet write head.
Die in der Zeichnung dargestellten Tintenstrahl-Schreibköpfe dienen dazu, auf einer in
Jede Tintendüse
Die Zugstange
Eine sich in Bewegungsrichtung der Zugstange
Der gewölbte Federstreifen
Das Piezoelement
Der in
Das in
Das Ausführungsbeispiel nach
Claims (14)
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