DE19528809A1 - Tintenstrahl-Schreibkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahl-Schreibkopf mit einer geschlossenen, druckbeaufschlagten Tintenkammer, aus deren Kammerwand mehrere, in einer Reihe angeordnete Düsen austreten, die jeweils durch ein innerhalb der Tintenkammer angeordnetes bewegliches Dichtelement verschließbar sind, wobei jedes Dichtelement mit einer gesonderten, elektrisch ansteuerbaren Ventilbetätigungseinrichtung verbunden ist.

Derartige Tintenstrahl-Schreibköpfe werden verwendet, um auf daran vorbeibewegten Flächen Schriftzeichen und Zahlen aufzudrucken. Durch eine Steuerung werden die den einzelnen Düsen zugeordneten Ventilbetätigungseinrichtungen wahlweise betätigt, um die jeweils zugeordnete Düse kurzzeitig zu öffnen. Unter der Wirkung des in der Tintenkammer herrschenden Drucks wird aus der Düse ein kurzer Tintenstrahl herausgeschleudert, der auf der zu bedruckenden Fläche einen Punkt erzeugt.

Die erzielbare Schreibgeschwindigkeit hängt überwiegend von der möglichen Arbeitsgeschwindigkeit der Ventilbetätigungseinrichtungen ab. Üblicherweise werden Magnetantriebe als Ventilbetätigungseinrichtungen verwendet. Der Platzbedarf dieser Magnetantriebe erlaubt es nicht, die Dichtelemente unmittelbar zu betätigen. Die Magnetantriebe sind in den erforderlichen Abständen zueinander angeordnet und stehen mit dem jeweils zu betätigenden Dichtelement über einen biegsamen, längsverschiebbaren Draht in Verbindung. Bei einem bekannten Tintenstrahl-Schreibkopf der eingangs genannten Gattung (EP 0 445 137) erfolgt der Antrieb der Dichtelemente durch Klappmagnete, deren Anker jeweils über einen Draht mit dem Dichtelement verbunden ist. Dieser Draht muß mittels einer die Längsbewegung des Drahtes zulassenden Dichtung in die Tintenkammer eingeführt werden.

Die durch den Draht und den Anker des Klappmagneten gebildete Masse muß bei jedem Betätigungsvorgang beschleunigt und-verzögert werden. Die hierfür erforderliche Energie begrenzt die mögliche Arbeitsgeschwindigkeit der Ventilbetätigungseinrichtung. Die auftretende Reibung führt zu einem Energieverlust und zu einer Erwärmung des Schreibkopfes, wodurch die mögliche Arbeitsgeschwindigkeit ebenfalls begrenzt wird. Auch wenn die für den Draht verwendeten Dichtungen im wesentlichen reibungsfrei arbeiten, tritt bei jeder Hubbewegung des Drahtes eine gewisse Verformungsarbeit auf, die von der Antriebseinrichtung aufgebracht werden muß und zu einer Erwärmung des Schreibkopfes beiträgt. Da an diese Dichtungen hohe Anforderungen gestellt werden, ist der Bau- und Kostenaufwand hierfür verhältnismäßig hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Tintenstrahl­ schreibkopf der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß unter wesentlicher Verringerung seiner Abmessungen ein unmittelbarer, weitgehend reibungsfreier Antrieb der Dichtelemente ermöglicht wird, wobei der konstruktive Aufbau des Schreibkopfes vereinfacht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilbetätigungseinrichtung mindestens ein piezoelektrisches Betätigungselement aufweist, das an seinem einen Ende gehäusefest angebracht und an seinem anderen Ende mit dem Dichtelement verbunden ist.

Die beim Anlegen einer elektrischen Spannung auftretende Verformung des piezoelektrischen Betätigungselements wird unmittelbar und ohne Zwischenschaltung von Übertragungselementen in die Öffnungs- bzw. Schließbewegung des Dichtelements umgesetzt. Durch die Verringerung der beweglichen Teile tritt eine wesentliche Verringerung der Erwärmung auch bei sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeiten auf. Da die piezoelektrischen Betätigungselemente in verhältnismäßig geringen Abmessungen zur Verfügung stehen, werden die Abmessungen des Tintenstrahl-Schreibkopfes insgesamt wesentlich verringert, so daß eine kompakte Bauweise ermöglicht wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das piezoelektrische Betätigungselement ein Biegeelement ist, das an seinem einen Ende an einer Seitenwand der Tintenkammer biegesteif befestigt ist und in die Tintenkammer ragt und an seinem anderen Ende seitlich das Dichtelement trägt. Dabei kann es sich um bimorphe oder monomorphe Biegeelemente handeln.

Die Ausführung der piezoelektrischen Betätigungselemente als vorzugsweise bimorphe Biegeelemente ermöglicht bei besonders platzsparender Ausführung einen ausreichend großen Betätigungshub des Dichtelements. Da sich die Biegeelemente hierbei rechtwinklig zur Düsenachse erstrecken, wird durch die Verwendung dieser Biegeelemente eine Flachbauweise des Tintenstrahl-Schreibkopfes ermöglicht. Da die Biegeelemente vollständig innerhalb der Tintenkammer angeordnet sind, ist keine Abdichtung von mechanisch bewegten Teilen erforderlich. Die unter Druck stehende Tintenkammer ist vielmehr vollständig geschlossen.

Gemäß einer anderen, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das piezoelektrische Betätigungselement aus einem stabförmigen Piezoelement besteht, das an seinem einen Ende befestigt ist und an seinem anderen, der Düse zugewandten Ende stirnseitig das Dichtelement trägt. Hierbei wird die beim Anlegen einer elektrischen Spannung verursachte Längenänderung des stabförmigen Piezoelements unmittelbar als Hubantrieb für das Dichtelement verwendet. Auch dadurch ergibt sich eine besonders platzsparende Bauweise unter Vermeidung jeglicher mechanisch bewegter Übertragungselemente.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Tintenstrahl-Schreibkopf mit bimorphen Biegeelementen in einem Schnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles 11 auf die geöffnete Tintenkammer,

Fig. 3 einen Tintenstrahl-Schreibkopf mit stabförmigen Piezoelementen in einem senkrechten Schnitt und

Fig. 4 in räumlicher, auseinandergezogener Darstellungsweise die Teile des Schreibkopfes nach Fig. 3.

Der in Fig. 1 in einem Schnitt gezeigte Tintenstrahl- Schreibkopf dient dazu, auf eine in Fig. 1 mit einer strichpunktierten Linie nur angedeutete Fläche 1 Schriftzeichen und Zahlen zu drucken, während diese Fläche 1 am Tintenstrahl-Schreibkopf entlangbewegt wird.

Der Tintenstrahl-Schreibkopf weist eine mit Schreibtinte gefüllte, unter Druck stehende Tintenkammer 2 auf, die von einer unteren Kammerwand 3, Seitenwänden 4, 5 und einem Deckel 6 dicht umschlossen ist. Im Deckel 6 mündet ein Leitungsanschluß 7, durch den die Schreibtinte unter Druck der Tintenkammer 2 zugeführt wird.

Aus der unteren Kammerwand 3 treten mehrere Düsen 8 aus, die in einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Reihe angeordnet sind.

Jede Düse 8 ist durch ein innerhalb der Tintenkammer 2 angeordnetes bewegliches Dichtelement 9 verschließbar. Jedes Dichtelement 9 wird von einem bimorphen piezoelektrischen Biegeelement 10 getragen. Die Biegeelemente 10 sind in zwei Gruppen angeordnet und sind jeweils mit ihrem einen Ende an einer der beiden einander gegenüberliegenden Seitenwände 4 bzw. 5 der Tintenkammer 2 befestigt. An ihren anderen, freien Enden tragen die Biegeelemente 10 jeweils die Dichtelemente 9. Diese Dichtelemente 9 sind entsprechend der Anordnung der zugeordneten Düsen 8 in einer mittig zwischen den beiden Seitenwänden 4, 5 und parallel dazu verlaufenden Reihe angeordnet, wie man aus Fig. 2 erkennt.

Auf der der Düse 8 abgewandten Seite jedes Biegeelements 10 ist jeweils ein einstellbarer Hubanschlag 11 angeordnet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils durch eine Stellschraube gebildet wird.

Jedes bimorphe Biegeelement 10 weist in an sich bekannter Weise einen metallischen Mittelstreifen 12 auf, der beiderseits jeweils ein Piezoelement 13 trägt. Der Mittelstreifen 12 bildet an seinem vorderen Ende den Träger des Dichtelements 9. Der metallische Mittelstreifen 12 und die beiderseits daran angebrachten Piezoelemente 13 sind mit elektrischen Anschlüssen 14 mit einer (nicht dargestellten) elektrischen Steuerungseinrichtung verbunden, die die Biegeelemente 10 so mit Spannung beaufschlagt, daß sie mit ihren freien Enden einen Biegehub auf die Düse 8 zu oder in entgegengesetzter Richtung ausführen, um die Düse 8 zu verschließen oder kurzzeitig zu öffnen, um einen Tintenstrahl freizusetzen, der auf die Fläche 1 auftrifft.

Die Biegeelemente 10 sind an ihren den Dichtelementen 9 abgekehrten Enden in der Seitenwand 4 bzw. 5 dicht und biegesteif eingeklebt.

Eine demgegenüber abgewandelte Ausführungsform eines Tintenstrahl-Schreibkopfes ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Tintenkammer 2, in deren unterer Kammerwand 3 die Düsen 8 angeordnet sind, ist hierbei auf der den Düsen 8 gegenüberliegenden, oberen Seite durch eine flexible Dichtfolie 15 verschlossen, deren Abstand zu den Düsen 8 geringer ist als der Hub der piezoelektrischen Betätigungselemente.

Bei dieser Ausführungsform bestehen die piezoelektrischen Betätigungselemente jeweils aus einem stabförmigen Piezoelement 16, das an seinem einen, in der Zeichnung obenliegenden Ende befestigt ist und an seinem anderen, der Düse 8 zugewandten Ende stirnseitig das Dichtelement 9′ trägt. Das Dichtelement 9′ ist mittels eines Befestigungsschuhs 17 am stabförmigen Piezoelement 16 befestigt.

Die Dichtelemente 9′ sind auf der außerhalb der Tintenkammer 2 liegenden Seite der Dichtfolie 15 angeordnet.

Jedes stabförmige Piezoelement 16 ist jeweils in einer Führungsnut 18 angeordnet. Alle Führungsnuten 18 sind als parallele Schlitze eines gemeinsamen Führungskörpers 19 ausgeführt.

Der die stabförmigen Piezoelemente 16 enthaltende Führungskörper 19 sitzt auf der Dichtfolie 15 und ist mit dem Gehäuse der Tintenkammer 2 verschraubt. Am oberen Ende des Führungskörpers 19 ist eine gelochte Abschlußplatte 20 befestigt. Das jeweils dem Dichtelement 9′ abgekehrte Ende des stabförmigen Piezoelements 16 ist über ein Befestigungsteil 21 längenverstellbar befestigt. Hierzu ragt ein Gewindezapfen 22 des Befestigungsteils 21 jeweils durch eine Bohrung 23 der Platte 20 und trägt eine Einstellmutter 24.

Wenn über die elektrischen Anschlüsse 14 elektrische Spannung an das Piezoelement 16 gelegt wird, ändert es seine Länge. Das Dichtelement 9′ führt dabei einen Hub aus, bei dem es die Dichtfolie 15 entweder auf die Düse 18 drückt, um diese zu verschließen oder die Düse 8 kurzzeitig freigibt, um einen Tintenstrahl abzugeben, der auf die zu bedruckende Fläche 1 trifft. Wie schon beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 beschrieben, wird die Tintenkammer 2 über einen Anschluß 7 mit Schreibtinte versorgt, die unter Druck steht.

Claims (12)

1. Tintenstrahl-Schreibkopf mit einer geschlossenen, druckbeaufschlagten Tintenkammer, aus deren Kammerwand mehrere, in einer Reihe angeordnete Düsen austreten, die jeweils durch ein innerhalb der Tintenkammer angeordnetes bewegliches Dichtelement verschließbar sind, wobei jedes Dichtelement mit einer gesonderten, elektrisch ansteuerbaren Ventilbetätigungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigungseinrichtung mindestens ein piezoelektrisches Betätigungselement (10, 16) aufweist, das an seinem einen Ende gehäusefest angebracht und an seinem anderen Ende mit dem Dichtelement (9, 9′) verbunden ist.

2. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Betätigungselement ein Biegeelement (10) ist, das an seinem einen Ende an einer Seitenwand (4, 5) der Tintenkammer (2) biegesteif befestigt ist und in die Tintenkammer (2) ragt und an seinem anderen Ende seitlich das Dichtelement (9) trägt.

3. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (10) jeweils an einer von zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden (4, 5) der Tintenkammer (2) befestigt sind und die von den freien Enden der Biegeelemente (10) getragenen Dichtelemente (9) in einer mittig zwischen den beiden Seitenwänden (4, 5) und parallel dazu verlaufenden Reihe angeordnet sind.

4. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem der Düse (8) abgewandten Seite jedes Biegeelements (10) jeweils ein Hubanschlag (11) angeordnet ist.

5. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubanschläge (11) einstellbar sind.

6. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Biegeelement (10) ein bimorphes Biegeelement ist, das einen metallischen Mittelstreifen (12) aufweist, der beiderseits jeweils ein Piezoelement (13) trägt.

7. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Biegeelement (10) ein monomorphes Biegeelement ist.

8. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Betätigungselement aus einem stabförmigen Piezoelement (16) besteht, das an seinem einen Ende befestigt ist und an seinem anderen, der Düse (8) zugewandten Ende stirnseitig das Dichtelement (9′) trägt.

9. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das stabförmige Piezoelement (16) in einer Führungsnut (18) angeordnet ist.

10. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnuten (18) der stabförmigen Piezoelemente (16) als parallele Schlitze eines gemeinsamen Führungskörpers (19) ausgeführt sind.

11. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenkammer (2) auf der den Düsen (8) gegenüberliegenden Seite durch eine flexible Dichtfolie (15) verschlossen ist, deren Abstand zu den Düsen (8) geringer als der Hub der Piezoelemente (16) ist, und daß die Dichtelemente (9′) auf der außerhalb der Tintenkammer (2) liegenden Seite der Dichtfolie (15) angeordnet sind.

12. Tintenstrahl-Schreibkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das dem Dichtelement (9′) abgekehrte Ende der stabförmigen Piezoelemente (16) längenverstellbar befestigt ist.