DE2527647A1

DE2527647A1 - Mit fluessigkeitstroepfchen arbeitendes schreibgeraet

Info

Publication number: DE2527647A1
Application number: DE19752527647
Authority: DE
Inventors: Rune Dr Med Elmqvist
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1975-06-20
Publication date: 1976-12-30
Also published as: US4072959A; FR2314832A1; SE408285B; JPS608953B2; DE2527647C3; DE2527647B2; FR2314832B1; JPS524835A; SE7602525L; IT1081206B

Description

Mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät zur punktweisen Aufzeichnung analoger Verläufe oder alphanumerischer Zeichen sowie von Bildern, wobei zum Schreiben der einzelnen Punkte reihenweise angeordnete Düsen vorhanden sind, vor deren Eintrittsöffnungen derart kontaktierte piezoelektrische Wandler angeordnet sind, daß bei elektrischen Spannungsänderungen an der Kontaktierung Schreibflüssigkeit aus der Düse herausgestoßen und auf einem vor der Austrittsöffnung der Düsen angeordneten Aufzeichnungsträger aufgebracht wird.

Ein solches Schreibgerät ist aus der US-PS 3 211 08S bekannt. In dieser Patentschrift ist auch die Frage behandelt, wie der Abstand der in einer Reihe angeordneten Düsen voneinander verringert werden kann, um eine größere Schreibdichte zu erreichen. Dazu wurde vorgeschlagen, die Eintrittsflächen der als Exponen-

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tialhörner ausgebildeten Düsen gestaffelt anzuordnen. Der Düsenabstand kann abar auch bei gestaffelter Anordnung der Düseneintrittsöffnungen nicht geringer gemacht werden, als es die körperliche Ausdehnung der einzelnen piezoelektrischen Wandler erlaubt. Bei Verwendung von einzelnen klotzartigen Wandlern oder von einzelnen dicken Scheibenwandlern müssen diese zur Erzielung ausreichender Ausschläge der Stirnflächen der Wandler relativ großflächig gemacht werden. Daraus ergibt sich ein verhältnismäßig großer Abstand der einzelnen Düsen voneinander. Außerdem ist die Halterung der Einzelschwinger schwierig, insbesondere dann, wenn enge Düsenabstände eingehalten werden sollen und die Wandler dazu gestaffelt anzuordnen sind.

Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Gerät der eingangs genannten Art Mittel anzugeben, mit denen ausreichend große Antriebsbewegungen für das Ausstoßen der Schreibflüssigkeit erzielt werden können und bei deren Anwendung trotzdem die Möglichkeit sehr enger Anordnung der Düsen nebeneinander gegeben ist.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Erzeugung der piezoelektrischen Bewegungen stabförmige piezoelektrische Wandler vorgesehen sind, die parallel zueinander nach Art der Zinken eines Kammes angeordnet sind, wobei der freie Endbereich der Stäbe einzeln je einer Eintrittsöffnung der Düsen zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung bewirkt, daß aufgrund der Längenausdehnung der Stäbe genügend große Stoß amplituden bei relativ geringem Querschnitt erzeugt werden können, so daß wegen des geringen Querschnitts - eine besonders enge Anordnung der einzelnen Düsen nebeneinander ermöglicht; ist. Wegen der zur Verfügung stehenden großen Stoßamplituden kann auch darauf verzichtet werden, die Düsen hornförmig auszubilden, wodurch sich die relativ großen Eintrittsquerschnitte vermeiden lassen,

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die sonst einer engen Anordnung der Düsen nebeneinander im Wege stehen.

Darüber hinaus ist .in besonders einfacher Weise die Halterung der Stäbe an ihren den Düsen abgewandten Enden zu bewerkstelligen, indem eine kammartige Ausbildung gewählt wird. Bei einer gestaffelten - bei der Erfindung nicht erforderlichen - Anordnung wäre diese kammartige herstellungstechnisch günstige Ausbildung nicht gut möglich.

Die Anordnung der Stäbe in Längsrichtung der Düsenöffnung bringt den Vorteil mit sich, daß die gesamte Anordnung in einem einfach und leicht herstellbaren, sehr flachen Behälter untergebracht werden kann.

Vorteilhaft ist es, die Stäbe als Biegeschwinger auszubilden, weil dann die freien Enden der Stäbe größere Schwingungsamplituden (Stoßamplituden) ausführen, so daß mit noch geringeren Eintrittsquerschnitten der Düsen gearbeitet werden kann als bei Verwendung von in Längsrichtung stoßenden Stäben. Dadurch wird eine noch engere Anordnung der Düsen nebeneinander ermöglicht. In der Praxis hat sich gezeigt, daß Biegeschwinger wesentlich bruchunempfindlicher sind als in Längsrichtung stoßende Stäbe, so daß eine wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit erreicht werden konnte.

Als besonders betriebssicher haben sich bilaminare Biegeschwinger erwiesen, bei denen Piezokeramik mit Metall kombiniert ist, das etwa denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten vie die Piezokeramik besitzt.

Die Herstellung der Stäbe und ihre Halterung sind besonders einfach, wenn die Stäbe durch Einsägungvon parallelen Schlitzen aus einem Stück gefertigt werden, wobei nach Art eines Kammes ein Steg stehen bleibt, der als feste Halterung für die Stäbe

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dient. So hergestellte Kämme bieten die Möglichkeit einfacher Kontaktierung der einen Seite aller Stäbe.

Bei einer Halterung der Stäbe an ihren beiden Enden und einer Anordnung der Düsen im Bereich der Stabmitte int der Vorteil einer besonderen guten mechanischen Stabilität erreicht.

Bei einer praktischen Ausführungsform konnte ein Düsenabstand (von Mitte zu Mitte) von weniger als 0,3 mm bei einem Durchmesser der Düseneintrittsöffnung von 0,15 mm erreicht v/erden. Die Stablänge betrug dabei 8 mm und die höchste Tropffrequenz pro Düse 3000/sec. Bei kürzeren Stablängen können höhere Frequenzen erreicht werden.

Nachfolgend werden anhand von 9 Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Schreibgerätes,

Fig. 2 einen Kamm aus piezoelektrischem Material mit den zugeordneten Austrittsdüsen für Schreibflüssigkeit, teils im Schnitt, teils in Ansicht,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Schnittlinie III-III von Fig. 2,

Fig. 4 die Seitenansicht eines als Biegeschwinger arbeitenden piezoelektrischen Stabes,

Fig. 5 die Draufsicht auf einen Piezokamm mit Stäben nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Variante der Ausbildung des Stabes nach Fig. 4,

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Fig. 7 ein Kontaktierungsbeispiel an einem Kamm der Art von Fig. 2,

Fig. 8 eine Variante mit Piezo-Doppelkamm in Draufsicht, Fig. 9 die Variante gemäß Fig. 8 in Seitenansicht.

Aus Fig. 1 ist der äußere Prinzipaufbau des Gerätes ersichtlich. Über die Transportrollen 1 und 2 wird der Aufzeichnungsträger (normales Registrierpapier) 3 in Richtung des Pfeiles 4 über den Abstandshalter 5 an der Stirnseite 6 dc!S Gehäuses 7 vorbeigezogen. In das Gehäuse 7 ist die Anschlußleitung 8 geführt, die an ihrem freien Ende mit einem Stecker 9 versehen ist zum Anschluß an ein entsprechendes Steuergerät, das die Steuersignale für die Aufzeichnung der gewünschten Verläufe, Zeichen oder Bilder liefert. Die Stirnseite 6 des Gehäuses 7 deren Längsausdehnung in Fig. 1 in horizontaler Richtung verläuft und in Fig. 2 (der besseren Darstellbarkeit wegen) vertikal verlaufend gezeichnet ist - enthält in einer Reihe nebeneinander angeordnete Löcher 10, deren Durchmesser etwa 0,15 mm beträgt oder noch kleiner gewählt werden kann und die als Düsen für die im Gehäuse vorhandene Schreibflüssigkeit 11 (Fig. 6) dienen. Die papierseitige Öffnung der Löcher ist mit 12 und die flüssigkeitsseitige Öffnung mit 13 bezeichnet. Außer der Schreibflüssigkeit 11, die zweckmäßigerweise elektrisch nichtleitend ist, sind im Gehäuse 7 Stäbe 14 aus piezoelektrischem Material vorhanden, die derart kontaktiert und angeordnet sind, daß sie bei entsprechender elektrischer Ansteuerung Schreibflüssigkeit in Form eines Tröpfchens aus der Düse spritzen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 (und Fig. 3) sind die Stäbe im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet; sie sind parallel zueinander nach Art der Zinken eines Kammes angeordnet, wobei der freien Stirnseite 15 jeder Zinke 14 ein Loch 10 zugeordnet ist. Die Zuordnung ist derart gewählt, daß die Loch-

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längsrichtung und die Längsrichtung der jeweils zugeordneten Zinke zusammen/ullen. Der Abstand der Stirnseite 15 von der flüssigkeitsseitigen Öffnung 13 des entsprechenden Loches 10 beträgt dabei weniger als etwa 0,1 mm. Die den Löchern abgewandten Zinkenenden gehen in den quer verlaufenden Kammrücken über. Dieser Kammrücken kann so breit ausgebildet sein, daß die elektrischen Zuleitungen zu den Kontaktierungen auf den einzelnen Zinken in herkömmlicher oder gedruckter Form auf dem Kammrücken untergebracht werden können. In F.ig. 7 sind die gedruckten Zuleitungen mit 17 und die Verbindungsleitungen zu den Kontaktflächen auf den Zinken mit 18 bezeichnet.

Die Kontaktierung der Zinken Ist so vorgenommen, daß die eine, untenliegende (nicht sichtbare) Fläche des Kammes (in FIg. 7) eine gemeinsame Kontaktierungsflache aufweist;, während die gegenüberliegende (sichtbare Fläche) einzeln kontaktiert ist. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die beiden Kontaktseiten einer Zinke wird diese zu einer piezoelektrischen Bewegung (Längenänderung) angeregt, die bei der Ausführungsform nach den Fig. 2, 3 und 7 Stoßamplituden zur Austreibung von Schreibflüssigkeit aus den Düsen führen. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 4, 5, 6 und 8 werden dagegen Biege schwingungen erzeugt. Dazu ist der aus den Zinken 14 und dem Kammrücken bestehende Piezokamm parallel zur Ebene der Stirnseite 6 des Gehäuses 7 angeordnet (Lage und Ausbildung des Gehäuses weichen dann entsprechend von der Darstellung nach Fig. 1 ab). Der freie Endbereich der einzelnen Stäbe (Zinken ) 14 befindet sich wiederum vor den einzelnen Löchern der Lochreihe, jedoch nicht in Längsrichtung vor den Stäben, sondern quer· dazu. Der Kammrücken 16 ist mit dem Befestigungsschraubsatz 19 auf der die Lochreihe aufnehmenden Gehäusestirnseite 6 angeschraubt. Bei Anlegen von elektrischer Spannung an die Kontaktierung en eines Stabes bewegt er sich in die In Fig. 4 gestrichelt dargestellte Position; bei kurzer Unterbrechung der angelegten Spannung schnellt er zurück in die nichtgebogene mit durchgezogenen Linien

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gezeichnete Stellung und drückt dabei einen Tropfen Schreibflüssigkeit durch die Düse 10. Die verwendexen Biegeschwinger sind bilaminar ausgebildet, wobei Metall und Piezokeramik (mit etwa denselben -thermischen Ausdehnungskoeffizienten) kombiniert sind. In den Fig. 4 bis 6 ist der Metallteil des bilaminaren Schwingers mit 20 und der keramische Teil mit 21 bezeichnet. Bei dieser Anordnung ist gemäß Fig. 6 das Anbringen eines Stoßklötzchens 2¹Z aus Metall (Rechteckquerschnitt, Kantenlänge 0,3 mm) zur Verbesserung der Stoßcharakteristik in einfacher Weise möglich. Zum Abstandsausgleich für das Klötzchen ist dann zwischen der Gehäusestirnfläche 6 und der Schraubbefestigung 19 das Abstandsstück 23 vorgesehen.

Aus den Fig. 6 und 7 geht hervor, daß die Löcher 10 konusförmig in der Weise ausgebildet sein können, daß sich der Querschnitt zur Austrittsöffnung für die Schreibflüssigkeit hin verjüngt.

Die Fig. 8 zeigt eine Ausbildung der Stäbe, bei der die Stäbe 14a an ihren beiden Enden (in Längsrichtung der Stäbe gesehen) in je einen Kammrücken 16a, 16b übergehen. Bei Spannungsänderungen an den elektrischen Kontaktierungen (entsprechend Fig. 7) führen die Zinken in der Mitte zwischen den beiden Kammrücken maximale Biegeschwingungsamplituden aus, so daß an dieser Stelle die Düsen 10 so angeordnet sind, daß ihre Längsrichtung senkrecht auf der Kaminebene im Bereich der genannten maximalen Schwingungsamplitude liegt. Selbstverständlich ist auch bei dieser Variante die Ausbildung, Lage und Anordnung des Gehäuses 7 entsprechend abweichend von der Darstellung nach Fig. 1 zu gestalten.

Bei der Ausführung nach Fig. 8 ist als "freier Endbereich der Stäbe" also der mittlere Bereich zwischen den beiden Kammstegen 16a und 16b zu verstehen (so, als ob die einzelnen Zinken in der Mitte zwischen den Kamrastegen getrennt wären). Die Längsachsen der Löcher 10 sind mit 24 und die Längsachsen der Stäbe mit 25 bezeichnet.

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Claims

- 8 Patentansprüche G)-

1.1 Mit Flüssigkeitströpfchen arbe^endes Schreibgerät zur punktweisen Aufzeichnung analoger Verläufe oder alphanumerischer Zeichen sowie von Bildern, wobei zum Schreiben der einzelnen Punkte reihenweise angeordnete Düsen vorhanden sind, vor deren Eintritt soff nunger. derart kontaktierte piezoelektrische Wandler angeordnet sind, daß bei elektrischen Spannungsänderungen an der Kontaktierung Schreibflüssigkeit aus der Düse herausgestoßen und auf einem vor der Austrittsöffnung der Düsen angeordneten Aufzeichnungsträger aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der piezoelektrischen Bewegungen stabförmige piezoelektrische Wandler (14) vorgesehen sind, die parallel zueinander nach Art der Zinken eines Kammes angeordnet sind, wobei der freie Endbereich (z.B. 15, 22) der Stäbe einzeln je einer Eintrittsöffnung (13) der Düsen (10) zugeordnet ist.

2. Schreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe mit ihren freien Stirnflächen (15)derart vor den Eintrittsöffnungen (13) der Düsen angeordnet sind, daß die Längsachsen der Stäbe (14) und die Längsachsen der Düsen (10) fluchten, wobei die Kontaktierung der Stäbe derart vorgenommen ist, daß Spannungsänderungen an der Kontaktierung eine Längenänderung des Stabes bewirken.

3. Schreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe derart ausgebildet und kontaktiert sind, daß sie bei Spannungsänderungen an der Kontaktierung sich quer zu ihrer Längsausdehnung biegen (Fig. 4) und daß die Stäbe derart vor den ihnen zugeordneten Düsen angeordnet sind, daß ihre Biegeebene in der Längsrichtung (24) der Düsen verläuft und

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sich die Längsachsen (24) der einzelnen Düsen mit den Längsachsen (25) de:."· ihnen zugeordneten Stäbe etwa unter einem rechten Winkel schneiden.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe aus bilaminarem Material gefertigt sind.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bilaminare Material aus Piezokeramik (21) und Metall (20) kombiniert ist, wobei die Keramik und das Metall etwa denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.

6. Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei nebeneinander liegende Stäbe an ihrem den Düsen abgewandten Ende nach Art eines Kammes über einen Steg (16) zusammenhängen.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg und die Stäbe aus einem Stück gefertigt sind.

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe durch Einsägen von Schlitzen gebildet werden.

9. Gerät nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (14a) an ihren beiden Enden (16a, 16b) gehaltert sind und die Düsen derart angeordnet sind, daß sie im Bereich der Stabmitte liegen.

10. Gerät nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibflüssigkeit elektrisch nichtleitend ist.

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