DE2702401B2 - Ultraschall-Drucker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckanordnung mit mehreren Druckelementen und mit einem allen Druckelementen gemeinsamen Antriebselement sowie mit einer jedem Druckelement zugeordneten Steuereinrichtung zu seiner selektiven ausrichtung für den Druckvorgang.

Aus der Zeilschrift »Ultrasonics-, Vol. 8, Nr. 3, Juli 1970 ist ein System zur Übertragung von Ultraschall-Energie über Fiberbündel bekannt. Die flexiblen Fibern mit einem extrem kleinen Querschnitt dienen als effiziente Übertrager longitudinaler Vibrationen. Sie sind an ihrem Erregungsende fest mit einer Vibrationsquelle, z. B. einem Schall-Umformer, verbunden. Die akustische Impedanz des Schall-Umformers ist in etwa an die der Fibern angepaßt.

Im US-Patent 30 29 766 ist ein Ultraschall-Werkzeug beschrieben, bei dem ein Ultraschall-Umformer zur Kopplung von Ultraschall-Energie auf eine Vielzahl flexibler Übertragungsdrähte verwendet wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 31 821 ist ein Verfahren zum Durchführen von Aufzeichnungen bekannt, bei dem mindestens ein Vibrationselement mit einem druckempfindlichen Aufzeichnungsträger in Berührung gebracht wird. Das Vibrationselement wird wahlweise (zeitlich und örtlich) in Betrieb gesetzt, wobei die mechanische Vibrationsenergie auf den Aufzeichnungsträger im Kontaktbereich übertragen wird. Die Aufzeichnung entspricht dem der Vibrationsenergie ausgesetzten Kontaktbereich. Die Vibrationselemente können u. a. piezoelektrisch oder magnetostriktiv erregt werden.

Au.'. der deutschen Auslegeschrift 12 53 941 ist eine Schnelldruckvorrichtung mit einem Markierungsmasseträger bekannt, dessen Oberfläche eine fließfähige Markierungsmasse enthält. Die in den Vertiefungen der Trägeroberfläche vorgesehene Markierungsmasse wird auf das Aufzeichnungsmaterial dadurch übertragen, daß sie infolge einer Antriebskraft aus diesen Vertiefungen herausgezogen wird. Als Anziehungskräfte kommen magnetische bzw. elektrostatische Kräfte in Betracht.

Die Markierungsmasse muß fließfähig sein und auf die angegebenen Kräfte reagieren können.

In der deutschen Patentschrift 1132158 ist ein Druckverfahren beschrieben, bei dem mechanische Schwingungen den eigentlichen Druckvorgang bewirken. Dabei werden die Druckstifte eines Drahtdruckers für eine punktweise Farbstoffübertragung in ihrer Eigenfrequenz erregt In der deutschen Offenlegungsschrift 19 38 726 ist ein

ίο Drucker mit mehreren Druckelementen (Druckdrähten) beschrieben. Jedem Druckelement ist eine magnetisch betätigbare Klauenkupplung zugeordnet, durch welche das Druckelement ein »Wirk-« oder »nicht -Wirk-Position« einnehmen kann. Die ausgewählten — also in Wirk-Position befindlichen — Druckelemente werden von einem gemeinsamen unabhängigen Kraftantrieb gegen den Aufzeichnungsträger bewegt Die Kupplung umfaßt ein federnd ausgebildetes Teil aus ma^netisierbarem Material, welches mit seinem einen Ende quer zur Druckrichtung in eine von zwei möglichen Positionen bringbar ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache, konstruktiv nicht aufwendige Druckanordnung anzugeben, welche eine Vielzahl von selektiv steuerbaren Druckelementen mit einem gemeinsamen Antriebselement aufweist

Diese Aufgabe ά_τ Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

to Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dem Unteranspruch zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine einfache magnetische Steuerung der Druckelemente in Druckrichtung. Des weiteren entfallen im Vergleich zu

»5 der zuletzt genannten Veröffentlichung Kupplungselemente zwischen dem gemeinsamen Antrieb und den Druckelementen. Dadurch entfällt auch das aufwendige Steuern solcher Kupplungselemente quer zur Druckrichtung mit allen damit verbundenen Nachteilen

■Ό (Führung, Verschleiß, hoher elektromagnetischer Steueraufwand).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ultraschall-Druckers, bei dem die Drucksteuerung durch selektive Betätigung von Druckkolben zur Übertragung der Ultraschall-Energie auf den Aufzeichnungsträger erfolgt und

F i g. 2 eine detaillierte Darstellung des Druckkolbenmechanismus nach Fig. 1.

Zum allgemeinen Verständnis der Erfindung seien einige grundlegende Bemerkungen zum Prinzip eines Ultraschall-Druckers vorausgeschickt. Werden soge nannte Akustikfibern mit Ultraschall-Energie beauf schlagt, so werden diese zu longitudinalen Vibrationen in Fiberrichtung veranlaßt. Wird nunmehr das drucknahe Ende einer solchen Akustikfiber auf einen entsprechenden Aufzeichnungsträger gekoppelt, so entsteht auf diesem im Kontaktbereich ein Abdruck. Der Aufzeichnungsträger als farbtragendes Medium kann beispielsweise Kohlepapier sein oder ein eine poröse Farbe (fixotrophe Tinte) enthaltendes Medium. Die Poren in einem solchen Aufzeichnungsträger haben einen Durchmesser, welcher kleiner ist als der der Akustikfibern. Diese Poren sind mit Farbe gefüllt, welche eine sehr auffallende, Nicht-Newtonsche Fließeigenschaften hat. D. h., die Farbe besitzt eine sehr

große Viskosität und extrem niedere Gleitwerte, Jedoch fällt die Viskosität schnell auf einen niedrigen Wert, sobald die Gleitfähigkeit anwächst. Materialien mit diesen Charakteristiken sind allgemein bekannt (Kolloiden, Smektik-FIüssigkeitskristal'le). Das farbtragende Medium steht mit dem eigentlich zu bedruckenden Medium in Kontakt Durch die Ultraschall-Energie einer Fiber steigt im Kontaktbereich die Gleitfähigkeit der Farbe, welche aus den Poren auf den eigentlichen Aufzeichnungsträger gelangt Dieses Abdruckprinzip gestattet auch die Anfertigung von Vielfachkopien, indem Ultraschall-Energie durch eine Vielzahl von farbtragenden Medien mit abwechselnden Papierlagen geleitet wird. Ebenso ist es auch möglich, als Aufzeichnungsträger sogenannte wärmeempfindliche Papiere zu benutzen. Außerdem sei bemerkt, daß Vielfach-Kopiepapiere unterschiedliche Farben enthalten können, so daß ein Vielfachfarbdruck bewirkt werden kann. Um Ultraschall-Energie in die einzelnen Akustikfibern einzukuppeln, wird ein entsprechender >o Wechselstromgenerator {Frequenzbereich, z. B. 20—200 kHz) mit einem Ultraschall-Umformer verbunden. Solche Ultraschall-Umformer können z. B. piezoelektrische oder magnetostriktive Wandler sein. Sie formen elektrische Signalenergie in Ultraschall-Energie 2·> um. Durch eine entsprechende Steuereinheit können die einzelnen Akustikfibern selektiv erregt werden, wobei die Steuereinheit zwischen dem Wechselstromgenerator und den einzelnen Ultraschall-Umformern angeordnet ist. jo

Als Fibermaterial kommen Materialien mit guten schalleitenden Eigenschaften in Betracht, z. B. Aluminium, Titan oder Legierungen von Nickel, Chrom, Eisen und Titan.

F i g. 1 zeigt im Zusammenhang mit F i g. 2 einen r> Ultraschall-Drucker mit mehreren Druckelementen und einem gemeinsamen Antriebselement. Letzteres führt Ultraschall-Energie auf die zu den Druckelementen führenden Fibern (oder Drähten). Die Modulation der Fiber wird d.irch selektive Aktivierung eines Druckkol- -to bens (Kontaktbolzen) zur Kopplung der Schallenergie von der Fiber auf das farbtragende Medium bewirkt. Eine Druckelementsteuervorrichtung 82 ist jeweils an den Enden der Akustikfibern 84 angefügt, um einen steuerbaren Druckkontakt der akustischen Fibern mit dem Aufzeichnungsträger zu bewirken. Die Druckelementsteuervorrichtungen können eine hydraulische, piezoelektrische oder magnetisch gesteuerte Anordnung umfassen, welche zur Ultraschall-Kopplung von den akustischen Fibern 84 zum farbtragenden Aufzeichnungsträger 88 auf einem Halteteil fixiert ist Die Ultraschall-Energie wird in den farbtragenden Aufzeichnungsträger nur dann gekoppelt wenn die Fibern in Kontakt mit dem äußeren farbtragenden Medium sind. In dem in F i g. 1 gezeigten Drucker versorgt ein einzelnes Antriebselement (Ultraschallquelle) 90 eine Vielzahl von Fibern mit einem Druckkolben an deren Ende.

In Fig.2 ist eine Druckelementsteuervorrichtung 82 gezeigt, welche einen magnetisierbaren als Metallbolzen ausgeführten Druckkolben 82 umfaßt, der durch eine über die Steuerung 96 ansteuerbare Spule 94 aktiviert wird. Der Druckkolben 92 wird in die gestrichelt dargestellte Position 98 b<*-vegt, wobei er mit dem farbtragenden Medium 100 in kontakt tritt und die Ultraschall-Energie darauf koppelt

In einer Ausführungsform stellt der Druckkolben 92 eine Fortsetzung der Ultrdschallfiber 84 dar, welche aus magnetisierbarem Material, z. B. Nickel, gebildet wird. In einer anderen Ausführungsform könnte der Druckkolben aus Nickel und an das Ende der Fiber 84 angelötet sein. Die Spule/Druckkolben-Anordnung wird auf einer nicht dargestellten Befestigtingsplatte montiert. Wenn die Spule 94 nicht aktiviert wird, bedingen nicht dargestellte herkömmliche Haltefedern, daß der Bolzen 92 eine »Nichtkontakt-Position« einnimmt bzw. in diese zurückkehrt.

Der zuvor beschriebene Ultraschall-Drucker weist eine hohe Geschwindigkeit und ein niedriges Druckgeräusch auf. Die Verwendung von Ultraschall-Energie zum Druckvorgang gestattet auch die simultane Herstellung von Vielfachkopien und Farbkopirn. Der Gebrauch von Farbbändern und Kohlepapieren als farbtragende Medien in Kontakt mit dem zu bedruckender Papier gewährt einen einfachen Druckvorgang, bei dem Ultraschall-Energie zur lokalisierten Übertragung von Farbe von dem Substrat zum Papier berutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche;

1. Druckanordnung mit mehreren Druckelementen und mit einem allen Druckelementen gemeinsamen Antriebselement sowie mit einer jedem Druckelement zugeordneten Steuereinrichtung zu seiner selektiven Ausrichtung für den Druckvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Antriebselement (90) der Druckelemente piezoelektrisch oder magnetostriktiv im Ultraschallbereich erregbar ist, daß die Druckelemente als mit dem gemeinsamen Antriebselement (90) verbundene Fibern oder Drähte (84) ausgebildet sind, daß die Druckelemente an ihrem drucknahen Ende jeweils mit einem in einer Spule (94) verlaufenden magnetisierbaren Druckkolben (92) verbunden sind, der bei Erregung der Spule (94) in eine den Aufzeichnungsträger (100) beaufschlagende Position (98) bringbar ist, und daB die Spulen selektiv mit elektrischen Signalen erregbar sind.

Z Anordnung nach Ansppjch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des gemeinsamen Antriebselementes (90) in ihrer zeitlichen Dauer steuerbar ist.