DE2702401C3 - Ultraschall-Drucker - Google Patents
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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 Zeitschrift »Ultrasonics«, Vol. 8, Nr. 3, Juli
1970 ist ein System zur Übertragung von Ultraschall-Fnergie über Fiberbündel bekannt. Die flexiblen Fibern
mit einem extrem kleinen Querschnitt dienen als effiziente Übertrager longitudiwaler 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 Ubertragungsdrähte 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.
Aus 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
In der deutschen Offenlegungsschrift 19 38 726 ist ein
ι ο Drucker mit mehreren Druck elementen (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 magnetisierbarem
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 der Erfindung wird iü vorteilhafter
Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
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
J5 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
(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-
r>5 nannte Akustikfibern mit Ultraschall-Energie beaufschlagt,
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-Flüssigkeitskristalle). Das farbtragende Medium steht mit dem eigentlich zu bedruckenden
Medium in Kontakt Durch die I'ltraschall-Energie einer Fiber steigt im Kontaktbereich die Gleitfähigkeit
der Farbe, welche aus den Poren auf den eigentlichen Aufzeichnungsträger gelangt Dieses Abdruckpr'nzip
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 einzukoppeln, wird ein entsprechender
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 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.
Fig. 1 zeigt im Zusammenhang mit Fig. 2 einen J5 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 durch selektive Aktivierung eines Druckkol- ao
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 F i g. 2 ist eine Druckelementsteuervorrichtung 82 gezeigt welche einen magnetisierbaren als Metaübolzen
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 bewegt 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 Ultraschallfiber 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 Befestigungsplatte 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 Farbkopien. Der Gebrauch von Farbbändern und Kohlepapieren als
farbtragende Medien in Kontakt mit dem zu bedruckenden Papier gewährt einen einfachen Druckvorgang, bei
dem Ultraschall-Energie zur lokalisierten Übertragung von Farbe von dem Substrat zum Papier benutzt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
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
LJltraschallbereich 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 daß die Spulen selektiv
mit elektrischen Signalen erregbar sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des gemeinsamen
Antriebselementes (90) in ihrer zeitlichen Dauer steuerbar ist.
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