DE3784632T2 - Druckkopf für Matrixdrahtdrucker. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckkopf zur Verwendung in einem Nadelmatrixdrucker. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Druckkopf, bei dem die Drucknadel durch eine piezoelektrische Betätigungseinheit gegen ein Druckmedium getrieben wird.
• Auf dem Gebiet des Druckens ist der gebräuchlichste Druckertyp ein Drucker gewesen, der gegen Aufzeichnungsmedien einwirkt, die entlang der Druckzeile oder der Linie des Druckens vorbeibewegt werden. Wie allgemein bekannt, hängt der Einwirkungsdruckbetrieb von der Bewegung der Schlagelemente, wie Druckhämmer oder Nadeln oder dergleichen ab, die typischerweise mittels eines elektromechanischen Systems bewegt werden und welches System eine genaue Steuerung der Schlagelemente ermöglicht.
• Auf dem Gebiet der Punktmatrixdrucker ist es ziemlich gebräuchlich gewesen, einen Druckkopf einzusetzen, der eine Vielzahl von Drucknadelbetätigern oder Solenoiden umfaßt hat, die in einer Weise angeordnet oder gruppiert waren, um die diesbezüglichen Drucknadeln in einem sehr kurzen, genauen Weg von einer Ruhe- oder Nicht-Druckposition zu einer Einwirkungs- oder Druckposition anzutreiben. Die Drucknadeln sind im allgemeinen entweder an dem Solenoidkolben oder -anker gesichert oder greifen darin ein, der veranlaßt wird, solch einen genauen Weg zurückzulegen, wenn die Solenoidspule beaufschlagt wird und wobei der Kolben normalerweise gegen die Spannung einer Rückholfeder arbeitet.
• In dem Nadelmatrixdrucker kann der Druckkopfaufbau aus einem Mehrelementtyp bestehen, wobei die Nadelelemente in einer vertikalen Linie aneinandergereiht und von einem Druckkopfwagen getragen sind, der veranlaßt wird, zum Drucken in Zeilenart in einer horizontalen Richtung bewegt oder angetrieben zu werden, während die Antriebselemente oder -übertrager in einer kreisförmigen Anordnung positioniert sein können, wobei die diesbezüglichen Nadeln zu der vorderen Spitze des Druckkopfes führen.
• Alternativ kann der Druckeraufbau eine Vielzahl von gleich beabstandeten, horizontal aneinandergereihten Einzelelementdruckköpfen umfassen, die veranlaßt werden, sich vor- und zurückzubewegen, um aufeinanderfolgende Zeilen von Punkten beim Herstellen der Linien von Schriftzeichen zu drucken. In dieser letztgenannten Anordnung sind die Antriebselemente oder Übertrager einzeln entlang der Druckzeile abgestützt. Diese einzelnen Nadelantriebe oder Solenoide sind im allgemeinen röhren- oder zylinderförmig und umfassen eine Hülle, die eine Spule, einen Anker und ein federndes Element umschließt und so angeordnet ist, daß der Antrieb so betrieben werden kann, daß die Drucknadel veranlaßt wird, in axialer Richtung eine kleine, genaue Distanz beim Punktmatrixdrucken zurückzulegen. Die Drucknadel ist während des Druckbetriebes an der Front des Solenoides umschlossen und in axialer Richtung geführt. Solch ein Druckkopf ist in der DE 28 39 024 offenbart, der auch eine einzelne Dämpfungsfeder für den Antrieb aufweist. Während der herkömmliche Antrieb mit der Bauart unter Benutzung magnetischer Energie, wie eines Solenoids, weit verbreitet ist, ist dessen niedrige elektromechanische Übertragungswirksamkeit von Nachteil im Vergleich zu einem piezoelektrischen Kristallelementantrieb, der den piezoelektrischen Effekt benutzt, der eine höchst wirksame elektromechanische Übertragung gestattet.
• Die US 4,176,976 offenbart einen Druckkopf mit einem piezoelektrischen Antrieb, der auch die Dämpfungsmittel umfaßt.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Druckkopf mit einer piezoelektrischen Betätigungseinheit zu schaffen, die geringe Größe und Gewicht aufweist und höhere Betriebsgeschwindigkeiten bei geringeren Kosten erlaubt.
• Demzufolge wird gemäß der Erfindung ein Druckkopf zur Verwendung in einem Nadelmatrixdrucker geschaffen, der ein Gehäuse, ein piezoelektrisches, innerhalb dieses Gehäuses bewegbares Element, das zur Bewegung eines Druckelementes von einer Ausgangsposition zu einer Druckposition gegen die Vorspannung von ersten federnden Mitteln bewegt werden kann und Antriebsmittel zum Betrieb des piezoelektrischen Elementes, um das Drucken zu bewirken umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element teilweise von in dem Gehäuse angeordneten ersten und zweiten Führungselementen umschlossen und daran befestigt ist, wobei die ersten federnden Mittel in das zweite Führungselement zur Rückstellung des Druckelementes in die Ausgangsstellung eingreifbar sind, und das erste Führungselement mit Dämpfungsmitteln eingreifbar ist, um Rückstellenergie beim Zurückkehren des Druckelementes zur Ausgangsposition aufzunehmen und umfassend ein federndes Basiselement, das angrenzend an das erste Führungselement in der Ausgangsposition durch zweite federnde Mittel vorgespannt ist.
• In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfaßt die Antriebseinheit ein bewegbares piezoelektrisches Kristallelement mit mehrschichtigem Aufbau, das eine Drucknadel in Richtung auf eine Unterlage und gegen die Vorspannung oder Federkraft einer Rückholfeder antreibt.
• Das piezoelektrische Element ist teilweise von einer oberen Führung umschlossen, die mit einer Rückholfeder zusammenwirkt und einer unteren Führung, die mit einer bewegbaren Basis zusammenwirkt, die wiederum mit einer Rückstellfeder zusammenwirkt.
• Ein Spannungsimpuls wird durch einen leitenden Draht an dem piezoelektrischen Kristallelement angelegt, um eine Verlagerung des piezoelektrischen Elementes zu verursachen, und beim Einwirken der Drucknadel auf die Unterlage wird ein Spannungsimpuls über dem piezoelektrischen Element erzeugt, wobei der erzeugte Impuls durch den leitenden Draht abgeführt wird.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung des in konventioneller Technik (Stand der Technik) benutzten Prinzips ist;
• Fig. 2 eine schematische Darstellung des Prinzips ist, das ein piezoelektrisches Element mit Mehrschichtaufbau im Druckkopf der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 3 eine Schnittdarstellung zur Darstellung der Betätigungseinheit entsprechend einer Ausführung des Druckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wie sie bei einem Nadelmatrixdrucker angewendet wird;
• Fig. 4A eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Abwandlung des Druckkopfes der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 4B eine schematische Ansicht eines Teilbereiches des Aufbaus von Fig. 4A ist;
• Fig. 4C eine Schnittdarstellung eines Bereiches des Aufbaus von Fig. 4B ist.
• Bevor der Druckkopf der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird in Fig. 1 das Prinzip der Verwendung eines mehrschichtigen piezoelektrischen Antriebes 10 mit einer Vielzahl von einzelnen piezoelektrischen Kristallelementen dargestellt, wie dies offenbart ist in "Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan Technical Report, Vol. 84, No. 289, vom i5. Februar 1985. Ein Schlagdruckelement 12 in Form eines fliegenden Hammers ist an der äußersten Schicht des Kristallelementes angeordnet, und der gesamte piezoelektrische Antrieb 10 ist gegen einen Rahmenbereich 14 abgestützt. Eine Blattfeder 16 ist mit einem Bodenbereich 18 und mit dem Druckelement 12 verbunden, um das Druckelement gegen den piezoelektrischen Antrieb 10 zu pressen oder zu drängen. Ein Spannungsimpuls entlang dem piezoelektrischen Antrieb 10 wird durch passende Drähte (nicht gezeigt) angelegt, um eine Bewegung der einzelnen Kristallelemente zu verursachen. Die einzelnen Elemente des piezoelektrischen Elementes 10 werden beim Anlegen des Spannungsimpulses verlagert, um das Druckelement 12 in einer Auswärtsrichtung eine winzige Distanz mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 20 zum Einwirken gegen ein Druckmedium und eine Unterlage (nicht gezeigt) zu bewegen.
• Aus dem in Fig. 1 dargestellten Prinzip ist ersichtlich, daß es möglich ist, ein Antriebselement mit mehrschichtigen piezoelektrischen Elementen zum Antrieb des Druckelementes 12 zu benutzen, wenn die Masse eines solchen Druckelementes und irgendeines Rückstellmittels, wie der Blattfeder 16, zur Rückholung des Druckelements in seine Ausgangsposition entsprechend ausgelegt ist. Es ist auch ersichtlich, daß das Druckelement nach Einwirkung auf die Unterlage von dieser zurückprallen wird, da das Druckelement 12 in Art eines Schlages mit hoher Geschwindigkeit gegen die Unterlage (nicht gezeigt) angetrieben wird, um höhere Druckgeschwindigkeiten erreichen zu können.
• Es sei angemerkt, daß die "Verlagerung" des piezoelektrischen Antriebes 10 sich auf eine "Längsdehnung" der einzelnen Schichten des Antriebes bezieht und "verlagern" bedeutet, daß "eine Längsdehnung erzeugt wird". Der piezoelektrische Antrieb 10 verlagert sich oder wird um einen sehr geringen oder winzigen Betrag bei einer extrem hohen Geschwindigkeit in einer Anordnung verlagert, wobei der Antrieb zum Bewegen des Druckelementes 12 beschleunigt wird. Das so beschleunigte Druckelement 12 verläßt die Stellung, wo das Druckelement in Kontakt mit dem Antrieb 10 ist, bewegt sich fliegend in Richtung des Pfeiles 20 und schlägt dann auf eine Unterlage (nicht gezeigt). Der Aufschlag des Druckelementes 12 auf der Unterlage verursacht, daß das Druckelement hiervon zurückprallt und mit Hilfe der Blattfeder 16 zur Ausgangsposition zurückkehrt, in der es in Anlage und Kontakt mit dem Antrieb 10 ist.
• Es ist jedoch ersichtlich, daß zur Verwendung des vorstehend erwähnten Antriebes 10 im praktischen Einsatz als Antrieb, der hohe Betriebsgeschwindigkeiten zuläßt, es notwendig ist, die Rückprallbewegung rasch zu dämpfen, die auftritt, wenn das Druckelement 12 mit hoher Geschwindigkeit in seine Ausgangsposition zurückkehrt und auf den piezoelektrischen Antrieb aufschlägt oder aufprallt. Dementsprechend ist eine Art Stoßdämpfung oder Dämpfungsmittel in einem Aufbau erforderlich, um den Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erreichen. Es ist auch ersichtlich, daß eine konventionelle Vorrichtung, bei der das Druckelement oder der fliegende Anschlaghammer direkt auf dem piezoelektrischen Element aufprallt und solch ein Element als Teil der Stoßdämpfung oder des Dämpfungsmittels vorgesehen ist, zu einem komplizierten Aufbau führt. Zudem verursacht die konventionelle Vorrichtung ein weiteres Problem, daß nämlich das solchermaßen in der Stoßdämpfungseinrichtung enthaltene piezoelektrische Element aufgrund des der Rückwärtsbewegung folgenden Aufpralles schwingt.
• Die vorliegende Erfindung schließt den vorstehend erwähnten Zustand aus oder vermindert ihn wenigstens durch eine Anordnung, in der ein piezoelektrischer Kristallelementantrieb durch die Benutzung eines elastischen oder federnden Elementes beweglich gelagert ist. Der piezoelektrische Elementantrieb bewegt sich gegen das elastische Element entsprechend der Rückstellbewegung und dem Betrieb eines angetriebenen Körpers in Form eines Druckelementes, in Aufprall oder Aufschlag auf den piezoelektrischen Elementantrieb, wobei das elastische Element die Schlagbewegung beim Aufschlag des angetriebenen Körpers auf dem Antrieb absorbiert. Der piezoelektrische Antrieb ist so ausgelegt, daß er das Druckelement in der Richtung auf und gegen eine Unterlage antreibt und ein Spannungsimpuls, der beim Aufprall oder Anschlag des Druckelementes auf der Unterlage während des Druckbetriebs erzeugt wird, wird abgeführt.
• Die Antriebseinheit umfaßt ein bewegliches piezoelektrisches Element eines Antriebssystems, wobei der durch den Rückwärtsaufprall oder Anschlag des angetriebenen Körpers oder Druckelementes erzeugte Rückprall durch ein Teil mit einfachem Aufbau gedämpft werden kann und der beim Aufprall oder Anschlag des angetriebenen Elementes auf der Unterlage erzeugte Spannungsimpuls schnell abgeführt werden kann.
• Die vorliegende Erfindung erreicht das vorstehende Ergebnis dadurch, daß eine Drucknadel oder ein ähnliches Element vorgesehen ist, das an einem Ende einer piezoelektrischen Betätigungseinheit befestigt ist und das andere Ende der Betätigungseinheit gegen ein Trägerelement gedrückt wird. Das Trägerelement sorgt für eine zurückstoßende Wirkung, wobei die Betätigungseinheit die Drucknadel in Übereinstimmung mit deren Verlagerung bei Anlegen eines Spannungsimpulses über die Betätigungseinheit antreibt.
• Fig. 2 stellt das Prinzip der vorliegenden Erfindung dar, wobei eine Drucknadel 22 an einem piezoelektrischen Elementantrieb 24 befestigt ist, der mittels einer Blattfeder 28 gegen einen Träger- oder Wandteil 26 gepreßt oder gedrückt wird. Die Blattfeder 28 ist fest mit dem piezoelektrischen Antrieb 24 verbunden und an einem Träger- oder Bodenbereich 30 befestigt und dient als ein Teil, das den Antrieb 24 gegen den Wandbereich 26 drückt und dient während des Druckbetriebs als Rückholfeder.
• Wenn ein Spannungsimpuls an den piezoelektrischen Antrieb 24 angelegt wird, verlagert sich dieser Antrieb zusammen mit der Drucknadel 22 um einen winzigen Betrag nach rechts. Dann, nach dem Aufschlag der Drucknadel 22 auf einer Unterlage (nicht gezeigt) werden der piezoelektrische Antrieb 24 und die Drucknadel als Reaktion des Aufschlages und der elastischen Kraft der Blattfeder 28 in die Ausgangsposition zurückgestellt. Am Ende der Rückstellbewegung (die Ausgangsposition) schlägt der piezoelektrische Antrieb 24 in einer rückstoßenden Weise auf dem Wandbereich 26 auf, und der Antrieb prallt wieder nach rechts zurück. Gemäß der vorliegenden Erfindung prallt der piezoelektrische Antrieb 24 jedoch unmittelbar auf dem Wandbereich 26 auf, dessen Wirkungsweise sich von der konventionellen Technik darin unterscheidet, daß das angetriebene Element, wie eine Drucknadel, in der Rückstellbewegung des Betriebes gegen die Antriebseinheit aufschlägt. Der Wandbereich 26 kann aus stoßabsorbierendem oder dämpfendem Material, wie Gummi oder dergleichen aufgebaut sein, um die Aufprallkraft des rückstellenden piezoelektrischen Elementes 24 und seiner damit verbundenen Drucknadel 22 aufzunehmen.
• Zudem bildet der piezoelektrische Antrieb 24 das angetriebene Element und erzeugt daher einen Spannungsimpuls bei dessen Auftreffen auf der Unterlage. Dementsprechend kann der Spannungsimpuls, der bei Auftreffen oder Aufprall der Drucknadel 22 auf der Unterlage erzeugt wird, schnell durch entsprechende Leitungen (nicht gezeigt) abgeführt werden, ohne ein gesondertes, mit der Unterlage verbundenes piezoelektrisches Element zu erfordern oder zu betreiben.
• In einer Betätigungseinheit mit einem beweglichen piezoelektrischen Element, wie in der vorliegenden Erfindung, ist das Gewicht des piezoelektrischen Elementes von Bedeutung. Da jedoch ein mehrschichtiges Element mit 0,3 g erhältlich ist, ist es möglich, eine Anordnung so aufzubauen, daß die piezoelektrische Betätigungseinheit selbst als angetriebenes Element dienen kann.
• Es sei angemerkt, daß jegliches Element als piezoelektrische Betätigungseinheit verwendet werden kann, unter der Voraussetzung, daß es um einen Betrag verlagert (längsgedehnt) wird, durch den das angetriebene Element zusammen mit der piezoelektrischen Einheit ausreichend beschleunigt werden kann. Es sei weiterhin angemerkt, daß ein mehrschichtiges piezoelektrisches Element mit einem größeren Verlagerungsbetrag (Längsdehnung) die bevorzugte Anordnung ist.
• Während das in Fig. 1 dargestellte Prinzip eine Blattfeder 28 als Mittel zum Anpressen oder Andrücken des piezoelektrischen Antriebes 24 gegen den Wandbereich 26 für die zurückstoßende Wirkung benutzt, kann eine Schraubenfeder 32 oder ähnliche elastische Mittel, wie in Strichlinien in Fig. 2 gezeigt, benutzt werden, um die Rückstellbewegung des Antriebes und der Drucknadel zu erreichen.
• Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung eines Druckkopfes 32, der den Aufbau der vorliegenden Erfindung beinhaltet und in einer Anordnung innerhalb eines Nadelpunktdruckers angewendet wird. Eine zylinderförmige Schale oder Gehäuse 34 bildet einen unteren Umfangsbereich, und eine entgegengesetzte Schale oder Gehäuse 36 mit verringertem Durchmesser ist gegenüberliegend dem Gehäuse 34 angeordnet und bildet einen oberen Umfangsbereich. Das Gehäuse 34 umfaßt einen Gewindebereich 38, auf dem ein Flanschbereich 40 der oberen Schale 36 aufgeschraubt ist, die einen Bereich mit geringerem Durchmesser als der Durchmesser des Gehäuses 34 und des Bereiches 40 aufweist. Das Gehäuse 34 umfaßt eine Vertiefung mit einem Boden 42 und einer Wand 44, die sich nach oben hin zu einem Absatz 46 erstreckt, der die Wand 44 und eine Wand 48 des Gehäuses 34 miteinander verbindet. Die Wand 48 ist mit einer Wand 50 des Gehäuses 36 ausgerichtet. Eine Öffnung 52 ist in der Wand auf einer Seite des Gehäuses 36 vorgesehen, und eine Öffnung 54 ist in der Wand auf der anderen Seite des Gehäuses ausgebildet. Selbstverständlich kann der Aufbau so konstruiert sein, daß ein einziges Werkstück erhalten wird, das den unteren Umfangsbereich 36 und einen oberen Umfangsbereich 56 des Gehäuses 36 mit einer Öffnung in jeder Seite des einzigen Werkstückes beinhaltet.
• Ein Nasenbereich 58 ist mit im zylindrischen Bereich 56 ausgebildet und deckt dessen oberes Ende ab und beinhaltet eine kegelförmige Öffnung 60, die sich von einer kleinen, zu einem Ende des Nasenbereichs führenden Öffnung 62 bis zu einer größeren, zum anderen Ende des Nasenbereichs führenden Bohrung 64 erstreckt. Der Bereich 56 besitzt einen Hohlraum 66, der eine gerade Wand 68 und eine kegelförmige Wand 70 zur Aufnahme des Nasenbereichs 58 aufweist. Der zylindrische Bereich 56 besitzt eine Öffnung 72 mit einem bestimmten Durchmesser, eine sich daran anschließende Öffnung 74 mit geringerem Durchmesser und eine weitere Öffnung 76 mit geringem Durchmesser.
• Eine Schraubenfeder 78 nimmt den Platz in der Vertiefung im unteren Umfangsbereich 34 ein, wobei ein Ende am Boden 42 und das andere Ende an einem federnden Element 80 angreift, von dem ein Ende 82 am Absatz 46 einsetzbar ist und das andere Ende 84 an einer Oberfläche 86 des Gehäuses 36 anlegbar ist. Ein zylindrisches Stütz- oder Führungsteil 88 ist über dem Element 80 vorgesehen und von den Wänden des Gehäuses 36 umschlossen. Ein entgegengesetztes zylindrisches Stütz- oder Führungsteil 90 ist über dem Teil 88 vorgesehen und von den Wänden des Gehäusebereichs 56 umschlossen. Das Teil 90 enthält in seinem Bodenbereich eine Öffnung 92, so daß mit diesem Boden ein Sitz 94 für eine Schraubenfeder 96 gebildet wird, die innerhalb der Öffnung 74 angeordnet ist. Ein Freiraum 98 ist zwischen einem Absatz 100 und einer Oberfläche 102 des Teiles 90 vorgesehen. Die zylindrischen Stützteile 88 und 90 weisen entsprechende Durchlässe 104 und 106 zum Durchlaß von Drähten 108 und 110 auf, die mit einem Betätigungs- oder Antriebselement 112 verbunden sind, das eine Vielzahl von aufeinandergeschichteten piezoelektrischen Elementen enthält. Das federnde Element 80 greift an der Schraubenfeder 78 an und ist so ausgelegt, daß es bei Zusammendrücken der Feder am Absatz 46 angreift. Das zylindrische Stützteil 90 ist normalerweise durch die Feder 96 vom Absatz 100 weggedrückt. Eine Drucknadel 114 ist durch die Öffnung 62, die Öffnung 76 und die Öffnung 92 hindurchgeführt und am Betätigungselement 112 befestigt, so daß die Drucknadel von dem piezoelektrischen Antriebselement 112 betätigt und angetrieben wird, um gegen das Papier 116 und die Unterlage 118 zu schlagen. Es sei angemerkt, daß ein Freiraum zwischen dem Absatz 46 und dem federnden Element 80 besteht und ein Freiraum 98 zwischen dem Absatz 100 und dem Führungsteil 90 über dem piezoelektrischen Element 112 besteht und daß Freiräume 120 und 122 zwischen dem piezoelektrischen Element 112 und den zylindrischen Stützteilen 88 und 90 bestehen.
• Der zylindrische Stütz- oder Führungsteil 88 ist am unteren Ende des piezoelektrischen Elementes 112 befestigt, und der zylindrische Stütz- oder Führungsteil 90 ist an dem oberen Ende des piezoelektrischen Elementes 112 mit den Freiräumen 120 und 122 befestigt, so daß eine Querbeweglichkeit des Elementes 112 geschaffen wird. Der untere Führungsteil 88, der obere Führungsteil 90 und die Drucknadel 114 sind an dem piezoelektrischen Element 112 befestigt, um ein angetriebenes Element oder einen angetriebenen Körper zu bilden, der sich zusammen mit dem Element 112 bewegt, wie dies durch die Längsausdehnung beim Anlegen des Spannungsimpulses an dem Element erfolgt.
• Das angetriebene Element oder der angetriebene Körper wird gegen das federnde Element 80 zum Abstoßen durch die Schraubenfeder 96 angepreßt und ist innerhalb des Gehäuses 36 und innerhalb des Gehäuses 56 verschiebbar beweglich. Der zylindrische Bereich oder Gehäuse 56 enthält die Öffnung 74, die als Führung für die Feder 96 dient, enthält die Öffnung 76, die als Führung für die Drucknadel 114 dient und enthält die Öffnung 62, die auch als Führung für die Drucknadel 114 dient.
• In der Anwendung der Erfindung unter Benutzung des Aufbaus nach Fig. 3 wird beim Anlegen eines Spannungsimpulses an dem piezoelektrischen Element 112 über die Drähte 108 und 110 das Element in Aufwärtsrichtung verlagert, um die Drucknadel 114 gegen die Unterlage 118 anzutreiben, wobei die Verlagerung als eine Längsdehnung des Elementes 112 erfolgt. Die Drucknadel 114 wird veranlaßt, gegen das Papier 116 und die Unterlage 118 zu schlagen und wird dann durch die Reaktion auf den Aufprall und durch die Rückholfeder 96 in die Ausgangsposition zurückgestellt. Die dadurch erfolgte Längsausdehnung wird zur Zurückstellung mit einer hohen Geschwindigkeit über das untere Führungsteil 88 gegen die Federung des Elementes 80 geleitet, und die angetriebene Anordnung oder der angetriebene Körper wird durch die Reaktion darauf in Aufwärtsrichtung bewegt.
• Wenn die Drucknadel 114 gegen die Unterlage 118 schlägt, wird durch diesen Aufprall ein Spannungsimpuls in dem piezoelektrischen Element 112 erzeugt. Der so erzeugte Spannungsimpuls kann durch die Drähte 108 und 110 in einer Weise abgeleitet werden, die zur Bestimmung der Geschwindigkeit des angetriebenen Körpers benutzt werden kann. Wenn die Drucknadel 114 auf der Unterlage 118 aufprallt, wird der angetriebene Körper durch die Reaktion auf den Aufprall und durch die Rückholfeder 96 in die Ausgangsstellung zurückgestellt, und der angetriebene Körper prallt dann auf dem nachgiebigen Element 80 zur Zurückstellung mit hoher Geschwindigkeit auf. Da das nachgiebige Element 80 auf der Pufferfeder 78 gelagert ist, wird der Großteil der kinetischen Energie des zurückkehrenden angetriebenen Körpers beim Aufprall des angetriebenen Körpers mit dem Element 80 durch die Feder 78 absorbiert und die Rückstellung des angetriebenen Körpers rasch gedämpft.
• Die Fig. 4A, 4B und 4C zeigen eine Abwandlung des Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Druckkopf 124 einige der gleichen Elemente des Aufbaus gemäß Fig. 3 beinhaltet. Diese Elemente sind der Nasenbereich 58, die Öffnungen 60, 62, 64, das untere Stützteil 88, das federnde Element 80 und die Schraubenfeder 78. Der Druckkopf 124 enthält eine zylinderförmige untere Einfassung oder Gehäuse 126, das auf einen unteren Teilbereich 128 eines oberen Gehäuses oder Einfassung 130 aufgeschraubt ist. Das untere Gehäuse 126 liefert eine Einfassung für die Schraubenfeder 78 und für das federnde Teil 80, mit dem das zylindrische Stütz- oder Führungsteil 88 in Berührung oder in Eingriff steht.
• Das obere Gehäuse oder Einfassung 130 ist im allgemeinen zylindrisch geformt und mit einem vergrößerten Bereich 132 ebenfalls mit einer im allgemeinen zylindrischen Außenform ausgebildet. Der obere Bereich 134 der oberen Einfassung 130 umfaßt eine Öffnung 136 darin und eine vergrößerte Öffnung 138 zur Aufnahme eines oberen zylindrischen Stütz- oder Führungsteils 140, wobei ein Freiraum 142 in der Öffnung 138 über dem Führungsteil 140 vorgesehen ist. Eine Drucknadel 144 ist am Führungsteil 140 durch Einbetten der Nadel darin befestigt.
• Der erweiterte Bereich 132 des oberen Gehäuses 130 bildet einen Hohlraum 146 für eine Blattfeder 148, die mit einem piezoelektrischen Element 150 verbunden ist, das durch den unteren Führungsteil 88 und den oberen Führungsteil 140 aufgenommen wird. Ein Freiraum 152 ist zwischen dem piezoelektrischen Element 150 und den Führungsteilen 88 und 140 vorgesehen, um eine Querbeweglichkeit des Elementes 150 zu erlauben. Die Blattfeder 148 wird verwendet, um Rückstellmittel für das piezoelektrische Element 150 zu schaffen. Der Bereich 132 umfaßt eine Vielzahl von Schlitzen oder dergleichen Öffnungen 154, um die Arme der Feder 148 aufzunehmen. Aufgedruckte Leiterbahnen, wie bei 156 (Fig. 4B), sind auf der Blattfeder 148 vorgesehen, die als Leitung zur Verbindung mit dem piezoelektrischen Element 150 verwendet wird.
• Die Blattfeder 148, die, wie gezeigt, vier Arme 158 besitzt, wird als Rückholfeder für die Drucknadel 144 und das piezoelektrische Element 150 verwendet und umfaßt gedruckte Leiterbahnen 156 in zwei Armen 158 zur Verbindung mit dem Element 150, wie in der Perspektivansicht von Fig. 4B dargestellt ist. Fig. 4C zeigt eine teilweise Schnittdarstellung eines der Arme 158 der Blattfeder 148. Die gedruckte Leiterbahn 156 ist als Verdrahtungsschicht 160 entlang einer isolierenden Materialschicht 162 und einer Federmaterialschicht 164 dargestellt.
• Während die Darstellung von Fig. 4B die vier Arme 158 der Blattfeder 148 zeigt, kann eine größere oder geringere Anzahl Arme verwendet werden. Von der Lehre der Erfindung ist es ebenfalls umfaßt, eine einzelne Blattfeder vorzusehen, wobei die aufgedruckte Verdrahtung als Schichten auf beiden Seiten der einzigen Feder oder durch zwei gedruckte Leiterbahnen auf einer Seite vorgesehen ist.
• Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Fig. 3 und 4A dargestellt ist, ermöglicht, den Spannungsimpuls zu verwenden, der im Zusammenhang mit dem Aufprall oder dem Rückstellaufschlag des Piezoelementes (112 oder 150) erzeugt wird. Der erzeugte Impuls wird über die Leitungen 108, 110 (Fig. 3) oder über die Leiterbahn 156 (Fig. 4B) wiedergewonnen oder abgeleitet, so daß die erforderliche Zeit vom Zeitpunkt der Beaufschlagung mit dem Antriebsspannungsimpuls bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Element in seine Ausgangsposition zurückkehrt und mit dem Rückstellelement zusammenprallt oder aufschlägt, gemessen werden kann. Die Resultate dieser Zeitmessungen können verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu berechnen, mit der die Drucknadel das Papier oder anderes Druckmedium beaufschlagt. Dementsprechend ist es möglich, die Aufschlagintensität oder die Druckdichte in Übereinstimmung mit der Art des verwendeten Druckmediums einzustellen, so daß der Antriebsspannungsimpuls auf der Grundlage der so berechneten Geschwindigkeit variiert wird, um die Geschwindigkeit der Drucknadel 114 oder 144 zu steuern.
• Es ist somit ersichtlich, daß ein Nadeldrucker zum Drucken von Schriftzeichen in Punktmatrixweise hierin dargestellt und beschrieben wurde, wobei die Drucknadel durch ein mehrschichtiges piezoelektrisches Element angetrieben wird. Der Antriebs- oder Betätigungsmechanismus ist durch ein federndes Element beweglich belagert, um die bei der Rückstellung der angetriebenen Teile erzeugte kinetische Energie zu absorbieren. Die Rückstellbewegung wird rasch abgebaut, und die Drucknadel kann in stabiler Weise mit höheren Druckgeschwindigkeiten angetrieben werden.

Claims (9)

1. Druckkopf (32) zur Verwendung in einem Nadelmatrixdrucker, umfassend ein Gehäuse (34, 36), ein piezoelektrisches Element (112), das innerhalb des Gehäuses (34, 36) beweglich und antreibbar ist, um ein Druckelement (114) zur Bewegung von einer Ausgangsposition zu einer Druckposition gegen die Vorspannung von ersten federnden Mitteln (96) zu veranlassen, und Antriebsmitteln (108, 110) zum Betreiben des piezoelektrischen Elementes (112), um das Drucken zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (112) teilweise innerhalb erster und zweiter Führungsteile (88, 90) aufgenommen und daran befestigt ist, die in dem Gehäuse (34, 46) angeordnet sind, wobei das erste federnde Mittel (96) mit dem zweiten Führungsteil (90) zum Rückstellen des Druckelementes (114) in die Ausgangsposition in Eingriff bringbar ist und das erste Führungsteil (88) mit Dämpfungsmitteln in Eingriff bringbar ist, die zum Absorbieren von Rückstellenergie beim Rückstellen des Druckelementes (114) in die Ausgangsposition angeordnet sind, und ein federndes Basiselement (80) umfaßt, das angrenzend an das erste Führungsteil (88) in der Ausgangsposition durch zweite federnde Mittel (78) vorgespannt ist.

2. Druckkopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element mehrschichtig aufgebaut ist.

3. Druckkopf gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Führungsteile (88, 90) zylindrische Teile mit U-förmigem Querschnitt sind, die die entsprechenden Enden des Betätigungsmittels (112) umfassen.

4. Druckkopf gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Führungsteile (88, 90) so ausgelegt sind, daß ein Spalt für das piezoelektrische Element (112) vorgesehen ist, um dessen Ausdehnung quer zur Bewegungsrichtung des Druckelementes zuzulassen.

5. Druckkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste federnde Mittel (96) eine Druckfeder ist.

6. Druckkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste federnde Mittel eine Blattfeder (148) ist.

7. Druckkopf gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (148) Leiterbahnen (156) zum Zuführen eines Spannungsimpulses zu dem Betätigungsmittel (112) trägt.

8. Druckkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite federnde Mittel eine Druckfeder (78) umfaßt.

9. Druckkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (108, 110) vorgesehen sind zur Aufnahme eines bei dem Aufprall des Druckelementes (114) auf einer Unterlage erzeugten Spannungsimpulses zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Druckelementes.