DE3919310A1 - Matrixdrucker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Matrixdrucker nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Bei in der anglo-amerikanischen Literatur mit "spring- release type" charakterisierten bekannten Matrixdruckern ist eine Anzahl von elektromagnetischen Antriebseinheiten vorgesehen, durch die Antriebsarme betätigt werden, um ihrerseits Druckelemente anzutreiben. Die entsprechenden, die elektromagnetischen Antriebseinheiten bildenden Teile sind mit hoher Genauigkeit hergestellt, damit die einzelnen Druckelemente gleichförmige Bewegungs- und Druckeigenschaf­ ten haben. Fortgesetzter Druck bei einem Schnelldrucker führt jedoch zu einer Temperaturerhöhung auf 100°C oder mehr, wodurch ein Dauermagnet, der Bestandteil der elektro­ magnetischen Antriebseinheiten ist, in gewissem Ausmaß de­ magnetisiert wird. Dies führt zu Ansprechfehlern oder einer Beeinträchtigung der Ansprechgeschwindigkeit. Man hat des­ halb die in die Antriebsspulen der Antriebseinheiten einge­ speiste Energie oder die Stärke des Dauermagneten nach Maß­ gabe der erwarteten Temperatur ausgelegt, damit bei erhöh­ ter Temperatur nicht länger eine Verschlechterung der An­ sprechgeschwindigkeit hingenommen werden muß.

Bei "spring-release type" Matrixdruckern ist jedes Druck­ element mit einem federbelasteten Anker einer elektromagne­ tischen Antriebseinheit verbunden. Im Ruhezustand wird der Anker mittels eines Dauermagneten in eine Ruhestellung ge­ zogen. Soll mittels des mit diesem Anker verbundenen Druck­ elements ein Punkt gedruckt werden, dann wird die Spule ei­ nes Elektromagneten erregt und dadurch der magnetische Fluß des Dauermagneten aufgehoben, so daß das Druckelement auf­ grund der den Anker belastenden Federkraft zum Druck vorge­ stoßen wird. Nach Abklingen des die Spule erregenden An­ triebsimpulses werden der Anker und mit ihm das Druckele­ ment von dem Dauermagneten wieder in die Ruhestellung zu­ rückgezogen. Die Magneteigenschaft des Dauermagneten und damit die Kennwerte des Druckers ändern sich abhängig von der Temperatur. Da der Dauermagnet bei Erhitzung entmagne­ tisiert wird, nimmt die Kraft ab, mit der die Anker angezo­ gen werden. Entsprechend wird das von der Spule hervorgeru­ fene elektromagnetische Feld im Vergleich stärker, wodurch die Periode des Ausstoßens eines Druckelements zum Druck eines Punktes und des nachfolgenden Rückholens durch den Dauermagneten verlängert wird. Während dieser Periode wird der Druckkopf bewegt, so daß es vorkommen kann, daß sich ein Druckelement im Farbband verhakt oder eigentlich zu druckende Punkte nicht gedruckt werden.

Wo beim Stand der Technik die der Spule zugeführte Energie im Hinblick auf die Wärmeerzeugung durch den Druckkopf be­ messen wird, wie dies oben beschrieben wurde, reicht das von der Spule hervorgerufene elektromagnetische Feld beim Beginn des Druckes, wenn noch keine stärkere Wärmeentwick­ lung aufgetreten ist, im Vergleich zum Magnetfeld des Dau­ ermagneten nicht aus, so daß die Druckelemente nicht genü­ gend vorgestoßen werden, da die Anker sich nicht völlig lö­ sen. Das bedeutet, daß die eigentlichen Fähigkeiten des Druckkopfes im Hinblick auf Anschlagstärke und Druckge­ schwindigkeit nicht voll zum Tragen kommen.

Wo beim Stand der Technik die Stärke des Dauermagneten im Hinblick darauf bemessen wird, daß auch bei höherer Tempe­ ratur eine ausreichende Anziehungskraft erreicht wird, ist eine große Antriebsenergie und damit ein entsprechend hoher Stromverbrauch erforderlich, der zu einer zusätzlichen Wär­ meentwicklung im Druckkopf führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Matrixdrucker zu schaf­ fen, bei dem automatisch dafür gesorgt wird, daß unabhängig von einer Wärmeerzeugung durch den Druckkopf die Antriebs­ eigenschaften keiner Änderung unterliegen und ständig ein gutes Druckergebnis erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Matrix­ drucker gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Der Matrixdrucker macht von einem sogenannten "spring- release type" Druckkopf Gebrauch und enthält einen Tempera­ turdetektor zur Erfassung der aufgrund der Wärmeentwicklung durch den Druckkopf erreichten Temperatur, sowie eine Steuerungseinrichtung, die anhand des Ausgangssignals des Temperaturdetektors wenigstens einen der drei Parameter Im­ pulsbreite, Spannung und Periode der an die Antriebsspulen gelieferten Antriebsimpulse steuert.

Der Temperaturdetektor kann entweder tatsächlich direkt die Temperatur messen, umfaßt im Rahmen der vorliegenden Be­ schreibung und Ansprüche aber auch zum Beispiel ein Zeit­ glied zur Messung der Druckzeit des Druckkopfes oder einen Zähler, der die Anzahl vom Druckkopf gedruckter Punkte zählt. Sowohl die Dauer, während derer der Druckkopf arbei­ tet, als auch die Anzahl der von dem Druckkopf gedruckten Punkte stellen Größen dar, die mit der Temperatur im Zusam­ menhang stehen und deshalb anstelle der Temperatur zur ge­ nannten Steuerung der Antriebsimpulse verwendet werden kön­ nen.

Mit dieser Lösung wird erreicht, daß unabhängig von der mo­ mentan erreichten Temperatur im Druckkopf das elektromagne­ tisch erzeugte Feld eine solche Stärke hat, daß es das von dem Dauermagneten herrührende Feld gerade aufhebt. Aufgrund der direkten oder indirekten Temperaturerfassung haben die Antriebsimpulse immer den optimalen Zustand, unabhängig da­ von, ob der Druckkopf Wärme erzeugt oder nicht.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Druckkopfes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Antriebs­ einrichtung,

Fig. 3 Antriebsimpulsverläufe einer Ausführungsform der Erfindung mit variabler Impulsbreite, und

Fig. 4 bis 6 jeweils Blockschaltbilder elektrischer Schal­ tungen anderer Ausführungsformen der Erfindung.

Es sei nun zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Ausführungsform eines Druckkopfes A für einen Matrixdrucker gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bei diesem Druckkopf sind in einem hohlen Teil 2 eines aus Kunststoff hergestellten Kopfrahmens 1 Nadelführungen 3, 4 befestigt. Eine Anzahl von Drucknadeln 5, die bei diesem Ausführungs­ beispiel die Druckelemente darstellen, wird von diesen Na­ delführungen 3, 4 verschiebbar gehalten.

Die Basis von Antriebsarmen 6 wird zwischen einer Stop­ platte 7 und einem Abstandshalter 8 aus nichtmagnetischem Material sowie einer Jochplatte 9 aus magnetischem Material gehalten. Es ist eine der Anzahl von Drucknadeln 5 entspre­ chende Anzahl von Antriebsarmen 6 vorhanden, die in glei­ chen Winkelabständen zur Mitte hin ausgerichtet sind, und deren Basen zu einem Stück verbunden sind. An dem einen Ende jedes Antriebsarms 6 ist ein beweglicher Anker 6 a aus magnetischem Material befestigt, etwa angeschweißt. An je­ dem Anker 6 a ist ein Druckhebel 6 b befestigt, an dessen Ende wiederum die zugehörige Drucknadel 5 befestigt ist.

Hinter der Jochplatte 9 befindet sich eine Kernanordnung. Diese Kernanordnung wird von einer Ringplatte 10 aus magne­ tischem Material, einem Dauermagneten 11 und einem Kernkör­ per 12 gebildet, die alle zu einem Stück verbunden sind. Der Kernkörper 12 besteht aus einer Aneinanderreihung meh­ rerer U-förmiger Kernstücke 12 a aus magnetischem Material.

Die U-förmigen Kernstücke 12 a sind entsprechend der Anord­ nung der Antriebsarme 6 zur Mitte ausgerichtet. Der an der Innenseite jedes Kernstücks gelegene Schenkel ist mit einer trapezartigen Querschnittsform versehen, wodurch die Raum­ ausnutzung zu angrenzenden Kernstücken 12 a verbessert wird. Die vordere Stirnfläche dieses inneren Schenkels jedes Kernstücks 12 a liegt der Rückfläche eines der beweglichen Anker 6 a gegenüber. Um den inneren Schenkel jedes Kern­ stücks 12 a ist eine Antriebsspule 13 gewickelt, und alle Antriebsspulen 13 sind mit einem Anschlußstift 14 verbun­ den.

Innerhalb des hohlen Teiles 12 b des Kernkörpers 12 befindet sich als Beispiel eines Temperaturdetektors B zusammen mit einer Fassung 16 ein Thermistor 15, der die Temperatur des Druckkopfes A erfassen soll. An der Rückseite des Kernkör­ pers 12 ist ein flexibles Kabel 17 angeordnet, das mit den beiden Anschlüssen des Thermistors 15 und den Anschlußstif­ ten 16 verbunden ist. An der Umfangsfläche und an der Rück­ fläche der Kernanordnung sind Kühlrippen 18 ausgebildet.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die elektrische Schaltung des Druckkopfes A von einem Temperaturdetektor B und einer Steuerungseinrichtung C gebildet. Der Temperaturdetektor B setzt sich dabei aus dem oben beschriebenen Thermistor 15 und einem A/D-Umsetzer 19 zusammen, der dafür sorgt, daß der Detektor B ein digitales Ausgangssignal abgibt. Die Steuerungseinrichtung C enthält eine Antriebsschaltung 20 für den Druckkopf A, einen Speicher (ROM) 21 und eine Zen­ traleinheit (CPU) 22. Der Speicher 21 speichert ein Steuer­ programm zur Steuerung der Antriebszustände des Druckkopfes A, das heißt zum Variieren der Impulsbreite und/oder der Spannung und/oder der Periode der Antriebsimpulse der Treiberschaltung 20 abhängig von der mittels des Tempera­ turdetektors B ermittelten Temperatur des Druckkopfes A.

Als ein Beispiel soll die Änderung der Impulsbreite der von der Antriebsschaltung 20 erzeugten Antriebsimpulse unter Bezug auf Fig. 3 erläutert werden.

Zu Beginn des Druckbetriebs hat der Druckkopf A noch keine Wärme erzeugt. Nachdem dann Wärme erzeugt wurde, steuert die Zentraleinheit 22, solange von dem Thermistor 15 eine Temperaturerhöhung auf beispielsweise nicht mehr als 90°C festgestellt wird, die Antriebsschaltung 20 abhängig von dem im Speicher 21 gespeicherten Programm so, daß Antriebs­ impulse a ₁ mit einer Impulsbreite von t ₁ erzeugt werden, wie es in Fig. 3 (1) gezeigt ist. Da im Druckkopf A noch keine starke Wärmeentwicklung stattgefunden hat, ist der magnetische Fluß des Dauermagneten 11 noch ausreichend groß und wird von dem elektromagnetischen Fluß aufgrund des Im­ pulses a ₁ kompensiert. Der Anker 6 a, dessen zugehörige An­ triebsspule mit einem solchen Impuls beaufschlagt wird, löst sich deshalb vom Kernteil 12 a, woraufhin die entspre­ chende Drucknadel schnell vorgestoßen wird. Wenn der An­ triebsimpuls a ₁ verschwindet, wird der Anker 6 a wieder von der Magnetkraft des Dauermagneten 11 an das Kernstück 12 a angezogen. Die Drucknadel 5 wird demzufolge in die Aus­ gangsstellung zurückgezogen. Während dieser Rückkehr wird in der Antriebsspule 13 ein Impuls b umgekehrter Polarität induziert, der jedoch durch eine entsprechende, nicht ge­ zeigte Dämpfungsschaltung rasch abklingt, so daß die Druck­ nadel 5 unverzüglich zurückkehrt.

Wenn die Wärmeerzeugung im Druckkopf A zunimmt und schließ­ lich zu einer Temperatur von mehr als 90°C führt, steuert die Zentraleinheit 22 nach Maßgabe des Programms im Spei­ cher 21 die Antriebsschaltung 20 so, daß sie einen An­ triebsimpuls a ₂ mit einer Impulsbreite t ₂ (t ₂ < t ₁) abgibt, wie dies in Fig. 3 (2) gezeigt ist. Damit ist die durch den Antriebsimpuls a ₂ in die Spule 13 eingespeiste Energie ge­ ringer als im Fall des Antriebsimpulses a ₁. Die Abnahme entspricht aber der Demagnetisierung des Dauermagneten 11 aufgrund der im Druckkopf A erzeugten Wärme. Die betroffe­ nen Anker 6 a werden deshalb von dem Antriebsimpuls a ₂ in gewünschter Weise gelöst.

Die voranstehend beschriebenen Vorgänge setzen sich fort, solange die Temperatur des Druckkopfes A 90°C überschrei­ tet, aber weniger als 110°C beträgt. Wenn die Temperatur schließlich 110°C übersteigt, steuert die Zentraleinheit 22 die Antriebsschaltung 20 nach Maßgabe des Programms im Speicher 21 so, daß ein Antriebsimpuls a ₃ mit einer Impuls­ breite t ₃ (t ₃ < t ₂) erzeugt wird, wie er in Fig. 3 (3) ge­ zeigt ist. Die durch diesen Antriebsimpuls a ₃ in die be­ troffenen Spulen 13 eingespeiste Energie ist wiederum ge­ ringer als die im Fall des Antriebsimpulses a ₂, wobei die Verminderung dieser Eingangsenergie aber nahezu der Ent­ magnetisierung des Dauermagneten 11 aufgrund der weiteren Temperaturerhöhung entspricht. Die betroffen Anker 6 a wer­ den deshalb auch durch den Antriebsimpuls a ₃ unter den Be­ dingungen einer über 110°C erhöhten Temperatur im Druckkopf A zuverlässig gelöst.

Die Periode c der Antriebsimpulse a ₁, a ₂, a ₃ ist konstant.

Beim obigen Beispiel wird die eingegebene Energie durch Än­ derung der Impulsbreite eingestellt, jedoch ist die Erfin­ dung nicht auf diese Möglichkeit beschränkt. Eine ähnliche Wirkung kann durch Änderung der Spannung V ₁ oder der Pe­ riode c der Antriebsimpulse erreicht werden. Außerdem wird beim obigen Beispiel die eingegebene Energie schrittweise verändert. Es ist indes auch möglich, diese Energie abhän­ gig von Temperaturänderungen stufenlos zu ändern.

Wenn die Periode der Antriebsimpulse (Druckzeitpunkt) geän­ dert wird, dann muß auch die Vorschubgeschwindigkeit des Druckkopfes A abhängig von der erreichten Temperatur geän­ dert werden. In diesem Fall wird auch ein Motor 23 für den Transport eines den Druckkopf A tragenden Schlittens (nicht gezeigt) durch die Zentraleinheit 22 und eine Motortreiber­ schaltung 24 gesteuert, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Steuerung erfolgt so, daß die Vorschubgeschwindigkeit zu Beginn des Druckvorgangs erhöht ist, um dann abhängig von der Temperaturerhöhung gesenkt zu werden.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel, wo ein Zeitglied 25 anstelle des Temperaturdetektors B vorgesehen ist. Die Druckzeit kann mit Hilfe des Zeitglieds 25 gemessen werden, indem ein Druckbefehl P in die Zentraleinheit 22 eingegeben wird.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Zähler 26 anstelle des Temperaturdetektors B vorgesehen ist und die gedruckten Punkte zählt.

Bei den zuletztgenannten Ausführungsformen wird der Tempe­ raturdetektor B durch das Zeitglied 25 bzw. den Zähler 26 ersetzt, da man indirekt oder aufgrund von Versuchen aus der Druckzeit bzw. der Anzahl von gedruckten Punkten auf die im Druckkopf erreichte Temperatur schließen kann.

Claims (4)

1. Matrixdrucker mit einem Druckkopf (A), bei dem we­ nigstens ein Antriebsarm in einem Ruhezustand von einem Dauermagneten (11) einer elektromagnetischen Antriebsein­ richtung angezogen wird und zum Antrieb eines Druckelements (5) dadurch aus dem Einfluß des Dauermagneten (11) gelöst wird, daß eine Antriebsspule (13) der elektromagnetischen Antriebseinrichtung mit elektrischer Energie beaufschlagt wird und eine die Kraft des Dauermagneten (11) aufhebende elektromagnetische Kraft hervorruft, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Detektoreinrichtung (B) vorge­ sehen ist, die ein der Temperatur im Druckkopf (A) entspre­ chendes Signal an eine Steuerungseinrichtung (C) abgibt, welche nach Maßgabe dieses Signals wenigstens einen der Pa­ rameter Impulsbreite, Spannung und Periode der an die An­ triebsspule zu liefernden Antriebsimpulse steuert.

2. Matrixdrucker nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (B) eine Temperaturdetektoreinrichtung ist.

3. Matrixdrucker nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (B) ein Zeitglied (25) umfaßt, das ein der Druckzeit entspre­ chendes Ausgangssignal abgibt.

4. Matrixdrucker nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (B) einen Zähler (26) umfaßt, der ein der Anzahl gedruckter Punkte entsprechendes Ausgangssignal abgibt.