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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Punktmatrixdrucker.
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Beides, die Verbesserung der Druckqualität und die Beschleunigung des Druckvorganges sind
besondere Anforderungen an Punktmatrixdrucker, die als Ausstattung zum
Computerarbeitsplatz gedacht sind, um Zeichenmuster oder Ähnliches auf einem Aufzeichnungsmedium durch
die Benutzung von Drucknadeln zu formen. Der Druckkopf, beschrieben in US-A-4,669,898
und JP-A-29681/1983, wurde entwickelt um diese Anforderung zu erfüllen. In diesem
bekannten Druckkopf sind die Druckenden der Drucknadeln in zwei parallelen Reihen von
Führungslöchern angeordnet, die sich am vorderen Ende an einer Spitze des Druckkopfes befinden. Eine
Anzahl von elektromagnetisch gesteuerten Ankern oder Druckhebeln sind mit ihren
beweglichen Enden mit den angetriebenen Enden der Drucknadeln verbunden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist,
sind alle Druckhebel a radial zu den beschriebenen Führungslöchern angeordnet und liegen mit
ihren beweglichen Enden auf einer elliptischen Linie, um die Krümmungen aller Drucknadeln zu
minimieren. Somit wird in dieser Konfiguration ein projizierter Abstand l zwischen dem
Verbindungspunkt c des angetriebenen Endes einer Drucknadel b mit dem dazugehörigen inneren
Ende eines Druckhebels a einerseits, und dem Druckende der Drucknadel b andererseits,
verkürzt. Die minimierte Krümmung oder Verbiegung der Drucknadeln führt zu einer verminderten
Reibung zwischen den Drucknadeln und den Führungslöchern. Weiterhin ist die gesamte Länge
der Drucknadeln b verkürzt womit ihre Trägheit vermindert wird. Somit hilft die bekannte
Konfiguration die Geschwindigkeit des Druckvorganges zu erhöhen.
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Jedoch liegen, wenn die inneren Enden der Druckhebel a auf einer elliptischen Linie im Zentrum
des Druckkopfes dicht angeordnet sind, benachbarte Drucknadeln b in einem Bereich überaus
eng aneinander, der durch einen Kreis in Fig. 5 begrenzt ist, namentlich ein Bereich, in dem die
Krümmung der Ellipse groß ist. Als Folge ist es unmöglich eine größere Anzahl an Drucknadeln
anzuordnen, was zur Verbesserung der Druckqualität erforderlich wäre. Zusätzlich kann das
Problem auftreten, daß benachbarte Drucknadeln sich gegenseitig berühren. Um dies zu
vermeiden ist eine hohe Präzision bei der Herstellung und bei der Montage der Einzelteile des
Druckkopfes notwendig, was zu erhöhten Herstellungskosten führt.
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Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen Probleme des Standes
der Technik zu bewältigen und einen Druckkopf für einen Punktmatrixdrucker zu schaffen, der
eine höchstmöglich verbesserte Druckqualität und vergrößerte Druckgeschwindigkeit erlaubt,
ohne dabei eine wesentliche Verbesserung der Präzision seiner Einzelteile und der Montage zu
benötigen.
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Dieses Ziel wird mit einem Drucker wie beansprucht erreicht.
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Möglichkeiten die Erfindung auszuführen sind nachfolgend detailliert beschrieben, mit Bezug auf
die Zeichnungen, die lediglich bestimmte Ausführungsformen zeigen, und in denen
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Fig. 1 ein Diagramm ist, das die Lagebeziehung zwischen den Druckhebeln und den
Drucknadeln gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
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Fig. 2 die Anordnung der Druckhebel zeigt,
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Fig. 3 eine Schnittansicht ist, die ein Beispiel eines Druckkopfes zeigt, auf den die vorliegende
Erfindung angewandt ist,
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Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Lagebeziehung zwischen den Druckhebeln und den
Drucknadeln erklärt,
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Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Lagebeziehung zwischen den Druckhebeln und den
Drucknadeln entsprechend dem Stand der Technik erklärt, und
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Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf einen Nadeldrucker ist, die eine Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Zunächst zu Fig. 3, wo ein Beispiel des Druckkopfes gezeigt wird, auf den die vorliegende
Erfindung angewandt ist. In Fig. 3 ist eine Anzahl von Kernen, allgemein mit 1 bezeichnet, die
über die Oberfläche einer ringförmigen magnetischen Platte 2 vorstehen. Gegenüber den
jeweiligen Endflächen der Kerne 1 sind Anker 11 angeordnet, die mit Druckhebeln 10 verbunden
sind. Wenn kein Druckvorgang durchgeführt wird, dienen die Magnetfelder von an der
Oberfläche der magnetischen Platte 2 befestigten Permanentmagneten 3 dazu, die Anker 11 durch
Anziehung gegen die rückführenden Kräfte von Blattfedern 5 zu halten. Während des Druckens
wird die Anziehung der Anker 11 gelöst, indem elektromagnetische Spulen 4, die auf die Kerne
1 gewickelt sind, selektiv durch elektrischen Strom erregt werden, um so die
permanentmagnetischen Felder aufzuheben. Aufgrund der elastischen Kraft der Blattfedern 5 werden die
Drucknadeln 12, die mit den radial inneren Enden der Druckhebel 10 verbunden sind, dann
durch Führungslöcher am Ende einer Spitze 6 gedrückt um so den Druckvorgang zu bewirken.
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Fig. 4 ist eine Draufssicht von der linken Seite in Fig. 3 aus gesehen, die in einem vergrößerten
Maßstab die Lagebeziehungen zwischen den Druckhebeln 10 und den Drucknadeln 12 darstellt.
Der Druckkopf von Fig. 4 bildet den Gegenstand einer Teilanwendung
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Bezogen auf Fig. 4 bezeichnet die Bezugszahl 7 eine Führungsplatte, die mit zwei parallelen
Reihen von Führungslöchern 8 ausgestattet ist. Die Führungsplatte 7 ist am Ende der Spitze 6
befestigt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Führungslöcher 8 dienen zur Führung der
Druckenden d der Drucknadeln 12, deren angetriebene Enden an den Druckhebeln 10 wie oben
erwähnt befestigt sind. Die Druckhebel 10 sind um diese Führungslöcher herum angeordnet
und erstrecken sich, bis auf Druckhebel 10A, radial zum dazugehörigen Führungsloch 8, so daß
ihre Achsen durch die projizierten Zentren der dazugehörigen Führungslöcher verlaufen. Die
inneren Enden der Druckhebel 10 sind nach außen versetzt angeordnet, um einen projizierten
Abstand l von den Führungslöchern 8 zu haben. Die Druckhebel sind mit Zwischenräumen d
von z.B. 0,2 mm angeordnet, so daß sich die Drucknadeln 12 nicht gegenseitig berühren.
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Andererseits sind die Druckhebel 10A, die zu an beiden Enden der parallelen Reihen von
Führungslöchern liegenden Führungslöchern 8A gehören, derart angeordnet, daß ihre Axiallinien
10a gegenüber den projizierten Zentren der zugehörigen Führungslöcher 8A nach innen versetzt
sind. Darüberhinaus sind die Druckhebel 10A so angeordnet, daß mindestens Abstände d
zwischen benachbarten Druckhebeln 10B eingehalten werden. Die beiden Hebel 10A auf jeder
Seite der parallelen Reihen sind durch eine Distanz voneinander entfernt, die durch die beiden
Reihen von Führungslöchern 8 bestimmt wird. Wie im Falle der anderen Druckhebel 10 sind
ihre inneren Enden mit vorgegebenen Abständen l zu den dazugehörigen Führungslöchern 8A
angeordnet.
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Als Folge dieser Anordnung werden Winkelabweichungen zwischen den Axiallinien 10a der
Druckhebel 10A und den projizierten Axiallinien 12a der dazugehörigen Drucknadeln 12
verursacht. Mit anderen Worten, es wird ein Winkel zwischen der Achse 10a jedes Druckhebels 10A
und der Ebene der dazugehörigen Drucknadel 12 gebildet. Es ist jedoch möglich, die Krümmung
der Drucknadeln 12, die mit den Druckhebeln 10A verbunden sind, auf denselben Wert zu
reduzieren, wie bei den Drucknadeln 12, die mit den Druckhebeln 10 verbunden sind. Die
Krümmung oder Verbiegung entspricht dem projizierten Abstand l zwischen dem angetriebenen
Ende, das dem Verbindungspunkt c zu einem Druckhebel 10A entspricht, und dem Druckende
d in Fig. 3. Somit kann der Druckvorgang für alle Drucknadeln sicher unter der gleichen
Bedingung ablaufen.
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In Übereinstimmung mit dem beschriebenen Druckkopf sind nur die Druckhebel 10A von den
projizierten Zentren der dazugehörigen Führungslöcher 8A abweichend gestaltet, um den
notwendigen Sicherheitsabstand d zwischen benachbarten Druckhebeln 10B und Hebeln 10A
selbst entstehen zu lassen. Falls jedoch aufgrund einer sehr hohen Dichte, in der die
Druckhebel angeordnet sind, zur Gewährleistung des notwendigen Sicherheitsabstandes d zwischen
den Druckhebeln 10 eine erhebliche Verfahrens- oder Montagegenauigkeit erforderlich ist,
können notwendige Spalte zwischen angrenzenden Druckhebeln 10 dadurch geschaffen werden,
daß sie von der in Fig. 4 gezeigten Anordnung auf eine Weise abweichen, die den Druckhebeln
10A entspricht.
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Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 3 wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Eine Gruppe von Druckhebeln 10 ist mit Zwischenräumen d von z.B. 0,2 mm entsprechend den
auf der ringförmigen magnetischen Platte 2 liegenden Kernen 1 angeordnet, so daß sich die an
den Enden der entsprechenden Druckhebel befestigten Drucknadeln nicht gegenseitig berühren.
Abweichend von dem in Fig. 4 gezeigten Druckkopf sind in diesem Fall die inneren Enden der
Druckhebel 10 auf eine Weise angeordnet, die als zickzackartig bezeichnet werden kann, wie es
der Fig. 2 entnehmbar ist. In dieser Anordnung sind die inneren Enden der Druckhebel 10F so
dicht wie möglich an Positionen gerade oberhalb der entsprechenden Führungslöcher 8
angeordnet. Die inneren Enden von Druckhebeln 10R sind gegenüber denjenigen der Druckhebel 10F
zurückversetzt und so angeordnet, daß sie sich so gut wie möglich Positionen gerade oberhalb
der entsprechenden Führungslöcher 8 annähern. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Druckhebel
10F und 10R wechselweise angeordnet.
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Zu beachten ist, daß in den Figuren die Nummer 9 einen Abstandshalter für unterstützende
Blattfedern bezeichnet. Die innere Umfangskante des Abstandshalters 9 (Fig. 1) besteht aus
gezackten Blattfeder-Unterstützungsteilen 9a, die der Lage der einzelnen inneren Enden der
Druckhebel 10 entsprechen, um die wirksamen Längen L der Hebel 10 durch die Blattfedern 5,
bzw. die Abstände vom inneren Ende der Hebel 10 zu der inneren Umfangskante des
Abstandshalters 9, abzugleichen. Fig. 1 zeigt schematisch diese Situation, wobei die Anker 11
und die Blattfedern 5 weggelassen wurden. Die grundlegenden Konstruktionen, einschließlich
der Abmessungen, usw. der Anker 11 und der Druckhebel 10, sind jeweils dieselben und somit
sind die wirksamen Längen A der Blattfedern 5 alle gleich.
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Da die inneren Enden der Druckhebel 10F nahe an Positionen gerade oberhalb der zugehörigen
Führungslöcher 8 liegen, sind die Verbiegungen der entsprechenden Drucknadeln 12 nahezu
eliminiert. Die Position der inneren Enden der Druckhebel 10R sind um z.B. 0,5 mm von den
Positionen gerade oberhalb der zugehörigen Führungslöcher 8 entfernt, wobei die Verbiegungen
der mit den Druckhebeln 10R verbundenen Drucknadeln 12 minimal bleiben. Aufgrund dieser
Anordnung der Druckhebel 10 können sich die Axiallinien 10a einiger Druckhebel 10 u.U. nicht
durch die projizierten Zentren der zugehörigen Führungslöcher 8 erstrecken und liegen nicht
genau parallel zur Ebene der Drucknadeln 12, sondern schneiden diese. Jedoch sind diese
Abweichungen bemerkenswert klein im Vergleich zu der wirksamen Länge L der Druckhebel
10, so daß fast keine Beeinflussung durch diese Abweichungen besteht.
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Aufgrund der oben erklärten Zickzack-Anordnung der Vielzahl von Druckhebel können die nach
außen hin flügelförmigen Abstände zwischen den radial angeordneten Druckhebeln als Räume
genutzt werden, in denen die zugehörigen Drucknadeln plaziert werden. Es ist auch realisierbar,
die Drucknadeln in großer Dichte im Zentrum des Druckkopfes zu konzentrieren, ohne beides,
die Herstellungsgenauigkeit der Teile und ihre Montagegenauigkeit wesentlich zu verbessern.
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Darüberhinaus können die inneren Enden der Druckhebel, die sich vorwärts zum Zentrum hin
erstrecken, so dicht wie möglich an Positionen gerade oberhalb der zugehörigen
Führungslöcher angeordnet werden. Ähnlich können auch die inneren Enden der zurückgezogenen
Druckhebel noch nahe an Positionen gerade oberhalb der zugehörigen Führungslöcher angeordnet
werden. Aufgrund dieser Eigenschaften können die Verkrümmungen der Drucknadeln
weitestgehend reduziert werden, wobei die Reibung zwischen den Drucknadeln und den zur Führung
der Nadeln dienenden Teilen verringert wird. Als Folge kann die Lebensdauer eines Druckkopfes
verbessert werden. Gleichzeitig sind die gesamten Längen der Drucknadeln verringert und deren
Trägheit ist ebenfalls vermindert. Es ist somit realisierbar einen Hochgeschwindigkeitsdruck mit
geringeren Antriebskräften zu erreichen.
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Die Druckhebel, die zum Antrieb derjenigen Drucknadeln dienen, die durch die Führungslöcher
8A am Ende der Reihen von Führungslöchern geleitet werden, sind versetzt von den projizierten
Zentren der Führungslöcher angeordnet und lassen somit die notwendigen Lücken zwischen
diesen Druckhebeln und den angrenzenden Hebeln entstehen. Diese Anordnung erlaubt es, die
inneren Enden dieser Druckhebel am nächsten an Positionen gerade oberhalb der
entsprechenden Führungslöcher anzuordnen und dabei noch den notwendigen Sicherheitsabstand
zwischen den in der Nähe der Enden der Reihen von Führungslöchern dicht zusammenliegenden
Druckhebeln einzuhalten, ohne die Genauigkeit, mit der die Teile hergestellt und
zusammengefügt
werden, wesentlich zu verbessern. Auch in diesem Fall sind die Verbiegungen der
Drucknadeln auf ein Minimum reduziert, was zu den oben bereits erwähnten Vorteilen führt.
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Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines Nadeldruckers, der eine Ausführungforms gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt. Erwünschte Muster und Schriftzeichen werden durch einen
Anschlagpunktdruckkopf 20, der auf einem in Richtung der Druckspalten geführten Wagen 26
befestigt ist, auf zwischen einer Schreibwalze 27 und einem Farbband 25 liegendes
Druckpapier P gedruckt.