EP0142150B1 - Method and transducer for increasing the resolution in an ink mosaic recording device - Google Patents

Method and transducer for increasing the resolution in an ink mosaic recording device Download PDF

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EP0142150B1
EP0142150B1 EP84113646A EP84113646A EP0142150B1 EP 0142150 B1 EP0142150 B1 EP 0142150B1 EP 84113646 A EP84113646 A EP 84113646A EP 84113646 A EP84113646 A EP 84113646A EP 0142150 B1 EP0142150 B1 EP 0142150B1
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EP
European Patent Office
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strips
transducers
ink
recording device
piezo
Prior art date
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Expired
Application number
EP84113646A
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German (de)
French (fr)
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EP0142150A1 (en
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Kenth Dipl.-Ing. Nilsson
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Siemens AG
Siemens Elema AB
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Elema AB
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Elema AB filed Critical Siemens AG
Publication of EP0142150A1 publication Critical patent/EP0142150A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0142150B1 publication Critical patent/EP0142150B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
    • B41J2/04581—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits controlling heads based on piezoelectric elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
    • B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
    • B41J2/04588—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits using a specific waveform

Definitions

  • the invention relates to an ink mosaic writing device with a writing head having a number of piezoelectric transducers arranged in rows, in which writing fluid is ejected dropwise in the direction of a recording medium by piezoelectric deformation of the transducers. Furthermore, the invention relates to a method for increasing the resolution in such an ink mosaic writing device.
  • the present invention has for its object to design an ink mosaic writing device of the type mentioned in such a way that the resolution can be increased in a simple manner and without additional piezoelectric transducers.
  • the individual transducers consist of two strips of piezoelectric material which are arranged at a distance from one another, contacted on both sides and covered on both sides by plates such that an elongated, substantially rectangular between the strips and the plates Channel is created from which writing fluid is expelled.
  • the ink channels formed directly represent the writing nozzles.
  • a separate perforated matrix can therefore be dispensed with. If, for example, an electrical voltage is applied to the strips, they become narrower and higher, so that the enclosed channel cross-sectional area is enlarged. This draws additional writing fluid into this channel.
  • Another object of the invention is to provide a method for increasing resolution in an ink mosaic writing device.
  • the two strips of a piezoelectric transducer are temporarily deformed to different extents. This can be done, for example, by applying different voltages. Sufficient cross-sectional enlargement can still be achieved in order to additionally draw writing fluid into the ink channel. At the same time, however, the difference in length of the two piezoelectric strips causes the transducer to bend somewhat, so that the end of the transducer facing the recording medium dodges sideways. If the deformation of the two strips of the transducer is now reversed so that initially the different linear expansion and thus the bending of the transducer is maintained, a liquid drop is expelled, which is laterally offset for the transducer position in the unbent state. If the recording medium is guided close to the ink channels as usual, the offset of the point of impact of the ink drop approximately corresponds to the offset of the channel opening.
  • This bending of the ink channel and the ejection of an ink drop in this position can be achieved, for example, by superimposing a DC voltage that is different for the two strips on a voltage pulse applied to both piezoelectric strips, which practically causes and maintains the bending.
  • the number of drops per mm can be tripled. Since the ink channels are practically at rest at the moment a liquid drop is ejected, no speed component is superimposed on the drop transverse to the direction of flight.
  • the intermittent bending of the piezoelectric transducers can be achieved in a particularly simple manner by superimposing two voltage pulses, which are different for the two strips, on the voltage pulse applied to both piezoelectric strips in order to eject a drop of liquid.
  • the voltage pulses additionally applied to the two strips can have different amplitudes or different polarities.
  • the duration of the pulses only has to be selected so that the desired bending of the piezoelectric transducer is reached before the time of ejection and is maintained until after the drop of liquid is ejected, if the process is to be carried out without additional cross-speed components.
  • An ink mosaic writing device for carrying out the method which is simple in construction and stable for operation is obtained if the transducers are connected via a web in the end facing away from the recording medium.
  • the clamping of the entire transducer arrangement is simplified considerably. Furthermore, there is otherwise no need for complex adjustment work to align the individual transducers with one another.
  • the electrical control can be simplified in that the plate is made of metal on one side of the strips and serves as a common electrode for both or even all of the strips. In this case, the additional contacting that would otherwise be required on this side of the strip can be dispensed with.
  • An advantageous improvement in ink ejection results from the fact that the outlet opening of the ink channels is reduced, for example by the channel tapering in this end region.
  • a simple embodiment provides that the strips of a transducer form an acute angle.
  • the ink mosaic writing device can be produced particularly simply in that the strips of piezoelectric material are arranged in a row at a distance from one another, electrically contacted on both sides and covered on both sides with a plate covering all strips and that the plates are parallel to these and after every two strips be cut at least over part of the length thereof. This results in a comb-like arrangement with a web holding all transducers together, the teeth of the comb consisting of the individual transducers with the ink channels.
  • the recording medium 3 for example normal registration paper, is pulled past the front face 6 of a housing 7 in the direction of arrow 4 via transport rollers 1 and 2.
  • the connecting line 8 is guided, at its free end with a plug 9 for connection to a corresponding control device, which the control signals for recording the desired courses, characters or images and for the synchronization between the time deflection of the respective converter and the ejection of the individual liquid drops.
  • the housing 7 contains the actual write head, a possible embodiment of which is shown in FIG. 2.
  • the write head 10 consists of a series of piezoelectric transducers 11 to 14 and a reservoir 15 for writing fluid 16.
  • the transducer 11 indicates the ink channel 17 with dashed lines, which is subsequently explained in more detail in connection with FIG. 3.
  • the electrical contacts of the piezoelectric strips have not been shown.
  • the piezoelectric transducers 11 to 14 are connected to one another at the rear end via a common web 18. At this point it should be noted that in principle it is also possible to design each converter individually and to fasten it separately in the write head.
  • the embodiment shown has the advantage of a considerably simplified production, since a closed channel matrix can first be produced in which a row of contacted piezoelectric strips on a first plate are arranged parallel to one another and covered with a second plate. After every two strips that enclose an ink channel, an almost continuous slot is sawn into the plate in the longitudinal direction. In this way, a comb-like transducer arrangement, as used in the exemplary embodiment according to FIG. 2, is generated.
  • FIG. 3 shows a cross section through the transducer arrangement according to FIG. 2.
  • the two outermost transducers 11 and 14 are only indicated by dashed lines.
  • the converter 13 is only hinted at in its rest position.
  • the transducer 12 shown in more detail in cross section like the other transducers, consists of two piezoelectric strips 20 and 21, which are provided on both sides with a contact 22 to 25 and which are enclosed between two plates 26 and 27. In this case, the two plates are made of a non-conductive material.
  • FIG. 4a and 4b show an example of the time profile of the voltage applied to the two strips of a converter. It is assumed that the tension on strip 30 is shown in FIG. 4a and that on strip 31 in FIG. 4b.
  • an equal voltage is applied to both strips 30 and 31, which is kept constant until time t 2 and then suddenly returns to the initial value.
  • the normal effect of such a transducer element would result; the cross-sectional area increases as a result of the applied voltage, and ink is sucked into the ink channel.
  • time t 2 the cross-sectional area and thus the volume of the ink channel suddenly decreases, so that a liquid drop is expelled in the direction of the ink channel. In this case, there is no bending of the transducer element.
  • 5a-5e will be used as an example to explain how the higher resolution is achieved.
  • 5a for the sake of simplicity, only three outlet openings of transducers are shown side by side, from which liquid drops are to be expelled at the same time.
  • Fig. 5b it is assumed that the transducers are not deflected so that the locations of the recording points match the locations of the stationary transducers.
  • 5c it is assumed that all transducers are deflected to one side before the ejection of a liquid drop, so that the recording points are also shifted to this side.
  • Fig. 5d the deflection is made to the other side.
  • 5e finally shows the totality of the recording points possible as a result. With the help of the three ink channels, nine recording points can be achieved in this way.
  • FIGS. 1 to 5 are not drawn to scale for the sake of clarity. On the basis of these figures, the essentials of the method according to the invention and an advantageous embodiment of the write head are to be shown. Without departing from the scope of this invention, it is also possible to further increase the number of recording points by deflecting the individual transducers to different extents.
  • a particular advantage of the method according to the invention and the ink mosaic writing device specified here for carrying out this method is that the additional deflection of the transducers and the higher resolution achieved thereby only have to be used when necessary and only in these cases a lower paper speed has to be accepted. For designs with lower resolution requirements, you can always work with a higher paper speed. For both cases, d. H. low or high resolution, but only one write head and thus one control electronics is required. The additional effort for increasing the resolution is therefore limited to a minimum.

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Tintenmosaikschreibeinrichtung mit einem eine Anzahl reihenweise angeordneter, piezoelektrischer Wandler aufweisenden Schreibkopf, bei dem durch piezoelektrische Verformung der Wandler tropfenweise Schreibflüssigkeit in Richtung auf einen Aufzeichnungsträger ausgestoßen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Auflösung bei einer derartigen Tintenmosaikschreibeinrichtung.The invention relates to an ink mosaic writing device with a writing head having a number of piezoelectric transducers arranged in rows, in which writing fluid is ejected dropwise in the direction of a recording medium by piezoelectric deformation of the transducers. Furthermore, the invention relates to a method for increasing the resolution in such an ink mosaic writing device.

Bei bekannten Tintenmosaikschreibeinrichtungen ist bisher einer Auflösung von etwa 4 Tintentropfen pro mm erreicht worden (DE-C 25 27 647). Für eine Verbesserung des Schriftbildes wären etwa 10 derartige Tintentropfen pro mm wünschenswert. Aus der EP-O 116971 AI ist dazu bereits bekannt, mehrere Reihen piezoelektrischer Wandler in Papiertransportrichtung versetzt zueinander anzuordnen. Das erfordert jedoch die Verdoppelung der Elektronik und kann unter Umständen auch zu einer Verzerrung im Schriftbild führen.In known ink mosaic writing devices, a resolution of about 4 ink drops per mm has been achieved (DE-C 25 27 647). About 10 such ink drops per mm would be desirable to improve the typeface. From EP-O 116971 AI it is already known to arrange several rows of piezoelectric transducers offset from one another in the paper transport direction. However, this requires the electronics to be doubled and, under certain circumstances, can also lead to distortion in the typeface.

Eine Verringerung des Abstandes zwischen piezoelektrischen Wandlern einer Reihe erhöht - abgesehen von den herstellungstechnischen Schwierigkeiten - die Gefahr der hydraulischen Kopplung zwischen den Wandlern erheblich.A reduction in the distance between piezoelectric transducers in a row considerably increases the risk of hydraulic coupling between the transducers, apart from the manufacturing difficulties.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tintenmosaikschreibeinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf einfache Weise und ohne zusätzliche piezoelektrische Wandler die Auflösung erhöht werden kann.The present invention has for its object to design an ink mosaic writing device of the type mentioned in such a way that the resolution can be increased in a simple manner and without additional piezoelectric transducers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Wandler aus zwei Streifen aus piezoelektrischem Material bestehen, die mit Abstand zueinander angeordnet, beidseitig kontaktiert und an beiden Seiten derart von Platten abgedeckt sind, daß zwischen den Streifen und den Platten ein langgestreckter, im wesentlichen rechteckiger Kanal entsteht, aus dem Schreibflüssigkeit ausgestoßen wird. Bei den hier vorgesehenen Wandlern stellen die gebildeten Tintenkanäle direkt die Schreibdüsen dar. Auf eine separate Lochmatrize kann also verzichtet werden. Wird beispielsweise an die Streifen eine elektrische Spannung angelegt, so werden diese schmaler und höher, so daß die eingeschlossene Kanalquerschnittsfläche vergrößert wird. Dadurch wird zusätzliche Schreibflüssigkeit in diesen Kanal hineingesaugt. Wird die Spannung an dieser Kontaktierung entfernt oder kurzzeitig sogar ein Impuls umgekehrter Polarität angelegt, so gehen die Streifen in ihre Ausgangsform zurück, wodurch das Kanalvolumen schlagartig verkleinert wird. Das führt zu einem Ausstoßen von Schreibflüssigkeit. Beim Anlegen der Spannung werden die piezoelektrischen Streifen gleichzeitig kürzer.This object is achieved in that the individual transducers consist of two strips of piezoelectric material which are arranged at a distance from one another, contacted on both sides and covered on both sides by plates such that an elongated, substantially rectangular between the strips and the plates Channel is created from which writing fluid is expelled. In the transducers provided here, the ink channels formed directly represent the writing nozzles. A separate perforated matrix can therefore be dispensed with. If, for example, an electrical voltage is applied to the strips, they become narrower and higher, so that the enclosed channel cross-sectional area is enlarged. This draws additional writing fluid into this channel. If the voltage at this contact is removed or even a pulse of reverse polarity is applied for a short time, the strips return to their original shape, which suddenly reduces the channel volume. This leads to ejection of writing fluid. When the voltage is applied, the piezoelectric strips become shorter at the same time.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erhöhen der Auflösung bei einer Tintenmosaikschreibeinrichtung anzugeben.Another object of the invention is to provide a method for increasing resolution in an ink mosaic writing device.

Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemässen Tintenmosaikschreibeinrichtung dadurch gelöst, daß die beiden Streifen eines piezoelektrischen Wandlers zeitweise unterschiedlich stark verformt werden. Das kann beispielsweise durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen erfolgen. Dabei kann immer noch eine ausreichende Querschnittsvergrößerung erreicht werden, um zusätzlich Schreibflüssigkeit in den Tintenkanal hineinzusaugen. Gleichzeitig wird jedoch durch die unterschiedliche Längenausdehnung der beiden piezoelektrischen Streifen der Wandler etwas verbogen, so daß das dem Aufzeichnungsträger zugewandte Ende des Wandlers seitlich ausweicht. Wird nun die Verformung der beiden Streifen des Wandlers so rückgängig gemacht, daß zunächst die unterschiedliche Längenausdehnung und damit die Verbiegung des Wandlers beibehalten wird, so wird ein Flüssigkeitstropfen ausgestoßen, der seitlich versetzt ist zur Wandlerstellung im ungebogenen Zustand. Wird der Aufzeichnungsträger wie üblich dicht an den Tintenkanälen vorbeigeführt, so entspricht die Versetzung des Auftreffpunktes des Tintentropfens annähernd der Versetzung der Kanalmündung.This object is achieved in the ink mosaic writing device according to the invention in that the two strips of a piezoelectric transducer are temporarily deformed to different extents. This can be done, for example, by applying different voltages. Sufficient cross-sectional enlargement can still be achieved in order to additionally draw writing fluid into the ink channel. At the same time, however, the difference in length of the two piezoelectric strips causes the transducer to bend somewhat, so that the end of the transducer facing the recording medium dodges sideways. If the deformation of the two strips of the transducer is now reversed so that initially the different linear expansion and thus the bending of the transducer is maintained, a liquid drop is expelled, which is laterally offset for the transducer position in the unbent state. If the recording medium is guided close to the ink channels as usual, the offset of the point of impact of the ink drop approximately corresponds to the offset of the channel opening.

Diese Verbiegung des Tintenkanales und das Ausstoßen eines Tintentropfens in dieser Lage kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß einem an beiden piezoelektrischen Streifen gleichzeitig angelegten Spannungsimpuls eine für die beiden Streifen unterschiedliche Gleichspannung überlagert wird, die praktisch die Verbiegung verursacht und aufrechterhält.This bending of the ink channel and the ejection of an ink drop in this position can be achieved, for example, by superimposing a DC voltage that is different for the two strips on a voltage pulse applied to both piezoelectric strips, which practically causes and maintains the bending.

Bei der Auslenkung muß hierbei lediglich die Masse eines einzelnen Wandlers beschleunigt werden. Das macht es möglich, die Auslenkung mit einer Amplitude vorzunehmen, die etwa einem Viertel des Abstandes zwischen den bei ruhenden Wandlern erzeugten Flüssigkeitstropfen entspricht. Nimmt man als Beispiel wieder einen Schreibkopf, bei dem die Tintenkanäle einen Abstand von etwa 250 Ilm haben, so ergäbe das eine Auslenkamplitude von etwa 60 Ilm. Die Synchronisation müsste in diesem Fall so erfolgen, daß ein Flüssigkeitstropfen jeweils bei der maximalen Auslenkung in der einen oder anderen Richtung ausgestoßen wird. Auf diese Art und Weise könnte die Anzahl der Tropfen pro mm bereits verdoppelt werden. Erhöht man die Auslenkamplitude auf 80 Ilm und benutzt man auch die nicht gekrümmte Ruhelage des Tintenkanales zum Ausstoßen eines Tropfens, so kann die Anzahl der Tropfen pro mm bereits verdreifacht werden. Da sich die Tintenkanäle im Moment des Ausstoßens eines Flüssigkeitstropfens praktisch in Ruhe befinden, wird den Tropfen keine Geschwindigkeitskomponente quer zur Flugrichtung überlagert.During the deflection, only the mass of a single transducer has to be accelerated. This makes it possible to carry out the deflection with an amplitude which corresponds to approximately a quarter of the distance between the liquid drops generated when the transducers are at rest. Taking a print head with the ink channels at a distance of about 250 Ilm as an example, this would result in a deflection amplitude of about 60 Ilm. In this case, the synchronization would have to take place in such a way that a drop of liquid is expelled in one direction or the other at the maximum deflection. In this way, the number of drops per mm could already be doubled. If you increase the deflection amplitude to 80 Ilm and if you also use the non-curved rest position of the ink channel to eject a drop, the number of drops per mm can be tripled. Since the ink channels are practically at rest at the moment a liquid drop is ejected, no speed component is superimposed on the drop transverse to the direction of flight.

Es ist auf der anderen Seite jedoch ebenfalls möglich, die Auslenkung des Wandlers synchron mit dem Ausstoßen eines Tintentropfens vorzunehmen, so daß dem Flüssigkeitstropfen eine Geschwindigkeitsquerkomponente überlagert wird. Dadurch wird der Auftreffpunkt des Tropfens auf dem Aufzeichnungsträger weiter verschoben, als es der Auslenkung des Wandlers entspricht. In diesem Fall kann mit wesentlich kleinerer Auslenkamplitude gearbeitet werden.On the other hand, however, it is also possible to carry out the deflection of the transducer synchronously with the ejection of an ink drop, so that a velocity transverse component is superimposed on the liquid drop. As a result, the point of impact of the drop on the recording medium is shifted further than it corresponds to the deflection of the transducer. In this case it is possible to work with a significantly smaller deflection amplitude.

Auch eine Kombination der beiden vorabbeschriebenen Auslenkverfahren ist denkbar. Im Prinzip lassen sich dadurch die Auftreffpunkte der Flüssigkeitstropfen auf dem Aufzeichnungsträger beliebig dicht legen.A combination of the two deflection methods described above is also conceivable. In principle, the points of impact of the liquid drops on the recording medium can be as tight as desired.

Besonders einfach läßt sich die zeitweise Verbiegung der piezoelektrischen Wandler dadurch erzielen, daß dem an beide piezoelektrischen Streifen angelegten Spannungsimpuls zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens zwei für die beiden Streifen unterschiedliche Spannungsimpulse überlagert werden. Die an die beiden Streifen zusätzlich angelegten Spannungsimpulse können dabei unterschiedliche Amplitude oder auch unterschiedliche Polarität haben. Die Dauer der Impulse muß lediglich so gewählt werden, daß die gewünschte Verbiegung des piezoelektrischen Wandlers vor dem Ausstoßzeitpunkt erreicht ist und bis nach dem Ausstoßen des Flüssigkeitstropfens beibehalten wird, wenn ohne zusätzliche Geschwindigkeitsquerkomponenten verfahren werden soll.The intermittent bending of the piezoelectric transducers can be achieved in a particularly simple manner by superimposing two voltage pulses, which are different for the two strips, on the voltage pulse applied to both piezoelectric strips in order to eject a drop of liquid. The voltage pulses additionally applied to the two strips can have different amplitudes or different polarities. The duration of the pulses only has to be selected so that the desired bending of the piezoelectric transducer is reached before the time of ejection and is maintained until after the drop of liquid is ejected, if the process is to be carried out without additional cross-speed components.

Eine im Aufbau einfache und für das Betreiben stabile Tintenmosaikschreibeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich, wenn die Wandler in dem dem Aufzeichnungsträger abgewandten Ende über einen Steg zusammenhängen. Die Einspannung der gesamten Wandleranordnung vereinfacht sich damit erheblich. Weiterhin entfallen ansonsten aufwendige Justierarbeiten zum Ausrichten der einzelnen Wandler untereinander. Unter Umständen kann die elektrische Ansteuerung noch dadurch vereinfacht werden, daß die Platte auf einer Seite der Streifen aus Metall besteht und als gemeinsame Elektrode für beide oder sogar alle Streifen dient. In diesem Fall kann auf die ansonsten erforderliche zusätzliche Kontaktierung auf dieser Seite der Streifen verzichet werden.An ink mosaic writing device for carrying out the method which is simple in construction and stable for operation is obtained if the transducers are connected via a web in the end facing away from the recording medium. The clamping of the entire transducer arrangement is simplified considerably. Furthermore, there is otherwise no need for complex adjustment work to align the individual transducers with one another. Under certain circumstances, the electrical control can be simplified in that the plate is made of metal on one side of the strips and serves as a common electrode for both or even all of the strips. In this case, the additional contacting that would otherwise be required on this side of the strip can be dispensed with.

Eine vorteilhafte Verbesserung des Tintenausstoßes ergibt sich dadurch, daß die Austrittsöffnung der Tintenkanäle verkleinert wird, indem sich der Kanal beispielsweise in diesem Endbereich verjüngt. Eine einfache Ausführung sieht dazu vor, daß die Streifen eines Wandlers einen spitzen Winkel bilden.An advantageous improvement in ink ejection results from the fact that the outlet opening of the ink channels is reduced, for example by the channel tapering in this end region. A simple embodiment provides that the strips of a transducer form an acute angle.

Die Tintenmosaikschreibeinrichtung läßt sich besonders einfach dadurch herstellen, daß die Streifen aus piezoelektrischem Material in einer Reihe mit Abstand zueinander angeordnet, beidseitig elektrisch kontaktiert und auf beiden Seiten mit einer alle Streifen überdeckenden Platte abgedeckt sind und daß die Platten nach jeweils zwei Streifen parallel zu diesen und zumindest über einen Teil der Länge derselben durchtrennt werden. Auf diese Art und Weise ergibt sich eine kammartige Anordnung mit einem alle Wandler zusammenhaltenden Steg, wobei die Zähne des Kammes aus den einzelnen Wandlern mit den Tintenkanälen bestehen.The ink mosaic writing device can be produced particularly simply in that the strips of piezoelectric material are arranged in a row at a distance from one another, electrically contacted on both sides and covered on both sides with a plate covering all strips and that the plates are parallel to these and after every two strips be cut at least over part of the length thereof. This results in a comb-like arrangement with a web holding all transducers together, the teeth of the comb consisting of the individual transducers with the ink channels.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den nachfolgend anhand von fünf Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen, mit denen die Erfindung näher erläutert und beschrieben wird. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt bzw. zeigen

  • Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Tintenmosaikschreibeinrichtung,
  • Fig. 2 ein Beispiel eines Schreibkopfes mit vier piezoelektrischen Wandlern,
  • Fig. 3 einen Querschnitt durch den Schreibkopf gemäß Fig. 2,
  • Fig. 4a und b zeitliche Spannungsverläufe für die beiden piezoelektrischen Streifen eines Wandlers.
  • Fig. 5a bis e die Aufzeichnungspunkte relativ zu den Tintenkanälen zu verschiedenen Zeiten.
Further advantages result from the exemplary embodiments illustrated below with reference to five figures, with which the invention is explained and described in more detail. The same parts are provided with the same reference numerals. It shows or show
  • 1 is a schematic view of an ink mosaic writing device,
  • 2 shows an example of a write head with four piezoelectric transducers,
  • 3 shows a cross section through the write head according to FIG. 2,
  • Fig. 4a and b voltage curves over time for the two piezoelectric strips of a transducer.
  • 5a-e show the recording dots relative to the ink channels at different times.

Aus Fig. 1 ist der äußere Prinzipaufbau einer Tintenmosaikschreibeinrichtung ersichtlich. Über Transportrollen 1 und 2 wird der Aufzeichnungsträger 3, beispielsweise normales Registrierpapier, in Richtung des Pfeiles 4 über den Abstandshalter 5 an der Stirnseite 6 eines Gehäuses 7 vorbeigezogen. In das Gehäuse 7 ist die Anschlußleitung 8 geführt, die an ihrem freien Ende mit einem Stecker 9 zum Anschluß an ein entsprechendes Steuergerät, das die Steuersignale für die Aufzeichnung der gewünschten Verläufe, Zeichen oder Bilder und für die Synchronisierung zwischen der zeitlichen Auslenkung der jeweiligen Wandler und dem Ausstoßen der einzelnen Flüssigkeitstropfen liefert. Das Gehäuse 7 enthält den eigentlichen Schreibkopf, von dem eine mögliche Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt ist.1 shows the external principle structure of an ink mosaic writing device. The recording medium 3, for example normal registration paper, is pulled past the front face 6 of a housing 7 in the direction of arrow 4 via transport rollers 1 and 2. In the housing 7, the connecting line 8 is guided, at its free end with a plug 9 for connection to a corresponding control device, which the control signals for recording the desired courses, characters or images and for the synchronization between the time deflection of the respective converter and the ejection of the individual liquid drops. The housing 7 contains the actual write head, a possible embodiment of which is shown in FIG. 2.

Der Schreibkopf 10 besteht aus einer Reihe von piezoelektrischen Wandlern 11 bis 14 und einem Reservoir 15 für Schreibflüssigkeit 16. In dem Wandler 11 ist gestrichelt der Tintenkanal 17 angedeutet, der im Zusammenhang mit Fig. 3 anschließend näher erläutert wird. Der Übersichtlichkeit halber ist auf die Darstellung der elektrischen Kontaktierungen der piezoelektrischen Streifen verzichtet worden. Wie der Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, sind die piezoelektrischen Wandler 11 bis 14 am rückwärtigen Ende über einen gemeinsamen Steg 18 miteinander verbunden. An dieser Stelle sei angemerkt, daß es im Prinzip auch möglich ist, jeden Wandler einzeln auszubilden und separat im Schreibkopf zu befestigen. Die dargestellte Ausführungsform hat den Vorteil einer erheblich vereinfachten Herstellung, da zunächst eine geschlossene Kanalmatrize hergestellt werden kann, in dem eine Reihe kontaktierter piezoelektrischer Streifen auf einer ersten Platte parallel zueinander angeordnet und mit einer zweiten Platte abgedeckt werden. Nach jeweils zwei Streifen, die einen Tintenkanal einschließen, wird in Längsrichtung ein nahezu durchgehender Schlitz in die Platte gesägt. Auf diese Weise wird eine kammartige Wandleranordnung, wie se bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verwendet ist, erzeugt.The write head 10 consists of a series of piezoelectric transducers 11 to 14 and a reservoir 15 for writing fluid 16. The transducer 11 indicates the ink channel 17 with dashed lines, which is subsequently explained in more detail in connection with FIG. 3. For the sake of clarity, the electrical contacts of the piezoelectric strips have not been shown. As can further be seen from FIG. 2, the piezoelectric transducers 11 to 14 are connected to one another at the rear end via a common web 18. At this point it should be noted that in principle it is also possible to design each converter individually and to fasten it separately in the write head. The embodiment shown has the advantage of a considerably simplified production, since a closed channel matrix can first be produced in which a row of contacted piezoelectric strips on a first plate are arranged parallel to one another and covered with a second plate. After every two strips that enclose an ink channel, an almost continuous slot is sawn into the plate in the longitudinal direction. In this way, a comb-like transducer arrangement, as used in the exemplary embodiment according to FIG. 2, is generated.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Wandleranordnung gemäß Fig. 2. Dabei sind die beiden äußersten Wandler 11 bzw. 14 nur gestrichelt angedeutet. Ebenso ist der Wandler 13 in seiner Ruhelage lediglich angedeutet. Der im Querschnitt näher dargestellte Wandler 12 besteht, wie die anderen Wandler auch, aus zwei piezoelektrischen Streifen 20 bzw. 21, die auf beiden Seiten mit einer Kontaktierung 22 bis 25 versehen sind und die zwischen zwei Platten 26 bzw. 27 eingeschlossen sind. Die beiden Platten bestehen in diesem Fall aus einem nichtleitenden Material.FIG. 3 shows a cross section through the transducer arrangement according to FIG. 2. The two outermost transducers 11 and 14 are only indicated by dashed lines. Likewise, the converter 13 is only hinted at in its rest position. The transducer 12 shown in more detail in cross section, like the other transducers, consists of two piezoelectric strips 20 and 21, which are provided on both sides with a contact 22 to 25 and which are enclosed between two plates 26 and 27. In this case, the two plates are made of a non-conductive material.

Wird nun, wie für den Wandler 13 angenommen, an die beiden Streifen 30 bzw. 31 eine Spannung angelegt, so weden diese Streifen höher und gleichzeitig schmaler und kürzer. Wird, wie in Fig. 3 angenommen, eine unterschiedlich große Spannung an die beiden Streifen 30 bzw. 31 angelegt, so ergeben sich unterschiedliche Längenänderungen der Streifen in den drei Dimensionen. Durch die unterschiedliche Längenänderung der Streifen verbiegt sich das Wandlerelement. Trotz der unterschiedlichen Höhen- und Breitenveränderungen wird die Querschnittsfläche des Tintenkanales vergrößert, so daß Schreibflüssigkeit hineingesaugt wird.If, as assumed for the converter 13, a voltage is now applied to the two strips 30 and 31, these strips become higher and at the same time narrower and shorter. If, as assumed in FIG. 3, a voltage of different magnitude is applied to the two strips 30 and 31, there are different changes in the length of the strips in the three dimensions. This changes due to the different length changes of the strips Converter element. Despite the different changes in height and width, the cross-sectional area of the ink channel is enlarged so that writing fluid is sucked in.

Wird die Querschnittsvergrößerung anschließend rückgängig gemacht, die Verbiegung aber beibehalten, so wird ein Flüssigkeitstropfen praktisch aus einer versetzten Kanalöffnung ausgestoßen.If the cross-sectional enlargement is subsequently reversed, but the deflection is retained, a drop of liquid is practically expelled from an offset channel opening.

In Fig. 4a und 4b ist beispielhaft der zeitliche Verlauf der an die beiden Streifen eines Wandlers angelegten Spannung dargestellt. Dabei ist angenommen, daß in Fig. 4a die Spannung am Streifen 30 und in Fig. 4b die am Streifen 31 dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t1 wird eine gleichgroße Spannung an beide Streifen 30 bzw. 31 angelegt, die bis zum Zeitpunkt t2 konstant gehalten wird und danach schlagartig wieder auf den Ausgangswert zurückkehrt. Mit Hilfe dieses Rechteckimpulses an beiden Streifen ergäbe sich die normale Wirkung eines derartigen Wandlerelementes; durch die angelegte Spannung vergrößert sich die Querschnittsfläche, und es wird Tinte in den Tintenkanal hineingesaugt. Zum Zeitpunkt t2 verkleinert sich die Querschnittsfläche und damit das Volumen des Tintenkanales schlagartig, so daß in Richtung des Tintenkanales ein Flüssigkeitstropfen ausgestoßen wird. Eine Verbiegung des Wandlerelementes findet in diesem Fall nicht statt.4a and 4b show an example of the time profile of the voltage applied to the two strips of a converter. It is assumed that the tension on strip 30 is shown in FIG. 4a and that on strip 31 in FIG. 4b. At time t 1 , an equal voltage is applied to both strips 30 and 31, which is kept constant until time t 2 and then suddenly returns to the initial value. With the help of this rectangular pulse on both strips, the normal effect of such a transducer element would result; the cross-sectional area increases as a result of the applied voltage, and ink is sucked into the ink channel. At time t 2 , the cross-sectional area and thus the volume of the ink channel suddenly decreases, so that a liquid drop is expelled in the direction of the ink channel. In this case, there is no bending of the transducer element.

Zum Zeitpunkt t3 sei angenommen, daß an die beiden Streifen eine kleine, betragsmäßig gleiche, jedoch entgegengesetzte Spannung von z. B. 20 V angelegt wird. Das führt zunächst zu einer Verbiegung des Wandlers 13, jedoch nicht zu einer Querschnittsvergrößerung des Tintenkanales. Zum Zeitpunkt t4 wird dieser Spannung ein Spannungsimpuls von z.B. 100 V, wie zwischen den Zeiten t1 und t2, überlagert, der bis zum Zeitpunkt ts dauert. Zum Zeitpunkt t6 schließlich geht die Spannung an beiden Streifen wieder auf den Ausgangswert zurück. Im Zeitintervall zwischen t4 und t5 wird die Querschnittsfläche des Tintenkanales des ausgelenkten Wandlers vergrößert. Zum Zeitpunkt t5 wird diese Querschnittsvergrößerung rückgängig gemacht, die Auslenkung aber beibehalten. Erst zum Zeitpunkt t6 wird auch die Auslenkung rückgängig gemacht.At time t 3 it is assumed that a small, equal but opposite voltage of z. B. 20 V is applied. This initially leads to a bending of the transducer 13, but not to an increase in the cross section of the ink channel. At time t 4 , a voltage pulse of, for example, 100 V, as between times t 1 and t 2 , is superimposed on this voltage, which lasts until time ts. Finally, at time t 6 , the voltage on both strips returns to the initial value. In the time interval between t 4 and t 5 , the cross-sectional area of the ink channel of the deflected transducer is increased. At time t 5 , this cross-sectional enlargement is reversed, but the deflection is retained. The deflection is not reversed until time t 6 .

Anhand der Fig. 5a-5e soll beispielhaft erläutert werden, wie die höhere Auflösung zustandekommt. In Fig. 5a sind dabei der Einfachheit halber lediglich drei Ausgangsöffnungen von Wandlern nebeneinander dargestellt, aus denen jeweils gleichzeitig Flüssigkeitstropfen ausgestoßen werden sollen. In Fig. 5b ist angenommen, daß die Wandler nicht ausgelenkt sind, so daß die Orte der Aufzeichnungspunkte mit den Orten der ruhenden Wandler übereinstimmen. In Fig.5c ist angenommen, daß sämtliche Wandler vor dem Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens nach einer Seite ausgelenkt sind, so daß auch die Aufzeichnungspunkte nach dieser Seite verschoben sind. In Fig. 5d ist die Auslenkung nach der anderen Seite vorgenommen. Fig. 5e schließlich zeigt die Gesamtheit der dadurch möglichen Aufzeichnungspunkte. Bereits mit Hilfe der drei Tintenkanäle lassen sich auf diese Art und Weise neun Aufzeichnungspunkte erzielen.5a-5e will be used as an example to explain how the higher resolution is achieved. 5a, for the sake of simplicity, only three outlet openings of transducers are shown side by side, from which liquid drops are to be expelled at the same time. In Fig. 5b it is assumed that the transducers are not deflected so that the locations of the recording points match the locations of the stationary transducers. 5c it is assumed that all transducers are deflected to one side before the ejection of a liquid drop, so that the recording points are also shifted to this side. In Fig. 5d the deflection is made to the other side. 5e finally shows the totality of the recording points possible as a result. With the help of the three ink channels, nine recording points can be achieved in this way.

Die anhand der Fig. 1 bis 5 erläuterten Ausführungsbeispiele sind der besseren Übersichtlichkeit halber nicht maßstabsgerecht dargestellt. Anhand dieser Figuren soll allein das Wesentliche des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schreibkopfes gezeigt werden. Ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen, ist es ebenso möglich, durch unterschiedlich starke Auslenkungen der einzelnen Wandler die Zahl der Aufzeichnungspunkte weiter zu erhöhen.The exemplary embodiments explained with reference to FIGS. 1 to 5 are not drawn to scale for the sake of clarity. On the basis of these figures, the essentials of the method according to the invention and an advantageous embodiment of the write head are to be shown. Without departing from the scope of this invention, it is also possible to further increase the number of recording points by deflecting the individual transducers to different extents.

Weiterhin ist es auch möglich, die Auslenkung der Wandler mit dem Ausstoßen der Flüssigkeitstropfen so zu synchronisieren, daß diesen eine Geschwindigkeitsquerkomponente überlagert wird. Dadurch ist eine weitere Variationsmöglichkeit gegeben, durch die die Lage der Auftreffpunkte der Tropfen weiter verändert werden kann. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens und der hier angegebenen Tintenmosaikschreibeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht darin, daß die zusätzliche Auslenkung der Wandler und die dadurch erzielte höhere Auflösung nur im Bedarfsfall angewendet werden muß und nur für diese Fälle eine niedrigere Papiergeschwindigkeit in Kauf genommen werden muß. Für Entwürfe mit geringerer Anforderung an Auflösung kann stets mit einer höheren Papiergeschwindigkeit gearbeitet werden. Für beide Fälle, d. h. niedrige oder hohe Auflösung, ist aber immer nur ein Schreibkopf und damit eine Ansteuerelektronik notwendig. Der zusätzliche Aufwand für die Erhöhung der Auflösung beschränkt sich daher auf ein Minimum.Furthermore, it is also possible to synchronize the deflection of the transducers with the ejection of the liquid drops in such a way that a cross-speed component is superimposed on them. This provides a further possibility of variation, by means of which the position of the points of impact of the drops can be changed further. A particular advantage of the method according to the invention and the ink mosaic writing device specified here for carrying out this method is that the additional deflection of the transducers and the higher resolution achieved thereby only have to be used when necessary and only in these cases a lower paper speed has to be accepted. For designs with lower resolution requirements, you can always work with a higher paper speed. For both cases, d. H. low or high resolution, but only one write head and thus one control electronics is required. The additional effort for increasing the resolution is therefore limited to a minimum.

Claims (6)

1. An ink mosaic recording device with a recording head which comprises a number of piezo-electric transducers (11-14) arranged in rows, wherein piezo-electric deformation of the transducers (11-14) recording fluid ist ejected droplet y droplet in the direction of a data carrier (3) characterised in that the individual transducers (11-14) consist of two strips (20, 21; 30, 31) which are composed of piezo-electric material and which are arranged at a distance from one another, are contacted on both sides, and are covered on both sides by plates (26, 27; 36, 37) in such manner that between the strips (20, 21; 30, 31) and the plates (26, 27; 36, 37) and elongated, fundamentally rectangular channel (17) is formed from which recording fluid (16) is ejected.
2. An ink mosaic recording device as claimed in Claim 1, characterised in that the transducers (11-14) are connected via a bridge (18) at the end facing away from the data carrier (13).
3. An ink mosaic recording device s claimed in Claim 1 or 2, characterised in that the plate (27; 37) on one side of the strips (20, 21; 30, 31) consists of metal and serves as a common electrode for the two strips.
4. A method of increasing the resolution in an ink mosaic recording device as claimed in one of the Claims 1 to 3, characterised in that the two strips (20,21; 30, 31) are periodically deformed to differing extents.
5. A method as claimed in Claim 4, characterised in that the different deformation is effected by superimposing upon the voltage pulse, which is connected to the two piezo-electric strips (20,21; 30, 31 ) for the ejection of a fluid droplet, two voltage pulses which differ for the two strips.
6. A method for the production of the transducers as claimed in one of the Claims 1 to 5, characterised in that the strips (20, 21; 30, 31) which consist of piezo-electric material are arranged in a row in a distance from one another, are electrically contacted on both sides and are covered on both sides by a plate which covers all these strips, and after every two strips the plates are divided in parallel to the strips and at least along part of the length thereof.
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