Mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät

Abstract

 Bei einem mit Flüssigkeitströpfchen arbeitenden Schreibgerät zur punktweisen Aufzeichnung von Zeichen oder Bildern sind zum Schreiben der einzelnen Punkte reihenweise angeordnete Düsen vorhanden, denen eine gleiche Anzahl piezoelektrischer Wandler zugeordnet ist. Die einzelnen Wandler werden durch die Zähne einer kammartigen Piezoplatte, die bilaminar aus Piezokeramik und einem Trägermaterial gebildet ist, geformt. Um die hydraulische Kopplung zwischen den Zähnen so zu verringern, daß ein Übersprechen von einem aktivierten Zahn auf die benachbarten Zähne beseitigt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß im freien Endbereich der Wandler (12) der Piezokeramikteil (16) vom Trägermaterial (17) entfernt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät zur punktweisen Aufzeichnung ana- ,loger Verläufe oder alphanumerischer Zeichen sowie von Bildern, wobei zum Schreiben der einzelnen Punkte reihenweise angeordnete Düsen vorhanden sind, vor deren Eintrittsöffnungen derart kontaktierte piezoelektrische Wandler angeordnet sind, daß bei elektrischen Spannungsänderungen an der Kontaktierung Schreibflüssigkeit aus der Düse herausgestoßen und auf einen vor der Austrittsöffnung der Düsen angeordneten Aufzeichnungsträger aufgebracht wird, daß zur Erzeugung der piezoelektrischen Bewegungen stabförmige piezoelektrische Wandler vorgesehen sind, wobei der freie Endbereich der Wandler einzeln je einer Eintrittsöffnung der Düsen zugeordnet ist und die Wandler aus bilaminarem Material aus Piezokeramik und einem Trägermaterial gefertigt sind.

[0002] Ein solches Schreibgerät ist durch die DE-OS 25 27 647 bekannt. Bei diesem Schreibgerät kann beim Aktivieren eines Wandlers bzw. Zahnes ein Übersprechen zwischen diesem und dem benachbarten Zahn aufgrund hydraulischer Kopplung mittels der Schreibflüssigkeit vorkommen. Dies kann dazu führen, daß der benachbarte Zahn in Bewegung gesetzt wird und Schreibflüssigkeit aus der ihm zugeordneten Düse heraustreibt.

[0003] Um eine gute Schreibqualität zu erzielen, muß sich jeder Zahn vor seiner Betätigung in Ruhestellung befinden. Wenn zwei nebeneinanderliegende Zähne unmittelbar nacheinander betätigt werden sollen, so sollte der zuerst betätigte Zahn den benachbarten Zahn nicht in Schwingung versetzen. Erfolgt dies doch, muß der Zeitabstand zwischen den Betätigungsimpulsen so lang gemacht werden, daß die Schwingung des benachbarten Zahnes abgeklungen ist. Das Ergebnis ist eine kräftige Senkung der maximalen Schreibgeschwindigkeit. Die Schwingung des benachbarten Zahnes kann zwar durch eine hohe Viskosität der Schreibflüssigkeit effektiv gedämpft werden, doch wird gleichzeitig die hydraulische Kopplung zwischen den Zähnen erhöht.

[0004] Die Schwingungsgeschwindigkeit eines Zahnes ist an der Spitze am größten. Daher ist auch die hydraulische Kopplungskraft zwischen den Zähnen im Spitzenbereich der Zähne am größten. Um die hydraulische Kopplung zu verringern, kann der Abstand zwischen den Zähnen erhöht werden. Dies setzt jedoch die Schreibqualität herab, da der Abstand zwischen den Düsen größer wird.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schreibgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die hydraulische Kopplung zwischen den Zähnen so verringert ist, daß ein Übersprechen von einem aktivierten Zahn auf. die benachbarten Zähne weitgehend vermieden ist.

[0006] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im freien Endbereich der Wandler der Piezokeramikteil vom Trägermaterial entfernt ist. Nach Newton's Gesetz gilt (für Newton'sche Flüssigkeiten) für die Kraft F zwischen zwei parallelen Ebenen mit den Flächen A, die im Abstand e zueinander mit einer Geschwindigkeit v verschoben werden,

Dabei ist mit q die Viskosität der Flüssigkeit bezeichnet. Die Kraft ist somit proportional zu dem Geschwindigkeitsunterschied v und der Fläche.A. Die Geschwindigkeit eines aktivierten Zahnes ist im freien Endbereich am größten. Die Kopplungskraft zwischen den Zähnen ist deshalb im Endbereich des Zahnes am größten. Dadurch, daß die Wandler bzw. die Zähne im Endbereich erfindungsgemäß verhältnismäßig dünn sind (Fläche A ist sehr klein), wird die hydraulische Kopplung und damit auch ein Übersprechen zwischen den Zähnen weitgehend vermieden. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Resonanzfrequenz steigt, was eine höhere Schreibgeschwindigkeit erlaubt. Es ist ferner von Vorteil, daß der Endbereich lediglich aus Trägermaterial, z. B. Metall, besteht, da der Zahn bei seiner Schwingung gegen die Düsenplatte stoßen kann. Der Endbereich bzw. die Metallzunge nimmt dann den Schlag auf; die zerbrechlichere Piezokeramik wird weniger beansprucht. Auf diese Weise steigt die Lebensdauer des Schreibgerätes.

[0007] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß-der Keramikteil wenigstens über einen solchen Bruchteil der Wandlerlänge entfernt ist, der zwischen 1/2 und 1/5, vorzugsweise bei 1/3 der Wandlerlänge liegt. Die Länge der Metallzunge wird so gewäh'lt, daß die Resonanzfrequenz des Endbereiches stets über der Resonanzfrequenz des ganzen Zahnes, die Zunge einbegriffen, liegt. In gewissen Fällen, z. B. wenn eine Flüssigkeit mit einer ni-edrigen Viskosität verwendet wird, kann die Resonanzfrequenz des Endbereiches (Zunge) niedriger gemacht werden als die des bilaminaren Teils. Die Zunge funktioniert dann wie eine Schaukel, die von dem bilaminaren Teil in Bewegung gesetzt werden kann.

[0008] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0009] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine kammartige Piezoplatte mit Wandler nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Schreibgerätes,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines als Biegeschwinger arbeitenden piezoelektrischen Wandlers, und

Fig. 4 und 5 verschiedene Ausführungsformen eines Wandlers nach der Erfindung.

[0010] \us Fig. 2 ist der äußere Prinzipaufbau eines bekannten Schreibgerätes ersichtlich. Über die Transportrollen 1 und 2 wird der Aufzeichnungsträger 3, z. B. normales Registrierpapier, in Richtung des Pfeiles 4 über einen Abstandshalter 5 an der Seite 6 des 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 nicht dargestelltes Steuergerät versehen ist, das die Steuersignale für die Aufzeichnung der gewünschten Verläufe, Zeichen oder Bilder liefert.

[0011] In Fig. 1 und 3 ist dargestellt, wie die Seite 6 des.Gehäuses parallel zum Aufzeichnungsträger 3 angebracht ist. Die Seite 6 ist die Seite eines Trägers 10, der eine Anzahl in einer Reihe nebeneinander angeordnete Düsen 11 aufweist. Außer der Schreibflüssigkeit sind im Gehäuse 7 stabförmige Wandler 12 aus piezoelektrischem Material vorhanden, die derart kontaktiert und angeordnet sind, daß sie bei entsprechender elektrischer Ansteuerung Schreibflüssigkeit in Form eines Tröpfchens aus der Düse 11 spritzen.

[0012] Die Zähne 12, die als Zähne eines Kammes ausgebildet sind (Fig. 1), arbeiten als Biegeschwinger. Dabei ist der aus den Zähnen 12 und dem Kammrücken 13 bestehende Piezokamm 14 parallel zur Ebene des Trägers 10 angeordnet. In der Fig. 3 ist dargestellt, daß die kammartige Piezoplatte bilaminar ist und aus einer Piezokeramik-Schicht 16 und einer Metallschicht 17 gebildet ist. Der freie Endbereich der einzelnen Zähne 12 befindet sich vor den einzelnen Düsen 11 der Düsenreihe. In diesem Bereich ist äe Piezokeramik-Schicht 16 von der Metallschicht 17 entfernt. Die Piezokeramik-Schicht 16 kann über einen solchen Bruchteil des Zahnes 12 entfernt sein, der zwischen 1/2 und 1/5, vorzugsweise bei 1/3 der Zahnlänge liegt.

[0013] Der Kammrücken 13 ist mit einem Befestigungsschraubsatz 15 an dem die Düsenreihe aufnehmenden Träger 10 angeschraubt. Bei Anlegen von elektrischer Spannung an die Kontaktierungen eines Zahnes 12 bewegt sich dieser in die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Position. Bei einer Unterbrechung der angelegten Spannung schnellt er in die nicht gebogene, mit durchgezogenen Linien gezeichnete Stellung zurück und drückt dabei ein Tröpfchen Schreibflüssigkeit durch die Düse 11.

[0014] Die Länge der Metallzunge eines Zahnes 12 muß so gewählt werden, daß deren Resonanzfrequenz gut über der Resonanzfrequenz des ganzen Zahnes einschließlich der Metallzunge liegt. In gewissen Fällen, insbesondere wenn Schreibflüssigkeit mit einer niedrigen Viskosität verwendet wird, kann die Resonanzfrequenz einer verhältnismäßig langen Metallzunge im Vergleich zur Resonanzfrequenz des bilaminaren Teils niedrig gemacht werden. Der Zahn 12 funktioniert dann wie eine Schaukel, die von dem bilaminaren Teil in Bewegung gesetzt wird (Fig.-4).

[0015] In der Fig. 4 ist dargestellt, daß die Metallschicht nach Entfernen der Keramikschicht im Endbereich des Zahnes 12 zugeschliffen sein kann. In der Fig. 5 ist gezeigt, daß der bilaminare Zahn 12 an seinem Ende dünner werdend zugeschliffen ist. Dadurch, daß der Endbereich der Zähne so dünn wie möglich gehalten wird, ist eine maximale Verringerung der hydraulischen Kopplung zwischen den Zähnen 12 gegeben. Ein Übersprechen von einem aktivierten Zahn auf die benachbarten Zähne wird somit weitgehend vermieden, so daß eine gute Schreibqualität und gleichzeitig eine hohe Schreibgeschwindigkeit erzielt werden kann.

[0016] Als Trägermaterial für die Piezokeramik kann statt Metall auch Keramik oder Glas, z. B. Aluminiumoxid, vorgesehen sein.

Ansprüche

1. Mit Flüssigkeitströpfchen arbeitendes Schreibgerät zur punktweisen Aufzeichnung analoger Verläufe oder alphanumerischer Zeichen sowie von Bildern, wobei zum Schreiben der einzelnen Punkte reihenweise angeordnete Düsen vorhanden sind, vor deren Eintrittsöffnungen derart kontaktierte piezoelektrische Wandler angeordnet sind, daß bei elektrischen Spannungsänderungen an der Kontaktierung Schreibflüssigkeit aus der Düse herausgestoßen und auf einen vor der Austrittsöffnung der Düsen angeordneten Aufzeichnungsträger aufgebracht wird, daß zur Erzeugung der piezoelektrischen Bewegungen stabförmige piezoelek-. trische Wandler vorgesehen sind, wobei der freie Endbereich der Wandler einzeln je einer Eintrittsöffnung der Düsen zugeordnet ist und die Wandler aus bilaminarem Material aus Piezokeramik und einem Trägermaterial gefertigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im freien Endbereich der Wandler (12) der Piezokeramikteil (16) vom Trägermaterial (17) entfernt ist.

2. Schreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikteil (16) wenigstens über einen solchen Bruchteil der Wandlerlänge entfernt ist, der zwischen 1/2 und 1/5, vorzugsweise bei 1/3 der Wandlerlänge liegt.

3. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bilaminare Wandler (12) an seinem Ende dünner werdend zugeschliffen ist.

4. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem teilweisen Entfernen des Keramikteils (16) das Trägermaterial (17) zugeschliffen ist.

Zeichnung