Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen

Abstract

 Bei einem piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf (10) für Tintenmosaikschreibeinrichtungen sind die Tintenkanäle (11) über jeweils eine trichterförmige Erweiterung (19) mit einer Filterschicht (18) verbunden, an die sich unmittelbar ein allen Tintenkanälen (11) gemeinsamer Tintenraum (16) anschließt. Die Erweiterungen (19) erhöhen den Strömungsquerschnitt in der Filterschicht (18) und damit die Strömungsgeschwindigkeit der Tinte.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen piezoelektrisch betriebenen Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit mehreren Schreibdüsen in Form von Schreibflüssigkeit aufnehmenden Tintenkanälen, die jeweils von einem piezoelektrischen Antriebselement umschlossen sind und über eine Filteranordnung mit einem ihnen gemeinsamen Tintenraum in Verbindung stehen, wobei die Tintenkanäle eine wesentlich größere Länge als die Antriebselemente haben.

[0002] Ein Schreibkopf dieser Art ist z. B. aus der DE-PS 25 43 451 bekannt. Seine Tintenkanäle münden mit ihren Düsenöffnungen an der Schreibkopfspitze in einer rasterartigen Verteilung, durch die es möglich wird, bei geeigneter selektiver Ansteuerung der piezoelektrischen Antriebselemente mit elektrischen Spannungsimpulsen im Verlauf einer zeilenweisen Bewegung des Schreibkopfes auf einen Aufzeichnungsträger Schriftzeichen aufzuzeichnen. Dabei bewirken die röhrchenförmigen piezoelektrischen Antriebselemente infolge ihrer Ansteuerung mit den Spannungsimpulsen eine entsprechend impulsartige Kontraktion der Tintenkanäle, durch die Druckimpulse auf die in den Tintenkanälen vorhandene Tinte ausgeübt werden, welche wiederum zur Ablösung von Tintentröpfchen an den Düsenöffnungen der Tintenkanäle sowie zu deren Übertragung auf den Aufzeichnungsträger führen.

[0003] Ein Nachteil der bisher bekannten Schreibköpfe dieser Art besteht darin, daß der Abstand zwischen den Düsenöffnungen und dem Aufzeichnungsträger nicht beliebig vergrößert werden kann und im Sinne einer möglichst genauen mosaikartigen Erzeugung von Schriftzeichen höchstens 0,5 bis 1 mm betragen darf. Es gibt aber Anwendungsfälle, bei denen ein größerer Abstand des Aufzeichnungsträgers zu fordern ist. Ein solcher Anwendungsfall ist beispielsweise das Beschriften von Sparbüchern im Bankwesen im Rahmen eines automatischen Buchungsvorganges. Hierbei kann die zu beschriftende Seite je nach ihrer Lage im Sparbuch bzw. je nach Zahl bereits durchgeführter Buchungsvorgänge einen großen oder kleinen Abstand zum Schreibkopf bzw. zu seinen Düsenöffnungen haben. Innerhalb eines Abstandsbereiches, der dann bis zu 3 mm oder mehr betragen kann, soll aber eine stets gleichbleibende Schreibgenauigkeit gewährleistet sein.

[0004] Sollen die Tintentröpfchen bei gleichbleibender Genauigkeit nach ihrem Austritt aus den Düsenöffnungen über einen größeren Abstand zum Aufzeichnungsträger bewegt werden, so müssen die sie hervorrufenden Druckimpulse mit größerer Intensität erzeugt werden, damit ein geradliniger Tröpfchenfluß gewährleistet ist. Hierzu kann die Amplitude der an die piezoelektrischen Antriebselemente angelegten Steuerspannungsimpulse erhöht werden, jedoch sind einer solchen Erhöhung relativ niedrige Grenzen gesetzt, die wohl durch das mechanische Verhalten der Antriebselemente selbst bedingt sind und nicht zum gewünschten Erfolg führen, sondern meist erhöhte Schreibungenauigkeiten zur Folge haben. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, für einen Schreibkopf eingangs genannter Art eine Konstruktion anzugeben, die es möglich macht, Aufzeichnungen mit zufriedenstellender Genauigkeit über größere Abstände als bisher zu erzeugen, ohne daß Beeinträchtigungen der Schreibgenauigkeit durch überhöhte Steuerspannungsamplituden in Kauf genommen werden müssen.

[0005] Diese Aufgabe wird für einen Schreibkopf eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filteranordnung lediglich aus einer Schicht eines Kapillarfiltermaterials besteht und daß jeder Tintenkanal eine an diese Schicht unmittelbar angrenzende trichterförmige Erweiterung aufweist.

[0006] Diese Lösung der gestellten Aufgabe führt zu einwandfreien Aufzeichnungen auch über einen Abstand zum Aufzeichnungsträger in der Größenordnung von 3 mm oder mehr und wird mit einer gegenüber der vorbekannten erheblich einfacheren Schreibkopfkonstruktion erreicht.

[0007] Bei dem vorbekannten Schreibkopf sind zwischen den Tintenkanälen und dem ihnen gemeinsamen Tintenraum als Filteranordnung eine Drosselplatte und ein engmaschiges Gitter vorgesehen, welches verhindern soll, daß Luft durch die Tintenkanäle in den Tintenraum eintritt. Die Drosselplatte enthält für jeden Tintenkanal eine sehr enge Durchgangsöffnung, die Druckspitzen im Tintenversorgungssystem abbauen und eine gegenseitige Entkoppelung der Druckwirkungen der Tintenkanäle untereinander gewährleisten soll.

[0008] Bei einem Schreibkopf nach der Erfindung wird nun keine= besondere Drosselplatte verwendet, sondern zwischen den Tintenkanälen und dem Tintenraum ist lediglich eine Filteranordnung in Form einer Schicht eines Kapillarfiltermaterials vorgesehen. Zusätzlich hat aber jeder Tintenkanal eine an diese Schicht angrenzende trichterförmige Erweiterung. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Anordnung eine erheblich bessere Ausnutzung der Energie der mit den piezoelektrischen Antriebselementen erzeugten Druckimpulse möglich ist, die dazu führt, daß die an den Düsenöffnungen austretenden Tintentröpfchen unter Beibehaltung ihres vorgegebenen Weges einen erheblich größeren Abstand zum Aufzeichnungsträger durchfliegen können.

[0009] Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß die an die Filterschicht angrenzenden trichterförmigen, also kontinuierlichen Erweiterungen der Tintenkanäle auch eine entsprechende Erhöhung des Durchströmungsquerschnitts des Kapillarfiltermaterials zur Folge haben, wodurch sich für jeden dieser Querschnitte der Strömungswiderstand verringert. Da außerdem eine Drosselplatte mit engen Durchgangsöffnungen fehlt, ergibt sich eine beachtliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Dabei ist festzustellen, daß trotz fehlender Drosselplatte praktisch keine schädlichen Auswirkungen von Druckspitzen auftreten und eine ausreichende Entkopplung der Druckwirkungen der Tintenkanäle untereinander gegeben ist. Die Trichterform der Erweiterungen vermeidet Übergangskanten und damit schädliche Reflexionen.

[0010] Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden in der Praxis erreicht, wenn das Filtermaterial eine Maschenbreite von etwa 0,035 mm und eine Dicke von etwa 0,05 mm aufweist. Diese Dimensionierung scheint eine besonders gute Kapillarwirkung des Filtermaterials zur kontinuierlichen Versorgung der einzelnen Tintenkanäle mit Tinte, verbunden mit einer hinreichenden Filterwirkung, zu gewährleisten.

[0011] Als trichterförmige Erweiterungen der Tintenkanäle können in verschiedenster Weise geformte Aussparungen in dem die Tintenkanäle enthaltenden Körper vorgesehen sein. So ist es beispielsweise möglich, halbkugelige, hyperbolische oder elliptische Vertiefungen in der Fläche vorzusehen, an der die Tintenkanäle münden und der Filterschicht gegenüberstehen. Besonders vorteilhaft hat sich jedoch eine Ausführung erwiesen, bei der die Erweiterungen der Tintenkanäle kegelförmig mit einem Öffnungswinkel von etwa 60° ausgebildet sind.

[0012] Bei dieser Ausbildung ist wiederum eine vorteilhafte Dimensionierung der Erweiterungen gegeben, wenn diese an ihrem Übergang zum Filtermaterial einen Durchmesser von etwa 3 mm aufweisen. Diese Abmessung steht dann in einem besonders günstigen Verhältnis zu dem Durchmesser der Tintenkanäle, der üblicherweise in der Größenordnung von 0,5 bis 0,7 mm an der Mündungsstelle zur Filterschicht liegt.

[0013] Bei dem vorbekannten Schreibkopf ist in dem allen Tintenkanälen gemeinsamen Tintenraum zur zusätzlichen Dämpfung von Druckschwankungen eine Luftblase eingeschlossen. Eine solche Luftblase ist bei einem Schreibkopf nach der Erfindung nicht erforderlich, was bedeutet, daß der Tintenraum ausschließlich mit Tinte gefüllt ist.

[0014] In der Figur ist schematisch in einem Querschnitt als Ausführungsbeispiel ein Schreibkopf nach der Erfindung dargestellt. Dieser Schreibkopf besteht im wesentlichen aus einem Kunststoffkörper 10, der konisch ausgebildet ist und in den Tintenkanäle 11 eingearbeitet sind, welche zur linken Spitze des Körpers 10 hin konvergieren und dort mit Düsenöffnungen 12 münden. Mit Abstand zur Spitze des Körpers 10 ist ein Aufzeichnungsträger 13 angeordnet, auf den die aus den Düsenöffnungen 12 austretenden Tintentröpfchen infolge mosaikartiger Verteilung der Düsenöffnungen 12 bei Relativbewegung zwischen dem Körper 10 und dem Aufzeichnungsträger 13 Schriftzeichen aufzeichnen können.

[0015] Die Tintentröpfchen werden dadurch erzeugt, daß röhrenförmige piezoelektrische Antriebselemente 14, die die Tintenkanäle 11 umgeben, selektiv in schneller Folge mit Spannungsimpulsen angesteuert werden, wodurch sie sich nach Art einer Kontraktion verformen und im jeweiligen Tintenkanal 11 einen Druckimpuls erzeugen, der sich in der im Tintenkanal 11 vorhandenen Tinte so auswirkt, daß die Tinte an den Düsenöffnungen 12 tröpfchenförmig abgelöst und auf den Aufzeichnungsträger 13 geschossen wird.

[0016] Zur Versorgung der Tintenkanäle 11 mit Tinte ist ein Tintenversorgungssystem vorgesehen, dessen Vorratsbehälter in der Figur nicht dargestellt ist. Die Tinte wird von einem solchen Vorratsbehälter her bei 15 dem Schreibkopf zugeführt und tritt in einen allen Tintenkanälen gemeinsamen Tintenraum 16 ein, der zwischen dem Körper 10 und einer hinteren Abschlußplatte 17 ausgebildet ist, welche mit dem Körper 10 in abdichtender Verbindung steht und z.B. verschraubt (nicht dargestellt) ist. Der gemeinsame Tintenraum 16 ist so schmal, daß die bei 15 zugeführte Tinte durch Kapillarwirkung in ihm emporsteigt und ihn insgesamt ausfüllt. In der praktischen Ausführung eines Schreibkopfes kann die Breite des Tintenraums 16 beispielsweise 0,1 bis 0,3 mm betragen.

[0017] Der Tintenraum 16 wird auf seiner linken Seite durch eine Schicht 18 eines Filtermaterials begrenzt, welches beispielsweise aus einem faserigen Kunststoffmaterial mit einer Maschendichte von 0,035 mm bestehen kann. Die Dicke dieser Schicht 18 kann etwa 0,05 bis 0,3 mm betragen.

[0018] Aus der Figur ist zu ersehen, daß die einzelnen Tintenkanäle 11 mehr als doppelt so lang wie die Antriebselemente 14 sind und mit der Schicht 18 des Filtermaterials über jeweils eine trichterförmige Erweiterung 19 in Verbindung stehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel kegelförmig ausgebildet ist. Der Öffnungswinkel dieser Trichterform kann z.B. 60° betragen. Die Tintenkanäle 11 können z.B. eine Länge von 35 mm haben, während die Antriebselemente 14 dann etwa 12 mm lang sird.

[0019] Wenn das piezoelektrische Antriebselement 14 eines Tintenkanals 11 mit einem elektrischen Spannungsimpuls angesteuert wird, so wird in dem Tintenkanal 11 innerhalb der ihn ausfüllenden Tinte ein Druckimpuls erzeugt, der sich in Richtung zur Düsenöffnung 12, jedoch auch in entgegengesetzter Richtung, nämlich zur Schicht 18 des Filtermaterials hin, fortpflanzt. Der Druckimpuls bewirkt die Ablösung eines Tintentröpfchens an der Düsenöffnung 12 sowie dessen Bewegung zum Aufzeichnungsträger 13 hin. Durch die Erweiterung 19 und die dadurch bedingte Erhöhung des Strömungsquerschnitts der Filtermaterialschicht 18 ergibt sich eine gegenüber vergleichbaren bekannten Schreibköpfen größere Strömungsgeschwindigkeit der Tinte, wodurch erreicht wird, daß der Aufzeichnungsträger 13 zu den Düsenöffnungen 12 einen entsprechend größeren Abstand haben kann. In der Praxis hat sich gezeigt, daß dieser Abstand in der Größenordnung von 3 mm liegen kann.

[0020] Von Wichtigkeit scheint hierfür ferner die Tatsache zu sein, daß die piezoelektrischen Antriebselemente 14 die Tintenkanäle 11 an einer Stelle umgeben, die möglichst nahe den Erweiterungen 19 angeordnet ist, während die restliche freie Länge der Tintenkanäle 11 vor den Antriebselementen 14 liegt.

Ansprüche

1. Piezoelektrisch betriebener Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen mit mehreren Schreibdüsen in Form von Schreibflüssigkeit aufnehmenden Tintenkanälen, die jeweils von einem piezoelektrischen An triebselement umschlossen sind und über eine Filter anordnung mit einem ihnen gemeinsamen Tintenraum in Verbindung stehen, wobei die Tintenkanäle eine wesentlich größere Länge als die Antriebselemente heben, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung lediglich aus einer Schicht (18) eines Kapillarfiltermaterials besteht und daß jeder Tintenkanal (11) eine an diese Schicht (18) unmittelbar angrenzende trichterförmige Erweiterung (19) aufweist.

2. Schreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (18) eine Maschenweite von etwa 0,035 mm und eine Dicke von etwa 0,05 mm aufweist.

3. Schreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungen (19) der Tintenkanäle (11) kegelförmig mit einem Öffnungswinkel von etwa 60° ausgebildet sind.

4. Schreibkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungen (19) an ihrem Übergang zum Filtermaterial (18) einen Durchmesser von etwa 3 mm aufweisen.

5. Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenraum (16) ausschließlich mit Tinte gefüllt ist.

6. Schreibkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Antriebselemente (14) nahe den Erweiterungen (19) der Tintenkanäle (11) angeordnet sind.

Zeichnung