DE68927500T2 - Elektrische Verformungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Elektroverformungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Punktmatrixdruckkopf, der eine derartige Vorrichtung enthält.
• In jüngerer Zeit finden Hochgeschwindigkeitsnadeldruckköpfe breite Verwendung und demgemäß wurden, um die Punktanschlagnadeln oder -stäbe derartiger Hochgeschwindigkeitsdruckköpfe anzutreiben, Betätigungsvorrichtungen, die Elektro- oder Magnetverformungsvorrichtungen umfassen, entwickelt und anstelle von Antriebselementen des elektromagnetischen Typs verwendet.
• Die Verwendung derartiger Elektroverformungsvorrichtungen in einem Druckkopf wurde in "Nikkei (Japan Economic) Mechanical", Seite 92, 12. März 1984 beispielsweise vorgeschlagen, worin die vorgeschlagene Elektroverformungsvorrichtung durch die Schritte hergestellt wird: Vorbereiten einer Vielzahl von grünen Platten, die aus piezoelektrischer Keramik hergestellt sind, Formen eines Metallpastenfilmes auf einer der Oberflächen jeder der grünen Platten, um eine innere Elektrode zu bilden, und Laminieren und Sintern der Vielzahl der grünen Platten.
• Ein Druckkopf, der eine derartige Betätigungsvorrichtung verwendet, muß mit einer Vorrichtung zur effektiven Vergrößerung der sehr geringen Verlagerungen eines derartigen Betätigungselements versehen sein, um die Punktanschlagnadeln oder -stäbe in angemessener Weise anzutreiben.
• Ein Punktmatrixdruckkopf kann eine Reihe von selektiv betätigbaren Punktdruckvorrichtungen enthalten, um die jeweiligen punktbildenden Abschnitte desselben zu veranlassen, auf ein Druckmedium aufzuschlagen, um so den Druck der jeweiligen Punkte zu verursachen.
• Die JP-A-59-16767 schlägt eine Punktdruckvorrichtung vor, die zur Verwendung in einem derartigen Punktmatrixdruckkopf geeignet ist, um eine derartige Vergrößerung zu erreichen, welche Vorrichtung so betrachtet werden kann, daß sie ein flexibles Element umfaßt, das an einem Ende an einer Stützstruktur des Kopfes befestigt ist, und das an seinem anderen Ende den punktbildenden Abschnitt der Vorrichtung hat, und ferner eine elektrisch steuerbare Betätigungsvorrichtung umfaßt, die so betätigbar ist, daß sie dem flexiblen Element eine Bewegung im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene dieses Elementes an einer Betätigungsposition an diesem erteilt, um so dieses Anschlagen des punktbildendes Abschnittes der Vorrichtung zu bewirken, welches flexible Element eine längliche Form wenigstens in dem Bereich zwischen dem einen Ende und der Betätigungsposition hat und bei welchem der Abstand der Betätigungsposition von dem einen Ende des flexiblen Elements der Vorrichtung im Vergleich mit dem Abstand der Betätigungsposition von dem punktbildenden Abschnitt der Vorrichtung klein ist.
• Eine geeignete Form einer Punktdruckvorrichtung wird in der US-4,362,407 vorgeschlagen, welche eine Betätigungsvorrichtung verwendet, die im wesentlichen eine Elektroverformungsvorrichtung enthält, die einen Stapel von Schichten umfaßt, die aus einem Elektroverformungsmaterial hergestellt sind, mit jeweiligen Elektroden, die an verschiedenen Positionen in dem Stapel eingeschlossen sind, von welchen jede zwischen zwei aufeinanderfolgende Schichten des Elektroverformungsmaterials sandwichartig zwischengelegt ist, sowie von außen zugänglichen Verbindungsvorrichtungen, die so betätigbar sind, daß sie ein elektrisches Potential zwischen aufeinanderfolgende Elektroden in dem Stapel anlegen, um dadurch eine Biegeablenkung in dem Stapel zu bewerkstelligen, bei welcher die Ablenkung senkrecht zur Stapelungsachse ist.
• Ein piezoelektrischer Stapel ist aus der JP-A-63 056 971 bekannt, der aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Tafeln hergestellt ist. Jede Tafel umfaßt eine Keramikplatte aus piezoelektrischem Material und eine darauf gedruckte Elektrode. Die Tafeln sind so angeordnet, daß Muster an derselben Position auf jeder zweiten Tafel des Stapels erscheinen. Eine Elektronickelbeschichtung wird anschließend auf den Stapel aufgetragen und Metallvorsprünge werden an dem Rand jeder zweiten Elektrode an jeder der einander gegenüberliegenden Oberflächen des Stapels ausgebildet. Eine Tafel wird auf den Metallvorsprüngen angeordnet und ein Harz wird unter diese zum Fließen gebracht, welches aushärtet, um eine Isolierschicht zu bilden. Elektroden werden anschließend an die Isolierschicht angelegt und bilden externe Elektroden.
• In einer derartigen bekannten Elektroverformungsvorrichtung kann jedoch in nebeligen oder feuchten Umgebungen ein nicht zufriedenstellender Betriebsablauf auftreten.
• Die vorstehend genannten Probleme werden in einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Abschnittes von Anspruch 1 gelöst.
• Nachfolgend wird im Rahmen eines Beispiels auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen.
• Figur 1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Elektroverformungsvorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
• Figur 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Druckkopfes, in der die Vorrichtung von Figur 1 verwendet werden kann; und
• Figur 3A und 3B zeigen eine Drauf- bzw. Seitenansicht einer Druckvorrichtung, die in dem Druckkopf von Figur 2 verwendet wird.
• Figur 1 zeigt eine Elektroverformungsvorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, die zur Verwendung in einer Betätigungsvorrichtung zum Antrieb einer Punktanschlagdrucknadel oder eines Punktanschlagdruckstabes in einem Druckkopf geeignet ist. Diese Elektroverformungsvorrichtung umfaßt eine Vielzahl von Platten 21, die aus einem Elektroverformungsmaterial hergestellt sind, wie z.B. einem piezoelektrischen Keramikmaterial, die zusammen mit Laminatelektroden 22 zwischen diesen gestapelt sind. Eine erste Gruppe von abwechselnd angeordneten Elektroden 22 ist mit einer Zuleitung 24a verbunden und von den anderen Elektroden 22 durch Perlen 25 isoliert, die aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa Glas, hergestellt sind. Die andere Gruppe von abwechselnden Elektroden 25 ist mit einer zweiten Zuleitung 24b verbunden und von der ersten Gruppe von Elektroden 22 in derselben Weise wie vorstehend genannt isoliert. Die Schichten, die die Platten aus Elektroverformungsmaterial 21 und die Elektroden 22 umfassen, sind innerhalb eines isolierenden Harzmaterials 23, wie z.B. einem Epoxyharz, eingeschlossen.
• Bei der Verwendung wird eine Betriebsspannung zwischen den Zuleitungen 24a und 24b angelegt, welche eine elektrostriktive Expansion oder Kontraktion des Stapels von Schichten in Längsrichtung verursacht.
• In der Vorrichtung aus Figur 1 ist das isolierende Harzmaterial 23 selbst auch in ein Metallgehäuse 31 eingeschlossen. Dieses Metallgehäuse 31 kann durch Aufdampfen eines geeigneten Metalles, wie z.B. Aluminium, auf das isolierende Harzmaterial 23 gebildet werden, wodurch das Eindringen von Feuchtigkeit in die Elektroverformungsvorrichtung aufgrund der hoch feuchtigkeitsfesten Eigenschaften eines derartigen Metallgehäuses verhindert wird. Das isolierende Harzmaterial 23 verhindert Kurzschlüsse zwischen benachbarten Elektroden 22, die andernfalls durch das Metallgehäuse 31 verursacht wurden. Als Resultat besteht keine Gefahr, daß die Gruppen von Elektroden 22 beispielsweise durch Kriecheffekte elektrisch miteinander verbunden werden, auch wenn die Vorrichtung in einer feuchten Umgebung verwendet wird, womit sichergestellt ist, daß die Vorrichtung eine angestrebt hohe Eigenzuverlässigkeit hat.
• Figur 2 zeigt einen Druckkopf 10 eines Punktanschlagdruckers, der dazu geeignet ist, die die Erfindung verkörpernde Elektroverformungsvorrichtung als eine Betätigungsvorrichtung 3 zu verwenden. Der Druckkopf 10 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 20 und eine Vielzahl von Druckvorrichtungen 30, die um das zylindrische Gehäuse 20 angeordnet sind und sich radial innerhalb des Gehäuses erstrecken.
• Wie im Detail in Figur 3A und 3B gezeigt, umfaßt jede der Vorrichtungen 30 ein Basiselement 1, ein bewegliches Element 11 und eine Betätigungsvorrichtung (Elektroverformungsvorrichtung) 3. Das bewegliche Element 11 umfaßt eine flache Blattfeder, die aus einem geeigneten elastischen Material hergestellt ist und ein Ende hat, das starr an dem Basiselement 1 an einer Befestigungsposition B befestigt ist, sowie ein freies entferntes Ende, an dem ein Punktdruckelement (Punktdrucknadel oder -draht) 4 befestigt ist. Eine vorbestimmte Anzahl derartiger Punktdruckelemente 4 wirken zusammen und bilden eine Punktmatrix. Wie aus der Draufsicht von Figur 3A ersichtlich ist, ist das bewegliche Element 11 über im wesentlichen seine gesamte Länge von dem Befestigungsabschnitt B zu seinem freien Ende allmählich verjüngt.
• Die Betätigungsvorrichtung 3 hat ein Ende (die Unterseite des Stapels von Schichten), das starr am Basiselement 1 befestigt ist, und ein anderes Ende (die Oberseite des Stapels von Schichten), das über ein Verbindungselement 5 mit dem beweglichen Element 11 an einer Betätigungsposition A desselben verbunden ist. Wie in der Draufsicht von Figur 3A zu sehen ist, umfaßt der Bereich des blattförmigen beweglichen Elements 11, der sich von der Betätigungsposition A zu der Befestigungsposition B erstreckt, zwei im wesentlichen dreieckige Abschnitte, die seitlich einander benachbart angeordnet sind, von welchen jeder eine Basis an der Befestigungsposition B und eine eine abgestumpfte Spitze an der Betätigungsposition A hat. Diese beiden seitlichen Abschnitte sind, wie in der Draufsicht zu sehen ist, durch eine dreiekkige Öffnung 12 getrennt, die eine Basis an der Betätigungsposition A und eine Spitze an der Befestigungsposition B oder in deren Nachbarschaft hat. Im allgemeinen ist mindestens eine derartige dreieckige Öffnung anstrebenswert. Wie in der Draufsicht von Figur 3A gezeigt ist, ist der verbleibende Teil des beweglichen Elements 11 allmählich von der Betätigungsposition A zu dem freien Ende desselben hin verjüngt.
• Beim Drucken wird über eine Ansteuerschaltung (nicht dargestellt) der Betätigungsvorrichtung 3 für eine vorbestimmte Zeit elektrische Leistung zugeführt. Dies verursacht, daß die Betätigungsvorrichtung 3 in Aufwärtsrichtung (senkrecht zu dem flachen beweglichen Element 11) verformt wird, wodurch das bewegliche Element 11 an der Betätigungsposition A nach oben verlagert wird. Das bewegliche Element 11 wird somit elastisch zwischen der Betätigungsposition A und der Befestigungsposition B verformt, so daß das bewegliche Element 11 in Richtung des Uhrzeigersinns gebogen wird, wie in Figur 3B dargestellt, und zwar um einen Drehmittelpunkt (O&sub2;) nahe der Befestigungsposition B. Bedingt durch diese Bewegung des beweglichen Elements 11 wird das Punktdruckelement 4 nach oben bewegt, wie durch einen Pfeil B in Figur 3B dargestellt, um einen Druckvorgang auszuführen. Die elektrische Leistungszufuhr zu der Betätigungsvorrichtung 3 wird unmittelbar vor der Vollendung des Druckvorganges unterbrochen, und somit wird nach dem Vollenden des Druckens das bewegliche Element 11 durch die Betätigungsvorrichtung 3 in seine Ausgangsposition zurückgeführt.
• Weitere Details des vorstehend beschriebenen Druckkopfes sind in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 89306778.5 zu finden, aus der die vorliegende Erfindung ausgeschieden wurde.

Claims (8)

1. Elektroverformungsvorrichtung, umfassend wenigstens erste, zweite und dritte Schichten (21), die elektroverformbares Material umfassen, mit mindestens einer ersten Elektrode (22), welche erste Elektrode (22) zwischen die erste Schicht und die zweite Schicht zwischengelegt ist, und mindestens einer zweiten Elektrode (22), welche zweite Elektrode (22) zwischen die zweite Schicht und die dritte Schicht (23) zwischengelegt ist, bei der die Schichten und Elektroden in einem Stapel angeordnet sind, der sich entlang einer Stapelachse erstreckt und eine erste seitliche Oberfläche und eine zweite seitliche Oberfläche hat, welche erste Elektrode und zweite Elektrode elektrisch mit einer ersten bzw. einer zweiten von außen zugänglichen Verbindungseinrichtung (24a, 24b) über die erste bzw. die zweite seitliche Oberfläche verbunden sind, so daß eine elektrische Potentialdifferenz, die an die erste und die zweite von außen zugängliche Verbindungseinrichtung (24a, 24b) angelegt wird, eine Veränderung in der Ausdehnung des Stapels entlang seiner Stapelachse bewirkt, welche erste Elektrode oder Elektroden und zweite Elektrode oder Elektroden elektrisch voneinander durch mindestens einen ersten Abschnitt und mindestens einen zweiten Abschnitt eines elektrisch isolierenden Materials (25) isoliert sind, das an der ersten bzw. der zweiten seitlichen Oberfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite seitliche Oberfläche und der erste und der zweite Abschnitt des elektrisch isolierenden Materials (25), das auf diesen angeordnet ist, mit einem weiteren elektrisch isolierenden Material (23) umgeben sind, um Kurzschlüsse zwischen den Elektroden (22) zu verhindern, und dadurch, daß das weitere elektrisch isolierende Material (23) durch eine Metallabdeckung (31) umhüllt ist, um das Eindringen von Feuchtigkeit in die Elektroverformungsvorrichtung zu verhindern und somit die Verschlechterung einer elektrischen Isolierung zwischen den Elektroden zu vermeiden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Metallabdeckung (31) durch Aufdampfen des Metalles auf das weitere elektrisch isolierende Material (23) gebildet wurde.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Metallabdeckung (31) aus Aluminium hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das elektroverformbare Material ein piezoelektrisches Keramikmaterial ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das weitere elektrisch isolierende Material (23) ein Epoxyharz umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das elektrisch isolierende Material (25) ein Glas ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der erste und der zweite Abschnitt des elektrisch isolierenden Materials (25) als Perlen ausgebildet sind.

8. Punktmatrixdruckkopf, umfassend eine Vielzahl von Punktdruckvorrichtungen (30), von welchen jede eine Elektroverformungsvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche hat, bei welcher für jede derartige Punktdruckvorrichtung ein Ende des Stapels starr an einem Basiselement (1) befestigt ist und das andere Ende des Stapels in kraftübertragendem Eingriff mit einem beweglichen Element (1) an einer Betätigungsposition (A) desselben steht, die an einer Teilstrecke entlang dessen Länge angeordnet ist, bei welcher sich das bewegliche Element von einer Seite der Betätigungsposition (A) zu einer Befestigungsposition (B) erstreckt, an welcher es an dem Basiselement (1) befestigt ist, und von der anderen Seite der Betätigungsposition (A) zu einer Druckpunktposition, wo ein Punktdruckelement (4) auf diesem angeordnet ist.