DE2313916A1 - Tintenstrahlschreiber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahlschreiber, bei dem ein Strahl einer Schreibflüssigkeit oder Tinte in Form einer Aufeinanderfolge von diskreten Tintentröpfchen sich längs einer Bahn auf einen Aufzeichnungsträger zu bewegt sowie mit Mitteln zum Anlegen eines elektrischen Feldes, durch die die aufeinanderfolgenden Tröpfchen zur Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsträger abgelenkt werden.

Tintenstrahlschreiber sind bereits bekannt. So zeigt bereits die US Patentschrift 3 596 275 vom 27. Juli 1971 einen Tintenstrahlschreiber mit einem von einer Düse ausgehenden Tintenstrahl, bei dem sich eine Aufeinanderfolge sehr kleiner Tröpfchen bildet, die auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers gerichtet sind. iseinr Bilden der Tröpfchen werden diese jeweils mit einer elektrostatischen Ladung versehen, die dem Augenblickswert eines aufzuzeichnenden Eingangssignals entspricht. Die aufgeladenen Tröpfchen durchlaufen den Raum zwischen zwei elektrostatischen Ablenkplatten, an denen eine konstante hohe Spannung anliegt, die ein konstantes elektrisches Feld zwischen den Ablenkplatten erzeugt. Die aufgeladenen Tröpfchen durchlaufen das elektrische Feld und werden in einer Richtung senkrecht zu ihrer Bahn um einen Betrag aDgelenkt, aer eine Funktion der Größe der Ladung eines jeden

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Tröpfchens ist und in einer Richtung, die eine Funktion der Polarität der Ladung der einzelnen Tröpfchen ist. Jedes Tröpfchen der Tinte oder Schreibflüssigkeit hat seine eigene Ladungscharakteristik, die es nach dem gewünschten Schreibpunkt auf dem Aufzeichnungsträger führt. " .

Es wurde festgestellt, daß dieses System noch eine Reihe Probleme aufwirft. Beispielsweise werden die diskreten Tröpfchen innerhalb eines Bereichs erzeugt, der von einer Ladeelektrode umgeben ist und den Tröpfchen die veränderlichen Ladungen erteilt. Der Abreißpunkt für das Tröpfchen im Hauptstrom in diesem Bereich kann sich ändern, so daß die Synchronisierung der Aufladung der Tröpfchen mit der Datenverarbeitungsanlage oder der Eingabe-Datensteuerung schwierig ist. Daher können die diskreten Ladungen ungenau sein. Außerdem können sich Satellitentröpfchen bilden, die sich vom Haupttröpfchen abspalten und ebenfalls aufgeladen und dann bis zu dem Punkt abgelenkt werden, wo sie sich vom Haupttröpfchen ablösen und als Spritzer auf die elektrostatischen Ablenkplatten gelangen. Außerdem wurde festgestellt, daß dann, wenn aufeinanderfolgende Tropfchen unterschiedliche Ladungen erhalten, es möglich ist, wegen der Koppelkapazität zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen und zwischen den Tröpfchen und den Ablenkplatten, daß ein Tröpfchen von dem vorhergehenden Tröpfchen angezogen wird, dieses einfängt und mit ihm verschmilzt, was sich in unerwünschten Schreibpunkten niederschlägt. Der erfindungsgemäß aufgebaute Tintenstrahlschreiber vermeidet alle diese Schwierigkeiten durch seine besondere, neueartige Konstruktion.

Bei dem erfindungsgemäß aufgebauten Tintenstrahlschreiber tritt aus einer Düse eine Flüssigkeit oder Tintenstrahl in Form aufeinanderfolgender kleiner Tröpfchen aus, die auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers gerichtet sind. Ein Paar elektrostatischer Ablenkplatten ist vorgesehen, an dem eine konstante hohe Spannung anliegt und ein entsprechendes elektrisches Feld zwischen den Ablenkplatten erzeugt. Die Strahldüse ist so gerichtet, daß der ' Strahl der einzelnen Tröpfchen längs einer virtuellen elektrischen

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Erdungsebene zwischen den Ablenkplatten verläuft. Außerdem ist zwischen den Ablenkplatten eine Reihe von auf Abstand stehenden Stiftelektroden vorgesehen, die sich längs der Bahn der Tröpfchen erstrecken, so daß ungeladene Tröpfchen mit all den Stiftelektroden einschließlich einer Abfangelektrode am Ende der Reihe in Berührung kommen.

Die Stiftelektroden dienen der selektiven Aufladung solcher Tröpfchen, die in eine Schreibposition auf dem Aufzeichnungsträger abgelenkt werden sollen und alle ungeladenen Tröpfchen werden durch die Abfangelektrode aufgeladen. Die Anordnung der Stiftelektroden in der Bahn und Richtung der Tröpfchen ist so ausgelegt, daß die Ablenkausschläge der Tröpfchen den entsprechenden Schreibpositionen auf dem Aufzeichnungsträger entsprechen. Für die Stiftelektroden ist eine Ladespannung vorgesehen und zum selektiven Anlegen dieser Spannung ist jede Stiftelektrode mit einem zugehörigen elektronischen Schalter und Schieberegister verbunden. Alle diese Schieberegister sind mit einer Datenverarbeitungsanlage oder mit einer anderen Datenquelle verbunden. Die Stiftelektroden werden entsprechend den Eingabedaten aufgeladen und wenn ein Tröpfchen in Berührung mit einer aufgeladenen Stiftelektrode kommt, dann wird das Tröpfchen aufgeladen und durch das konstante Hochspannungsfeld abgelenkt, bis es auf dem Aufzeichnungsträger auftrifft. Da die Tröpfchen aus einer einzigen Quelle mit einer konstanten Ladespannung aufgeladen werden, werden alle Tröpfchen auf den gleichen konstanten Wert aufgeladen und der Betrag, um den jedes Tröpfchen abgelenkt wird, hängt von dem Abstand zwischen seiner Stiftelektrode und dem Aufzeichnungsträger ab.

Um mögliche Schwankungen beim Bilden der Tröpfchen auszugleichen, ist eine besondere Synchronisiereinrichtung vorgesehen, die eine Phasenstabilitätsschaltung benutzt. Wird ein Tröpfchen aufgeladen, dann wird ein Stromimpuls erzeugt. Es wird daher für jedes Tröpfchen ein Stromimpuls erzeugt, da auch die Abfangelektrode die Tröpfchen auflädt, die zum Schreiben nicht benutzt werden, uiese Stromimpulse werden der Phasenstabilitätsschaltung zusammen

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mit einem Phasenabtastimpuls und geeigneten Taktimpulsen zugeführt una das Ausgangssignal dieser Schaltung wird den Schieberegistern der Stiftelektroden zugeführt, wodurch die die Tröpfchen aufladende Ladespannung in Phase in bezug auf die Zeit sind, in der die Tröpfchen bei den Stiftelektroden ankommen.

Die neue Anordnung, bei der die Stiftelektroden allen Tröpfchen eine gleiche Ladung erteilen, ergibt eine Reihe von Vorteilen, die einen besseren Druck und einen wirksameren und zuverlässigeren Betrieb der gesamten Anlage sicherstellen. Beispielsweise beeinflußt die Ladung eines vorausfliegenden Tröpfchens nicht die endgültige Ladung eines Tröpfchens das gerade aufgeladen wird. Außerdem ist die Anwesenheit von Satellitentröpfchen nicht nachteilig für den Druckvorgang. Die hier verwendete Aufladung und Synchronisierung gestattet die Verwendung eines jeden Tröpfchens. Außerdem ist der Toleranzbereich für die Resistivität der Tinte sehr hoch und es sind aaher geringere Ablenkspannungen zulässig. .

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispieis in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt;

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahl-

schreibers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Tintenstrahlscheibers

gemäß aer Erfindung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Arbeits

weise der Phasenstabilitätsschaltung des Tintenstrahlschreibers gemäß Fig. 2,

Fig. 4 Impulszüge, wie sie in B^!ig. 3 auftreten und

Fig. 5 schematisch eine Darstellung aer tatsächlich

auftretenaen GrößenverhaitnisPc und Spannungs~

J^n b72 üu7 30 9 8 4 2 /OSI 3

werte in einem Ausführungsbeispiel.

Figur 1 dient der Erläuterung des eigentlichen Erfindungsgedankens . Die dort gezeigte Vorrichtung benutzt einen Aufzeichnungsträger 10, beispielsweise eine Papierbahn, die in senkrechter Richtung durch Stachelwalzen 11 angetrieben wird. Die Schreibflüssigkeit oder Schreibtinte steht unter einem hydrostatischen von 2,8 bis 7 kp/ciu2, tritt aus einer Düse 13 aus und durchläuft eine auf Erapotential liegende rohrförmige Abschirmung 14. Der aus der Düse 13 austretende Tintenstrahl hat einen Durchmesser von etwa 0,0254 mm, wobei der Strahl die natürliche Eigenschaft aufweist, sich in eine Aufeinanderfolge kleinster Tröpfchen aufzuteilen, was mindestens zum Teil auf aie Oberflächenspannung zurückzuführen ist. um sicherzustellen, daß die Tröpfchen im wesentlichen gleichförmige Abmessungen haben und mit gleicher Auftrittsfrequenz austreten, wird dem austretenden Flüssigkeitsstrahl eine regelmäßige DurchmesserSchwankung erteilt. Diese Durchmesserschwankungen treten bei einer vorbestimmten Frequenz auf. Diese Frequenz kann beispielsweise bei 100 kHz liegen. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsforiu werden die Durchmesserschwankungen des Strahls dadurch erzeugt, aaß die Düse 13 mit der gewünschten Frequenz vibriert wird. Dies wird dadurch erzielt, daß man die Düse mit einem piezoelektrischen Wandler 15 verbindet, der durch einen geeigneten Sinusoszillator 16 erregt wird. Bei Bildung der einzelnen Tröpfchen durchlaufen diese die auf Erdpotential liegende rohrförmige Abschirmung 14, die verhindert, daß die Tröpfchen irgendwelche induktive Ladungen aufnehmen, die aufgrund der elektrischen Bauelemente der Anordnung existieren kennen.

Diese Tröpfchen, die im wesentlichen frei von jeder elektrischen Ladung sind, werden mit relativ hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 11 gerichtet und durchlaufen unterwegs den Raum zwischen zwei elektrostatischen Ablenkplatten 17 und 1b. Diese Platten sind auf eine konstante Spannung entgegengesetzter Polarität aufgeladen. Beispielsweise kann die Ablenkplatte 17 auf eine positive Spannung von 250 Volt über Lei-

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tung 19 aufgeladen sein und die Ablenkplatte 18 kann über eine Leitung 20 auf eine negative Spannung von 750 Volt aufgeladen sein. Die diesen Platten zugeführten Spannungen werden konstant gehalten, so daß zwischen diesen Platten ein feststehendes elektrisches Feld und eine virtuelle elektrische Erdungsebene existiert. Die Strahldüse 13 ist derart ausgerichtet, daß die Bahn aer ungeladenen Tröpfchen mit der virtuellen Erdungsebene zusammenfällt.

In dem Raum zwischen den Ablenkplatten 17 und 18 entlang der bahn der Tröpfchen ist eine Reihe von Stiftelektroden 21 angeordnet. Die Anzahl der Stiftelektroden entspricht dabei der Anzahl der Ablenkpositionen oder Druckpositionen auf dem Aufzeichnungsträger und einer zusätzlichen Abfangelektrode. Für den normalen Schreib— Vorgang nimmt man gewöhnlich etwa 15 Stiftelektroden und eine Abfangelektrode, während man für Kurvenschreiber und graphische Aufzeichnungen bis zu 30 Stiftelektroden verwenden wird. Die Stiftelektroden 21 sind so ausgerichtet, daß ein ungeladenes Tröpfchen mit allen Stiftelektroden in Berührung kommt und die Stiftelektroden dienen dazu, denjenigen Tröpfchen, die zur Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsträger dienen sollen, eine konstante und gleichgroße Aufladung zu erteilen.

Wie im einzelnen noch beschrieben wird, wird einzeln ausgewählten Stiftelektroden unter Steuerung der aufzuzeichnenden Eingangsdaten eine konstante gleichgroße Spannung erteilt. Wenn ein ungeladenes Tröpfchen mit einer aufgeladenen Stiftelektrode in Berührung kommt, dann wird das Tröpfchen aufgeladen und wird nunmehr von seiner Bahn unter dem Einfluß des elektrischen Feldes zwischen den Ablenkplatten abgelenkt. Wie aus Figur 1 zu ersehen, werden die geladenen Tröpfchen seitlich abgelenkt gegenüber dem sich in vertikaler Richtung bewegenden Aufzeichnungsträger 10 und bewirken die Aufzeichnung. Alle Tröpfchen werden auf denselben konstanten Wert aufgeladen und der Betrag, um den jedes Tröpfchen abgelenkt wird, hängt vom Abstand ab, den das Tröpfchen durchläuft vom Zeitpunkt seiner Aufladung durch eine Stift-

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elektrode bis zum Auftreffen auf dem Aufzeichnungsträger. Nicht geladene Tröpfchen v/erden durch die letzte Stiftelektrode in der Reihe aufgeladen, die als Abfangelektrode dient und werden in ein entsprechendes Abfangfohrchen 22 abgeleitet und gelangen damit in den Vorratsbehälter zurück.

Figur 2 zeigt schematisch als Blockschaltbild einen Tintenstrahlschreiber gemäß der Erfindung.

Eine Druckquelle 23 hält im 'l'intenvorratsbehälter 24 den gewünschten vorgegebenen hyarostatischen Druck aufrecht. Die Tinte oder Schreibflüssigkeit in dem Vorratsbehälter gelangt über eine Rohrleitung nach üer Düse 25. Die unter Druck stehende Tinte tritt aus der Düse aus und durchläuft eine auf Erdpotential liegende rohrförmige Abschirmung 26 in Richtung auf einen Aufzeichnungsträger 27. Das Papier bewegt sich dabei durch nicht aargestellte Mittel mit vorbestimmter Geschwindigkeit in einer Richtung, die vom Betrachter weggerichtet ist. Zwischen Vorratsbehälter 24 und Düse 25 ist ein geeignetes Ventil vorzusehen.

um der Düse 25 Vibrationsschwingungen zu erteilen, die die zuvor erwähnten DurchmesserSchwankungen des austretenden Strahls ergeben, ist ein piezoelektrischer Wandler 28 vorgesehen, der mechanisch mit der Düse verbunden ist. Ein Sinusoszillator 29 liefert eine Sinusschwingung, die im Leistungsverstärker 30 verstärkt als Steuersignal dem piezoelektrischen Wandler 28 zugeführt wird. Sollen aus üer Düse etwa 100.000 Tröpfchen je Sekunde austreten, darm beträgt die Frequenz des Oszillators 100 kHz.

Die Tinte, die auf Erdpotential liegt, tritt aus der Abschirmung 2£) als eine Aufeinanderfolge ungeladener Tröpfchen 31 mit gleichem Abstand aus, die auf ihrem Weg nach deia Aufzeichnungsträger zwisehen zwei parallelen elektrostatischen Ablenkplatten 32 und 33 hinüurchlaufen. im aer Ablenkplatte 32 liegt eine positive g Vp 1 una an eier Ablenkplatte 33 liegt eine negative V^. Diese Spannungen werden konstant gehalten. Daher

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besteht zwischen den beiden Ablenkplatten ein festes elektrisches Feld und eine virtuelle elektrische Erdungsebene. Die Düse 25 ist so gerichtet, daß aie bahn eines ungeladenen Tröpfchens 34 mit der virtuellen elektrischen Erdungsebene zusammenfällt.

Des weiteren ist eine Reihe von Stiftelektroden 35 vorgesehen, die mit gleichmäßigen Abständen hintereinander angeordnet sind. Ls sind zwar nur vier Stiftelektroden gezeigt, doch hängt die tatsächlich verwendete Anzahl von Stiftelektroden vom speziellen Anwendungsgebiet des Tintenstrahlschreibers ab. Weisen die Stiftelektroden 35 eine konstante und gleichgroße Ladung auf,- dann laden sie die Tintentröpfchen 31 auf, so daß diese nach den gewünschten Druckpositionen auf dem Papier 27 abgelenkt werden. Die Anzahl der Stiftelektroden entspricht der Anzahl der Ablenkposi-tionen und einer Abfangelektrode, die die letzte Stiftelektrode in der Reihe ist. Die Stiftelektroden sind in der Bahn 34 so ausgerichtet, daß ein ungeladenes Tröfchen mit allen Stiftelektroden in Berührung kommt. Der Ort der Stiftelektroden in bezug auf die Vorderkante der Ablenkplatten läßt sich aus aex folgenden Gleichung berechnen;

1, = a + b Jh² - Δ_±/δ

Dabei ist

δ =0,113 2 e/2mu²

E = die elektrische Feldstärke zwischen den Ablenkplatten in Volt/cm

ε = die Ladung jedes Tropfchens (coulomb)

u = die Längsgeschwinäigkeit eines Tröpfchens in cm/see.

m = die I4asse des Tröfchens in kg-sec /cm

a = die Länge der Ablenkplatten in cm

t.Li <-jTz O07 3098Λ2/08 1 3

b = der Abstand zwischen der Hinterkante der Ablenkplatten und dem Aufzeichnungsträger in cm

Δ. = der Betrag der Ablenkung eines Tröpfchens nach einer Schreibposition auf dem Aufzeichnungsträger in cm und

1. = der Abstana, den eine Stiftelektrode von der Vorderkante der Ablenkplatten aufweisen muß, um eine Ablen]
in cm zu bewirken.

muß, um eine Ablenkung Δ. eines Tröpfchens

Werden die Stiftelektroden 35 gemäß dieser Gleichung angeordnet, dann ist, wie in Figur 2 gezeigt, das durch die erste Stiftelektrode mit Abstand I^ von der Vorderkante der Ablenkplatten aufgeladene !Tröpfchen um den Betrag Δ.. abgelenkt, wenn es auf dem Aufzeichnungsträger auftrifft und trifft diesen in Druckposition 1. Die durch die zweite und dritte Stiftelektrode, von der Vorderkante der Platten aus gesehen, aufgeladenen Tröpfchen werden um die betrage Δ bzw. Δ abgelenkt und treffen in den Druckpositionen 2 und 3 auf dem Aufzeichnungsträger auf. Wie gezeigt, werden die Tröpfchen von ihrer normalen Bahn seitlich nach der negativen Ablenkplatte 33 abgelenkt, so daß der Druck in waagrechter Richtung quer zum senkrecht sich bewegenden Aufzeichnungsträger 27 erfolgt.

tine konstante und gleichgroße Spannung wird an den Stiftelektroden 35 angelegt, die zur Aufladung eines Tröpfchens ausgewählt werden, .hine Spannungsquelle mit einer konstanten positiven spannung von +V liegt, gesteuert durch elektronische Schalter, an ausgewählten Stiftelektroden. Diese Schalter werden wiederum durch die zu druckenden oder schreibenden Eingabedaten gesteuert, wie aus Figur 2 zu erkennen, besteht die Ladeschaltung für die erste Stiftelektrode der Reihe aus einem NPri-Transistor T1 , dessen Kollektor 36 mit der ersten Stiftelektrode und dessen Emitter 37 mit einer Erdpotentialquelle 38 verbunden ist. Die Erdpotentialquelle 3d legt die virtuelle elektrische Erdungsebene fest. Diese bpannungsquelle 38 kann auch ein von Erdpotential verschiedenes

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Potential haben, so daß die Potentialebene einen entsprechenden Wert hätte. Die Kollektorelektrode 36 ist außerdem über einen Widerstand R1 an eine Stroraabfühlschaltung 39 angeschlossen, die wiederum mit der Spannungsquelle V₁ in Verbindung steht. Diese Spannungsquelle kann z.B. eine positive Spannung von-,250 Volt liefern. Man sieht, daß die Ladestromkreise für axe zweite und dritte Stiftelektrode identisch aufgebaut sind unter Verwendung des liPi\"-Transistors T2 und Widerstand R2 und des EPK Transistors T3 und Widerstand R3. Die Emitterelektroden aller dieser Transistoren liegen auf Erdpotential 38 und alle Kollektorelektroden sind über Kollektorwiderstände mit der Stromabfühlschaltung 39 und der Ladespannungsquelle +V₁ verbunden. Der Ladestromkreis für die letzte oder Abfangelektrode ist anders aufgebaut, da sie keinen elektronischen Schalter benötigt= Die Abfangelektrode ist unmittelbar über den Widerstand R mit der Stromabfühlschaltung 39 und der Spannungsquelle +V₁ verbunden. Das Schalten der Transistoren zum Aufladen der Stiftelektroden wird durch Schieberegister gesteuert und für Position 1 ist ein Schieberegister 40 mit der Basis des Transistors T1 verbunden, für Position 2 ist ein Schieberegister 41 mit der Basiselektrode des Transistors T2 und für Position 3 ist ein Schieberegister 42 mit der Basis des Transistors T3 verbunden. Zu schreibende oder zu druckende Eingabedaten, die von einer Datenverarbeitungsanlage oder einer ähnlichen Anlage kommen können, werden den Schieberegistern über Leitungen 43, 44 und 45 zugeführt. Das Schieberegister 40 ist ein 1-Bit-Register, das Schiebregister 41 ein 2-Bit-Register und das Schieberegister 42 ein 3-Bit-Register, die alle die entsprechenden Ausgangssignale an die Transistoren liefern.

Beim Aufladen der Tröpfchen 31 wird die Ladung Q eines Tröpfchens zu jedem Zeitpunkt innerhalb des konstanten Feldes durch die folgende Gleichung gegeben:

^=cdi^(vd -V ^+cd2

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Dabei ist.

V.. die Spannung, auf die das Tröpfchen zum interessierenden Zeitpunkt aufgeladen ist

V. die Ladespannung

V die Spannung über den Ablenkplatten

C .. die Kapazität zwischen Tröpfchen una der positiven Ablenkplatte

C ~2 d.ie Kapazität zv7ischen dem Tröpfchen und der negativen Ablenkplatte

d.. der Abstand zwischen dem. Tröpfchen und der positiven Ablenkplatte und

d der Abstand zwischen beiden Ablenkplatten.

Die Transistoren Ί1, T2 und T3 sind normalerweise leitend, wenn nicht gedruckt wird. Wenn Transistor T1 leitend ist, fließt Strom von aer Ladespannungsquelle + V₁ über die Stroraabfühlvorrichtung 39, aen Widerstand R1, Transistor T1 nach Masse 38. Daher liegt aie erste zura Auflaaen dienenae Stiftelektrode auf krdpotential. Gemäß aer oben gegebenen Gleichung ist V. +0 und die verbleibenuen Laaungskomponenten der Gleichung sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, so daß die Ladung des Tröpfchens ebenfalls 0 ist und keine Ablenkung eintritt. Liefert das Schieberegister 40 ein Ausgangssignal für Drucken, dann wird Transistor T1 gesperrt unc, da der Kollektor 36 keinen Strom benötigt, tritt aie Ladespannung + V₁ an aer ersten Stiftelektroae 35 über Widerstand i.c1 auf. "wenn nun ein Tröpfchen mit der ersten Stif telektroae in berührung koiumt, dann fließt ein kleiner Strom von der xjaaespannungsquelle +V₁ über die Stromabf ühlvorrichtung 39, den v.'io'erstand R1 una die erste Stiftelektrode, so aaß die Spannung V aes Tropfchens in berührung kommt mit +V_n. Aus der Ladungsergibt sich, daß die Ladung auf üer Kapazität C₁ zu

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Ivull wird und die Ladung auf der Kapazität C. _ = C-,„ . V. Daher ist die Aufladung Q- des abzulenkenden Tröpfchens, gegeben mit Q = C . V. Wie in Figur 2 gezeigt, wird das durch die erste Stiftelektrode aufgeladene Tröpfchen aus seiner normalen Bahn durch aas feste elektrische Feld abgelenkt und folgt nun der abgelenkten Bahn für Druckposition 1 bis das Tröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger auftrifft, wobei es zu diesem Zeitpunkt um den Betrag A₁ abgelenkt ist. Alle Tröpfchen, die mit einer Stiftelektrode in Berührung kommen, die aufgeladen ist, werden entsprechend geladen und abgelenkt, wobei das Haß der Ablenkung durch den Abstand bestimmt ist, den das aufgeladene Tröpfchen vor Auftreffen auf dem Aufzeichnungsträger durchläuft. · "

Die Bildung der Tintentröpfchen 31 hängt von der /arbeitsweise des Oszillators 29 und der Druckquelle 23 ab. Sollte der Druck sich geringfügig ändern, wird dadurch die Bildung der Tröpfchen ebenfalls beeinflußt. Man muß dabei wissen, wann jedes Tröpfchen an jeder Stiftelektrode ankommt, so daß die Transistoren zum richtigen Zeitpunkt zum Aufladen der Stiftelektroden eingeschaltet werden können. Da die Daten mit Abständen von 10 Mikrosekunden eingegeben werden, sollte die Ladezeit für die Tröpfchen, das in der Größenordnung von 4 Mikrosekunden liegt, in der Mitte des Datenintervalls liegen. Wenn ein Tröpfchen mit einer aufgeladenen Stiftelektrode in Berührung kommt, fließt ein kleiner Strom für etwa 250 Hanosekunden in aen Kollektorwiderstand des zugehörigen Transistors. Dieser Strom kann mit einem normalen Verstärker abgefühlt und in ein logisches Ausgangssignal zur Synchronisierung der Aufladung der Tröpfchen mit dem Zeitpunkt benutzt werden, zu dem die Tröpfchen die Stiftelektroden berühren. Wie in Figur 2 gezeigt, wird der Strom durch die Stromabfühlvorrichtung 39 abgefühlt, die ein Eingangssignal an den Abfühlverstärker 46 liefert, der ein logisches Ausgangssignal abgibt. Das Ausgangssignal 0 zeigt an, daß kein Ladevorgang stattfindet, während der positive Übergang nach dem 1-Zustand den Zeitpunkt anzeigt, wenn aurch Berührung mit der Stiftelektrode ein Tröpfchen aufgeladen wird. 2\lle Tröpfchen werden aufgeladen, weil auch ctie letzte Stiftelck-

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trode, die Abfangelektroäe, die notwendige Synchronisierinformation für diejenigen Tröpfchen liefert, die nicht zum Schreiben oder Drucken benutzt worden sind. Die von der letzten Stiftelektrode aufgeladenen Tröpfchen werden in ein Ableitröhrchen 47 abgelenkt und von dort nach dem Vorratsbehälter 24 zurückgeführt.

Der Stromimpuls kann auf die folgende Weise zum Steuern der Synchronisierung benutzt werden;

1. Die Phase des Ausgangssignals der Quarztreiberschaltung - kann in bezug auf den Speichertakt verändert werden.

2. Das Ausgangssignal der Quarztreiberschaltung kann konstant gehalten werden und die Phasenlage der Ladespannung kann in bezug auf den Zeitpunkt, zu dem die Tröpfchen an den Stiftelektroden ankommen, verändert werden.

Eine Synchronisierschaltung der ersten Art ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich. Man kann dabei eine Fehlerspannung ableiten und in einer üblichen Rückkopplungsschleife zum Steuern des Zeitpunkts benutzen, in dem das Tröpfchen die Stiftelektrode berührt. Dieses Verfahren hat alle Vorteile von Rückkopplungsssystemen. Es läßt sich jedoch nur dann einsetzen, wenn nur eine Düse je Quarz oder Kristall vorgesehen ist, oder wo eine Düse eine für eine Mehrfachdüsenanordnung adäquate Steuerung liefert. Im vorliegenden Fall wird vorzugsweise das zweite Verfahren benutzt, wie in Figur 2 gezeigt, und das logische Ausgangssignal des Abfühlverstärkers 46 wird einer Phasenstabilxtätsschaltung zusammen mit Phasenimpulsen und Taktimpulsen von der Tröpfchenerzeugung zugeführt. Die Phasenimpulse würden von einer Datenverarbeitungsanlage stammen und könnten beispielsweise je ein Impuls für jede zu schreibende Zeile sein. Die Taktschaltung für die Bildung der Tröpfchen besteht aus dem Sinusoszillator 29 und einer Vergleichsstufe 48, die die Oszillatorschwingungen gegen eine Bezugsspannung vergleicht und daraus eine Reihe von Rechteckimpulsen ableitet. Das Ausgangssignal der Phasenstabilitäts-

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schaltung 47 wird rückgekoppelt und den Schieberegistern 40, und 42 über monostabile Kippschaltungen 49, 5O bzw. 51 zugeführt, wodurch der Zeitpunkt entweder verzögert oder beschleunigt wird, zu dem die Eingabedaten zur Aufladung der Stiftelektroden angelegt werden.

Die gesamte Phasenstabilitätsschaltung ist in Figur 3 und 4 mit den dort auftretenden Impulszügen näher erläutert. Der Taktgenerator 52 erzeugt alle 10 MikrοSekunden, oder jedesmal, wenn ein Tröpfchen gebildet wird, einen Impuls D. Diese Impulse werden einem hochfrequenten Taktgenerator 53 synchron mit dem Zehnfachen der Tropfchentaktfrequenz zugeführt. Diese zehnfache Taktfrequenz dient der Ableitung von 10 diskreten, eine Mikrosekunde langen Phasenimpulsen'A für jeden Impuls D. Die „Zehnfach-Taktimpulse A weraen der logischen Schaltung 54 zusammen mit den Tropfchen-Ladestroirdunpulsen B und den Phasenimpulsen C zugeführt. Die logische Schaltung 54 verhält sich wie die darin eingezeichnete Wahrheitstabelle und die Phasenimpulse ermöglichen es, daß das System sich korrigiert, wenn die Daten sich ändern, so daß die Ausgangsphase Q sich ändert wie folgt:

1. Ohne Phasenimpuls bleibt die Ausgangsphase unverändert.

2. Mit Phasenimpuls und ohne Stromimpuls wird die Ausgangsphase um t verzögert, d.h. gleich 1/10 der Tröpfchenperiode.

3. Bei Auftreten eines Phasenimpulses und eines Stromimpulses wird die Ausgangsphase um + t verschoben.

Die Ausgangsimpulse Q der logischen Schaltung 54 werden einem 10 Bit-Ringzähler 55 zugeführt, der für je 10 Eingangsimpulse einen Ausgangsimpuls E abgibt. Die Breite der Ausgangsimpulse E entspricht der Periode der Eingangsimpulse Q. Die vom Ringzähler 55 kommenden Ausgangsimpulse E werden den monostabilen Kippschaltungen 49, 50 und 51 in Rückkopplung zugeführt und dienen der Taktgabe der Schieberegister 40, 41 und 42. Für Bedingung 1, bei

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äer kein Phasenimpuls auftritt, bleibt die Ausgangsphase unverändert und äer Ausgangsimpulszug Q ist der gleiche wie die zehnfache Taktfrequenz. Nach 10 Ausgangsxmpulsen Q gibt der Ringzähler einen Ausgangsimpuls E. an die monostabilen Kippschaltungen ab, die ihrerseits ein Ausgangssignal an die Schieberegister abgeben, der so verzögert ist, daß die durch Aufladung der Tröpfchen zu übermittelnden Daten an den Stiftelektroden ankommen, wenn auch das Tintentröpfchen dort ankommt. Diese Verzögerung liegt fest und wird durch die Geschwindigkeit des Tröpfchenflusses und durch den Ort der Stiftelektroden bestimmt. Die Verzögerung ist einstellbar zum Kompensieren der Toleranzen zwischen den Stiftelektroden.

Für Bedingung 2, bei der ein Phasenimpuls aber kein Stromimpuls vorhanden ist, ist es erwünscht, die Ausgangsphase um t oder 1/10 der Tröpfchenperiode zu verzögern. Dies wird dadurch erreicht, daß man aus dem Q-Ausgangsimpulszug einen Impuls ausfallen läßt, wie durch den Spalt X im Zug der Figur 4 angedeutet ist. Als ein Ergebnis verzögert die Rückkopplung vom Ringzähler 55 nach den raonostabilen Kippschaltungen 49, 50 und 51 das Anlegen der Eingabedaten an die Stiftelektroden um eine Impulszeit oaer eine Mikrosekunde. Diese Bedingung bleibt so lange erhalten, bis ein Stromimpuls und ein Phasenimpuls gleichzeitig auftreten.

Zur Erläuterung der Bedingung 3, bei der ein Phasenimpuls und ein Stromimpuls beide gleichzeitig auftreten, ist in Figur 4 gestrichelt ein Stromimpuls B₁ eingezeichnet, der zusammen mit dem Phasenimpuls C auftritt. In diesem Fall überträgt die logische Schaltung 54 zwei rasche Impulse, aargestellt durch die gestrichelten Impulse Q₁ und Q₂ in einer Mikrosekunde, dem Zeitintervall aes fehlenden Taktimpulses. Die positive Kante der Impulse Q₁ und Q schaltet den Ringzähler 55 um eine Extraposition weiter, woraus sich ein früherer Ausgängsimpuls E₁ ergibt, der gestrichelt eingezeichnet ist. Die Rückkopplung dieses Impulses nach den raonostaijilen Kippschaltungen bewirkt, daß die Eingabedaten uen Stiftelektroaen eine /likrosokunae früher zugeführt v/erden.

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Man sieht also, daß beim Anlauf des Systems die Ausgangsphase in diskreten Schritten von t verzögert wird bis der Stromimpuls gleichzeitig mit dem Phasenimpuls auftritt, worauf die Ausgangsphase dann um t beschleunigt wird. Die Phase wird daher um + t um die richtige Aufladezeit herum schwanken und daher praktisch alle zeitlichen Änderungen, mit denen die Tröpfchen an den ,Stiftelektroden ankommen, mitmachen.

Diese Phasenstabilitätsschaltung kann sowohl für einfache als auch für mehrfache Düsen in Mehrfachschreibköpfen angewandt werden. Je eine ist für jede Düse erforderlich. Die Daten werden den Schieberegistern für alle zu druckenden Positionen zugeleitet. Die Ausgangsphase kann dazu benutzt werden, die Positionsschieberegister für die betreffende Düse weiter zuschalten.· Weil aufgeladene Tröpfchen gelegentlich nachfolgende Stiftelektroden berühren können, müssen die aufeinanderfolgenden elektronischen Schalter so eingestellt sein, daß die Tröpfchen dann aufgeladen werden, wenn sie die Stiftelektroden berühren, sonst ist die Ladung verloren. Die zu schreibenden Daten müssen an die größte Anzahl von Stiftelektrpden angepaßt werden, die ein geladenes Tröpfchen berühren kann, bevor eine ausreichende Ablenkung erreicht ist. Die Länge der Positionsschieberegister ist gleich der erforderlichen Zeit eines Tröpfchens für die Bewegung vom Punkt P in Figur 2 nach der dem Schieberegister zugeordneten Stiftelektrode.

In Figur 5 sind typische Werte für einen.betriebsfähigen Tintenstrahlschreiber gemäß der Erfindung angegeben. Diese Werte sind wie folgt:

Tintendruck = 4,2 kp/qcm

Düsendurchiaesser = 0,05OS mm

Abmessung der Ablenkplatten = 38,1 mm χ 12,7 mm-■

Ladung der positiven Ablenkplatte = +250 V Ladung der negativen Ablenkplatte = -7 50 V

La 972 007 309842/-Q 813.

Abstand zwischen den einzelnen Stiftelektroden angenähert 2,54 mm

Ladespannung einer Stiftelektrode — + 250 V

Abstand zwischen Stiftelektrode und positiver Ablenkplatte = 0,787 mm

Abstand zwischen Stiftelektrode und negativer Ablenkplatte = 2,388 mm

Abstand zwischen der Vorderkante der Platte und Düse = 6,35 mm

Abstand zwischen der Hinterkante der Platte und dem Aufzeichnungsträger = 12,7 mm

Durchmesser einer Stiftelektrode unten 0,1 mm mit ganz feiner Spitze.

Selbstverständlxch ist dies nur ein betriebsfähiges Ausführungsbeispiel der Erfindung und das hier offenbarte System ist auf diese Werte nicht beschränkt.

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Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Tintenstrahlschreiber mit Schreibdüse, 'Mitteln sum Aufladen der einzelnen Tröpfchen' des Schreibstrahles, einem Ablenksystem zum Ablenken des Schreib Strahls und eineia transpartierbaren Aufzeielmungsträger in der Bahn des Schreibstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ablenkplatten (18, 19; .32, 33) des Ablenksystems eine Reihe von Stiftelektroden (21, 34) angeordnet ist, die selektiv die Tröpfchen des Schreibstrahls auf- ein festes Potential aufzuladen in der Lage sind, und daß die so aufgeladenen Tröpfchen durch das elektrische Feld der Ablenkplatten um einen Betrag ablenkbar sind, der von der Zeit zwischen der Aufladung und dem-Auftreffen des Tröpfchens auf dem Ladungsträger abhängt.
2. 2. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung der Tröpfchen durch eine aus der Reihe der Stiftelektroden (21; 34) durch die Eingabedaten steuerbar ist.
3. 3. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen der festen Aufladespannung an eine der Stiftelektroden durch die Eingabedaten über elektronische Schaltmittel (T1, T2, T3, 4O, 41, 42 _r 49, 50, 51) steuerbar ist.
4. 4. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger (10; 27) relativ zur Schreibdüse (13·,· 25) transportierbar ist.
5. 5. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß üie Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers auf der Ablenkebene der geladenen Tröpfchen senkrecht steht.

   eh 972 007 3 0 9 8 4 2 / 0 8'1 3
6. 6. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ablenkplatten (32) an einem positiven Potential und die zweite Ablenkplatte (33) an einem hohen negativen Potential liegt, daß zwischen den beiden Platten eine virtuelle Erdpotentialebene gebildet ist und daß die Bahn der ungeladenen, nicht abgelenkten Tröpfchen mit dieser virtuellen Erdpotentialebene zusammenfällt.
7. 7. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiale der Ablenkplatten (18, 19; 32, 33) so gewählt sind, daß zwischen diesen Platten eine Bezugsebene mit definiertem Potential gebildet ist, in der sich der Einfluß der beiden Ablenkpotentiale aufhebt, und daß die Stiftelektroden in dieser Ebene angeordnet sind.
8. 3. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibdüse so ausgerichtet ist, daß die ungeladenen Schreibtröpfchen die Spitzen der in einer Reihe liegenden Stiftelektroden berühren.
9. 9. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die letzte der Stiftelektroden (21, 35) als Abfangelektrode für bis dahin nicht aufgeladene Tröpfchen dient.
10. 10. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ablenkbahn der Auffangelektrode ein Auffangröhrchen (22; 47) liegt, das mit dem Vorratsbehälter (24) für die Schreibflüssigkeit in Verbindung steht.
11. 11. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Synchronisierung der an die Stiftelektroden anzulegenden Ladespannung mit der Ankunft aer Tröpfchen an den einzelnen Stiftelektroden vorgesehen siria.

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    ~ ^2O ~ 2313316
12. 12. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibdüse mit einem schwingungsfähigen System (15, 16; 28, 29, 30) verbunden ist, das die Schreibdüse in Vibrationsschwingungen versetzt.

    ÜÜ7

    309 8 42/0.8 1 3