DE2313916C2

DE2313916C2 - Tintenstrahlschreiber

Info

Publication number: DE2313916C2
Application number: DE2313916A
Authority: DE
Inventors: Chen-Hisiung Vestal N.Y. Lee; Harold Richmond Lominac; Charles Owen Ross; Bruce Allen Endicott N.Y. Wolfe
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-04-06
Filing date: 1973-03-21
Publication date: 1984-01-19
Also published as: DE2313916A1; US3769624A; JPS4910629A; FR2179392A5; GB1403276A; IT981195B; CA974569A; JPS5225285B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahlschreiber mit Schreibdüse und einer diese in Schwingungen versetzenden Vibrationseinrichtung mit Mitteln rum Aufladen der einzelnen Tintentröpfchen und an Spannung liegende Ablenkplatten, mit einer Auffangvorrichtung für nicht benutzte Tintentröpfchen sowie mit einem quer zur Ablenkeinrichtung relativ bewegbaren Aufzeichnungsträger.

Tintenstrahlschreiber sind bereits bekannt So zeigt bereits die HS Patentschrift 35 96 275 einen Tintenstrahlschreiber mit einem von einer Düse ausgehenden

Tlni^nctrahl hpi Hpm cifh pinp AnfpinanrWIViloP <;ehr

kleine· Tröpfchen bildet, die auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers gerichtet sind. Beim Bilden der Tröpfchen werden diese jeweils mit einer elektrostatischen Ladung versehen, die dem Augenblickswert eines aufzuzeichnenden Erngangssrgnais 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 abgelenkt, der eine Funktion der Größe der Ladung eines jeden 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

■5 eigene Lsdungscharakteristik, die es nach dem gewünschten Schreibpunkt auf dem Aufzeichnungsträger führt Ein Tintenstrahlschreiber dieser Art ist auch in der DE-OS 19 12 279 offenbart
Es wurde festgestellt daß diese Systeme noch eine

in Reihe Probleme aufwerfen. Beispielsweise werden die diskreten Tröpfchen innerhalb eines Bereichs erzeugt der von einer Ladeelektrode umgeben ist und den Tröpfchen unterschiedliche Ladungen erteilt Der Abreißpunkt für das Tröpfchen im Hauptslrom in

η 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 üch 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 Tröpfchen unterschiedliche Ladungen erhalten, es möglich ist wegen der Koppelkapazität zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen und zwischen den Tröpfchen und den Ablenkplatten, daß ein Tröpfchen von dem vorherge-

jo henden Tröpfchen angezogen wird, dieses einfängt und mit ihm verschmilzt was sich in unerwünschten Schreibpunkten niederschlägt

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, einen Tiniensirah'scnreiber der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem ciie Synchronisierung und die Steuerung der Ablenkung nur noch von einem ständig austretenden Tintentröpfchenstrom einer konstanten Ablc-nkspannung und von der konstanten Aufladung der Tintentröpfchen sowie der nach der Aufladung zurückgelegten Flugstrecke abhängt Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die eine der beiden Ablenkplatten an einem positiven Potential und die andere Ablenkplatte an einem hohen negativen Potential liegt wobei zwischen diesen beiden Ablenkplanen eine virtuelle Erdpotentialebene gebildet ist. in der sich der Einfluß der beiden Ablenkpotentiale aufhebt, daß dabei die Bahn der ungeladenen nicht abgelenkten Tintentröpfchen mit dieser virtuellen Erdpotentialebene zusammenfällt, daß ferner parallel

^ri> zur Bahn der unausgeienkten Tintentröpfchen zwischen Jen beiden Ablenkplatten eine Reihe von auf Abstand stehenden, nach oben spitzen Stiftelektroden. die selektiv zur Aufladung der sie passierenden Tintentröpfchen an ein festes Aufladepotential anschaltbar sind.

derart in dieser Erdpotentialebene angeordnet sind, daß

Hip i/nn Apr ^hrpihHiicp L· nmmpnApn ιιησρΙαΗρπρη

Tintentröpfchen die Spitzen der in Reihe liegenden Stiftelektroden berühren, und daß fü- eine Aufzeichnung die einzeln durch eine de;· Stiftelektroden aufgeladenen Tintentröpfchen durch das elektrische Fe/d zwischen den Ablenkplatten nach einer Schreibposition um einen Betrag ablenkbar sind, der von der Flugzeit des Tintentröpfchens zwischen seiner Aufladung durch eine der Stiftelektroden und dem Auftreffen

<ή des Tintentröpfchens auf dem Aufzeichnungsträger abhängt.

Die Stifteiektroden dienen also der selektiven Aufladung solcher Tröpfchen, die eine Schreibposition

auf dem Aufzeichnungsträger abgelenkt werden sollen. 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 au „ ' .denen Stiftelektrode kommt, dann wird Gas 1,<.pfchen aufgeladen und durch das konstante Hochspannungsfeld abgelenkt bis es auf dem Aufzeichnungsträger auftrifft Da die Tröpfchen aus einer - fizigen Quelle mit einer konstanten Ladespann- ,,g aufgeladen werden, werden alle Tröpfchen auf de>. gleichen konstanten Wert aufgeladen und der Betrag, um den jedes Tröpfchen abgelenkt wird, hängt dann nur noch von dem Abstand zwischen der die Aufladung bewirkenden 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 fCr jedes Tröpfchen ein Stromimpuls erzeugt da auch die Abfangelektrode die Tröpfchen auflädt die zum Schreiben nicht benutzt werden. Diese Stromimpulse werden der Phasenstabüitätsschaitung zusammen mit einem Phasenabtastimpuls und geeigneten Taktimpulsen zugeführt und das Ausgangssignal dieser Schaltung wird den Schieberegistern der Stiftelektrode 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 dit Ladung eines vorausfliegenden Tröpfchens nicht die endgültige Ladung eines F^röpfchens das gerade aufgeladenen wird. Außerdem ist die Anwesenheit von Satellitentröpfchen nicht nachteilig für den Druckvorgang. Die hier verwendete Aufladung und Synchronisierung gestattet d'e Verwendung eines jeden Tropfens. Außerdem ist df Toleranzbereich für die Resistivität de^r Tinte sehr hoch und es sind daher geringere Ablenkipannungen zulässig.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen nähe-r beschrieben.

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlschreibers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Tintenstrahlschreifaers gemäß der Erfindung,

Fig.3 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Arbeitsweise der Phasenstabilitätsschaltung desTintenstrahlschreibers gemäß F i g. 2,

F i g. 4 Impulszüge, wie sie in F i g. 3 auftreten und

F i g. 5 schematisch eine Darstellung der tatsächlich auftretenden Größenverbältnisse und Spannungswerte in einem Ausführungsbeispiei

F i g. 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 Druck von 2,8 bis 7 kp/cm², tritt aus einer Düse 13 aus und durchläuft eine auf Erdpotential 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 Tröpchen autzuteilen, was mindestens zum Teil auf die Oberflächenspannung zurückzuführen ist. Um sicherzu- > stellen, daß die Tröpfchen im wesentlichen gieichförmige Abmessungen haben und mit gleicher Auftrittsfrequenz austreten, wird dem austretenden Flüssigkeitsstrahl eine regelmäßige Durchmesserschwankung erteilt. Diese Durchmesserschwankungen ts eten bei einer vorbestimmten Frequenz auf. Diese Frequenz kann beispielsweise bei 100 kHz liegen, in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform werden die ■Durchmesserschwankungen des Strahls dadurch erzeugt daß die Düse 13 mit der gewünschten Frequenz vibriert. 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 können.

Diese Tröpfchen, die im wesentlichen frei von jeder elektrischen Ladung sind, werden mit relativ hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 10 gerichtet und durchlaufen unterwegs den Raum zwischen zwei elektrostatischen Ablenkplatter 17 und 18. Diese Platten sind auf eine konstante Spannung entgegengesetzter Polarität aufgelad n. Beispielsweise kann die Ablenkplatte 17 auf eine positive Spannung von 250 Volt über Leitung 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 Erdungseben» existiert. Die Strahldüse 13 ist derart ausgerichtet, d&ß die Bahn der ungeladenen Tröpfchen mit der virtuellen Erdungsebene zusammenfällt.

In dem Raum /wischen den Ablenkplatten 17 und 18 entlang der Sahn der Tröpfchen ist eine Reihe von Sti'tekktroden 21 angeordnet. Die Anzahl der Stiftelektroden entspricht dabei der Anzahl der Ablenkpositionen oder DruckDosiiionen auf dem Aufzeichnungsträger und einer zusätziicnen Abfangelektrode. Rr den normalen Schreibvorgang nimmt man gewöhnlich etwa 15 Stiftelektroden i>nd eine Abfangelektrode, während man für Kurvenschrdber und graphische Aufzeichnungen bii zu 30 Süheieklroden verwenden wird. Die Stiftelektroden 21 sind dabei parallel zu der Ablenkbahn ausgerichtet und erstrecken sich in einer Rkhtdng senkrecht zur Bahn der Tröpfchen, so daß ein ungeladenes Tröpfer2ϊϊ mit allen Stiftelektroden in Berührung kommt, und die Stiftelektrode 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. Wiö aus Fig. 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 StifteJektrode bis zum Auftreffen auf dem Aufzeichnungsträger. Nicht geladene Tröpfchen werden durch die letzte Stiftelektrode in der Reihe aufgeladen, die als Abfangelektrode dient und werden in ein entsprechendes Abfangröhrchen 22 abgeleitet und gelangen damit in den Vorratsbehälter zurück.

F i g. 2 zeigt schematisch als Blockschaltbild einen Tintenstrahlschreiber gemäß der Erfindung.

Eine Druckquelle 23 hält im Tintenvorratsbehälter 24 den gewünschten vorgegebenen hydrostatischen Druck aufrecht Die Tine oder Schreibflüssigkeit in dem Vorratsbehälter gelangt über eine Rohrleitung nach der 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 dargestellte 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 der Düse etwa 100 000 Tröpfchen je Sekunde austreten, dann beträgt die Frequenz des Oszillators 100 kHz.

Die Tinte, die auf Erdpotential iiegt tritt aus der Abschirmung 26 als eine Aufeinanderfolge ungeladener Tröpfchen 31 mit gleichem Abstand aus, die auf ihrem Weg nach dem Aufzeichnungsträger zwischen zwei parallelen elektrostatischen Ablenkplatten 32 und 33 hindurchlaufen. An der Ablenkplatte 32 Iiegt eine positive Spannung V_p ι und an der Ablenkplatte 33 liegt eine negative Spannung V_pz. Diese Spannungen werden konstant gehalten. Daher besteht zwischen den beiden Ablenkplatten ein festes elektrisches Feld und eine virtuelle elektrische Erdungsebene. Die Düse 25 ist so gerichtet, daß die Bahn 34 eines ungeladenen Tröpfchens 31 mit der virtuellen elektrischen Erdungsebene zusammenfällt

Des weiteren ist eine Reihe von Stiftelektroden 35 vorgesehen, die mit gleichmäßigen Abständen hintereinander angeordnet sind. Es 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 gleichgro-

ße 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 Stiftefektroden entspricht der Anzahl der Ablenkpositionen und einer Abfangelektrode, die die letzte Stiftelektrode in der Reihe ist Die Stiftelektroden sind in der Bahn 34 so ausgerichtet, daß ein ungeladenes Tröpfchen mit allen Stiftelektroden in Berührung kommt Der Ort der Stiftelektroden in bezug auf die Vorderkante der Ablenkplatten läßt sich aus der folgenden Gleichung berechnen.

Dabei ist

0,113 £«/2 mu²

die elektrische Feldstärke zwischen den

Ablenkplatten in Volt/cm

die Ladung jedes Tröpfchens (coulomb)

"*'■·· Längsgeschwindigkeit eines Tröpfchens in

cm/ see.

m = die Masse des Tröpfchens in kg · secVcm
a = die Länge der Ablenkplatten in cm

b = der Abstand zwischen der Hinterkante der Ablenkplatten und dem Aufzeichnungsträger i?cm

A, = der Betrag der Ablenkung eines Tröpfchens jo nach einer SchreiDposition auf dem Aufzeich

nungsträger in cm und

Ii = der Abstand, den eine Stiftelektrode von der Vorderkante der Ablenkplatten aufweisen muß, um eine Ablenk'ing At eines Tröpfchens in cm zu bewirken.

Werden die Stiftelektroden 35 gemäß dieser Gleichung angeordnet, dann ist, wie in Fig.2 gezeigt, das durch die erste Stiftelektrode mit Abstand /ι von der Vorderkante der Ablenkplatten aufgeladene Tröpfchen um den Betrag A, 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 Beträge A₂ bzw. Ai 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

so 33 abgelenkt so daß der Druck in waagrechter Richtung quer zum senkrecht sich bewegenden Aufzeichnungsträger 27 erfolgt

Eine konstante und gleichgroße Spannung wird an den Stiftelektrcden 35 angelegt die zur Aufladung eines

Tröpfchens ausgewählt werden. Eine Spannungsquelle mit einer konstanten positiven Spannung von + V\ liegt gesteuert durch elektronische Schalter, an ausgewählten Stifteiektroden. Diese Schalter werden wiederum durch die zu druckenden oder schreibenden Eingabedaten gesteuert. Wie aus Fig.2 zu erkennen, besteht die Ladeschaltung für die erste Stiftelektrode der Reihe aus einem NPN-Transistor Ti, dessen Kollektor 36 mit der ersten Stiftelektrode und dessen Emitter 37 mit einer Erdpotentialquelle 38 verbunden ist Die Erdpotential-

quelle 38 legt die virtuelle elektrische Erdungsebene fest Diese Spannungsquelle 38 kann auch ein von Erdpotential verschiedenes Potential haben, so daß die Potentialebene einen entsprechenden Wert hätte. Die

Kollektoreiektrode 36 ist außerdem über einen Widerstand R1 an eine Stromabfühlschaltung 39 angeschlossen, die wiederum mit der Spannungsquelle Vi in Verbindung steht. Diese Spannungsquelle kann z. B. eine positive Spannung von 250 Volt liefern. Man sieht, daß die Ladestromkreise für die zweite und dritte Stiftelektrbde identisch aufgebaut sind unter Verwendung des NPN-Transistors 72 und Widerstand R 2 und des NPN'-Transistors 7"3 und j Widerstand R 3. Die Emitterelektroden aller dieser Transistoren liegen auf Erdpoteritial 38 und alle Kbllektbrelektrod'.n sind über Kollektorwiderstände mit der Stromabfühlschaltung 39 und der Ladespannungsquelle + V, 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 + V-. 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 Ti 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.

In F i g. 2 sind
Vd die Spannung, auf die das Tröpfchen zum

interessierenden Zeitpunkt aufgeladen ist
V₁ die Ladespannung
V die Spannung über den Ablenkplatten
Qi die Kapazität zwischen Tröpfchen und der positiven Ablenkplatte

Cj2 die Kapazität zwischen 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 Ti, 7"2 und T3 sind leitend, wenn nicht aufgeladen und gedruckt wird. Wenn Transistor Ti leitend ist, fließt Strom von der Ladespar.nungsquel-Ie + Vi über die Stromabfühivorrichiung 39, den Widerstand Ri. Transistor Tl nach Masse 38. Daher liegt die erste zum Aufladen dienende Stiftelektrode auf Erdpotential. Die Spannung Vd des Tröpfchens ist somit 0 und die Ladungskomponenten bleiben 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 z. B.Transistor Tl gesperrt und, da der Kollektor 36 keinen Strom i'ührt, gelangt die Ladespannung 4- V_x an die erste Stiftelektrode 35 über Widerstand Al. ω

Wenn nun ein Tröpfchen mit der ersten Stiftelektrode in Berührung kommt und Transistor Tl gesperrt ist dann fließt ein kleiner Strom, der die Kapazitäten Qi und Cd2 des Tröpfchens gegen die Ablenkplatten 32,33 auflädt, von der Aufladespannungsquelle Vi über die Stromabfühlvorrichtung 39 und den Widerstand R1 nach dem Tintentröpfchen und bringt damit das Potential des Tintentröpfchens auf das Potential der Stiftelektrode, d. h. auf + V\. Die Stiftelektrode und das Tintentröpfchen bilden daher die gemeinsame Elektrode für die Kapazitäten Q_t und Cj₂ und schließen damit den Stromkreis über die Spannungsqtiellen + V_p 1 bzw. Vpi der Ablenkplatten. Diese fast augenblickliche Ladungsänderung ist die Ursache des für die Aufrechterhaltung der Phasenlage abgefühlten Stromes. 1st Tl leitend, dann ändert sich die Spannung der Tinte am Berührungspunkt mit der Stiftelektrode nicht. Daher ändert sich auch die'Ladung nicht und der Strom ist Null.

Wie in Fig.2 gezeigt, wird das durch die erste Stiftelektrode aufgeladene Tröpfchen aus seiner normalen Bahn durch das 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 Δ, abgelenkt ist Alle Tröpfchen, die mit einer Stifielektrode in Berührung kommen, die aufgeladen ist, werden entsprechend geladen und abgelenkt, wobei das Maß 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 Nanosekunden über den Widerstand Ru Ri, Ri 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 Fig.2 gezeigt, wird der Strom durch die Stromabfühlvorrichtung 39 abgefühlt, die ein Eingangssignal an den Abfühlverstärker 46 liefert der ein logisches Ausgangssignai abgibt. Das Ausgangssignal O zeigt an. daß kein Ladevorgang stattfindet, während der positive Übergang nach dem 1-Zustand den Ze'punkt anzeigt, wenn durch Berührung mit der Stiftelektrode ein Tröpfchen aufgeladen wird. Alle Tröpfchen werden aufgeladen, weil auch die letzte Stiftelektrode. die Abfangelektrode, 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 aaf 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 Zeitpunktes benutzen, in dem das Tröpfchen die Stifteäektrode berührt. Dieses Verfahren hat alle Vorteile von Rückkopplungssystnmen. Es läßt sich jedoch nur dann einsetzen, wem nur eine Döse je Quarz oder Kristall vorgesehen ibt, oder wo eine Düse eine für eine Mehrfachdüsenanordnung adäquate Steuerung liefert Im vorliegenden Fall wird vorzugsweise das zweite Verfahren benutzt, wie in Fig.2 gezeigt und das logische Ausgangssignal des Abfühlverstärkers 46 wird einer Phasenstabilitätsschaltung 47 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 Taktschaitung 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 Phasenstabilitätsschaltung 47 wird rückgekoppelt und den Schieberegistern 40,41 und 42 über monostabile Kippschaltungen 49, 50 bzw. 51 zugeführt, wodurch der Zeitpunkt entweder verzögert oder beschleunigt wird, zu dem die Eingabedaten zur Aufladung der Stiftciektroden angelegt werden.

Die gesamte Phasenstabilitätsschaltung ist in F i g. 3 und die dort auftretenden Impulszüge sind in F i g. 4 gezeigt. Der Taktgenerator 52 erzeugt alle 10 MikroSekunden, oder jedesmal, wenn ein Tröpfchen gebildet wird, einen Impuls D. Fig.4. Diese Impulse werden einem hochfrequenten Taktgenerator 53 synchron mit dem Zehnfachen der Tröpfchentaktfrequenz zugeführt. Diese zehnfache Taktfrequenz dient der Ableitung von 10 diskreten, eine Mikrosekunde langen Phasenimpulsen A für jeden Impuls D. Die Zehnfach-Taktimpuise A werden der logischen Schaltung 54 zusammen mit den Tröpfchen-Aufladestromimpulsen B und den Phasenimpulsen C zugeführt. Die logische Schaltung 54 verhält sich >vie die dann 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 Phaienimpuls bleibt die Ausgangsphase unverändert.

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

3. Bei Auftreten eines Phasenimpulses und eines Stromimpulses wird die Ausgangsphase um +1 nach vorne verschoben.

Die Ausgangsimpulse Q der logischen Schaltung 54 werden einem 10 bit-Ringzähler 55 zugeführt der für je 10 Eingangsimpulse einen Ausgangsimpuls fin F ig. 4 abgibt Die Breite der Ausgangsimpulse ^entspricht der Periode der Eingangsimpulse Q. Die vom Ringzähler 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 der kein Phasenimpuls auftritt bleibt die Ausgangsph?se unverändert und der Ausgangsimpulszug Q ist der gleiche wie die zehnfache Taktfrequenz. Nach 10 Ausgangsimpulsen 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 fesi und wird durch die Geschwindigkeit des Tröpfchenflusses und durch den ίο 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 roder 1/10 der Tröpfchenperiode zu verzögern. Dies wird dadurch erreicht, daß man aus dem φ-Ausgangsimpulszug einen Impuls ausfallen läßt wie durch den Spalt X im Zug der F i g. 4 angedeutet ist Ais ein Ergebnis verzögert die Rückkopplung vom Ringzähler 55 nach den monostabilen Kippschaltungen 49, 50 und 51 das Anlegen der Eingabedaten an die Stiftelektroden um eine Impulszeit oder eine Mikrosekunde. Diese Bedingung bleibt so lange erhalten, bis ein Stromimpuls und ein Phasenimpuls gleichzeitig auftre- zi ten.

Zur Erläuterung der Bedingung 3. bei der ein Phasenimpuls und ein Stromimpuls beide gleichzeitig auftreten, ist in F i g. 4 gestrichelt ein Stromimpuls By eingezeichnet der zusammen mit dem Phasenimpuls C jo auftritt In diesem Fall überträgt die logische Schaltung 54 zwei rasche Impulse, dargestellt durch die gestrichelten Impulse Qi und Ch in einer Mikrosekunde. dem Zeitintervall des fehlenden Taktimpulses. Die positive Kante der Impulse Q₁ und Q2 schaltet den Ring?ähler 55 κ um eine Extraposition weiter, woraus sich ein früherer Ausgangsimpuls E\ ergibt der gestrichelt eingezeichnet isL Die Rückkopplung dieses Impulses nach den monostabilen Kippschaltungen bewirkt daß die Eingabedaten den Stiftelektroden eine Mikrosekunde früher «> zugeführt werden.

Man sieht also, daß beim Anlauf des Systems die Ausgangsphase in diskreten Schritten von t verzögert bis der Stromimpuls gleichzeitig mit dem Phasenimpuls auftritt, worauf die Ausgangsphast dann um f beschleunigt wird. Die Phase wird daher um +(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 weiterzuschalten. 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 Stiftelektroden angepaßt werden, die ein geladenes Tröpfchen berühren kann,

fc"' bevor eine ausreichende Ablenkung erreicht ist Die Länge der Positionsschieberegister ist gleich der erforderlichen Zeit eines Tröpfchens für die Bewegung vom Punkt Pm Fig.2 nach der dem Schieberegister

zugeordneten Stifte'.ektrode.

In F i g. 5 sind typische Werte für einen betriebsfähigen TintenstPihlschreiber gemäß der Erfindung angegeben. Diese Werte sind wie folgt:

Tintendruck=4,2 kp/qcm

Düsendurchmesser=0.0508 mm Abmessung der Ablenkplatten «=38,1 mm x 12,7 mm

Ladung der positiven Ablenkplatte= +250 V Ladung der negativen Ablenkplatte = — 750 V 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 ='635 mm

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

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

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

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentanspruch:

Tintenstrahlschreiber mit Schreibdüse und einer diese in Schwingungen versetzenden Vibrationseinrichtung mit Mitteln zum Aufladen der einzelnen Tintentröpfchen und an Spannung liegende Ablenkplatten, mit einer Auffangvorrichtung für nicht benutzte Tintentröpfchen sowie mit einem quer zur Ablenkeinrichtung relativ bewegbaren Aufzeichnungsträger,

dadurch gekennzeichnet,
daß die eine der beiden Ablenkplatten (32) an einem positiven Potential und die andere Ablenkplatte (33) an einem hohen negativen Potential liegt, wobei zwischen diesen beiden Ablenkplatten eine virtuelle Erdpotentialebene gebildet ist in der sich der Einfluß der beiden Ablenkpoientiale aufhebt,
daß dabei die Bahn der ungeladenen nicht abgelenkten Tintentröpfchen mit dieser virtuellen Erdpotentialebene zusammenfällt,
daß ferner parallel zur Bahn der unausgelenki
Tintentröpfchen (31) zwischen den beiden Ablenkplatten (18, 19; 32, 33) eine Reihe von auf Abstand stehenden Stiftelektroden (21; 35) mit ganz feinen Spitzen, die selektiv zur Aufladung der sie passierenden Tintentröpfchen an ein festes Aufladepotential (V,), anschaltbar (T₁, T₁, T_s) sind, derart in dieser Erdpotenlialebene angeordnet sind, daß die von der Schreibdüse kommenden ungeladenen Tintentröpfchen die feinen Spitzen der in Reihe liegenden Stntelektroden berühren, und
daß für eine Aufzeichnung die einzeln durch eine der Stifteiektroden aufgeladenen Tii .eniföpfehen durch das elektrische Feld zwischen den Ablenkplatten nach einer Schreibposition uir. einen Betrag ablenkbar sind, der von der Flugzeit des Tintentröpfchens zwischen seiner Aufladung durch eine der Stiftelektroden und dem Auftreffen des Tintentröpfchens auf dem Aufzeichnungsträger abhängt.