DE2343420A1

DE2343420A1 - Vorrichtung zur erhoehung der druckund ausgabegeschwindigkeit von tintenstrahldruckern

Info

Publication number: DE2343420A1
Application number: DE19732343420
Authority: DE
Inventors: James David Hill; Iii Hugh Edward Naylor; Donald Lee West; Thomas Hampton Williams
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-10-13
Filing date: 1973-08-29
Publication date: 1974-04-25
Also published as: DE2343420C3; DE2343420B2; CA978583A; DE2366097C3; US3769631A; JPS49101468A; FR2206707A5; IT993444B; DE2366097B2; JPS5230329B2; GB1385137A

Description

\ Böblingen, den 24. August 19

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: LE 972 016

Vorrichtung zur Erhöhung der Druck- und Ausgabegeschwindigkeit von Tintenstrahldruckern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung des Durchsatzes und der Druckgeschwindigkeit von Tintenstrahldruckern.

Obgleich Tintenstrahldrucker an sich schon schnell arbeiten, läßt sich mit der vorliegenden Erfindung ein erhöhter Durchsatz bei Tintenstrahldruckern dadurch erreichen, daß man in Abhängigkeit von der Zeichenform und der Anzahl der zum Drucken eines Zeichens erforderlichen Tintentröpfchen die Anzahl der Zeitintervalle möglichst klein macht. Das Drucken von Zeichen, zu deren Herstellung mehr Tröpfchen erforderlich sind, dauert dann etwas langer als das Drucken von Zeichen, für die weniger Tröpfchen erforderlich sind. Zum Stand der Technik sei auf zwei US Patentschriften 3 298 030 und 3 596 275 verwiesen. Beide Patentschriften beschreiben Tintenstrahldrucker, bei denen ein aus einzelnen Tröpfchen bestehender Tintenstrahl in der Weise auf einen Aufzeichnungsträger gerichtet wird, daß die aus einer Düse austretenden Tröpfchen aufgeladen und entsprechend dem darzustellenden Buchstaben abgelenkt werden. Dabei werden die Tröpfchen verschieden stark aufgeladen und durch ein konstantes Potential abgelenkt. Die die einzelnen Zeichen bildenden Flächen haben das Format einer Matrix, deren Breite und Höhe durch die Zahl der Tröpfchen bei der Bildung senkrechter und

409817/0696

waagrechter Linien bestimmt ist. Normalerweise werden die Tröpfchen zu jedem Tröpfchenzeitpunkt erzeugt, der durch die Koordinatenpunkte der Matrix bestimmt ist. Bei solchen Druckern werden-alle Tröpfchen, die für den tatsächlichen Aufzeichnungsvorgang auf dem Aufzeichnungsträger nicht benötigt werden, einen Ablauf zugeführt, während die zur Aufzeichnung benötigten Tröpfchen in Richtung auf den Aufzeichnungsträger abgelenkt werden. Es werden daher die einzelnen Tröpfchen zu jeder Tröpfchenzeit erzeugt, unabhängig davon, ob sie benötigt werden oder nicht, und es geht dabei im Hinblick auf die tatsächlich zum Aufzeichnen der Information erforderlichen Zeit eine Menge Zeit verloren. In der vorher erwähnten US Patentschrift 2 398 ist auf Spalte 5 Zeilen 68 bis 74 nur ganz allgemein angegeben, daß hier eine Möglichkeit gesehen wird, Zeit einzusparen, es findet sich jedoch dort keine Angabe darüber, wie dies durchgeführt werden könnte.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine Treiberstufe für die Ladeelektrode derart gesteuert, daß sie den Tintentröpfchen auf ihrem Weg von der Düse nach dem Aufzeichnungsträger verschieden große Ladungen erteilt. Diese Treiberstufe wird durch einen Digital-Analogumsetzer angesteuert, der ein Potential liefert, das dem Ladungsbetrag für das Tröpfchen und demgemäß dem Betrag der Ablenkung der einzelnen Tröpfchen angepaßt ist, die in Richtung auf den Aufzeichnungsträger fliegen. Wenn Tröpfchen nicht erforderlich sind, d.h. wenn diese Tröpfchen nicht auf dem Aufzeichnungsträger auftreffen sollen, wird auch keine Ladung erzeugt. Ein Zähler überwacht die Spur der Tröpfchen in senkrechter Richtung, und steuert den Digital-Analogumsetzer zur Erzeugung einer einer solchen Position entsprechenden Spannung. Der Digital-Analogumsetzer erhält außerdem ein Ausgangssignal von einem Schieberegister in Form einer binären Null oder einer binären Eins, je nachdem, ob ein Tröpfchen aufgeladen oder nicht aufgeladen werden soll. Die Schaltung liefert zwei Steuerimpulse zum Aussteuern des Schieberegisters und des Zählers in einer Betriebs-

LE 972 016

409817/0698

art, die als normale Tröpfchenerzeugung und Aufladung bezeichnet wird, mit einer relativ geringen Geschwindigkeit, wie z.B. 100 kHz und liefert ferner Impulse mit einer wesentlich höheren Frequenz, beispielsweise 800 kHz in einer Sprungarbeitsweise, durch die der Zähler und das Schieberegister durch die nichtbenutzten Tröpfchenpositionen fortgeschaltet wird, wenn keine Information vorliegt, die gedruckt werden soll. Während dieses Sprungvorgangs liefert der Digital-Analogumsetzer ein Ausgangspotential 0 an die Ladeelektrodentreiberstufe, und stellt damit sicher, daß alle während dieses Intervalls gebildeten Tröpfchen nach dem Ablauf gelangen. Das heißt, das überspringen einzelner Tröpfchenpositionen vollzieht sich mit hoher Geschwindigkeit.

In einer anderen Ausführungsform ist der Digital-Analogumsetzer und der Zähler durch einen Treppenimpulsgenerator ersetzt, der schrittweise sich erhöhende Potentiale an die Ladeelektrodentreiberstufe liefert und diesen normalerweise für normalen Druck schrittweise fortschaltet und ihn mit hoher Geschwindigkeit weiterschaltet, wenn einzelne Tröpfchenpositionen übersprungen werden sollen.

In einer anderen Ausführungsform wird ein Treppenimpulsgenerator oder ein Digital-Analogumsetzer zur Erzeugung einer nichtsequentiellen Tröpfchenanordnung mit entsprechender Aufladung der sich auf den Aufzeichnungsträger zu bewegenden Tröpfchen zur Erzielung der richtigen Ablenkung in jeder vertikalen Spalte der Zeichenmatrix verwendet. Hier werden keine Tröpfchen übersprungen und es wird auch keine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Sprunglogik eingesetzt. Andererseits hat dieses Verfahren aber den Vorteil, daß das Zusammenfließen einzelner Tröpfchen während ihres Fluges in Richtung auf den Aufzeichnungsträger vermieden oder daß auch keine Spritzer auftreten, wenn ein Tröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger auftrifft und ein bereits dort eingetroffenes Tröpfchen teilweise oder ganz überdeckt.

Aufgabe der Erfindung ist es also, einen Tintenstrahldrucker zu LE 972 016

40 9 8 17/0696

schaffen, bei dem einzelne Tröpfchenintervalle übersprungen werden können, wenn Tröpfchen für den Aufzeichnungsvorgang nicht benötigt werden, während im wesentlichen die Tröpfchen nur dann austreten, aufgeladen und abgelenkt werden, wenn Information aufgezeichnet werden soll. Insbesondere soll dadurch ein Zusammenfließen der Tröpfchen und ein Spritzen auf dem Aufzeichnungsträger vermieden werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. IA schematisch, zum Teil als Blockdiagramm, einen

Tintenstrahldrucker mit Sprunglogik, einem Digital-Analogumsetzer, einem Schieberegister und einer typischen Düsenanordnung,

Fig. IB den in Fig. IA ebenso verwendbaren und einsetzbaren Treppenimpulsgenerator mit seinen Anschlußleitungen, der den Digital-Analogumsetzer und Zähler ersetzen kann,

Fig. 2 ein Zeichen, hier das große T zur Erläuterung

der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

verschiedene Impulsdiagramme, die beim Betrieb des Treppenimpulsgenerators gemäß Fig. 5 auftreten,

die Zeitintervalle in bezug auf Fig. 4A,

ein Blockschaltbild eines Treppenimpulsgenerators gemäß Fig. IB,

einen Digital-Analogwandler entsprechend dem in 409817/0696

Fig	. 3A bis C
und	Fig. 4A
Fig	. 4B
Fig	• .5
Fig	. 6
LE	972 016

Fig. IA benutzten Wandler, und

Fig. 7 den Großbuchstaben T mit der nichtsequentiellen

Bildung der einzelnen Tröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger, sowie

Fign. 8A und 8B die Aus gangs signale des Treppenimpulsgenerators

für die nichtsequentielle Schriftbilderzeugung,

In Fig. IA ist ein Aufzeichnungsträger, wie z.B. ein Papier 1, dargestellt, dem die Tröpfchen 2A zum Aufzeichnen eines Zeichens zugeleitet werden, während die nichtbenutzten Tröpfchen 2B an einen Ablauf 35 gelangen. Die Tröpfchen werden durch eine Düsenanordnung 3 mit einer Düse 10,erzeugt, die zunächst einen Tröpfchenstrom 2C liefert, der eine Ladeelektrode 18 durchläuft. Die Ladeelektrode 18 wird durch die Ladeelketrodentreiberstufe gesteuert. Wie bekannt, enthält die Düsenanordnung 3 einen Kristall oder Quarz 8, der durch eine Quarztreiberstufe 15 zur Tröpfchenbildung mit hoher Frequenz angesteuert wird. Tinte wird von einem Vorratsbehälter 5 mit Hilfe einer Pumpe 6 der Düsenanordnung 3 zugeführt. Die vom Ablauf aufgenommene Tinte wird über eine Leitung 27 und eine Pumpe 30 an den Tintenvorratsbehälter zurückgefördert. Wenn die Tröpfchen die Aufladeelektrode 18 durchlaufen, erhalten sie eine Ladung oder werden überhaupt nicht aufgeladen, je nachdem, ob Information aufgezeichnet werden soll, oder ob die Tröpfchen nach dem Ablauf 35 gerichtet werden sollen. Die Ablenkplatte 22 erhält von einer Hochspannungsquelle, die an der Klemme 25 angeschlossen ist, ein konstantes Hochspannungspotential. Die Platte 23 ist am Punkt 7 geerdet. Die Tröpfchen werden zwischen den beiden Platten auf ihrem Weg nach dem Papier 1 proportional der von ihnen mitgeführten Ladung abgelenkt. Ein Haupttaktgeber 11 liefert im Betrieb Taktsignale an die Maschinenlogik 13, die Quarztreiberstufe 15 und an den Zeichengenerator 14. Synchronisiersignale werden von der Synchronisiersteuerung 40 über die Leitung 62 abgegeben. Für die Aufzeichnung jeder vertikalen Spalte eines Zeichens während des

LE 972 016

409817/0696

Aufzeichnungsvorganges liefert der Zeichengenerator 14 das Abbild einer Tröpfchenanordnung an das Schieberegister Nr. 1, das hier mit. 44 bezeichnet ist. Zu einer geeigneten Zeit wird die im Register 44 liegende Information an das Schieberegister Nr. 2 weitergeschoben, das mit 46 bezeichnet ist. Die in den Schieberegistern 44 und 46 liegende Information ist binär mit Null und Eins eingespeichert. Ferner ist ein Digital-Analogumsetzer 42, ein Zähler 43, eine Sprunglogik 47 und eine Torschaltung 52 vorgesehen. Der Zähler 43 liefert ein Ausgangssignal von 6 Bits auf der Leitung 54 nach dem Digital-Analogumsetzer 42 entsprechend der vertikalen Tröpfchenposition in jeder gegebenen Spalte. Der Digital-Analogumsetzer 42 liefert wiederum ein Potential an die Ladeelektrodentreiberstufe zum Aufladen der einzelnen Tröpfchen für einen entsprechenden Grad der Ablenkung zwischen den Platten 22 und 23, so daß sichergestellt ist, daß die Tröpfchen in der richtigen Vertikal-Koordinatenposition auf dem Papier 1 auftreffen« Ob ein Tröpfchen überhaupt aufgeladen wird oder nicht, wird dadurch bestimmt, ob die äußerste rechte Position 46A des Schieberegisters 46 eine Null oder eine Eins enthält.

Während der normalen Aufzeichnung von Information werden Zähler 43 und Schieberegister 46 durch Ausgangsimpulse der Torschaltung 52 über Leitung 55 schrittweise weitergeschaltet. Die Torschaltung wird durch die Sprunglogik 47 unter diesen Bedingungen entsperrt und läßt Impulse mit einer Frequenz von 100 kHz auf die Leitung 60 durch. Ob diese Arbeitsgeschwindigkeit, d.h. die normale Druckgeschwindigkeit für Zeichen von 100 kHz eingehalten wird, wird dadurch bestimmt, ob in der Position 46A des Schieberegisters 46 ein Eins-Bit steht oder nicht. In jedem Fall, in dem in Position 46A des Schieberegisters 46 eine Null steht, ändert die Sprunglogik 47 den Betriebszustand der Torschaltung 52, die dann zum raschen Oberspringen der Tröpfchenzeiten, für die kein Druckvorgang erforderlich ist, eine höherfrequente Impulsfolge von Leitung 65 nach Schieberegister 46 und Zähler 43 durchläßt.

LE 972 016

409817/0696

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Treppenimpulsgenerator 50, Fig. IB in Fig. IA anstelle des Digital-Analogumwandlers 42 und des Zählers 43 eingesetzt und an den Verbindungspunkten 70, 71 und 72 zum Anschluß an die Leitungen 7OA, 71A und 72A in Fig. IB eingesetzt. Semit wird dieser Treppenimpulsgenerator so eingesetzt, daß er den Digital-Analogumsetzer 42 und den Zähler 43 vollständig ersetzt. In diesem Fall wird der Treppenimpulsgenerator 50 während des normalen Druckvorgangs tröpfchenweise weitergeschaltet, d.h. jeweils über ein vorgegebenes Tröpfchenintervall, während dann, wenn keine Information im Schieberegister, Position 46A vorliegt, der Treppenimpulsgenerator mit hoher Frequenz über eine große Anzahl von Tröpfchenintervallen überspringend weitergeschaltet wird, die der Anzahl der zu überspringenden Intervalle entspricht. Die Ladeelektroden-Treiberstufe 21 erhält von dem Generator 50 ein Potential, das der den einzelnen Tröpfchen beim Durchlaufen der Aufladeelektrode zu erteilenden Aufladung 18 entspricht. Im folgenden wird eine etwas genauere Darstellung der verschiedenen Verfahren gegeben.

Ein Tintenstrahldrucker, der eine Aufzeichnung in Schreibmaschinenqualität liefern soll, benötigt eine große Zeichenmatrix. Eine Zeichenmatrix mit 40 mal 24 Punkten und das Beispiel eines Großbuchstabens T ist in Fig. 2 gezeigt. Damit auch Unterstreichungen und Unterlängen, wie beim kleinen Buchstaben g oder beim kleinen Buchstaben j untergebracht werden können, muß die Zeichenmatrix auch unterhalb dem in Fig. 2 gezeigten Buchstaben T noch einen Raum aufweisen. Außerdem muß oberhalb des Buchstabens T noch Raum verbleiben für Akzente, die spanische Tilde usw.

Die Tröpfchen gelangen dadurch auf das Papier, daß der Tintenstrahl von links nach rechts über eine Seite bewegt wird und die Tröpfchen je nach Erfordernis, in senkrechter Richtung abgelenkt werden. Arbeitet der Tintenstrahldrucker mit einer Tröpfchenfrequenz von 100 kHz (10 Mikrosekunden per · Tropfchen).

LE 972 016

409817/0696

"⁸" 2 3 4 3 A 2 O

dann lassen sich zur Erzeugung eines Zeichens 40 mal 24 = 960 Tröpfchen in 9,6 Millisekunden erzeugen. Man sieht aber, daß im Falle des Großbuchstabens T in Fig. 2 tatsächlich nur 124 dieser 960 Tröpfchen benutzt werden. Das heißt aber, daß mehr als 85 % der in eine Zeichenmatrix gehörenden Tröpfchen nicht benutzt werden.

Die neue Vorrichtung ermöglicht es, die Anzahl der nichtbenutzten Tröpfchen zu verringern, so daß insgesamt weniger Zeit zur Erzeugung eines Zeichens benötigt wird. Bei einer gegebenen Tröpfchenerzeugungsgeschwindigkeit können also dann mehr Zeichen dargestellt werden. Für ein Zeichen mittlerer Größe müssen im allgemeinen nicht mehr als 31 Tröfpchen in einer Vertikalabtastung auf das Papier gebracht werden. Zwei Verfahren sind oben bereits angegeben worden, wie die Anzahl der zum Drucken eines Zeichens erforderlichen Tröpfchen verringert werden kann. Diese Verfahren gestatten das Überspringen des Leerraums innerhalb einer vertikalen Abtastung, so daß nunmehr die Tröpfchen verwendet werden, die normalerweise nach dem Ablauf gerichtet wären.

Fig. 6 zeigt schematisch ein Schaltbild eines Digital-Analogumsetzers für eine wirksame Steuerung der Ladeelektrode. Die digitalen logischen Schaltungen gemäß Fig. IA liefern eine Folge digitaler Codesignale an den Digital-Analogumsetzer, der dann eine geeignete Spannung für die Aufladeelektrode erzeugt. Beispielsweise kann ein Code OOOOOO (alle Schalter geschlossen) eine Ausgangsspannung von 20 Volt an die Aufladeelektrode liefern. Ein mit dieser Spannung aufgeladenes Tröpfchen würde beispielsweise am unteren Ende der in Fig. 2 gezeigten Matrix in Position 40 auftreffen. Ein Code 1010000 (40) könnte dann das Tröpfchen in Position 1 am oberen Ende der Zeichenmatrix (mit 200 Volt an der Aufladeelektrode) zum Auftreffen bringen. Dazwischen liegende digitale oder binäre Codes erzeugen Zwischenspannungen in Schritten von (200 - 20) : 39 = 4,61 Volt.

Die Arbeitsweise des in Fig. 6 gezeigten Digital-Analogwandlers LE 972 016

409817/0696

ist wie folgt. Die Schalter Cl, C2, C3, C4, C5 und C6 werden durch die Bits 1 bis 6 des Eingangscodes betätigt. Die Widerstände Rl bis R6 haben zueinander binäre Widerstandswerte derart, daß dann, wenn über jedem Widerstand die gleiche Spannung auftritt und Schalter C2 geschlossen ist, durch R2 ein doppelt so großer Strom fließt, wie durch Rl, wenn Schalter Cl geschlossen ist.

Wenn die nicht invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 47 auf Erdpotential liegt, liegt die invertierende Eingangsklemme auf virtuellem Erdpotential. Daher wird, wenn einer der Schalter Cl bis C6 geschlossen ist, die über dem entsprechenden Lastwiderstand Rl bis R6 liegende Spannung die negative Bezugsspannung von der Spannungsquelle 36 sein. Die Summe der für jedes digitale Eingangssignal El durch die einzelnen Schalter fließenden Ströme muß von dem Stromknoten am Invertiereingang des Operationsverstärkers 47 abgenommen werden. Die Eingangsimpedanz des Verstärkers ist groß, so daß der Strom nicht vom Eingangssignal des Verstärkers abgeleitet werden kann. Daher steigt die Ausgangsspannung des Verstärkers so lange an, bis die Spannung V am Emitter des Transistors 80 groß genug ist, daß der Strom 12 durch den Widerstand 81 zu fließen vermag, so daß 12 = Il ist. Dadurch kann die am Invertiereingang des Verstärkers 47 liegende Spannung auf virtuellem Erdpotential gehalten werden.

Damit die Spannung an dem Emitter des Transistors 80 auf den Wert 12 χ Rf ansteigen kann, muß auch ein Teil des Stromes vom Transistor 80 über den Widerstand 83 nach Erdpotential abfließen. Ist die Verstärkung des Transistors groß, dann ist der Emitterstrom, der die Summe der Ströme durch die Widerstände 81 und 83 darstellt, im wesentlichen identisch mit dem Kollektorstrom. Die Ausgangsspannung fällt dann über Widerstand 85 ab. Der Transistor 80 dient daher als Ausgangspuffer für den Verstärker 47, so daß der Verstärker 47 eine an einer Hochspannungsquelle 87 (200 Volt Gleichspannung) angeschlossene Last aussteuern kann.

LE 972 016

409817/0696

Da der Digital-Analogumsetzer auf jeden eingangsseitig zugeführten Binärcode anspricht, der nicht von der Aufladung eines Kondensators abhängt, ist es nicht notwendig, einzelne Tröpfchen nicht zu verwenden, wenn bei überstreichen einer senkrechten Spalte weiße Stellen übersprungen werden. Dabei wird lediglich der Eingangscode geändert. In dem oben gegebenen numerischen Beispiel werden nur 31 Tröpfchen je senkrechter Spalte benötigt. Die Zeichenmatrix benötigt daher 31 χ 24 = 744 Tröpfchen. Mit einer Tröpfchenzeit von 10 Mikrosekunden sind nur 7,44 Millisekunden je Zeichen erforderlich. Dies gibt eine mögliche Maximalgeschwindigkeit zur Erstellung oder Bildung eines Zeichens, und damit eine Schreibgeschwindigkeit von 134 Zeichen pro Sekunde, was wesentlich schneller ist, als die bisher üblichen 104 Zeichen pro Sekunde.

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild eines Treppenimpulsgenerators 50. Die Taktlogik 90 betätigt einen Analogschalter 91. Wird der Schalter 91 für ein genau kontrolliertes Zeitintervall geschlossen, fließt ein Strom über den Widerstand 93 an den Invertiereingang eines Operationsverstärkers 94. Da jedoch die Eingangsklemme des Verstärkers auf virtuellem Erdpotential liegt, fließt der den Widerstand 93 durchfließende Strom über den Kondensator 96, auf dem ein Potential mit der in Fig. 5 gezeigten Polarität gespeichert wird. Wird der Schalter 91 während der ersten 1,25 Mikrosekunden jeder 10 Mikrosekunden langen Tröpfchenzeit geschlossen, dann ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 94 eine Treppenkurve, wie sie in Fig. 3A gezeigt ist.

Wenn die nichtinvertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 98 an Erdpotential liegt, liegt die invertierende Eingangsklemme auf virtuellem Erdpotential. Ist der Analogschalter 99 geöffnet, dann fließt ein der Ausgangsspannung des Verstärkers 94 proportionaler Strom durch die Widerstände 100 und 101. Da der Eingang des Verstärkers 98 hochohmig ist, fließt der durch die Widerstände 100 und 101 fließende Strom über den Widerstand

LE 972 016

409817/0696

102 nach dem Emitter des Transistors 105, der als Emitterfolgeschaltung geschaltet ist und als Ausgangspufferstufe für den Verstärker 98 dient. Die Spannung am Emitter des Transistors 105 wird durch das Produkt des Widerstandes 102 mit dem diesen durchfließenden Strom ermittelt (wenn der Schalter 99 offen ist). Wenn der Transistor 105 eine hohe Stromverstärkung aufweist, dann ist sein Kollektorstrom im wesentlichen identisch mit seinem Emitterstrom. Der Widerstand 108 der parallel zum Widerstand 102 nach Masse liegt, bestimmt den gesamten Emitterstrom und damit auch den Kollektorstrom. Die Ausgangsspannung tritt über den Widerstand 110 auf, und wird durch den Kollektorstrom des des Transistors 105 bestimmt. Fig. 3C stellt die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme 111 in Fig. 5 dar.

Schließt man den Schalter 99 in Fig. 5 während irgendeiner der Tröpfchenzeiten, so hat das keinen Einfluß auf das Ausgangssignal des Verstärkers 94, der schrittweise nach einer negativen Spannung weiterschaltet. Es fließt jedoch ein hoher Strom I durch die Widerstände 101 und 102 und bringt den Kollektor des Transistors 105 gegen Null Volt. Das hat zur Folge, daß während dieser Zeit erzeugte Tröpfchen eine kleinste Aufladung erhalten. Sie werden daher nicht abgelenkt und treffen auf den Ablauf in Fig. IA auf.

Lädt man den Kondensator 96 für jede 10 Mikrosekunden lange Tröpfchenzeit für.1,25 Mikrosekunden auf, dann kann eine Reihe von 31 Tröpfchen übereinander in den Positionen 1 bis 31 in jeder senkrechten Spalte der Zeichenmatrix in Fig. 2 aufgezeichnet werden. Jedes Tröpfchen, das gebildet wird, während der Schalter 99 geschlossen ist, erhält nur die Kleinstaufladung und erreicht somit das Papier nicht.

Fügt man zu der Taktlogik 90 in Fig. 5 noch eine logische ODER-Verknüpfung hinzu, dann kann ein Tröpfchen nach dem Ablauf in Fig. 1 geschickt und der Kondensator 96 wird bis zu 10 Mikrosekunden lange aufgeladen werden. Auf diese Weise erzeugt der

LE 972 O16

AO9817/0696

Kondensator 96 während dieser einzigen Tröpfchenzeit einen Schritt für 8 Tröpfchenpositionen. Das nächste Tröpfchen tritt daher 8 Tröpfchenpositionen über dem zuletzt abgedruckten Tröpfchen auf (unter der Annahme, daß die nächstfolgende Tröpfchenzeit ebenfalls eine 1,25 Mikrosekunden lange Aufladezeit für den Kondensator 96 enthält).

Die Taktlogik 90 in Fig. 5 kann eine Aufladung des Kondensators für Zeitintervalle von weniger als 10 Mikrosekunden, jedoch mehr als 1,25 Mikrosekunden bewirken. Bei jedem solchen Intervall wird jedoch ein Tröpfchen verschwendet, so daß vorzugsweise nicht mehr als eins oder zwei solcher Intervalle je senkrechter Abtastung benutzt werden.

Läßt man zwei besondere AufladeZeitabschnitte je senkrechte Abtastung zu, so kostet das zwei Tröpfchen, und wenn man nur 31 Tröpfchen zur Aufzeichnung zuläßt, so heißt das, daß nur 33 Tröpfchen je Vertikalabtastung erforderlich sind. Es sind damit 33 mal 24 = 792 Tröpfchen je Zeichen nötig. Bei einer Tröpfchenfrequenz von 100 kHz (10 Mikrosekunden per Tröpfchen) sind nur 7,92 Millisekunden zum Aufzeichnen eines Zeichens erforderlich. Dieses Verfahren erhöht die Druckgeschwindigkeit von 1O4 Zeichen pro Sekunde auf 126 Zeichen pro Sekunde ohne eine Verringerung in der Aufzeichnungsqualität.

Die Taktlogik für den Treppenimpulsgenerator, die in Fig. 5 als Block 90 dargestellt ist, läßt sich leicht dadurch verwirklichen, daß man die in Fig. 4A angenommenen, durch diese logischen Schaltungen erzeugten Taktsignale verwendet. Die vier Grundtaktfolgen und ihre Umkehrung ergeben insgesamt acht 100 kHz-Signale, die jeweils um 45 % in der Phase gegeneinander schrittweise verschoben 3ii)ä (1,25 MiVr

Fig

Von d±e?<~:\ Sie sir·..: ν werden <i:~ .iu.:ch

LE 9". "■■

;■':. :^vLcg".ich- Ta^tin-iervalle abgeleitet. _■;-. :iä',·'" Sr^ejjung dieser Ausdrücke '■I', - K eli air α ν :/■-.:■ gesteuert, so dao

09 6 1

die gewünschte Anzahl von Sprüngen erzielt werden kann.

Verhütung von Zusammenfließen von Tröpfchen und von Spritzen durch nichtsequentielle Arbeitsweise.

Im Fluge abgelenkte Tröpfchen neigen dazu, zusammenzulaufen, wenn sie durch Luft fliegen, und zwar, weil sie sich durch den Luftwiderstand und den Strömungswiderstand verformen. Außerdem treten durch Spritzen Probleme in der Weise auf, daß ein Tröpfchen, das auf der Aufzeichnungsfläche auftritt, ein zuvor angekommenes Tröpfchen teilweise oder vollständig überlappt oder überdeckt. Das bewirkt, daß kleine Mengen Tinte nach rückwärts spritzen und die Ablenkplattenanordnung beschmutzen. Ferner wird auch Tinte in den weißen Raum um das eigentliche Zeichen herum verspritzt, wodurch die Aufzeichnungsqualität verringert wird. Tröpfchen, die fast gleiche Ladung besitzen, wie beispielsweise aufeinanderfolgende Tröpfchen in einer senkrechten Spalte, sind ausreichend dicht beieinander, so daß der größere Luftwiderstand des vorne fliegenden Tröpfchens einen ausreichend großen Geschwindigkeitsverlust zur Folge hat, so daß dieses von dem nachfolgenden Tröpfchen eingeholt werden kann.

Größere Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen, die durch eine größere Ladungsdifferenz zwischen aufeinanderfolgenden· Tröpfchen erzielbar ist, verringert diese Wirkung. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nur jedes zweite Tröpfchen zu benutzen. Das verringert jedoch den Datendurchsatz um 50 %. Man kann andererseits auch verschiedene Treppenstufen-Ladezyklen je senkrechte Abtastung der Zeichenmatrix vorsehen. Das ergibt größere Ladungsdifferenzen zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen und daher eine größere Trennung zwischen diesen. Neben der Beseitigung der Schwierigkeit einander einholender und miteinander verschmelzender Tröpfchen hat dies noch weitere Vorteile: 1. Tintentröpfchen haben die Neigung, von der Oberfläche, auf die sie auftreffen, abzuprallen. Dies läßt sich dadurch verringern, daß man die Tröpfchengeschwindigkeit verringert, und b) daß die Tröpfchen auf einer trockenen oder nahezu trockenen Ober-

^LE972016 409817/0696

-14- ο λ / ο ' *) η

fläche auftreffen. Dieses Verfahren läßt bis zu 20 Tröpfchenzeiten zwischen benachbarten Tröpfchen zu, wodurch die ersten Tröpfchen mehr Zeit haben, sich auszubreiten und absorbiert zu werden, bevor benachbarte Tröpfchen auf dem Papier auftreffen.

2. Die Beseitigung der Verschmelzung von Tröpfchen macht es möglich, die Düse von der zu bedruckenden Oberfläche weiter entfernt anzuordnen. Das gibt mehr Flexibilität in den anderen Bauteilen für die Erzeugung der Tröpfchen und die Ablenkung: a) die Ablenkspannung kann verringert werden, wenn die Ablenkplatten länger gemacht werden, so daß eine kleinere Ablenkkraft auf die Tröpfchen für eine längere Zeit einwirkt, b) der Tintendruck kann herabgesetzt werden, so daß die Auftreffgeschwindigkeit verringert und dadurch das oben beschriebene Spritzproblem verringert wird, c) Ein gegenseitiges Zusammenfließen von Tröpfchen stellt hier keine einschränkende Bedingung für den kleinsten Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen dar. Man kann daher die Tröpfchen für jeden vorgegebenen Druck mit größerer Geschwindigkeit erzeugen, da keine zwei aufeinanderfolgende Tröpfchen über gleiche Bahnen laufen.

Im folgenden soll eine Beschreibung einer Ausführungsform gegeben werden. Es sei erneut auf Fig. 5 verwiesen, in der ein Blockschaltbild eines Treppenimpulsgenerators gezeigt ist. Fig. 4A zeigt die Taktsignale, die durch äußere logische Schaltungen abgegeben werden, und die zum überspringen von Tröpfchen dienen. Änderungen in der Taktsteuerschaltung ermöglichen ein Arbeiten der Schaltung in Fig. 5 mit mehreren Zyklen je senkrechte Abtastung.

Es soll beispielsweise die Verwendung von zwei Treppenimpulszyklen je senkrechte Abtastung betrachtet werden. Der Einfachheit halber soll das Verfahren des übersrpingens von Tröpfchen zur Erhöhung des Durchsatzes hier nicht betrachtet werden, obwohl es auch hier zur Erhöhung der Druckgeschwindigkeit anwendbar ist.

LE 972 016

40981 7/0696

Fign. 2 und 7 zeigen eine 40 χ 24-Punktmatrix mit dem Großbuchstaben T. Es sei hier die Abtastung in Spalte 12 betrachtet, die die Hälfte des Mittelteils des Buchstabens T ausmacht. Mit 40 · Tröpfchen und zwei Treppenimpulszyklen je senkrechter Abtastung würden in 200 Mikrosekunden für jeden Treppenstufenzyklus 20 Tröpfchen benötigt. Für eine vollständige senkrechte Abtastung des Buchstabens T in Spalte 12, Fig. 7, würde die Schaltung in Fig. 5 wie folgt arbeiten:

a) erster Zyklus: der Kondensator 96 hat die Ladung Null, wodurch der Verstärker 94 eine Ausgangsspannung Null liefert. Da das erste Tröpfchen normalerweise nach Zeile 40, Spalte 12 in der Zeichenmatrix (Fig. 7) gehen sollte, die aber unbedruckt bleiben sollte, wird Schalter 99 geschlossen und das Ausgangssignal dieser Schaltung liegt bei ungefähr 0 Volt. Das Tröpfchen 1 fließt daher zum Ablauf 35. Für das zweite Tröpfchen wird Schalter 91 für 2,5 Mikrosekunden geschlossen. und der Kondensator 96 lädt sich über Widerstand 93 auf. Die Spannung am Kondensator 96 wäre normalerweise groß genug, daß das Tröpfchen Nr. 2 in Zeile 38 in Spalte 12 der Fig. 2 auftreffen würde. Dieses Tröpfchen wird jedoch nicht benötigt zum Aufzeichnen des Großbuchstabens T, so daß es nach dem Ablauf geschickt wird.

Kondensator 96 wird für Tröpfchen Nr. 3 für 2,5 Mikrosekunden aufgeladen und wiederum für Tröpfchen Nr. 4. Diese Tröpfchen wurden normalerweise in Spalte 12, Zeile 36 bzw. 34 auftreffen. Da sie jedoch für den Großbuchstaben T nicht benötigt werden, werden diese Tröpfchen durch Schließen des Schalters 99 nach dem Ablauf geschickt.

Tröpfchen 5 bis 16 treffen alle auf dem Papier 1 auf, und die Tröpfchen 17 bis 20 werden nicht beivatzt. Zu diesem Zeitpunkt wird Schalter 115 geschlossen,, und die Ladung auf dem Kondensator 96 wird auf Null zurückgeführt. Bei Beendigung des ersten Zyklus des Treppenimpuls gener a core ergibt sine bauweise Abtastung des Buchstabens T.

LE 972 Ο16

Fig. SA zeigt die Ausgangsspannung des Verstärkers 94 und das Ausgangssignal des Treppenimpulsgenerators für den ersten Zyklus.

B) zweiter Zyklus: bei Beginn des zweiten Zyklus wird der Kondensator 96 Fig. 5, der zuvor durch Schalter 115 entladen wurde, über Schalter 91 für 1,25 Mikrosekunden aufgeladen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 94, in Fig. 8B dargestellt, wird dem Verstärker 98 zugeleitet, und würde normalerweise bewirken, daß Tröpfchen 21 in Zeile 39 in Spalte 12 auftreffen würde. Da dieses Tröpfchen aber nicht benötigt wird, wird es zum Ablauf geführt. Der Kondensator 96 wird für alle nachfolgenden Tröpfchen dieses Abtastzyklus in 2,5 Mikrosekunden langen Intervallen aufgeladen. Die Tröpfchen 22 und 23 werden für die Aufzeichnung nicht benutzt. Die Tröpfchen 24 bis 35 dienen der Aufzeichnung und füllen den Mittelabschnitt des Buchstabens T in Spalte 12 aus. Verwendet man dieses Verfahren, so ergibt sich eine Verzögerung von 20 Tröpfchenzeiten (20 mal 10 Mikrosekunden = 200 Mikrosekunden) zwischen der Zeit, zu der ein Tröpfchen in der Nachbarschaft eines anderen zuvor aufgezeichneten Tröpfchens auftrifft. Dies ist ein 20 mal längeres Intervall, als die 10 Mikrosekunden lange Verzögerung wenn benachbarte Tröpfchen sequentiell, d.h. in ihrer Reihenfolge auf dem Aufzeichnungsträger auftreffen. Diese zusätzliche Zeit ermöglicht es, daß zwei benachbarte Tröpfchen sich ausbreiten und vollständig im Papier absorbiert werden können, so daß die Möglichkeit des Spritzens wesentlich verringert wird.

Obgleich in diesem Beispiel zwei Treppenstufenkurven je senkrechte Abtastung verwendet wurden, lassen sich auch vier oder fünf je Abtastung verwenden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß an den Integrator, der aus dem Operationsverstärker 94, dem Kondensator 96 und dem Widerstand 93 gebildet ist, keine so hohen Genauigkeitsanforderungen zu stellen sind. Werden alle Tröpfchen nacheinander aufgeladen, dann muß die Ladung auf dem Kondensator 6 sehr genau die Summe der für jedes Tröpfchen für die vollen 400 Mikrosekunden einer Abtastung gespeicherten Ladungen

LE 972 016

409817/0696

wiedergeben. Das stellt aber hohe Anforderungen an die Leckstromfreiheit der Schaltung. Benutzt man wie oben beschrieben, zwei Zyklen je Abtastung, dann muß die Summe der den Kondensator 96 zugeführten Ladungen nur für 20 Tröpfchen für nur 200 Mikrosekunden gehalten werden. Damit lassen sich aber in der Schaltung wesentlich billigere Bauelemente verwenden.

Der pigital-Analogumsetzer gemäß Fig. 6 liefert ebenfalls eine Lösung für das Problem der miteinander verfließenden Tröpfchen. Wie bereits erläutert, ergibt sich öfters ein Ineinanderfließen von Tröpfchen, wenn zwei aufeinanderfolgende Tröpfchen sehr ähnliche Ladungen tragen und sehr ähnlichen Flugbahnen folgen, da eines oberhalb des anderen auf der zu beschreibenden Oberfläche auftreffen soll. Verwendet man den oben beschriebenen Digital-Analogumsetzer, dann ist es nicht notwendig, zwei aufeinanderfolgende Tröpfchen auf nebeneinander liegende Positionen auf dem Aufzeichnungsträger zu richten. Dies wurde bereits im Zusammenhang mit der senkrechten Abtastung in Spalte 12 für den Buchstaben T in Fig. 7 beschrieben. Wenn zwei aufeinanderfolgende Tröpfchen nicht in ähnlichen Flugbahnen fliegen, kann ein Zusammenfließen von Tröpfchen nicht eintreten.

Der dritte Vorteil, der sich aus der Verwendung eines Digital-Analogumsetzers, wie er oben beschrieben ist, ergibt, ist daß neben der Vermeidung von Ineinanderfließen von Tröpfchen auch das Spritzproblem wesentlich weniger Bedeutung hat. Alle Tröpfchen überlappen sich zu etwa 20 %, so daß dann, wenn ein Tröpfchen gerade oberhalb eines vorangegangenen Tröpfchens auf dem Aufzeichnungsträger, dem Papier, auftritt, und das vorangegangene Tröpfchen überlappt, ganz kleine Tintentröpfchen in den weißen Raum um das Zeichen und zurück nach den Hochspannungsablenkelektroden verspritzt werden und eine Verschmutzung hervorrufen. Wenn jedoch keine zwei aufeinanderfolgenden Tröpfchen in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft nacheinander auftreffen, dann steht mehr Zeit zur Verfügung, indem die Tinte des ersten Tröpfchens durch den Aufzeichnungsträger, das Papier absorbiert werden kann, bevor benachbarte Tröpfchen eintreffen.

972 oie 4098 17/0696

Claims

PATENTANSPRÜCHE'

Vorrichtung zur Erhöhung der Druckgeschwindigkeit eines .Tintenstrahldruckers mit Mitteln zum Erzeugen, Aufladen und Ablenken von Tintentröpfchen in Richtung auf einen Aufzeichnungsträger oder einen Ablauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintentröpfchen aufeinanderfolgenden senkrechten Spalten einer Zeichenmatrix mit einer vorgegebenen Anzahl von Tröpfchenpositionen steuerbar zugeordnet sind, daß ein Zeichengenerator (14) und mit diesem verbundene Register (44, 46) vorgesehen sind, durch die die Tröpfchenerzeugung (3, 8), Aufladung (18) und Ablenkung je nach darzustellendem Zeichen in der Weise steuerbar sind, daß die Aufzeichnung aufzuzeichnender Tröpfchen mit einer ersten Geschwindigkeit erfolgt, während bei Nichtaufzeichnung in einzelnen Tröpfchenpositionen diese mit einer höheren Geschwindigkeit übersprungen werden.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haupttaktgeber (11) vorgesehen ist, der die einzelnen der Tröpfchenerzeugung, Aufladung und Ablenkung dienenden Einrichtungen für die Aufzeichnung mit einer ersten Frequenz und für die Nichtaufzeichnung mit einer erhöhten Frequenz steuert.

Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Taktimpulsfolge des Haupttaktgebers eine Frequenz von 100 kHz und die zweite Taktimpulsfolge eine Frequenz von 8OO kHz aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeichengenerator (14) für die Codedarstellung der zu druckenden Zeichen in den Registern dient, und daß das zweite Register (46) zur Positionsbestimmung der einzelnen

LE 972 Ο16

409817/0696

Tintentröpfchen mit einem Zähler (43) zum Zählen der
Tröpfchenpositionen in jeder senkrechten Spalte und mit' einem Digital-Analogwandler (42) zur Umwandlung der Codesignale in Auflade- und Ablenkpotentiale verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Haupttaktgeber (11) und dem Zähler (43) sowie zwischen dem Haupttaktgeber und dem zweiten Register (46) eine UND-Torschaltung (52) eingeschaltet ist und daß eine Sprunglogik (47) vorgesehen ist, durch die die Torschaltung (52), das Register (46) und der Zähler (43) bei Auf-Zeichnung mit geringer Geschwindigkeit und bei Nichtaufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit ansteuerbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treppenimpulsgenerator (50) vorgesehen ist, dessen
treppenartig sich ändernden Potentiale den Tröpfchenpositionen in jeder senkrechten Spalte der Zeichenmatrix entsprechen und daß dieser Treppenimpulsgenerator bei Aufzeichnung mit geringer Geschwindigkeit und bei Nichtaufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit fortschaltbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Tröpfchenerzeugung und Ablenkung für jede senkrechte Spalte der Zeichenmatrix in nichtsequentieller
Folge ansteuerbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufzeichnung eines Zeichens mehrere Aufzeichnungszyklen dienen, deren aufeinanderfolgende Tropfchenfolgen eine verschachtelte Aufzeichnung eines Zeichens liefern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufzeichnung eines Zeichens zwei AufZeichnungszyklen dienen, daß während des ersten Zyklus alle geradzahligen zur Aufzeichnung bestimmten Tröpfchen erzeugt und abge-

LE 972 016

409817/0696

lenkt werden und daß während des zweiten Zyklus alle ungeradzahligen zur Aufzeichnung bestimmten Tröpfchen erzeugt und abgelenkt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Treppenimpulsgenerator (50) bei der nichtsequentiellen Aufzeichnung der Erzeugung einer entsprechenden Anzahl einander ergänzender, treppenförmig verlaufender Teilimpulsfolgen dient.

LE 972 016

4098 1 7/0696

Leerseite