DE2348724A1 - Vorrichtung zum abfuehlen der ladung von tintentroepfchen in einem tintenstrahldrucker - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Abfühlen der Ladung von Tintentröpfchen in einem Tintenstrahldrucker ____

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfühlen der Ladung von Tintentröpfchen in einem Tintenstrahldrucker, welche sich vorzugsweise zusammen mit einer Phasensteueranordnung in einer besonderen Synchronisiersteuerung für Tintenstrahldrucker verwenden läßt.

Der Bedarf an verbesserten, kleinen, sehr schnell arbeitenden Druckern hat sich in den letzten Jahren drastisch erhöht. Ein besonderes Anwendungsgebiet für solche Drucker ist die Ausgabe von Datenverarbeitungsanlagen, bei denen die tatsächliche Druckausgabe seit langem Schwierigkeiten bereitete, so daß die auszugebenden Daten oft vorübergehend auf Magnetbändern, Magnetplatten oder Trommeln, manchmal für Stunden, gespeichert werden mußten, bevor die angeschlossenen Druckvorrichtungen die Daten ausdrucken konnten. Die meisten heute erhältlichen Drucker auf diesem Anwendungsgebiet arbeiten mit Drucktypen oder Druckhämmern, wobei das einzelne Druckelement zur Erzeugung eines sichtbaren Buchstabens oder Zeichens mit Kraft gegen einen Aufzeichnungsträger bewegt werden muß. In den letzten Jahren wurden Tintenstrahldrucker entwickelt, bei denen Tinte unter Druck einer geeigneten Düse zugeführt wird. Der Tintenstrom wird dann in eine Anzahl Tröpfchen aufgeteilt. Die Tröpfchenbildung wird auf verschiedene

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Weise gesteuert, beispielsweise durch Vibrieren der Düse, oder durch in die Tintenzufuhr nach der Düse eingeführte Druckstörungen usw. Die von außen an das Tintenstrahlsystem zugeführten Störungen bewirken, daß der von der Düse austretende Tintenstrahl in eine Anzahl gleichförmiger Tröpfchen mit vorbestimmter Frequenz und nicht ganz gleichmäßigem Abstand von der Spitze der Düse unterbrochen wird. Es ist jedoch zwingend notwendig, daß die Erzeugung der Tröpfchen und die Zufuhr der Video-Aufladesignale an den Strom der Tintentröpfchen untereinander synchronisiert sind. Die Geschwindigkeit der Tröpfchenbildung wird in solchen Systemen durch ein Signal bewirkt, daß beispielsweise zum Vibrieren der Düse eingesetzt wird. In unmittelbarer Nachbarschaft von dem Ort, an dem aus dem Tintenstrom die einzelnen Tröpfchen gebildet werden, ist eine Aufladeeinrichtung vorgesehen, die jedem aus der Düse austretenden Tröpfchen eine elektrostatische Ladung erteilt. Üblicherweise nimmt man dazu ein Rohr, einen Kanal, Platten usw. die den an der Düse austretenden Tröpfchenstrom umgeben und mit einer Ladestromquelle geeigneter Art verbunden sind. Die Videosignale werden zwischen der Düse und der Aufladeelektrode zugeführt und die Tröpfchen nehmen in Abhängigkeit von diesem Videosignal eine Ladung an, die durch die Amplitude des jeweiligen Videosignals an der Aufladeelektrode zu dem Zeitpunkt bestimmt ist, an dem das Tröpfchen sich von dem Tintenstrahl ablöst.

Das Tröpfchen durchläuft anschließend ein festes elektrisches Feld und der Betrag der Ablenkung wird durch die Amplitude der Tropfchenladung zu dem Zeitpunkt bestimmt, an dem dieses Tröpfchen durch das Ablenkfeld läuft. Eine geeignete Aufzeichnungsfläche ist hinter den Ablenkeinrichtungen angeordnet, so daß die. Tröpfchen auf der Aufzeichnungsfläche auftreffen, und einen kleinen Punkt erzeugen. Die Position des Tröpfchens auf der Aufzeichnungsfläche wird durch die Ablenkung des einzelnen Tröpfchens bestimmt, die wiederum durch die Tropfchenladung bestimmt wird. Wenn man also die Ladung des Tröpfchens in geeigneter Weise verändert, läßt sich auch der Ort, auf dem das Tröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger auftrifft, entsprechend steuern, so daß durch

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Anlegen geeigneter Videosignale an ein solches System eine sichtbare und lesbare Aufzeichnung auf der Aufzeichnungsfläche erzeugt werden kann. Ein solcher Tintenstrahldrucker ist beispielsweise in der US Patentschrift 3 596 275 beschrieben.

Wie sich aus der folgenden Beschreibung noch im einzelnen ergibt, ist der Zeitpunkt, zu dem sich das Tröpfchen von dem aus der Düse austretenden Flüssigkeitsstrom ablöst, sehr kritisch, da die durch das Tröpfchen mitgeführte elektrostatische Ladung normalerweise durch elektrostatische Induktion erzeugt wird. Das durch das Videosignal erzeugte Feld wird beim Ablösen des Tröpfchens aufrechterhalten. Das Tröpfchen führt daher eine durch dieses Videosignal bestimmte und der Größe oder Amplitude dieses Signals proportionale Aufladung mit sich. Wenn aber zum Zeitpunkt der Ablösung des Tröpfchens das Videosignal in seiner Amplitude entweder ansteigt oder abfällt und nicht über.den ganzen Zeitpunkt der Ablösung des Tröpfchens vorhanden ist, dann wird die exakte Ladung des Tröpfchens eine Funktion des Maximums des Videosignals sein, statt proportional zu diesem Signal gemäß einer vorbestimmten, festen Beziehung. Es ist daher notwendig, wenn man den einzelnen Tröpfchen exakt vorbestimmte Ladungen erteilen will, die aufeinanderfolgenden Videosignalen entsprechen, daß der Zeitpunkt in bezug auf die Taktgabe des Videosignals genau feststeht, wann das Tröpfchen sich vom Tintenstrahl ablöst. Mit anderen Worten müssen der Zeitpunkt der Tropfchenablösung und das Anlegen des Videosignals sehr genau miteinander synchronisiert sein. Wird eine solche Synchronisation zwischen Tröpfchenbildung und dem Videosignal nicht vorgenommen, dann ergibt sich eine ungenaue Steuerung des Druckvorgangs mit einer entsprechenden wesentlichen Verschlechterung der Gleichförmigkeit, Klarheit des Drucks und insgesamt der Qualität des ausgedruckten Ergebnisses.

Es ist schon eine Anzahl von Vorrichtungen zur Feststellung des Zeitpunktes der Tröpfchenbildung bei derartigen Tintenstrahldruckern benutzt worden. In diesem Zusammenhang sei auf die US Patentschriften 3 465 350 und 3 465 351 verwiesen, wobei in

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beiden Systemen jedoch das tatsächliche Auftreffen eines Tintentröpfchens auf einem bestimmten Bauteil wie z.B. einem Tintenablauf oder dergleichen erforderlich ist. Bei allen solchen Tintenstrahldruckern, bei denen die' Tröpfchenbildung sehr rasch vor sich geht, ist eine außergewöhnlich genaue Steuerung der Synchronisation des Systems dringend erforderlich. Die dort zur Feststellung der TröpfchenZeitpunkte offenbarten Vorrichtungen sind jedoch nicht ganz unproblematisch, da sich auf dem empfangsseitigen Element Tinte ansammelt, was die Empfindlichkeit des Systems verringert. Das beeinträchtigt in solchen Systemen mit außerordentlich hohen Arbeitsgeschwindigkeiten die exakte Steuerung der Synchronisation. Außerdem gibt die Ansammlung von Tinte auf dem Ablauf auch noch bei der Wartung Schwierigkeiten da diese Tinte immer wieder entfernt werden muß.

Es wurde nunmehr jedoch gefunden, daß eine verbesserte Abfühlung bei solchen Tintenstrahldruckern zum Feststellen der exakten Zeiten möglich ist, zu denen die Tröpfchen gebildet werden, wenn man induktive Ladungsabfühlelemente verwendet, die aus einem stabförmigen Leiter bestehen, der in der Nähe des Tintenstrahles angebracht ist, sich jedoch in einer solchen Position befindet, daß die Tintentröpfchen nicht auf den stabförmigen Leiter auftreffen, jedoch eine Aufladung des stabförmigen elektrischen Leiters durch induktive elektrostatische Kräfte in ziemlich der gleichen Weise bewirken, wie das Tintentröpfchen selbst, ursprünglich aufgeladen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine verbesserte Vorrichtung zur Feststellung der Ablösezeitpunkte der Tintentröpfchen aus dem Tintenstrahl für einen Tintenstrahldrucker zu schaffen. Dabei wird ein besonderes Bauelement verwendet, um die von den einzelnen Tröpfchen mitgeführten Ladungen zu benutzen, um die Ablösezeiten zu ermitteln. Dabei soll die Ladung der Tintentröpfchen durch elektrostatische Induktion abgefühlt werden, es soll ein wesentlich besseres Signal zu Störverhältnis der Abfühlschaltung erreicht werden, und das Verschmutzen der Abfühlelektrode selbst vermieden werden.

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

Fig. IA ein Blockschaltbild und eine vereinfachte

perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Prinzips und der elektrischen Bauelemente eines Tintenstrahldruckers unter Verwendung des induktiv arbeitenden Abfühlelementes für die Tröpfchenladung,

Fig. IB Impulsdiagramme zur Darstellung der zeitlichen

Abläufe innerhalb der Fig. IA,

Fig. 2 Impulsdiagramme zur Darstellung eines bevorzugten

Verfahrens zum Aufladen der Tintentropfchen während einer Prüfphase des Arbeitszyklus,

Fig. 3 Kurven zur Darstellung einer anderen Ausführungs

form zum Zuführen eines Prüfsignals an verschiedene Tintentröpfchen während der Prüfphase eines Arbeitszyklus,

Fign. 4A und den Ort eines gegebenen Tintentröpfchens in bezug 4B auf die Spitze des Abfühlelementes zu den Zeit

punkten Tl und T2,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der im Abfühlelement

als Ergebnis eines vorbeifliegenden, aufgeladenen Tröpfchens erzeugten Aufladung,

Fig. 6A bis Kurven zur Darstellung einer Reihe von in dem 6D Abfühlelement induzierten Ladungen und die

kumulative Aufladungswirkung in diesem Abfühlelement,

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Fig. 7 den Verlauf der Ströme in der Abfühlschaltung als

Ergebnis der in Fig. 6D gezeigten induzierten Ladung,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung mit einer Matrix von Abfühlelementen zur Erläuterung der Anwendung der Erfindung, und überwachung der Synchronisation einer Anzahl von einzelnen Tintenstrah1strömen,

Fig. 9 eine Teilschnittansicht von Fig. 8 zur Darstellung

eines einzelnen Abfühlementes der gezeigten Art, einer Düse einer Aufladeeinrichtung und einer Ablenkeinrichtung, wie sie in einem solchen System angeordnet sein würden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ganz allgemein durch ein Abfühlelement in einem Tintenstrahldrucker gelöst, bei dem die einzelnen Tintentröpfchen elektrostatisch aufgeladen und anschließend elektrostatisch abgelenkt werden. Das Abfühlelement besteht aus einem elektrisch leitenden Stift, der in Richtung des Tintenstrahls nach der Aufladestation in unmittelbarer Nachbarschaft von dem Tintenstrahl angeordnet ist, von diesem jedoch nicht getroffen wird. Auf jeder Seite des Abfühlelementes und im wesentlichen senkrecht zu dem Tintenstrahl, sind zwei Abschirmplatten angeordnet, die jeweils eine kleine Bohrung aufweisen, so daß die Tintentröpfchen dort hindurch treten können.

Das Abfühlelement ist mit einem geeigneten Verstärker verbunden, der entsprechend der durch das Abfühlelement festgestellten induzierten Ladungen ein impulsförmiges Ausgangssignal abgibt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Prüfzyklus benutzt, bei dem den Tintentröpfchen eine besondere Prüfladung erteilt und eine Anzahl aufeinanderfolgender Tröpfchen verwendet wird, um eine kumulative Aufladung des Abfühlelementes zu erreichen, wodurch das Signal zu Störverhältnis und

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damit die Genauigkeit der Arbeitsweise des Abfühlelernentes wesentlich erhöht wird.

In Fig. IA ist eine Anordnung eines Tintenstrahldruckers mit elektrostatischer Ablenkung der Tintentröpfchen gezeigt/ bei welchem das induktive Abfühlelement gemäß der Erfindung zwischen Aufladestation und Ablenkstation angeordnet ist. Der mechanische Teil des Systems besteht aus einem Tintenvorratsbehälter 10, in dem die Tinte unter Druck gehalten wird und von wo sie über eine Leitung 12 nach einer Düse 14 fließt. Der Tintenstrahl 16 tritt unter Druck aus der Düse 14 aus und bildet anschließend die Tintentröpfchen 18. Die Einzelheiten bei der Bildung der Tröpfchen im Tintenstrahl sind aus Fig. 9 genauer zu ersehen, und man stellt dabei fest, daß die Tröfpchenbildung nicht unmittelbar an der Düse selbst, sondern in einer gewißen Entfernung von der Düse beginnt und zwar innerhalb der Aufladestation 20. Dies ist, wie leicht einzusehen, notwendig, da zum induktiven Aufbringen einer Ladung auf dem Tröpfchen eine Strombahn in der Tinte vorhanden sein muß, so lange sie gerade vor der Bildung der Tröpfchen 18 noch unter dem Einfluß des aufladenden elektrischen Feldes ist. Dieses Merkmal ist klar aus Fig. 9 zu erkennen.

Nach Verlassen der Aufladestation durchlaufen die Tröpfchen die Abschirmplatten 24 mit den darin angebrachten Bohrungen und laufen in unmittelbarer Nachbarschaft an dem Abfühlelement 22 für die Tröpfchenladung vorbei, welches in der dargestellten Ausführungsform aus einem metallischen Stift besteht. Die Einzelheiten bezüglich der Anbringung dieses Stiftes in bezug auf den Tröpfchenstrom sind in den folgenden Figuren noch deutlicher gezeigt und .werden anschließend beschrieben. Die Tröpfchen erreichen dann die Ablenkplatten 26, wobei die Ablenkung der einzelnen Tröpfchen sich aus der Ladung jedes einzelnen Tröpfchens zusammen mit der Größe der Ladung der Ablenkplatten 26 ergibt. In dem wohl am meisten benutzten System, wie es beispielsweise in der bereits genannten US Patentschrift 3 596 275 beschrieben ist, wird das Ablenkfeld konstant gehalten und die Aufladung der einzelnen Tröpfchen verändert. Es sollte jedoch klar sein, daß das Abfühl-

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element gemäß der vorliegenden Erfindung genauso brauchbar wäre, wenn die Ladung der einzelnen Tröpfchen stets die gleiche ist und ein veränderliches Feld an die Ablenkplatten angelegt wird. Anschließend treffen die Tröpfchen nach Durchlaufen des Ablenkfeldes auf der Aufzeichnungsfläche 28 auf, wobei der Auftreffpunkt jeweils durch das der Aufladestation 20 zugeführte Videosignal bestimmt wird.

Man sieht, daß der zur Erzeugung der Tröpfchen dienende Wandler 30 an der Düse 14 angeschlossen ist. Bei der üblichen Bauart ist dieser Wandler ein piezoelektrischer Kristall, der die Düse mechanisch vibrieren läßt, und so die anschließende Bildung der Tröpfchen 18 bewirkt. Die Schwingfrequenz des Kristalls bestimmt die Frequenz der Tröpfchenbildung. Offensichtlich bestimmt die Phase der Schwingung des Kristalls den exakten Zeitpunkt, insbesondere in bezug auf die Videosignalquelle, zu welchen die Tröpfchen erzeugt werden. Wie bereits erwähnt, haben die einzelnen Tröpfchen entweder gar keine Ladung, oder eine falsche Ladung, wenn der Zeitpunkt der Tröpfchenbildung mit den von der Videosignalquelle 32 kommenden Signalen nicht einwandfrei synchronisiert ist, so daß sich eine sehr schlechte Druckqualität ergibt. In dem hier offenbarten System wird eine Synchronisiersignalquelle 34 benutzt, die sowohl den Wandler 3O ansteuert, als auch als Haupttaktgeber für die Videosignalquelle 32 dient. Diese Synchronisier-.signalquelle würde normalerweise ein sehr stabiler Oszillator sein, der die für die Tröpfchenbildung erforderliche Frequenz erzeugt. Die nach der Videosignalquelle 32 gehenden Synchronisiersignale durchlaufen ein Phasenschiebernetzwerk 36, in dem eine Phasendrehung oder Phasenänderung eingeführt werden kann, die einem mit dem Abfühlelement 22 verbundenen Verstärker 38 entnommenen Signal entspricht. Wenn also die Tröpfchen in bezug auf das Anlegen des Aufladesignals sich zu früh oder zu spät ablösen, kann in das Phasenschiebernetzwerk 36 eine entsprechende Phasenverschiebung oder Phasendrehung eingeführt werden.

In Fig. IB sind drei Kurven gezeigt, die zeigen, was vor sich geht, wenn ein Tröpfchen sich vom Tintenstrom in Phase oder vollständig

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außer Phase mit dem Aufladesignal ablöst. In dieser Figur stellt die Kurve A das an den die Tröpfchen erzeugenden Wandler 30 angelegte Signal dar. Die beiden Pfeile an der Kurve zeigen den exakten Zeitpunkt der Tröpfchenablösung vom Tintenstrahl. Die Kurve B zeigt das der Aufladestation 20 durch die Videosignalquelle 22 zugeführte Aufladesignal, das im wesentlichen in Phase mit der Tröpfchenablösung ist, und die Kurve C zeigt ein Aufladesignal, das vollständig nach der Tröpfchenablösung angelegt wird. Man sieht sofort aus der Kurve C, daß in diesem Fall das Tröpfchen praktisch keine Ladung erhält, so daß das System nicht richtig arbeitet.

Es ist daher zwingend notwendig, in einem solchen Tintenstrahldrucker genau und zuverlässig arbeitende Synchronisierschaltungen vorzusehen, um ein optimales Arbeiten des Systems zu erzielen. Wie bereits bemerkt, war es bisher erforderlich, die Tröpfchen unmittelbar selbst zu benutzen, um eine solche Taktgabe oder Synchronisationsmessungen durchzuführen. Es ist ohne weiteres klar, daß bei einer Ansammlung von Tintentröpfchen auf diesen Elementen verschiedene Schwierigkeiten auftreten können. Einmal verringert sich die Empfindlichkeit bei Ansammlung von Tinte, die dann auf dem Abfühlelement antrocknet. Die Tinte kann außerdem auch noch auf benachbarte Teile des Systems nachteilige Wirkungen ausüben. Um ein solches Ansammeln von Tinte zu vermeiden, oder aber seine Wirkungen möglichst klein zu halten muß die Maschine periodisch abgeschaltet und das Abfühlelement dann gereinigt werden. Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung kommt das induktive Abfühlelement niemals mit den einzelnen Tintentröpfchen in Berührung und nimmt nur induktiv das entsprechende Signal auf, das in einem Verstärker verstärkt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wurden beste Ergebnisse dann erzielt, wenn in dem System periodisch ein besonderer Prüfzyklus benutzt wird, um die derzeitige Synchronisation der Tröpfchenbildung und Aufladung zu überprüfen.

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Pig. 2 und 3 zeigen Möglichkeiten auf, wie die Prüf- und Überwachungssignale den Tröpfchen übermittelt werden können. In beiden Figuren stellt die Kurve a das Wandlersignal dar, bei dem der Pfeil den Augenblick der Tröpfchenablösung anzeigt, und die Kurve b zeigt das den Aufladeplatten zugeführte Signal. In Fig. 2 besteht das Prüfsignal aus einer Reihe kurzer Impulse, die nacheinander während der Periode des Wandlersignals auftreten. Der Zyklus gemäß Fig. 2 erfordert daher eine Reihe von Prufimpulsen, die einer vorbestimmten Anzahl von Tintentröpfchen zugeführt wird, wobei jede Impulsserie etwas gegen die andere verschoben ist. Wenn durch das Abfühlelement und den Verstärker eine vorbestimmte Signalamplitude festgestellt ist, ergibt sich, daß das Tröpfchen sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in bezug auf die Phase des Wandlersignals abgelöst hat. Das Phasenschiebernetzwerk kann dann so gesteuert werden, daß das zur Aufladung dienende Videosignal ungefähr um den festgestellten Ablösepunkt herum zentriert wird.

Übliche Bauelemente, wie z.B. der Ablauf 27 werden zum Auffangen der geladenen oder teilweise geladenen Pruftröpfchen benutzt, so daß sie den AufzeichnungsVorgang nicht stören. Falls erforderlich, kann man den Prüftropfchen auch eine gegenüber der normalen Aufzeichnung entgegengesetzt gerichtete Ladung erteilen.

In Fig. 3 ist ein Analogsystem gezeigt, bei dem ein langsam ansteigendes Signal während der Prüfphase einer Reihe von Tröpfchen zugeführt wird, wobei, abhängig von der Amplitude der festgestellten Aufladung die zeitliche Lage der Tröpfchenablösung in bezug auf die Phase des Wandlersignals leicht feststellbar ist. Im dargestellten Fall tritt die Tröpfchenablösung ziemlich weit unten auf dem ansteigenden Signal auf, sollte jedoch festgestellt werden, daß sich das Tröpfchen später in der Phase ablöst, würde den Tröpfchen eine größere Aufladung erteilt werden, wodurch das Abfühlelement auch eine entsprechend größere Ladung feststellen würde. Dem Phasenschiebernetzwerk würde dann ein entsprechendes Korrektursignal zugeführt werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben.

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Es wird angenommen, daß die elektronischen Schaltungen, wie sie in diesem neuen System erforderlich sind, für den Fachmann keine Schwierigkeiten darstellen, der ohne weiteres in der Lage sein wird, ein Phasenschiebernetzwerk zum Steuern des Zeitpunktes aufzubauen, an dem das Videosignal an die Aufladeelektrode angelegt werden muß. Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer digitalen Schaltung ist in der gleichzeitig eingereichten

Patentanmeldung (Aktenzeichen der Anmelderin YO 972 031)

beschrieben. In der vorliegenden Anmeldung geht es jedoch um die Einzelheiten der Abfühlung, wobei es offensichtlich ist, daß dieses Abfühlelement auch mit anderen Steuerschaltungen und mechanischen Vorrichtungen zusammen verwendbar ist, ohne daß es dabei erforderlich ist, das Abfühlelement wesentlich zu ändern.

Im Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 7 wird die tatsächliche Arbeitsweise oder die Aufladewirkung beschrieben. Fig. 4A und 4B zeigen lediglich den Ort eines einzelnen Tintentröpfchens in bezug auf die Zeit in den Zeitabschnitten Tl und T2 an. In Fig. und im Zusammenhang mit den Fign. 4A und 4B sieht man, daß zum Zeitpunkt ti die maximale induzierte Ladung erreicht ist, wenn das Tintentröpfchen die Vorderkante des Abfühlelements erreicht hat, so daß die volle Aufladewirkung im Abfühlelement auftritt. Dies ist in Fig. 5 zum Zeitpunkt t. dargestellt, der der Beginn eines Bereiches mit konstanter Amplitude ist. Diese maximale Aufladewirkung hält bis zum Zeitpunkt t_? an, wonach die Ladung sehr rasch wieder abfäll, wenn das Tröpfchen den Bereich des Abfühlelementes verläßt. In gleicher Weise baut sich eine Ladung in bezug auf die Vorderkante des Abfühlelernentes langsam auf, wenn das Tröpfchen sich dem Abfühlelement nähert.

Die Fign. 6A bis 6D zeigen, wie eine Anzahl von Tröpfchen während einer Prüfphase benützt werden kann, um die gesamte induzierte Ladung, die in Fig. 6D dargestellt ist, zu einem Maximum zu machen, und um die Empfindlichkeit oder das Signal zu Störverhältnis des Systems zu erhöhen. Die Kurven 6A, 6B und 6C entsprechen im Prinzip der Kurve in Fig. 5 und dienen der Darstellung

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der Aufladewirkung einer aufeinanderfolgenden Reihe von Tröpfchen, die am Abfühlelement vorbeilaufen. Fig. 6D zeigt die gesamte auf dem Abfühlelement während einer Folge von festgestellten aufgeladenen Tröpfchen angesammelte Aufladung. Die im Abfühlelement aufgebaute Ladung und damit das Signal, das einer entsprechenden Abfühlschaltung zugeführt wird, die vorzugsweise ein Verstärker mit sehr hoher Eingangsimpedanz ist, ist im wesentlichen in Fig. 6D gezeigt. Wenn dieses Signal dem Verstärker zugeleitet wird, wird dies im Eingangskreis des Verstärkers einen Signal zur Folge haben, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.

Abhängig· von der tatsächlich benutzten Schaltung kann das an den Zeitpunkten t und t₀ auftretende Signal ta des Phasenschiebernetzwerks benutzt werden.

Zeitpunkten t und t₀ auftretende Signal tatsächlich zur Steuerung

Man sieht, daß die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die in Eig. 4A und 4B im Querschnitt dargestellt ist, ein einziges einzelnes langgestrecktes stab- oder stiftförmiges Abfühlelement ist, das aus hochleitendem Material, wie z.B. Kupfer oder möglicherweise Aluminium besteht. Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß ein Abfühlelement für eine induktive Ladung auch eine andere Form haben kann, wie z.B. die Form einer Platte, eines Ringes, eines U-förmigen Kanales, der die Bahn des Tintentröpfchenstrahls umgibt und in geeigneter Weise mit einer Abfühlschaltung verbunden ist.

Die Abschirmplatten können aus jedem beliebigen dünnen Metall, wie z.B. Aluminium, Messing oder Kupfer hergestellt sein. Die Bohrung sollte groß genug sein, so daß keine Möglichkeit besteht, daß das Hindurchfliegen der Tintentröpfchen durch die Bohrungen beeinträchtigt wird. Die Dicke und der Abstand der beiden Abschirmplatten ist nicht übermäßig kritisch. Beispielsweise können die beiden Platten jeweils etwa 1,6 mm von dem Abfühlelement entfernt angeordnet sein.

In den Fign. 8 und 9 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die sich insbesondere für eine Anordnung mit einer größeren

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Anzahl von Düsen für Tintenstrahldrucker eignet, wie sie beispielsweise bei einem Matrixdrucker an sich bekannter Art Verwendung finden könnten. In dieser Ausführungsform wird für jeden Tintentröpfchenstrahl der Matrix ein gesondertes Abfühlelement benutzt. In Fig. 8 ist nur das Abfühlelement dargestellt, da der Gesamtaufbau ähnlich wäre, wie in Fig. IA. Selbstverständlich wären dabei eine entsprechend große Anzahl von Düsen und die zugehörigen elektronischen Schaltungen vorzusehen.

In Fig. 8 ist eine Anzahl von stabförmigen Abfühlelementen 22 gezeigt, die in einem nichtleitenden, z.B. aus Kunststoff bestehenden Block 40 angebracht sind. Die Abschirmplatten 42 sind in geeigneter Weise auf den beiden Seiten des Blockes 40 befestigt und die Bohrungen 44 dienen dem Durchlaß der einzelnen Ströme von Tintentröpfchen durch die Abfüh!einheit.

Eine Anzahl solcher Ströme von Tintentröpfchen ist dargestellt und mit dem Bezugszeichen 46 versehen. Selbstverständlich durchläuft jeder Strahl von Tintentröpfchen seine eigenen Ablenkplatten, die entweder bewirken, daß die einzelnen Tintentröpfchen einen Ablauf oder eine sonstige Abschirmung treffen, oder aber zur Darstellung eines Punktes an einem vorbestimmten Ort auf einer Aufzeichnungsfläche weiterfliegen.

Ferner ist ein Verstärker 48 mit jedem der Abfühlelemente 22 verbunden und weist eingangsseitig ein nach Masse führendes Widerstands- oder Impedanzelement 50 auf. Andererseits kann das Abfühlelement auch mit dem Eingang eines Strom/Spannungsverstärkers verbunden sein, wie er beispielsweise in dem Buch "Operationsverstärker, Konstruktion und Anwendung" von Toby, Graemp und Huelsmann, beschrieben ist, das bei McGraw Hill, New York, 1971 erschienen ist. Das Ausgangssignal jedes Verstärkers wird, wie bereits beschrieben, einem zugehörigen Phasenschieber- oder Steuernetzwerk zur Steuerung der Phase des Aufladesignals für die zugehörige Düse und Aufladeelektrode zugeführt.

Die relative Anordnung des gesamten Systems ist nochmals in Fig.

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zusammengefaßt dargestellt. Dabei zeigt Fig. 9 im Prinzip die Düse 14, den sich in einzelne Tröpfchen 18 auflösenden Tintenstrahl, die Aufladeelektroden 20, die Abfühlstation mit dem Abfühlelement 22 und schließlich die Ablenkplatten 26. Man sieht ganz deutlich, daß sich die Tröpfchen innerhalb des Bereichs der Aufladeelektroden 20 ablösen. Wie bereits erwähnt, ist dies notwendig, damit die Aufladespannung die erwünschte Wirkung auf ein Tröpfchen haben kann, d.h., das Tröpfchen muß unmittelbar vor dem Ablösen unter dem vollen Einfluß des Aufladefeldes sein, so daß die Elektronen aus dem beeinflußten Tröpfchen durch den.Tintenstrom nach Masse abfließen können. Das Anbringen der Aufladeelektrode entspricht üblicher Bauart und der Punkt der Tröpfchenbildung ist relativ konstant, da die primären Systemvariablen die Viskosität, Temperatur und dergleichen sind. Die Variable, die die hier zu lösenden Schwierigkeiten bringt, ist die Synchronisierung des exakten Ablösezeitpunktes eines Tröpfchens mit dem Anlegen des Aufladesignals an den Aufladeelektroden 2O. Wie aus Fig. 9 und auch aus Fig. 13 insbesondere im Zusammenhang mit Kurve C ersichtlich wird, erhält ein Tröpfchen, wenn zum Zeitpunkt des Ablösens des Tröpfchens an der Auf ladeelektrode kein Aufladesignal liegt, entweder gar keine oder nur eine sehr kleine Aufladung aufgrund der Nachwirkung des vorangegangenen Aufladesignals.

Die Form und der Ort des Ab fühle lernen ts 22 zusammen mit den Abschirmplatten 42 und den Bohrungen 44 sind in Fig. 9 deutlich zu erkennen. Wie angegeben, muß das Abfühlelement ausreichend nahe an dem Strom der Tintentropfchen angeordnet sein, und auch wiederum, nicht so nahe an dem Strom der Tintentröpfchen liegen, daß keine Möglichkeit besteht, daß die Tintentröpfchen auf dem Abfühlelement auftreffen. Die Größe des Signals wird durch die Breite oder Dicke des Abfühlelernents nicht wesentlich beeinflußt, da nur die sich nähernden und abfliegenden geladenen Tröpfchen zum Ausgangssignal des Abfühlelernentes beitragen. In der Praxis wurden Ab fühle lernen te benutzt, deren Durchmesser etwa 5 bis 20 mal dem Durchmesser der Tintentröpfchen entsprach. Der Abstand eines

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Tröpfchens vom Tintenstrahl sollte zwischen 5 und 10-fachem eines Tintentröpfchens liegen. Typische Werte der über dem Widerstand 50 mit einem Wert von 10 Megohm abfallenden Spannung sind etwa
50 bis 150 mV für 16 Tröpfchen bei 100 kHz und den oben angegebenen Abmessungen.

Für die Zwecke der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde eine Anzahl von Tröpfchen für die Prüf- und Überwachungsperiode benutzt, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist; Man könnte beispielsweise auch nur ein einziges Tröpfchen dazu verwenden, dann wäre aber das Signal zu Störverhältnis des Abfühlverstärkers von größerer Bedeutung. Ein Prüfsignal erhöhter Amplitude in bezug auf das zum Drucken benutzte Signal läßt sich ebenfalls mit einem oder mehreren Prüftröpfchen verwenden, um ein entsprechendes Signal festzustellen.

Nach der vorangegangenen Beschreibung des erfindungsgemäßen Abfühle lementes , sei nochmals darauf hingewiesen, daß die wesentlichen Elemente der Erfindung ein elektrisch leitendes Abfühlelement für eine Ladung und eine Anordnung von Abschirmplatten
ist. Das elektrisch leitende Abfühlelement ist für eine induktive Aufladung durch den Tintenstrom angeordnet, weist iedoch von
diesem Tintenstrom einen ausreichend hohen Abstand auf, daß der Tintenstrom nicht auf dem Abfühlelement auftreffen kann. Im Betrieb fühlt daher das Abfühlelement das Auftreten einer Ladung
auf einem Tröpfchen induktiv ab, und stellt ferner durch Abfühlung die Ladung auf dem Tröpfchen fest, die dazu benutzt
werden kann, eine positive Anzeige über die Wirksamkeit des Aufladesignals zu geben. Im letzteren Fall kann die Amplitude durch Synchronisation des Aufladesignals mit dem exakten Ablösezeitpunkt des Tintentröpfchens vom Tintenstrom verwendet werden. Man kann leicht die gesamte Genauigkeit des Systems dadurch erhöhen, daß man Energie von aufeinanderfolgenden aufgeladenen Tröpfchen
akkumuliert, um größere Ausgangssignale und damit ein besseres
Signal zu Störverhältnis zu erzielen. Es ist ferner möglich, in

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der Abfühlschaltung eine hohe Impedanz zu verwenden, die ebenfalls das Signal zu Störverhältnis verbessert. Endlich läßt sich das Abfühlelement in solchen Systemen dazu verwenden, andere Parameter als die besondere Aufladesynchronisation.zu überwachen. Beispielsweise läßt sich das Abfühlelement für Geschwindigkeitsmessungen durch Verwendung einer Anzahl solcher Elemente einsetzen, die in einem genau bekannten Abstand längs des Tintenstromes angeordnet sind.

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Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Vorrichtung zum Abfühlen der Ladungen von Tintentröpfchen in einem Tintenstrahldrucker mit einer aus einem Tintenbehälter unter Druck gespeisten Düse und Einrichtungen zum Bilden, Aufladen, Ablenken und Auffangen von Tintentröpfchen, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Aufladeelektroden (20) in unmittelbarer Nachbarschaft des Stromes von Tintentröpfchen ein induktives Abfühlelement (22) angeordnet ist, das durch induktive Aufladung durch die Ladung der Tröpfchen der Bestimmung der Ladung der Tröpfchen dient.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Abfühlelements (22) senkrecht zur Bahn der Tintentröpfchen mit einer Bohrung für den Durchtritt der Tintentröpfchen versehene Abschirmplatten (26) angeordnet sind die das Abfühlelement gegen Streufelder abschirmen, und daß mit den Abschirmplatten eine Potentialquelle verbunden ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfühlelement ein langgestreckter Stab ist, dessen eines Ende derart in der Nachbarschaft des Stroms der Tintentröpfchen liegt, daß es von diesen nicht getroffen werden kann, wobei der Abstand des Abfühlelements (22) von dem Tintenstrahl etwa gleich dem 5- bis 10-fachen eines Tröpfchendurchmessers und der Durchmesser des Abfühlelementes etwa dem 5- bis 20-fachen eines Tröpfchendurchmessers entspricht.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfühlelement über einer Impedanz (50) angeschlossen ist und daß das über dieser Impedanz abfallende Signal einer zur Weiterverarbeitung dieses Signals dienenden Verstärkerschaltung (48) zugeführt wird, die ein Steuer-

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   signal für eine Regelschaltung zu liefern in der Lage ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Tintenstrahldrucker mit einer linearen Anordnung von mehreren Tintenstrahldüsen, Aufladevorrichtungen, Ablenkeinrichtungen, Auffangeinrichtungen usw. eine entsprechende Anordnung von Abfühlelementen (22) vorgesehen ist, die in einem gemeinsamen isolierenden Stützkörper (40) angeordnet sind, der auf beiden Seiten mit entsprechenden Bohrungen (44) versehene Abschirmplatten (42) aufweist und daß jedes Abfühlelement über eine Impedanz (50) mit einer entsprechenden Auswerteschaltung (48) verbunden ist.

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