DE2366097C3

DE2366097C3 - Vorrichtung zur Verhütung des Zusammenfließens von Tröpfchen in Tintenstrahldruckern

Info

Publication number: DE2366097C3
Application number: DE2366097A
Authority: DE
Inventors: James David Hill; Hugh Edward Naylor Iii; 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: 1979-09-06
Also published as: JPS5230329B2; IT993444B; GB1385137A; DE2343420C3; US3769631A; DE2343420B2; CA978583A; JPS49101468A; DE2366097B2; DE2343420A1; FR2206707A5

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhü tung des Zusammenfließens von Tröpfchen und von Spritzern in Tintenstrahldruckern durch eine nichtsequentielle Arbeitsweise.

Im Fluge abgelenkte Tröpfchen neigen dazu, zusammenzulaufen, wenn sie durch die Luft fliegen, und zwar, wenn 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 auftrifft, ein zuvor angekommenes Tröpfchen teilweise oder vollständig überlappt oder überdeckt. Das bewirkt, daß kleine Mengen Tinte nach rückwärts spritzen und die eng benachbarte 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 w> 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 Ladungsdifferen/ zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen erziclbar ist. verringern diese Wirkung, lime weitere Möglichkeit besteht darin, nur jedes zweite Tröpfchen zu benutzen. Das verringert jedoch den Datendurchsatz um 50%. Will man dagegen die hohe Druckgeschwindigkeit beibehalten, dabei aber die Schwierigkeit einander einholender und miteinander verschmelzender Tröpfchen beseitigen, dann sind neue Lösungswege erforderlich. Die Erfindung schlägt daher vor, verschiedene ineinander verschachtelte Treppenstufen-Ladezyklen je senkrechte Abtastung der Zeichenmatrix vorzusehen. Das ergibt größere Ladungsdifferenzen zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen und daher eine größere Trennung zwischen diesen.
Das hat folgende Vorteile:

1. Tintentröpfchen haben die Neigung, von der Oberfläche, auf die sie auftreffen, abzuprallen. Dies läßt sich bei dem neuen Verfahren dadurch verringern, daß man die Tröpfchengeschwindigkeit verringert, und b) daß die Tröpfchen auf einer trockenen oder nahezu trockenen Oberfläche auftreffen. Das neue 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 jetzt 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 können, so daß eine kleinere Ablenkkraft auf die Tröpfchen für eine längere Zeit einwirkt.

b) Der Tintendruck kann herabgesetzt werden, so daß die Auftrefigeschwindigkcit verringert und dadurch das oben beschriebene Spritzproblem verringert wird.

c) Fun 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.

Zum Stand der Technik sei auf zwei US-Paientschriftrn 32 98 030 und 35 96 275 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 waagerechter Linien bestimmt ist. Normalerweise werden die Tröpfchen zu jedem Tröpfchenzeitpunkt erzeugt, der durch die Koordinatenpunkte der Matrix bestimmt ist. Dabei ist es ferner aus der deutschen Auslegungsschrift Π87Η16 bekannt, die ein/einen Tinlentröpfcheri einzeln ;uif durch die Steueranordnung festgelegte

Punkte abzulenken. Bei solchen Druckern werden alle Tröpfchen, die für den tatsächlichen Aufzeichnungsvorgang auf dem Aufzeichnungsträger nicht benötigt werden, einem Ablauf zugeführt, während die zur Aufzeichnung benötigten Tröpfchen in Richtung auf den Aufzeichnungsträger abgelenkt werden.

Gemäß der Erfindung wird dagegen eine Treiberstufe für die Ladeelektrode derart gesteuert, daß sie den Tintentröpfchen in genau vorbestimmter, verschachtelter Weise verschieden große Ladungen erteilt. Diese Treiberstufe wird dabei 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 eintreffen sollen, wird auch hier keine Ladung erzeugt. Ein Zähler überwacht aber 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 Steuerimpulse zum Aussteuern des Schieberegisters und des Zählers.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Treppenimpulsgenerator oder ein Digital-Analogumsetzer zur Erzeugung einer nichtsequentiellen Aufladung der sich auf den Aufzeichnungsträger zu bewegenden Tröpfchen zur Erzielung der richtigen verschachtelten Ablenkung in jeder vertikalen Spalte der Zeichenmatrix verwendet. Diese Lösung hat den Vorteil, daß das Zusammenfließen einzelner Tröpfchen während ihres Fluges in Richtung auf den Aufzeichnungsträger sicher vermieden wird oder daß auch keine Spritzer auftreten, wenn ein Tröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger auftrifft und ein bereits dort eingetroffenes Tröpfchen teilweise oder ganz überdeckt.

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

Fig. ia schemalisch, zum Teil als Blockdiagramm, einen Tintenstrahldrucker, einen Digital-Analogumsetzer, ein Schieberegister und eine typische Düsenanordnung.

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

F i g. 2 den Großbuchstaben T mit der erfindungsgemäßen, verschachtelten nichtsequentiellen Bildung der einzelnen Tröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Treppenimpulsgenerators gemäß F i g. Ib sowie

F i g, 4a und 4b die Ausgangssignalc des Treppenimpulsgenerators für die nichtsequentielle Schriftbilderzeugung.

In Fig. la ist ein Aufzeichnungsträger, wie z. B. ein Papier 1. dargestellt, dem die Tröpfchen 24 zum Aufzeichnen eines Zeichens zugeleitet werden, während die nicht benutzten Tröpfchen 2Ö an einen Ablauf 35 gelangen. Die Tröpfchen v/erden durch eine Düsenanordnung 3 mit einer Düse 10 erzeugt, die zunächst einen TröDfchenstrom 2C liefer¹, der eine Ladeelektrode 18 durchläuft. Die Ladeelektrode 18 wird durch die Ladeelektrodentreiberstufe 21 gesteuert Wie bekannt, enthält die Düsenanordnung 3 einen Kristall oder Quarz 8, der durch eine Quarztreiberstufe 15 zurTröpfchenbildung 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 prc. .»rtional der von ihnen mitgeführien Ladung abgelenkt. Lip HaupUaklgeber 11 liefert im Betrieb Taktsignale an die Maschinenlogik 13, die Quarztreiberstufe 15 und an den Zeichengenerator 14. Synchronisiersignale werden von der Sypchronisiersteuerung 40 über die Leitung 62 abgegeben. Für die Aufzeichnung jeder vertikalen Spalte eines Zeichens während des Aufzeichnungsvorganges liefert der Zeichengenerator 14 das Abbild einer Tröpfchenanordnung an das Schieberegister Nr. I, 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 gespeichert. Ferner ist ein Digital-Analogumsetzer 42, ein Zähler 43, eine Sprunglogik 47, die hier nicht verwendet wird, und eine Torschaltung 52 vorgesehen. Der Zähler 43 liefert ein Ausgangssignal von 6 Eil 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

4-, 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 46/4 des Schieberegisters 46 eine Null oder eine Eins enthält.

>» Die Torschaltung wird durch die Sprunglogik 47 entsperrt und läßt Impi'lse mit einer Frequenz von lOOkFii.iufdie Leitung 60 durch.

Fin Treppenimpulsgenerator 50, Fig. Ib kann in Fig. la anstelle des Digital-AnalogumwancJlevs 42 und

)■) des Zählers 43 und an den Verbindungspunkten 70, 71 und 72 zum Anschluß an die Leitungen 70-4, 7\A und 72/4 in Fig. Ib eingesetzt werden. In diesem Fall wird der Treppenimpulsgenerator 50 während des Druckvorgan.gs tröpfchenweise weitergeschaltet, d, h, jeweils

ι- über ein vorgegebenes Tröpfchenintervall, während dann, wenn keine Information im Schieberegister, Position 46/4 vorliegt, der Treppenimpulsgenerator über eine Anzahl von Tröpfchenintervallen weitergeschaltet wird, die der Anzahl der zu überspringenden Intervalle entspricht. Die Ladeelcktroden-Treiberstufe 21 erhält von dem Treppenimpulsgenerator 50 ein Potential, das der den einzelnen Tröpfchen beim Durchlaufen der Aufladeelektrode 18 zu erteilenden

Aufladung entspricht

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 Tintenspritzkopf von links nach rechts über eine Seite bewegt wird und die Tröpfchen, je nach ι ■> Erfordernis, in senkrechter Richtung abgelenkt werden. Arbeitet der Tintenstrahldrucker mit einer Tröpfchenfrequenz von 100 kHz (10 Mikrosekunden per Tröpfchen), dann lassen sich zur F.rzeugung eines Zeichens 40 mal 24 = 960Tröpfchen in 9,6 Millisekunden erzeugen. in

F i g. 2 zeigt eine 40 mal 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 Treppenzyklen je senkrechter Abtasiung würden in 200 Mikrosekunden für jeden Treppenstufenzyklus 20 Tröpfchen benötigt. Für eine vollständig .ciikrechte Abtastung des Buchstabens T in Spalte 12, F i g. 2, würde die Schaltung in F i g. 3, die an sich wegen ihres Aufbaus keiner weiteren Erläuterung bedarf, wie folgt arbeiten: 1»

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. 2) gehen sollte, die aber unbedruckt bleiben sollte, wird Schalter 99 geschlossen, und das Ausgangssignal dieser Schaltung liegt bei ungefähr 0 Volt. Das Tröpfchen 1 flieüt 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 % wäre normalerweise groß genug, daß das Tröpfchen Nr. 2 in Zeile 38 in Spalte 12 der Fig. 2 _r auftreffen würde. Dieses Tröpfchen wird jedoch zum Aufzeichnen des Großbuchstabens T nicht benötigt, so daß es nach dem Ablauf geschickt wird.

Kondensator % wird für Tröpfchen Nr. 3 für 2,5 Mikrosekunden aufgeladen und wiederum für Tropf- ">" chen Nr. 4. Diese Tröpfchen wurden normalerweise in Spalte 12, Zeile 36 bzw. 34 auf treffen. 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 benutzt. Zu diesem Zeitpunkt wird Schalter 115 geschlossen, und die Ladung auf dem Kondensator % wird auf Null zurückgeführt. Die Beendigung des ersten Zyklus des Treppcnimpulsgeneratnrs ergibt eine teilweise Abtastung des Buchstabens T.

F i g. 4a zeigt die Ausgangsspannung des Verstärkers und das Ausgangssignal des TreppenimpuKgenerators für den ersten Zyklus.

b) zweiter Zyklus: Bei Beginn des zweiten ZyM.,. wird der Kondensator 96, F i g. 3. der zuvor durch Schalter 115 entladen wurde, über Schalter 11 für 1,25 Mikrosekunden aufgeladen. Die Ausgitngsspannung des Verstärkers 94, in F i g. 4b dargi ν Ht, wird dem Verstärker 98 zugeleitet und würde normalerweise bewirken, daß Tröpfchen 21 in /.eile 39 in Spalte 12 auftreffen würde. Da dio^.·¹ Tröpfchen aber nicht briiM'.i^t wird, wird es /um Ablauf geführt. Der Kondensator 96 wird für alle nachfolgenden Tröpfchen dieses Abtast-yklus in 2,^r: 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 cin>; Verzögerung von 20 Tröpfchcnzciiui (20 mal 10 Mikrosekunden = 200 Mikrosekunden) zwischen der Zeit, zu tier ein Tröpfchen in der Nachbarschaft eines anderen zuvor aufgezeichneten Tröpfchens auftrifft. Dies '.'■'■ r:n 20mal längeres Intervall, als die 10 Mikrosekunden lange Verzögerung, wenn benachbarte Tröpfchen sequentiell, d. h. in ihrer Reihenfolge, auf dem Aufzeichnungsträger auftreffen würden. Diese zusätzliche Zeit ermöglicht es. daß zwei benachbarte Tröpfchen sich ausbreiten und vollständig im Papier absorbiert "werden komic-n, so daß die Möglichkeit des Spritzens wesentlich verringert wird.

Obgleich in diesem Beispiel zwei Treppenstufenkurven je senkrechte Abtastung verwendet wurden. lassen sich auch drei, 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 % sehr genau die Summe der für jedes Tröpfchen ^für die vollen 400 Mikrosekunden einer Abtastung gespeicherten Ladungen 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 dem Kondensator zugeführten Ladungen nur für 20 Tröpfchen für nur Mikrosekunden gehalten werden. Damit lassen sich aber in der Schaltung wesentlich billigere Bauelemente verwenden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verhütung des Zusammenfließens von Tröpfchen in Tintenstrahldruckern mit Mitteln zum Erzeugen, Aufladen und Ablenken von Tintentröpfchen in Richtung auf einen Aufzeichnungsträger oder einen Ablauf, wobei die Mittel zum Aufladen einen Taktgeber für die Weiterschaltung der Aufladespannung der Tröpfchen und einem Zeichengenerator für die Codedarstellung der zu druckenden Zeichen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeichengenerator (14), die damit verbundenen Schieberegister (44, 46) und die der Tröpfchenaufladung dienenden Schaltungen (18, 21 und 42,43 bzw. 50) durch den Taktgeber (11) und die Maschinenlogik (13) in der Weise steuerbar sind, daß die Tröpfchenablenkung für jede senkrechte Spalte der Zeichenmatrix in nichtsequentieller, ineinander verschachtelter Foige erfoigi.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufzeichnung eines Zeichens für jede senkrechte Spalte der Zeichenmatrix mehrere Aufzeichnungszyklen dienen, die für jede Spalte der Zeichenmatrix eine verschachtelte Aufzeichnung des Zeichens liefern.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treppenimpulsgenerator (50) vorgesehen ist, der durch die Schieberegisl·τ (44, 46) in Verbindung mit dem taktgesteuerten Zeichengeners'or (14) und über eine taktgesteuerte Torschaltung (52) zur Erzeugung einer Anzahl einander erganzer.ler, treppenförmiger Impulsfolgen für eine nichlsequentiellc spaltenweise ineinander geschachtelte Aufzeichnung ansteuerbar ist.

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