DE2628153A1

DE2628153A1 - Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE2628153A1
Application number: DE19762628153
Authority: DE
Inventors: George J Fan; John Casimir Slonczewski
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-23
Publication date: 1977-02-03
Also published as: US4070679A; IT1064790B; FR2316072A1; JPS551916B2; CA1068326A; FR2316072B1; GB1532718A; JPS526530A

Description

ki-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin; YO 974 031

Tintenstrahldruckkopf

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Art eines Tintenstrahldruckkopfes.

Bei Tintenstrahldruckern richtet jede Düse einen Strom von Tintentropfen gegen eine Aufzeichungsoberflache, um auf derselben einen mit der Düse ausgerichteten Punkt zu erzeugen. Wenn ein Punkt nicht zu drucken ist, werden die Tintentropfen in eine Auffangblende für eine vorbestimmte Zeitdauer abgelenkt während der das zu bedruckende Papier weiterbewegt wird, um eine nächste Stelle mit der betrachteten Düse auszurichten.

Ein derartiges Verfahren wird bei elektrostatischen Tintenstrahldruckern angewendet. Während vorgeschlagen wurde, die Ladeeinheit zum elektrischen Aufladen der Tintentröpfchen als ein Teil mit dem die Düsen tragenden Körper auszubilden, ist es noch notwendig, die Ablenkelektroden für die Düsen von dem genannten Körper beabstandet anzuordnen. Diese getrennte Anordnung ergibt Verbindungs- bzw. Ausrichtprobleme.

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-~ 2 —

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, diese Verbindungs- bzw. Ausrichtprobleme zu überwinden, und zwar bei einem Tintenstrahldrucker, der magnetische Tinte ausspritzt, wobei gleichzeitig eine separate Einrichtung zur Schwingungserzeugung zum Zwecke des Ablösens einzelner Tintentropfen vom Tintenstrom zu vermeiden ist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen .

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Fign. veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema eines Magnettinte verwendenden Tintenstrahldruckers ,

Fig. 2 ein Schema eines Tintenstrahldruckers, der gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten abweicht,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen der

artigen Tintenstrahldrucker und

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Düsenfeldes mit den erfindungsgemäßen Magneten.

Dem Tintenverteiler 10 wird von einem nicht gezeigten Reservoir über die Speiseleitung 11 Tinte zugeführt. An dem Tintenverteiler 10 ist die Düsenplatte 12 befestigt, die eine Mehrzahl von Düsen 14 aufweist. Die Tinte wird unter Druck dem Tintenverteiler 10 zugeführt, so daß sie aus den Düsen 14 in Form von Tintenströmen 17 ausgestoßen wird.

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Der Tintenverteiler wird durch den piezoelektrischen Wandler 18 in Schwingungen versetzt. Diese Schwingungen lösen die Tintenströme 17 in individuelle Tintentröpfchen 19, die voneinander gleichen Abstand haben, auf.

Die Düsenplatte 12 besteht aus einem geeigneten, nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Silicium. Irgendein anderes, nicht magnetisches Material ist ebenso verwendbar.

An der Ausgangsseite der Düsenplatte 12 ist an einer Seite einer jeden Düse 14 ein Magnet 20 angeordnet, der C-förmig oder sechseckförmig sein kann. Jeder der Magnete .20 ist mit seinem Luftspalt mit der zugeordneten Düse 14 ausgerichtet, um einen gewünschten magnetischen Feldgradienten beim Verlassen von ausgewählten Teilen des von der Düse 14 ausgestoßenen Tintenstromes zu erzeugen. Der Magnet 20 weist die Wicklung 21 auf, die einen elektrischen Strom erhält, wenn ein ausgewählter Teil des Tintenstroraes zu magnetisieren ist. Der Wicklung 21 wird der Strom von dem Ablenkverstärker 22 zugeführt, der mit der Schieberegisterverriegelungsschaltung 23 verbunden ist. Die letztere ist an den Zeichengenerator 24 angeschlossen, der beispielsweise ein Datenverarbeitungsgerät darstellen kann, um die Schieberegisterverriegelungsschaltung 23 zu veranlassen, dem Ablenkverstärker 22 Stromimpulse zuzuführen, während Zeitabschnitten, während denen eine Ablenkung eines ausgewählten Teiles des Tintenstromes 17 erfolgen soll. Das bedeutet, daß die Länge des ausgewählten Teiles des Tintenstromes 17 durch das zu druckende Zeichen bestimmt wird. Die Wicklung 21 eines jeden der Magneten 20, ist mit je einem Ablenkverstärker 22 verbunden. Somit sind alle Ablenkverstärker 22 mit der Schieberegisterverriegelungsschaltung 23 verbunden, welche die Stromimpulse für die Ablenkverstärker 22 steuert.

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Die Magnetisierung eines ausgewählten Teiles des Tintenstromes 17 mittels des Magneten 20 ergibt ein Ablenken der Tintentröpfchen 19 des genannten Teiles des Tintenstromes 17 in die Tintenauf fangblende 25. Für eine bestimmte Länge des ausgewählten Teiles des Tintenstromes 17 kann die Anzahl der Tintentröpfchen 19, die in die Tintenauffangblende 25 abgelenkt werden, geringfügig variieren, ohne das gewünschte Resultat zu beeinträchtigen. Das bedeutet, daß der ausgewählte Teil des Tintenstromes 17 aus einem Tintentröpfchen 19 mehr oder weniger bestehen kann. Da die Tintentröpfchen 19 für den Punktdruck verwendet werden, würde dies nur den Kontrast des Tintenpunktes auf dem zu bedruckenden Papier 26 verändern. Das Papier 26 bewegt sich rechtwinklig zur Düse 14 in Richtung des Pfeiles 27, d.h. gegen den Betrachter der Fig.

Da die Magnete 20 an der Düsenplatte 12 befestigt sind, wirkt magnetische Ablenkung auf jeden der Tintenströme 17 vor seinem Auflösen in individuelle Tintentröpfchen 19 ein. Der Magnet 20 kann in geeigneter Weise an der Düsenplatte 12 befestigt sein und kann aus irgendeinem geeigneten magnetischen Material, beispielsweise einem hochpermeablen Material, bestehen. Ein geeignetes Beispiel hierfür ist Permalloy. Natürlich ist es notwendig, Teile der Wicklung 21 auf der Düsenplatte 12 vor dem Niederschlag des den Magneten 20 bildenden Filmes zu erzeugen.

Der Durchmesser der Düse beträgt 0,017 mm. Wenn der Magnet 20 einen Luftspalt aufweist, der größer als der Düsendurchmesser ist, beispielsweise 0,025 mm, ist ein magnetischer Feldgradient von 3 χ 10 Gauss/cm durch den Magneten 20 erzeugbar, wenn seiner Wicklung 21 Strom zugeführt wird.

Der Winkel, der von dem Magneten 20 erzeugten Ablenkung A wird bestimmt durch die Formel:

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_ Filmdicke χ magnetisches Moment x magnetischer Feldgradient

Geschwindigkeit

Wenn die Tinte ein magnetisches Moment von 25 emu/gm hat, ist die Geschwindigkeit des Tintenstromes 17 2Om pro Sekunde und hat der Magnet 20 eine Filmdicke von 100 μ, und ist

A = (1QQ x 1O"⁴) (25) (3 χ IQ⁶) ^180 χ 1θ"³ Gfad (2OOO)²

Dementsprechend kann bei einer Entfernung von etwa 12,5 mm zwischen dem Ausgang einer jeden Düse 14 und dem zu bedruckenden Papier 26 der ausgewählte Teil des Tintenstromes um 2,25 mm durch den Magneten 20 abgelenkt werden. Dies ist eine ausreichende Ablenkung, damit die Tintenauffangblende 25 die abgelenkten Tintentröpfchen 19, aus denen der ausgewählte Teil des Tintenstromes besteht, der durch den Magneten 20 abgelenkt wird, aufzufangen.

Das Moment, das rechtwinklig zum Tintenstrom 17 durch die magnetische Ablenkung des Magneten 20 erzeugt wird, beträgt einen Bruchteil desselben, das auf die benachbarten Teile des Tintenstromes 17 auf jeder Seite des ausgewählten Teiles desselben übertragen wird. Diese übertragung könnte eintreten infolge des Verlustes, der erzeugt wird durch Schub in einer dickflüssigen Flüssigkeit und durch die Fortpflanzung von Störungen infolge von Spannungen innerhalb des Stromes. Der durch Schub hervorgerufene Verlust ist gleich dem Produkt aus Viskosität und Entfernung. Bei einer sehr kleinen Entfernung kann der Schubverlust unbeachtet bleiben, der wirksam ist durch die Fortpflanzung der Wellenlänge, erzeugt durch das den Strom 17 auferlegte Moment durch die magnetische Ablenkung des Magneten 20.

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Infolge der Fortpflanzung der Störung durch die Spannung im Strom 17 kann die Geschwindigkeit der Fortpflanzung geschätzt werden durch Annahme der Fortpflanzung als eine elastische Saite. In diesem Falle ist die Geschwindigkeit der Fortpflanzung V in erster Annäherung schätzbar auf

V = (T/p)¹⁷²

wobei T die Spannung und ρ die Massendichte ist. Mit T ungefähr gleich π Da wobei a die Oberflächenspannung der Tinte ist und

² 2

gleich ist 30 Dyn/cm und pü; irD , ist V gleich 220 cm/sec.

Wenn der Auflösungspunkt des Tintenstromes 17, an dem der letztere in einzelne Tintentröpfchen 19 sich auflöst _r 1 mm von der Düse 14 entfernt ist, beträgt der Auflösezeitpunkt 50 χ 10 sec bei einer Geschwindigkeit des Tintenstromes von 20 m/sec. Somit liegt die Fortpflanzung der Störung zum Ablösezeitpunkt nur 110 u in jeder Richtung von dem ausgewählten Teil des Tintenstromes 17 entfernt. Wenn die Länge des ausgewählten Teiles des Tintenstromes 17 für die Bildung eines Punktes auf dem zu bedruckenden Papier 26 300 u beträgt, breitet sich die Störung um weniger als einen Faktor von 2 aus, da seine Gesamtlänge 520 ja. (das sind 110 μ an jeder Seite des ausgewählten Teiles bei seiner Länge von 300 n) ist.

Bei einer Störungsausbreitung von weniger als dem Faktor 2, beträgt die gesamte Ablenkung des Tintenstromes 17 ungefähr 1,125 mm, da das Moment sich um weniger als den Faktor 2 ausgebreitet hat. Dies basiert auf einer Ablenkung von 2,25 mm zwischen dem Ausgang der Düse 14 und dem zu bedruckenden Papier 26 für einen Ablenkwinkel A= 180 χ 1θ"³ Grad und einer Entfernung zwischen der Düse 14 und dem zu bedruckenden Papier 26 von 12,7 mm.

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Bei einer Ablenkung des Tintenstromes 17 um 1,125 mm zwischen dem Ausgang der Düse 14 und dem zu bedruckenden Papier 26, beträgt die Ablenkung in die Tintenauffangblende 25 weniger als 1,125 mm. Somit wird bei einer Anordnung der Tintenauffangblende 25 in der Hälfte zwischen der Entfernung Düsenausgang und Papier 26 das Tintentröpfchen 19 um 0,56 mm zum Zeitpunkt der Ankunft desselben in der Tintenauffangblende 25 abgelenkt. Dies ist ausreichend für ein Auffangen der abgelenkten Tintentröpfchen 19 in der Tintenauf fangblende 25, während die nicht abgelenkten Tintentröpfchen sich zum zu bedruckenden Papier 26 weiterbewegen können.

Der Magnet 30 ist in Fig. 2 gegenüber seiner Anordnung in Fig. an der anderen Seite der Düse 14 an der Düsenplatte 12 angeordnet. Somit lenkt jeder der Magnete 30 die Tintentröpfchen 19 nach links statt nach rechts wie in Fig. 1, sobald ein Strom der Wicklung 31 zugeführt wird, so daß die Tintenauffangblende 32 auch statt rechts links neben dem Tintenstrom 17 angeordnet ist.

Ferner ist aus Fig. 2 der piezoelektrische Wandler 18 entfernt. Statt desselben wird der Wicklung 31 des Magneten 30 eine zweite Frequenz von dem Tropfenbildungsoszillator 33 zugeführt. Die zweite Frequenz ist eine Erregungsfrequenz, um den Tintenstrom 17 in Schwingungen zu versetzen, so daß er in einzelne Tintentröpfchen 19 sich auflöst. Diese zweite Frequenz erzeugt nämlich Störungen in dem Tintenstrom 17.

Jeder der Magnete 30 ist mit seiner Wicklung 31 mit dem Tropfenbildungsoszillator 33 und mit je einem Ablenkverstärker 22 verbunden, um die Ablenkfrequenz erhalten zu können. Die Ablenkverstärker 22 sind an die Schieberegisterverriegelungsschaltung 23 und den Zeichengenerator 24, wie in Fig. 1 gezeigt, angeschlossen.

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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Magnete 40 an der Ausgangsseite der Düsenplatte 12 in zwei Reihen angeordnet. Eine Reihe der Magnete 40 ist an einer Seite der Düsen 14 und die andere Reihe an der anderen Seite der Düsen 14 gelegen. Dadurch können die Düsen 14 in der Düsenplatte 12 näher aneinander angeordnet werden.

Jeder der Magnete 40 ist genau wie die Magnete 20 mit einer Wicklung 41 versehen. Die magnetische Ablenkung wird durch einen Strom in der gleichen Weise wie bei den Einrichtungen nach den Fign. 1 und 2 erzeugt.

Es ist notwendig, die Tintenauffangblende 42 für die Tintentröpfchen 19 des Tintenstromes 17, die in einer Richtung durch eine der beiden Reihen der Magnete 40 abgelenkt werden und eine weitere Tintenauffangblende 43 für die von der anderen Reihe der Magnete 40 abgelenkten Tintentröpfchen 19 vorzusehen.

Die Wicklung 41 eines jeden der Magneten 40 ist mit dem Tropfenbildungsoszillator 33 verbunden, der den Tintenstrom 17 in Schwingungen versetzt, um ihn in einzelne Tintentröpfchen 19 aufzulösen. Wenn gewünscht, ist es auch möglich, ohne den Tropfenbildungsoszillator 33 auszukommen und stattdessen den piezoelektrischen Wandler 18 für diesen Zweck zu verwenden.

Der piezoelektrische Wandler 18 (Fig. 1) könnte eliminiert werden, wenn man die Erregungsfrequenz der Wicklung 21 eines jeden Magneten 20 von dem Tropfenbildungsoszillator 33 aus zuführt. Ferner könnte auch die Anordnung der Magnete 30 in Fig. 2 den piezoelektrischen Wandler 18 verwenden statt der Wicklung 31 eines jeden Magneten 30 eine Erregungsfrequenz zum Auflösen des Tintenstromes 17 in einzelne Tintentröpfchen 19 zuzuführen.

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Der Luftspalt eines jeden der Magneten 20, 30 und 40 kann kleiner oder größer als der Durchmesser der zugeordneten Düse 14 sein. Jedoch ist der Luftspalt vorzugsweise größer als der Durchmesser der Düse 14.

Obwohl die Ausführungsbeispiele zeigen, daß die abgelenkten Tropfen in die Tintenauffangblende und die nicht abgelenkten Tropfen gegen das zu bedruckende Papier gerichtet werden, ist es auch möglich, in umgekehrter Weise zu verfahren.

Obwohl die Düsen als in vertikalen Reihen angeordnet gezeigt sind, ist es auch möglich, dieselben in einer horizontalen Reihe anzuordnen. Bei dieser Anordnung müßte das zu bedruckende Papier 26 vertikal bewegt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Tintenstrahldrucker mit mindestens einer Düse, aus der magnetische Tinte ausgestoßen und in einzelne Tröpfchen aufgelöst wird, die anschließend wahlweise durch ein magnetisches Feld aus ihrer natürlichen Flugbahn ablenkbar sind, dadurch gekennzeichnet,

daß in einer Platte (12) aus nichtmagnetischem Material die Düsen (14) angeordnet sind und in der Nachbarschaft einer jeden Düse (14) auf dieser Platte (12) je ein Elektromagnet (30 bzw. 40) angeordnet ist, dessen Luftspalt der zugeordneten Düse (14) zugewandt ist, daß die Wicklung (31 bzw. 41) eines jeden Magneten (30 bzw. 40) zur Erzeugung des magnetischen Ablenkfeldes an je einen Verstärker (22) angeschlossen ist und daß die Wicklungen (31 bzw. 41) sämtlicher Magnete (30 bzw. 40) zwecks Störung des Tintenstromes an einen gemeinsamen Tropfenbildungsoszillator (33) angeschlossen sind.

2. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (12) aus Silizium besteht und jeder der Magnete (30 bzw. 40) aus einer magnetischen, dünnen Schicht besteht, die von der Wicklung (31 bzw. 41) umgeben ist.

3. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (30 bzw. 40) an einer Seite einer Düsenreihe angeordnet sind.

4. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (30 bzw. 40) an zwei Seiten einer Düsenreihe angeordnet sind.

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