DE2638825A1

DE2638825A1 - Tintenstrahldrucker mit steuerung der satellitentropfenbildung

Info

Publication number: DE2638825A1
Application number: DE19762638825
Authority: DE
Inventors: Kailash Chandra Chaudhary; Howard Thorndike Hilton; Thomas William Novitsky; Stanley Carpenter Titcomb
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-09-05
Filing date: 1976-08-28
Publication date: 1977-03-17
Also published as: JPS5543713B2; IT1067378B; CA1082282A; FR2322744B1; FR2322744A1; GB1544493A; DE2638825C2; JPS5232636A

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen; Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: SA 974 044

Tintenstrahldrucker mit Steuerung der Sateliit^entropfenbildung ;

_s ι

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 ange- j

¹ gebene Art eines Tintenstrahldruckers.

■ -. I

; Es ist bekannt, den Tintenstrahl unter Druck aus einer Düse aus- ι zustoßen und elektrostatisch aufzuladen (US-Patentschrift I

; i

3 596 275) und nur den zu verwendenden einzelnen Tröpfchen eine '

i ■ - " - i

I bestimmte Ladung zu geben (US-Patentschrift 3 373 437). j

1 ' ■

■ Bei beiden der vorher genannten Tintenstrahldrucksystemen werden j ein oder mehrere Tintenstrahlen ausgestoßen, die gestört werden, , um in individuelle Tröpfchen sich aufzulösen. Bei der zuerst an-, geführten Art wird jeder Tropfen innerhalb eines Tintenstrahles I wahlweise zum Zeitpunkt seiner Bildung aufgeladen und passiert ; hernach ein konstantes Ablenkfeld, um auf verschiedene Stellen

j des Aufzeichnungsträgers in Abhängigkeit von der Größe seiner j Ladung aufzutreffen. Somit wird durch Lieferung geeigneter Ladej signale eine visuell wahrnehmbare Aufzeichnung gedruckt.·Bei der i an zweiter Stelle genannten Art wird eine Vielzahl von Tintenstral: len in einer oder mehreren Reihen erzeugt und werden zum Zeitpunkt

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der Tropfenbildung die Tropfen, die für den Druck nicht vorgesehen sind, mit einer einheitlichen Ladung versehen und anschließend in einem konstanten Ablenkfeld in eine Tintenauffangblende abgelenkt. Die unaufgeladenen Tintentropfen folgen ihrer ursprünglichen Flugbahn und treffen auf den Aufzeichnungsträger auf. Somit wird hier ebenfalls eine visuell wahrnehmbare Aufzeichnung gedruckt, indem bei einer Relativbewegung zwischen Druckkopf und Aufzeichnungsträger die ungeladenen Tropfen auf den letzteren auftreffen können. Bei den eben beschriebenen Tintenstrahlarten

■ ist die Erzeugung der vorher bestimmten Ablenkstrecke sehr abhängig davon, ob die einzelnen Tröpfchen auch die beabsichtigte Ladung erhalten. Die Tropfenbildung durch Störung des Tintenstromes ergibt die Bildung sowohl von individuellen Tröpfchen • als auch zumindest in zeitlich begrenzter Weise von Satellitentröpfchen, die sich nachfolgend mit einem der benachbarten Tröpfchen verbinden. Die erwähnte Störung ist erzeugbar durch _;Verändern des Tintendruckes vor dem Ausstoßen aus der Düse, durch Vibrieren der Düse oder durch andere geeignete Mittel. Die Störung erzeugt Veränderungen (Verdickungen und Einschnürungen) im 'Tintenstrahl, die allmählich zunehmen, um die Tropfen zu bilden und um den Tintenstrahl zwischen den Tropfen zu durchtrennen. Dieses Durchtrennen wird auch der Tropfenabreißzeitpunkt genannt.

■Es wurde beobachtet, daß die Satellitentropfen aus der Flüssigkeit: |von Einschnürungen gebildet werden, die zwei große Verdickungen : im Tintenstrahl verbinden, die zu Tropfen v/erden.

!Die in elektrostatischen Tintenstrahldruckern verwendete Tinte ist elektrisch leitfähig. Die Tropfen werden geladen durch den j Tropfenabreißpunkt benachbarten Ladeelektroden, denen ausgewähl-

■ te Ladesignale zugeführt werden. Die Tinte ist innerhalb des Druckkopfes geerdet, jedoch der abgerissene Teil des Tintenstromes bildet eigentlich einen offenen Schaltkreis, wenn das Abrei- !ßen auftritt, so daß die Tinte nach dem Abreißpunkt eine Ladung !beibehält.

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:Die Flüssigkeit einer Einschnürung, die zu einem Satellitentrop- 1

¹ fen wird, trennt sich zuerst von der Vorderseite ab und verbleibt \ Ivorübergehend ein Teil des Tintenstromes oder reißt zuerst am

:Ende der Einschnürung ab und wird vorübergehend ein Teil des vor- J

I angegangenen Tropfens. '

I . i

Wenn das Abreißen des Satellitentropfens am Ende der Einschnürung j ι zuerst eintritt, wird der Satellitentropfen durch das gleiche Si-- I jgnal aufgeladen, das auch der Tropfen erhält, dem der Satellitenj tropfen folgt. Das Ladesignal tritt entweder vor oder nach dem
I Ablösen von der Vorderseite der Einschnürung auf. Wenn der Sa- i !tellitentropfen sich anschließend mit dem vorhergehenden Tropfen j !verbindet, erhält der so gebildete Tropfen die richtige Ladung. j

I I

I Wenn jedoch der Satellitentropfen sich mit dem ihm folgenden
Tropfen verbindet, wird ein Teil der Ladung, die für den vorhergehenden Tropfen vorgesehen ist, durch den Satellitentropfen auf
den folgenden Tropfen übertragen.

iErfolgt das Abreißen zuerst am Anfang der Einschnürung, wird
;die relative zeitliche Lage dieses Abreißens gegenüber dem Einschalten der Ladespannung wichtig. Wenn das Ladesignal vor dem
rückwärtigen Abreißen der Einschnürung erfolgt, wird der Satelli-I tentropfen unterschiedlich gegenüber dem vorhergehenden Tropfen

!aufgeladen. Wenn der Satellitentropfen sich anschließend mit den
j vorhergehenden Tropfen verbindet, tritt eine Ladungsübertragung
ein. Die Ladungsübertragung tritt nicht ein, wenn der Satellitenj tropfen sich mit dem nachfolgenden Tropfen verbindet. Wenn das
i Ladesignal nach dem rückwärtigen Abreißen eingeschaltet wird,
wird der Satellitentropfen genau wie der vorhergehende Tropfen
aufgeladen. Somit tritt keine Ladungsübertragung nach einer Ver-I bindung des Satelliten mit dem vorhergehenden Tropfen ein und
eine Ladungsübertragung tritt ein bei einer Verbindung des Satellitentropfen mit dem nachfolgenden Tropfen.

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Ss wurde auch, vorgeschlagen (deutsche Patentanmeldung P 25 52 952.6) , die Satellitenbildung durch Verwendung einer asymmetrischen Störung zu überwachen. Diese Satellitenüberwachung ergibt eine Tropfenerzeugung ohne der Satellitenbildung und folglich ohne des Verbindens mit vorhergehenden oder nachfolgenden Tropfen. Dieser Vorschlag betrifft jedoch einen magnetischen Tintenstrahldrucker, : bei dem eine magnetische Ablenkung von Ferrotropfen erfolg. Somit sind die Tropfen nicht aufgeladen und eine Ladungsübertragung ■ kommt nicht in Betracht. Deshalb kann dieser Vorschlag auch keine Ideen für das Verhüten einer Ladungsübertragung bringen. ;

Eine Satellitentropfensteuerung ist auch durch die USA-Patent- : schrift 3 683 396 bekannt, die eine Verminderung des Satelliten- ; tropfenproblems erzielt dur^h Berechnung der Düsenausführung, die j eine mechanische Resonanz zur Tropfenerzeugungsfrequenz aufweist, j Hierbei wird jedoch angenommen, daß die Flüssigkeitseinschnürung zuerst rückwärts abreißt und eine Verbindung des Satellitentropfen mit dem vorangehenden Tropfen erfolgt, wobei der umgekehrte Zustand nicht sichergestellt: ist.

Auch durch die USA-Patentschrift 3 334 351 ist eine Satellitentropfensteuerung bekannt mittels Verwendung zweier separater Vibratoren, die in unterschiedlichen Richtungen wirken und dadurch den Tintentropfen eine Rollbewegung verleihen, um ein Ver-I binden von Satellitentropfen herbeizuführen. Jedoch das Problem !möglicher Ladungsübertragungen durch Verbindungen von Satelliten-I tropfen mit normalen Tropfen wird nicht behandelt.

!Das Ergebnis der Ladungsübertragung ist darin zu sehen, daß die ι Tropfen unbeabsichtigt Ladungen erhalten oder verlieren und da-I her nicht in gewünschten Maße durch das konstante Ablenkfeld abgelenkt werden. Beispielsweise bei einem nach dem Binärsystem arbeitenden Tintenstrahldrucker erhält ein ungeladener Tropfen 'eine geringe Ladung durch Ladungsübertragung und kann durch das ι Ablenkfeld geringfügig abgelenkt werden und schlägt somit an ei- ^;nem unbeabsichtigten Ort auf den Aufzeichnungsträger auf. Ein

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geladener Tropfen, der etwas Ladung verliert, kann somit ungenügend abgelenkt werden und schlägt gegen die Tintenauffangblende an einem unbeabsichtigten Punkt und verspritzt oder prallt; ab und trifft auf das Aufzeichnungsmaterial. Der Ablenkfehler kann 25 % der Gesamtablenkstrecke betragen.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, für einen Tintenstrahldrucker eine verbesserte Steuerung für die in

einem Tintenstrom entstehenden Satellitentropfen vorzusehen. Mit ·

einer nach der Erfindung aufgebauten Vorrichtung wird die Ampli- |

tude und Phase ausgewählt, die verursachen, daß die eine Verbin- !

dung des Satellitentropfen mit dem vorangegangenen Tropfen bil- !

dende Flüssigkeitseinschnürung zuerst an ihrem Ende abreißt, das '. dem Flüssigkeitsstrom am nächsten ist und umgekehrt. Es ist hier-!

bei von Vorteil, daß die Steuerung über die Ladungsübertragung ;

besonders verwendbar ist bei vieldüsigen Tintenstrahldruckköpfen, '_

die geringfügig unterschiedliche Ladungen aufweisen, und hierbei j

im wesentlichen unabhängig von genauen mechanischen- und Flüs~ j sigkeits-Charakteristika aufrechterhalten wird.

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 eine Ansicht eines elektrostatischen Tinten

strahldruck!;: opf es mit einer Elektrodeneinheit,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Druckkopf nach Fig. 1,

Fig. 3 einen anderen Schnitt durch den Druckkopf nach

Fig. 1,

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Fig. 4 die Düsenplatte des Druckkopfes nach Fig. 1 ·

in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 5 die Ladeplatte des Druckkopfes nach Fig. 1 in

schaubildlicher Darstellung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines elektrischen Signal

generators ,

Fig. 7 aus einem vieldüsigen Druckkopf ausgestoßene

Flüssigkeitsstrahlen mit nur der Grundfrequenz, .

Fig. 3 aus einem vieldüsigen Druckkopf ausgestoßene

Tintenstrahlen, die entsprechend der Erfindung
erzeugt sind,

Fig. 9 einen Querschnitt eines eine einzige Düse auf

weisenden Druckkopfes, ;

Fig. 10 aus dem Druckkopf nach Fig., 9 ausgestoßene

einzelne Flüssigkeitsstrahlen, die nur mit

der Grundfrequenz erzeugt sind, !

j : I

j Fig. 11 aus dem Tintenstrahldruckkopf nach Fig. 9 ausj gestoßene einzelne Flüssigkeitsstrahlen, die

j entsprechend der Erfindung erzeugt sind, ι

Fig. 12 ein Blockschaltbild eines anderen elektrischen j

Signalgenerators,

Fig. 13 ein Schaltungsdetail des Dämpfungsgliedes der i

Fig. 12 und ;

: i

j

; Fig. 14 ein Schaltungsdetail des Integrators von Fig.12 .ι

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In den Fign. 1 bis 3 ist ein Txntenstrahldruckkopf für einen

■ elektrostatischen Tintenstrahldrucker vom Binärtyp dargestellt. Der Druckkopf enthält die Kammerplatte 10, welche die Verteilerkammer 11 aufweist. In der Verteilerkamrcier ist der piezoelektrische Kristall 12 und die Düsenplatte 13 befestigt, die zwei Reihen 14, 15 nahe beabstandeter Tintenstrahldüsen (Fig. 4) aufweist. Der piezoelektrische Kristall liegt auf der Platte 16 auf, die mit der Kammerplatte 10 verbunden ist. Der Dichtungsring 17 ist in die Ringnut 18 eingelegt, um eine flüssigkeits-

• sichere Dichtung der Verteilerkammer 11 zwischen der Kammerplatte 10 und dem piezoelektrischen Kristall 12 herzustellen. Die

• Ladeplatte 20 ist auf die Kammerplatte 10 aufgesetzt und besitzt

■ zwei Reihen von Ladeelektroden 21, 22, von denen eine jede mit einer zugeordneten Düse in der Düsenplatte 13 ausgerichtet ist. Die Ladeplatte ist in Fig. 5 detailliert gezeigt. Ebenfalls mit den Düsen 14, 15 und den Ladeelektroden 21, 22 ausgerichtet sind

I die öffnungen 23, 24 der Kammerplatte 10. Diese öffnungen erlauben den von der Düsenplatte ausgehenden Tintenströme einen Durch-

. gang. Die Ladeplatte (Fig. 5) ist mit leitfähigen Stegen 25 ausgerüstet, von denen ein jeder einzeln eine Ladeelektrode mit

; einer separaten Datenquelle verbindet. Unter Druck stehende Tinte wird von der Flüssigkeitsguelle 26 (Fig. 3) über die Leitung 27 dem Mundstück 28 zugeführt, von v/o aus sie durch den !

' Kanal 29 in der Platte 16 und der Kammerplatte 10 in das Innere \

\ der Verteilerkammer 11 gelangt. Der Kanal 19 ist an der Ver- ,

: bindungssteile der Platte 16 mit der Kammerplatte 10 durch den j ¹ Dichtring 33 abgedichtet.

j i Die unter Druck stehende Tinte in der Verteilerkammer 11 wird I

; dann durch die Düsen 14, 15 der Düsenplatte 13 ausgestoßen. Der ! piezoelektrische Kristall 12 wird dann erregt, wie weiter unten "i

i !

I beschrieben ist, um das Volumen der Verteilerkammer 11 zu ver- j s ändern. Dies stört den Tintendruck, wodurch die die Düsen 14, 15 ι j verlassenden Tintenströme in Ströme gleich großer individueller ¹ Tröpfchen aufgelöst werden. Die Tinte verläßt die Düsen 14, 15

' in Form von Fäden welche die öffnungen 23, 24 passieren, wobei j

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die Störungen mit zunehmender Entfernung von der Düsenplatte 13 zunehmen. An einem Punkt innerhalb der Ladeelektroden 21, 22 reißen die Tropfen vom Faden ab. Die in der Verteilerkammer 11 befindliche Tinte ist über die Kammerplatte 10 und. die Erdklemme 34 geerdet. Ausgewählten Ladelektroden 21, 22 wird ein Spannungssignal zugeführt, das ein entsprechendes Signal im innerhalb der zugeordneten Ladeelektrode befindlichen Flüssigkeitsfaden induziert. Zum Zeitpunkt des Ablösens des Tropfens ist der leitende Weg zwischen dem Tropfen und dem geerdeten Flüssigkeitsstrom unterbrochen. Der Tropfen erhält somit eine Ladung, die der der Ladeelektrode zugeführten Spannung entspricht.

Ungeladene Tropfen folgen den Bahnen 30, 31 _t um auf dem Aufzeichnungsmedium 32 aufzuschlagen. Die Hochspannungsablenkplatte 35 ist zwischen den Bahnen 30, 31 der Tropfen angeordnet. An den beiden anderen Seiten der Bahnen 31, 32 sind die geerdeten Ablenkelektroden 37, 38 angeordnet. Diese Ablenkelektröden 37, 38 sind von den Bahnen 30, 31 abweisend gekrümmt und enden in Öffnungen 41, 42, die mit den Kammern 43, 44 in Verbindung stehen. Die letzteren sind ihrerseits mit den Röhren 45, 46 verbunden, die über die Leitungen 52, 53 an die Vakuumquelle 50 angeschlossen sind.

Zwischen der Hochspannungsablenkplatte 35 und den Äblenkelektroden 37, 33 errichtete elektrostatische Felder verursachen somit : eine Ablenkung der geladenen Tröpfchen aus ihren im ungeladenen Zustand verlaufenden Bahnen 30, 31, um die Ablenkelektroden 37, ■ j 38 zu berühren. Die letzteren dienen deshalb als Auffangblenden, : um die abgelenkten und für den Druck nicht erforderlichen Tropfen aufzufangen. Diese aufgefangenen Tropfen fließen zu den Enden der Elektroden und werden dann durch die Öffnungen 41 oder 42 in die Kammern 43 oder 44 durch das von der Vakuumquelle 50 erzeugte Vakuum gezogen. Die angesammelte Tinte wird aus der ; Kammer 43 oder 44 durch die zugeordneten Rohre 45, 46 zur Vakuum-

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quelle gesaugt. Diese Tinte kann dann für folgende Aufzeichnungen . wieder verwendet werden. In dem gezeigten Beispiel ist die Hochspannungsablenkplatte 35 hohl, wobei jede Seite von einem feinen ; Gitterschirm 63 bedeckt ist. Somit wird auch Tintennebel durch diesen Schirm angesaugt und über die hohle Auslaßschraube 68, die den Durchgang 70, der gegenüber der Atmosphäre durch den Dichtring 72 abgedichtet ist, abgeführt. Der Durchgang 70 steht auch mit der Röhre 71 in Verbindung, die über die Leitung 73 an die

■ .. - . i Vakuumquelle 50 angeschlossen ist. Somit wird Tintennebel in ;

die Vakuumquelle 50 abgesaugt. ;

Richtige elektrische Zustände erfordern, daß die Hochspannungs-

ablenkplatte 35 gegenüber den geerdeten Elektroden und dem tra- ;

genden Aufbau isoliert ist. Dies wird erreicht, durch Montage- ■

blöcke 78, 79 aus Isoliermaterial und durch Verbinden der Vaku- \

umleitung 73 mit der Vakuumquelle 50 separat von den Leitungen '■

52 und 53, um einen Kurzschluß über die leitende Tinte zu ver- -j

' hindern. Außerdem ist die Ladeplatte 20 aus Isoliermaterial her™ :

• gestellt, um eine Leitung zwischen verschiedenen Stegen 25 und !

verschiedenen Ladeelektroden 21, 22 zu verhindern. Die Stege sind :

außerdem mit einem Isoliermaterial überzogen. j

Der piezoelektrische Kristall 12 ist zwischen der Kammerplatte 10 ; und der Platte 16 durch den Druck des Dichtungsringes 17 gehalten. ^! Die Kammer 80 ist in der Platte 16 unterhalb dem piezoelektrischer

Kristall gebildet. Der Draht 81 verbindet den Eingang 82 mit der j Rückfläche des piezoelektrischen Kristalles 12, dessen Vorderfläche mit der elektrisch leitenden Tinte der Vertexlerkammer 11

■ in Verbindung steht. Die Tinte bildet somit einen leitenden Weg ■! zwischen der Vorderfläche des piezoelektrischen Kristalles 12 ! und der Kammerplatte 10, die über die Erdklemme 34 geerdet ist. : Somit wird eine am Eingang 82 auftretende elektrische Störung

zwischen die Rückfläche des piezoelektrischen Kristalles 12 und ' dessen geerdete Vorderfläche übertragen.

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Wie weiter oben erwähnt, erzeugen Störungen in der Tinte, wie Druckstörungen, infolge eines Veränderns des Volumens der Verteilerkammer 11 durch Expansion und Zusammenziehen des piezoelektrischen Kristalles 12 Einschnürungen im Tintenstrom, die zunehmen, um Tropfen zu bilden und um schließlich zwischen den Tropfen vom Tintenstrom abzureißen.

Eine Mehrzahl von Tintenströmen, die aus einem vieldüsigen Druckkopf ausgestoßen werden, ist in Fig. 7 gezeigt. Hierin wird die

Tinte im Druckkopf auf einem Druck von ungefähr 1,6 kg/cm gehalten und wird aus dem einen Querschnitt von ungefähr 0,025 mm aufweisenden Düsen mit einer Störungsfrequenz von 80 kHz ausgestoßen. Jeder der Flüssigkeitsfäden enthält eine Serie von immer größeren Verdickungen 90, 91, die durch Einschnürungen 92 miteinander verbunden sind. Wenn ein Satellitentropfen 93 gebildet wird, wird die Einschnürung durchgetrennt oder reißt im allgemeinen zuerst an einem Ende ein und dann am anderen. Wie weiter oben bereits geschildert, bestimmt die besondere Folge eines Front- oder Rückwärtsabreißens und Einschaltens des Ladesignals ob der Satellitentropfen 93 die gleiche Ladung wie der vorhergehende Tropfen 94 besitzt oder ob er die gleiche Ladung wie der nachfolgende Tropfen 91 erhält. Ob eine oder keine Ladungsübertragung erfolgt, hängt davon ab, ob der Satellitentropfen 93 mit . dem vorangehenden Tropfen 94 oder mit dem nachfolgenden Tropfen I 91 sich verbindet. ^!

j j

ι Im in Fig. 7 gezeigten Beispiel ist die zeitliche Folge des Front-j j und Rückwärtsabreißens der Einschnürung 96 von den Tropfen 97 | ^! und 98 für die Bildung des Satellitentropfens 99 beträchtlich

; i

ι unterschiedlich gegenüber der zeitlichen Lage des Front- und j : Rückwärtsabreißens der Einschnürungen 92 von den Tropfen 90 und . 91 zur Bildung des Satellitentropfens 94. Die zeitliche Lage i ι des Ladesignales ist jedoch für jeden Tintenstrom die gleiche. So-j ■ mit können einige Satellitentropfen die gleiche Ladung xvie die \ ■■■ folgenden Tropfen aufweisen. Eine Ladungsübertragung kann deshalb | .; in einigen, aber nicht in allen Tintenströmen auftreten, wenn !

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alle Satellitentropfen mit dem nachfolgenden Tropfen sich ver- ! binden oder wenn alle Satellitentropfen sich mit dem vorhergehenden Tropfen verbinden.

:Die Ladungsübertragung verursacht, daß Tropfen nicht die richtige Ladung erhalten und somit durch das konstante elektrostatische Ablenkfeld falsch abgelenkt werden.

Tropfen, die nicht geladen werden sollen und durch den Effekt der Ladungsübertragung einige Ladung erhalten, folgen nicht den Bahnen 30 oder 31 zum Aufzeichnungsmedium 32, sondern werden nach außen gegen die geerdeten Ablenkelektroden 37, 38 (Fig. 2) abgeilenkt. Durch diese in entgegengesetzten Richtungen erfolgende !Ablenkung treffen diese Tropfen nicht richtig auf das Aufzeichnungsmedium 32 und verschlechtern somit die Bruckqualität. DLe geladenen Tropfen, die einen Teil ihrer Ladung durch die Ladungsübertragung verlieren aber einen entsprechenden Wert von ungela-,dener Flüssigkeit von dem sich verbindenden Satellitentropfen aufnehmen, erhalten die richtige Masse, besitzen jedoch eine unrichtige Ladung, Solche Tropfen werden durch das konstante Ablenkfeld gegen die geerdeten Ablenkelektroden 37, 38 abgelenkt durch eine Ladung, die gegenüber der ursprünglich beabsichtigten kleiner ist. Statt von diesen Ablenkelektroden die als Auffangblende dienen, aufgenommen zu werden, können diese Tropfen zerspritzen oder zurückprallen, um teilweise oder ganz auf dem Aufzeichnungsmedium 32 auftreffen, wodurch die Druckqualität herabjgesetzt wird.

Das Verbinden von Einschnürungen 92 oder 96 ohne Ladungsübertragung wird erreicht durch Zuführung eines Grundsignals und eines !kleinen Wertes der zweiten Harmonischen desselben als Treibsignal zum Eingang 82, Eine bevorzugte Schaltung zur Erreichung dieser Funktion ist in Fig. 6 veranschaulicht. Der Oszillator 110 arbeitet mit der 32fachen Grundfrequenz f, die 100 KHz betragen kann.

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Das Oszillatorausgangssignal wird dem Eingang des Zählers 111 und dem UND-Inverter 112 zugeführt. Der Zähler 111 ist ein vier- , stelliger, umlaufender Binärzähler. Die Ausgangssignale der vier Stufen werden über das Kabel 114 der Exclusiven-ODER-Schaltung j 115 zugeführt. Der Ausgang des Zählers zählt somit kontinuier-

, lieh zyklisch von O bis 15 und läuft um mit zweifacher Grundfrequenz f. Der Draht 118 ist mit der vierten Stufe des Zählers 111 verbunden. Die vierte Stufe wird eingeschaltet bei der Zählung von 8 und wird ausgeschaltet/ wenn der Zähler auf O schaltet. Somit erzeugt der Zähler eine Rechteckwelle mit einer 2f Frequenz auf der Leitung 118, die dem Dämpfungsglied 120 zugeführt wird.

Das Dämpfungsglied 120 steuert den Amplitudenpegel der 2f-Rechteckquelle, Die gedämpfte Rechteckquelle wird über die Leitung 121 dem Filter 122 zugeführt. Der Filter ist extrem eng und auf die zweite harmonische Frequenz zentriert, um die Rechteckquelle vom Dämpfungsglied 120 in eine Sinuswelle zu verwandeln. Die zweite harmonische Sinuswelle wird über die Leitung 124 dem Analogaddierer 125 zugeführt.

Die Exclusive-ODER-Schaltung 115 weist vier separate Exclusive-ODER-Schaltungen auf, von denen eine jede mit einem Draht des :Kabels 114 und einem entsprechenden Draht des Kabels 127 verbuniden ist. Die Einstelleingangsschaltung 128 enthält vier Eins- | joder Null-Einstelleingänge, die auf vier Leitungen 127 gegeben .j werden. Diese Einstelleingangssignale stellen einen binären Zähl- ^: wert dar, dessen Abweichung vom binären Zählwert 8 die Phasenabweichung zwischen der 1f Frequenz und dem 2f-Signal auf dem ' Draht 118 ist. Somit stellt jede binäre Zähldifferenz ein 1/16 \ einer 180° Phasenverschiebung dar mit Einstelleingangssignalen : geringer als 8, was eine negative Verschiebung der 2f Frequenz im Hinblick auf die 1f Frequenz darstellt und Einstelleingängen

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größer als 8, die eine positive Phasenverschiebung der 2f Frequenz im Hinblick auf 1f darstellen. Somit liefern/ wenn der Zähler I 111 einen Zählstand erreicht, der durch die Einstelleingänge der , Schaltung 128 dargestellt wird, alle Exluxiven-ODER-Schaltungen
115 positive Eingangssignale über das Kabel 130 dem UND-Inverter
112. Gleichzeitig liefert der Oszillator 110 ein Eingangssignal
dem Eingang 131 des UND-Inverters 112. Der letztere gibt deshalb
negative Äusgangsimpulse über die Leitung 133 an die Kippschaltung 134 ab für die halbe Zyklusdauer des Oszillators 110. Beim
nächsten Zyklus des Oszillators 110 gelangt der Zähler 111 in
den nächsten binären Stand, um den Ausgang von wenigstens einer
der Exclusiven-ODER-Schaltungen der Schaltung 115 zu beenden. Somit wird kein weiterer Ausgang vom UND-Inverter 112 geliefert,
bis der Zähler 111 einen anderen kompletten Zyklus für den Zählstand der Einstelleingänge 128 gemacht ha.t. Die Kippschaltung
134 verändert ihren Zustand aufgrund eines jeden Eingangsimpulses

; der auf der Leitung 133 erscheint, wodurch ein kompletter Zyklus
für jeweils zwei Zyklen des Zählers 111 durchgeführt wird. Die
Kippschaltung dient deshalb als Frequenzteiler, um eine Frequenz

: von der Hälfte der 2f Frequenz auf der Leitung 118 zu erzeugen. ; Die Kippschaltung 134 ist anfangs durch das ursprüngliche Einschalten der Kippschaltung in einer Phasenlage, die von der der ^: 2f Frequenz um 180° verschoben ist.

Dieser 1f Frequenzausgang von der Kippschaltung 134 wird über die i Leitung 138 dem Dämpfungsglied 140 zugeführt. Das letztere stellt ' den Pegel des 1f Rechteckwellenausgangssignals der Kippschaltung ! 134 auf den gewünschten Pegel ein, der im wesentlichen größer als ί das 2f Ausgangssignal des Dämpfungsgliedes 120 ist. Das Ausgangs- ; signal des Dämpfungsgliedes 140 wird über die Leitung 141 dem , Filter 142 zugeführt. Der Filter 142 hat eine sehr enge Durch- j laßfrequenzcharakteristik, um das Rechteckwellensignal auf der ■ Leitung 141 in eine Sinuswelle auf der Leitung 144 zu verwandeln.
Der Analogaddierer 125 kombiniert deshalb die Sinuswellen, die ! auf den Leitungen 144 und 124 erscheinen, um das kombinierte Grundf-

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signal und das kombinierte zweite harmonische Treibsignal auf der Leitung 150 zu erzeugen. Das kombinierte Treibsignal auf der Lei- , tung 150 wird dann dem Eingang 82 (Fig. 2) zugeführt, um den piezoelektrischen Kristall 12 in Übereinstimmung mit den zugeführten _t Signalen zu erregen. Alternativ kann der Analogaddierer 125 auch einen Verstärker enthalten, um ein Eingangssignal am Eingang 82 zu erzeugen, das auf den speziellen Treiber abgestimmt ist.

Ein Beispiel für viele Tintenströme, die sowohl mit einem Grundsignal als auch einer zweiten Harmonischen beaufschlagt werden, die eine Amplitude von 1 Volt aufweist, verglichen mit 88 Volt des; Grundsignales, und einer Phasenverschiebung von 158° gegenüber dem Grundsignal, ist in Fig. 8 gezeigt. Bei einer derartigen Steuerung; reißt jede Einschnürung 160 zuerst vom nachfolgenden Tropfen 161 und nimmt hierbei die gleiche Ladung wie der vorhergehende Tropfen\ '162 an und verbindet sich dann mit demselben vorhergehenden Tropfen.

Deshalb _f gleichgültig ob ein momentaner Satellitentropfen erzeugt wird, verbindet sich die Einschnürung 160 mit demselben Tropfen, mit welchen sie zum Zeitpunkt des Aufladens an der La- ' deelektrode 21 oder 22 (Fig. 1, 2) verbunden war. Als Ergebnis davon tritt keine Ladungsübertragung ein. i

i Die Erfindung ist in gleicher Weise vorteilhaft bei einem Tintenstrahldruckkopf, der nur eine einzige Düse aufweist. Eindüsige \

; ι

Tintenstrahldruckköpfe werden meistens bei elektrostatischen Tin- ! tenstrahldruckern der eingangs an erster Stelle genannten Art ver-ί •wendet. Der schädliche Effekt der Ladungsübertragungen ist sogar : ,noch wichtiger bei derartigen Tintenstrahldruckern, bei denen oft \ das Laden individueller Tropfen gesteuert wird durch das Abzweigen \ von Tropfen, die neben Druckpunkten aufschlagen durch nur drei Volt} an der Ladeelektrode während das Laden der Tropfen über einen ' Bereich von mehr als 250 Volt erfolgt. In derartigen Systemen Werden Tropfen die keine Ladung aufweisen, in die Tintenauffangblende geleitet, wohingegen die variabel geladenen Tropfen in

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einer einzigen Spalte abgelenkt werden, um in dieser Spalte verschiedene Teile des zu druckenden Zeichens zu bilden. Somit kann \ eine Ladungsübertragung von einem ungeladenen auf einen gelade- '. nen Tropfen oder umgekehrt sehr wesentlich den Auftreffpunkt des Tropfens auf dem Aufzeichnungsmedium beeinträchtigen.

Ein eindüsiger Tintenstrahldruckkopf ist in Fig. 9 dargestellt. Dieser Druckkopf enthält den Block 170, in dem die Kammer 171 sich befindet. Die Edelsteindüse 172 besitzt die Austrittsöffnung 173 und ist die Kammer 171 abdeckend mit der Vorderseite : des Blockes 170 verkittet. Der piezoelektrische Treiber 174 liegt an dem Block 175 innerhalb der Kammer 171 an. r>er Dichtungsring j 176 bildet eine flüssigkeitsfeste Dichtung der Kammer zwischen dem piezoelektrischen Treiber 174 und dem Block 170, Unter Druck stehende Flüssigkeit wird von einer Druckquelle über den Einlaß 172 zugeführt und gelangt durch den Kanal 178 in die Kammer ! ■ 171 zum Zwecke des Ausstoßens aus der Austrittsöffnung 173 der Edelsteindüse 172. Der Bolzen 179 bildet eine elektrische Ver- i

bindung der Rückfläche des piezoelektrischen Treibers 174 mit [ der Treiberleitung 150 der Treiberschaltung. Die andere Seite des piezoelektrischen Treibers ist über die in der Kammer 171 befindliche Tinte und den Block 170 und den Bolzen 180 geerdet.

Deshalb stört das Anlegen eines Treibsignals von der Schaltung

nach Fig. 6 an dem Bolzen 179 den piezoelektrischen Kristall '

• 174, der seinerseits den Druck der in der Kammer 171 befindli- j

' chen Tinte stört, um, wie in Fig. 11 gezeigt, Tintenstrahlen zu ;

erzeugen. j

Wie weiter oben geschildert, rufen Störungen der Tinte wie Druck- : Störungen, infolge von Volumensänderung der Kammer 171 durch Expansion und Zusammenziehen des piezoelektrischen Kristalles 172 Verdickungen im Tintenstrom hervor, die zunehmen, um Tropfen zu bilden und um schließlich von demselben sich abzutrennen.

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Der nur durch die Grundschwingung gestörte Flussigkextsfaden (Fig. 10) enthält eine Serie von immer größeren Verdickungen 190 und 191, die durch Einschnürungen 192 miteinander verbunden ^: sind.Efer Teil einer Einschnürung, der benachbarte Tropfen ver- > bindet, wird schließlich im allgemeinen zuerst an einem Ende abgetrennt und hernach an dem anderen, um einen Satellitentropfen 194 zu bilden. Eine der Ladeelektroden beaufschlagt den Tropfenstrom mit einem ausgewählten Ladesignal zum Zeitpunkt des Trop- : fenablösens. Die Tinte ist über den Block 170 geerdet, jedoch der abgetrennte Teil des Stromes unterbricht den Leitungsweg, sobald das Abreißen eintritt, so daß die nach dem Abreißpunkt befindliche Tinte ihre Ladung beibehält. So reißt die Einschnürung;

■ 172 zuerst von dem vorhergehenden Tropfen 193 ab und hernach

von dem nachfolgenden Tropfen 191, So trägt der Satellitentropfen 194 und der Tropfen 193 eine Ladung, die auf dem gleichen Lade- i signal basiert, in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des La- ; designales. Wenn der Satellitentropfen 194 sich mit den Tropfen vor dem Eintritt in das Ablenkfeld verbindet, tritt keine La- i dungsübertragung ein und der so gebildete Gesamttropfen wird ■ '. richtig abgelenkt.

Die Einschnürung 197 reißt auch zuerst ab im Hinblick auf den j !vorangegangenen Tropfen 198 und hernach von dem folgenden Trop-

■ fen 199, um den Satellitentropfen 200 zu bilden. Der letztere

und der nachfolgende Tropfen 198 sind somit ähnlich geladen und ^; wiederum in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des Ladesignals. ; Der Satellitentropfen verbindet sich jedoch nicht mit dem nachfolgenden Tropfen, sondern eher mit dem vorhergehenden Tropfen 201. Die Ladung oder der Verlust von Ladung die für den nachfol- : genden Tropfen 198 vorgesehen ist, wird deshalb auf den vorhergehenden Tropfen 201 übertragen. Beide Tropfen 201 und 198 sind [ deshalb nicht richtig aufgeladen und werden durch das konstante ; elektrostatische Ablenkfeld falsch abgelenkt.

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,•Die in Fig. 11 dargestellten Beispiele von Tintenstrahlen entsprechen jenen von Fig. 10, werden jedoch sowohl mit einer Grundschwingung als auch mit einer zweiten harmonischen Schwingung angetrieben, deren Amplitude 3% des Grundsignales beträgt, bei einer Phasenverschiebung von 180° gegenüber der Grundschwingung.

.Bei einer derartigen Steuerung reißt jede Einschnürung 210 bis 212 zuerst von den nachfolgenden Tropfen 220 bis 222 ab und nimmt hierbei die gleiche Ladung wie der jeweilig vorhergehende Tropfen '230 bis 232 an und verbindet sich hernach mit demselben vorher- :gehenden Tropfen.

Deshalb verbindet sich jeder momentane Satellitentropfen mit dem gleichen Tropfen, mit dem er verbunden war, als er aufgeladen wurde. Daraus ergibt sich, daß keine Ladungsübertragung eintritt.

Eine Alternative zu der in Fig, 6 gezeigten Schaltung ist in Fig. "; 1.2 dargestellt. Die Schaltung nach Fig. 12 unterscheidet sich yon der nach Fig. 6 hauptsächlich durch ihre Einstellbarkeit, ; um Testläufe auf einem speziellen Druckkopf zu gestatten, um das !Optimum der Amplituden der Grundschwingung und der zweiten harmo- ;■ nischen Schwingung und die optimale Phasenverschiebung zu bestimmen. Ein wesentlicher Teil der Schaltung nach Fig. 12 ist jedoch ; ; identisch mit dem in Fig. 6 und ist mit den gleichen Bezugszeichenj gekennzeichnet. Im nachfolgenden wird im wesentlichen auf die Un-J terschiede eingegangen. Die Einstelleingänge 128 der Fig. 6 sind j durch Schalter 251 bis 254 in Fig. 12 ersetzt. Diese Schalter \ enthalten die verschiedenen binären Zählstände und sind individuell schließbar, um eine Verbindung mit der Erdklemme 255 herzustellen oder um in ihrer geöffneten Stellung eine binäre Eins oder eine binäre Null darzustellen. Deshalb kann irgendeiner von 16 Phasenwinkeln durch die binäre Zahl, dargestellt durch die Schaltzustände der Schalter 251 bis 254 wiedergegeben werden. Die Ausgangssignale dieser Schalter werden über Drähte, die das Kabel 127 darstellen, der Exclusiven-ODER-Schaltung 115 zuge-

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führt. Die Wirkungsweise des Oszillators 110 des Zählers 111, der Exclusiven-ODER-Schaltung 150, des UND-Inverters 112 und der Kippschaltung 134 sind die gleichen wie in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben.

In Fig. 12 sind die Leitungen 118 und 138 mit Dämpfungsgliedern 258 bzw, 259 verbunden. Andere Eingänge dieser Dämpfungsglieder sind an Schalter 260 bzw. 261 angeschlossen. Die Dämpfungsglieder 158, 159 sind identisch und sind detailliert in Fig. 13 dargestellt. Die Dämpfungsglieder enthalten ein Potentiometer 262 zur individuellen Einstellung der Dämpfung des Eingangsignales , am Eingang 118 oder 138, Der Schalter 260 oder 261 ist wahlweise schließbar, um das Ausgangssignal vollständig zu unterdrücken. Das Ausgangssignal wird über die Leitung 264 oder 265 dem Differentialverstärker 267 zum Zwecke der übertragung mittelsder Leitung 268 zum Integrator 269 zugeführt. Diese Schaltungen wandeln zusammen den Stromeingang auf den Leitungen 264, 265 in ein :

; Spannungssignal um und wandeln dieses erhaltene Signal in einen kombinierten und summierten Satz von Sinuswellen mit der Grundfre- ' guenz und der zweiten harmonischen Frequenz um, der am Ausgang ; '; 150 erscheint. Der Differentialversärker 267 und der Integrator \

; 269 sind detailliert in Fig, 14 veranschaulicht. ;

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i In mit piezoelektrischen Treibern ausgeführten Tests bei unter- | i schiedlichen Arten von Tintenstrahldruckköpfen wurde die Ladungsübertragung und die Satellitenerzeugung gesteuert durch Anwenj dung der zweiten harmonischen Frequenz bei einer Amplitudengrö-I ßenordnung zwischen 1% und 10% der Grundfrequenz und bei verschiei denen Phasenwinkeln im Bereich von 90 bis 180° gegenüber der Grundfrequenz, Die Veränderungen des Phasenwinkels sind auf die ' unterschiedlichen Charakteristika der verschiedenen Druckköpfe j zurückzuführen,

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Die Bereiche der Phasenlage und Amplitude sind im wesentlichen das Ergebnis verschiedener Tintenstrahldruckkopfausführungen und Resonanzen, wobei bei jedem Kopf des experirnenthelle Optimum erzielt wurde. In einigen Köpfen arbeitet die Erfindung sogar bei einer sogenannten rückwärtigen Verbindung der Satellitentropfen, d.h. bei einer Verbindung des Satellitentropfen mit dem nachfolgenden Tropfen. In derartigen Fällen liegt der optimale Punkt dort wo die Einschnürung und der nachfolgende Tropfen vom Flüssigkeitsfaden als eine Einheit abreißen. Dies bedeutet, daß der nachfolgende Tropfen von der Vorderseite der folgenden Einschnürung abreißt und entweder die führende Einschnürung keinen vorübergehenden Satellitentropfen bildet oder diese führende Einschnürung vom nachfolgenden Tropfen nur dann abreißt, nachdem der Tropfen sich vom Flüssigkeitsfaden abgelöst hat.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Tintenstrahldrucker bei dem unter Druck stehende Tinte ί aus mindestens einer Düse ausgestoßen wird, die Tropfenbildung durch Störung des Tintenstromes hervorgerufen wird, indem im Tintenstrom abwechselnd Verdickungen und Einschnürungen sich bilden/ wobei durch die Einschnürungen Satellitentropfen entstehen, im Entstehungszeitpunkt der einzelnen Tröpfchen dieselben aufgeladen werden und anschließend durch ein konstantes, elektrisches Feld in Abhängigkeit von der Größe der Ladung aus ihrer normalen Flugbahn abgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, ' daß eine Ladeschaltung (Fig, 6 oder Fig. 3 2) vorgesehen ist, die den Tintenstrom mit einer sinusförmigen, von einer zweiten harmonischen Schwingung überlagerten Störung beaufschlagt, wobei die Amplitude und Phasenlage : dieser zweiten harmonischen Schwingung gegenüber der f Grundschwingung derart gewählt ist, daß jede Einschnürung! und jede Verdickung mit der sich der aus dieser Einschnürung entstandene Satellitentropfen verbindet, vom Tintenstrom als eine Einheit abreißen, zur Bildung einer Folge gleichförmiger Tröpfchen mit einer Bildungsfrequenz gleich der Grundfrequenz. ■

Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-i net, daß die Amplitude und die Phasenlage der zweiten harjmonischen Schwingung gegenüber der Grundschwingung so gewählt sind, daß die zwischen den Verdickungen (161, 162 bzw. 221, 231) liegenden Einschnürungen (160 bzw. 211) j von dem Flüssigkeitsstrom zuerst an dem Ende abreißen, das der Verdickung (162 bzw. 232) nicht benachbart ist, mit der sich die Einschnürung (160 bzw. 232) anschließend verbindet.

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3. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-; net, daß die zweite harmonische Schwingung eine Ämplidute aufweist, die gegenüber der Amplitude der Grundschwingung kleiner als 10% ist und deren Phase um 90° bis 180° gegenüber der Phase der Grundschwingung verschoben ist.

4. Tintenstrahldrucker mit einem die Störung im Tintenstrom erzeugenden piezoelektrischen Kristall, nach Anspruch 1, ! dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator (110) Impulse , mit einem Vielfachen der Grundfrequenz erzeugt und einen binären Zähler CIlI) antreibt, dessen jede Stufe an je eine Exclusive-ODER-Schaltung (125) angeschlossen ist, von denen eine jede mit ihrem zweiten Eingang an je eine Eingangs'-Einstellschaltung (128) angeschlossen ist, daß die Oszillatorfrequenz und die Stufenzahl des Zählers (111) so gewählt sind, daß an der letzten Zählstufe ein Signal mit doppelter Grundfrequenz auftritt, daß der Ausgang der Exclusiven-ODER-Schaltung (115) an einen UND-Inverter (112) angeschlossen ist, der mit einem weiteren Eingang auch an den Oszillator (110) angeschlossen ist, daß der Ausgang des UND-Inverters (112) an eine Kippschaltung (134) angeschlossen ist, deren Schaltzyklus zwei Zählumläufen des Zählers (111) entspricht, so daß am Ausgang dieser Kippschaltung (134) ein Signal von einfacher Grundfrequenz auftritt, und daß die ein Signal von 2facher Grundfrequenz führende Ausgangsleitung (118) des Zählers (111) und die Ausgangsleitung (138) der genannten! Kippschaltung (134) über getrennte Dämpfungsglieder (120,j 140) und Filter (122, 142) mit den beiden Eingängen eines; Analogaddierers (125) verbunden sind, dessen Ausgangs- ! leitung (150) an den piezoelektrischen Kristall (12) angeschlossen ist.

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