DE2638825C2 - Anordnung zum Vermeiden falsch abgelenkter Satellitentropfen in einem Tintenstrahldrucker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Anordnung in einem Tintenstrahldrucker.
Es ist bekannt, den Tintenstrahl unter Druck aus einer Düse auszustoßen und elektrostatisch aufzuladen (US-Patentschrift 35 96 275) und nur den zu verwendenden einzelnen Tröpfchen eine bestimmte Ladung zu geben (US-Patentschrift 33 73 437).
Bei beiden der vorher genannten Tintenstrahldrucksystemen werden ein oder mehrere Tintenstrahlen ausgestoßen, die gestört werden, um in individuelle Tröpfchen sich aufzulösen. Bei der zuerst angeführten Art wird jeder Tropfen innerhalb eines Tintenstrahles wahlweise zum Zeitpunkt seiner Bildung aufgeladen und passiert hernach ein konstantes Ablenkfeld, um auf verschiedene Stellen des Aufzeichnungsträgers in Abhängigkeit von der Größe seiner Ladung aufzutreffen. Somit wird durch Lieferung geeigneter Ladesignale eine visuell wahrnehmbare Aufzeichnung gedruckt. Bei der an zweiter Stelle genannten Art wird eine Vielzahl von Tintenstrahlen in einer oder mehreren Reihen erzeugt und werden zum Zeitpunkt der Tropfenbildung, 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,

so 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 zeitlicii 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 sich die Satellitentröpfchen gewöhnlich aus den Einschnürungen des Strahles bilden, die die verschiedenen, durch die Störungen verursachten Knoten miteinander verbinden. Man hat ferner

festgestellt, daß solche Satellitentröpfchen entweder eine mit den benachbarten großen Tröpfchen gleiche oder auch eine davon verschiedene Geschwindigkeit haben können. In Abhängigkeit von dem zeitlichen Auftreten des Ladesignales gegenüber dem Abreißen des Saiellitentröpfchens und in Abhängigkeit davon, ob das Abreißen des Satellitentröpfchens am Anfang oder am Ende der Einschnürung auUritt und ob das Satellitentröpfchen sich mit dem vorhergehenden oder nachfolgenden Tröpfchen verbindet, erhält das gebildete Tröpfchen eine richtige oder eine von der Soll-Ladung abweichende Ladung.

Es wurde vorgeschlagen (DE-PS 25 52 952), die Tintentröpfchen frei von Satellitentröpfchen zu erzeugen, indem zur Erzeugung einer periodischen asymmetrischen Störung in dem Tintenstrahl das periodisch auf denselben einwirkende Kraftfeld asymmetrisch ausgebildet ist, d.h. dessen Vorderflanke und Hinterflanke eine wesentlich verschiedene Steigung aufweisen.

Durch die US-Patentschrift 36 83 396 ist es bekannt, die Düse mit einem solchen Resonanzvevhalten für die Flüssigkeit zu konstruieren, so daß schnelle Satellitentröpfchen gebildet werden.

Die US-Patentschrift 33 34 351 beschreibt ein Verfahren zur Vereinigung von Satellitentröpfchen durch Verwendung von zwei Vibratoren, die einmal quer zum Strahl und einmal in Flugrichtung des Strahls angreifen und dadurch den Tintentröpfchen eine Rollbewegung verleihen.

Durch die weiter oben erwähnte Ladungsübertragung zwischen den Satellitentröpfchen und den Tröpfchen, erhalten die letzteren im konstanten Ablenkfeld nicht die gewünschte Ablenkung. Durch diese Ablenkfehler gelangen die Tröpfchen nicht auf den vorher bestimmten Ort auf den Aufzeichnungsträger oder gelangen nicht in die Tintenauffangblende, sondern schlagen an Teilen derselben auf, wodurch sie verspritzen oder abprallen und somit auf das Aufzeichnungsmaterial gelangen. Der Ablenkfehler kann 25% der Gesamtablsnkstrecke betragen.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, einen Weg zum Vermeiden falsch abgelenkter Satellitentropfen in einem Tintenstrahldrucker anzugeben. Bei einer nach der Erfindung aufgebauten Anordnung wird die unsymmetrische Störung im Gegensatz zum älteren Vorschlag nach DE-PS 25 52 952 innerhalb der Tintenkammer wirksam. Mit einer nach der Erfindung aufgebauten Vorrichtung wird die Amplitude und Phase ausgewählt, die verursachen, daß die eine Verbindung des Satellitentropfen mit dem vorangegangenen Tropfen bildenden Flüssigkeitseinschnürung zuerst an ihrem Ende abreißt, das dem Flüssigkeitsstrom am nächsten ist und umgekehrt. Es ist hierbei von Vorteil, daß die Steuerung über die Ladungsübertragung besonders verwendbar ist bei vieldüsigen Tintenstrahldruckköpfen, die geringfügig unterschiedliche Ladungen aufweisen, und hierbei im wesentlichen unabhängig von genauen mechanischen- und Flüssigkeits-Charakteristika aufrechterhalten wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines elektrostatischen Tintenstrahldruckkopfes mit einer Elektrodeneinheit,

Fig.2 einen Schnitt durch den Druckkopf nach F i ε. 1. nach Schnittlinie 2-2,

Fig.J einen anderen Schnitt durch den Druckkopf nach F ig. 1,

F i g. 4 die Düsenplatte des Druckkopfes nach F i g. 1 in schiiu bildlicher Darstellung,

Fig. 5 die Ladeplatte des Druckkopfes nach F i g. 1 in schaubildljcher Darstellung,

Γ i g 6 eine Blockschaltbild eines elektrischen Signalgeneratorü,

F i g. 7 .aus; einem vieldüsigen Druckkopf ausgestoßene Flüisigkeitsstrahlen mit nur der Gnmdfrequenz,

F i g. 8 aus einem vieldüsigen Druckkopf ausgestoßene Tiiitenstrahlen, die entsprechend der Erfindung erzeugt sind,
Fig.9 einen Querschnitt eines eine einzige Düse aufweisenden Druckkopfes,

F i g. H) aus dem Druckkopf nach F i g. 9 ausgestoßene einzelne Flüssigkeitsstrahlen, die nur mit der Grundfrequenz erzeugt sind,

F i g. 11 aus dem Tintenstrahldruckkopf nach F i g. 9 ausgestoüene einzelne Flüssigkeitsstrahlen, die entsprechend der Erfindung erzeugt sind,

Fig VJ. ein Blockschaltbild eines anderen elektrischen Signalgenerators,
Fig. Ul ein Schaltungsdetail des Dämpfungsgliedes derFig. 12und

Fig 14 ein Schaltungsdetail des Integrators von Fig. 11

In den F i g. 1 bis 3 ist ein Tintenstrahldruckkopf für einen elektrostatischen Tintenstrahldrucker vom Binärtyp dargestellt Der Druckkopf enthält die Kammerplatte 10, welche die Verteilerkammer 11 aufweist In der Verteilerli ammer ist der piezoelektrische Kristall 12 und die Düsenplatte 13 befestigt, die zwei Reihen 14,15 nahe beabstandetcr Tintenstrahldüsen (F i g. 4) aufweist. Der piezoelektrische Kristall liegt auf der Platte 16 auf, die mit der Kummerplatte 10 verbunden ist. Der Dichtungsring 17 ist in die Ringnut 18 eingelegt, um eine flüssigkritssichere Dichtung der Verteilerkammer 11 zwischen der Kammerplatte 10 und dem piezoelektrisehen Kristall 12 herzustellen. Die Ladeplatte 20 ist auf die Kammerplatte 10 aufgesetzt und besitzt zwei Reihen von Ltideelektroden 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 die öffnungen 23, 24 der Kammerplatte 10. Diese öffnungen erlauben den von der Düsenplatte ausgehenden Tintenströme einen Durchgang. Die Ladeplatte (Fig.5) ist mit leitfähigen Stegen 25 ausgerüstet, von denen ein jeder einzeln dnc Ladeelektrode mit einer separaten Datenquelle verbindet. Unter Druck stehende Tinte wird von der Flüssigkeitsquelle 26 (F i g. 3) über die Leitung 27 dem Mundstück 28 zugeführt, von wo aus sie durch cäeni Kanal 29 in der Platte 16 und der Kammerplatte 10 in das Innere der Verteilerkammer 11 gelangi.. Der Kanal 29 ist an der Verbindungsstelle der Platte 1i6 mit der Kammerplatte 10 durch den Dichtring 33 abgedichtet.

Die unter Druck stehende Tinte in der Verteilerkammer 11 wird dann durch die Düsen 14, 15 der DUsenplatte 13 ausgestoßen. Der piezoelektrische Kristal] \2 wird dann erregt, wie weiter unten beschrieben ist, um das Volumen der Verteilerkammer It zu verändern. Dies stört den Tintendruck, wodurch die die Düsen 14, 15 verlassenden Tintenströme in Ströme gleich großer individueller Tröpfchen aufgelöst werden. Die Tinte verläßt die Düsen 14,15 in Form von

' Fäden, weiche die öffnungen 23,24 passieren, wobei 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 Ladeelektroden 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, 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 30, 31 sind die geerdeten Ablenkelektroden 37,38 angeordnet Diese Ablenkelektroden 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 Ablenkelektroden 37,38 errichtete elektrostatische Felder verursachten somit eine Ablenkung der geladenen Tröpfchen aus ihren im ungeladenen Zustand verlaufenden Bahnen 30, 31, um die Ablenkelektroden 37, 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 Vakuumquelle gesaugt. Diese Tinte kann dann für folgende Aufzeichnungen wieder verwendet werden. Die verwendete Hochspannungsablenkplatte 35 hohl, wobei jede Seite von einem feinen Gitterschirm 63 bedeckt ist (F i g. 3). 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 Vakuumquelle 50 angeschlossen ist. Somit wird Tintennebel aus der Hochspannungsablenkplatte 35 in die Vakuumquelle 50 abgesaugt

Richtige elektrische Zustände erfordern, daß die Hochspannungsablenkplatte 35 gegenüber den geerdeten Elektroden und dem tragenden Aufbau isoliert ist Dies wird erreicht, durch Montageblöcke 78, 79 aus Isoliermaterial und durch Verbinden der Vakuumumleitung 73 mit der Vakuumquelle 50 separat von den Leitungen 52 und 53, um einen Kurzschluß über die leitende Tinte zu verhindern. Außerdem ist die Ladeplatte 20 aus Isoliermaterial hergestellt, um eine Leitung zwischen verschiedenen Stegen 25 und verschiedenen Ladeelektroden 21,22 zu verhindern. Die Stege sind außerdem mit einem Isoliermaterial überzogen.

Der piezoelektrische Kristall 12 ist zwischen der Kammerplatte 10 und der Platte 16 durch den Druck des Dichtungsringes 17 gehalten. Eine Kammer 80 ist in der Platte 16 unterhalb dem piezoelektrischen Kristall gebildet. Der Draht 81 verbindet den Eingang 82 mit der Rückfläche des piezoelektrischen Kristalles 12, dessen Vorderfläche mit der elektrisch leitenden Tinte der Verteilerkammer 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 to geedert ist. Somit wird eine am Eingang 82 auftretende elektrische Störung zwischen die Rückfläche des piezoelektrischen Kristalles 12 und dessen geerdete Vorderfläche übertragen.

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 schließlich als Tropfen vom Tintenstrom abzureißen.

Eine Mehrzahl von Tintenströmen, die aus einem

vieldüsigen Druckkopf ausgestoßen werden, ist in

F i g. 7 gezeigt. Hierin wird die Tinte im Druckkopf auf

einem Druck von ungefähr 1,6 kg/cm² gehalten und wird aus den 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 Tropfen 94 oder ein Satellitentropfen 93

gebildet wird, wird die Einschnürung durchgetrennt. Sie 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 erhält. Ob eine

oder keine Ladungsübertragung erfolgt hängt davon ab, ob der Satellitentropfen 93 mit dem vorangehenden

Tropfen 94 oder mit dem nachfolgenden Tropfen sich

verbindet

Im in F i g. 7 gezeigten Beispiel ist die zeitliche Folge des Front- und Rückwärtsabreißens der Einschnürung 96 von den Tropfen 98 und der Verdickung 97 für die Bildung des Satellitentropfens 99 beträchtlich unterschiedlich gegenüber der zeitlichen Lage des Front-und Rückwärtsabreißens der Einschnürungen 92 von den Tropfen 90 und die Verdickung 91 zur Bildung des Satellitentropfens 93. Die zeitliche Lage des Ladesignales ist jedoch für jeden Tintenstrom die gleiche. Somit können einige Satellitentropfen die gleiche Ladung wie die folgenden Tropfen aufweisen. Eine Ladungsübertragung kann deshalb in einigen, aber nicht in allen Tintenströmen auftreten, wenn alle Satellitentropfen mit dem nachfolgenden Tropfen sich verbinden 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) abgelenkt Durch diese in entgegengesetzten Richtungen erfolgende Ablenkung treffen diese Tropfen nicht

richtig auf das Aufzeichnungsmedium 32 und verschlechtern somit die Druckqualität. Die geladenen Tropfen, die einen Teil ihrer Ladung durch die Ladungsübertragung verlieren aber einen entsprechenden Wert von ungeladener 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 bei geringer Ablenkung weiterfliegen oder zerspritzen oder zurückprallen, um teilweise oder ganz auf dem Aufzeichnungsmedium 32 aufzutreffen, wodurch die Druckqualität herabgesetzt 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. Das Ausgangssignal des Oszillators UO wird dem Eingang des Zählers Ul und dem UND-lnverter 112 zugeführt. Der Zähler 111 ist ein vierstelliger, umlaufender Binärzähler. Die Ausgangssignale der vier Stufen werden über das Kabel 114 jeweils einer Exdusive-ODER-Schaltung 115 zugeführt Der Ausgang des Zählers zählt somit kontinuierlich zyklisch von 0 bis 15 und läuft um mit zweifacher Grundfrequenz f. Der Draht 118 ist mit der vierten Stufe des Zählers 111 verbunden und überträgt einen Impuls mit der Frequenz 2f, die dem Dämpfungsglied 120 zugeführt wird.

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

Die Exdusive-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 verbunden ist Die Einstelleingangsschaltung 128 enthält vier Eins-/ Null-Einstelleingänge, die auf vier Leitungen 127 gegeben werden. Diese Einstelleingangssignale stellen einen binären Zählwert dar, der der eingestellten Phasenabweichung zwischen der If-Frequenz und dem 2/-Signal auf dem Draht 118 entspricht Somit stellt jeder binäre Einstellwert ein Vi6 einer 180°-Phasenverschiebung dar. Somit liefern, wenn die Zähler 111 einen Zählstand erreicht, der durch die Einstelleingänge der Schaltung 128 dargestellt wird, alle Exclusive-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 Ausgangsimpulse 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 Exclusive-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 s Einstelleingänge 128 gemacht hat. 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 2/"-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 2/-Frequenz um 180° verschoben ist.

Dieser 1/-Frequenzausgang von der Kippschaltung 134 wird über die Leitung 138 dem Dämpfungsglied 140 zugeführt. Das letztere stellt den Pegel des !/"-Rechteckwellenausgangssignals der Kippschaltung 134 auf den gewünschten Pegel ein, der im wesentlichen größer als das 2/"-Ausgangssignal des Dämpfungsgliedes 120 ist Das Ausgangssignal des Dämpfungsgliedes 140 wird über die Leitung 141 dem Filter 142 zugeführt. Der Filter 142 hat eine sehr enge Durchlaßfrequenzcharakteristik, 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 die Kombination aus Grundsignal und zweiter Harmonischen als Treibsignal auf der Leitung 150 zu erzeugen. Das kombinierte Treibsignal auf der Leitung 150 wird dann dem Eingang 82 (F i g. 2) zugeführt, um den piezoelektrischen Kristall 12 in Übereinstimmung mit den zugeführten 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 von 88 Volt als auch einer 2. Harmonischen von 1 Volt beaufschlagt werden, und einer Phasenverschiebung der 2. Harmonischen von 158° gegenüber dem Grundsignal, ist in F i g. 8 gezeigt Bei einer derartigen Steuerung reißt jede Einschnürung 160 zuerst von der nachfolgenden Verdickung 161 und nimmt hierbei die gleiche Ladung wie der sich aus der vorhergehenden Verdickung 162 bildende Tropfen an und verbindet sich dann mit demselben vorhergehenden Tropfen.

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

Die Erfindung ist in gleicher Weise vorteilhaft bei einem Tintenstrahldruckkopf, der nur eine einzige Düse aufweist Eindüsige Tintenstrahldruckköpfe werden meistens bei elektrostatischen Tintenstrahldruckern der eingangs an erster Stelle genannten Art verwendet Der schädliche Effekt der Ladungsübertragungen ist sogar noch wichtiger bei derartigen Tintenstrahldruckern, bei denen oft das Ablenken individueller Tropfen gesteuert wird durch das Aufladen der Tropfen, wobei Tropfen neben Druckpunkten aufschlagen bei nur drei Volt Unterschied 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 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 geladenen Tropfen oder umgekehrt sehr wesentlich den Auftreffpunkt des Tropfens auf dem Aufzeichnungsmedium beeinträchtigen.

Ein eindüsiger Tintenstrahldruckkopf ist in F i g. 9 dargestellt. Dieser Druckkopf enthält den Block 170, in dem die Kammer 171 sich befindet. Die Edelsteindüse 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. Der Dichtungsring 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 117 zugeführt und gelangt durch den Kanal 178 in die Kammer 171 zum Zwecke des Ausstoßens aus der Austrittsöffnung 173 der Edelsteindüse. Der Bolzen 179 bildet eine elektrische Verbindung 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 befindlichen Tinte stört, um, wie in F i g. 11 gezeigt, Tintenstrahlen zu erzeugen.

Wie weiter oben geschildert, rufen Störungen der Tinte wie Druckstörungen, infolge von Volumensänderung der Kammer 171 durch Expansion und Zusammenziehen des piezoelektrischen Kristalles 174 Verdickungen im Tintenstrom hervor, die zunehmen, um Tropfen zu bilden und um schließlich von demselben sich abzutrennen.

Der nur durch die Grundschwingung gestörte Flüssigkeitsfaden (F i g. 10) enthält eine Serie von immer größeren Verdickungen 190 und 191, die durch Einschnürungen 192 miteinander verbunden sind. Der Teil einer Einschnürung, der benachbarte Tropfen verbindet, 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 Tropfenablösens. Die Tinte ist über den Block 170 geerdet, jedoch der abgetrennte Teil des Stromes unterbricht den Leitur.gsweg, sobald das .Abreißen eintritt, so daß dis nach dem Abreißpunkt befindliche Tinte ihre Ladung beibehält Die Einschnürung 192 reißt zuerst von dem vorhergehenden Tropfen 193 ab und hernach von der nachfolgenden Verdickung 191. So trägt der Satellitentropfen 194 und der Tropfen 193 eine Ladung, die auf dem gleichen Ladesignal basiert, in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage des Ladesignales. Wenn der Satellitentropfen 194 sich mit den Tropfen 193 vor dem Eintritt in das Ablenkfeld verbindet, tritt keine Ladungsübertragung ein und der so gebildete Gesamttropfen wird richtig abgelenkt

Auch bei der zweiten Darstellung in F i g. 10 reißt die Einschnürung 197 zuerst von dem vorangegangenen Tropfen 198 und hernach von der folgenden Verdickung 199, um einen 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 nachfolgenden Tropfen 198 vorgesehen ist, wird deshalb auf den vorhergehenden Tropfen 201

ίο übertragen. Beide Tropfen 201 und 198 sind deshalb nicht richtig aufgeladen und werden durch das konstante elektrostatische Ablenkfeld falsch abgelenkt. Die in F i g. 11 dargestellten Beispiele von Tintenstrahlen entsprechen jenen von F i g. 10, werden jedoch sowohl mit einer Grundschwingung als auch mit einer zweiten harmonischen Schwingung angetrieben, deren Amplitude 3% des Grundsignals beträgt, bei einer Phasenverschiebung von 180° gegenüber der Grundschwingung. Bei einer derartigen Steuerung reißt jede Einschnürung 210 bis 212 zuerst von den nachfolgenden Verdickungen 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 vorhergehenden 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 F i g. 6 gezeigten Schaltung ist in Fig. 12 dargestellt. Die Schaltung nach Fig. 12 unterscheidet sich von 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 harmonischen Schwingung und die optimale Phasenverschiebung zu bestimmen. Ein wesentlicher Teil der Schaltung nach Fi g. 12 ist jedoch identisch mit dem in F i g. 6 und ist mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im nachfolgenden wird im wesentlichen auf die Unterschiede eingegangen. Die Einstelleingänge 128 der F i g. 6 sind 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 herzustel-

♦5 len 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 Ausgar-gssigna-Ie dieser Schalter werden über Drähte, die das Kabel 127 darstellen, der Exclusive-ODER-Schaltung 115 zugeführt Die Wirkungsweise des Oszillators 110 des Zählers 111, der Exclusive-ODER-Schaltung 115, des UND-Inverters 112 und der Kippschaltung 134 sind die gleichen wie in Verbindung mit F i g. 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 258,259 sind identisch und sind detailliert in F i g. 13 dargestellt Die Dämpfungsglieder enthalten ein Potentiometer 262 zur individuellen Einstellung der Dämpfung des Eingangssignales 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 mittels der 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 Grundfrequenz und der zweiten harmonischen Frequenz um, der am Ausgang 150 erscheint. Der Differentialverstärker 267 und der Integrator 269 sind detailliert in Fig. 14 veranschaulicht.

In mit piezoelektrischen Treibern ausgeführten Tests bei unterschiedlichen Arten von Tintenstrahldruckköpfen wurde die Ladungsübertragung und die Satellitenerzeugung gesteuert durch Anwendung der zweiten harmonischen Frequenz bei einer Amplitudengrößenordnung zwischen 1 % und 10% der Grundfrequenz und bei verschiedenen Phasenwinkeln im Bereich von 90 bis 180° gegenüber der Grundfrequenz. Die Veränderungen des Phasenwinkels sind auf die unterschiedlichen Charakteristika der verschiedenen Druckköpfe zurück-

zuführen.

Die Bereiche der Phasenlage und Amplitude sind im wesentlichen das Ergebnis verschiedener TintenstrahldruckkopFausführungen und Resonanzen, wobei bei jedem Kopf das experimentelle Optimum erzielt wurde. In einiger; Köpfen arbeitet die Erfindung sogar bei einer sogenannten rückwärtigen Verbindung der Satellitentropfen, d. li. bei einer Verbindung des Satellitentropfen mit dem nachfolgenden Tropfen. In derartigen Fällen

ίο 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 EinschnüiiEig keinen vorübergehenden Satellitentropfen bildet oder diese führende Einschnürung vom nachfolgenden Tropfen nur dann abreißt, nachdem der Tropfen sich vom Flüssigkeitsfaden abgelöst hat.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Vermeiden falsch abgelenkter Satellitentropfen in einem Tintenstrahldrucker, bei dem unter Druck stehende Tinte aus mindestens einer Düse ausgestoßen wird, die Tropfenbildung durch Störung bei der Erzeugung des Tintenstroms mittels einer Grundschwingung eines Erregers hervorgerufen wird, so daß im Tintenstrom abwechselnd Verdickungen und Einschnürungen sich bilden, wobei durch die Einschnürungen entstehende Satellitentropfen im Entstehungszeitpunkt der einzelnen Tröpfchen mit diesen 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 Erzeugerschaltung (F i g. 6 oder F i g. 12) für die Störung vorgesehen ist, die den Tintenstrom mit einer von der zweiten Harmonischen der Grundschwingung überlagerten Störung beaufschlagt, wobei die Amplitude und Phasenlage dieser zweiten Harmonischen gegenüber der Grundschwingung derart gewählt ist, daß jeweils eine Einschnürung und eine Verdickung, die sich nachfolgend als Tropfen und Satellitentropfen wieder verbinden, im Moment ihres Abreißens mit dem gleichen Ladesignal beaufschlagt werden zur Bildung einer Folge gleichförmiger Tröpfchen mit einer Bildungsfrequenz gleich der Grundfrequenz.

2. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude und die Phasenlage der zweiten Harmonischen gegenüber der Grundschwingung so gewählt sind, daß die zwischen den Verdickungen (161,162 bzw. 221,231) liegenden Einschnürungen (160 bzw. 211) 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.

3. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Harmonische eine Amplitude 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 geradzahligen Vielfachen der Grundfrequenz erzeugt und einen binären, eine Schrittanzahl gleich der Hälfte des geradzahligen Vielfachen aufweisenden Zähler (111) antreibt, dessen jede Stufe an je eine Exclusive-ODER-Schaltung (115) angeschlossen ist, von denen eine jede mit ihrem zweiten Eingang an je eine Eingangs-Einstellschaltung (128) zur Einstellung der Phasenlage zwischen Grundfrequenz und zweiter Harmonischer 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 Exclusive-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 am letzten Zählerausgang angeschlossene, ein Signal von 2facher Grundfrequenz führende Ausgangsleitung (118) des Zählers (111} und die Ausgangsleitung (138) der genannten Kippschaltung (134) über getrennte Dämpfungsglieder (120, 140) mit Schaltelementen (122, 142, 125 bzw 267, 269) verbunden sind, die Ausgangssignale erzeugen, die aus den sinusförmigen Signalen der Grundfrequenz und der zweiten Harmonischen zusammengesetzt sind