DE2723037B2

DE2723037B2 - Tintenstrahlschreiber mit einer Vielzahl von Düsen

Info

Publication number: DE2723037B2
Application number: DE2723037A
Authority: DE
Inventors: Winston Hsong Chen; Stanley Carpenter Illcomb
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-05-27
Filing date: 1977-05-21
Publication date: 1979-08-09
Also published as: FR2352671B1; FR2352671A1; US4087825A; DE2723037A1; JPS6012238B2; DE2723037C3; JPS52154636A; CA1051502A; IT1113583B; GB1571698A

Description

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Art eines Tintenstrahlschrei· bers.

Bei einem Tintenstrahldrucker nach der US-Patentschrift 33 73 437 werden mehrere Tintenstrahlen in einer oder mehreren Reihen erzeugt, deren einzelnen Tröpfchen für ihr Ablenken mittels eines konstanten elektrischen Feldes in eine Tintenauffangblende wahlweise auf ein einziges Ladungsniveau gebracht werden können. Die ungeladenen Tropfen bewegen sich entlang: ihrer natürlichen Flugbahn, um auf das zu bedruckende Papier aufzuschlagen.

Tintenstrahldrucker werden in einem breiten Verwendungsfeld eingesetzt für unterschiedliche Papierarten und bei unterschiedlichen Drucktypen. Die Tintentropfen, die auf dem Papier aufschlagen, bilden Druckpunkte, die sich auf den unterschiedlichen Papierarten unterschiedlich ausbreiten und in das; Papier unterschiedlich einsickern. Somit werden bei unterschiedlichen Papierarten unterschiedliche Druckqualitäten erzeugt. Ein Versuch zur Beseitigung dieses Nachteiles wäre eine Tinte vorzusehen, die über einen weiten Bereich von Papierarten bzw. -qualitäten eine durchschnittliche Druckqualität erzeugt. Jedoch eine derartige Tinte ist zur Zeit nicht erhältlich. Man könnte:

natürlich auch das in dem Tintenstrahldrucker zu verwendende Papier auf Arten begrenzen, mit weichen die beste Wechselwirkung mit der verwendeten Tinte erzielt wird. Derartige Begrenzungen würden jedoch j den Anwendungsbereich des Tintenstrahldruckers sicherlich sehr einschränken.

Elektrostatische Tintenstrahldrucker arbeiten zuverlässiger, wenn Tinten verwendet werden, deren Grundlösungsmittel Wasser ist Selbst wenn für

κι spezielle Papierarten besonders geeignete Tinten gefunden würden, hängt die Druckqualität von den Umgebungsverhältnissen, wie Temperatur und Feuchtigkeit ab. Man könnte die Drucker natürlich in vollklimatisierten Räumen aufstellen, um sicherzustel-

I, len, daß das Drucken nur in einer bestimmbaren Umgebung stattfindet. Daß diese Bedingung jedoch die Anwendung des Tintenstrahldruckers sehr einschränken würde, liegt klar auf der Hand.
Es ist somit die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, einen Tintenstrahlschreiber anzugeben, der über einen weiten Bereich von Papierarten und bei sehr unterschiedlichen Umgebungsbedingungen gleiche Druckqualität erzeugt Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des

'3 Anspruchs 1 angegebenen Merkmale eines Tintenstrahlschreibers. Bei einem nach der Erfindung aufgebauten Tintenstrahlschreiber wird die Anzahl der einen Druckpunkt bildenden Tintentröpfchen bestimmt durch die Papierart und die Umgebungsbedingungen.

i» Bei einem Tintenstrahldrucker nach der DE-OS 25 20 702, bei dem die Tintentröpfchen von nur einer einzigen Düse erzeugt und entsprechend ihres gewünschten Druckpunktes auf dem Papier unterschiedlich aufgeladen werden, ist zwar auch die Anzahl der

t > Tintentröpfchen, die einen Druckpunkt bilden, variabel, jedoch zu dem Zweck der Erzeugung einer veränderbaren Druckdichte für den Grautondruck. Hierfür wird nicht nur die Amplitude des Aufladungssignales entsprechend dem gewünschten Auftreffort des Tinten-

w tröpfchens verändert, sondern auch die Länge des Aufladungssignales entsprechend dem gewünschten Grauton. Es werden somit unterschiedlich große Gruppen von Tröpfchen erzeugt, deren Tröpfchen jeweils einer Gruppe gleichgroße Ladungen tragen.

•ti Deshalb kann ein sogenanntes Dichtesignal eines optischen Abtasters direkt in einen Digitalwert umgewandelt werden, der die Lage dos Aufladungssignals steuert.
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteran-

:·" Sprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein Schema eines Tintenstrahldruckers,

■">■> F i g. 2 die Ladesignalwellenform,

Fig.3 eine Vorderansicht eines Tintenstrahldruckkopfes mit den Ablenkeinrichtungen,

Fig.4 einen Querschnitt durch den Druckkopf nach Fig. 3,

w) Fig.5 Beispiele für Wellenformen, die bei einem Verfahren nach der Erfindung auftreten,

F i g. 6 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Erzeugung und Steuerung der Ladesignale,

F i g. 7 Impulsdiagramme verschiedener in der Schalte tung nach F i g. 6 auftretender Signale,

Fig.8 verschiedene Wellenformen, die bei einem anderen Verfahren nach der Erfindung auftreten und
Fig.9 weitere Wellenformen für weitere Ausfüh-

rungsbeispiele.

Anhand von F i g. 1 wird die Wirkungsweise eines eine Düse aufweisenden Tintenstrahldruckers beschrieben. Unter Druck stehende elektrostatische Tinte 10 wird dem Druckkopf 11, der die Düse 12 aufweist, zugeführt Die Tinte verläßt die Düse in Form eines Fadens 13. Der Druck oder die Geschwindigkeit der Tinte wird mit einer Frequenz gestört, um ein Aufbrechen des Fadens in einen Zug gleich großer Tropfen 14 zu verursachen. Die Ladeelektrode 15 ist an to der Stelle angeordnet, an welcher der Faden 13 sich in einzelne Tropfen auflöst Die Tinte 10 ist Ober den Druckkopf 11 mit der Erde 16 verbunden, so daß auch der Faden 13 geerdet ist Da jeder Tropfen vom Faden abreißt, nimmt er eine elektrische Ladung an, die von der Spannung der Ladeelektrode 15 induziert wird. Die Tropfen folgen der durch den Faden 13 bestimmten Flugbahn, bis eine statische Spannung zwischen den Ablenkplatten 17 und 18 ein Ablenkfeld erzeugt Im Ablenkfeld verbleiben die Tropfen, die ungeladen sind, auf ihrer ursprünglichen Flugbahn ohne abgelenkt zu werden und schlagen auf dem zu bedruckenden Papier 19 auf. Die geladenen Tropfen werden jedoch durch das Ablenkfeld abgelenkt und gelangen in die Auffangblende 20.

Bei vielen Tintenstrahldruckern ist das Ladesignal synchronisiert mit der Tropferzeugungsfrequenz, so daß jeder Tropfen einzeln aufgeladen wird. In der vorliegenden Erfindung ist die Dauer 1/Fder Datenperiode gleich dem Vielfachen des zeitlichen Abstandes in zweier erzeugter Tropfen. Ferner verbleibt nur ein Teil der die Ladeelektrode während eines Druckzyklus passierenden Tropfen ungeladen, um einen Druckpunkt auf dem Papier 19 zu erzeugen. Die Zeitdauer, in welcher die Tropfen ungeladen verbleiben, um einen Druckpunkt zu erzeugen, bestimmt der Datenimpuls T. Soll somit an einem Druckpunkt kein Druck erfolgen, würde das Lad°signal für die gesamte Zeitdauer MF negativ bleiben. Wenn ein Druckpunkt zu erzeugen ist wird während des Datenimpulses T kein Ladesignal -to erzeugt jedoch wird dann das Ladesignal für den Rest der Lade-Datenperiode vorgesehen. Wird angenommen, daß die Relativgeschwindigkeil zwischen dem Druckkopf 11 und dem zu bedruckenden Papier 19 so eingestellt ist daß die Tropfen 14 auf das Papier 19 mit ■<■> einer Tropfenteilung von ungefähr einem Tropfendurchmesser auftreffen, wird die Tinte von den Tropfen, denen ein Aufschlag auf dem Papier durch ein Nichtaufladen erlaubt ist zusammenfließen, um einen einzigen Druckpunkt zu erzeugen. w

Der Druckkopf 11 (F i g. 3 und 4) besitzt zwei Reihen von Düsen und entspricht im wesentlichen dem in der DE-OS 26 02 004 gezeigten. Ein derartiger Druckkopf weist der Block 30 auf, in dem der Hohlraum 31 vorgesehen ist Im Hohlraum 31 sind der piezoelektri- η sehe Kristall 32 und die Düsenplatte 33 angeordnet Die letztere enthält zwei Reihen 34 und 35 von nahe beabstandeten Düsen. Der piezoelektrische Kristall 32 befindet sich auf der Grundplatte 36. Die Ladeplatte 37 ist auf dem Block 30 befestigt und weist zwei Reihen 38 w> und 39 von Ladeelektroden auf, wobei jede Ladeelektrode mit der zugeordneten Düse in der Düsenplatte 33 ausgerichtet ist

Unter Druck stehende Tinte wird dem Hohlraum 31 zugeführt und wird durch die Düsen der Reihe 34 und 35 t>~> der DUsenplatte 33 ausgestoßen. Der piezoelektrische Kristall 32 wird durch ein elektrisches Signal mit der Tropfenerzeugungsfrequenz f erregt, um das Volumen des Hohlraumes 31 zu verändern. Hierdurch wird der Tintendruck gestört, so daß die aus den Reihen 34 und 35 von Düsen austretenden Tuitenströme in gleich große Tropfen aufbrechen. Die Tinte verläßt die Düse in Forir von dünnen Fäden, welche die Öffnungen 40 und 41 passieren, wobei die Störungen mit der Entfernung von der Düsenplatte 33 zunehmen, bis die Tropfen vom Faden abreißen. Nach dem Abreißen, das innerhalb der Ladeelektroden stattfindet nehmen die Tropfen eine Ladung an, die von der der zugeordneten ladeelektrode zugeführten Spannung im Augenblick des Tropfensabreißens abhängt

Die ungeladenen Tropfen verbleiben auf den ursprünglichen Flugbahnen 42 und 43, um gegen das zu bedruckende Papier 44 aufzuschlagen. Die geerdeten Ablenkelektroden 45 und 46 sind an gegenüberliegenden Seiten der Hochspannungsablenkelektrode 57 bzw. den natürlichen Flugbahnen 42, 43 angeordnet Die Ablenkelektroden 45, 46 weisen von den Flugbahnen der Tropfen weg und enden in Öffnungen 47,48, die mit Hohlräumen 49 und 50 in Verbindung stehen. Die letzteren sind ferner mit den Röhren 51,52 verbunden, die ihrerseits mit der Vakuumquelle 53 über die Leitungen 54 und 55 in Verbindung stehen.

Die zwischen der Hochspannungselektrode 57 und den Ablenkelektroden 45, 46 erzeugten elektrostatischen Felder verursachen ein Ablenken der geladenen Tropfen aus ihren natürlichen Flugbahnen 42,43, indem sie gegen die Ablenkelektroden 45,46 gerichtet werden und dieselben berühren. Die Ablenkelektroden 45, 46 wirken somit als Auffangblende, um die Tropfen, die abgelenkt und für den Druck nicht benötigt werden, aufzufangen. Diese aufgefangenen Tropfen fließen nach den Enden der entsprechenden Elektroden und werden durch die Öffnungen 47, 48 in die Hohlräume 49, 50 durch die Vakuumquelle 53 gesaugt Die angesammelte Tinte wird dann durch die Hohlräume 49 oder 50 über die entsprechenden Rohre 51, 52 in die Vakuumquelle 53 gesogen. Die Tinte kann hierauf wieder verwendet werden.

Die Tropfen 14 eines jeden Tintenstromes, die während des Datenimpulses Γ(Fig.2) ungeladen sind, verbleiben auf den zugeordneten natürlichen Flugbahnen 42 und 43 und schlagen auf das zu bedruckende Papier 44 auf, um Druckpunkte zu bilden, die sich über das Papier ausbreiten und in dasselbe einsickern. Das Ausmaß des Ausbreitens und des Einsickerns ist unterschiedlich in Abhängigkeit von der Papierart und den Umgebungsverhältnissen.

Die Erfindung faßt die Modulation der Tintenstrahldruckpunktintensität ins Auge durch Steuerung des Tintenvolumens pro Druckpunkt um dadurch die verschiedenen Papier- und -Umgebungscharakteristika zu kompensieren und dadurch eine gleichförmigere Druckqualität zu erzielen.

Eine bevorzugte Art der Steuerung des Tintenvolumens pro Druckpunkt ist in F i g. 5 veranschaulicht Der Tintenstrom 60 ist mit den Ladesignalen 61 und 62 dargestellt Die Tropfenerzeugungsfrequenz U ist beträchtlich höher als die Datenfrequenz Fo- Mit der gezeigten Tropfenerzeugungsfrequenz wird ein Tropfen pro Zyklus im Tintenstrom 60 erzeugt und die für eine Datenperiode erforderliche Zeit ist durch MF DATEN dargestellt Somit ist ersichtlich, daß eine große Anzahl von Tropfen die Ladeelektrode während einer Datenperiode passiert und die Tropfenerzeugungsfrequenz viele Male höher als die Datenfrequenz ist.

In diesem Verfahren wird die Intensitätsmodulation

5 6

durch Veränderung der Länge des Datenimpulses T daß die Verzögerung der Verzögerungsschaltung 80 ein

erreicht Die anderen Maschinenparameter, wie Trop- Rückstellsignal bei einem Minimum erzeugt. Sollte die

fenerzeugungsfrequenz, Papiergeschwindigkeit, Tinten- Verzögerung auf das Maximum eingestellt sein, um

Strahlgeschwindigkeit und Tropfengröße werden kon- dadurch mit einer maximalen Anzahl von Tropfen zu

stant gehalten. 5 drucken, würde das Rückstellsignal als Impuls 106 in

Beim Papier, das eine höhere Intensität erfordert, ist F i g. 7 erscheinen. Die beispielsweise gezeigten Druckdie Länge des Datenimpulses Γ vergrößert, so daß eine signale in F i g. 7 wurden deshalb durch die gestrichelt ,größere Anzahl von Tropfen für die Herstellung eines gezeichneten Leitungen 107 bis 109 erweitert Somit Druckpunktes verwendet wird. Die Länge des Datenim- liefert die Verzögerungsschaltung 80 eine steuerbare pulses T, die für den Datenimpuls 63 und das Ladesignal ι ο Verzögerungsveränderung 110, wie in F i g. 7 gezeigt ist. 61 gezeigt ist, wird für ein Papier der Qualität »A« Durch Steuerung der Verzögerung der Verzögeverwendet und ist so breit, um drei Tropfen pro rungsschaltung 80 wird die Anzahl der Tropfen Druckpunkt während einer Druckperiode ungeladen zu gesteuert der es erlaubt ist, innerhalb der Datenperiode belassen. Diese drei Tropfen schlagen somit aufeinan- 92 auf das zu bedruckende Papier aufzuschlagen, derfc'.ger.d auf das Papier und bilden einen einzigen '.5 wodurch die Menge der Tinte pro Druckpunkt gesteuert Druckpunkt Bei einem Papier der Qualität »B<i, das eine wird.

höhere intensität erfordert wird die Länge des In F i g. 8 ist ein anderes Schema zur Steuerung der

Datenimpulses 7" weiter erhöht so daß eine noch höhere Tintenmenge pro Druckpunkt dargestellt Hier werden Anzahl von Tropfen für die Erstellung eines Druckpunk- die Tropfenfrequenz, die Tintenstrahlgeschwindigkeit

tes verwendet wird. Somit wird die Länge des 20 und die Tropfengröße konstant gehalten, wie im zuerst

Datenimpulses 64 des Ladesignales 62 für die Papier- gezeigten Schema. Jedoch die Intensitätsmodulation

qualität B verwendet wodurch fünf Tropfen pro wird durch gleichzeitige Veränderung der Länge des

Druckperiode gestattet wird, ungeladen zu verbleiben. Datenimpulses 7; der Datenfrequenz und der Relativge-

Die Schaltung zur Ausführung des Intensitätsmodula- schwindigkeit zwischen dem Druckkopf und dem zu tionsverfahrens nach F i g. 5 ist in F i g. 6 veranschau- 25 bedruckenden Papier erzielt Somit bleibt der Tropfenlicht Die Daten vom Zeichengenerator 70 weiden über strom 120 konstant wie die Tropfenfrequenzgeschwinmehrere Leitungen der Torschaltung 72 geliefert Jede digkeit und Tropfengröße. Um die Intensität zu dieser Leitungen 1 bis m der Gruppe 71 ist je einer modulieren, müssen die Druckimpulse 121 und 122 für einzelnen Ladeelektrode in den Reihen 38 und 39 der die Papierqualität »A« erweitert werden, was durch die Ladeplatte 37 zugeordnet Die Torschaltung 72 ist über m Druckimpulse 123 und 124 für die Papierqualität »B« die Leitungen 73 mit der Ladeplatte 37 verbunden. Am dargestellt ist während die Datenperiode 127 und die Datentakteingang 75 treten Taktimpulse 76 auf, die dem Druckgeschwindigkeit proportional verkleinert sind, Eingang 77 des Zeichengenerators 70, dem Eingang 78 wie durch die erweiterte Datenperiode 128 veranschauder Torschaltung 72 und dem Eingang 79 der licht ist Wie gezeigt wird für ein Drucken mit höhere Verzögerungsschaltung 80 zugeführt werden. Die 35 Intensität die Druckkopfbewegung verlangsamt weil Verzögerungsschaltung 80 enthält den veränderbaren die Datengeschwindigkeit gemindert ist und die Länge Widerstand 81, der mehrere schaltbare Eingänge 82 bis des Datenimpulses wird vergrößert so daß mehrere 87 aufweist Z. B. stellen die schaltbaren Eingänge 82 bis Tropfen für den Druck eines Druckpunktes zur 84 verschiedene Papierarten dar, wobei jeder eine Verfügung stehen. Die Länge des Datenimpulses Γ muß Veränderung des Widerstandes um das zweifache der 40 gleich sein der vollen Datenperiode 127 oder 128. Dieses Eingänge 85 bis 87 darstellt die den unterschiedlichen System ist bei einem Drucker verwendbar, der es nicht Umgebungsverhältnissen zugeordnet sind. gestattet daß die Tropfenfrequenz wesentlich höher als

Der veränderbare Widerstand steuert somit die die Datengeschwindigkeit ist Es sollten deshalb Größe der von der Verzögerungsschaltung 80 erzeug- weniger Tropfen hindurchgelassen werden und es ist

baren Verzögerung in Übereinstimmung mit einem 45 wahrscheinlich,-daß es besser sein würde, alle die zur

Taktimpuls am Eingang 79, indem sie zur angezeigten Verfügung stehenden Tropfen während der Datenpe- Verzögerungszeit einen Rückstellimpuls 88 auf der riode zum Drucken zu verwenden. Leitung 89 der Torschaltung 72 liefert Ein weiteres Verfahren ist in F ig. 9 gezeigt Hier

Der Zeichengenerator 70 spricht auf den Taktimpuls werden die Parameter der Strahlgeschwindigkeit und 76 in F i g. 7 an, durch Lieferung eines Ladesignales 90 so der Anzahl der Tropfen pro Druckpunkt konstant und von Nullspannungsdrucksignalen 91 (F i g. 6) für die gehalten. Um die Intensität zu modulieren, werden die Datenperiode 92. Die Torschaltung 72 spricht auf den Tropfen- und Datenfrequenzen, die Länge des Datenim-Taktimpuls 76 an durch Übermittlung der Lade- oder pulses und die Relativgeschwindigkeit zwischen Druck-Drucksignale 90 bzw. 91 von denen Leitungen 71 auf die kopf und Papier verändert Für ein Papier mit dei Leitungen 73. Die Verzögerungsschaltung 80 erzeugt 55 Qualität »A« sind die Tropfengröße und die Tropfengedurch den gleichen Taktimpuls das Rückstellsignal 88 schwindigkeit des Tintenstromes 130, die Datenge zur Verzögerungszeit die durch Einstellen des ver- schwindigkeit durch die Datenperiode 131 und die änderbaren Widerstandes 81 bestimmt ist Das Rück- Länge des Datenimpulses T für den Impuls 132 Stellsignal 88 auf der Leitung 89 bewirkt, daß die dargestellt Für ein Drucken mit höherer Intensität Torschaltung 72 das NuUspannungsdrucksignal 91 vor 60 werden die Frequenzen und die Druckkopfgeschwindigdem Ende der Datenperiode beendet Somit tiefen die keit gesenkt, um den Tropfenstrom 133 zu erzeugen Torschaltung 72 die Drucksignale nur für eine während die Datengeschwindigkeit der Datenperiode gesteuerte Zeitperiode 95. Beispiele von Druck- und 134 und die Länge des Datenimpulses 135 verändert Ladesignale, die auf verschiedenen Leitungen 73 der werden. Als Ergebnis hieraus wird ein Punkt mit ein« Ladeplatte 37 zugeführt werden, sind durch die Signale 65 größeren Anzahl von Tropfen 133 gedruckt und die 101 bis 105 dargestellt (Fig.7). Diese Signalbeispiele Druckgeschwindigkeit und Datengeschwindigkeit sine sind mit dem veränderbaren Widerstand gezeigt, derart, niedriger.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tintenstrahlschreiber mit einer Vielzahl von in mindestens einer Reihe angeordneten Düsen, bei dem der pro Düse ausgestoßene Tintenstrahl durch eine periodische Störung in einzelne Tröpfchen aufgebrochen wird, die im Bereich ihres Abreißens wahlweise aufladbar sind und anschließend in Abhängigkeit von ihrem Ladezustand entweder in eine Tintenauffangblende oder auf das zu bedrukkende Papier gelangen, wobei zwischen den Düsen und dem zu bedruckenden Papier eine Relativbewegung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Zeichengenerator (70) und einer Ladeelektrode (37) einer jeden Düse (U) je eine Torschaltung (72) angeordnet ist, daß die durch den Zeichengenerator (70) erzeugten Impulse zum Kennzeichnen einer Datenperiode (92) gleiche Länge aufweisen und diese Datenperiode (92) ein Vielfaches einer Tröpfchenerzeugungsperiode ist, daß ein Taktsignal (76) vorgesehen ist, das an die Torschaltungen (72) und eine allen Torschaltungen (72) gemeinsame Verzögerungsschaltung (80) angeschaltet ist, daß die Torschaltungen (72) durch das Taktsignal (76) einschaltbar und durch ein Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung (80) abschaltbair sind und daß die Verzögerungsschaltung (80), die kürzer ist als die Länge der Datenperiode (92), durch einen veränderbaren Widerstand (81) steuerbar ist, dessen unterschiedliche Eingänge (82 bis 87) unterschiedlichem Umgebungsverhältnissen und unterschiedlichen Papierqualitäten zugeordnet sind.

2. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenperiode (92) länger ist als vier Tröpfchenerzeugungsperioden.

3. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit mindestens so lange ist wie zwei Tröpfchenerzeugungsperioden.