DE3532437A1

DE3532437A1 - Tintenstrahldrucker mit berichtigung des troepfchenwurfabstandes

Info

Publication number: DE3532437A1
Application number: DE19853532437
Authority: DE
Inventors: Peter Aidan Penfield N.Y. Crean
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1986-04-24
Also published as: US4540990A; JPS61100470A

Description

Tintenstrahldrucker mit Berichtigung des Tröpfchenwurfabstandes

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldrucker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Stand der Technik ist das Tintenstrahldrucken als eine Druckform, bei der nicht mit Preßdruck gearbeitet wird, bekannt. Bei dieser Art des Drückens werden Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmaterial, z.B. Papier oder ähnliches gerichtet und treffen dort auf. Man unterscheidet beim Tintenstrahldruck im allgemeinen zwischen zwei Systemen. Beim einen System wird mit einem kontinuierlichen Tröpfchenstrahl gearbeitet, während beim anderen System die Tröpfchen nur auf Abruf erzeugt werden. Bei den Systemen, die nach dem Prinzip der Tröpfchen auf Abruf arbeiten, wird ein Tröpfchen von einem Tropfchengene- ^O rator nur dann ausgeschleudert, wenn dieses Tröpfchen benötigt wird, um Informationen auf den Aufzeichnungsträger aufzuschreiben. Die Systeme, die mit kontinuierlichen Strahlen arbeiten, enitieren fortlaufend Tröpfchenstrahlen. Die Tröpfchen, die für die Druckinformation auf dem Auf- ° zeichnungsträger nicht benötigt werden, werden auf einen Sammelbehälter gerichtet, wo die nicht benötigten Tröpfchen gesammelt und dann wiederverwendet werden können.

Auf dem Gebiet der mit kontinuierlichem Strahl arbeitenden 3® Tintenstrahldrucker gibt es zwei grundsätzliche Konstruktionen. Die eine Konstruktion umfaßt einen Tröpfchengenerator, der eine oder mehrere Düsen hat, die vor und zurück über das Aufzeichnungsmedium queren. Die andere grundsätzliche Konstruktion verwendet eine feststehende Düsenreihe, wobei jede Düse Farbtröpfchen jeweils nur zu bestimmten Bereichen eines sich bewegenden Aufzeichnungsträgers richtet.

. Beim Drucken mit einem kontinuierlichen Strahl und in der Breite einer Seite wird eine lineare Reihe feststehender Düsen quer zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers angeordnet. Jede Düse richtet ihren Strahl in Richtung c des Aufzeichnungsträgers. Die aus den Düsen austretende Tinte steht unter einem bestimmten Druck und wird mit einer bestimmten Frequenz beeinflußt, so daß die Strahlen in einem bestimmten, selben Abstand weg von ihren jeweils zugeordneten Düsen in einzelne Tröpfchen zerfallen und sich _in dann mit ungefähr derselben Geschwindigkeit als Tröpfchen weiterbewegen. Jede Düse ist zum Bedrucken eines geraden Segmentes bzw. Abschnittes vorgesehen. Die Gesamtanzahl der geraden Segmente erzeugt dann eine Linie, die sich über die Breite des Aufzeichnungsträgers erstreckt.

Um die Tröpfchen aus jeder Düse über ihre geraden Ab-15

schnitte aufzufächern, werden die Tröpfchen mit einer Elektrode an dem Punkt, an dem der Tintenstrahl in einzelne Tröpfchen unterbrochen wird, entsprechend von digitalisierten Datensignalen aufgeladen. Die aufgeladenen Tröpfchen werden dann durch ein elektrisches Feld geschickt. Die zum Druck gerade nicht benötigten Tröpfchen werden auf den Sammelbehälter gerichtet und zur Wiederverwendung an den Tintenvorratsbehälter zurückgeführt. Von den vielen Tintenstr-ahldüsen wirft jede Düse bei dem System, welches

mit kontinuierlichem Strahl seitenbreit druckt, die Tröpf-25

chen zu bestimmten Stellen auf den geradlinigen Abschnitten.

Wenn ein solcher Tintenstrahldrucker nun richtig arbeitet, gelangen die Tintentröpfchen von benachbarten Düsen an die jeweils angrenzenden Endbereiche auf den aneinander-

liegenden geradlinigen Abschnitten, derart, daß sie ohne 30

ungewünschte überdeckung oder auch ohne Bildung von Zwischen räumen nahtlos aneinander angrenzen. Für nähere Informationen in Bezug auf einen solchen Tintenstrahldrucker wird auf die US-Anmeldung 4 238 804 von Warren verwiesen.

Da die Tröpfchen aus jeder Düse entlang verschiedener Trajektorien an bestimmte Stellen innerhalb ihrer zugeordneten geradlinigen Abschnitte gerichtet und abgelenkt

werden, ist es notwendig, die Teile des Tintenstrahldruckers, wie ζ. B. den Tröpfchengenerator, die Aufladungselektrode und das Ablenkungsfeld so zu überwachen und zu korrigieren, daß die korrekte Eichung des Druckers erhalten bleibt. Ein wichtiger Überwachungspunkt im Hinblick auf die korrekte Eichung ist die Nahtstelle zwischen geradlinigen Abschnitten, die von den Tröpfchen aus benachbarten Düsen bedruckt werden. Hierbei dürfen keine Tröpfchenüberdeckungen und auch keine Spalte zwischen den geradlinigen Abschnitten zugelassen werden, wenn das mit dem Tintenstrahldrucker zu erzeugende Bild ohne Unterbrechung für die volle Breite des Aufzeichnungsträgers entstehen soll. Aus der US-Anmeldung 4 255 754 von Crean u.a. ist es beispielsweise bekannt, Sensoren jeweils an den Enden der geradlinigen Abschnitte anzuordnen, die optisch die durchtretenden Tröpfchen erfassen. Aus dieser Information kann dann die exakte Position der Tröpfchen ermittelt werden. Diese Information wird verwendet, um die Ladungen, die auf die nachfolgend aus jeder Düse austretenden Tröpfchen festzustellen und zu korrigieren, um so die Tröpfchen für den Druckvorgang auf die ihnen zugeordneten Auftreff- oder Bildpunktstellen auf dem Aufzeichnungsträger genau zu positionieren. Eine Forschungsveröffentlichung 20123, Januar 1981 von S.C. Paranjpe beschreibt ein Korrekturverfahren mit dem beispielsweise aufgrund von Herstellungsfehlern oder Abmessungstoleranzschwankungen fehlgerichtete Tröpfchen korrigiert werden können. Die Abdruckfehler werden dabei berichtigt, in dem vor dem Eintritt der Tröpfchen in das Ablenkungsfeld die Aufladespannung entsprechend eingestellt wird. Für jeden Tintenstrahl kann ein Korrekturalgorithmus aufgestellt werden. Dieser Algorithmus kann, falls erforderlich, über die Lebenszeit des Druckers entsprechend den aufgrund der allmählichen Eigenschaftsänderungen des Druckers hervorgerufenen DeJustierungen geändert werden.

Im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 22, No. 7, Dezember 1979 von J.R. Booth u.a. wird eine Technik zur

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Berichtigung der Flugzeit zwischen einem hin- und hergehenden Tintenstrahldruckkopf und einem festen, aber schrittweise schaltbaren Aufzeichnungsträger beschrieben, um die Fehler in den Auftreffstellen auszugleichen, die durch die Bewegung des Druckkopfes bezüglich des Aufzeichnungsträgers während der Tropfenflugzeit vom Druckkopf zum Aufzeichnungsträger verursacht werden.

In der US-Anmeldung 4 136 345 beschreiben M. H.Neville u.a. verschiedene Nachweistechniken, um die Höhenabweichung eines vertikal aufgefächerten Tröpfchenfächers von einer vorbestimmten Flugbahn zu erfassen und dann diese Abweichung für nachfolgende Tröpfchen zu korrigieren. Bei einer dieser Techniken wird die Tropfchengeschwindigkeit gemessen und durch Steigern oder Schwächen des Düsenstrahldruckes die gewünschte Flugbahn erhalten.

In der US-Patentanmeldung 4 158 204 von L. Kuhn u.a.

wird ein System beschrieben, um die Geschwindigkeitsschwankungen zwischen verschiedenen Tintenstrahlen auszugleichen, wie sie bei diesen Systemen aufgrund von Düsenungenauigkeiten, Abständen, Anhäufungen und Ablagerungen von Tinte oder ähnlichem hervorgerufen werden. Die Geschwindigkeitsangleichungen zwischen den Tröpfchenstrahlen können dadurch erhalten werden, daß man die Zeit verstellt, zu der die Auftreffsignale an die entsprechenden ' Tröpfchenaufladungselektroden weitergeleitet werden.

In der US-Anmeldung 3 864 692 von J. A. McDonell u.a. wird ein System zum Regeln der Flugbahnen von Tintentröpfchen beschrieben. Bei diesem System wird die Zeit verändert, in der Spannung an die Ablenkungselektroden gelegt wird. Dadurch kann jedem Tröpfchen in einer Abfolge von Tröpfchen eine unterschiedliche Trajektorie entsprechend der Zeit, der das Tröpfchen dem Ablenkungsfeld ausgesetzt wird, zugeordnet werden.

In der US-Anmeldung 4 138 688 von R.S. Heard u.a. wird ebenfalls ein System zum Regeln der Flugbahnen von Tintentröpfchen beschrieben. Um die Fehler in den Auftreffstellen der Tröpfchen, die durch die Bewegung eines 5

Druckkopfes bezüglich des Aufzeiehnungsmediums verursacht werden, auszugleichen, wird ein Spannungsgradient über wenigstens eine der Ablenkungselektroden gelegt, wodurch eine elektrische Feldverzerrung auftritt. Damit werden die TröpfchendeJustierungen aufgrund der Bewegung des Druckkopfes kompensiert. Das Ausmaß der Verzerrung wird abhängig von der Druckkopfgeschwindigkeit geregelt. Es wird automatisch ein Rückkoppelsignal an einen Regelkreis abgegeben, der die Feldverzerrung zwischen den Ablenkungselektroden regelt.

Insgesamt wird aber in dem o.g. Stand der Technik nirgends das Problem der Nahtstellenfehler bei einem mit vielen Düsen seitenbreit arbeitenden Drucker angesprochen, was

aufgrund der Variationen in den Wurfbahnabständen von 20

Düse zu Düse zum Aufzeichnungsträger auftritt. Ein solcher

Fehler kann beispielsweise durch die unterschiedliche Materialdieke des Aufzeichnungsträgers, aber auch durch ein leichtes Einrollen oder durch Wellungen des Aufzeichnungsträgers hervorgerufen werden. Außerdem können 25

solche unterschiedliche Abstände in den Wurfbahnen durch Toleranzen im Aufzeichnungsträgerfördersystem oder der Platte des Aufzeichnungsträgers entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mit 30

vielen Düsen und kontinuierlichem Strahl arbeitenden Tintenstrahldrucker zu schaffen, bei dem die Tröpfchen mit erhöhter Genauigkeit auf einem sich bewegenden Aufzeichnungsträger plaziert werden können. Außerdem soll

diese erhöhte Genauigkeit in der Plazierung durch die 35

Beobachtung der Tropfchenbahnabstände (d.h., der Abstand zwischen einer Düse des Tintenstrahldruckers bis zu Aufzeichnungsträgeroberfläche) überwacht werden, und es soll

ein Signal erzeugt werden, welches die Bahnentfernung wiedergibt und welches dazu verwendet werden kann, um die Tropfchentrajektorien entsprechend zu justieren.

Außerdem soll der Tröpfchenbahnabstand zu benachbarten geradlinigen Abschnitten über die volle Breite eines sich kontinuierlich bewegenden Aufzeichnungsträgers quer zur Bewegungsrichtung für eine Düse oder für eine Gruppe von Düsen dauernd überwacht werden und es sollen die Trajektorien der Tröpfchen, die aus einer oder mehrerer feststehender Düsen, welche den jeweiligen geradlinigen Abschnitten zugeordnet sind, so justiert werden, daß Auftreffehler, wie sie durch Variationen in den Bahnabständen auftreten, kompensiert werden.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine optische Abstandserfassungsvorrichtung verwendet, die einen Lichtstrahl auf den Aufzeichnungsträger richtet und die davon reflektierten Strahlen aufnimmt. Diese Vorrichtung erzeugt ein Signal, das dem Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und dem Aufzeichnungsträger proportional ist.

Dieses Signal wird dazu verwendet, entweder die Ablenkspannung an den Ablenkelektroden oder den Verstärkungsfaktor des Ladungsverstärkers an den Ladungselektroden zu beeinflussen. Diese Veränderung in der Ablenk- oder Aufladespannung beeinflußt die Tropfchenbahnen so, daß die Auftreff- oder Bildpunktstellen entsprechend den Variationen der Tröpfchenbahnabstände ebenfalls variieren. Dadurch wird ein Tröpfchen-zu Tröpfchen-Abstand konstant aufrechterhalten, insbesondere zwischen aneinandergrenzenden Bildpunktelementen, die aus getrennten, benachbarten Düsen erzeugt werden.

Eine feststehende Reihe mit optischen Abstandserfassungseinrichtungen verläuft parallel und unterhalb der Reihe

der feststehenden Düsen in einem bestimmten Abstand zum Aufzeichnungsmedium. Jeder optische Abstandsmesser ist einem speziellen Punkt oder Bereich auf dem sich bewegenden Aufzeichnungsträger zugeordnet. Alternativ dazu wird die Reihe der optischen Abstandsmesser auf einem hin- und hergehenden Träger befestigt, wobei die Abstandsmesser parallel zu den feststehenden Düsen ausgerichtet sind. Die Bewegung des hin- und hergehenden Trägers erfolgt in einer Richtung parallel zu den Düsen und senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers, so daß eine oder mehrere Stellen über die gesamte Breite des Aufzeichnungsträgers abgetastet werden können und dadurch die Schwankungen in den unterschiedlichen Wurfbahnabständen, wie sie durch Wellungen in dem Aufzeichnungsträger erzeugt werden, erfaßt werden können. Bei einem weiteren Aufzeichnungsbeispiel der Erfindung werden pneumatische Abstandsmesser anstelle von optischen Abstandsmessern verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren weiter erläutert und beschrieben.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Tintenstrahldrucker, der mit kontinuierlichem Strahl über eine Seitenbreite mit mehreren Düsen arbeitet, zusammen mit einem Abstandsmesser, der zur Beeinflussung der Tröpfchentrajektorien bei Variationen des Tropfche*hbahnabstandes dient.

Figur 2 zeigt in einer Draufsicht einen Teil des in Figur 1 dargestellten Druckers, und zeigt insbesondere den Abstandsmesser, eine Druckerbezugsebene und den Aufzeichnungsträger in gestrichelten Linien, um die Schwankungen des Abstandes zwischen der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers und den Druckerdüsen über die Breite

des Aufzeichnungsträgers zu erläutern, die zu Schwankungen in den Tröpfchenbahnabständen von Düse zu Düse führen.

In den Figuren, speziell in Figur 1,ist in schematischer Darstellung ein Tintenstrahldrucker dargestellt und mit bezeichnet. Dieser Tintenstrahldrucker 10 arbeitet mit kontinuierlichem Strahl und umfaßt einen feststehenden Tintenstrahlerzeuger 12, der einen Verteiler 13 mit einer Vielzahl von Düsen oder öffnungen 15 besitzt, um Tintenstrahlen 14 zu erzeugen. Da Figur 1 eine Seitenansicht ist, kann man nur einen Tintenstrahl sehen. Es soll hier angemerkt werden, daß sich entlang des Verteilers natürlich eine geradlinige Reihe aus Düsen 15 erstreckt, so daß eine ganze Serie paralleler Tintenstrahlen erzeugt werden. Der Generator 12 ist mit einem Tintenvorratsbehälter 16 verbunden, von dem die Tinte mit Hilfe einer Pumpe 18 zum Generator 12 gefördert wird. Die Pumpe 18 hält die Tinte in dem Verteiler 13 auf einem konstanten Druck, der ausreicht, die Tinte durch die Düsen hindurch auf einen Aufzeichnungsträger 20 zu quetschen. Der Aufzeichnungsträger 20 bewegt sich senkrecht zu der geradlinigen Düsenreihe. Mit dem Generator ist auch eine Anregungsqjelle 22 verbunden, beispielsweise eine piezoelektrische Anordnung, _mit der der Strahl 14 so behandelt wird, daß er in einzelne Tintentröpfchen 24 in einem bestimmten Atstand von den Düsen zerteilt bzw. unterbrochen wird. Wenn die Tintenstrahlen in diese einzelnen Tröpfchen zerteilt sind, induziert eine Aufladungselektrode 26 eine elektrische FeId ladung auf jedem Tröpfchen entsprechend eines Schemas oder eines Algorithmus, der einer gewünschten Abfolge von Tröpfchentrajektorien entspricht. Stromabwärts von der Aufladeelektrode 26 ist eine Anzahl von Felderzeugenden- bzw. Ablenkungselektroden 28 angeordnet, die auf Spannungen aufgeladen werden, so daß sie ein elektrisches Feld erzeugen, durch welches die aufgeladenen Tröpfchen 24 hindurchtreten. Es ist bekannt, daß aufgeladene Teilchen, die durch ein elektrisches Feld hindurchtreten, eine

Kraft erfahren, die abhängig von der Stärke und der Polarität der Ladung auf dem Teilchen und der elektrischen Feldstärke ist, durch welche das Teilchen passieren muß. Ein unaufgeladenes Teilchen tritt durch die Ablenkungselektroden 28 ohne Ablenkung hindurch auf den Aufzeichnungsträger 20. Ein aufgeladenes Teilchen wird von seiner ursprünglichen Trajektorie abhängig seiner Ladungsstärke und der Polarität ablenkt. Indem nun geeignete Ladepotentiale auf die Aufladungselektrode 26 gegeben werden, sobald die Tröpfchen erzeugt und durch die Elektrode hindurchtreten, wird jedes Tröpfchen zu seiner ihm zugeordneten Auftreffstelle auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers oder zu dem Sammelbehälter 30 abgelenkt. Die Aufstreifstelle wird im folgenden Bildpunkt genannt.

Es ist bekannt, daß bei mit kontinuierlichem Strahl arbeitenden Druckern die Tröpfchen entweder mit einer bestimmten Polarität (unipolare Systeme) oder mit zwei Polaritäten (bipolare Systeme) aufgeladen werden können.

Figur 2 zeigt ein bipolares System, bei dem die hoch aufgeladenen Tröpfchen auf den Sarameltehälter 30 gerichtet werden, so daß sie dann äem Tintenbehälter wieder zugeführt und weiterverwendet werden können.

Tröpfchen, die entweder ohne Ladung sind oder aber nicht genügend stark aufgeladen sind, um ihre Trajektorie auf den Sammelbehälter 30 zu richten, sind hinter einem Eichüberwachungssensor 32 und einem Abstandsmesser 3^ auf den Aufzeichnungsträger gerichtet. Der Abstandmesser wird später noch genauer beschrieben werden. Der Eichsensor 32 wird dazu verwendet, den Weg der Tintentröpfchen 24 in Richtung auf den Aufzeichnungsträger zu erfassen und den Betrieb des Druckers so zu beeinflussen, daß die aus der Vielzahl von Tintenstrahlen entstehenden Tintentröpfchen saubere Nahtstellen bilden, so daß jedes einzelne Seg-

ment "L" auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers erreicht oder mit Tröpfchen aus den dem Segment zugeordneten Düsen bedruckt werden kann. Nahtstelle meint hierbei, daß die Mittelpunkte von benachbarten Bildpunkten in aneinandergrenzenden Segmenten "L" (sh. figur 2) im Abstand eines Bildpunktdurchmessers oder Tröpfchendurchmessers nach dem Stoß liegen. Dieser Abstand beträgt ca. 75 Mikron. Wenn die derart beeinflußten Bildpunkte dann gedruckt werden, zeigen sie keine wesentlichen Überlappungen und bilden *0 auch keinen nachweisbaren Spalt dazwischen (die Toleranz für Überlappung oder Spaltbildung in dem System beträgt ca. + 12 Mikron).

Ein Beispiel für die Verwendung und Anwendung eines

¹^ typischen Eichsensors 32 wird in dem US-Patent 4 255 754 von Crean u.a. mit dem Titel "Differential Fiber Optic Sensing Method and Apparatus for Ink Jet Recording" beschrieben. Das Crean u.a.-Patent stammt vom selben Anmelder wie die vorliegende Erfindung. Auf dieses Patent wird hier ausdrücklich Bezug genommen. Die Aufgabe des Eichsensors 32 ist es, den Tintenstrahldrucker 10 zu überwachen, inderr: nach einem Eichschritt die Tröpfchentrajektorien nachfolgend beobachtet bzw. überwacht werden. Für die Wiederverwertung der Tintentröpfchen wird wieterhin ein zweiter Sammelbehälter 31 verwendet, der die Tröpfchen zwischendurch einsammelt, während das System mit Hilfe des Eichsensors 32 geeicht wird. Die vorliegende Erfindung ist speziell bei einem Hochgeschwindigkeitstintenstrahldrucker anwendbar, bei dem aufeinanderfolgend Blätter eines Aufzeichnungsträgers 20, beispielsweise aus Papier, an dem Tintenstrahlgenerator 12 senkrecht zu der Düsenreihe 15, wie das durch den Pfeil 17 angedeutet ist, vorbeigeführt werden, so daß das Papier dann mit Informationen bedruckt wird.

Es hat sich herausgestellt, daß es wünschenswert ist, den Drucker in periodischen Zeitabständen erneut zu eichen, um sicherzustellen, daß die Tröpfchen 24 an ihren Bestimmungsstellen bzw. Bildpunkten auf dem Auf-

zeichnungsträger 20 auftreffen. Um diese Eichung durchzuführen, werden die Tröpfchen erzeugt und werden an dem Sensor 32 vorbeigeführt, wenn kein Aufzeichnungsträger eingespannt ist, um diese Tröpfchen aufzunehmen. So kann z.B. die Eichung zwischen individuellen Blättern von Aufzeichnungsträgermaterial durchgeführt werden oder auch dann, wenn die Bewegung des Aufzeichnungsträgers zeitweise verändert worden ist. Daraus wird deutlich, daß ein zweiter Sammelbehälter an jedem Nahtstellenpunkt P notwendig ist (sh. Figur 2) oder daß ein länglicher Sammelbehälter über die gesamte Breite des Aufzeichnungsträgers verwendet werden muß, wenn kein Aufzeichnungsträger eingespannt ist, der die Tintentröpfchen aufnimmt.

Um die einzelnen Blätter aus Aufzeichnungsträgers mit einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit an den Tintentröpfchenstrahlen 24, die von dem Tröpfchengenerator 12 emittiert werden, vorbeizuführen, können beliebige, bekannte Transportsysteme 36 für Aufzeichnungsträger verwendet werden. Da der Drucker 10 mit hohen Geschwindigkeiten arbeitet, muß ein nicht dargestellter Mechanismus in dem Transportsystem 36 vorhanden sein, der die noch nicht bedruckten Blätter des Aufzeichnungsträgermaterials, wie E.B. Papier, zum Bedrucken zufördert, um den Aufzeichnungsträger dann wieder nach dem Bedrucken von dem Drucker 10 wegzuführen.

Der Druckvorgang mit einem mit kontinuierlichem Strahl arbeitenden Tintenstrahldrucker beginnt damit, daß über einen Steuereingang 50 eine Signalserie angegeben wird, die digitalisierte oder Videodateninformation enthält. Die Steuereinheit 38 wandelt diese Signale in digitalisierte Spannungen um, die an einen Digital/Analog-Wandler 42 weitergegeben werden. Der Wandler 42 wandelt die mit einer gewünschten Spannung digitalisierten Signale in Analogsignale, die dann an einen Verstärker 52 weitergegeben werden. Außer der Aufgabe, die Aufladespannung für die verschiedenen Ladeelektronen 26 zu er-

zeugen, übernimmt die Steuereinheit 38 auch die Überwachung und Erzeugung von Steuersignalen für eine Vielzahl von anderen Einheiten des Druckers 10. Z-¹B., wie das in Figur 1 dargestellt ist, empfängt die Steuereinheit 38 die Signale des Sensors 32 über einen Verstärker 39 und einen Analog/Digital-Wandler 43 und steuert die Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers 20 über einen weiteren Verstärker 47 und einen zweiten Digital/· Analog-Wandler 44, der den Motor 45 beaufschlägt. Darüber ^ hinaus steuert die Steuereinheit 38 auch die Störfunktion im Tröpfchengenerator 12 über Anregungsquelle 22 mit Hilfe eines dritten Digital/Analog-Wandlers 48 und eines Verstärkers 46 und regelt den Druck innerhalb des Generatorverteilers 13 über die Pumpe 18 auf einen konstanten Wert

¹^ mit Hilfe eines vierten Digital/Analog-Wandlers 40 und eines Verstärkers 37. Diese Operationen spielen alle für den Tintenstrahldrucker 10 eine wichtige Rolle, stehen aber in keinem direkten Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, bei der es um die Beeinflussung bzw. Korrektur der Tröpfchenbahnabstände der aus den einzelnen Düsen oder Düsengruppen austretenden Tröpfchen, was noch später beschrieben werden wird. Diese oben erwähnten weiteren Funktionen bedürfen daher keiner weiterer, detaillierteren Beschreibung.

Ir: Figur 2 sind in einer ausschnittsweisen Draufsicht einige Düsen 15 mit ihren kontinuierlichen Tintenstrahlen 14 zu sehen. Desweiteren erkennt man die Aufladeelektroden 26, die Ablenkelektroden 28, die Druckebene 19 _und die nacheinanderfolgend aufgefächerten oder hin- und hergeschwenkten Trajektorien 29, die jeweils die den Düsen zugeordneten einzelnen Segmente "L" in der Druckebene 19 bedrucken. Der Aufzeichnungsträger 20 mit gestrichelten Linien dargestellt. Zum Vergleich ist in der Druckebene eine normale Nahtstelle "P" dargestellt und es sind Nahtstellen "N" und "M" gezeigt, die dichter (+Z) oder weiter weg (-Z) von den Düsen als die normalen Naht-

BAD ORIGINAL

Istellen liegen. Um die Richtungen besser angeben zu können, wird ein rechtwinkeliges Koordinatensystem mit den Koordinaten X, Y und Z herangezogen, wie es in Figur 2 gezeigt ist, wobei der Abstand zwischen der Düse und der Druckebene 19 in Z-Richtung liegt und X die Richtung angibt, in der die Tröpfchen zum Bedrucken der einzelnen Segmente "L" auseinanderliegen. Die Y-Richtung ist die Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers, wie sie auch durch den Pfeil 17 in Figur 1 angegeben ist. Wie zuvor beschrieben, ist die Nahtstelle die Stelle zwischen aneinander angrenzenden Segmenten "L", die von benachbarten Düsen bedruckt wird. Die Nahtstelle oder der Nahtpunkt ist definiert als die Zwischenfläche zwischen zwei Endbildpunkten getrennter, benachbarter Segmente, wobei die beilöden Endbildpunkte gemeint sind, die sich berühren oder sich gegenüber liegen. Diese beiden Bildpunkte werden jeweils von Tröpfchen aus unterschiedlichen, aber benachbarten Düsen bedruckt. Die beiden Mittelpunkte dieser Endbildpunkte liegen um den Abstand "d" auseinander, welches auch ungefähr dem Abstand bzw. der Breite eines Bildpunktes oder Spots entspricht, der von einem Tröpfchen nach dessen Auftreffen auf den Aufzeichnungsträger erzeugt wird, d.h., ca. 74 Mikrons + 12. Um diese Beziehung zwischen den Tröpfchen aufrechtzuerhalten, insbesondere an den Nahtstellen, dürfen die Tröpfchen sich nicht stark überlappen und sie dürfen auch nicht zu weit auseinanderliegen, wenn der Druckvorgang mit hoher Qualität durchgeführt werden soll. Bei der hier beschriebenen Verwendung fliegen die Tröpfchen 24 im wesentlichen paral-IeI zu X/Z-Ebene und werden alle auf Bildpunkte in der X/Y-Druckebene 19 gerichtet.

Der Druckvorgang findet in der Art einer abrasternden oder hin- und hergehenden Bewegung statt, die eine Vielzahl von Abtastzeilen oder zu bedruckenden Bildpunktzeilen umfaßt, wobei jede Düse einer geradlinigen Reihe von Bildpunkten zugeordnet ist, die ein Segment "L" bilden. Wenn alle Segmente "L" über den Aufzeichnungsträger

bedruckt sind, entsteht eine durchgängige Linie über die volle Breite des sich bewegenden Aufzeichnungsträgers. Ein einzelnes Tröpfchen wird für einen einzelnen, speziellen Bildpunktort eines zugeordneten Bildsegmentes "L" ausgeschleudert. Die Aufgabe des Sensors 32 ist es, sicherzustellen, daß die Plazierung der Tröpfchen an den Bildpunkten in der Druckebene 19 exakt erfolgt. Das bedeutet, daß alle Fehler, die bei der Plazierung der Tröpfchen auftreten, vom Sensor 32 erfaßt und dann korrigiert werden.

Die Abtast- oder Druckzeilen der Tintentröpfchen sind auf Targetbildpunkten entlang der X-Achse angeordnet, wie das oben angedeutet wurde, während sich der Aufzeichnungsträger entlang der Y-Achse bewegt. Diese in zwei Dimensionen erfolgende Relativbewegung gibt dann das Rasterbild, welches aus einer Vielzahl parallel bedruckter Linien oder Bildpunkte zusammengesetzt ist. Jede Zeile bzw. Linie besteht aus Segmenten "L", die die vorbestimmte Anzahl von Bildpunkten enthalten. Durch Anwesenheit oder Abwesenheit eines Tröpfchens an den jeweiligen Bildpunkten entsteht dann das Abbild der zu druckenden Information.

25Wie in Figur 1 und 2 dargestellt, wird von dem Drucker 10 eine aneinander gesteppte Reihe kontinuierlicher Tröpfchenstrahlen in der X/Z-Ebene aufgefächert und trifft auf der Druckebene 19 auf, um die Segmente "L" zu erzeugen. Die Segmente stoßen an ihren jeweiligen Enden aneinander an.

Die aneinanderstoßenden Enden sind die oben erwähnten Nahtstellen P. Die Tröpfchen aneinander angrenzender Düsen, die die aneinanderstoßenden Bildpunkte in zwei voneinander getrennten Segmenten erzeugen sollen, erreichen ihre jeweils zugeordneten Auftreffbildpunkte unter einem Winkel *C , bezüglich der Druckebene, der typischerweise 6° beträgt. Wenn daher Teile der Ober-

fläche des Aufzeichnungsträgers nicht mit der Druckebene zusammenfallen, wie das an den Stellen M und N angedeutet ist, stimmen die Nahtstellen um ca. ein Mil für jeweils fünf Mils auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers nicht mehr überein. An der Stelle N auf der Aufzeichnungsträgeroberfläche liegen die Tröpfchen, die die Nahtstellen bilden, zu weit voneinander weg und bilden einen Spalt, während an der Stelle M sich die Tröpfchen überlappen. Wenn mit hoher Qualität gedruckt werden soll, beträgt der erlaubte Fehler bei der Tröpfchenplazierung 0,3 Mils. Im allgemeinen führen Schwankungen in der Papierdicke, der Konzentrizität der Rollen, Umfangsschwankungen um die Achsen der Rollen im Transportmechanismus 36 und andere bestimmten Toleranzen unterliegenden Teile und mechanische Effekte zu Schwankungen in der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers, die bis zu 20 Mils betragen können, diese Schwankungen in der Tröpfchenbahnentfernung, die auch als Fokuslänge des Druckers bezeichnet werden kann, können von dem Eichsensor 32 nicht erfaßt werden, weil der Eichalgorithmus die Nahtstellenbildung bei der Messung, die am Sensor 32 stattfindet beeinflußt und weil dabei auf eine angenommene Aufzeichnungsträgeroberfläche extrapoliert ist, die natürlich von der Druckfläche 19 gebildet wird.

Der Abstandsmesser 34 umfaßt eine Reihe von entweder optischen Vorrichtungen 48 oder pneumatischen Abstandserfassungvorrichtungen 49, die die tatsächliche Entfernung zwischen der Vorrichtung und ausgewählten Bereichen auf dem Aufzeichnungsträger erfassen und sie mit Bezugswerten vergleichen. Sowohl optische als auch pneumatische Vorrichtungen oder auch eine Kombination von optischen und pneumatischen Vorrichtungen sind in der Lage, den jeweiligen zu bedruckenden Abschnitt des Aufzeichnungsträgers auszumessen und die Tröpfchentrajektorien so zu korrigieren, daß die Plazierung der Tröpfchen und die Nahtstellenbildung innerhalb einer Toleranz von 0,3 Mils erfolgt. Hierbei wird die Steuer-

einheit 38 über den Steuerkreis 27, den Verstärker 27 und einen Analog- und Digitalkonverter 35 mit herangezogen.

Der Steuerkreis 27 umfaßt eine Lichtquelle für die optische Einrichtung 48 und/oder eine Druckluftquelle für den pneumatischen Abstandsmesser 49. In jeder Einrichtung wird ein Signal erzeugt, welches des tatsächlichen Abstand zwischen dem Sensor 3¹* und der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers entspricht. Dieses Signal wird von dem Steuerkreis 27 aufgenommen, der es mit einem Signal vergleicht, welches den Abstand zwischen dem Sensor 34 und der Druckebene 19 widerspiegelt. Das Ergebnis des Vergleichs wird an die Steuereinrichtung 38 weitergeleitet und dort durch entsprechende Beeinflussung der Spannung der Aufladelektrode 26 oder der Ablenkelektrode 28 so weiterverarbeitet, daß die nachfolgend erzeugten Tröpfchentrajektorien entsprechend kompensiert und mit korrigierten Tröpfchenbahnabständen auftreffen. In der Steuereinheit wird eine Extrapolationstechnik verwendet, um die Trajektorien der Tröpfchenbahnen zu verstellen, die auf Bildpunkte des Aufzeichnungsträgers 20 gerichtet sind, welche zwischen den tatsächlich gemessenen Abschnitten des Aufzeichnungsträgers mit zwei beliebigen oder mehreren optischen oder pneumatischen Einrichtungen des Abstandsmessers 34 erfaßt werden. Dies ist eine Vorwärts- oder vorweggenommene Steuerung, da die tatsächlichen Auftreffverhältnisse nicht erfaßt werden. Die Genauigkeit dieser Korrektur hängt von der Verstärkergenauigkeit des Abstandsmessers 34, des Ablenkungssteuerkreises und der mechanischen Genauigkeit des Tröpfchengenerators 12 ab.

Wenn ein optischer Abstan'dsmesser 48 verwendet wird, weist dieser im allgemeinen einen Lichtsender und einen Lichtempfänger für das an der Druckoberfläche tatsäch-

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lieh reflektierte Licht auf. Das Reflexionssignal spiegelt den Abstand zwischen der Licht streuenden Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 20 und der optischen

Einrichtung widen.-5

Ein Beispiel einer solchen optischen Abstandsmeßeinrichtung ist der sich auf dem Markt befindliche Abstandmesser HED 1000 von Hewlett Packard. Der HED 1000 arbeitet mit einer integrierten Licht emittierenden Diode (LED) und einer Photodiode sowie mit fokussierenden Linsen.

Diese Vorrichtung hat einen Blickwinkel von 1 mm und einen Abstand von ca. 4 mm zu dem Aufzeichnungsträger.

¹^ Eine Reihe solcher optischen Einrichtungen 41 wird in einem Träger 51 montiert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist dieser Träger feststehend und bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Träger 51 von einer Seite auf die andere Seite in einer Richtung parallel

*^ zur Druckebene und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers wie mit dem Pfeil 53 angedeutet um einen bestimmten Abstand bewegt v.eraer..

Wenn die optischen Einrichtungen beweglich iinJ, können ^ sie Wurfbahnen zwischen den Düsen und wenigstens zwei getrennten Stellen auf den Aufzeichnungsträger Kessen. Jede optische Einrichtung kann einer Bahnentfernungskorrektur für eine Düse oder einer Gruppe von Düsen zugeordnet werden. Wenn eine optische Sensorreihe 48 ^O (oder eine Reihe pneumatischer Abstandssenscren 49) verwendet wird, können mehr als eine Unebenheit oder Wellung in der Aufzeichnungsoberfläche erfaßt werden. Außerdem lassen sich andere, die Bahnabstände beeinflussende Störungen erfassen.

Eine allgemeine Diskussion pneumatischer Abstancsmesser findet sich in der US-Patentschrift 3 844 16". von F.X.

Kay und in einem Artikel mit der Überschrift "Classivication

Vo

of Pneumatic Proximity Position Sensors" in Machine and Tooling, Vand 48, Nr. 1, 1977, Seiten 36 bis 38 von B. A. Sentyakov u.a. Solche pneumatischen Einrichtungen umfassen im allgemeinen einen Sender, der so eingestellt ist, daß er einen oder mehrere Druckluftstrahlen gegen das zu messende Objekt richtet sowie einen Empfänger, der gegenüber Luftdruckschwankungen empfindlich ist, wie sie durch die unterschiedlichen Entfernungen zwischen dem zu messenden Objekt und dem Empfänger verursacht werden. Im allgemeinen werden pneumatische Sender und Empfänger in einer Baueinheit verwirklicht, die sehr genau Distanzen zwischen 0,5 bis 2 mm zu dem auszumessenden Objekt messen können mit Nachweisgenauigkeiten von ca. 10 Mikron.

Wie oben erwähnt, kann der Tröpfchenbahnabstandsensor 34 auf einem Träger 51 befestigt sein, der entweder fest oder beweglich sein kann. Jedes geeignete Mittel kann verwendet werden, um den Träger beweglich zwischen wenigstens zwei Stellen in Richtung, die durch den Tei.l 43 angedeutet ist, hin- und herzubewegen. Z.B. kann der Träger in einer in einer Richtung federbeaufschlagte Verschiebung und in anderer Richtung durch eine Spule oder eine Nockensteuerung, die an dem Träger angreift., bewegt werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß sich die vorliegende Erfindung auf die Verbesserung der Plazierungsmöglichkeit von Tröpfchen bei einem mit einem kontinuierlichen Strahl, seitenbreit mit mehreren Düsen arbeitenden Tintenstrahldrucker befaßt. Dabei werden die Schwankungen in den Abständen zwischen Düse und Oberfläche des Aufzeichnungsträgers, die vorstehend immer als Tröpfchenbahnabstand oder Fokuslänge bezeichnet worden sind, gemessen und es wird die Spannung der Aufladeelektroden oder der Ablenkelektroden entsprechend verstellt, so daß die Schwankungen kompensiert werden, indem der Bahn-oder Wurfabstand verlängert oder verkürzt wird. Der Bahnabstand wird entweder mit einer Reihe elektrooptischer Sensoren gemessen, wobei jeder Sensor einen

Lichtsender, wie z.B. eine LED-Diode und eine Photodiode zum Empfang des reflektierten Lichts aufweist. Es kann auch eine Reihe mit pneumatischen Abstandsmessern verwendet werden, wobei jeder Abstandsmesser eine Druckb

gasquelle, beispielsweise für Luft, umfaßt, wobei durch öffnungen hindurch ein Druckluftstrahl auf den Aufzeichnungsträger gerichtet wird. Der Differenzdruck wird dann von einem Empfänger erfaßt. Dabei werden die Schwankungen in den Druckwerten an den Öffnungen und dem Druck der pneumatischen Quelle gemessen. Die Bahnabstandssensoren können ausgewählte bestimmte Bereiche des Aufzeichnungsträgers von einem feststehenden Träger aus oder einem transportablen Träger aus überwachen bzw.

messen. Der Träger und die Sensoren werden unterhalb 15

der Tintentröpfchentrajektorien angeordnet und in einem Abstand zwischen 0,5 und 4 Mils für optische Sensoren und zwischen 0,5 und 2 mm für pneumatische Abstandssensoren zur Aufzeichnungsträgeroberfläche hin positioniert. Wenn der Träger für die Sensoren beweglich ist, kann er wenigstens doppelt so viel Abschnitte auf dem Aufzeichnungsträger erfassen, wie ein feststehender Sensorträger.

Claims

Patentansprüche

1. Tintenstrahldrucker, der mit kontinuierlichem Strahl arbeitet und einen feststehenden druckbeaufschlagten Tröpfchengenerator mit einer Vielzahl von Düsen in einer geradlinigen Reihe umfaßt, aus denen Tintenstrahlen austreten, die auf einen sich bewegenden Aufzeichnungsträger gerichtet sind, mit einer Aufladeelektrode für jeden Tintenstrahl, die an einer Stelle angeordnet ist, an der Tintentröpl'chen gebildet werden, wobei jedes Tröpfchen entsprechend einer digitalisierten Information mit einer Spannung aufgeladen wird, mit einem Ablenkelektrodenpaar für jeden Tröpfchenstrahl, um die hindurchtretenden Tröpfchen auf eine bestimmte Stelle des Aufzeichnungsträgers oder zu einem Sammelbehälter abhängig von der Tröpfchenladung, die diese von der Aufladeelektrode empfangen, zu lenken, mit einem Eichsensor, um die

Tröpfchen so zu steuern, daß sie nahtlos aneinander in einer vorbestimmten Druckebene anschließen, und mit einer Steuereinheit, die die Druckerfunktionen steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine geradlinige Reihe von Abstandsmeßsensoren (3¹O in einem Trägerelement (51) befestigt sind, welches unterhalb der Tröpfchentrajektorien angeordnet ist, wobei die Abstandsmeßsensoren parallel zur Oberfläche des Aufzeichnungsträgers (20) senkrecht zu dessen Bewegungsrichtung angeordnet sind und wobei jeder Entfernungsmesser (3¹O so gestaltet ist, daß er in bestimmten Zeiträumen ein Signal erzeugt, welches für den tatsächlichen Abstand zwischen einer oder mehrerer Düsen (15) und der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers (20) wiedergibt und daß eine Einrichtung (27) vorgesehen ist, die das Signal, welches die jeweilige Tröpfchenbahnentfernung angibt, mit einem Signal vergleicht, welches die Solltröpfchenbahnentjfernung angibt und daß eine Einrichtung (27) vorgesehen

ist, die ein Vergleichssignal erzeugt, welches das Er- * 20 gebnis des Vergleichs zwischen der tatsächlichen und der Sollbahnentfernung wiedergibt, wobei dieses Vergleichssignal jede Vergrößerung oder Verringerung der tatsächlichen Bahnentfernung vom Sollwert der Bahnentfernung angibt und daß eine Einrichtung (38) vorgesehen ist, mit der die Tröpfchentrajektorien (29) abhängig von dem Vergleichssignal so verändert werden, daß Variationen der Tröpfchenbahnentfernung entlang der Tröpfchentrajektorien im Hinblick auf die vorbestimmte Druckebene (19) korrigiert werden, so daß die Plazierungsgenauigkeit der Tröpfchen unabhängig von Schwankungen in der Bahnentfernung aufrechterhalten bleibt.

2. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßsensoren elektrooptische Vorrichtungen (48) sind, die einen Lichtsender aufweisen, der Licht auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers richtet, sowie einen Lichtempfänger, der das an der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers re-

flektierte Licht empfängt, wobei die elektrooptisch^ Einrichtung so gestaltet ist, daß sie Signale erzeugt, die unter Auswertung des reflektierten Lichtes die aktuelle Tröpfchenbahnentfernung angeben.

3. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßsensoren pneumatische Entfernungssensoren (49) sind, die öffnungen aufweisen, durch die unter Druck stehendes Gas gegen die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers hindurch gerichtet wird und mit denen der Druck aufgenommen wird, so daß Druckdifferenzen zwischen Öffnungen und der Druckquelle erfaßt werden, und daß die pneumatischen Sensoren (49) so gestaltet sind, daß sie auf der Basis der Änderungen in den Druckdifferenzen, die von der Druckerfassungseinrichtung gemessen werden, die aktuellen Tropfchenbahnabstände angeben.

4. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Abstandsmeßsensoren sowohl aus elektrooptischen Einrichtungen (48) als auch aus pneumatischen Entfernungssensoren (49) bestehen.

5. Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die den Drucker steuernde Steuereinheit (38) nach Erhalt des Vergleichssignals die Trajektorien (29) der Tröpfchen steuert, die auf den Aufzeichnungsträger auf Bereiche gerichtet sind, die zwischen den tatsächlich mit Hilfe der Abstandsmeßsensoren gemessenen Bereiche liegen, indem zwischen zwei oder mehreren Vergleichssignalen extrapoliert wird.

6. Tintenstrahldrucker nach Anspruch T, dadurch g e kennze ichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der der Träger (51), auf dem die Abstandsmeßsensorenreihe (48, 49) angeordnet ist, um bestimmte Abstände parallel zur vorgegebenen Druck-

fläche und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers (20) hin- und herbewegt werden kann, so daß jeder Abstandsmeßsensor mehr als einen Oberflächenbereich entlang einer in Breitenrichtung des sich bewegenden Aufzeichnungsträgers verlaufenden Linie erfassen kann.