DE2723037C3 - Tintenstrahlschreiber mit einer Vielzahl von Düsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs I angegebene Art eines Tintenstrahlschreiber.

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 Papicrarten und bei unterschiedlichen Drucktypen. Die Tintentropfen, die auf dem Papier aufschlagen, bilden Druckpunkte, die sich auf den unterschiedlichen Papierarien unterschiedlich ausbreiten und in das Papier unterschiedlich einsickern. Somit werden bei unterschiedlichen Papierarten unterschiedliche Druck qunlitäten erzeugt. Ein Versuch zur Beseitigung dieses Nachteiles wäre eine Tinte vorzusehen, die über einen weiten Bereich von Papicrarien bzw. -qualitäten eine durchschnittliche Druckqualität erzeugt, [edoch eine derartige Tinte ist zur Zeit nicht erhältlich. Man könnte natürlich auch das in dem Tintenstrahldrucker zu verwendende Papier auf Arten begrenzen, mit welchen die beste Wechselwirkung mit der verwendeten Tinte erzielt wird. Derartige Begrenzungen würden jedoch den Anwendungsbereich des Tintenstrahldruckers sicherlich sehr einschränken.

Elektrostatische Tintenstrahldrucker arbeiten zuverlässiger, wenn Tinten verwendet werden, deren Grundlösungsmittel Wasser ist. Selbst wenn für spezielle Papierarten besonders geeignete Tinten gefunden wurden, hängt die Druckqualität von den Umgebungsverhältnissen, wie Temperatur und Feuchtigkeit ab. Man könnte die Drucker natürlich in vollklimatisierten Räumen aufstellen, um sicherzustellen, 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 Anspruchs I angegebenen Merkmalt· eines Tintenstrahlschreiber. Bei einem nach der Erfindung aufgebauten Tintenstrahlschreiber wird die Anzahl der einen Druckpunkt bildenden Tintentröpfchen bestimmt durch die Papierart und die Umgebungsbedingungen.

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 Tintentröpfchen, die einen Druckpunkt bilden, variabel, jedoch zu dem Zweck der Erzeugung einer veränderbaren Druckdichte für den Grauiondruck. Hierfür wird nicht nur die Amplitude des Aufladungssignales entsprechend dem gewünschten Auftreffort des Tintentröpfchens 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. Deshalb kann ein sogenanntes Dichtesignal eines optischen Abtasters direkt in einen Digitalwert umgewandelt werden, der die Lage des Aufladungssignals steuert.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichien Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

Fig. I ein Schema eines Tintenstrahldruckers,

F i g. 2 die Ladesignalwcllenform,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Tinlenstrahldruckkopfcs mit den Ablenkunrichtur.gcn,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Druckkopf nach F i g. 3.

F i g. 5 Beispiele für Wellenformcn. die bei einem Verfahren nach der Erfindung auftreten,

I i g. b ein Blockschallbild zur Veranschiiiilichiing der Erzeugung und Steuerung der I .adcsignalc.

F i g. 7 Impnlsdiagrammc verschiedener in der Schaltung nach F-' i g. b auftretender Signale.

Fig. 8 verschiedene Wellenformcn. die bei einem anderen Verfahren nach der Erfindung auftreten und

I'ig. 9 weitere Wcllcnformen für weitere Aiisfüh-

rungsbeispiele.

Anhand von Fig, I 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 der Steile angeordnet, an welcher der Faden 13 sich in einzelne Tropfen auflöst Die Tinte 10 ist über 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 ?ind, 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 I/Fder Datenperiode gleich dem Vielfachen des zeitlichen Abstandes 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 Ladesignal für die gesamte Zeitdauer MF negativ bleiben. Wenn ein Druckpunkt zu erzeugen ist, wird während des Datenimpulses T kein Ladesignal erzeugt, jedoch wird dann das Ladesignal für den Rest der Lade-Datenperiode vorgesehen. Wird angenommen, daß die Relativgeschwindigkeit 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.

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 piezoelektrische Kristall 32 und die Düsenplatle 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 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 der Düsenplatle 33 ausgestoßen. Der piezoelektrische Kristall 32 wird durch ein elektrisches Signal mit der Tropfenerzeugungsfreq'ienz f erregt, um das Volumen des Hohlraumes 31 zu verändern. Hierdurch wird dor Tintendruck gestört, so daß die aus den Reihen 34 und 35 von Düsen austretenden Tintenströme in gleich große Tropfen aufbrechen. Die Tinte verläßt die Düse in Form von dünnen Fäden, welche die Öffnungen 4C 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 v-.-λ 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 Leitun^n 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 SO über die entsprechenden Rohre 51, 52 in die Vakuumquelle 53 gesogen. Die Tinte kann hierauf wieder verwendet wtrden.

Die Tropfen 14 eines jeden Tintenstromes, die während des Datenimpulses T(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 TintCiivolumens 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 F;\ Mit der gezeigten I ropfenerzeugungsfrequenz wird ein Tropfen pro Zyklus im Tintenstrom 60 erzeugt und die für eine Datenperiode erforderliche Zeit ist durch \IF 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

durch Veränderung der Länge des Datenimpulses T erreicht. Die anderen Maschinenparameter, wie Tropfenerzeugungsfrequenz, Papiergeschwindigkeit, Tintenstrahlgeschwindigkeit und Tropfengröße werden konstant gehalten.

Beim Papier, das eine höhere Intensität erfordert, ist die Länge des Datenimpulses 7" vergrößert, so daß eine größere Anzahl von Tropfen für die Herstellung eines Druckpunktes verwendet wird. Die Länge des Datenimpulses T, die für den Datenimpuls 63 und das Ladesignal 61 gezeigt ist, wird für ein Papier der Qualitär »A« verwendet und ist so breit, um drei Tropfen pro Druckpunkt während einer Druckperiode ungeladen zu belassen. Diese drei Tropfen schlagen somit aufeinanderfolgend auf das Papier und bilden einen einzigen Druckpunkt. Bei einem Papier der Qualität »B«. das eine

wiiu uie

Datenimpulses 7~weiter erhöht, so daß eine noch höhere Anzahl von Tropfen für die Erstellung eines Druckpunktes verwendet wird. Somit wird die Länge des Datenimpulses 64 des Ladesignales 62 für die Papierqualität B verwendet, wodurch fünf Tropfen pro Druckperiode gestattet wird, ungeladen zu verbleiben.

Die Schaltung zur Ausführung des Intensitätsmodulationsverfahrens nach F i g. 5 ist in Fig. 6 veranschaulicht. Die Daten vom Zeichengenerator 70 werden über mehrere Leitungen der Torschaltung 72 geliefert. Jede dieser Leitungen 1 bis m der Gruppe 71 ist je einer einzelnen Ladeelektrode in den Reihen 38 und 39 der Ladeplatte 37 zugeordnet. Die Torschaltung 72 ist über die Leitungen 73 mit der Ladeplatte 37 verbunden. Am Datentakteingang 75 treten Taktimpulse 76 auf. die dem Eingang 77 des Zeichengenerators 70. dem Eingang 78 der Torschaltung 72 und dem Eingang 79 der Verzögerungsschaltung 80 zugeführt werden. Die Verzögerungsschaltung 80 enthält den veränderbaren Widerstand 81. der mehrere schaltbare Eingänge 82 bis 87 aufweist. Z. B. stellen die schaltbaren Eingänge 82 bis 84 verschiedene Papierarten dar, wobei jeder eine Veränderung des Widerstandes um das zweifache der Eingänge 85 bis 87 darstellt, die den unterschiedlichen Umgebungsverhältnissen zugeordnet sind.

Der veränderbare Widerstand steuert somit die Größe der von der Verzögerungsschaltung 80 erzeugbaren Verzögerung in Übereinstimmung mit einem Taktimpuls am Eingang 79. indem sie zur angezeigten Verzögerungszeit einen Rückstellimpuls 88 auf der Leitung 89 der Torschaltung 72 liefert.

Der Zeichengenerator 70 spricht auf den Taktimpuls 76 in Fi g. 7 an. durch Lieferung eines Ladesignales 90 und von Nullspannungsdrucksignalen 91 (F i g. 6) für die Datenperiode 92. Die Torschaltung 72 spricht auf den Taktimpuls 76 an durch Übermittlung der Lade- oder Drucksignale 90 bzw. 91 von denen Leitungen 71 auf die Leitungen 73. Die Verzögerungsschaltung 80 erzeugt durch den gleichen Taktimpuls das Rücksteilsignal 88 zur Verzögerungszeit, die durch Einstellen des veränderbaren Widerstandes 81 bestimmt ist. Das Rückstellsignal 88 auf der Leitung 89 bewirkt, daß die Torschaltung 72 das Nullspannungsdrucksignal 91 vor dem Ende der Datenperiode beendet. Somit liefert die Torschaltung 72 die Drucksignale nur für eine gesteuerte Zeitperiode 95. Beispiele von Druck- und Ladesignaie, die auf verschiedenen Leitungen 73 der Ladeplatte 37 zugeführt werden, sind durch die Signale 101 bis 105 dargestellt (Fig. 7). Diese Signalbeispiele sind mit dem veränderbaren Widerstand gezeigt, derart, daß die Verzögerung der Verzögerungsschaitung 80 ein Rückstellsignal bei einem Minimum erzeugt. Sollte die Verzögerung auf das Maximum eingestellt sein, um dadurch mit einer maximalen Anzahl von Tropfen zu drucken, würde das Rückstellsignal als Impuls tO6 in F i g. 7 erscheinen. Die beispielsweise gezeigten Druck signale in Fig. 7 wurden deshalb durch die gestrichelt gezeichneten Leitungen (07 bis 109 erweitert. Somit liefert die Verzögerungsschaltung 80 eine steuerbare Verzögerungsveränderunj; 110, wie in F i g. 7 gezeigt ist. Durch Steuerung der Verzögerung der Verzögerungsschaltung 80 wird die Anzahl der Tropfen gesteuert, der es erlaubt ist, innerhalb der Datenperiode 92 auf das zu bedruckende Papier aufzuschlagen, wodurch die Menge der Tinte pro Druckpunkt gesteuert wird.

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Tintenmenge pro Druckpunkt dargc'cllt. Hier werden die Tropfenfrequenz, die Tintenstrahlgeschwindigkcit und die Tropfengröße konstant gehalten, wie im zuerst gezeigten Schema. |edoch die Intensitätsmodulation wird durch gleichzeitige Veränderung der Länge des Datenimpulses T, der Datenfrequenz und der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Druckkopf und dem zu bedruckenden Papier erzielt. Somit bleibt der Tropfenstrom 11'«' konstant wie die Tropfenfrequenzgeschwindigkeit und Tropfengröße. Um die Intensität zu modulieren, müssen die Druckimpulse 121 und 122 für die Papierqualität »A« erweitert wsrden. was durch die Druckimpulse 123 und 124 für die Papierqualität »B« dargestellt ist. während die Datenperiode 127 und die Druckgeschwindigkeit proportional verkleinert sind, wie durch die erweiterte Datenperiode 128 veranschaulicht ist. Wie gezeigt, wird für ein Drucken mit höhere Intensität die Druckkopfbewegung verlangsamt, weil die Datengeschwindigkeit gemindert ist und die Länge des Datenimpulses wird vergrößert, so daß mehrere Tropfen für den Druck eines Druckpunktes /ur Verfugung stehen. Die Länge des Datenimpulses 7"muß gleich sein der vollen DatenDeriode 127 oder 128. Dieses System ist bei einem Drucker verwendbar, der es nicht gestattet, daß die Tropfenfrequenz wesentlich höher als die Datengeschwindigkeit ist. Es sollten deshalb weniger Tropfen hindurchgelassen werden und es ist wahrscheinlich, daß es besser sein würde, alle die zur Verfügung stehenden Tropfen während der Datenperiode zum Drucken zu verwenden.

Ein weiteres Verfahren ist in Fig.9 gezeigt. Hier werden die Parameter der Strahlgeschwindigkei. und der Anzahl der Tropfen pro Druckpunkt konstant gehalten. Um die Intensität zu modulieren, werden die Tropfen- und Datenfrequenzen, die Länge des Datenimpulses und die Relativgeschwindigkeit zwischen Druckkopf und Papier verändert. Für ein Papier mit der Qualität »A« sind die Tropfengröße und die Tropfengeschwindigkeit des Tintenstromes 130, die Datengeschwindigkeit durch die Datenperiode 131 und die Länge de* Datenimpulses T für den Impuls 132 dargestellt. Für ein Drucken mit höherer Intensität

-·" werden die Frequenzen und die Druckkopfgeschwindigkeit gesenkt, um den Tropfenstrom 133 zu erzeugen, während die Datengeschwindigkeit der Datenperiode 134 und die Länge des Datenimpulses 135 verändert werden. Ais Ergebnis hieraus wird ein Punkt mit einer

■i größeren Anzahl von Tropfen 133 gedruckt und die Druckgeschwindigkeit und Datengeschwindigkeit sind niedriger.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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 (11) je eine Torschaltung (72) angeordnet ist, daß die durch den Zeichengenerator (70) erzeugten Impulse zum Kennzeichnen einer Datenperiode (92) gleiche Länge aaiwieisen und diese Datenperiode (92) ein Vielfaches einer Tröpfchenerzeugungsperiode ist, daß ein Taktsignal (76) vorgesehen ist, das an Hie Torschaltungen (72) und eine allen Torschaltungen (72) gemeinsame Verzögerungsschaltung (80) angeschaltet ist, daß die Torschaltungen (72) durch das Taktsignal (76) einschaltbar imd durch ein Ausgangssignai der Verzögerungsschaltung (80) abschaltbar sind und daß die Verzögerungsschaltung (80), die kurzer ist als die Länge der Datenperiode (92), durch einen veränderbaren Widerstand (81) steuerbar ist, dessen unterschiedliche Eingänge (82 bis 87) unterschiedlichem Uirfgebunj.",Verhältnissen und unterschiedlichen Papierq.'ialitäten zugeordnet sind.

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

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