DE3117208A1

DE3117208A1 - Vorrichtung zur pruefung des elektrischen ladezustands von tintentroepfchen im ladetunnel eines tintenstrahldruckers

Info

Publication number: DE3117208A1
Application number: DE19813117208
Authority: DE
Inventors: Sumio Nara Kita; Mikio Kashihara Nara Osaki
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1980-04-30
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE3117208C2; JPS56154069A; US4373164A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Prüfung des elektrischen Ladezustands von in einem Tintenstrahldrucker erzeugten Tintentröpfchen, wie im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegeben.

Ein Tintenstrahldrucker mit amplitudengesteuerter Aufladung enthält eine Tintentröpfchen-Ausgabeeinheit, die durch einen angeschlossenen elektromechanischen Wandler in Schwingungen einer bestimmten Frequen versetzt wird. Die dabei mit dieser Frequenz entstehenden Tintentröpfchen werden in einem Ladetunnel in Abhängigkeit von Druckdaten aufgeladen, durchlaufen ein zwischen zwei Ablenkelektroden stehendes konstantes Hochspannungsfeld und werden dabei entsprechend der von ihnen mitgeführten Ladungsmenge so abgelenkt, daß sie bei Erreichen eines Aufzeiehnungspapiers punktmatrixartig ein gewünschtes Muster drucken. Dabei ist unbedingt erforderlich,, daß das Ladesignal zeitlich genau auf die Tröpfchenbildung abgestimmt ist, sonst wird kein genaues Druckbild erzielt., Da auch bei durchgehend arbeitendem Tintenstrahldrucker der Tröpfchenbildungsrhythmus von ümgebungsbedingungen abhängt,, ist ein System notwendig, welches die seitliche Abstimmung des Ladesignals auf den Tröpfchenbildungsrhythmus prüft»

Es ist bei Druckern mit amplitudengesteuerter Aufladung bekannt, den richtigen Ladezustand der durch das Ladesignal aufgeladenen Tintentröpfchen durch zusätzlich zum eigentlichen Druckvorgang vorhandene PhasenprüfitropSen oder -punkte zu ermitteln, deren Aufladespannung durch eine in Flugrichtung hinter dem Ladetunnel angeordnete Ladungsprüfelektrode auf dem Wege der elektrostatischen

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Induktion ermittelt wird. Diese aus der US-PS 3 953 bekannte Prüfvorrichtung hat sich nicht bewährt, weil es sehr schwierig ist, die Ladungsprüfelektrode in einem hochohmigen Zustand zu erhalten.

Von der Anmelderin wurde bereits eine bessere Prüfvorrichtung vorgeschlagen, welche den bei zeitlicher Übereinstimmung eines dem Ladetunnel zugeführten Phasenprüfsignals mit einer Tröpfchenbildungsphase von der Düse zur Tintenflüssigkeit fließenden Strom ermittelt, indem sie einen durch einen mit der Düse verbundenen Widerstand fließenden elektrischen Strom mißt. Als Nachteil hat sich hierbei ein im Meßsignal enthaltener hoher Störpegel herausgestellt. Mit einer Weiterentwicklung wurde die erwähnte vorgeschlagene Vorrichtung in der Weise verbessert, daß im Fall der richtigen Aufladung der Tintentröpfchen durch den Ladetunnel dem von der Düse zur Tintenflüssigkeit fließenden elektrischen Strom, ein Wechselstromsignal entnommen wird; aber auch dieses Signal enthält noch störende Rauschanteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentlich bessere Vorrichtung zur Ladezustandsprüfung von Tintentröpfchen in einem Tintenstrahldrucker aufzuzeigen, die ausgangsseitig ein Prüfsignal mit gutem Nutz/Störverhältnis liefert.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen enthalten.

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Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung enthält als Besonderheit ein als Prüfsonde dienendes und mit der zugeführten Tintenflüssigkeit in Verbindung stehendes Metallelement, ein die von den Tintentröpfchen mitgeführten Ladungen speichernder Kondensator und eine an den Kondensator angeschlossene Meßschaltung, welche Störanteile unterdrückt und ein brauchbares Gleichspannungs-Meßsignal liefert. In einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Tiefpaßfilter zur Aussiebung von Störkoraponenten vorgesehen.

Machstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert« Es zeigen?

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Fig„ 1 und 2 ein Blockschaltbild sowie ein

Ersatzschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 und 4 Spannungsdiagramme zur Arbeitsweise des Äusführungsbeispiels von Fig» 1,

Fig. 5 eine grafische Darstellung des von der Prüfvorrichtung in Fig. 1 abgegebenen Ausgangsstroms, und

Fig. δ ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Bei dem in Fig» 1 dargestellten Äusführungsbeispiels der Erfindung wird Tintenflüssigkeit mitteis einer Pumpe dur·: eine Leitung 2 einer Ausgabeeinheit 1 zugeführt, welche durch einen angeschlossenen elektromechanischen Wandler mit einer gegebenen Frequenz in Schwingungen versetzt wird und dabei mit dieser Frequenz Tintentröpfchen 5 bil-

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det und abgibt. Ein in Tröpfchenflugrichtung hinter der Ausgabeeinheit 1 angeordneter Ladetunnel 3 gibt an die einzelnen Tintentröpfchen 5 jeweils eine Druckdaten entsprechende Ladung ab, sobald sie sich als Tröpfchen 5-1 von einem die Ausgabeeinheit 1 verlassenden durchgehenden Tintenstrahl 4 trennen. Ein an den Ladetunnel 3 angeschlossener Ladeimpulsgenerator 6 führt einen Druckdaten entsprechenden Ladeimpuls oder einen Prüfimpuls zur Durchführung einer Ladezustandsprüfung zu. Nach Abgabe des Prüfimpulses erhält der Ladeimpulsgenerator 6 einen Ladezustandsmeßausgang, über den die Impulsphase festgelegt wird, falls dieser Meßausgang optimale Phasenbedingungen anzeigt. Die Abgabe des Ladeimpulses erfolgt mit der so festgelegten Phase.

Bei der Aufladeoperation wird durch Zuführen eines Ladeimpulses +V an den Ladetunnel 3 in den Tintenstrahl 4 und auch in das sich gerade ablösende Tröpfchen 5-1 eine negative Ladung induziert, die von dem sich ablösenden Tröpfchen 5-1 mitgenommen wird. Falls die Zufuhr des Ladeimpulses +V vor der Ablösung des Tröpfchens 5-1 erfolgt, trägt das Tintentröpfchen 5 keine Ladung. Folglich kann durch Messung der an den Tintentröpfchen 5 vorhandenen Ladungsmenge die zeitliche Abstimmung der Tröpfchenablösung überwacht werden.

Mit der in der Leitung 2 stehenden Tintenflüssigkeit steh ein Metallelement 7 in Verbindung, welches z.B. ein Metal filter in einer Kupplung sein kann, über die vorzugsweise die Ausgabeeinheit 1 für Tintentröpfchen lösbar mit der Leitung 2 verbunden ist. Die von den Tintentröpfchen 5 mi genommene Ladungsmenge wird durch Messung der an einem mi

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dem Metallelement 7 verbundenen Kondensator Cs vorhandenen Spannung durch eine Spannungsmeßschaltung 8 ermittelt. Wenn der Prüfimpuls zeitlich mit der Tröpfchenablösephase übereinstimmt, dann hat der Kondensator Cs eine gleichgroße Ladungsmenge wie das Tintentröpfchen 5 aber mit entgegengesetzter Polarität aufgenommen. Die Meßschaltung 8 vergleicht die Kondensatorspannung mit einer Bezugsspannung und gibt an den Ladeimpulsgenerator 5 ein Prüfsignal ab, welches eine Aussage über richtige oder falsche Phasenlage enthält„ Bei Zugang des Prüfsignals für richtige Phasenlage gibt der Generator 6 den Ladeimpuls mit der festgelegten Phase ab. Mit Zugang des Prüfsignals für die falsche Phasenlage verschiebt der Generator β die Phase des Prüfimpulses solange bis das Prüfsignal der Meßschaltung 8 die richtige Phasenlage zu erkennen gibt. So wird unter Messung der Spannung am Kondensator Cs die richtige Phasenbeziehung hergestellt.

In Fig. 2 ist das Ersatzschaltbild der Ladezustandsprüfvorrichtung von Fig„ 1 unter Verwendung gleicher Bezugszahlen dargestellt. Mit Zugang des Ladeimpulses +V des Ladeimpulsgenerators 6 an den Ladetunnel 3 wird dem durchgehenden Tintenstrahl 4 eine negative Ladung aufgeprägt ι welche den vorhandenen elektrostatischen Kapazitäten C₂ + C₃ zwischen dem Ladetunnel 3 und dem Tintenstrahl 4 sowie zwischen dem Ladetunnel 3 und dem kurz vor der Abtrennung stehenden Tröpfchen 5-1 entspricht. Wenn V« die über die Kapazität C₃ oder C₃ bestehende Spannung ist, dann wird eine Ladungsmenge q = V„ (C₂^C₃) in Coulomb induziert. Jedes Tröpfchen 5-1 trägt die Ladungsmenge -q_ ("C₃V₃) Coulomb,, und in dem Kondensator Cs sammelt sich eine gleichgroße Ladungsmenge, die zu einer ent-

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sprechenden Spannung V am Kondensator führt:

•1 ■ " ^q3

Ί' ^Vs ⁼ C + C ^(Volt)

Wenn C % C„ ist, lüßt sich die Spannung V so ausdrücken:

^₃ ^C3^V2
ν h —^ = -^-i (Volt)

3 C

Falls der Suchimpuls zeitlich nicht mit der Tröpfchenablösung übereinstimmt, enthält das Tintentröpfchen 5-1 . keine Ladung, und der Kondensator Cs führt keine Spannung. Da die Einzelladung q₃ jedes Tröpfchens 5-1 für eine genaue Messung zu klein ist, wird eine gegebene Anzahl η aufeinanderfolgender Tröpfchen 5 durch den Prüfimpuls aufgeladen, und bei richtiger Aufladung wird dann die Spannung V = η -t^- Volt. Wenn z.B. η = 50, Cs = 1000 pF und q₃ -.0,34 χ 10~ Coulomb ist, beträgt die am Kondensator Cs auftretende Spannung Vs etwa 17 mV. In der Praxis liegt die Spannung Vs bei etwa 3 mV, weil die in dem Kondensator Cs angesammelte Ladung für den nächsten Meßvorgang durch einen parallel geschalteten Widerstand abgeleitet wird. Statt eines Entladewiderstands kann ein Schalter verwendet werden,?·Die so- ermittelte Spannung Vs wird durch die Spannungsmeßschaltung 8 auf einen für eine TTL-Steuerschaltung geeigneten Wert 50Ofach bis 60Ofach verstärkt.

Durch den unterbrochen^ erzeugten Prüfimpuls V_T wird dem - ■ / Kondensator Cs zusätzlich zu dem gewünschten Spannungssignal eine Störung aufgedrückt, deren Einfluß vorzugsweise dadurch vermindert wird, daß die Spannung Vs erst einen au. 'reichenden Zeitraum nach abgeschlossener Zuführung des Prüim impulses V entnommen wird, vorzugsweise um die Zeitkon-

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stante (C₂ ⁺C.,) * R verzögert nach der Hinterflanke des letzten Prüfimpulses V .

ϊ Während der Zuführung des Prüf impuls es Vj_n an den

■ ι " ^l

! Ladetunnel 3 tritt am Kondensator Cs eine zusammen-

1 5 gesetzte Spannung mit einer die Signalkomponente beträchtlich überragenden Störkomponente auf. In Verbindung mit einem Prüfimpuls V mit einer Impulsbreite t₁ (s) und einer Spannungsgröße E (V) am Ladetunnel 3 kann die in Verbindung mit einem Tintenflüs-10 sigkeitswiderstand R (Ohm) am Kondensator Cs auftre-

¹ , tende Spannung V nach folgender Gleichung errechnet ϊ ' ^s

werden:

Vg(S) *

Darin sind:

^C23	^Cs	X	^VT	(S)	C₂₃	^VT	(S)
C₂₃ +	+ 1					ST	+ 1
ST

^C23 ^C2 ^{+ C}3 C_R

T - 20

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	T S:	• ■	^C23	m ^C23 Laplace-	/	« C₂₃R (V C Transformation	ι - <T^sti )	+ -γ-) S(,	23«	C S	) · ;■
	^VT		(S) = -£- S	\ s	(
Eingesetzt			1
-	1		e"^st	•1
	T	(S	3 + -	Y"	J

■■:■■: ■ 3117203

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- T-(I - e

_1Λ E[I - U(t - t_x) + e ^T(-l + e^T U(t - t,)]

j. Fig. 4 zeigt den auf dem in Fig. 3 dargestellten Prüfimpuls V beruhenden Verlauf der Spannung V mit einem

J- S

Störanteil, welcher wesentlich größer als der Signalanteil ist. Für C₂₃ = 27 χ 10~¹³ F, Cs = 1000 pf und E = 70 V beträgt der Spitzenwert der Spannung \7 =

^^u _££ = etwa 19 mV . Dieser Signalanteil ist eine

Cs PP

Gleichspannung, die in einem durch eine Zeitkonstante bestimmten Zeitraum nach der Hinterflanke des Prüfimpulses V_T auf dem Kondensator Cs bleibt. Durch Zuführen einer Serie von Prüfimpulsen an den Ladetunnel 3 kann der Signalanteil ohne Anhebung der Störkomponente vergrößert werden. Erhält der Ladetunnel· 3 fünfzigmal in Intervallen von 10 με Prüf impulse V„, von 100 kHz, dann erfolgt die Aufladung des Kondensators Cs gem. Fig. 5; die gewünschte Glexchspannung steigt, dagegen behält der Störanteil seinen festen Wert.

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Das so erzeugte Spannungssignal wird mit einer Bezugsspannung verglichen und daraus wie oben beschrieben erkannt, ob der Prüfimpuls zeitlich mit der Tröpfchenbildung zusammenfällt. Durch das die korrekte Phasenlage anzeigende Prüfsignal aus der Meßschaltung 8 wird der Ladeimpulsgenerator 6 so angesteuert, daß der das Druckaufladesignal mit dieser fixierten Phase abgibt, andernfalls verschiebt er die Phase des Prüfimpulses solange bis die Meßschaltung 8 die richtige Phasenlage zu erkennen gibt, wie oben beschrieben.

Das in Fig. 6 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung des Ladezustands entspricht weitgehend dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel und trägt dementsprechend gleiche Bezugszahlen. Zusätzlich ist in Fig. 6 der Spannungsmeßschaltung 8 ein Tiefpaßfilter 9 zur Aussiebung der als Wechselstromsignal auftretenden Störkomponenten vorgeschaltet.

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-tz-

Leerseite

Claims

■ NTA N WALTE

EER-MÜLLER-STElh

Holm Eurepälsdvsn PaSonlamt Eugalaiaono Vertreter — Profeaolonal Floproeentatlvca before tho Europaan Paisat OHIee ManöBtalros agröfla pros l'Ofilco europoon dos brevels

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl -Ing. H. Steinmeister

DipUng, F. E. Müller sioi^rwiii ·?

Triftstrasse A, Siekerwall 7,

D-8000 MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Cases 1660-GER-T 30. April 1981

Mü/Gdt/Tß

SHARP KÄBUSHIKI KAISHA

22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku,

Osaka 545„ Japan

Vorrichtung zur Prüfung des elektrischen Ladezustands von Tintentröpfchen im Ladetunnel eines Tintenstrahldruckers

Priorität; 30 April 1980, Japan, Nc 55-59153/1

PATENTANSPRÜCHE

1„^Vorrichtung zur Prüfung des elektrischen Ladezustands von Tintentröpfchen im Ladetunnel eines Tintenstrahldruckers, bei dem die von einer Tropfchen-Erzeugervorrichtung mit einer bestimmten Frequenz abgegebenen Tintentröpfchen im Ladetunnel in Abhängigkeit von einer Druckin.formation oder entsprechend einem Phasenprüfimpuls elektrisch aufgeladen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß

- im Tintenflüssigkeitszuführsystem (2) in der Nähe der Tröpfchen-Ausgabe der Srzeugereinheit |1) ein mit dieser Einheit zuzuführender Tintenflüssigkeit im Kontakt befindliches Metallelement (7) angeordnet,

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- ein zum Sammeln von durch die im Ladetunnel (3) aufgeladenen Tintentröpfchen (5-1) mitgeführten Ladungen vorgesehener Kondensator (Cs) mit dom Metallelement verbunden ist und

- die an dem Kondensator vorhandene Spannung durch eine Spannungsmeßschaltung (8) ermittelt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsmeßschaltung (8) eine Einrichtung (z.B.9) zur Beseitigung von in der Kondensatorspannung enthaltenen Störoder Rauschanteilen zugeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorspannung durch die Meßschaltung (8) zu einem Zeitpunkt gemessen wird, welcher der Hinterflanke des Phasenprüfimpulses um ein bestimmtes Zeitintervall nachfolgt. '
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßschaltung ein Tiefpaßfilter (9) zur Unterdrückung von Wechselstromanteilen in der Kondensatorspannung enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Messung durch die Spannungsmeßschaltung erfolgt, nachdem der Ladetunnel (3) eine bestimmte Anzahl von Phasenprüfimpulsen nacheinander erhalten hat.

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