DE3218781A1 - Farbstrahldrucker - Google Patents

Description

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Anwaltsakte: 32 24 2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Farbstrahldrucker, welcher eine Düse zum Ausstoßen einer Farbe mit Hilfe einer Ultraschallschwingung, eine Ladeelektrode, die an einer Stelle angeordnet ist, an welcher der Farbstrahl in Tröpfchen ■ aufgeteilt wird, um diese dann selektiv zu laden, und eine Ablenkelektrode aufweist, welche geladene Farbtröpfchen ablenkt, damit sie auf ein Blatt Papier auftreffen. Ferner betrifft die Erfindung insbesondere einen Farbstrahldrukker, bei welchem ein Auffänger als Elektrode zum Fühlen und Feststellen des Aufbringens einer Ladung auf ein Farbtröpfchen verwendet wird.

Ein Farbstrahldrucker der beschriebenen Art weist eine Pumpe auf, welche eine Farbe von einem Farbbehälter über einen Filter in einen Zwischenspeicher pumpt, der zum Glätten und Ausgleichen des Eingabefarbdrucks verwendet wird. Von dem Zwischenspeicher wird die Farbe unter Druck an einen Farbstrahlkopf abgegeben, in welchem der Farbe mit Hilfe eines eingebauten, elektrostriktiven Schwingungserzeugers eine vorbestimmte Schwingungsfrequenz erteilt wird. Die in Schwingung versetzte Farbe wird dann aus einer Düse des Kopfes ausgestoßen. An einer Stelle, die sich in einem vorgegebenen Abstand von der Düse befin- ^O det, wird der Farbstrahl in gleichmäßigen Intervallen in Tröpfchen geteilt. Die Periode einer solchen Teilung oder Trennung ist gleich der mittels des Schwingungserzeugers erzeugten Schwingungsfrequenz. Eine Ladeelektrode ist an einer Stelle angeordnet, an welcher der Farbstrahl in Tröpfchen aufgeteilt wird. An die Ladeelektrode wird eine Ladespannung angelegt, deren Pegel sich in Stufen ändert; hierbei liegt ein Nullpegel (z.B. Erdpotential) während

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eines Zeitabschnittes an, während welchem nicht gedruckt wird (wenn ein Videosignal logisch "0" ist). Die Ladespannung muß in Form von Impulsen zugeführt werden, wobei jeder Ladespannungsschritt in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausbildungsphase eines Farbtröpfchens angelegt werden muß. Um diesen Forderungen zu genügen, wird ein Phasensuchen durchgeführt, um die Phase von Ladespannungsimpulsen bezüglich der durch den Schwingungserzeuger geschaffenen Schwingungsphase festzulegen.

Für ein solches Phasensuchen werden Taktimpulse von einem Taktimpulsgenerator an einen Ansteuerspannungsgenerator angelegt, um so eine mit dem Takt synchrone, sinusförmige Welle zu erzeugen. Die sinusförmige Welle wird an den elek-

!5 trostriktiven Schwingungserzeuger im Inneren des Kopfes angelegt. Der Ausgangstakt des Taktimpulsgenerators wird auch an eine Phaseneinstellschaltung angelegt, um einen Ladetakt zu schaffen, der eine vorbestimmte Dauer hat, und der sich in der Phase um einen vorbestimmten Wert gegenüber dem Takt unterscheidet. Phasensuch-Ladeimpulse, welche bezüglich des Ladetaktes genau in Phase sind, die bezüglich ihrer Polarität mit der Ladespannung übereinstimmen oder zu dieser entgegengesetzt sind, und welche immer einen konstanten Pegel haben, werden durch einen Suchsignalgenerator erzeugt und über ein Gate bzw. Verknüpfungsglied und einen Verstärker an die Ladeelektrode angekoppelt. Mit der Ladungsfühlelektrode wird festgestellt, ob ein Farbtröpfchen geladen worden ist. Wenn eine Ladungsfühlschaltung einen "Lade"-Ausgang erzeugt, bevor eine vorbestimmte Anzahl

Farbtröpfchen ausgebildet ist, wird der Phasensuchvorgang beendet. Andererseits wird ein Phasenschiebebefehl mit einem Schritt an die Phasensetzschaltung angelegt, um den Ladetakt um eine vorgegebene Phase bezüglich des vorherigen Ladetaktes zu verschieben.

Nachdem eine richtige bzw. angemessene Ladephase des Ladetaktes bezüglich des Ausgangstaktes des Taktimpulsgenera-

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tors gebildet worden ist, wird ein Ladesignal, das durch einen Ladesignalgenerator aufgrund des Ladetaktes geschaffen worden ist, und einen stufenförmig ausgebildeten Pegel hat, über ein Gate bzw. ein Verknüpfungsglied und einen Verstärker an die Ladeelektrode angelegt. Der Drucker beginnt dann in einem Datenwiedergabebetrieb zu arbeiten. Auf Farbtröpfchen werden Ladespannungspegelh entsprechende Ladungen aufgebracht und die Farbtröpfchen werden entsprechend ihrer spezifischen Ladungen mittels einer Ablenkelektrode einzein abgelenkt. Wenn das Videosignal auf einem Pegel "0" ist,hat die Ladespannung einen Nullpegel, so daß Farbtröpfchen durch den Auffänger gesammelt werden, ohne überhaupt geladen zu werden.

Abgesehen von bekannten Ladungsfühlelektroden der zylindrischen oder U-förmigen elektrostatischen Induktionsausführung oder der Ausführung mit zwei flachen beieinander oder einander gegenüberliegenden Elektroden ist auch ein Auffänger zum Sammeln von Farbtröpfchen als eine Elektrode verwendbar, wie beispielsweise in offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 49-107142/1974 und 55-84680/1980 beschrieben ist.

In einem Farbstrahldrucker, in welchem ein Auffänger als Ladungsfühlelektrode verwendet ist, ist der Auffänger elektrisch bezüglich Farbe isoliert, die von ihm nach unten in ein Farbsammei system geflossen ist. Der Auffänger ist mit einem ladungsintegrierenden Kondensator und mit einem den Kondensator entladenden Schalter verbunden. Eine in ' dem ^O Kondensator geladene Spannung wird verstärkt und während des Phasensuchbetriebs mit einer Bezugsspannung verglichen. Wenn die Kondensatorspannung in einem vorgegebenen Zeitabschnitt über einen vorbestimmten Pegel hinaus ansteigt, wird dadurch angezeigt, daß die Farbtröpfchen geladen sind. Jedoch wird ein Isolator, welcher den isolierten Auffänger trägt, mit der Farbe besprüht und bespritzt, die auf den Auffänger aufgetroffen ist, was dann Kriechverluste bzw.

einen Kriechstrom zwischen dem Auffänger und der aufgefangenen und gesammelten Farbe zur Folge hat. Hierdurch wird dann die Kondensatorspannung und folglich das Feststellen der Ladung unsicher. Insbesondere wenn das Bespritzen, Besprühen oder Verschmutzen beträchtlich ist, kann es dazu kommen, daß sogar eine richtige Ladung als eine Nulladung betrachtet wird. Eine derartige Schwierigkeit kann nicht behoben werden, außer der Auffänger und dessen Umgebung werden mit beträchtlichem Zeit- und Arbeitsaufwand immer gereinigt. Außerdem werden infolge von Reibungsladung auf der Farbe während eines Ausstoßens aus der Düse und infolge einer durch Farbe beim Auftreffen auf dem Auffänger erzeugten Ladung "Ladungs"-Signalkomponenten, die nicht mit dem Laden/Nichtladen der Farbtröpfchen durch die an die Ladeelektrode angelegte Spannung in Beziehung stehen, an dem Kondensator als eine Gleichstrom-Vorspannung induziert, wodurch der Störabstand verschlechtert wird. Dies führt unvermeidlich zu einem Fehler, wenn nicht eine größere Anzahl geladener Tröpfchen zu dem Auffänger geleitet werden.

Das Verschmieren mit Farbe führt auch zu Schwierigkeiten im Falle der Ladungsfühlelektrode des elektrostatischen Induktionstyps. Um ein Einbringen bzw. Einführen von Störungen bzw. Rauschen zu verhindern, ist eine unverhältnismäßig komplizierte Maßnahme erforderlich, um Signale zu verarbeiten oder um die Störung bzw. das Rauschen auszuschalten. Diese Art Fühlelektrode weist insbesondere den Nachteil auf, daß sie irgendwo zwischen der Ladeelek-

trode und dem Auffänger angeordnet werden muß, wodurch der Abstand zwischen der Düse und dem Papierblatt größer wird. Folglich muß ein Farbtröpfchen eine größere Strecke zurücklegen und kann dann infolge des Luftwiderstandes, infolge einer gegenseitigen Abstoßung oder Anziehung zwisehen fliegenden Farbtröpfchen, infolge einer Ladungsverzerrung usw. auf dem Blatt Papier beträchtlich verschoben werden.

Die dem Kopf zugeführte Farbe wird im allgemeinen auf Erdpotential gehalten, und wird somit als die Farbe betrachtet, welche den Auffänger benetzt, da sie mit der Farbe in dem Sammclsystem zusammenhängt. Jedoch ist in der Praxis der Widerstand der Farbe beträchtlich, und die Farbe in dem Auffänger wird durch eine Pumpe in einen Sammelbehälter gesaugt, wodurch die Farbe in einer Sammelleitung zwischen der Pumpe und dem Auffänger unterbrochen wird, wodurch der Auffänger-Erdpotential-Wider-

^.0 stand in beträchtlichem Maße erhöht wird. Nichtgeladene Farbtröpfchen, die auf den Auffänger auftreffen, werden durch die Reibung an der Düse oder infolge der Induktion durch die benachbarten geladenen Tröpfchen geladen, obwohl sie durch die Ladespannung sicher nicht geladen sind. Durch die nichtgeladenen Farbtröpfchen wird folglich das Potential an dem Auffänger weg von dem Erdpotentialpegel verschoben, wodurch wiederum die Ablenkung von geladenen Farbtröpfchen zum Drucken von Daten gestört

wird.
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Die Erfindung soll daher einen Farbstrahldrucker schaffen, bei welchem trotz der Verwendung eines Auffängers als Ladungsfühlelektrode ein Aufbringen einer Ladung auf ein Farbtröpfchen mit einer besonders hohen Zuverlässigkeit einwandfrei festgestellt werden kann. Ferner soll gemäß der Erfindung ein Farbstrahldrucker geschaffen werden, bei welchem trotz der Verwendung eines Auffängers als Ladungsfühlelektrode die Unbeständigkeit bzw. Instabilität beim Feststellen von geladenen Farbtröpfchen ausgeschlos-

sen ist, was auf ein Verschmieren oder Verschmutzen des Auffängers mit Farbe beim Auftreffen von Farbtröpfchen auf dem Auffänger zurückzuführen ist. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Farbstrahldrucker durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil-

hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die Erfindung ist somit ein insgesamt verbesserter Farbstrahldrucker geschaffen.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockdiagramm eines Farbstrahldruckers gemäß der Erfindung;

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer in dem Drucker der Fig.1 vorgesehenen Ladungsfühlschaltung;

Fig.3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer ebenfalls in dem Drucker der Fig.1 vorgesehenen

Phasensteuerschaltung;
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Fig.4 ein Zeitdiagramm, in welchem die Arbeitsweise der in Fig.3 dargestellten Phasensteuerschaltung gezeigt ist;

^u Fig.5a und 5b mittels der Ladungsfühlschaltung gemessene We11enformen;

Fig.6a eine vertikale Schnittansicht durch einen Auffänger und diesem zugeordnete Teile;

Fig.6b eine Schnittansicht entlang der Linie VIA-VIA der Fig.6a;

Fig.6c eine vertikale Schnittansicht durch eine abge-

wandelte Ausführungsform des Auffängers und der

ihm zugeordneten Teile;

Fig.7 eine vertikale Schnittansicht durch noch eine

weitere abgewandelte Ausführungsform des Auf-35

fängers und der ihm zugeordneten Teile;

Fig.8 eine vertikale Schnittansicht durch noch eine

. /IO ·

weitere abgewandelte Ausführungsform des Auffän

gers und der ihm zugeordneten Teile;

Fig.9 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Ladungsfühlschaltung;

Fig.10 ein Blockschaltbild noch einer weiteren Ausführungsform der Phasensteuerschaltung;

Fig.11 ein Zeitdiagramm, in welchem die Arbeitsweise

der Phasensteuerschaltung der Fig.10 dargestellt ist;

Fig.12 ein Schaltbild noch einer weiteren Ausführungs- ^ form der Phasensteuerschaltung;

Fig.13 ein Zeitdiagramm/ in welchem die Arbeitsweise der Phasensteuerschaltung der Fig.12 wiedergegeben ist;

Fig.14a ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Verstärkers;

Fig.14b ein Zeitdiagramm, in welchem die Arbeitsweise

des Verstärkers der Fig.14a wiedergegeben ist;

Fig.15a eine Schaltung noch einer weiteren Ausführungsform des Verstärkers;

Fig.15b ein Zeitdiagramm, in welchem die Arbeitsweise

des Verstärkers der Fig.15awiedergegeben ist, und

Fig.15c ein Zeitdiagramm, das einen abgewandelten Aus-35

gang am Verstärker der Fig.15a wiedergibt.

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In Fig.1 weist ein Farbstrahldrucker eine Farbpatrone 10 und eine Pumpe 12 auf, um Farbe von der Patrone 10 zu einem Zwischenspeicher 14 zu pumpen. Der Zwischenspeicher 14 gibt die Farbe mit einem konstanten Druck über ein Filter 16 an einen Farbstrahl- oder Farbausstoßkopf 18 ab. Der Farbausstoßkopf 18 weist einen elektrostriktiven Schwingungserzeuger 20 auf, welcher mit einer vorbestimmten Frequenz angesteuert ist, um der Farbe eine Druckschwingung zu erteilen. Die aus der Düse des Kopfes 18 ausgestoßene Farbe wird an einer Stelle, die in einem vorbestimmten Abstand von der Düse angeordnet ist, in eine Folge oder Reihe von Tröpfchen geteilt. Die Ladeelektrode 22 ist an der Stelle angeordnet, wo es zu der Trennung oder Aufteilung der Farbe kommt, um so jedes Farbtröpfchen selektiv mit einer Polarität zu laden, welche der einer angelegten Spannung entgegengesetzt ist. Geladene Farbtröpfchen werden durch ein zwischen Ablenkelektroden 24a und 24b erzeugtes , elektrisches Feld abgelenkt, um auf ein Blatt Papier 26 aufzutreffen. Nicht geladene Farbtröpfchen treffen dagegen auf einen Auffänger 28 auf und fallen dann von dem Auffänger 28 Tröpfchen für Tröpfchen aufgrund ihres Gewichts in einen Filter 30. Eine Pumpe 32 saugt die Farbe aus dem Filter 30 in einen Sammelbehälter 34 und anschließend in einen Farbbehälter

2ö 36. Die Pumpe 12 pumpt auch diesen Teil der Farbe in den Zwischenspeicher 14.

Der Auffänger 28 ist aus einem leitenden Material hergestellt und fest an einem Halter 38 angebracht, welcher

^UW aus einem Isoliermaterial hergestellt ist. Ein aus Isoliermaterial hergestelltes Rohr 4 0 verbindet den Halter 38 mit dem Filter 30. Ein Gehäuse des Filters 30 zum Aufnehmen eines Filterteils ist aus Metall hergestellt und geerdet. Der Widerstand zwischen dem Auffänger 28 und dem Filter (Erdpotential) 30 ist gemessen worden und liegt im Bereich von 10 bis 1 0OM ß·, wenn sowohl der Halter 38 als auch das Rohr 40 mit Farbe benetzt sind, während

er bei TOOkH oder darüber liegt, selbst wenn mit Absicht zugelassen wird, daß eine beträchtliche Menge darauf verbleibt. Ein Schutz- oder Abschirmdraht 42 hat einen Kern, der mit einem Ende mit dem leitenden Auffänger 28 und mit seinem anderen Ende mit einer Ladungsfühlschaltung 44 verbunden ist. Die Umhüllung des Schutzdrahtes 4 2 ist geerdet. Der Schutzdraht 4 2 hat eine erdfreie Kapazität von 100 bis 1000 pF. Erforderlichenfalls kann der Kern über einen Feldeffekttransistor 45 geerdet werden, der zum Erden des Auffängers 28 verwendet wird.

In Fig.2 weist die Ladungsfühlschaltung 44 einen Spannungsumwandlungswiderstand 46 auf, dessen Widerstandswert R" kleiner als der Farbwiderstand R^ zwischen dem Auffänger

28 und dem Filter (Erde) 30 und etwa gleich 10OkXl ist. Der Widerstand 46 ist vorgesehen, um den Erdungswiderstand auf der Seite bei dem Auffänger 28 von einer Instabilität freizumachen, welche andernfalls eine Schwankung des Widerstandswertes R_ infolge eines Verschmierens mit Farbe zur Folge haben würde. Der Widerstand 46 ist zur Impedanzumsetzung mit einem Feldeffekttransistor 48 verbunden, der seinerseits mit einem Operationsverstärker 50 verbunden ist. Der Operationsverstärker 50 ist mit einem Hochpaßfilter 52 und über dieses mit einem Integrator 54 zum Glätten einer Gleichspannungskomponente verbunden. Der Integrator 54 ist mit einem Vergleicher 56 verbunden.

Eine Phasensteuerschaltung 58 (Fig.1) hat einen in Fig.3 wiedergegebenen Aufbau und arbeitet in einer Weise, die ^Q in Fig.4 dargestellt ist. Die Phasensteuerschaltung 58 wird mit Taktimpulsen Op versorgt, deren Frequenz 1,6 MHz beträgt. Diese Eingangsimpulse Op werden von einem Zähler 60 gezählt, welcher einen Zählkode mit einer Gruppe von Bits A bis D (A=erste Ziffer,....D=vierte Ziffer) erzeugt. Von diesen Bits wird das Bit A als Schiebeimpuls an ein Serien-Parallel-Schieberegister 6 2 angelegt, während der Impuls D als ein Eingangssignal angelegt wird. Impulse,

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die an Ausgangsanschlüssen O bis 7 des Schieberegisters 6 2 erscheinen, sind somit fortlaufend bzw. sequentiell jeweils in der Phase um die Frequenz der Schiebeimpulse A verschoben und haben eine Impulsdauer, welche gleich der der Ausgangsbits D des Zählers 60 ist. Einer der Registerausgänge wird als Schwingungserzeuger-Ansteuerimpuls Vp über einen Datenselektor 64 an eine Ansteuerverstärkerschaltung 66 (Fig.1) angekoppelt.

Die Bits B bis D des Zählers 60 werden einem Dekodierer 68 zugeführt, welcher dann Impulse, die an seinem ersten Ausgangsanschluß 0 und an seinem fünften Ausgangsanschluß 4 erscheinen, an einen Frequenzteiler 70 bzw. an ein Flip-Flop 72 des T-Typs abgibt. Der Ausgang Q des Flip-Flops 72 wird als Ladungszeitsteuersignal Cp an eine Drucksignale erzeugende Schaltung 74 angelegt. Der Impuls, der durch den Frequenzteiler 70 1/16 geteilt und durch ein UND-Glied 76 auf die Breite des Ausgangsimpulses am Anschluß 0 des Dekodierers 68 geformt worden ist, wird als ein Phasensuch-Ladeimpuls Pp an einen Ladungsverstärker 78 (Fig.1) angekoppelt. Wie in Fig.4 dargestellt, folgt auf eine Folge von sechzehn aufeinanderfolgenden Impulsen Pp eine Unterbrechung, welche der gleichen Anzahl Impulse entspricht, und sie liegen wiederholt beispiels-

^° weise mit einer Periode von 320με wieder an. Das Ladungszeitsteuersignal Cp ist dagegen eine Folge von Impulsen, deren Dauer (mit hohen oder logischen Pegel "1") das Achtfache der Dauer der Impulse Pp ist. Während in der dargestellten Ausführungsform die Ladeimpulse Pp und die

Ladungssteuerimpulse Cp einzeln in ihrer Phase, festgelegt sind, haben die Schwingungserzeuger-Ansteuerimpulse Vp eine Phase, welche in Abhängigkeit von den Schieberegisterausgängen 0 bis 7 verschoben oder geändert wird, welche wahlweise durch den Datenselektor 64 entsprechend einem Zählkodeausgang A bis C des Zählers 80 erzeugt werden. Das heißt, der Ladespannungsimpuls hat eine feste Phase, während die Trennphase, um Farbe in Tröpfchen zu trennen bzw.

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aufzuteilen, verschiebbar ist.

In den Fig.1 bis 4 wird für ein Phasensuchen ein Suchbefehlsignal hoch(oder logisch) "1" gemacht, so daß dann eine Schaltanordnung (oder ein Relais) 82 den Ladungsverstärker 78 mit der Ladeelektrode verbindet, und gleichzeitig wird eine Ablenkspannungs-Quellenschaltung 84 entregt (oder abgeschaltet). In dieser Lage versorgt der Verstärker 78 die Ladeelektrode 22 über die Schaltanord-¹⁽-* nung 82 mit einer Folge von Ladeimpulsen mit negativem konstantem Pegel, welche synchron mit den Phasensuch-Ladeimpulsen Pp sind, welche eine Periode von 10us haben und mit der Periode von 320με wiederholt anliegen. Der Ausgangszählkode des Zählers 80 soll nunmehr "000" sein. Dann werden die Impulse an dem Ausgangsanschluß 0 des Schieberegisters 6 2 als Schwingungserzeuger-Ansteuerimpulse Vp an den Ansteuerverstärker 66 angelegt. Folglich wird die Farbe bei einer Phase, die der Periode oder Phase (relativ zu der Phase der Impulse Pp) der Ansteuerimpulse

Vp entspricht, in Tröpfchen getrennt bzw. aufgeteilt. Wenn diese Trennung bezüglich der Impulse Pp genau zeitgesteuert ist, werden die Farbtröpfchen mit der positiven Polarität geladen und treffen auf den Auffänger 28.

Folglich werden eine Gruppe von sechzehn Farbtröpfchen geladen, und die nächste Gruppe von sechzehn Farbtröpfchen wird ungeladen belassen; das sich ergebende Ladungsmuster hat dann die Periode von 320us. Hierdurch wird bewirkt,

daß alle Farbtröpfchen auf den Auffänger 28 auftreffen· 30

Somit schwankt dann das Auffängerpotential in der gleichen Weise wie das Ladungsmuster. Inzwischen macht das Basispotential des Feldeffekttransistors 48 des Ladedetektors 44 infolge der erdfreien Kapazität des Abschirm- oder

Schutzdrahtes 42 und der Zeitkonstante des Widerstands 46 35

des Ladedetektors 44 eine Schwankung entlang einer sinusförmigen Welle oder einer Hüllkurve durch. Die Spannung, die eine solche sinusförmige Welle hat, wird durch den

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Transistor 48 invertiert, und wird dann durch den Operationsverstärker 50 invertiert und verstärkt, um dann mit positivem Pegel dem Tiefpaßfilter 52 zugeführt zu werden. Das Tiefpaßfilter 52 dient zum Unterdrücken von Rauschen,

c dessen Periode 320μ3 kurz ist. Der Integrator 54 glättet die sinusförmige Welle mit einer Periode von 320με, um sie auf einen konstanten Gleichspannungswert zu stabilisieren. Der Vergleicher 58 vergleicht die Gleichspannung mit einer Bezugsspannung· Wenn die Gleichspannung höher IQ als die Bezugsspannung ist, ist der Ausgang des Vergleichers 56 "0" , wodurch angezeigt wird', daß ein Farbtröpfchen geladen worden ist. Der Vergleicherausgang geht auf "1", wenn ein Farbtröpfchen nicht oder unvollständig geladen worden ist.

In Fig.5a und 5b sind Ausgangswellenformen für das Tiefpaßfilter 52 des Ladedetektors 4 4 dargestellt. Die Kurve in Fig.5a stellt ein Meßergebnis dar, wenn der Auffängerhalter 38 und das Rohr 40 leer sind, während die Kurve d^er Fig.5b ein Meßergebnis darstellt, wenn diese Teile gefüllt sind. Aus diesen Kurven ist zu ersehen, daß sich der verstärkte Spannungspegel von dem leeren zu dem gefüllten Zustand etwas unterscheidet; bei der üblichen Arbeitsweise unterscheidet er sich kaum, da die Farbe durch die Pumpe 32 abgesaugt wird, so daß die Innenflächen des Halters 38 und des Rohrs 40 naß bzw. benetzt gehalten werden.

Der Ausgang des Vergleichers 56 wird an eine (nicht dargestellte) Drucksteuereinheit und an ein UND-Glied 86 in der Phasensteuerschaltung 58 angelegt. Die Drucksteuereinheit macht das Phasensuchsignal "1" und versorgt dann mit einer Periode von 10με das UND-Glied 86 mit Phasenunterscheidungsimpulsen Pdk. Wenn der Ausgang Pok des Vergleichers 56 "0" wird, wodurch angezeigt wird, daß ein Farbtröpfchen geladen worden ist, stoppt die Drucksteuereinheit das Erzeugen der Impulse Pdk, um mit einer Druck-

— »» »» » W W T V VV V

ladungssteuorung zu beginnen. Solange der Ausgangspegel des Vergleichers 56 "1" ist, was keine Ladung auf Farbtröpfchen anzeigt, versorgt das UND-Glied 86 den Zähler 80 alle 10με mit einem Impuls, so daß der Zähler 80 um 1 inkrementiert wird, und der Datenselektor 64 erzeugt einen Impuls, der von dem Anschluß "i+1" des Schieberegisters 64 statt eines Impulses von dem Anschluß "i" angekoppelt wird (was einen Phasenschiebeschritt bedeutet). Der Zähler 80 wird periodisch inkrementiert. Solange Impulse von einem der Anschlüsse 0 bis 7 des Schieberegisters 62 als Ansteuerimpulse Vp dem Ansteuerverstärker zugeführt werden, werden Farbtröpfchen geladen, um den Ausgang des Vergleichers 56 "0" zu machen. Wenn der Ausgang des Vergleichers 56 während eines Phasensuchvorganges von "1" auf "0" schaltet, erzeugt die Phasensteuerschaltung ihren Phasensuchbefehl "0", um das System für einen Druckbetrieb zu konditionieren. Für den Druckbetrieb verbindet die Schaltanordnung 82 den Verstärker 88 mit der Ladeelektrode 22, der Feldeffekttransistor 46 wird angeschaltet, und die Ablenkspannungsquelle 48 wird ebenfalls angeschaltet, um die Ablenkelektrode 24b mit einer vorbestimmten positiven oder negativen Hochspannung zu versorgen. Der Drucksignalgenerator 64 erzeugt eine Spannung, deren Pegel sich schrittweise ändert. Diese Spannung wird an den Verstärker 88 angelegt, solange der Impuls Cp "0" ist und die Druckdaten "1" sind, wodurch ein Druckbetrieb befohlen wird.

Wenn, wie vorstehend ausgeführt, der Feldeffekttransistor ^® 46 angeschaltet ist, wird der leitende Auffänger 28 über den Schutzdraht 4 2 und den Transistor 46 geerdet. Hierdurch wird das Potential am Auffänger auf dem Erdpotential gehalten und verhindert, daß sich der Auffänger 28 auflädt , wodurch eine Störung bei der Ablenkung der geladenen Farbtröpfchen vermieden ist. Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Phasen der Phasensuch-Ladeimpulse Pp und der Ladungszeitsteuerimpulse Cp fest-

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gelegt sind und die Farbtrennphase geschoben wird, können erforderlichenfalls auch erstere (d.h. die Phasen der Impulse) verschoben und letztere (d.h. die Farbtrennphase) festgelegt werden.
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In Fig.6a und 6b ist der Halter 38, welcher den Auffänger 28 trägt, an dem Teil seiner Innenwandung, welcher unter dem Auffänger 28 festgelegt ist, mit einer Anzahl vertikal verlaufender Rilllen 38a versehen. Eine Erdungsplatte 90 ist genau unter den Rillen 38a an der Innenwandung des Halters 38 angebracht. Bei dieser Ausführung fließen Farbtröpfchen, die auf den Auffänger 28 aufgetroffen sind, entlang der Rillen 3 8a und der Erdungsplatte 90 nach unten, um das Rohr 40 zu erreichen. Folglich hängt trotz einer willkürlichen Verteilung einer Farbanhäufung oder trotz einer Verschmutzung zwischen dem Auffänger 80 und der Erdungsplatte 90 der elektrische Widerstand von dem Widerstandswert der Farbe ab, die als konstanter Strom entlang der Rillen 38a fließt, und folglich im wesentlichen konstant ist. Erforderlichenfalls kann die Erdungsplatte 90 über einen Widerstand 92 geerdet werden, wie in Fig.6c dargestellt ist.

Bezüglich des Auffängers 28 und der ihm zugeordneten Teile sind noch verschiedene weitere Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann, wie in Fig.7 dargestellt, die Farbe über einen Widerstand 94 geerdet werden, oder der Auffänger kann über einen Widerstand geerdet werden. Auf jeden Fall wird durch das Erden des Auffängers 28 über einen Wider-

stand die Ladungsfühlspannung stabil und durch das Erden der Fühlschaltungsseite des Abschirm- oder Schutzdrahtes über den Widerstand 46 wird die Ladungsfühlspannung weiter stabilisiert.

Eine andere abgewandelte Form der Auffängeranordnung ist in Fig.8 dargestellt. Wie dargestellt, zweigt ein Rohrabschnitt 96 von dem Isolierrohr 40 ab, welches mit dem HaI-

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ter 38 in Verbindung steht. Der Rohrabschnitt 96 endet in einer Erdungskappe 98. Der Rohrabschnitt 96 und die eingefüllte Farbe bilden zusammen einen Widerstand. Die Länge und der Innendurchmesser des Rohrabschnittes 96 sind entsprechend bemessen, um sie an einen geforderten Widerstand anzupassen. Wenn die Kappe 98 entfernt wird, kann der Rohrabschnitt 96 als ein Abfluß dienen, wodurch das Reinigen des Filters 30, des Auffängers 28 oder des Halters 38 erleichtert wird. Abgesehen von solchen Abwandlungen kann die Farbe in einem für einen anderen Zweck vorgesehenen Abzweigrohr, welches einen vorbestimmten Widerstand schafft, als ein Widerstand betrachtet werden und geerdet sein.

In Fig.9 weist eine abgewandelte Ladungsfühlschaltung 44' einen Kondensator 100 auf, welcher zwischen dem Abschirmoder Schutzdraht 4 2 und dem Feldeffekttransistor 48 vorgesehen ist. Der Ausgang des Verstärkers 50 ist über ein Tiefpaßfilter, das durch einen Kondensator 102 und einen Widerstand 104 gebildet ist, an die Basis eines Feldeffekttransistors 106 angekoppelt. Der Transistor 106 ist mit dem Hochpaßfilter 52 verbunden. Der Kondensator 100 hält Gleichspannungskomponenten zurück, welche sich aus einer Reibungsladung auf der Farbe an der Düse des Kopfes 18 oder aus einer Ladung an dem Auffänger 28 beim Auftreffen ergeben würden, wie vorher ausgeführt ist. Der Entladestrom der durch das Ladungssignal aufgebrachten Ladung fließt in Impulsform über den Widerstand 46. Am Ausgang des Verstärkers 50 bilden sich folglich Impulse, die je-

³^ weils einer ganz bestimmten Ladung auf einem Farbtröpfchen entsprechen. Wenn diese Art Ladedetektor 44' verwendet wird, muß der Abschirmdraht 42, welcher den Kondensator 100 mit dem Auffänger 98 verbindet, kurz genug sein, um die erdfreie Kapazität unter 20 bis 30 pF oder weniger

zu unterdrücken. Die Zeitkonstante T des Tiefpaßfilters 102, 104 wird vorher so gewählt, daß sie die folgende Beziehung bezüglich der Folge von sechzehn intermittierend

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auftretenden Impulsen Pp hat:
10με < T < χ 16με

Bei dieser Beziehung wird das Hochpaßfilter 52 mit einem Signal der Periode der sechzehn Impulse versorgt. Das Hochpaßfilter 52 begrenzt ein niederfrequentes Rauschen des Eingangssignals, um eine geformte, sinusförmige Welle zu erzeugen. Der Integrator 54 setzt die sinusförmig«· Wt?l-Ie in einen Gleichspannungspegel um.

In Fig.10 ist eine weitere Ausführungsform der Phasensteuerschaltung 58 dargestellt. In Fig.11 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, welches die Arbeitsweise der Schaltung derFig.10 wiedergibt.Eine Phasensteuerschaltung 58' weist zusätzlich ein UND-Glied 108, einen Inverter 110 und ein ODER-Glied 112 auf. Wie aus Fig.11 zu ersehen ist, treten Ladeimpulse Pp kontinuierlich mit einer Periode von 320με, nämlich sechzehn aufeinanderfolgende Impulse von dem Ausgangsanschluß 0 und dann sechzehn aufeinanderfolgende Impulse von dem Ausgangsanschluß 7, ohne Unterbrechung auf. Eine Spannung, die an dem Auffänger 28 durch einen Spannungsimpuls induziert worden ist, der synchron mit dem impulsförmigen Signal Pp ist und der Ladeelektrode 22 zugeführt wird, wird durch die erdfreie Kapazität des Abschirmdrahtes 42 und die Widerstände R , R in eine Gleichspannung (Rauschspannung) mit konstantem Pegel geglättet, welche dann durch das Hochpaßfilter 52 überprüft wird.Solange Farbtröpfchen durch das impulsförmige

Signal Pp geladen werden,,das an einem der Ausgangsanschlüsse 0 oder 7 des Dekodierers 68 anliegt, kommt es zu einer sinusförmigen Spannungsschwankung mit einer Periode von 320με an dem Widerstand 46, und diese wird über das Hochpaßfilter 52 zu dem Integrator 54 durchgelassen. Der Integrator 54 richtet gleich und glättet die Eingangsspannungsschwankung auf einem vorbestimmten Pegel. Solange die Farbtröpfchen durch alle impulsförmigen Signale

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Pp geladen werden, pulsiert bzw. schwingt die Spannung an dem Widerstand 46 nicht, so daß sie nicht an den Integrator 54 angelegt wird.

Hierbei ist mit der in Fig.10 dargestellten Phasensteuerschaltung die aufgezeigte Schwierigkeit überwunden, da die hochfrequente Rauschspannung an einem leitenden Auffänger induziert wird und/oder Farbe durch Ladeimpulse gesammelt wird und eine Schwankung mit derselben Periode wie die Ladespannung Impulse erfährt, was auf eine Rauschverteilung hinausläuft, die einer RC-geglätteten Wellenform des Entladestroms von Farbtröpfchen ähj.ich ist.

Mit der Schaltung derFig.10 wird eine Phasenfühl- oder Feststellsteuerung mit einer Genauigkeit erreicht, welche 1/4 der Phase der Ansteuerperiode ist. Um eine Genauigkeit von 1/8 der Phase bzw. in Phase zu erreichen, kann der Dekodierer 68 entsprechend ausgelegt werden, um ein Signal zu erzeugen, das auf 1/16 geteilt ist. Wiederum kann die Ansteuerphase (Farbtrennphase) festgelegt werden, und das impulsförmige Signal Pp kann derart in der Phase verschoben werden, daß das Zeitsteuersignal Cp entsprechend dem impulsförmigen Signal Pp in der Phase verschoben wird.

Anhand von Fig.12 und 13 wird noch ein weiteres Beispiel einer Phasensteuerschaltung beschrieben. Eine Phasensteuerschaltung 58' ist so ausgelegt, daß die Ausgangsbits B bis D des Zählers 6 0 an den Dekodierer 68 und Ausgangsimpulse am ersten Ausgangsanschluß 0 und am fünften Ausgangs-

anschluß 4 des Dekodierers 68 an den Frequenzteiler 70 bzw. das Flip-Flop 72 des T-Typs angelegt werden. Der Ausgang Q des Flip-Flops 72 wird an den Drucksignalgenerator 74 als Ladungszeitsteuersignal Cp angelegt. Impulse, die durch den Frequenzteiler 70 auf 1/16 geteilt und durch das UND-Glied 76 auf die Breite der Ausgangsimpulse am Anschluß 0 des Dekodierers 68 geformt worden sind, werden als Phasensuch-Ladeimpulse Pp2 an den Ladungsverstärker 78 ange-

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legt. Inzwischen werden Impulse, die durch den Frequenzteiler 70 auf 1/16 geteilt und durch ein UND-Glied 108 geformt worden sind, als weitere Gruppe von Phasensuch-Ladeimpulsen Ppi an den Ladungsverstärker 78 angelegt. In jedem der Ladesignale Ppi, Pp2 folgt auf eine Folge von sechzehn aufeinanderfolgenden Impulsen eine Unterbrechung, die der gleichen Anzahl Impulse entspricht, und dies wird mit einer Periode von 320με wiederholt. Im Unterschied hierzu ist das Ladungszeitsteuersignal Cp zum Drukken eine kontinuierliche Folge von Impulsen, jeweils einer Dauer oder Breite (einem hohen oder "1"-Pegel), welche das Achtfache der Breite oder Dauer der Impulse Ppi, Pp2 ist, wobei letztere im wesentlichen in der Mitte der ersteren auftreten.

Obwohl in der in Fig.12 und 13 dargestellten Ausführungsform jeder der Phasensuch-Ladeimpulse Ppi, Pp2 und der Druckladungs-Zeitsteuerimpuls Cp eine festgelegte Phase hat, wird die Phase der Schwingungserzeuger-Ansteuerimpulse Vp verschoben oder in Abhängigkeit von den Schieberegisterausgängen 0 bis 7 geändert, welche der Datonselektor 64 selektiv entsprechend einem Zählkodeausgang A bis C des Zählers 80 erzeugt. Kurz ausgedrückt bedeutet dies, daß die Ladespannungsimpulse in der Phase festgelegt aber die Farbtrennphase geschoben wird.

In Fig.14a ist der Verstärker 78 im einzelnen dargestellt, der zum Verstärken der Phasensuch-Ladeimpulse Ppi, Pp2 verwendet wird, um eine Ladespannung zu erzeugen. Die Ar^ow beitsweise des Verstärkers 78 ist in Fig.14b dargestellt. Wie dargestellt, wird ein Impuls Ppi an die Basis eines Transistors 114 angelegt, um diesen anzuschalten. Ein zweiter Transistor 116 wird in Übereinstimmung mit dem Transistor 114 an- und ausgeschaltet, um den Impuls Ppi auf einen Pegel von +50V zu verstärken. Ein Impuls Pp2 wird durch Transistoren 118, 120 und 122 auf einen Pegel von -50V verstärkt. Folglich wird die Ladeelektrode 22 während des

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Phasesuchens mit Spannungsimpulsen Vpd entgegengesetzter Polaritäten versorgt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Phasensuchvorgang können die Ladespannungsimpulse.sowohl positiver als auch negativer Polarität die in dem Auffänger 28 oder der gesammelten, aufgefangenen Farbe induzierte Spannung ändern, und infolge der Hochfrequenz wird die Spannung durch die erdfreie Kapazität des Abschicmdrahtes 4 2 und des Widerstandes 46 im wesentlichen auf den Nullpegel RC-geglättet und erscheint nicht am Ausgang des Hochpaßfilters 52.

In Fig.15a bis 15c ist eine weitere Ausführungsform des Ladungsverstärkers 78 dargestellt. Hierbei soll die Phasensteuerschaltung 58 die in Fig.3a dargestellte Ausführungsform sein, welche nur eine Gruppe von Phasensuch-Ladesignalen Pp (=Pp2) erzeugt, und der Verstärker 78 soll Impulse erzeugen, welche von einem negativen auf einen positiven Pegel ansteigen, wie in Fig.15a und 15b dargestellt ist. In Fig.15c ist ein Zeitdiagramm dargestellt, das die Arbeitsweise des Verstärkers 78 wiedergibt. Wenn der Impuls Pp2 auf dem positiven Pegel ist, wird ein Transistor 124 angeschaltet, und ein Transistor 126 wird abgeschaltet, wodurch der Spannungsimpuls Vpd über einen Kondensator 128 in seinem Pegel positiv gemacht wird. Die Widerstandswerte der Widerstände 130 und 132 haben eine Beziehung von 1/4. Wenn folglich die Spannung am Widerstand 132 und an einem Kondensator 134 +40V ist, und der Impuls Pp2 auf den niedrigen Pegel (Erdpotential) schaltet,

wird die positive Seite des Kondensators 128 bei +50V beim Anschalten des Transistors 126 zwangsläufig geerdet, so daß die negative Seite -50V gemacht wird. Da die negative Seite des Kondensators 128 über eine Diode 136 mit dem Widerstand 132 und dem Kondensator 134 verbunden ist, wird der Ausgang Vpd im allgemeinen gleich -50V + 40V = 10V. Folglich wechseln Phasensuchladeimpulse entgegengesetzter Polaritäten einander ab und das sich ergebende induzierte

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Rauschen wird durch die erdfreie Kapazität des Abschirmdrahtes und des Widerstandes 46 im wesentlichen auf den Nullpegel geglättet, wobei das Tiefpaßfilter 52 das Entstehen von Rauschen verhindert. In der Schaltung der Fig.15a können die Widerstände 130, 132, der Kondensator 134 und die Diode 136 weggelassen werden, wenn der Widerstand 138 geerdet wird. Bei dieser Ausführungsform wird eine Ausgangsspannung Vpd mit einer in Fig.15c dargestellten Wellenform erzeugt.

Obwohl in dieser Ausführungsform alle Impulse Ppi, Pp2, Cp in ihrer Phase festgelegt sind und die Farbtrennphase geschoben wird, können erforderlichenfalls auch die ersteren (d.h. die Phasen der Impulse) geschoben, und letztere (die Farbtrennphase) festgelegt werden.

Ende der Beschreibung

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Claims (10)

DR. B£r>: DlFkINCr^PF DlPL.-ING. S(3riWABTfc-*--D*R.Ir)^-S-ANDMAIR 3 I ΙΟ/θ I PATENTANWALTS Postfach 860245 · 8000 München 86 Anwaltsakte: 32 242 Ricoh Company, Ltd. Tokyo / Japan Farbstrahldrucker Patentansprüche

1. Farbstrahldrucker, gekennzeichnet durch einen Farbausstoßkopf (20) zum Ausstoßen eines Farbstrahles; durch eine Ladeeinrichtung (22) zum elektrostatischen und selektiven Laden von von dem Farbstrahl abgetrennten Farbtröpfchen; durch eine Ablenkeinrichtung (24a, 24b) zum elektrostatischen Ablenken der geladenen Farbtröpfchen; durch einen Ladeimpuls generator, um Ladespannungsimpulse für ein Phasensuchen zu erzeugen und um die Spannungsimpulse intermittierend mit einer vorbestimmten Periode an die Ladeeinrichtung anzulegen; durch einen Auffänger (28) , um die geladenen Farbtröpfchen für das Phasesuchen aufzufangen, wobei der Auffänger (28) ein leitendes Teil -(38) und eine Widerstandsanordnung aufweist,

VII/XX/Ha - 2 -

«(089)988272 Telegramme: . Bankkonten: Hypo-Bank München 44IO122S5O

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988274 TELEX: Bayer. Vereinsbank München 453100 (JlLZ 70020270)

über welche das leitende Teil geerdet ist, und durch eine Ladungsfühleinrichtung (44) zum Feststellen einer Spannung, die an der Widerstandsanordnung in der vorbestimmten Periode anliegt, wenn die geladenen Farbtröpfchen auf das leitende Teil des Auffängers (28) auftreffen, der über die Widerstandsanordnung zu entladen ist.

2. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1, gekenn-

zeichnet durch eine Einrichtung (66) zum Erzeugen von Ansteuerimpulsen, um den Farbstrahl in Tröpfchen aufzutrennen, wobei die vorbestimmte Periode zumindest das Zweifache der Periode einer Ansteuerfrequenz der Ansteuerimpulse ist.

3. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasensuch-Ladespannungsimpulse die an die Ladeeinrichtung angelegt werden, sowohl positive als auch negative Polaritäten haben.

4. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verstärken der Spannung, welche an der Widerstandsanordnung (42) anliegt.

5. Farbstrahldrucker nach Anspruch 4, gekennzeichnet, durch ein Filter (52) zum Ausfiltern oder Sperren einer in der verstärkten Spannung enthaltenen Rauschkomponente.

6. Farbstrahldrucker nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Abschirmdraht (4 2), um die Verstärkungseinrichtung und das leitende Teil miteinander zu verbinden.

7. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Teil von der aufgefangenen und gesammelten Farbe isoliert ist.

8. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch g e kenn zeichnet, daß der Auffänger (28) ein Gehäuse aufweist, das aus einem isolierenden Material hergestellt ist und das leitende Teil trägt, wobei das Gehäuse eine Anzahl vertikal verlaufender Rillen (38a) in einem Teil seiner Innenwandung unter dem leitenden Teil aufweist, und daß ein leitender Körper (90) geerdet und so angeordnet ist, daß er mit der gesammelten Farbe in Berührung kommt, welche in und entlang der Rillen (38a) fließt.

9. Farbstrahldrucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffänger (28) einen Widerstandskörper (92) aufweist, welcher zwischen das leitende Teil (90) und Erde geschaltet ist.

10. Farbstrahldrucker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffänger (28) einen Farbsammeldurchlaß aufweist, wobei der Widerstandskörper zwischen dem leitenden Teil und Erde die in einem Farbehälter gefüllte Farbe ist, welcher von dem Farbsammeldurchlaß (4 0) abzweigt.

1£ Farbstrahldrucker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandseinrichtung einen Widerstandswert hat, welcher ausreichend kleiner ist als die Summe des Widerstandswertes der gesammelten Farbe und der des Widerstandskörpers, der zwischen dem leitenden Teil und Erde angeordnet ist.