DE3308353C2 - Farbausstoßkopf für einen Farbstrahldrucker - Google Patents

Abstract

Bei einem Farbausstoßkopf für einen Farbstrahldrucker sind eine Anzahl kreisförmiger Düsen und erster Elektroden, die mit den Düsen integriert sind, entlang der Breite (X-Richtung) und der Zuführrichtung (Y-Richtung) eines Blattes Papier angeordnet. Eine Anzahl Leitungsanschlüsse sind einzeln mit den Anordnungen der ersten Elektroden verbunden, welche jeweils in der Y-Richtung verlaufen. Zweite Elektroden sind auf der Rückseite der ersten Elektroden angeordnet und einzeln mit den ersten Elektrodenanordnungen verbunden, die jeweils in X-Richtung verlaufen. Eine dritte oder Gegenelektrode ist vor den ersten Elektroden und auf der Rückseite des Blattes angeordnet. Die zweiten Elektroden sind jeweils an einer Düsenplatte oder einem -träger gehaltert. Die ersten Elektroden werden mit Bilddaten entsprechenden Spannungsimpulsen, die zweiten Elektroden zum Drucken mit einer Spannung, deren Polarität den Spannungsimpulsen entgegengesetzt ist, und die zweiten Elektroden zum Nichtdrucken werden mit einer Nullspannung oder einer Spannung, deren Polarität der der Spannungsimpulse entspricht, sequentiell oder wiederholt auf einer Time-Sharing-Basis versorgt. An die dritte Elektrode wird eine konstante Spannung mit einer zu den Spannungsimpulsen entgegengesetzten Polarität angelegt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Farbausstoßkopf für einen Farbstrahldrucker nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Aus der DE-OS 30 24 778 ist bereits ein Farbausstoßkopf für einen Farbstrahldrucker bekannt, der wenigstens eine Düse aufweist, die eine erste Elektrodenanordnung enthält, welche am Durchlaßbereich der Düse vorgesehen ist, wobei diese Elektrodenanordnung aus einer äußeren Elektrode besteht, die im Bereich der Austrittsöffnung angeordnet ist und ferner eine zweite Elektrode umfaßt, die im Bereich der Farbeintrittsöffnung des Düsenabschnitts vorgesehen ist. Bei dieser bekannten Anordnung gelangt ferner auch eine dritte Elektrode zur Anwendung, die hinter einem zu bedruckenden Blatt Papier angeordnet ist. Die Elektroden werden mit elektrischen Spannungsimpulsen bzw. einem elektrischen Potential versorgt, um dadurch gesteuert einen Farbtröpfchenausstoß zu bewirken. Bei einer Ausführungsform dieser bekannten Anordnung weist eine einzelne Düse eine langgestreckte schlitzförmige Öffnung auf, wobei entlang dieser schlitzförmigen Öffnung mehrere Elektrodenanordnungen vorgesehen sind, so daß bestimmte Bereiche oder Abschnitte der schlitzförmigen Öffnung aktiviert werden können. Bei dieser Ausführungsform sind mehrere erste Elektroden vorgesehen, die jeweils mit einer eigenen Versorgungsleitung ausgestattet sind, um elektrische Impulse zuführen zu können. Diese bekannte Konstruktion erfordert daher eine Vielzahl von Versorgungsleitungen und ist somit aufwendig.
• Aus der DE-OS 30 05 892 ist ein Aufzeichnungssystem mit einem Aufzeichnungskopf mit Vielfach-Schreibstiften bekannt. Der Aufzeichnungskopf wird für eine lineare Hin- und Herbewegung quer zu einem Aufzeichnungsmedium von einem Wagen getragen, wobei das Aufzeichnungsmedium in eine Richtung senkrecht zu der Richtung der linearen Hin- und Herbewegung des Wagens bewegbar ist, um eine Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsmedium durchzuführen. Das Wesentliche dieses bekannten Aufzeichnungssystems besteht darin, daß der Wagen außer im Aufzeichnungskopf mit den Schreibstiften zumindest die Hauptelemente einer Ansteuerschaltung zum elektrischen Ansteuern der Schreibstifte trägt. Die Schreibstifte können in zueinander versetzten Zeilen angeordnet sein oder sie können in zwei Gruppen zusammengefaßt sein, die versetzt in Zeilen angeordnet sind.
• Schließlich ist aus der US-PS 35 60 641 ein Farbstrahldrucker mit mehreren einzelnen Düsen bekannt, wobei die einzelnen Düsen in mehreren Anordnungen oder Gruppen zusammengefaßt sind. Bei dieser bekannten Konstruktion sind jedoch die jeweiligen Farbausstoßköpfe nicht in einer Matrixanordnung angeordnet, wobei mehrere Matrixspeicher und eine Diodenmatrix zur Anwendung gelangen, um die Farbausstoßköpfe ansteuern zu können.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Farbausstoßkopf der angegebenen Gattung zu schaffen, die besonders wartungsfreundlich ist und eine erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
• Durch die rohrförmige Form der ersten Elektroden läßt sich gegenüber den bekannten Konstruktionen eine sehr viel wirksamere elektrische Aufladung der innerhalb der Düse befindlichen Farbsäule realisieren, so daß dadurch eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit des zugeordneten Farbstrahldruckers ermöglicht werden kann. Die Düsenplatte kann einfach als Austauschteil ausgeführt werden, so daß dieses Teil für einen schnellen problemlosen Austausch besonders geeignet ist und dadurch eine besonders wartungsfreundliche Konstruktion realisiert wird.
• Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 einen Teil einer schematischen Seitenansicht eines Farbstrahldruckers, bei welchem ein Farbausstoßkopf mit Merkmalen nach der Erfindung anwendbar ist;
• Fig. 2 eine vergrößerte Vorderansicht eines Düsenabschnittes in dem Farbausstoßkopf der Fig. 1;
• Fig. 3 einen Teil einer Schnittansicht entlag der Linie A-A&min; in Fig. 2;
• Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie B-B&min; der Fig. 3;
• Fig. 5 eine Teilansicht einer Düsenplatte der Fig. 3 und 4, wie sie von der Farbkammerseite aus gesehen wird;
• Fig. 6 einen Teil einer Schnittansicht entlang der Linie A-A&min; der Fig. 2, wobei jedoch eine weitere Ausführungsform des Düsenabschnittes mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt ist;
• Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie C-C&min; der Fig. 6, und
• Fig. 8 ein Zeitsteuerdiagramm, das Signale wiedergibt, die an verschiedenen Elektroden angekoppelt sind, welche in der Nähe jeder Düse angeordnet sind.
• In Fig. 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneter Farbausstoßkopf mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Der Kopf 10 weist eine Düsenplatte 20 auf, welche gegenüber einer Gegenelektrode 40 angeordnet ist, wobei dazwischen ein Blatt Papier 30 verläuft. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die Düsenplatte 20 eine Platte 22 auf, welche mit einer Anzahl Düsen N ₁₁ bis N _{5 n} in einer zweidimensionalen Matrixanordnung versehen ist, d. h. die Anzahl Düsen sind in den X- und Y-Richtungen angeordnet. Eine erste Elektrode d (siehe Fig. 4) ist fest an der inneren Umfangsfläche jeder Düse N angebracht. Leitungsanschlüsse T ₁ bis T _n sind vorgesehen, um die ersten Elektroden d jeweils miteinander zu verbinden, die sich entlang der Y- oder Blattzuführrichtung erstrecken. Der Anschluß T ₁ verbindet z. B. die ersten Elektroden d einer Anordnung von fünf Düsen N ₁₁ bis N ₅₁. Das gleiche gilt für die anderen Leitungsanschlüsse bis zu dem Anschluß T _n , welcher die ersten Elektroden d der Düsen N _{1 n} bis N _{5 n} verbindet. Die Leitungsanschlüsse T ₁ bis T ₄ werden mit Spannungsimpulsen versorgt, welche einem Bilddatensignal entsprechen.
• Die Düsenplatte 20 legt zusammen mit einem Düsenhalter 26, welcher dazu verwendet wird, die Platte 22 zu halten, eine Farbkammer 24 fest. Wie in Fig. 3 bis 5 dargestellt, sind die Düsen N in der Platte 22 an ihren Enden nahe bei der Farbkammer 24 einzeln von zweiten Elektroden D ₁ bis D ₅ umgeben. Die zweite Elektrode D ₁ weist einen geformten Streifen auf, welcher im allgemeinen mit den Düsen N ₁₁ bis N _{1 n} verbunden ist, welche entlang der Breite eines Blattes oder in derX-Richtung ausgerichtet sind. Das gleiche gilt für die anderen zweiten Elektroden bis den Elektroden D ₅, welche im allgemeinen mit der Anordnung der Düsen N ₅₁ bis N _{5 n} verbunden sind. In jeder der Düsenanordnungen N ₁₁- N ₅₁ bis N _{1 n} -N _{5 n} sind die Düsen entlang der Breite des Blattes oder in der X-Richtung schrittweise um einen Abstand von 0,1 mm versetzt in Fig. 3, 5, 6 nicht ausdrücklich gezeigt, so daß ein hohes Auflösungsvermögen von 10 Punkten/mm durch das Auswählen einer der ersten Elektroden d und einer der zweiten Elektroden D ₁ bis D ₅ erhalten werden kann, die den jeweiligen Düsen zugeordnet sind.
• Wie in Fig. 4 dargestellt, ist jede erste Elektrode d in der Düsenausführung so bemessen, daß sie über die vordere Fläche der Düsenplatte 22 vorsteht. Die Anschlußleitungen T ₁ bis T _n , die von den ersten Elektroden d ausgehen, sind in der Platte 22 jeweils geändert, wie in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt ist. Die zweiten Elektroden D verlaufen parallel zu einander in der X-Richtung, so daß jede von ihnen von einer Anordnung von Düsen N, welche in der X-Richtung ausgerichtet sind, gemeinsam benutzt werden kann; die Elektrode D ₁ wird von der Düsenanordnung N ₁₁ bis N _{1 n} , die Elektrode D ₂ wird von der Düsenanordnung N ₂₁ bis N _{2 n} , die Elektrode D ₃ wird von der Düsenanordnung N ₃₁ bis N _{3 n} , die Elektrode D ₄ wird von der Düsenanordnung N ₄₁ bis N _{4 n} und die Elektrode D ₅ wird von der Düsenanordnung N ₅₁ bis N _{5 n} gemeinsam benutzt.
• Die Gegenelektrode oder die dritte Elektrode 40 auf der Rückseite des Blattes 30 soll mit einer hohen negativen Gleichspannung von 2 bis 4 kV versorgt werden; die ersten Elektroden d sollen von einer (nicht dargestellten) Steuerschaltung aus mit positiven Spannungsimpulsen von 300 bis 800 V versorgt werden, welche Bilddaten darstellen, und die zweiten Elektroden D, welche an dem Ausdrucken beteiligt sind, sollen mit einer negativen Spannung von 300 bis 800 V versorgt werden, während der Rest mit einer auf Erdpotential liegenden Spannung oder einer positiven Spannung von 300 bis 800 V versorgt wird. Farbe oder Tinte wird dann aus der Düse ausgestoßen, an deren ersten und zweiten Anschlüssen die Spannungsimpulse angelegt sind.
• Bekanntlich kann, wenn das elektrische Feld, das von den ersten bis dritten Elektroden erzeugt worden ist, eine Kraft ≙ auf die Farbe oder Tinte an dem vordersten Ende einer Düse ausgeübt, der Mechanismus des Farbausstoßes durch folgende Gleichung dargestellt werden:
  ≙ = α · grad ( ≙) ² + q ≙
  wobei α der Koeffizient ist, welcher der Polarisierungskraft der Farbe zugeordnet ist, q eine Ladung ist, die an der Farbe durch das äußere elektrische Feld induziert worden ist, und ≙ die Stärke des elektrischen Feldes ist.
• Die Polarisierungskraft, die durch den ersten Ausdruck der vorstehend wiedergegebenen Gleichung dargestellt ist, ergibt sich aus dem Spannungsimpuls, der an die ersten und zweiten Elektroden angelegt worden ist. Die Coulomb&min; sche Kraft, die durch den zweiten Ausdruck dargestellt ist, wird durch die an die dritte Elektrode angelegte Gleichspannung entwickelt. Diese Kräfte werden zusammengefaßt, damit ein Farbmeniskus an dem Auslaß der Düse zunimmt bzw. größer wird, während die Konzentration des von der dritten Elektrode ausgehenden, elektrischen Feldes entsprechend dem Wachsen des Meniskus beschleunigt wird. Ein Farbstrahl bildet sich außerhalb der Düse in dem Augenblick von selbst, wenn die Kraft ≙ die Oberflächenspannung des Meniskus überwunden hat.
• Bei einem sogenannten auf Befehl arbeitenden Farbstrahldrucker der dargestellten und beschriebenen Art wird somit ein stetiger Farbausstoß erreicht, wenn die Farbe einen spezifischen Widerstand hat, welcher nicht kleiner als 10⁴Ω cm und nicht größer als 10¹⁰Ω cm ist. Wie durch das Zeitsteuerdiagramm der Fig. 8 dargestellt ist, werden Spannungsimpulse für einen Farbausstoß an die Düsenanordnungen angelegt. Obwohl, wie dargestellt, impulsförmige Signale mit positiven Spannungen von 300 bis 800 V, welche Bilddaten anzeigen, an die Leitungsanschlüsse T ₁ bis T _n angelegt werden, wird ein Spannungsimpuls mit einer negativen Spannung von 300 bis 800 V sequentiell und wiederholt auf einer Time-Sharing-Basis an die zweiten Elektroden D ₁ bis D ₅ angelegt. Eine derartige Matrixansteuerung der Düsen setzt die Anzahl der erforderlichen Steuerschaltungen und folglich die Herstellungskosten herab.
• Gemäß der Erfindung ist somit ein Farbausstoßkopf geschaffen, welcher infolge des integrierten Aufbaus einer kreisförmigen Düse und einer ersten Elektrode eine stetige, gleichbleibende Farbzerstäubung in Tröpfchen sicherstellt. Der Farbausstoßkopf ist leicht zu integrieren, da eine Anzahl Düsen eine zweite Elektrode gemeinsam benutzen, wodurch der Elektrodenaufbau vereinfacht wird. Darüber hinaus wird durch die Matrixansteuerung für einen Farbausstoß die Anzahl der erforderlichen Steuerschaltungen verringert, und dadurch kann der Farbausstoßkopf wirtschaftlich hergestellt werden.
• Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen möglich. Beispielsweise können, wie in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, die zweiten Elektroden D ₁ bis D ₅ statt an der Platte 22, wie es bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform der Fall ist, an dem Düsenhalter oder -träger 26 angebracht werden, welcher der ersten Elektrode d gegenüberliegt, wobei dazwischen die Farbkammer 24 angeordnet ist.

Claims (6)

1. Farbausstoßkopf für einen Farbstrahldrucker, welcher Daten auf ein Blatt Papier ausdruckt, indem Farbtröpfchen unter der Wirkung eines elektrischen Feldes ausgestoßen werden, mit Düsen, die im Bereich ihrer Austrittsöffnungen mit einer ersten Elektrode ausgestattet sind und die im Bereich der Farbeintrittsöffnungen mit einer zweiten Elektrode versehen sind, und mit einer dritten hinter dem zu bedruckenden Blatt Papier angeordneten Elektrode, wobei an die Elektroden elektrische Spannungsimpulse bzw. elektrische Potentiale angelegt werden, um gesteuert einen Farbtröpfchenausstoß zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (d) jeder Düse (N) rohrförmig ausgebildet ist und die innere Umfangsfläche des Austrittsabschnitts jeder Düse formt, daß in einer Düsenplatte (20) mehrere Düsen (N) in Spalten oder Zeilen angeordnet sind, wobei die Zeilen senkrecht zur Blattzufuhr-Richtung (Y) und die Spalten geneigt zu dieser Richtung verlaufen, daß die jeweils ersten Elektroden (d) der Düsen (N) jeder Zeile oder Spalte elektrisch miteinander verbunden sind und jeweils eine Spaltenleitung (T ₁ bis T _n ) oder Zuleitung (D ₁ bis D _n ) bilden, und daß eine Steuereinrichtung zur zeitlich aufeinander abgestimmten Ansteuerung der Spaltenleitungen (T ₁ bis T _n ) und der Zeilenleitungen (D ₁ bis D _n ) entsprechend den auf das Blatt Papier (40) auszudruckenden Daten vorgesehen ist.

2. Farbausstoßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten rohrförmigen Elektroden (d) über die vordere Fläche der Düsenplatte (22) vorsteht.

3. Farbausstoßkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ersten Elektroden (d) jeder Düse in einer Zeile elektrisch miteinander verbunden sind, und daß die jeweils zweiten Elektroden (D) jeder Düse in Spaltenrichtung elektrisch miteinander verbunden sind.

4. Farbausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (D ₁ bis D ₅), an einer Fläche der Düsenplatte (22) angebracht sind, welche der Farbkammer benachbart ist.

5. Farbausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden (D ₁ bis D ₅) an einem Tragteil (26) in Gegenüberlage zu den Düsen (N _{1 n} bis N _{5 n} ) angebracht sind, wobei dazwischen die Farbkammer festgelegt ist.

6. Farbausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die ersten Elektroden (d) über Leitungsanschlüsse (T ₁ bis T _n ) Bilddaten entsprechende Spannungsimpulse angelegt werden, daß an die zweiten beim Drucken verwendeten Elektroden (D ₁ bis D ₅) eine Spannung angelegt wird, deren Polarität der der Spannungsimpulse entgegengesetzt ist, daß an den Rest der zweiten Elektroden eine Nullspannung oder eine Spannung, deren Polarität der der Spannungsimpulse entspricht, nacheinander und wiederholt auf einer Time-Sharing-Basis angelegt wird, und daß an die dritte Elektrode (40) eine konstante Spannung angelegt wird, welche in ihrer Polarität den Spannungsimpulsen entgegengesetzt ist.