DE2346557A1

DE2346557A1 - Tintenstrahlsynchronisationseinrichtung

Info

Publication number: DE2346557A1
Application number: DE19732346557
Authority: DE
Inventors: Iii Hugh Edward Naylor
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-09-15
Publication date: 1974-04-11
Also published as: JPS4971813A; JPS555431B2; IT989310B; US3750191A; GB1413257A; CA972027A

Description

Böblingen, den 6. September 19 73

Anmelderinj International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: LE 972 006

Tintenstrahlsynchronisationseinrichtung

Die Erfindung geht von einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art aus.

Viele der bekannten Tintenstrahldrucker weisen eine Mehrzahl von Druckköpfen auf, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind und gleichzeitig oder nacheinander in Funktion treten. Bei diesen Tintenstrahldruckern spielt das Synchronisationsproblem eine wichtige Rolle. Dieses Problem ist darin zu sehen, daß die für den Druck erforderlichen Tintentropfen zu einem richtigen Zeitpunkt und synchronisiert mit den Ladepotentialen erzeugt werden müssen, um für den Druck richtig abgelenkt werden zu können.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, eine Synchronisationseinrichtung für einen Tintenstrahldrucker zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln und folglich funktionssicher die Tropfenbildung und Portbewegung synchronisiert, um eine sehr hohe Druckqualität trotz hoher Druckgeschwindigkeit zu erzielen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen .

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand eines in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispieles beschrieben.

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Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Synchronisationseinrichtung für einen Tintenstrahldrucker mit drei Druckköpfen,

Fig. 2 einen in der Schaltung nach Fig. 1 verwendbaren

Schaltkreis,

Fig. 3a das Prinzip einer Detektorschaltung,

Fig. 3b eine bevorzugte Ausführung einer Detektorschaltung, welche die Grundlage für die Schaltung der Fig. 2 bildet, und

Fig. 4 Impulsdiagramme verschiedener Impulse, die

während einer Tropfenzeit bei den Tintenstrahldruk ker nach Fig. 1 auftreten.

Der Tintenstrahldrucker nach Flg. 1 weist mehrere Düsendruckköpfe 1, 2 und 3 auf, von denen ein jeder Tintentropfen gegen einen nicht gezeigten Aufzeichnungsträger ausstößt. Die einzelnen Düsendruckköpfe besitzen Kristalle 6, 7, 8, Ladeelektroden IO, 11, 12, Ablenkelektroden 14, 15, 16 und Fühlertintenauffangblenden 18, 19 2O. Jeder Düse ist ein Ladeelektrodentreiber 22 bzw. 23 bzw. 24 zugeordnet. Diese Ladeelektrodentreiber werden sowohl durch den Synchronisations impuls generator 26 als auch durch den Zeichengenerator 28 angetrieben. Die beiden genannten Generatoren werden ihrerseits durch den Taktgeber 30 und die Steuerlogik 31 betrieben.

Die Tintentropfen werden in bekannter Weise durch die einzelnen Düsendruckköpfe in Form von Tropfenströmen 33, 34, 35 erzeugt. Während der Synchronisation wird eine Folge von Tropfen, die zahlenmäßig einen Bereich von nur einigen Tropfen bis zu einigen hundert Tropfen erfaßt, in zugeordnete Fühlertintenauffangblenden 18, 19

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2O geleitet. Die in die genannten Blenden eintretenden Tropfen entwickeln Signale, die über die Leitungen 37, 38, 39 dem elektronischen Schaltkreis 40 zugeführt werden. Mit dem letzteren ist die Detektorschaltung 41 verbunden, deren Ausgang über die Leitung 42 an die Steuerlogik 31 angeschlossen ist.

Die Synchronisation der einzelnen von den Düsendruckköpfen 1 bis 3 erzeugten Ströme von Tintentropfen erfolgt nacheinander. Das bedeutet, daß alle Synchronsiationvorgänge für einen Düsendruckkopf beendet sein müssen vor dem Beginn der Synchronisationsvorgänge für den nächsten Druckkopf. Jedoch ist es vorzuziehen, die Düsendruckköpfe in halbparalleler Weise zu synchronisieren.

Die halbparallele Synchronisierweise sieht vor, daß Steuersignale den einzelnen Düsendruckköpfen 1 bis 3 zugeführt werden, derart, daß Folgen von Tropfen von den einzelnen Düsendruckköpfen im Turnus mit während des TropfensynchronisationsVorganges von jedem Düsendruckkopf entwickelten Signalen ausgestoßen werden und die Korrektur von sämtlichen Düsendruckköpfen erfolgt.

Wie bekannt, ist die Synchronisation erreichbar durch Variierung der Phase der Kristalls in bezug auf das Ladepotential, das den einzelnen Ladeelektroden 10, 11, 12 zugeführt wird. Bei der halbparallelen Arbeitsweise werden alle Kristalle anfangs mit demselben Phasensignal erregt. Um die Synchronisation zu beginnen, wird ein Folge von Tropfen 33a, beispielsweise drei Tropfen, gebildet und ausgestoßen, im Düsendruckkopf Nummer 1 aufgeladen und in die Fühlertintenauffangsblende 18 geleitet. Dies ergibt ein auf der Leitung 37 dem elektronischen Schaltkreis 40 zugeführtes Signal. Kurz darauf, möglicherweise durch einige Tropfen beabstandet, wird die Folge von Tropfen 34a im Düsendruckkopf Nummer 2 gebildet, ausgestoßen, aufgeladen und in die Fühlertintenauffangblende 19 geleitet, wo ein Signal erzeugt wird. Dieses Signal wird über die Leitung 38 dem elektronischen Schaltkreis 40 zugeführt. Kurz darauf, d.h. nach einem kurzen Intervall einiger

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Tintentropfen wird eine weitere Folge von Tintentropfen 35a durch den Düsendruckkopf Nummer 3 gebildet, ausgestoßen, aufgeladen und in die Fühlertintenauffangblende 20 geleitet, um über die Leitung 39 dem elektronischen Schaltkreis 40 ein Signal zuzuleiten. Auf diese Weise bestehen zwischen der Prüfung der einzelnen Düsendruckköpfe kleine Intervalle, während denen von der Steuerlogik 31 bestimmt wird, ob für die Synchronisation des zugeordneten D'tisendruckkopfes eine Korrektur erforderlich ist und Signale erzeugt werden für die anderen Düsendruckköpfe, um wenigstens den Korrekturvorgang einzuleiten.

Das Laden der Tintentropfen wird gewöhnlich für Synchronisationszwecke ähnlich ausgeführt wie für den Druck von Zeichen.

Diese Verwandschaft geht aus dem in Fig. 4 dargestellten typischen Tropfenintervalls hervor. Eine Tropfenzeit ist mit 10 Mikrosekunden angenommen, wobei ein erster Teil von 2,5 Mikrosekunden Länge eine sogenannte verbotene Zeit darstellt, in der Tropfen nicht gebildet werden sollten. Die Synchronisation der Tropfenbildung zum Laden geschieht vorzugsweise in einem drei Mikrosekundenintervall, in dem weiteren Teil des 10 Mikrosekundentropfenintervalls. Die sogenannte verbotene Zeit entspricht der Zeit, in der die Ladeelektrodenspannung sich ändert, so daß während dieser Zeit keine Tropfen gebildet werden sollten. Wenn ein Tropfen während der Synchronisationszeit gebildet wird, geschieht die Bildung in korrekter Beziehung zur Ladeelektrodenspannung zu einem feststehenden Zeitpunkt.

Wenn Tintentropfen in den Fühlertintenauffangblenden 18, 19, ankommen und kein Ausgangssignal hervorrufen, sind diese Tropfen außerhalb der Synchronisationszeit gebildet, was unzweckmäßig ist. Darauf kann der Korrekturvorgang durch die Steuerlogik 31 hervorgerufen werden, um die Tropfenbildung zu verändern, entweder durch Verschiebung der Phase der Kristalltreiberfrequenz für die Kristalle 6, 7, 8 oder durch Änderung der Amplitude der den Kristallen 6, 7, 8 zugeführten Spannung oder durch Änderung

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der Phase der der Ladeelektrode zugeführten Spannungsimpulse im Hinblick auf den Kristall.

Natürlich ist ein vergleichbarer. Koriekturvorgang erforderlich für den Fall, daß von den Fühlertintenauffangblenden 18, 19, 20 relativ niedrige Signale erzeugt werden und über den elektronischen Schaltkreis 40 der Detektorschaltung 41 und der Steuerlogik 31 zugeführt werden. Wenn ein genügende Anzahl von richtig geladenen Tropfen in den Fühlertintenauffangblenden 18, 19, 20 ankommen, werden Signalpegel erzeugt von einer ausreichenden Größe, um die richtige Synchronisation der Tropfenbildung zur Aufladung der Ladeelektroden 10, 11, 12 anzuzeigen. Somit ist für diese Fälle kein Korrekturvorgang erforderlich.

Einige in der Schaltung nach Fig. 1 und besonders in dem elektronischen Schaltkreis 40 verwendbare Schaltungen sind in Fig. 2, 3a und 3b dargestellt.

Die Grundschaltung der Fig. 3a verwendet den Verstärker 45 mit einem Feldeffekttransistoreingang, der einen vernachlässigbaren Strom kleiner als 0,5 Nanoampere bei 55 C zieht. Der Widerstand 46 (Rl) ist ein Kohlewiderstand von 50 Milliohm + 5%. Die Widerstände 47 und 48 (R2 und R3) dienen zum Heraufsetzen des Scheinrückkopplungswiderstandes durch den Verstärker Al. Die über den Widerstand Rl zugeführte Spannung wird bestimmt durch das Verhältnis von R2 und R3 (minus Eingang des Verstärkers 45 an virtueller Erde). Wenn R2 300 Ohm und R3 2,7 Kiloohm beträgt, werden 10% der Verstärkerausgangsspannung zu Rl zurückgeführt. Der effektive Rückkopplungswiderstand Rp₁ ergibt sich somit durch die Gleichung (D :

(1) R__ - Rl (R2 + R3)

Wenn beispielsweise der Tintenauffangblendenstrom I_G = 4 Nanoampere beträgt und der Widerstand Rl 50 Milliohm und Vl virtuelle Erde darstellt, ist der Vorspannungsstrom im Verstärker 45 vernachläs-

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sigbar und der gesamte Tintenauffangblendenstrom fließ durch Rl. V2 = 50 Milliohm χ 4 Nanoampere = 0,2 Volt, wenn R2 «■ 300 Ohm und R3 =2,7 Kiloohm ist und V3 ergibt sich folgendermaßen:

(2) V3 = 0,2V (R2 + R3)

R2

=0,2 (300 + 2700) =2,0 Volt 300

Die Kondensatoren 50, 51 (Cl und C2) sind so gewählt, daß die Verstärkung des Verstärkers 45 sich bei einer geeigneten Frequenz zuspitzt.

Die Schaltung nach Fig. 3b wirkt nach dem gleichen Grundprinzip nach Fig. 3a mit der Ausnahme, daß ein weniger kostspieliger Verstärker 53 mit einem Nichtfeldeffekttransistoreingang Verwendung findet. Ein abgeglichenes Paar von Sperrschicht-Feldeffekttransistoren 55, 56 erzeugen einen hohen Eingangsimpedanzpuffer für den Verstärker 53. Das abgeglichene Paar von Transistoren ist notwendig wegen der großen Veränderung der Feldeffektcharakteristiken bei den gegenwärtigen Herstellungsprozessen.

Die Synchronisationsmethode ist ausgeweitet, um "N" Düsendruckköpfe zu synchronisieren durch Verwendung der Schaltung nach Fig. 3b und ^N" Analogschaltern wie in Fig. 2 dargestellt. Unter Verwendung des Prinzips der Schaltungen nach Fign. 3a und 3b bestimmt die elektronische Logik, ob die Tropfenbildung zur richtigen Zeit erfolgt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Größe oder die Phase des Signales, das den entsprechenden Kristallen 6, 7, 8 (Fig. 1) zugeführt wird, verändert, um die Tropfenbildung in einen gewünschten Zeltpunkt zu verschieben. Die Eingangs impulse auf den Leitungen 37, 38, 39 werden aus Fig. 1 für die Schaltung von Fig. 2 abgeleitet. Die Schaltung nach Fig. 2 enthält Paare abgeglichener Feldeffekttransistoren 60 bis 62, die mit QIl und Q21, Ql2 und Q22 und Ql3 und Q23 bezeichnet sind. Jedes Paar dieser Transistoren ist mit einem Wider stand 63 bis 65 und einem Schaltkreis 66 bis 68 verbunden. Die

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Ausgänge der Schaltkreise 66 bis 68 sind mit der Detektorverstärkerschaltung 41 verbunden. Die Widerstände 63 bis 65 entsprechen dem Widerstand 57 (Rl) der Fig. 3b. Die Paare abgeglichener Feldeffekttransistoren 60 bis 62 dienen als Hochimpedanzpuffer zwischen den Hochimpedanzabfühleingängen 37 bis 39 (Abfühltintenauffangblenden) und den niedrigen Impedanzeingängen des Verstärkers 70 auf der Leitung 72. Die Schalter 66 bis 68, die Analogschalter darstellen, dienen zur Isolierung der Feldeffekttransistorpaare 60 bis 62 voneinander. Die Schalter 66 bis 68 werden durch die Steuerlogik 31 über die Leitung 44 in zeitlicher Folge der Eingänge 44a, 44b und 44c betätigt. Vorzugsweise ist nur ein Schalter 66 bis 68 mit dem Verstärker 70 zu einer gegebenen Zeit gekoppelt und die anderen Schalter sind offen. Durch geeignete Folge des Schließens der Schalter 66 bis 68 werden die in den Abfühltintenauffangblenden 18 bis 20 erzeugten und auf den Leitungen 37 bis 39 ausgestrahlten Signale aufeinanderfolgend geprüft, um zu bestimmen, welcher Korrekturvorgang erforderlich ist für ein Synchronisieren des Tintenstromes des entsprechenden Düsendruckkopfes.

Obwohl nicht dargestellt, ist es möglich, mehrere Düsen durch einen Kristall zu steuern. Wenn eine Düse einer Düsengruppe mit einem einzigen Kristall versehen ist, ist derselbe für die Synchronisation verwendbar. Dann könnte auch eine ausreichende Anzahl von Kristallen verwendet werden, um die erforderliche Anzahl von Düsen vorzusehen. Durch Kombination einer Technik, die viele Düsen mit einem Kristall verwendet mit einer Reihensynchronisation, wie weiter oben beschrieben, ist eine beträchtliche Kostenminderung einer Synchronisationseinrichtung für einen vieldüsigen Tintenstrahldrucker möglich.

Obwohl die bisher beschriebenen Techniken den Strom mittels einer Gleichstrommessung abfühlen, 1st das gleiche Ergebnis erzielbar durch Verwendung eines nicht berührenden Fühlers. Dies würde eine Wechselstrommessung ergeben. Der Detektor fühlt die Folge von geladenen Tintentropfen, die einen kleinen elektrisch isolierten

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Fühler in der Nähe der Tintenauffangblende passieren, ab. Diese Methode hat den Vorteil, daß für die Abftihlung kein Kontakt mit der Tinte erforderlich ist, wodurch keine Verschmutzungsgefahr besteht.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Einrichtung zur Synchronisation der Tropfenbildung mit der Aufladung der Tintentropfen bei einem Tintenstrahldrucker mit mehreren Düsendruckköpfen, von denen ein jeder eine Düse, die durch einen aus einem piezoelektrischen Wandler bestehenden Schwingungserzeuger für die Erzeugung eines Stromes von Tintentropfen in mechanische Schwingungen versetzbar ist, eine Ladeelektrode für die entsprechend der zu druckenden Information durch Ladesignale erfolgende elektrische Aufladung der einzelnen Tintentropfen, eine Ablenkelektrode, durch deren erzeugtes elektrisches Feld die geladenen Tintentropfen entsprechend ihrer Ladung auf den Aufzeichnungsträger abgelenkt werden, und eine Tintenauffangblende zur Aufnahme der für den Druckvorgang nicht benötigten Tintentropfen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenauffangblenden (18, 19, 20) Signale entsprechend der Ladung der empfangenen Tintentropfen erzeugen, die einer Detektorschaltung (41) zugeführt werden, die Korrektursignale zur genannten Synchronisation erzeugt, und daß zwischen diese Detektorschaltung (41) und sämtliche Tintenauffangblenden (18, 19, 20) ein elektronischer Schaltkreis (40) zwischengeschaltet ist, der während der aufeinanderfolgenden Synchronisationsintervalle aufeinanderfolgend jeweils nur eine Tintenauffangblende (18 oder 19 oder 20) an die Detektorschaltung (41) anschließt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerlogik (31) vorgesehen ist zur aufeinanderfolgenden Anschaltung der den einzelnen Ladeelektroden 10, 11, 12) zugeordneten Ladeelektrodentreiber (22, 23, 24), um von jeder Düse (6, 7, 8) eine Gruppe von Tropfen zu erzeugen, wobei zwischen jeder Tropfengruppe ein Zeitintervall liegt, in welchem keine Aufladung erfolgt, daß Schaltelemente zur synchronen Aktivierung des genannten elektronischen Schaltkreises (40) vorgesehen sind für einen Empfang der von den

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Tinfcenauffangblenden (18, 19, 20) erzeugten Signale während der Zeitintervalle, in denen die aufgeladenen Tropfen empfangen werden und daß Schaltelemente (26) an die Detektorschaltung (41) angeschlossen sind zur Korrektur des den Düsen (6, 7, 8) zugeordneten Kristallltreibers oder der den Ladeelektroden (10, 11, 12) zugeordneten Ladeelektrodentreiber (22, 23, 24).
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Paare von Feldeffekttransistoren (QIl, Q21; Q12, Q22; Q13, Q23) vorgesehen sind, jedem Paar ein Schalter (66, 67, 68) nachgeschaltet ist und sämtliche Schalter durch die Steuerlogik (31) nacheinander an einen gemeinsamen Verstärker (41) anschließbar sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (31) so ausgebildet ist, daß der Kristalltreiber und die Ladeelektrodentreiber (22, 23, 24) so aktiviert werden, daß ein Synchronisationsvorgang einer Düse (6 bzw. 7 bzw. 8) beendet ist, bevor der Synchronisationsvorgang der nächsten Düse beginnt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die einzelnen Tropfen in begrenzten Zeitintervallen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (31) so ausgebildet ist, daß innerhalb dieses Zeitintervalles in einem ersten Teil die Ladeelektrodentreiber (22, 23, 24) und in einem folgenden Teil der Kristalltreiber zur Erzielung der Synchronisation aktivierbar sind.

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