DE2434786C2

DE2434786C2 - Einrichtung zum Feststellen der Ablenkung von aus einer Düse eines Tintenstrahldruckers ausgestoßenen Tintentropfen

Info

Publication number: DE2434786C2
Application number: DE2434786A
Authority: DE
Inventors: Hugh Edward Naylor; Robert Albin Lexington Ky. Williams
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1973-08-17
Filing date: 1974-07-19
Publication date: 1983-12-29
Also published as: US3886564A; CA1000347A; GB1434470A; IT1012998B; JPS5247284B2; FR2240821B1; JPS5046450A; DE2434786A1; FR2240821A1

Description

Die Erfindung geht von einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art einer Einrichtung zum Feststellen der Tropfenablenkung aus.

Es ist für eine Tintcnstrahldruckeinrichtung (DE-OS 61237), welche Zeichen durch Ablenkung des Tintenstrahles in der Ebene einer Koordinate und durch eine Relativbewegung der Tintenstrahldüse und des zu bedruckenden Aufzeichnungsträgers in der anderen Koordinate druckt, vorgeschlagen worden, bei einer genauen Einhaltung der richtigen Zeichen und Tropfenpositionen, was gleichbedeutend ist mit einer hohen Druckqualität, die Möglichkeit des visuellen Betrachtens der einzelnen Zeichen sofort nach ihren Druck zu verbessern, ohne jedoch hierdurch die zuvor gedruckten Zeichen abzudecken.

Es ist auch für einen Regelkreis (DE-OS 23 46 558) für ίο die Konstanthaltung der Geschwindigkeit der Tintentropfen eines Tintenstrahldruckers mit einer, mit einer Pumpe verbundenen Düse, die für die Erzeugung eines Stromes von gleichbeabstandeten Tintentropfen in mechanische Schwingungen versetzbar ist, mit einer Ladeelektrode für die elektrische Aufladung der einzelnen Tintentropfen und mit Ablenkelektroden zur Ablenkung der einzelnen Tintentropfen, wobei die für den Druck der Information nicht benötigten Tintentropfen von einer Tintenauffangblende aufgefangen werden, vorgeschlagen worden, verschiedene Parameter bei einem Tintenstrahldrucker abzufühien und Korrektursignale zur Regelung des Druckers bzw. der Hubfrequenz der die Tinte fördernden Pumpe zu entwickeln, für ein Aufrechterhalten der Geschwindigkeit der Tintentropfen innerhalb eines vorherbestimmten Bereiches.

Bei Tintenstrahldruckern mit einer extrem hohen Tropfenfrequenz in der Größenordnung von 100 kHz oder höher, wie beispielsweise bei der Einrichtung nach der an erster Stelic genannten Druckschrift ist es sehr wichtig, daß die einzelnen Tintentropfen überprüft werden, um zu bestimmen, ob ihre Geschwindigkeit, ihre Anordnung auf dem Papier usw. korrekt ist. So ist bereits ein induktives Abfühlelement vorgeschlagen worden (DE-OS 23 48 724). welches die ordnungsgemäße Aufladung der Tintentropfen überprüft, ohne daß die Tintentröpfchen an einer Elektrode oder ähnlichem niedergeschlagen werden müssen. In der bereits genannten DE-OS 23 46 558 sind derartige Abfühlelemenie verwendbar.

Es ist auch eine Einrichtung zur Messung der Höhe der abgelenkten Tropfen (IBM Technical Disclosure Bulletin. Vol. 15. Nr. 9. Febr. 73, Seiten 2785 und 2786) bekannt, die eine Anzahl von kleinen Abfühlern innerhalb einer Ebene aufweist, die senkrecht zur Flugbahn der Tropfen gerichtet ist. Da diese Abfühler räumlich klein sind, wird nur ein kleines Signal von irgendeinem Abfühler erzeugt. Für jeden Abfühler ist ein Verstärker erforderlich. Die Logik wird dadurch sehr kompliziert um zu bestimmen, welcher Abfühler dem Testtropfen am nächsten ist.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, das Abfühlen der Tropfenablenkung /u verbessern durch Versteilern der Kennlinie der Auswerteinrichtung.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben, Es zeigt

Fig. la und Ib eine planare Abfühleinheit.

Fig. 2a und 2b eine planare Abfühleinheit mit Elementen, die einen Winkel miteinander einschlieiien.

Fig. 3 ein Schema eines typischen Tintenstrahldruk· kers. in welchem die Abfühleinheit verwendbar ist.

Fig.4a und 4b andere Ausführungsbeispiele von Abfühleinheiten,

F i g. 5a und 5b eine abgeschirmte Abfühleinheit.

Fig.6a und 6b eine planare Abfühleinheit mit angeschlossenen Schaltkreisen,

Fig. 7 Wellendiagramme von Ausgangssignalen eines in der genannten Schaltung verwendbaren Differentialverstärkers,

F i g. 8 und 9 andere zugespitzte Abfühleinheiten,

Fig. 10 und 10b Ausgangssignale der zugespitzten Abfühleinheiten nach F i g. 8 und 9,

F i g. 11 ein Schema eines Tintenstrahldruckers, der einen Synchrouisationsabfühler und einen Ablenkabfühler für ein Geschwindigkeitssteuersystem enthält

Der Abfühler 5 (F i g. 2a, 2b) besitzt zwei relativ große flache Platten 5a und 56 mit den Abmessungen 6 λ χ 6 λ (A ist die Tropfenteilung), die in der gleichen Ebene um die Entfernung D voneinander entfernt sind. Die geladenen Tintentropfen sind auf die Höhe des Spaltes 6 zwischen den Platten zentriert und induzieren bei richtiger Flugbahn gleichgroße Ladungen, da die Spannungen auf beiden Platten die Verstärker 7 veranlassen, eine Null anzuzeigen, d. h. ein Ausgangssignal von Null Volt zu erzeugen. Die Tropfen, die zu hoch liegen, induzieren ein größeres Signa! auf der Platte 5a und verursachen ein positives Ausgangnsignal des Verstärkers 7. Die Tropfen, die zu niedrig sind, verursachen ein negatives Ausgangssignal des Verstärkers 7. Durch Abfühlen der Polarität der Ausgangssignale und des Wechsels ihrer Polarität, kann eine digitale Ablenkkontrollschleife anfangs große Veränderungen der Ablenkung hervorrufen und allmählich kleinere Veränderungen erzeugen, bis der Verstärker einen Null-Ausgang anzeigt. Die Signale können auch differential abgefühlt werden und starke Störsignale werden von dem Verstärker abgewiesen.

lsi ein schnellerer Wechsel der Neigung des Verstärkerausganges gewünscht, um bessere Ergebnisse zu erzielen, ist dies durch den Abfühler 10 erreichbar, der zueinander unter einem Winkel angeordnete Platten 10;; und 106 (Fig. 2a und 2b) verwendet, oder durch Steuerung der Überiragungscharakteristiken der Abfühlverstärker.

Mit Platten, die miteinander einen Winkel einschließen, induziert ein über oder unter den Spalt gelangender Tropfen ein großes Signal nur auf einer Platte und ein relativ kleines Signal (verglichen mit den Planarplatten) auf der anderen Platte. Dadurch wird das Ergebnis verbessert, da eine Veränderung der Tropfenposition (nach oben oder unten), die vom Spalt weggerichtet ist, eine größere Veränderung des Verstärkerausgangssignales erzeugt.

Fig.3 zeigt einen Ablenkabfühler in Beziehung zu anderen Systemkomponenten. Bei einer Entfernung der Ladeelektrode 12 von 19 mm vom Abfühler 13 und einer nominalen Tropfengeschwindigkeit von I9m/sec ist eine Übergangszeit von 1 Millisekunde erforderlich, bis ein aufgeladener Tropfen den Ablenkabfühler passiert.

Es wird angenommen, daß während der Abienkservozcit eine Folge von Testladungen zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten erzeugt wird. Die Logik 15 kann jede Testgruppe zählen, die den Abfühler 13 erreicht und kann den Operationspunkt auswählen, der dem Verstärkerausgang Null am nächsten kommt. Eine zusätzliche Serie von Tests kann verwendet werden, um den Null-Ausgang »fein einzustellen«. Bei Verwendung dieses Weges ist die eine Millisekunde Übergangszeit nicht das Haupthindernis eines optimalen Systems.

Bei für ein Abifühlen der höchsten und niedrigsten ?u erwartenden Tropfen ausreichenden Größe der Abfühlnlatten 13a und 136 w,rd die Polarität des Verstärkers 16 immer anzeigen, ob die Tropfen zu hoch oder zu niedrig liegen.

Wenn die Abfühlplatten im Vergleich zur Entfernung von den Tropfen groß sind, kann die Ladebildtheorie für die Abbildung von auf den Platten induzierten Ladungen verwendet werden.

Die F i g. 4a und 4b zeigen andere Abfühtausführungen 20, die U-förmige Glieder 20a und 206 aufweisen, die annähernd die gleiche Funktion wie die Platten in

in den F i g. 2A und 2B ausführen. Diese Ausführungsform erzeugt ein etwas kleineres Ausgangssignal als die Abfühler der Fig. la und Ib, weil die Abfühlplatte schmaler ist. Jedoch die Anordnung des Schlitzes 21 in der Ebene der Tropfenbewegungsbahn ist weniger kritisch.

In den Fig.5a und 5b ist ein Abfühleraufbau 23 dargestellt, der elektrostatische Abschirmungen 24a bis 24/aufweist, um eine Kopplung von Störsignalen der Abfühlplatten zu verhindern. Die Abschirmungen 24a bis 24/sind leitend und die Elemente 30 dielektrisch.

Mit den bis jetzt beschriebenen Ablenkabfühlern ist es möglich, während des Drückens uen Durchgang von geladenen Tropfen, ausgewählter Zeicnen mit langen, vertikalen Linien (1, 4, h, d. H. Γ usw.) abzufohlen und somit zu bestimmen, wenn geladene Tropfen richtig abgelenkt sind. Somit übt diese Vorrichtung auch eine Fehlerentdeckungsfunktion aus.

Der Planarplattenabfühler 35 ist an eine Schaltung (Fig.6b) angeschlossen, die das Feststellen von Veränderungen der Höhe des Tintenstromes 38a, 366 in der Größenordnung von 0,05 bis 0,1 mm ermöglicht, wenn der Abfühler 0,5 bis 0,6 mm vom Tintenstrom entfernt ist. Eine zusätzliche Verstärkung in der Schaltung verbessert weiter das Ergebnis.

In F i g. 7 sind typische Wellenformen des Ausgangssignales des Differentialverstärkers 36 (Fig.6b) als Funktion der Höhe der aufgeladenen Tropfen innerhalb eines Tintenstromes dargestellt.

Die Abfühlplatten 40a. 406 des Abfühlers 40 (F i g. 8) sind zugespitzt, wodurch die Abfühlebene unter dem Tintenstrom in der Nachbarschaft des Spaltes als Ft·Aktion der Höhe des Tintenstromes variiert. Da die Abfühlplatten 40a. 406 notwendigerweise nicht übereinander liegen, sind die Ausgangssignale zeitlich versetzt.

Dies kann leicht überwunden werden durch integrieren des Gesamtausganges. Diese Technik mit Integration und hoher elektronischer Ausbeute kann das Ergebnis verbessern.

Wenn die Folge von geladenen Tropfen kurz ist im

so Vergleich zur Breite der zugespitzten Platten 40a, 406 tragen die Platten selbst zur Verbesserung der Ausbeute des Abfühlsystemes bei. Wenn die Gruppe von Tropfen eine kleinere Länge als die Dimension W oder 0,5 W aufweist (Fig. 9) und den Abfühler 45 entlang des vVeges A passiert, wird ein gleiches Signal auf jeder Platte induziert. Die Signale sind zeitlich gesehen leicht verschoben (F ig. 10a).

Wenn die Ablenkung vermindert ist, folgt eine identische Gruppe von aufgeladenen Tropfen etwa dem Weg B. Das auf c'.t oberen Platte 45a induzierte Signal wird eine kleinere Amplitude aufweisen, als das auf der unteren Platte 456 induzierte Signal. Wenn jedoch der Weg über die untere Platte 456 nun länger ist, wird die Impulsbreite des Signals von der Platte 456 langer, wie in Fig. 10b gezeigt ist. Diese Veränderung der Signalimpulsbreite ermöglicht den Nullabgleich und ergibt eine Verbesserung des Ergebnisses. Die Amplituden von zwei Signalen, die zeitlich gesehen versetzt sind

und von unterschiedlicher Dauer sind, müssen nun integriert werden, um die Null effektiv abzufühlen.

Nicht invertierende Leistungsverstärker 37 und 38 (Fig. 6b) können in den Ablenkabfühler als Teil desselben eingebaut werden. Bei einem derartigen Ablenkabfühler sind die Verbindungen zu den Platten 35.·) und 35b sehr kurz, so dal! eine 10 : !-Verbesserung des Abfühlergebnisses erhaltbar ist ohne Verwendung der sogenannten Schutzspannungstechnik.

Wenn die Grundplatte 606des Abfühlers 60(Fi g. 11) zugespitzt ist und sich nach oben erstreckt in die Region des unabgelenkten Tintenstromes. und wenn ein Synchronisationsabfühler6! zwischen der Ladeelektrode 63 und den Ablenkplatten 65 angeordnet ist, werden die beiden Elemente, die für eine Geschwindigkeitskontrolle erforderlich sind, erhalten. Bei Verwendung dieses Schemas, ist nur ein logischer Teil einer Geschwindigkeitsservoschleife erforderlich.

Die beschriebenen Ablühler können für das Ausrichten geladener und ungeladener Tintenströme verwendet werden. Diese Abfühler sind auch verwendbar für das Ausrichten einer Vielzahl von Düsen gegeneinander.

Die beschriebenen Abfühler und Schaltungen sind in anderer Weise verwendbar, um geladene, jedoch nicht abgelenkte Tintensiröme (beispielsweise ein synchronisiertes Druekdiisensystem mit einer hohen Spannung) zu steuern.

Diese Abfühler können auch mehrfach verwendet werden für das Einstellen von Tintenströmen von Tintenstrahldruckern mit einer Mehrzahl von Druckdüsen. Die Präzision und die Wiederholbarkeit der Einstellung ist sehr vorteilhaft im Vergleich zu optischen und anderen Methoden.

Ein Maschincncinstellcn des eigenen TintcnMiomcs ist durchführbar, wenn eine geeignete elektromechanischc Methode für das automatische Ausrichten der Düse vorhanden ist.

Ein typisches Auflösungsvermögen eines Abfühlers ist ±0,025 mm bei einem 0.18 mm brc^;:en Spaltabfühler, der 0,5 mm von dem Tintenstromabfühlvorbeigang entfernt ist, und zwar von zehn Tropfen, wobei jeder aufgeladen ist mit 6x10-"C, was jedoch weiter verbesserbar ist. Wenn der Abfühler 18.6 mm von der Düse entfernt ist, kann die Düse ausgerichtet werden mit einem Winkelfehler von:

Θ = Tangens

± 0,025
18,6

±0,075°.

Diese Methode ist auch für einen Drucker verwendbar mit einer Mehrzahl von Düsen, bei dem präzise, eine Reihe von beispielsweise 66 Düsen ausrichtbar ist. so daß alle Düsen auf der gleichen horizontalen Linie Zeichen drucken können bei gleicher Höhe der Zeichen und gleichem horizontalen Abstand zwischen den Zeichen.

Der Ablenkfühler ist auch als Synchronisationsabfühler verwendbar. Bei dieser Arbeitsweise sind sehr kleine Ladungen auf dem Tintentropfen vorhanden, groß genug, um durch den Abfühler entdeckt zu werden, aber nicht groß genug, um zu verursachen. Testtropfen in die Auffangblende abzulenken. Die untere Abfühlplatie erstreck? sich unter dem unabgelenkten Tintenstrom und sammelt die Signale der Synchronisationstesttropfen. Diese Methode vermeidet die Notwendigkeit eines separaten Synchronisationsabfühiers 61 der in Fig. Il gezeigt ist. Jedoch wird die Meßzeit infolge der größeren Tropfenübergangszeit von der Ladeelektrode zum Ablenkabfühler vergrößert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Feststellen der Ablenkung von aus einer Düse eines Tintenstrahldruckers ausgestoßenen Tintentropfen,' die durch¹ Ladeelektroden elektrisch geladen und durch Ablenkelektroden in eine gewünschte Flügbahn gelenkt werden, in deren Nähe Abfühlelektroden für die Lagebestimmung der Tröpfchen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mindestens einen Spalt bildende Abfühielektroden (5a, b bzw. 10a, b bzw. 20a, b bzw. 23 bzw. 35a, b bzw. 40a, b bzw. 45a. b) mit ihren Flächen entlang der Flugbahn von Testtropfen verlaufend angeordnet sind, wobei der Spalt innerhalb einer zur Testflugbahn parallelliegenden Ebene sich erstreckt und daß die beiden Abfühlelektroden an einen Differentialverstärker angeschlossen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die als piane Platten (lOä, b) ausgebildeten Abfühlelektroden miteinander einen Winkel (Φ) einschließen und daß der in der Scheitellinie verlaufende Spalt parallel zur Testflugbahn und in geringem Abstand zu derselben sich erstreckt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abfühlelektroden (20a. b) U-förmig ausgebildet sind, daß die Parallelschenkel einer jeden U-Form voneinander beabstandet sind und so zwe' Spalten (21) bilden, die parallel zur Testflugbahn, die im Inneren der U-Form verläuft, sich erstrecken.

4. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden ü-förniigcn Teile der Abfühlelektroden in Richtung der Testflugbnhn gesehen, aus einer abwechselnden Aufcinandcrschichtung von leitenden (24a bis 24Q und isolierenden Schichten (30) besteht, wobei die erstgenannten Schichten (24a bis 24/^als Abschirmung dienen.

5. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abfühlelektroden (40,7. tyan den beiden, einander zugewandten Seiten symmetrisch zugespitzt sind und der Spalt sich zwischen zwei Schrägflächen der beiden Abfühlelektroden (40a. /^erstreckt und neben der Testflugbahn liegt.

6. Einrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abfühlelektroden (45a. b)an ihren einander zugewandten Schmalseiten abgeschrägt sind, wobei die beiden Schrägflächen parallel zueinander verlaufen und so den Spalt bilden, der neben der Testflugbahn in geringem Abstand von derselben sich erstreckt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abfühlelektroden in Richtung der Testflugbahn gesehen eine Breite (w) aufweisen, die größer ist als eine Testtropfengruppe.