DE2520702A1

DE2520702A1 - Verfahren zum drucken mittels farbfluessigkeitsstrahl

Info

Publication number: DE2520702A1
Application number: DE19752520702
Authority: DE
Inventors: Winston Hsong Chen; Ho Chong Lee
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1975-05-09
Publication date: 1976-01-15
Also published as: GB1470632A; FI58597B; NL7506649A; DD119894A5; NO140710C; DK291075A; JPS5117446A; CA1033403A; IT1038106B; FR2276652A1; US3947851A; BR7502980A; DK145092B; SE7506430L; DK145092C; FR2276652B1; NO140710B; BE829747A; FI58597C; NO752286L

Description

Böblingen, den 29. April 1975 ki-sr

Anmelder: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10 504

Amtliches'Aktenzeichen: Neuanmeldung" Aktenz. der Anmelderin: Docket EN 974 004

Verfahren zum Drucken mittels FarbflüssigkeitsstrahT

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Art eines Verfahrens zum Drucken mittels Farbflüssigkeitsstrahl.

Eine zu überwindende Schwierigkeit beim Betrieb von Tintenstrahldruckern besteht in der richtigen Aufladung der erzeugten Tropfen. Durch Änderung der Betriebsbedingungen, wie beispielsweise der Viskosität der Flüssigkeit mit der Temperatur, kann ein Auswandern oder ein langsames Verschieben der Phasenbeziehung zwischen der Erzeugung der Tropfen und der Frequenz der elektrischen Signale für die Aufladung der Tropfen erfolgen. Dadurch können die Tropfen entweder eine ungenügende oder eine zu reichliche statische Ladung erhalten, weshalb sie im Ablenk-

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feld dann eine falsche Flugbahn annehmen. Fehlgelei- 9ζ?Π7Π7 tete Farbtropfen sind jedoch auf der Aufzeichnungsfläche zu erkennen und ergeben ein schmutzig erscheinendes oder verwaschenes Druckbild.

Eine bekannte Methode zur Korrektur des Verlustes an Synchronisation besteht in der Messung der Abweichungen der Tropfen von der genauen Flugbahn und in entsprechender Korrektur der elektrischen Signale. Für diese Messung müssen eine Reihe von Fühlern längs der Flugbahn angeordnet werden, oder die Ablaufeinrichtung für nicht zum Druck gebrauchte Tropfen enthält beispielsweise mehrere räumlich getrennte Abflussöffnungen, um das Mass an Abweichung von einer Art Normflugbahn feststellen zu können. Korrekturen der Tropfenerzeugung erfolgen dann beispielsweise durch Aenderung des Flüssigkeitsdruckes oder der Temperatur. Auch können die Zeitpunkte für die Aufladung der Tropfen in elektrischen Schaltkreisen durch Verändern der Signalverzögerung durch Regelschaltungen entsprechend gesteuert werden. Diese analog oder digital arbeitenden Regelschaltungen sind selbstverständlich aufwendig und führen zu entsprechend kompliziertem Aufbau des Gerätes, das dadurch erheblich verteuert wird.

Eine v/eitere Schwierigkeit bei Tintenstrahldruckern ist die Steuerung der Dichte des Druckbildes, d.h. der Grosse

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der einzelnen abgelagerten Parbmarkierungspunkte. Einige Verfahren verwenden Tropfen mit variabler Dispersion, welche durch eine öffnung in einem Schirm hindurch auf die Aufzeichnungsfläche aufgebracht werden. Bei diesem Aufsprühverfahren bestimmt die Größe der öffnung in dem Schirm den Durchmesser des Farbflecks im Druckbild.

Ein anderes Verfahren arbeitet mit Verschieben des Tintenstrahles in kleinen Schritten relativ zur Aufzeichnungsfläche, wodurch selektiv Farbpunkte in matrixartiger Anordnung erzeugt werden. Durch Steuern des TintenStrahles kann eine unterschiedliche Anzahl solcher Matrixpunkte beaufschlagt werden, um den erwünschten Dichteeffekt zu schaffen.

Ein anderes Verfahren besteht darin, die Vereinigung gebildeter Tropfen während des Fluges durch Erzeugen von gegenseitig anziehenden Ladungen in benachbarten Tropfen zu bewirken. Dieses Verfahren erfordert jedoch komplizierte Schaltkreise, um die Auflade-Signale zu liefern und so die richtigen Tropfengrößen schließlich zu erhalten. Dieses Verfahren der Steuerung der Druckdichte erfordert großen Geräteaufwand und komplizierte Einrichtungen für die Datenverarbeitung und Datenspeicherung.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, ein Verfahren zum Drucken mittels Farbflüssigkeitsstrahl anzugeben, welches unkompliziert ist und bei welchem keine Synchroni-

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sationsproblerne zwischen Tropfenerzeugung und Aufladesignalsteuerung mehr auftreten.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen .

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbexspielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema eines Tintenstrahldruckers,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung zur Illustration der Art der durch die Einrichtung nach Fig. 1 erzeugten Farbmarkierungspunkte,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens der Aufladung von Tropfen, welche Farbmarkierungspunkte bilden, die aus einer Mehrzahl solcher Tropfen gebildet werden,

Fig. 4 das Aufladesignal im Falle einer binären Steuerung der Aufladung von Tropfen und

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Fig. 5 ein Aufladeverfahren für Tropfen, die auf der Aufzeichnungsfläche Parbmarkierungspunkte von unterschiedlicher Größe bilden.

In Fig. 1 fließt ein Strom von Tropfen 10 einer aufladbaren Farbflüssigkeit wie Tinte von einer Düse 11 eines Druckkopfes 12, welcher durch eine geeignete Quelle 13 mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgt wird. Der Strom tritt ursprünglich als Flüssigkeitsfaden aus und zerfällt später in Tropfen infolge der Oberflächenspannung und des ungleichmäßigen Durchmessers des Strahles. Um sicherzustellen, daß sich die Tropfen jedoch mit einheitlicher Größe und mit gleichen Abständen ausbilden, wird der Druckkopf 12 und die ausströmende Flüssigkeit der Wirkung einer Einrichtung 14 ausgesetzt, wie beispielsweise einer von einem Schaltkreis 15 gespeisten piezoelektrischen VLbratoreinrichtung, damit die Tropfen mit einer erwünschten konstanten Frequenz erzeugt werden.

Nahe dem Übergangspunkt von einem Stromfaden in Tropfen

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ist eine Ladeelektrode 16 angeordnet:, welche uit einem Drucksteuersignalgenerator 17 verbunden ist. Dieser Generator steuert die an die Elektrode 16 angelegten Ladespannungen in ihrer Grosse und Dauer und somit die Ladungen, welche in die erzeugten Tropfen 10 induziert werden. Danach durchlaufen die aufgeladenen Tropfen das zwischen den Ablenkplatten 18,19 herrschende elektrostatische Feld. Die Ablenkplatten sind in nicht dargestellter Weise an eine geeignete Gleichspannungsquelle angeschlossen. Beim Durchlaufen des Feldes wird jeder Tropfen 10 entsprechend seiner Ladung abgelenkt und folgt dann seiner Flugbahn, bis er auf die Aufzeichnungsfläche 20 trifft. Nicht für den Druckvorgang gebrauchte Tropfen bleiben ungeladen oder werden nur leicht geladen, so dass sie durch das elektrostatische Feld praktisch nicht abgelenkt werden und in einem Abfluss 21 aufgefangen werden, von dem sie anschliessend zur Quelle 13 zurückkehren.

Das saubere Setzen der Tropfen bzw. Markierungspunkte hat bisher eine enge Synchronisation zwischen den angelegten Ladespannungen und dem Zeitpunkt der Tropfenbildung innerhalb der Ringelektrode 16 erfordert. Die Steuerung der Synchronisation wird normalerweise unter Benutzung von Ladungsfühlern, Vergleichsschaltungen und einstellbaren Signal-Verzögerungseinrichtungen bewerkstelligt, um eine starre Steuerung aufrecht zu erhalten. Bei der vorliegenden Erfindung wird kein solcher Versuch zur Synchronisation unternonunen. Die Auflade-

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signale für die Tropfen werden vielmehr von dem Druck- 2520*702 stetiersignalgenerator 17 unabhängig von der Tropfenerzeugung geliefert. Die Grosse der einzelnen Tropfen wird jetzt vergleichsweise kleiner gemacht, und die einzelnen Aufladesignale erfolgen mit einer Frequenz, die gleich der Hälfte der Tropfenerzeugungsfrequenz oder weniger ist. Mit anderen Worten, die Dauer jedes Aufledesignals ist gleich der Länge von mindestens zwei Tropfenperioden. Das Ergebnis dieser Auflademethode besteht darin, dass eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Tropfen jeweils die gleiche Ladung erhält und deshalb die Aufzeichungsflache an praktisch dem gleichen Punkt trifft. Eine vernachlässigbare Verschiebung von gleichartig geladenen Tropfen tritt dann auf, wenn beispielsweise die Aufzeichnungsfläche während des Druckvorganges sich gleichmässig bewegt. Das ist jedoch praktisch nicht bemerkbar, weil die erfolgte Verschiebung der Aufzeichnungsfläche während einer Tropfenperiode ausserordentlich gering ist.

Die für die Erzeugung des Stromfadens und der Tropfen 10 gebrauchte Düse hat einen geringeren Querschnitt als die sonst üblicherweise verwendeten Düsen. Der Durchmesser liegt in dem Bereich von 0,018 mm bis 0,025 mm oder beträgt noch weniger. Der Durchmesser der erzeugten Tropfen liegt im Bereich von 0,035 bis 0,053 mm, was gewöhnlich Markierungspunkte mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,09 mm ergibt. Vorzugsweise werden die Tropfen mit einer Frequenz erzeugt,

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welche eine verhältnismässig hohe Dctcnrata der Auf- "} Ιζ Ο Π 7 Ω *> ladungs-Signale erlaubt, beispielsweise 80 bis 120 kHz. Wenn also mit jedem Aufladungs-Signal zwei Tropfen aufzuladen sind, würde dies eine Tropfenfrequenz von 160 bis 2A0 kHz bedingen. Im Falle es erwünscht ist, drei Tropfen während jedes Aufladungb-Signales aufzuladen, dann wird selbstverständlich die Datenrate herabgesetzt oder die Tropfenerzeugungsfrequenz heraufgesetzt. Eine Tropfenfrequenz von 240 kHz wäre beispielsweise notwendig, um eine Datenrate von ,80 kHz aufrechtzuerhalten. Um spezielle Erfordernisse an die Druckqualität zu erfüllen, kann die Tropfengrösse und die Erzeugungsfrequenz entsprechend gewählt werden. In der Fig. 1 sind die Tropfen schematisch so dargestellt, als werden sie in Dreiergruppen aufgeladen. Fig. 2 ist eine vergrösserte Ansicht der Erzeugung eines Stücks einer senkrechten Linie durch Gruppen unter sich gleichartig aufgeladener Tropfen.

Die Synchronisation zwischen der. Erzeugung der Tropfen und dem Anlegen der Ladespannungen ist nicht kritisch, weil die geringe Grosse der Tropfen nur zu einem verhältnismässig kleinen Markierungspunkt führt im Falle, dass der Tropfen eine zwischen der des vorhergehenden und der des nachfolgenden Tropfens liegende Aufladung erfährt. In Fig. 3 ist ein Aufladungs-Signal mit mehreren Spannungsniveaus dargestellt, wobei die Anstiegszeiten der Uebergänge zwischen den Niveaus mit tr bezeichnet sind.

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Die Farbflüssigkeitstropfen in der oberen Zeile sind 2520702 so dargestellt, dass sie bezüglich der Erzeugungsfrequenz in Synchronismus mit den Aufladungs-Signalen erscheinen. Ein Aufladungs-Signal mit konstanter Amplitude beeinflusst jeweils eine Gruppe von drei aufeinanderfolgenden Tropfen, beispielsweise 30, 31 und 32. Farbpunkte 38 deuten jeweils Auftreffpunkte der Gruppen von Tropfen an. Wenn man jedoch eine Erzeugung von' Tropfen betrachtet, wie in der unteren Zeile der Figur angedeutet istv dann sieht man, dass beispielsweise die Tropfen 33 und 36 in Anstiegszeiten von Uebergängen des Aufladungs-Signales fallen. Nur zwei Tropfen 34 und 35 erhalten die gleiche volle Aufladung, weil sie während der Zeit einer konstanten Amplitude des Aufladungs-Signaies erzeugt wurden. Wenn nun alle Tropfen das Ablenkfeld durchlaufen, dann werden die Tropfen 33 und 36, welche während einer Uebergangsperiode aufgeladen wurden, in anderer Weise abgelenkt als die dazwischenliegenden Tropfen 34 und 35. Entsprechend werden diese unrichtig aufgeladenen Tropfen auf die Aufzeichnungsfläche an Stellen auftreffen, die leicht unterschiedlich von den beabsichtigten Punkten liegen.

Wenn ein Strich oder ein Teil eines Striches gedruckt werden soll, dann treten solche Tropfen nicht in Erscheinung, welche während eines Signalueberganges zu einen, höheren Spannungsniveau aufgeladen wurden, weil sie auf bereits beaufschlagte Stellen der Aufzeichungsflache treffen. Wenn jedoch die Ladespannung

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von einem Wert zu einem anderen vechselt, welche eine 2520702 ödere mehrere der dazwischen liegenden Gruppen von Tropfen auslässt, dann besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass teilweise aufgeladene Tropfen erkennbar werden. Denn in diesem Falle bewirkt ihre Aufladung, dass sie in einen relativ unbedruckten Bereich fallen. Durch die Verwendung von kleineren Düsen mit etwa 0,018 mm Durchmesser wird der Tropfendurchmesser etwa 0,035 mm, was auf der Aufzeichnungsfläche einen Farbpünkt von etwa 0,053 mm Durchmesser ergibt. Bei' einer üblichen Zeichengrösse von 2,5 mm mal 2,0 mm sind solche Tropfen für das menschliche Auge nicht klar erkennbar und werden praktisch nicht bemerkt. Wenn darüberhinaus jede Gruppe von Tropfen so vergrössert wird, dass sie eine grössere Anzahl von Tropfen enthält, dann werden während einer Uebergangsperiode des Signales falsch aufgeladene einzelne Tropfen umso weniger erkannt, da sie nur einen entsprechend geringeren Farbfleck hinterlassen.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann ebenfalls gut für die binäre Steuerung gemäss Fig. 4 verwendet werden, wobei die Tropfen entweder aufgeladen werden oder ungeladen bleiben. Die aufgeladenen Tropfen erhalten alle die gleiche Ladung. Wenn mit in solcher Weise aufgeladenenTropfen 40 aufgezeichnet wird, dann können die Aufladungs-Signale in gleicher Weise asynchron angelegt werden wie oben für Aufladungs-Signale mit mehreren Spannungsniveaus beschrieben wurde.Wenn für den Druckvorgang nur die ungeladenen Tropfen benutzt werden, dann hat

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die Steuerung in entsprechender Weise zu erfolgen. 2520702

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es jedoch auch möglich, nicht nur Strichbilder zu erzeugen, sondern auch Drucke mit variabler Dichte. Das kann dazu ausgenutzt werden, ungebräuchliche Zeichen oder Halbtonbilder für nicht-codierte Daten herzustellen, wie beispielsweise Faksimile-Drucke. Wegen des asynchronen Verfahrens der Aufladung von Gruppen aufeinanderfolgender Tropfen kann das Aufladungs-Signal auch leicht in seiner Länge geändert werden, um gleichartige Aufladungen auf unterschiedlichen Gruppen von Tropfen aufzubringen, die drei, vier, fünf oder mehr Tropfen umfassen. Das erzielte Ergebnis sind Markierungspunkte mit beliebig änderbarer Grosse entsprechend der Anzahl der zum Aufbau jeweils verwendeten Tropfen. Allein durch die Aenderung der Dauer des Auflandungs-Signales, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, kann die Grosse der erzeugten Farbpunkte 50 bis 53 geändert werden. Das Verfahren erlaubt daher, ein Dichtesignal beispielsweise von einem optischen Abtaster direkt in einen Digitalwert umzuwandeln, der anschliessend verwendet wird, um eine entsprechende Dauer des Aufladungs-Signales zu steuern. Dieses Verfahren zur Erzeugung von Grautonstufen vereinfacht wesentlich den.Schaltungsaufwand im Vergleich zu den zahlreichen Umwandlungs- und Speichererfordernissen, die nach früher gebräuchlichen Verfahren notwendig wären. Die Verwendung einer veränderbaren Anzahl von Tropfen zum Aufbau von Markierungs·-

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mehreren Spannungsniveaus als auch bei dem binären Steuerverfahren ausgenutzt werden. Das Verfahren ist daher sowohl in Matrixdruckern verwendbar als auch in Tintenstrahldruckern, die mit Analogsignalen arbeiten.

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Claims

l.y Verfahren zum Drucken mittels Parb flüssigkeitsstrahl, wobei ein Strahl aufeinanderfolgender Tropfen von Farbflüssigkeit erzeugt und durch elektrisch gesteuerte Ablenkmittel selektiv auf eine Aufzeichnungsfläche aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegen die Aufzeichnungsfläche gerichteter Strahl aus in gleichen Abständen einander folgenden Tropfen von untereinander gleicher Größe erzeugt wird, daß in ausgewählten Tropfen des genannten Strahles elektrische Ladungen durch selektiv angelegte Aufladungs-Signale induziert werden, welche Signale während mindestens zwei Tropfenperioden konstant die gleiche Amplitude aufweisen, und dais alle Tropfen einem elektrostatischen Ablenkfeld unterworfen werden, woraufhin sie eine Flugbahn gegen die Aufzeichnungsfläche durchlaufen, deren Richtung und Krümmung von der jeweils aufgebrachten Ladung abhängt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbflüssigkeitstrahl in Zeiten, wo keine Aufzeichnung erfolgen soll, eine Flugbahn durchläuft, die in einem Abfluß endet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in ausgewählten Tropfen induzierten Ladungen den gleichen Wert aufweisen.

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4. _ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die in ausgewählten Tropfen induzierten Ladungen verschiedene, gruppenweise konstante Werte aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladungssignale mindestens drei Tropfenperioden lang die gleiche Amplitude aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladungssignale unterschiedliche Zeiten lang, mindestens aber zwei Tropfenperioden, konstante Amplitude aufweisen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Erzeugung der Tropfen eine Relativbewegung zwischen Aufzeichnungsträger und Druckkopf erfolgt.

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