DE3341399A1

DE3341399A1 - Verfahren zum erhoehen der aufloesung bei einer tintenmosaikschreibeinrichtung sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3341399A1
Application number: DE19833341399
Authority: DE
Inventors: Kenth Åkersberga Nilsson
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1983-11-15
Publication date: 1985-05-23
Also published as: EP0142151A1; US4890122A; JPH0455113B2; EP0142151B1; JPS60116463A; DE3472928D1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ' Unser Zeichen
Berlin und München VPA 83 P 7319 DE

Verfahren zum Erhöhen der Auflösung bei einer Tintenmosaikschreibeinrichtung sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Auflösung einer Tintenmosaikschreibeinrichtung mit einem eine Anzahl reihenweise angeordneter, piezoelektrischer Wandler aufweisenden Schreibkopf, bei dem durch piezoelektrische Verformung der Wandler tropfenweise Schreibflüssigkeit in Richtung auf einen Aufzeichnungsträger ausgestossen wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Als Tintenmosaikschreibeinrichtungen sollen hierbei beispielsweise parallel zueinander angeordnete und einer Düsenplatte gegenüberliegende stabförmige Wandler angesehen werden, wie sie aus der DE-PS 25 27 647 bekannt sind und im folgenden kurz als Kammschreiber bezeichnet werden. Die stabförmigen Wandler können dabei auf der einen Seite oder beidseitig über einen Steg zusammenhängen. Ebenso sollen darunter die in der älteren deutschen Patentanmeldung P 33 20 444 angegebenen Schreibeinrichtungen verstanden werden, bei denen es sich .gewissennassen um einen beidsetig über einen Steg abgeschlossenen, vorgespannten Kamm handelt. Weiterhin kann der Schreibkopf für die Tintenmosaikschreibeinrichtung auch eine in der älteren deutschen Patentanmeldung P 33 06 O98 angegebene Kanalmatrize mit oder ohne Lochmatrize enthalten. Ebenso ist es denkbar, dass die Tintenmosaikschreibeinrichtung in ähnlicher Weise wie die aus der DE-OS 22 62 106 bekannte Einrichtung aufgebaut ist, bei der eine Reihe von Tintenkanälen von piezoelektrischen Druckkammern sternförmig zu Tintendüsen hingeführt sind.

Bei all diesen Tintenmosaikschreibeinrichtungen ist bisher eine

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Auflösung von etwa vier Tintentropfen pro Millimeter erreicht worden. Für eine Verbesserung des Schriftbildes wären etwa 10 derartige Tintentropfen pro Millimeter wünschenswert. Eine bekannte Lösung bei einem Kammschreiber sieht beispielsweise vor, mehrere piezoelektrische Kämme in Papiertransportrichtung versetzt zueinander anzuordnen. Das erfordert jedoch die Verdoppelung der Elektronik und kann unter ttnständen auch zu einer Verzerrung im Schriftbild führen. Eine Verringerung dc3 Abstandes zwischen den piezoelektrischen Wandlern,beispielsweise beim Kammschreiber, erhöht - abgesehen von den herstellungstechnischen Schwierigkeiten - die Gefahr der hydraulischen Kopplung zwischen den Wandlern erheblich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Auflösung bei einer Tintenmosaikschreibeinrichtung der eingangs genannten Art auf einfache Weise und ohne zusätzliche piezoelektrische Wandler erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Schreibkopf periodisch quer zur Ausstossrichtung ausgelenkt und das Ausstossen der Flüssigkeitstropfen mit dieser Auslenkung synchronisiert wird. Prinzipiell sind dazu zwei Wege möglich. Zum einen kann die Auslenkung mit einer grossen Amplitude erfolgen, die etwa einem Viertel des Abstandes zwischen den bei ruhendem Schreibkopf erzeugten Flüssigkeitstropfen entspricht. Nimmt man als Beispiel wieder einen Kammschreiber mit vier Düsen pro Millimeter, so ergäbe das eine Amplitude von ca. 60 um. Die Synchronisation müsste in diesem Fall so erfolgen, dass ein Flussigkeitstropfen jeweils bei der maximalen Auslenkung in der einen oder anderen Richtung ausgestossen wird. Auf diese Art und Weise könnte die Anzahl der Tropfen pro Millimeter verdoppelt werden. In diesem Fall befindet sich der Schreibkopf im Moment des Ausstossens eines Flüssigkeitstropfens praktisch in Ruhe, d.h. dem Tropfen wird keine Geschwindigkeitskomponente quer zur Flugrichtung

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überlagert.

Zum anderen ist es in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung möglich, dass die Auslenkung einen Bruchteil des Abstandes benachbarter Wandler beträgt und mit einer so hohen Frequenz erfolgt, dass dem Flüssigkeitstropfen eine ausreichend grosse Geschwindigkeitskomponente quer zur Ausstossrichtung überlagert werden kann, um den Auftreffpunkt des Tropfens auf dem Aufzeichnungsträger maximal um den halben Abstand zweier benachbarter Punkte bei ruhendem Schreibkopf verschieben zu können.

Um wieder bei dem Beispiel mit dem Kammschreiber mit vier Düsen pro Millimeter zu bleiben, ist in diesem Fall eine Auslenkung um 10 bis 20 um völlig ausreichend, was die Realisierung sehr vereinfacht. Wird der Schreibkopf sinusförmig ausgelenkt, so vereinfacht sich die Synchronisierung besonders, wenn das Ausstossen der Tropfen jeweils beim Nulldurchgang des Sinus und zumindest in einem Scheitel vorgesehen ist. Beim Nulldurchgang wird dem Tropfen die grösste Geschwindigkeitsquerkomponente überlagert, so dass der zu diesem Zeitpunkt ausgestossene Tropfen etwa um den halben Abstand zweier benachbarter Tropfen bei ruhendem Schreibkopf verschoben wird. Im Scheitel ist die Quergeschwindigkeit des Schreibkopfes praktisch Null, so dass dem Tropfen keine Geschwindigkeitsquerkomponente überlagert wird. Da die Auslenkamplitude nur wenige um beträgt, kann man diesen ausgestossenen Tropfen in erster Näherung mit einem bei ruhendem Schreibkopf in Nullage ausgestossenen Tropfen gleichsetzen. Insgesamt können auf diese Art und Weise durch jede Düse drei verschiedene Tropfenlagen erzielt werden, wodurch sich eine wesentliehe Erhöhung der Auflösung ergibt.

Ein besonderer Vorteil bei dieser Art der Synchronisierung ist es, dass die Geschwindigkeit - betrachtet man einmal die sinusförmige Auslenkung - im Bereich des Nulldurchganges und ebenso i_m Scheitel über einen relativ grossen Zeitabschnitt annähernd

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. S-

konstant ist. Das bedeutet aber, dass der Zeitpunkt des Ausstossens eines Tropfens in diesem Bereich ohne wesentlichen Einfluss auf das Schriftbild schwanken kann. Die Anforderungen an die Elektronik zur zeitlichen Synchronisierung von Auslenkung und Ausstossen des Tropfens sind daher sehr gering.

Mit einer aufwendigen Synchronisierung und beispielsweise auch einer anderen Auslenkfunktion ist es möglich, die Zahl der Aufzeichnungsorte pro Düse noch weiter zu steigern. Prinzipiell kön-

W nen die Aufzeichnungspunkte beliebig dicht gelegt werden. Ein möglicher Nachteil bei diesem Verfahren könnte darin gesehen werden,dass die Schreibgeschwindigkeit der Tintenraosaikschreibeinrichtung und damit die Papiertransportgeschwindigkeit beim Aufzeichnen von zwei oder mehreren Punkten pro piezoelektrischem

^5 Wandler herabgesenkt werden muss. Da jedoch die hohe Aufzeichnungsqualität mit dichtliegenden Aufzeichnungspunkten nicht in allen Fällen erforderlich ist, kann in Weiterbildung der Erfindung eine Itaschaltung vorgesehen werden, so dass der Schreibkopf einmal ruht und dabei nur die der Zahl der piezoelektrischen Wandler entsprechenden Punkte aufzeichnet und dabei mit der höchstmöglichen Schreibgeschwindigkeit arbeiten kann und allein im Falle gewünschter Hochauflösung die periodische Auslenkung vorgenommen wird, wobei dann die Verringerung der Schreibgeschwindigkeit in Kauf genommen werden muss.

Zur Durchführung dieses Verfahrens ist in Weiterbildung der Erfindung eine Anordnung-angegeben, bei der der Schreibkopf zum seitlichen Auslenken auf einen piezoelektrischen Schwinger montiert wird. Dadurch ist auf einfache Art und Weise eine exakte Auslenkfrequenz und Auslenkamplitude einstellbar, was für die Synchronisierung mit dem Ausstossen der Tropfen wesentlich ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den nachfolgend anhand von 5 Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen, mit denen die Erfindung näher erläutert und beschrieben wird. Gleiche Teile sind

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. 6·

dabei mit gleichem Bezugszeichen versehen. Es zeigt bzw. zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Tintenmosaikschreib-

einrichtung,
5

Fig. 2 ein Beispiel eines Schreibkopfes in Kammausführung,

Fig. 3 die zeitliche Auslenkung des Schreibkopfes gemäss

Fig. 2,
10

4a - 4e die Aufzeichnungspunkte relativ zu den Schreibdüsen zu verschiedenen Zeiten und

¹^ Fig. 5 den Vergleich der Auflösung ohne und mit der periodischen zeitlichen Auslenkung.

Aus Fig. 1 ist der äussere Prinzipaufbau einer Tintenmosaikschreibeinrichtung ersichtlich. Ueber Transportrollen 1 und 2 wird der Aufzeichnungsträger 3> beispielsweise normales Registrierpapier, in Richtung des Pfeiles 4 über den Abstandshalter 5 an der Stirnseite 6 des Gehäuses 7 vorbeigezogen. Ih das Gehäuse 7 ist die Anschlussleitung 8 geführt, die an ihrem freien Ende mit einem Stecker 9 zum Anschluss an ein entsprechendes Steu-

²^ ergerät, das die Steuersignale für die Aufzeichnung der gewünsch-•ten Verläufe, Zeichen oder Bilder und für die Synchronisierung zwischen der periodischen zeitlichen Auslenkung und dem Ausstossen der einzelnen Tropfen liefert. Das Gehäuse 7 enthält den eigentlichen Schreibkopf, von dem eine mögliche Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt ist.

Der Schreibkopf besteht aus einer Düsenplatte 10, die gleichzeitig Abdeckplatte der Tintenmosaikschreibeinrichtung sein kann. Diese Düsenplatte 10 enthält eine Reihe parallel mit Abstand zueinander angeordneter Düsen 11. Ueber den Düsen sind stabförmige

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piezoelektrische Wandler 12 angeordnet, die über einen gemeinsamen Steg 13 an einem Ende zusammenhängen und in diesem Bereich mittels einer Befestigungsanordnung 14 starr mit der Düsenplatte 10 verbunden sind. Die piezoelektrischen Wandler 12 sind derart kontaktiert, dass durch Spannungsänderung an der Kontaktierung eine Verformung auftritt, die zum Ausstossen eines Tintentröpfchens aus der entsprechenden Düse 11 führt.

Dieser Schreibkopf ist starr mit einem weiteren piezoelektrisehen Element 15 verbunden, das derart kontaktiert ist, dass beim Anlegen einer entsprechenden Wechselspannung eine in Richtung des Pfeiles 16 liegende periodische Auslenkung des Schreibkopfes erfolgt. Die Auslenkung erfolgt damit senkrecht zur Ausstossrichtung parallel mit der Düsenreihe. Die Grosse der Aus-¹^ lenkung ist mit X bezeichnet.

In der folgenden Fig. 3 ist die Auslenkung X über der Zeit t aufgetragen. Es ist dabei angenommen, dass der piezoelektrische Schwinger 15 den Schreibkopf etwa sinusförmig auslenkt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll die Auslenkung nur einen geringen Bruchteil des Abstandes benachbarter Düsen betragen und den-ausgestossenen Tintentropfen gegebenenfalls eine Geschwindigkeitsquerkomponente überlagert werden.

in Fig.3 sind beispielhaft die Zeitpunkte t₁ bis to eingezeichnet, an denen jeweils ein Tintentropfen ausgestossen wird. Zum Zeitpunkt t-j ist dabei die Geschwindigkeit des Schreibkopfes Null, d.h. dem ausgestossenen Tintentropfen wird keine Geschwindigkeitsquerkomponente überlagert. Der Schreibkopf ist zu diesem Zeitpunkt um die maximale Strecke ausgelenkt. Da diese Strecke aber sehr klein ist im Verhältnis zum Abstand benachbarter Düsen, kann man praktisch diesen erzeugten Tintentropfen gleichsetzen mit einem bei ruhendem Schreibkopf ausgestossenem Tintentropfen. Zu den Zeitpunkten t₂ und to werden den ausgestossenen

Tintentropfen jeweils Geschwindigkeitsquerkomponenten überla-

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•8·

gert, da der Schreibkopf zu diesen Zeitpunkten die grösste Auslenkgeschwindigkeit aufweist. Die Auslenkung zum Zeitpunkt to erfolgt in entgegengesetzter Richtung, als zum Zeitpunkt t₂.

Für ein konkretes Beispiel sei angenommen, dass der Abstand zwischen den Düsen ca. 250 um beträgt. Die maximale Auslenkung, die durch den piezoelektrischen Schwinger 15 erzeugt wird, betrage etwa 20 um. Weiterhin sei angenommen, dass die einzelnen piezoelektrischen Wandler 12 mit einer maximalen Frequenz von 4000

^ Hz arbeiten. Um die in Fig. 3 angegebene Synchronisierung zwischen Auslenkung und Tintentropfenausstoss durchführen zu können, darf dabei die Auslenkfrequenz nicht grosser als 1000 Hz sein. Die maximale Geschwindigkeitsquerkomponente, die den Tintentropfen überlagert werden kann, beträgt dabei etwa 0,15 Meter pro Sekunde und ist ausreichend, um bei einem Abstand des Aufzeichnungsträgers von der Düsenplatte von einigen Millimetern den Auftreffpunkt der Tintentröpfchen um etwa ein Drittel des Abstandes benachbarter Düsen zu verschieben.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Auslenkung selbstverständlich auch nach anderen Funktionen als der Sinusfunktion erfolgen kann. Ebenso ist es möglich, die Ausstosszeitpunkte anders zu wählen. Prinzipiell ist es möglich, eine grössere Anzahl von Zeitpunkten zu wählen und damit die Aufzeichnungspunkte beliebig dicht zu legen. IM erforderlichenfalls grössere Geschwindigkeitsquerkomponente erzielen zu können, kann eine sehr viel höhere Auslegfrequenz gewählt werden. Die unterschiedlichen Ausstosszeitpunkte liegen dann jedoch nicht mehr in einer Auslenkperiode.

In Fig. 4 soll beispielhaft erläutert werden, wie die höhere Auflösung zustande kommt. In Fig. 4a sind dabei der Einfachheit halber Düsen dargestellt, aus denen jeweils gleichzeitig Tintentropfen ausgestossen werden sollen.In Fig. 4b sind die Aufzeichnungspunkte zum Zeitpunkt t^ angegeben,die praktisch mit den verlän-

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• 3·

gerten Düsenorten übereinstimmen. In Figo Ho sind die Aufzeichnungspunkte zum Zeitpunkt t2 angegeben, bei dem die Aufzeichnungspunkte nach links verschoben sind. Fig. 4d zeigt die Aufzeichnungspunkte zum Zeitpunkt to, bei dem diese entsorechend nach rechts verschoben sind. Fig. 4e schliesslich zeigt die Gesamtheit der dadurch möglichen Aufzeichnungspunkte.Mit Hilfe der drei Düsen lassen sich auf diese Art und Weise bereits neun Aufzeichnungspunkte erzielen.

Fig. 5 schliesslich zeigt in einem Vergleich den Unterschied zwischen einer Aufzeichnung eines beliebigen Zeichens, in diesem Beispiel der Ziffer 7 mit einem ruhenden Schreibkopf und daneben mit einem periodisch ausgelenkten Schreibkopf. Mit vier Düsen pro Millimeter ergeben sich dabei bereits 12 Aufzeichnungspunkte pro Millimeter, d.h. ein für blosses Auge absolut geschlossenes Schriftbild.

Die Auslenkung des Schreibkopfes kann abschaltbar sein, so dass man im Bedarfsfall, beispielsweise für Entwürfe, mit der geringeren Auflösung,dafür aber mit einer höheren Papiergeschwindigkeit gearbeitet werden kann. Der besondere Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens und der hier angegebenen Anordnung besteht darin,dass für beide Fälle - d.h. niedrige oder hohe Auflösung immer nur ein Schreibkopf und damit eine Ansteuerelektronik notwendig ist. Der zusätzliche Aufwand für die Erhöhung der Auflösung beschränkt sich daher auf ein Minimum.

4 Patentansprüche

5 Figuren
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Claims

VPA 83 P 7319 DE Patentansprüche

1. JVerfahren zum Erhöhen der Auflösung bei einer Tintenmosaikscnreibeinrichtung mit einem ei"ne Anzahl reihenweise angeordneter, piezoelektrischer Wandler aufweisenden Schreibkopf, bei dem durch piezoelektrische Verformung der Wandler tropfenweise Schreibflüssigkeit in Richtung auf einen Aufzeichnungsträger ausgestossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schreibkopf periodisch quer zur Ausstossrichtung der Flüssigkeitstropfen ausgelenkt und das Ausstossen der Flüssigkeitstropfen mit dieser Auslenkung synchronisiert wird.

2.Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkung einen Bruchteil des Abstandes benachbarter Wandler beträgt und mit einer so hohen Frequenz erfolgt, dass dem Flüssigkeitstropfen eine ausreichend grosse Geschwindigkeitskomponente quer zur Ausstossrichtung überlagert werden kann, um den Auftreffpunkt des Tropfens auf dem Aufzeichnungsträger um den erforderlichen Abstand verschieben zu können.

3.Verfahren nach Anspruch 2,d adurch gekennzeichnet, dass der Schreibkopf sinusförmig ausgelenkt wird und das Ausstossen der Flüssigkeitstropfen jeweils beim Nulldurchgang des Sinus und gegebenenfalls in einem Scheitel vorgesehen ist.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne t,dass der Schreibkopf zum seitlichen Auslenken auf einen piezoelektrischen Schwinger (15) montiert ist.