DE2338018A1

DE2338018A1 - Ink droplet frequency control for ink jet printer - has sensing unit for detecting charge displacements and amplifier for controlling the pressure

Info

Publication number: DE2338018A1
Application number: DE19732338018
Authority: DE
Inventors: Erich Kattner; Rudolf Dr Ing Otto
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-07-26
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1975-02-06
Also published as: IT1017425B; CH571954A5; DE2338018B2; JPS5044719A

Abstract

A control cct. incorporates a sensing unit with which the frequency dependent charge displacements occurring during the emission of droplets are detected at the nozzle. The circuit also includes a series connected amplifier system with a desired-value setting device and an adjusting unit which controls the pressure of the liquid via a pump. The average value from the droplet series is measured using an isolating transformer as a coupling element in conjunction with an operational amplifier. The natural resonance of the transformer corresponds to the droplet frequency.

Description

Anordnung zum Regeln der Tröpfchenfrequenz von Tintenstrahlschreibern Arrangement for regulating the droplet frequency of inkjet pens

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln der Tröpfchenfrequenz eines mit einer Pumpeneinrichtung einer Düse zugeführten, elektrisch aufgeladenen und von dort durch eine elektrische Ablenkeinrichtung tröpfchenweise abgelösten und signalabhängig gesteuerten Flüssigkeitsstrahls, insbesondere für Tintenstrahlschreiber oder ähnliche Geräte.The invention relates to an arrangement for regulating the droplet frequency one fed to a nozzle with a pump device, electrically charged and from there through an electrical one Deflection device, in particular a liquid jet, detached in droplets and controlled as a function of the signal for inkjet pens or similar devices.

Bei einer bekannten Art von Tintenstrahlschreiber!! oder ähnlichen Geräten wird mit Hilfe einer Pumpe aus einem Vorratsbehälter Tinte abgesaugt, elektrisch aufgeladen und einer Düse zugeführt. Über eine Elektrodenanordnung ähnlich der einer Kathodenstrahlröhre werden unter Verwendung eines starken elektrischen Feldes einzelne aufgeladene Tröpfchen von der Düse abgelöst und in Richtung auf die Schreibstelle hin beschleunigt. Mit Hilfe einer Ablenkanordnung wird dann ein Schriftbild erzeugt.In a known type of ink jet pen !! or similar devices is made with the help of a pump from a Reservoir of ink sucked up, electrically charged and fed to a nozzle. Via an electrode arrangement Similar to that of a cathode ray tube, individual charges are charged using a strong electric field Droplets detached from the nozzle and accelerated in the direction of the writing point. With the help of a deflection arrangement a typeface is then generated.

Die Schriftgüte eines solchen Tintenstrahlschreibers hängt von einer gleichmäßigen Tröpfchenfolge ab; diese hängt einerseits sehr stark von der Tintenviskosität in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Alterungszustand der Tinte ab, andererseits vom Druck der Tinte an der Düse. Um also über einen längeren Schreibzeitraum eine konstante Schriftgüte zu gewährleisten, ist es notwendig, über irgendwelche Mittel den Förderdruck der Tintö kurzfristig konstant zu haltenThe quality of the writing of such an inkjet printer depends on a uniform succession of droplets; this depends on the one hand very strongly on the ink viscosity depending on the temperature and the state of aging of the ink, on the other hand from the pressure of the ink at the nozzle. So to ensure a constant writing quality over a longer writing period ensure, it is necessary to keep the delivery pressure of the Tintö constant for a short time by any means

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und langfristig dafür zu sorgen, daß eventuelle Abweichungen der Viskosität usw. durch Nachstellen des Tintendruckes wieder ausgeglichen werden.and in the long term to ensure that any deviations in viscosity etc. by adjusting the ink pressure be balanced again.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 816 194 ist es bekannt, mit Hilfe einer Druckquelle und einem damit in Verbindung stehenden Flüssigkeitsbehälter den erforderlichen Druck der Tinte an der Düse konstant zu halten. Mit einer Anordnung dieser Art ist es jedoch nicht möglich, evtl. entstehende Abweichungen des Tintenflusses vom Sollwert, wie sie z.B. durch Temperaturschwankungen oder Verunreinigungen hervorgerufen werden, auszugleichen.From the German Auslegeschrift 1 816 194 it is known with the aid of a pressure source and a pressure source in connection therewith standing liquid container to keep the required pressure of the ink at the nozzle constant. With an arrangement However, in this way it is not possible to detect any deviations in the ink flow from the target value, such as to compensate for them, for example, caused by temperature fluctuations or contamination.

Es ist außerdem aus der DAS 1 274 621 eine Vibrationsvorrichtung, die mechanisch,mit der tintenstrahlerzeugenden Düse verbunden ist, bekannt, die mit einer mit der natürlichen Tropfenbildung resonanten Frequenz vibriert. Eine solche Vorrichtung setzt eine konstante Zufuhr der Tinte voraus, so daß sie in gleicher Weise gegenüber Schwankungen des Förderdrucks empfindlich ist. Das bedeutet, daß bei einer Anwendung dieser Vorrichtung zur Konstanthaltung der Schriftgüte der Druck der Tinte an der Düse weiterhin als instabiler Parameter wirkt.It is also from DAS 1 274 621 a vibration device that is mechanical, with the ink jet generating Nozzle is connected, known, which vibrates with a frequency resonant with the natural drop formation. Such a device assumes a constant supply of the ink, so that they oppose in the same way Fluctuations in the delivery pressure is sensitive. This means that when this device is used Keeping the quality of the characters constant, the pressure of the ink at the nozzle continues to act as an unstable parameter.

Eine derartige Vorrichtung ist nicht geeignet, die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen, die darin besteht, dafür zu sorgen, daß die Schriftgüte eines Tintenstrahlschreibers während langer dauernder Schreibvorgänge konstant bleibt.Such a device is not suitable for achieving the object on which the invention is based, which consists in to ensure that the writing quality of an inkjet printer is constant during long, continuous writing processes remain.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anordnung aus einem Regelkreis, der aus einer Fühleinrichtung, mit der die an der Düse bei der Emission der Tröpfchen entstehenden frequenzabhängigen Ladungsverschiebungen abgenommen werden und aus einer nachgeschalteten Verstärker-This object is achieved according to the invention in that the arrangement consists of a control circuit, which consists of a sensing device, with which the frequency-dependent charge shifts occurring at the nozzle when the droplets are emitted are reduced and from a downstream amplifier

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anordnung mit Sollwertgeber und einer Stelleinrichtung, die den Druck der Flüssigkeit über die Pumpeneinrichtung steuert, besteht.arrangement with setpoint generator and an adjusting device, which controls the pressure of the liquid via the pump device exists.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung' besteht darin, daß mit Hilfe einer kostengünstig herstellbaren und betriebssicher arbeitenden Regelschaltung die Schriftgüte des Tintenstrahlschreibers während der gesamten Betriebszeit konstant bleibt. Bedingt durch die verschiedenen Resonanzfrequenzen der verwendeten Bauteile kann bei einer bestimmten optimalen Tröpfchenfrequenz eine besonders stabile, gegen Erschütterungen wenig empfindliche Emission erreicht v/erden. Es ist nun mit Hilfe der vorliegenden Erfindung möglich, diesen stabilen Betriebszustand besonders einfach und während der gesamten Betriebszeit beizubehalten. The particular advantage of the present invention is that with the help of an inexpensive to manufacture and operationally reliable control circuit the quality of the writing of the inkjet printer remains constant during the entire operating time. Due to the different Resonance frequencies of the components used can produce a particularly stable, emission that is not very sensitive to vibrations is reached. It is now with the help of the present Invention possible to maintain this stable operating state particularly easily and during the entire operating time.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Einrichtung zum Regeln der Tröpfchenfrequenz, die für den normalen Betriebszustand, bei dem es nicht darauf ankommt, den Übergang jedes einzelnen Tröpfchens genau zu messen, und bei dem als Istwert der Regelschaltung der Mittelwert der Tröpfchenfrequenz verwendet wird, besonders geeignet ist, werden die bei der Emission der Tröpfchen aus der Düse entstehenden Stromstöße über einen hochspannungssicheren Trennübertrager einem Operationsverstärker zugeführt, der dann über einen Pumpenverstärker die Tintönpumpe steuert, wobei der Trennübertrager derart aufgebaut ist_r daß seine Eigenresonanz dem vorgegebenen Sollwert der Tröpfchenfrequenz entspricht.In a preferred embodiment of the electronic device for regulating the droplet frequency, which is particularly suitable for the normal operating state in which it is not important to precisely measure the transition of each individual droplet and in which the mean value of the droplet frequency is used as the actual value of the control circuit is that current surges resulting from the emission of the droplets from the nozzle are supplied via a high-voltage-proof isolating transformer to an operational amplifier which then controls the Tintönpumpe via a pump amplifier, said isolation transformer is configured such _r that its natural resonance corresponds to the predetermined desired value of the droplet frequency.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beispielsweise näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below, for example described.

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Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Anordnung zur Regelung der Tröpfchenfrequenz1 shows an arrangement for regulating the droplet frequency

bei Tintenstrahlschreibern, Fig. 2 einen hochspannungssicheren Trennübertragerin inkjet pens, FIG. 2 shows a high-voltage-safe isolating transformer

gemäß der Erfindung und
Fig. 3 eine beispielsweise Ausführungsform eines selektiven Operationsverstärkers.according to the invention and
3 shows an exemplary embodiment of a selective operational amplifier.

Aus einem Vorratsbehälter 1 wird mit Hilfe einer Pumpvorrichtung 2 die Düse 3 mit Tinte versorgt. Gleichzeitig wird die Tinte elektrisch aufgeladen, ein starkes elektrisches Feld bewirkt die Ablösung einzelnen Tropfen von der Düse und ihre Beschleunigung in Richtung der Schreibstelle Mit Hilfe einer Ablenkvorrichtung 4 werden die Tröpfchen entsprechend dem Schriftbild abgelenkt und prallen dann gegen die Schreibwalze 5.From a storage container 1 is made with the aid of a pumping device 2 supplies the nozzle 3 with ink. Simultaneously If the ink is electrically charged, a strong electric field causes individual drops to be detached from the Nozzle and its acceleration in the direction of the writing point With the help of a deflection device 4, the droplets deflected according to the typeface and then hit the platen 5.

Die bei der Emission von Tintentröpfchen aus der Düse 3 durch Influenz entstehenden Stromstöße werden einem Koppelglied 6 zugeführt. Dieses Koppelglied wird von einer Hochsparmungsquelle 7 gespeist, die die zur Tintenemission notwendige Hochspannung liefert. Am Ausgang des Koppelgliedes 6 liegt ein Verstärker 8, der die Signale verstärkt und evtl. begrenzt. Ein nachgeschalteter Diskriminator 9 dient zur Umwandlung der Signalfrequenz in eine Spannung, die dann vorzeichenrichtig mit der der richtigen Tröpfchenfrequenz entsprechenden Sollspannung S verglichen wird. Die aus dem Vergleich dieser Werte resultierende Stellgröße wird von einem Pumpenverstärker 10 verstärkt und steuert dann über den Strom des Magneten 11 den Druck der Tintenpuiiipe 2 in Richtung auf den vorgegebenen Sollwert S. The current surges that occur when ink droplets are emitted from the nozzle 3 as a result of influence become a coupling element 6 supplied. This coupling element is fed by a high-energy source 7, which is responsible for the ink emission supplies the necessary high voltage. At the output of the coupling element 6 there is an amplifier 8 which amplifies the signals and possibly limited. A downstream discriminator 9 is used to convert the signal frequency into a Voltage, which is then compared with the correct sign with the nominal voltage S corresponding to the correct droplet frequency will. The manipulated variable resulting from the comparison of these values is amplified by a pump amplifier 10 and then controls the pressure of the ink pipe 2 in the direction of the predetermined nominal value S via the current of the magnet 11.

Da zwischen der Pumpe und der Düse eine zusammenhängende Flüssigkeitssäule existiert und die Ansprechzeit der PumpeBecause there is a continuous column of liquid between the pump and the nozzle and the response time of the pump

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insgesamt sehr klein ist, ist die gesamte Regelschaltung sehr schnell und kann deshalb auch den im Verlauf des Ankerhubes ungleichmäßigen Kraftverlauf des Pumpenmagneten ausregeln.is very small overall, the entire control circuit is very fast and can therefore also do the in the course of the The armature stroke compensates for the uneven force curve of the pump magnet.

Im allgemeinen Betrieb ist es nicht notwendig, den Übergang jedes einzelnen Tröpfchens zu messen, sondern es kann auf den Mittelwert der Tröpfchenfrequenz zurückgegriffen werden. Es ist deshalb von Vorteil, eine Anordnung gemäß Fig. 2 mit einem hochspannungssicheren Trennübertrager als Koppelglied zu verwenden und diesem einen selektiven Operationsverstärker nach Fig. 3 nachzuschalten. Eine Anordnung dieser Art ist besonders wirtschaftlich und störungssicher.In general operation it is not necessary to make the transition to measure each individual droplet, but the mean value of the droplet frequency can be used will. It is therefore advantageous to have an arrangement according to FIG. 2 with a high-voltage safe To use an isolating transformer as a coupling element and to connect a selective operational amplifier according to FIG. 3 after this. An arrangement of this type is particularly economical and fail-safe.

Bei deai in Fig. 2 dargestellten Übertrager dient der am Eingang liegende Kondensator C1 in Verbindung mit dem Erdungskondensator Cj5 zum Kurzschluß hochfrequenter Störspannungen. Der am Ausgang liegende Kondensator C2 unterdrückt durch seinen Hochpaßcharakter induzierte Brummspannungen. Durch passende Wahl aller Widerstände ist der Übertrager aperiodisch gedämpft. Alle vorkommenden Tröpfchenfrequenzen liegen in seinem Übertragungsbereich. When the transformer shown in Fig. 2 is used at the input capacitor C1 in connection with the grounding capacitor Cj5 for short-circuiting high frequency Interference voltages. The capacitor C2 located at the output suppresses induced by its high-pass filter Ripple voltages. The transformer is aperiodically damped by a suitable choice of all resistors. All occurring Droplet frequencies are in its transmission range.

Fig. 3 stellt eine beispielsweise Ausführung eines durch Gegenkopplung selektiv wirkenden Operationsverstärkers dar, der in der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangt.3 shows an exemplary embodiment of an operational amplifier which acts selectively by means of negative feedback which is used in the present invention.

Insgesamt ist festzustellen, daß durch die Verwendung des Mittelwertes der Tröpfchenfrequenz, die zur RegelungOverall, it can be stated that by using the mean value of the droplet frequency, the control

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bzw. Messung der Tröpfchenfrequenz benötigte Bandbreite stärkt eingeengt wird und es dadurch möglich ist, mit relativ geringem Schirmungsaufwand die Messung bzw. Regelung durchzuführen.or measurement of the droplet frequency, the bandwidth required is narrowed to a greater extent, making it possible is to carry out the measurement or control with relatively little shielding effort.

3 Patentansprüche
3 Figuren3 claims
3 figures

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Claims

1. ^ Arrangement for regulating the droplet frequency of a

with a pump device fed to a nozzle, electrically charged and detached from there drop by drop by an electrical deflection device and signal-dependently controlled liquid jets, in particular for ink jet pens or the like Devices characterized by a control circuit consisting of a sensing device the frequency-dependent charge shifts that occur at the nozzle (3) when the droplets are emitted removed v / ground, and from a downstream amplifier arrangement (6, 8, 9, 10) with setpoint generator (S) and an adjusting device (11, 2), which control the pressure of the liquid via the pump device (11) controls, exists.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for measuring the mean value a high-voltage-safe isolating transformer as a coupling element in connection with the droplet sequence an operational amplifier is used, and that the isolating transformer is constructed such that its natural resonance corresponds to the droplet frequency.

3. Arrangement according to claim 3, characterized in - that at one terminal of the Primary winding of the isolating transformer stood on a counter (R1) the signal current is applied, while on each the other connection is high voltage and that

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A capacitor (C1) is attached between the connections , which in connection with a further grounding capacitor (C3) short-circuits high-frequency interference, and that at the output of the transformer to suppress the ripple voltage caused by the mains frequency, another capacitor (C2) in connection with a resistor (R2) is connected in parallel.

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