DE3108892A1

DE3108892A1 - Tintenstrahlschreiber

Info

Publication number: DE3108892A1
Application number: DE19813108892
Authority: DE
Inventors: Syoji Hitachiota Sagae
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1980-03-10
Filing date: 1981-03-09
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DE3108892C2; US4367476A; JPS5933315B2; JPS56126173A

Description

3108832

1. HITACHI, LTD., Tokyo

2. HITACHI KOKI CO., LTD., Tokyo

Japan

Tintenstrahlschreiber

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahlschreiber, insbesondere zum Erzeugen von Aufzeichnungen unter Einsatz der kleineren aus einer Düse ausgestoßenen Tintentröpfchen.

Bei einem Tintenstrahlschreiber wird Tinte unter Druck einer Düse zugeführt, die von einem elektrisch verformbaren Element in Schwingungen versetzt wird, das von einer Hochfrequenz-Spannungsversorgung elektrisch erregt wird, so daß Aus einer Düsenöffnung Tintentröpfchen ausgestoßen werden. Die so ausgestoßenen Tintentröpfchen werden dann nach Maßgabe von aufzuzeichnenden Informationssignalen elektrisch geladen und durchlaufen anschließend ein elektrisches Feld vor bestimmter Stärke. Infolgedessen werden die Tintentröpfchen in Abhängigkeit von ihrer elektrischen Ladung abgelenkt und treffen auf einen Aufzeichnungsträger auf, auf dem eine erwünschte Aufzeichnung erzeugt wird. Diese Art von Tintenstrahlschreiber Dieses Gerät ist unter der Bezeichnung ladungsmodulierter Tintenstrahlschreiber bekannt .

Bei dem ladungsmodulierten Tintenstrahlschreiber ist es möglich, abwechselnd aufeinanderfolgend Tintentröpfchen mit großem und mit kleinem Durchmesser dadurch zu erzeugen, daß

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die Bedingungen für die Lrzeugung von Tintentröpfchen, wie der Druck, mit dem Tinte der Düse zugeführt wird, die Stärke oder Größe der der Düse erteilten Erregung, die Erregungsfrequenz usw., in geeigneter Weise eingestellt werden.

Es wurde bereits eine Aufzeichnungseinrichtung vorgeschlagen, bei der eine Aufzeichnung unter Verwendung des Tintentröpfchens mit kleinerem Durchmesser (nachstehend als kleines Tintentröpfchen bezeichnet) erzeugt wird, dem eine elektrische Ladung in Abhängigkeit von den von einer Informationssignalquelle zugeführten Informationssignalen erteilt wird (vgl. z. B. die US-PS A- 016 571).

Da mit der vorgenannten Einrichtung aus einer relativ großen Düsenaustrittsöffnung sehr kleine Tintentröpfchen erzeugbar sind (deren Durchmesser ca. 1/3 des Durchmessers der großen Tintentröpfchen beträgt), wird nicht nur der Arbeitsaufwand für die Herstellung der Düsenöffnung wesentlich vereinfacht, so daß die Öffnung kaum verstopfen kann, sondern die Aufzeichnung mit den kleinen Tintentröpfchen ist auch mit erhöhter Zuverlässigkeit durchführbar, so daß in vorteilhafter Weise Aufzeichnungen von Abbildungen, Bildern, Mustern usw. mit hoher Dichte und verbesserter Güte erhalten werden können.

Um jedoch die oben genannten Vorteile tatsächlich sicher erhalten zu können, ist es erforderlich, daß die kleinen Tintentröpfchen in stabiler und gleichmäßiger Weise und sehr zuverlässig aus der Düse erzeugt werden und daß der Zeitpunkt, in dem das kleine Tintentröpfchen abgetrennt wird (nachstehend als Abtrennzeitpunkt bezeichnet), mit der Phase des aufzuzeichnenden Informationssignals koinzidiert.

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In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß Änderungen der Umgebungstemperatur und Feuchte sowie der Betrieb oder die Abschaltung der Einrichtung über einen längeren Zeitraum in Änderungen der physikalischen Eigenschaften der in der Düse enthaltenen Tinte und der Stärke der die aus der Düse austretende Tinte beaufschlagenden Erregung resultiert, so daß Schwierigkeiten bei der gleichmäßigen Erzeugung der kleinen Tintentröpfchen und möglicherweise auch bei der Anpassung des Abtrennzeitpunkts der kleinen Tintentröpfchen an die Phase des Informationssignals auftreten.

In Verbindung mit der vorgeschlagenen Einrichtung ist es auch bekannt, die kleinen Tintentröpfchen zum Zweck ihrer Erfassung mit einer vorbestimmten elektrischen Ladung zu beaufschlagen und die Koinzidenz zwischen dem Abtrennzeitpunkt der kleinen Tintentröpfchen und dem Informationssignal durch Nutzung des Ausgangssignals des Ladungsdetektors herzustellen. Es ist jedoch nicht möglich, eine solche Koinzidenz automatisch herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Tintenstrahlschreibers, mit dem eine Aufzeichnung mittels kleinen Tintentröpfchen in gleichmäßiger und zuverlässiger Weise dadurch erzielbar ist, daß die Erzeugung der kleinen Tintentröpfchen erfaßt wird und gleichzeitig der Abtrennzeitpunkt der kleinen Tintentröpfchen an die Phase eines Ladesignals zum elektrischen Laden der kleinen Tintentröpfchen anpaßbar ist; dabei sollen die kleinen Tintentröpfchen ohne Ausfall erzeugbar sein, indem automatisch ein Bereich für die die Düse beaufschlagende Erregung eingestellt wird, in dem die kleinen Tintentröpfchen gleichmäßig erzeugbar sind, und die Düse mit einer vorbestimmten Intensität innerhalb des eingestellten Bereichs erregt wird; ferner

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soll erreicht werden, daß eine bestimmte Erregungsintensität, bei der der Abtrennzeitpunkt der kleinen Tintentröpfchen mit der Phase des aufzuzeichnenden Informationssignals koinzidiert, automatisch erfaßbar ist und daß die Düse mit der erfaßten Intensität in Schwingungen versetzt wird, um die positive Anpassung zwischen dem Abtrennzeitpunkt der kleinen Tröpfchen und der Phase des Informationssignals zu gewähr leisten.

Der Tintenstrahlschreiber nach der Erfindung mit einer Düse, der Tinte unter Druck zuführbar ist und die kleine und große Tintentröpfchen paarweise aus einer an ihrem Vorderende befindlichen Düsenöffnung ausstößt, mit einer Erregungseinheit für die Düse, die die in der Düse befindliche Tinte mit Vibrationen synchron mit einer Erregungsfrequenz von einer HF-Spannungsversorgung beaufschlagt, mit einer Ladeeinheit, die an einer Stelle angeordnet ist, an der die aus dem Düsenvorderende ausgestoßene Tinte in einzelne Tintentröpfchen aufgebrochen wird, und die die Tintentröpfchen gemäß einem Informationssignal elektrisch lädt, und mit einer Ablenkvorrichtung zum Ablenken der geladenen Tintentröpfchen in Abhängigkeit der Größe ihrer Ladung ist gekennzeichnet durch einen Detektor nahe der Flugbahn der Tintentröpfchen, der diese im Flug erfaßt, durch eine Steuereinheit zum Einstellen der Erregungseinheit der Düse auf eine Intensität, die auf der Grundlage des Ausgangssignals des Detektors bestimmbar ist, so daß die kleinen Tintentröpfchen gleichmäßig an der Düse erzeugbar sind, und durch eine Phasenanpaßvorrichtung zur Korrektur der Erregungsintensität der Erregungseinheit der Düse auf der Grundlage des Ausgangssignals des Detektors, so daß der Zeitpunkt der Abtrennung der kleinen Tintentröpfchen mit der Phase eines Ladesignals zum elektrischen Laden der kleinen Tintentröpfchen zusammenfällt.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine größere Schnittansicht einer Düsenvorrichtung, die einen Teil eines Tintenstrahlschreibers bildet;

Fig. 2 Beziehungen zwischen der an ein elektrisch verformbares Element der Düsenvorrichtung angelegten Erregungsspannung und Flugphasen von Tintentröpfchen;

Fig. 3 eine charakteristische Beziehung zwischen der Erregungsspannung und der Länge eines am Austrittsende der Düse gebildeten Tintenstrahls ;

das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

ein Schaltbild, das Einzelheiten eines Hauptteils der Schaltung nach Fig. 4- zeigt; Signalverläufe zur Verdeutlichung der Beziehungen zwischen der Erregungsspannung, dem Ladespannungssignal und einem Ausgangssignal eines Detektors zum Erfassen von Tintentröpfchen;

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm, das Operationen einer Steuereinheit zum Einstellen einer vorbestimmten Erregungsspannung zwecks Erzeugung kleiner Tintentröpfchen aus der Düse durch schrittweises Ändern der Erregungsspannung über eine Anzahl Schritte zeigt;

Fig. 8a Signalverläufe des Ladespannungssignals

bis 8c und des Ausgangssignals des Detektors, das erzeugt wird, wenn die Erregungsspannung entsprechend dem Vorgehen nach Fig. 7 geändert wird;

Fig.	5
Fig.	6a
Fig.	6d
bis

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Fig. 9a charakteristische Beziehungen zwischen

bis 9d der Erregungsspannung und dem Ausgangssignal des Tröpfchendetektors, das erhalten wird durch Ändern der Erregungsspannung gemäß dem Vorgehen nach Fig. 7;

Fig. 10 Beziehungen zwischen bestimmten Adressen eines in der Steuerschaltung nach Fig. 4-enthaltenen Speichers und Signalen, die den Ausgangssignalen des Tröpfchendetektors entsprechen, die gemäß den Operationen nach Fig. 7 erhalten werden;

Fig. 11 ein Ablaufdiagramm von Operationen der Steuereinheit, die die Abtrennzeit der kleinen Tintentröpfchen in Koinzidenz mit der Phase des Ladespannungssignals bringt durch schrittweises Ändern der Erregungsspannung während einer Anzahl Schritte}

Fig. 12 Signalverläufe, die Beziehungen zwischen der Erregungsspannung, dem Ladesignal und dem Ausgangssignal bei den entsprechend Fig. 11 ausgeführten Operationen zeigen; und

Fig. 13a charakteristische Beziehungen zwischen der

bis 13f Erregungsspannung und dem Detektor-Ausgangssignal, das durch Ändern der Erregungsspannung nach Maßgabe der Operationen nach Fig. 11 erhalten wird.

Fig. 1 zeigt eine für die Durchführung der Erfindung eingesetzte Düsenvorrichtung mit einer Düse 1, der Tinte unter Druck aus einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) zugeführt wird. Um den Außenumfang der Düse 1 ist ein elektrisches Dehnungselement 4-, z. B. ein piezoelektrisches Element, angeordnet, das von einer Hochfrequenz-

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Energieversorgung 3 erregt und in Schwingungen versetzt wird, so daß es wiederum die in der Düse 1 enthaltene Tinte 2 in Schwingungen versetzt.

Die Düse 1 besteht aus einem Metallrohr 5 und einer Blendenplatte 7 mit einer Düsenöffnung 6 zum Ausstoßen von Tinte 2. Wenn eine HF-Spannung an das piezoelektrische Element k über Elektroden 8, die an dessen beiden Enden vorgesehen sind, von der HF-Spannungsversorgung 3 angelegt wird, wird Tinte 2 aus der Düse 1 durch die Düsenöffnung 6 in Form eines säulenartigen Tintenstrahls 9 ausgestoßen, der anschließend in Tintentröpfchen 10 kleiner Tröpfchengröße und Tintentröpfchen 11 großer Tröpfchengröße aufgebrochen wird.

Der Durchmesser der Düsenöffnung 6 wird im Hinblick auf die Punktgröße bestimmt, mit der eine Aufzeichnung herzustellen ist, während die Frequenz der an das piezoelektrische Element h zu dessen Erregung angelegten Spannung, die von der HF-Spannungsquelle 3 ausgeht, auf der Grundlage der erwünschten Aufzeichnungsgeschwindigkeit bestimmt wird. Nachdem die Austrittsöffnung und die Erregungsfrequenz einmal festgelegt sind, werden sie konstantgehalten.

Wenn die Amplitude der Ausgangsspannung der HF-Spannungsversorgung 3, d. h. die Amplitude der Erregungsspannung e, geändert wird, unterliegen die Art und Weise der Erzeugung der Tintentröpfchen und die Länge 1 des Tintenstrahls 9 Änderungen entsprechend den Fig. 2 und 3.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Beziehung zwischen den Betriebsarten für die Erzeugung der Tintentröpfchen und der Erregungsspannung e erläutert.

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Bei niedriger Erregungsspannung wrid eine Betriebsart a erhalten, in der die Fluggeschwindigkeit der kleinen Tröpfchen 10 geringer als diejenige der großen Tröpfchen 11 ist, so daß die großen Tintentröpfchen 11 während des Flugs die kleinen Tintentröpfchen 10 einholen und sich schließlich mit diesen vermischen. Die Betriebsart a wird als Langsam-Betriebsart bezeichnet.

Wenn die Amplitude der Erregungsspannung e gering erhöht wird, wird eine Betriebsart b erhalten (vgl. Fig. 2), bei der die Geschwindigkeiten der kleinen und der großen Tintentröpfchen 10 und 11 im wesentlichen gleich sind, so daß sie voneinander getrennt fliegen und sich nicht vermischen. Diese Betriebsart wird als Zwischengeschwindigkeits-Betriebsart bezeichnet.

Wenn die Amplitude der Erregungsspannung noch weiter erhöht wird, werden die Tintentröpfchen in einer Betriebsart c erzeugt. Dabei wird den kleinen Tintentröpfchen 10 eine höhere Geschwindigkeit als den großen Tintentröpfchen 11 erteilt. Infolgedessen holen die kleinen Tintentröpfchen 10 schließlich die großen Tintentröpfchen 11 ein und vermischen sich mit diesen. Dies wird als Hochgeschwindigkeits-Betriebsart bezeichnet,

Eine weitere Erhöhung der Amplitude der Erregungsspannung e resultiert in einer Betriebsart 3, bei der überhaupt keine kleinen Tintentröpfchen 10, sondern nur große Tintentröpfchen 11 erzeugt werden. Dieser Zustand wird als Betriebsart ohne kleine Tröpfchen bezeichnet.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Erregungsspannung e, der Länge 1 des Tintenstrahls 9 und den Tintenstrahlerzeugungs-Betriebsarten a, b, c und d. Es ist ersichtlich,

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daß mit zunehmender Erregungsspannung e die Länge 1 des Tintenstrahls 9 kurzer wird, während sich die Tintentröpfchenerzeugungs-Betriebsarten nacheinander von der Betriebsart zur Betriebsart d ändern.

Die vorstehend erläuterte Erscheinung ist dadurch zu erklären, daß eine Erhöhung der Erregungsspannung eine entsprechende · Steigerung der Erregung mit sich bringt, mit der die aus der Düse 1 austretende Tinte beaufschlagt wird, und damit eine entsprechend intensivierte Anfangsvibration, die in dem Tintenstrahl oder der Masse 9 auftritt, so daß die Geschwindigkeit, mit der der Tintenstrahl periodisch verengt wird, erhöht wird; dadurch wird die Zeit, die benötigt wird, um Tinte 2 aus der Düsenöffnung 6 in Form des säulenförmigen Tintenstrahls 9 auszustoßen und sie einzeln in die Tintentröpfchen aufzubrechen, verkürzt.

Andererseits erfolgt die Abtrennung der kleinen Tröpfchen 10 von den Tintenstrahl 9 synchron mit der Frequenz der von der HF-Spannungsversorgung 3 an das piezoelektrische Element 4- angelegten Erregungsspannung e. Infolgedessen kann die Taktphase 0 zum Abtrennen der Tintentröpfchen 10 als eine Funktion der Erregungsspannung e geändert und damit in einem Bereich von 0-2i7 der Erregungsperiode,

Somit ist also nachgewiesen, daß die kleinen Tintentröpfchen 10 positiv durch entsprechendes Einstellen der Stärke der Vibrationserregung, die einer aus der Düse 1 austretenden Tintenmasse erteilt wird, erzeugbar sind und daß die Aufzeichnung mit den kleinen Tintentröpfchen gleichbleibend mit hoher Zuverlässigkeit gewährleistet werden kann, indem die Abtrerinzeit des Tröpfchens von dem ausgestoßenen Tintenstrahl in genaue Koinzidenz mit der Phase eines aufzuzeichnenden Informationssignals gebracht wird .

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Ausgehend von dieser nachgewiesenen Tatsache wird gemäß der Lehre der Erfindung vorgeschlagen zu erfassen, daß Paare von großen und kleinen Tintentröpfchen zuverlässig erzeugt werden, die an das piezoelektrische Element angelegte Erregungsspannung so einzustellen, daß die Erregungsstärke der Düse in einem Bereich liegt, in dem kleine Tintentröpfchen erzeugt werden, zu prüfen, daß die kleinen Tintentröpfchen tatsächlich ohne Ausfall ausgestoßen werden, die an die Düse angelegte Erregungsstärke so zu korrigieren oder neu einzustellen, daß die Phase des Informationssignals mit dem Erzeugungsoder Abtrennzeitpunkt der kleinen Tintentröpfchen koinzidiert, und anschließend zu prüfen, daß die Abtrennung der kleinen Tröpfchen in Koinzidenz mit der Phase des Informationssignals zufriedenstellend erfolgt.

Nach Fig. *l·, die ein Blockschaltbild eines Hauptteils des Tintenstrahlschreibers ist, sind Ladeelektroden 12 in einer Lage angeordnet, in der die Tintentröpfchen von dem Tintenstrahl 9, der aus dem vorspringenden Ende der Düse 1 ausgestoßen wird, abgetrennt werden. Die Tintentröpfchen 10 und 11 erhalten somit eine elektrische Ladung, deren Größe proportional der Größe der an die Ladeelektroden 12 angelegten Spannung ist.

Die elektrisch geladenen Tintentröpfchen 10 und 11 durchfließen anschließend einen zwischen Ablenkplatten I^ gebildeten Raum; die Ablenkplatten l£f sind mit einer Hochgleichspannungsversorgung 13 verbunden, so daß die Tintentröpfchen 10 und 11 in Abhängigkeit von der ihnen erteilten elektrischen Ladung abgelenkt werden und dann auf einen Aufzeichnungsträger 15 auftreffen.

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Diejenigen Tintentröpfchen, die für die Aufzeichnung nicht brauchbar sind (d. h. solche, die nicht oder nur unzureichend geladen wurden), werden von einer Auffangvorrichtung 16 rückgewonnen.

Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf Fig. 5 wird nachstehend eine Steuerschaltung zum Steuern der dem piezoelektrischen Element 4- zugeführten Erregungsspannung und einer den Ladeelektroden 12 zugeführten Signalspannung erläutert.

Der Ausgang eines Sinusgebers 21 wird dem piezoelektrischen Element 4- über eine Multiplizierstufe 22 und einen Erregungsverstärker 23 zugeführt.

Die Multiplizierstufe 22 besteht aus einem Multiplizierer MTP und einem Rechenverstärker IC, (vgl. Fig. 5). Der Multiplizierer MTP umfaßt Eingänge X und Y und Ausgänge +XY und -XY. Das Ausgangssignal des Sinusgebers 21 wird einem Eingang X zugeführt, und dem anderen Eingang Y wird ein Ausgangssignal von einem Digital-Analog-Umsetzer bzw. DAU 24· zugeführt.

Der DAU Zk hat eine 8-Bit-Kapazität. Wenn ein Digitalsignal mit 8 Bits (logische "0" und/oder "1") an die acht Eingänge des DAU 24· angelegt wird, wird ein dem digitalen Eingangssignal entsprechendes analoges Ausgangssignal als eine am Widerstand R, auftretende Spannung erhalten. Z. B, kann der DAU 24 so ausgelegt sein, daß, wenn acht Bits des digitalen Eingangssignals sämtlich eine logische "0" sind, das analoge Ausgangssignal 0 V ist, wogegen bei einem digitalen Eingangssignal, dessen acht Bits sämtlich logische "1" sind, das analoge Ausgangs-Spannungssignal von 1 V erhalten wird.

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Da der Wert des Ausgangssignals der Multiplizierstufe 22 entsprechend dem Wert des Eingangssignals änderbar ist, kann man sagen, daß die Multiplizier stufe 22 zusammen mit dem DAU 24 einen programmierbaren Verstärker bildet.

Der Eingang zum DAU 24 wird von einem Steuerteil 25 gesteuert, der eine Steuervorrichtung CD aufweist mit einer Zentraleinheit bzw. ZE, einem Festwertspeicher bzw. ROM, einem Direktzugriffsspeicher bzw. RAM sowie EinAusgabe-Schnittstellenbausteinen und peripheren Anpassungsschaltungen bzw. PIA (vgl. Fig. 5). Die Steuervorrichtung kann ein üblicher Mikrocomputer sein.

Die Steuervorrichtung CD und die peripheren Anpassungsschaltungen oder PIA sind miteinander durch eine Steuerleitung bzw. CL, einen Adressenbus bzw. AB und einen Datenbus bzw. DB verbunden. Da die PIA wahlweise in Abhängigkeit von den Zuständen der Steuerleitung CL als Ein- oder Ausgangsleitungen verwendbar sind, wird ein vorbestimmtes Digitalsignal aus der Steuervorrichtung CD über Ausgangsleitungen PA₀-PA₇ zum Steuern des Eingangs zum DAU 24 erhalten.

Ein Detektor 26, der die Größe der von den Tintentröpfchen mitgeführten elektrischen Ladung erfaßt, besteht aus Signalelektroden P und einer Abschirmelektrode P , die auf einem Keramiksubstrat C. ausgebildet sind (vgl. Fig. 5, wobei auch auf Fig. 4 Bezug genommen wird). Wenn das elektrisch geladene Tintentröpfchen den Detektor 26 in Richtung des Strichlinienpfeils durchfliegt, wird in der Signalelektrode P unter dem Einfluß der elektrischen Ladung des fliegenden Tintentröpfchens eine Signalspannung induziert. Diese Signalspannung wird als Erfassungssignal entnommen.

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Das Ausgangssignal des Detektors 26 wird als Eingangssignal einem Transistor FET einer Signalverarbeitungseinheit 27 zugeführt und wird einer Verstärkung und einem Pegelvergleich in einem Rechenverstärker IC- und einem Umsetzer IC-, der Signalverarbeitungseinheit 25 unterworfen und in ein Ausgangssignal mit vorbestimmter Größe umgesetzt.

Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 27 wird den Eingangsleitungen (PA_n-PA₇) der peripheren Anpassungsschaltung PIA₂ zugeführt, so daß die Anwesenheit oder Abwesenheit des Erfassungssignals bestimmt wird.

Das Ausgangssignal des Sinusgebers 21 wird dem Eingang eines Signalformers 28 zugeführt, der aus einem Schmitt-Trigger IC^ und einem Multivibrator IC₅ besteht, so daß die sinusförmige HF-Spannung in ein digitales EIN-AUS-Signal umgesetzt wird, das dann einer Informationssignalquelle 29 zugeführt wird.

Die Informationssignalquelle 29 besteht aus einem Digital-Analog-Umsetzer D/A- und einem Rechenverstärker IC^. Das Ausgangssignal des Steuerteils 25, das auf den Ausgangsleitungen PB^-PB₇ der peripheren Adapterschaltung PIA, erscheint, wird dem DAU D/Ap zusammen mit dem Ausgangssignal des Signalformers 28 zugeführt, wobei letzteres selektiv angelegt wird, so daß als Ausgangssignal der Informationssignalquelle 29 ein vorbestimmtes Informationssignal erhalten wird.

Das Ausgangssignal der Informationssignalquelle 29 wird auf eine Spannung mit vorbestimmter Größe durch einen Videoverstärker 30 verstärkt und dann den Ladeelektroden 12 zugeführt.

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Vorstehend wurde eine Anordnung zur Durchführung der Erfindung erläutert. Nachstehend wird ein Verfahren zum Erfassen der Tintentröpfchen-Erzeugung unter Bezugnahme auf die Fig. 6a-d erläutert.

Fig. 6a zeigt das Ausgangssignal der Erregungsverstärkers 23, dessen Amplitude auf die Erregungsspannung e^ von Fig. 3 eingestellt ist. Infolgedessen sind sämtliche aus der Düse 1 ausgestoßenen Tintentröpfchen groß, d. h. es werden nur Tintentröpfchen 11 gebildet.

Wenn nun ein Ladesignal E, mit negativer Polarität zur Erfassung der Tintentröpfchen gemäß Fig. 6b an die Ladeelektrode 12 angelegt wird, wodurch die großen Tintentröpfchen geladen werden, werden diese mit positiver Polarität geladen.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Impulsdauer t des Ladesignals E, so gewählt ist, daß t = 128T = 1 ms, wobei T eine Dauer der Erregungsspannung e, bezeichnet.

Das so geladene Tintentröpfchen 11 wird durch die Ablenkelektroden 14· abgelenkt und fliegt in der Nähe des Detektors 26 vorbei, so daß am Ausgang des Detektors 26 ein Erfassungssignal entsprechend Fig. 6c erhalten wird.

Das Ausgangssignal des Detektors 26 wird relativ zu dem Ladesignal E, um eine Dauer Tg verzögert. Wenn der Abstand zwischen der Düse 1 und dem Detektor 26 gleich 4-0 mm gewählt wird unter der Voraussetzung, daß die Fluggeschwindigkeit des großen Tintentröpfchens 11 4-0 m/s ist, ist die Verzögerungsdauer T^ gleich 1 ms.

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Das Ausgangssignal des Detektors 26 wird in dem Signalformer 27 zu der Signalform nach Fig. 6d geformt und dann dem Eingang der peripheren Anpassungsschaltung PIA- des Steuerteils 25 zugeführt.

Wenn zu diesem Zeitpunkt in der Düse 1 eine Verstopfung auftritt, so daß keine großen Tintentröpfchen 11 erzeugt werden, erzeugt der Detektor 26 kein Erfassungs-Ausgangssignal, und dem Steuerteil 25 wird somit kein Eingang zugeführt. Unter diesen Bedingungen erfaßt der Steuerteil 25 eine Abweichung und signalisiert einen Abweichungszustand mittels eines Alarmsystems (nicht gezeigt).

Mit Hilfe des vom Detektor 26 erzeugten Erfassungssignals wird geprüft, ob die großen Tintentröpfchen 11 von der Düse 1 synchron mit der Periode T der Erregungsspannung e, erzeugt werden. Dann geht der Prozeß zum folgenden Schritt weiter.

Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung einer Routine zur Erfassung eines Bereichs, in dem die kleinen Tintentröpfchen 10 durch Ändern der Größe der an das piezoelektrische Element A- angelegten Erregungsspannung e erzeugt werden. Zu diesem Zweck werden von dem Steuerteil 25 auf einer schrittweisen Basis Digitalsignale "00" bis "FO" (in sedezimaler Darstellung) nacheinander erzeugt und nach Umsetzung in Analogsignale durch den DAU Zk- durch die Multiplizier stufe 22 zum Verstärker 23 geleitet, dessen Ausgangssignal somit die sich ändernde Erregungsspannung e ist.

Der Bereich, innerhalb dessen die Erregungsspannung e geändert wird, ist so eingestellt, daß er sämtliche Betriebsarten a-d nach Fig. 3 umspannt. Im Fall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 ist die Anordnung so getroffen,

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daß die Erregungsspannung e in sechzehn Schritten durch schrittweises Erhöhen des Werts des dem DAU 24- zuqeführten Digitalsignals um "10" von "00" bis "FO" geändert werden kann.

Unter der Voraussetzung, daß der Durchmesser der Düsenöffnung 6 60 um ist, daß die Erregungsfrequenz 128 kHz ist

und daß der Tintendruck 10 kg/cm beträgt, wird die Erregungsspannung e schrittweise in sechzehn Schritten in einem Bereich von 5-4-0 V geändert.

In dem Ablaufdiagramm nach Fig. 7 wird die Erregungsspannung e zuerst auf "00" (vgl. Fig. 8a) eingestellt, während das Ladespannungssignal E- zum Erfassen der Tintentröpfchen, das eine Impulsdauer t = 1 ms (vgl. Fig. 8a) hat, an die Ladeelektroden 12 angelegt wird, um die Tintentröpfchen elektrisch zu laden.

Es ist zu beachten, daß nur die kleinen geladenen Tintentröpfchen 10 von dem Detektor 26 in dieser Phase erfaßt werden können. Ferner ist das Verhältnis der Ablenkung der kleinen Tröpfchen 10 zu der Ablenkung der großen Tröpfchen 11 bei gleicher Größe des Ladesignals E~ ca. 9:1. Unter diesen Bedingungen wied das Ladesignal E-so gewählt, daß E_?< E,.

Die durch das Ladesignal E~ elektrisch geladenen kleinen Tintentröpfchen 10 fliegen am Detektor 26 vorbei. Dagegen werden die großen Tintentröpfchen praktisch nicht abgelenkt und werden von der Auffangvorrichtung 16 rückgewonnen .

Auf diese Weise ist es möglich, die An- oder Abwesenheit der kleinen Tintentröpfchen 10 mittels des Detektors 26 zu erfassen, dessen Ausgangssignal dann in einem Speicher des Steuerteils 25 gespeichert wird.

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Fig. 8c zeigt das Ausgangssignal des Detektors 26 wie vorstehend angegeben, und Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Erregungsspannung e (in sedezimaler Darstellung) und dem Ausgangssignal des Detektors 26. Es wurde gefunden, daß der Detektor 26 das kleine Tintentröpfchen 10 nicht erfassen kann, wenn die Erregungsspannung e im Bereich von "00" bis "30" liegt und wenn sie über den Pegel "DO" hinausgeht.

Es ist somit von Bedeutung, die Erregungsspannung in einem Bereich von ¹¹A-O" bis "CO" entsprechend Fig. 9a einzustellen, um sicherzustellen, daß das kleine Tintentröpfchen 10 bestimmt erzeugt wird und daß ein Vermischen des kleinen Tröpfchens 10 mit dem großen Tröpfchen 11 so lange wie möglich bei geeigneter Erregung der Düse 1 verhindert wird.

Die vorstehende Erläuterung bezieht sich auf den Fall, daß die an das piezoelektrische Element 4- der Düse 1 angelegte Erregungsspannung richtig eingestellt ist. Wenn die Erregungsspannung nicht richtig eingestellt ist, können Situationen auftreten, in denen das Ausgangssignal des Detektors 26 den Verlauf entsprechend den Fig. 9b-9d hat.

Im Fall von Fig. 9b kann der Detektor das kleine Tintentröpfchen 10 selbst dann nicht erfassen, wenn die Erregungsspannung e über sechzehn Schritte "00" bis "FO" geändert wird. Dies ist der Fall, wenn die Stärke der Erregung entweder zu schwach oder zu stark ist.

Im Fall von Fig. 9c ist das kleine Tintentröpfchen 10 noch vorhanden und wird auch dann vom Detektor 26 erfaßt, wenn die Erregungsspannung e auf "FO" eingestellt ist. Dies ist der Fall, wenn die Erregungsstärke schwach ist.

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Dagegen wird im Fall von Fig. 9d das kleine Tintentröpfchen 10 sogar noch auf dem Pegel "00" der Erregungsspannung e erfaßt, und /war, weil die Hrregungsstärke zu groß ist.

Um unerwünschte Situationen wie gemäß den l'ly. 9b-d /u vermeiden, ist es unabdingbar, die Beziehung zwischen der Erregungsspannung e und dem Ausgangssignal des Detektors entsprechend Fig. 9a herzustellen, indem der Verstärkungsgrad des Erregungsverstärkers 23 und der Multiplizierstufe 22 korrekt so eingestellt werden, daß der Erregungsverstärker 23 das geeignete Ausgangssignal erzeugt.

Fig. 10 zeigt Beziehungen zwischen Speicheradressen und dort gespeicherten Inhalten in einem Speicher des Steuerteils 25 zum Speichern der Ausgangssignale des Detektors 26. Wenn das Erfassungssignal z. B. entsprechend Fig. 9a vom Detektor 26 erzeugt wird, wird dieses Signal sequentiell in dem Speicher an den jeweiligen Adressen "XXXO" bis "XXXF" in den gleichen digitalen Größen wie die Erregungsspannungen e gespeichert. Selbstverständlich wird bei Abwesenheit eines Erfassungssignals "00" an den zugehörigen Adressen gespeichert.

Wir aus lh). 9a ersichtlich ist., erqibt «sich der (|h'lehmäßigste Betrieb, wenn die Lrregungsspannung e auf einen Zwischenwert im Bereich von "40" bis "CO" eingestellt ist. Nachdem also eine Periode ("00" bis "FO") der Abtast operation beendet ist, wird der Zwisehenwert für die optimale I rre<jun(jssp<inntimj bestimmI durch Rechenvorqänge , die tiuf ucf (iruhtl I rujti tint Ι.ι··|οΙ»π ΐ .'iijt; dt'f AbJ ιΐί> I ·>|>γ ι ·ι I ί υιι ausgeführt werden.

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Z. B. kann im Fall von Fig. 10 die optimale Erregungsspannung wie folgt bestimmt werden:

^-^* — ^rU _ it/. r\ if if ο Λ Il

Nachdem der Bereich der Erregungsspannung zum Erzeugen der kleinen Tintentröpfchen 10 entsprechend Fig. 9a sowie die optimale Erregungsspannung bestimmt sind, wird geprüft, daß die kleinen Tintentröpfchen tatsächlich erzeugt werden.

Nachstehend wird die Phasenanpassungs-Operation zur Steuerung der Beziehung zwischen dem Informationssignal und den kleinen Tröpfchen 10, die nach Maßgabe des Informationssignals zu laden sind, unter Bezugnahme auf die Fig. 11-13 erläutert.

Fig. 11 ist ein Ablaufdiagramm der Operationen zum Bestimmen des Bereichs der Erregungsspannung, in dem die kleinen Tintentröpfchen 10 richtig geladen werden können, indem der Abtrennzeitpunkt der kleinen Tintentröpfchen an die Phase des Ladesignals angepaßt wird. Zuerst wird die Erregungsspannung e auf den vorgenannten Optimalwert "80" eingestellt (vgl. Fig. 12(a)), so daß das piezoelektrische Element 4 erregt wird.

Dann wird an die Ladeelektroden 12 ein Ladespannungssxgnal E-. angelegt, so daß die kleinen Tintentröpfchen 10 geladen werden. Die Ladung der so geladenen kleinen Tintentröpfchen 10 wird dann vom Detektor 26 erfaßt. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die Impulsdauer 0C des Ladespannungssignals E, zum Laden der kleinen Tintentröpfchen 10 nicht größer als die Erregungsperiode T sein sollte, da sonst auch das große Tintentröpfchen 11 durch

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das Ladespannurujssignal L-. geladen wird, weil während der Lrregungsperiode T das große und das kleine Tintentröpfchen 10 und 11 als Tröpfchenpaar erzeugt werden, was
unerwünschte Folgen hat.

Angesichts der vorgenannten Überlegungen wird die
Impulsdauer ΊΧ des Ladespannungssignals E.. so gewählt,
daß T/8 -£ (X < 1/2 ist. Im Fall des gezeigten Ausführungsbeispiels ist die Impulsdauer (X gleich T/2 eingestellt.

Ferner ist zu erwähnen, daß der Steuerteil 25 128 Impulse erzeugt, um 128 kleine Tintentröpfchen durch das Ladespannungssignal E-, zu laden.

Wenn der Zeitpunkt, zu dem die kleinen Tintentröpfchen 10 von dem Tintenstrahl 9 abgetrennt werden (also der Abtrennzeitpunkt), mit der Phase des Ladespannungssignals
E-, zusammenfällt, wird die elektrische Ladung der kleinen Tröpfchen 10 von dem Detektor 26 mit einer Verzögerung von Tu entsprechend Fig. 12(c) erfaßt.

Die An- oder Abwesenheit des Ausgangssignals des Detektors 26 wird durch den Steuerteil 25 bestimmt. Wenn das Erfassungssignal vorhanden ist, wird die Erregungsspannung nacheinander schrittweise um "01" erhöht, während geprüft wird, ob die Erregungsspannung "CO" übersteigt. Wenn dies der
Fall ist, wird eine Abweichung festgestellt. Wenn dagegen die Erregungsspannung "CO" nicht übersteigt, wird das Ladespannungssignal E-, angelegt, und die An- oder Abwesenheit des Ausgangssignals des Detektors 26 wird geprüft.

Die Fig. 13a-f zeigen Beziehungen zwischen dem Ausgangssignal des Detektors 26 und der Erregungsspannung e. Die
Beziehung nach Fig. 13a trifft auf den ^aIl zu, in dem
die Erregungsspannung e "80" ist und der Abtrennzeitpunkt

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der kleinen Tröpfchen 10 mit der Phase des Ladespannungssignals E₃ übereinstimmt. Wenn die Erregungsspannung e erhöht wird, wird die Geschwindigkeit, mit der die Abtrennung der kleinen Tröpfchen 10 erfolgt, entsprechend erhöht, bis das Ausgangssignal des Detektors 26 verschwindet infolge einer Fehlanpassung zwischen dem Abtrennzeitpunkt der kleinen Tröpfchen 10 und der Phase des Ladespannungssignals; eine solche Fehlanpassung tritt im Bereich der Erregungsspannung von "82" bis "89" auf.

Eine weitere Erhöhung der Erregungsspannung e bis zum Bereich von "8A" bis "9A-" hat zur Folge, daß das Erfassungssignal wieder erzeugt wird. Diese Erhöhung der Erregungsspannung e entspricht, wie festgestellt wurde, einem Wert von ca. 1-2 V.

Der Bereich der Erregungsspannung e von "8A" bis "94" wird in dem in dem Steuerteil 25 vorgesehenen Speicher gespeichert für die Korrektur der Erregungsspannung e. Der korrigierte Wert kann wie folgt bestimmt werden:

"8OA" = "8F".

Auf diese Weise kann der Optimalwert für die Erregungsspannung e, der zuverlässig die Anpassung zwischen Abtrennpunktzeitpunkt und Phase gewährleistet, durch Korrektur der auf "80" eingestellten Erregungsspannung auf "8F" erhalten werden.

Fig. 13b zeigt den Fall, in dem der Abtrennzeitpunkt der kleinen Tröpfchen 10 nicht mit der Phase des Ladespannungssignals bei der auf "80" eingestellten Erregungsspannung koinzidiert. Infolgedessen wird die Erregungsspannung e

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erhöht, so daß der Detektor 26 bei der Erregungsspannung im Bereich von "86" bis "90" das Ausgangssignal erzeugt. Auf der Basis dieses Bereichs der Erregungsspannung wird der Optimalwert rechnerisch wie folgt durch den Steuerteil 25 bestimmt:

"90" -

Es ist nunmehr ersichtlich, daß der Bereich der Erregungsspannung, in dem der Abtrennzeitpunkt der kleinen Tintentröpfchen 10 mit der Phase des Ladespannungssignals E-. übereinstimmt, bestimmt wird und daß anschließend die Erregungsspannung e auf einen Mittelwert des so bestimmten Bereichs eingestellt wird, so daß die erwünschte Anpassung zwischen Abtrennzeitpunkt und Phase automatisch erzielbar ist.

Die Beziehungen nach den Fig. 13a und 13b basieren auf der Annahme, daß Normalbetrieb stattfindet. Es können jedoch auch abweichende Situationen entsprechend den Fig. 13c-f auftreten.

Fig. 13c zeigt den Fall, in dem der Detektor 26 bei jeder erhöhten Erregungsspannung e kein Ausgangssignal erzeugt. Wenn in diesem Fall die Erregungsspannung "CO" übersteigt, wird entschieden, daß das kleine Tintentröpfchen nicht mehr erzeugt wird, auch wenn die Erregungsspannung weiter erhöht wird, so daß ein eine Abweichung anzeigender Alarm ausgelöst wird (vgl. das Ablaufdiagramm nach Fig. 11).

Im Fall von Fig. 13d verschwindet das Ausgangssignal des Detektors 26 nicht, auch wenn die Erregungsspannung e erhöht wird.

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Im Fall von Fig. 13e ist das Ausgangssignal des Detektors 26 anfangs vorhanden, aber wenn die Erregungsspannung über einen bestimmten Pegel erhöht wird, kann kein Ausgangssignal vom Detektor 26 erhalten werden. Dagegen zeigt Fig. 13f den Fall, in dem zu Beginn der Erregungsspannung kein Erfassungssignal erhalten wird, während das Ausgangssignal des Detektors 26 weiter erzeugt wird, wenn die Erreyungsspannung c über einen bestimmten Pegel erhöht wird. Unter diesen Umständen wird von dem Steuerteil 25 entschieden, ob die Zustände nach den Fig. 13c-f weiter bestehen, wenn die erhöhte Erregungsspannung e den Pegel "CO" übersteigt. Wenn ja, dann wird ein Alarmsignal erzeugt. Schließlich wird die korrigierte optimale Erregungsspannung eingestellt. Dann wird mit Hilfe des Ausgangssignals des Detektors 26 bestätigt, ob das kleine Tintentröpfchen 10 aufgrund des Ladespannungssignäls E-. zuverlässig geladen wird. Wenn ja, wird das Ladespannungssignal E, dgrch das Informationssignal ersetzt, so daß die Aufzeichnung mit den kleinen Tintentröpfchen erfolgen kann.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich ist, ist die Lehre der Erfindung darin zu sehen, daß der Bereich der Erregungsspannung, in dem die kleinen Tintentröpfchen gleichmäßig von der Düse erzeugt werden können, automatisch durch Nutzung des Ausgangssignals des Detektors zur Erfassung der Erzeugung der Tintentröpfchen bestimmt wird, und daß, um den Abtrennzeitpunkt der kleinen Tintentröpfchen mit der Phase des Informationssignals in Übereinstimmung zu bringen, die Stärke der der Düse erteilten Erregung auf der Basis des Ausgangssignals des Detektors korrigiert wird, wodurch die kleinen Tintentröpfchen gleichmäßig und positiv erzeugt werden und mit erhöhter Zuverlässigkeit nach Maßgabe des Informationssignals geladen werden können.

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Claims

Ansprüche

( 1.!Tintenstrahlschreiber
;=mi

einer Düse, der Tinte unter Druck zuführbar ist und die kleine und große Tintentröpfchen paarweise, aus einer an ihrem Vorderende befindlichen Düsenöffnung ausstößt,

- mit einer Erregungseinheit für die Düse, die die in der Düse befindliche Tinte mit Vibrationen synchron mit einer Erregungsfrequenz von einer HF-Spannungsversorgung beaufschlagt,

- mit einer Ladeeinheit, die an einer Stelle angeordnet ist, an der die aus dem Düsenvorderende ausgestoßene Tinte in einzelne Tintentröpfchen aufgebrochen wird, und die die Tintentröpfchen gemäß einem Informationssignal elektrisch auflädt, und

- mit einer Ablenkvorrichtung zum Ablenken der geladenen Tintentröpfchen in Abhängigkeit der Größe ihrer Ladung,

gekennzeichnet durch

- einen Detektor (26) nahe der Flugbahn der Tintentröpfchen (10, 11), der diese im Flug erfaßt,

- eine Steuereinheit (25) zum Einstellen der Erregungseinheit (4) der Düse (1) auf eine Intensität, die auf der Grundlage des Ausgangssignals des Detektors (26) bestimmbar ist, so daß die kleinen Tintentröpfchen (10) gleichmäßig an der Düse (1) erzeugbar sind, und

- eine Phasenanpaßvorrichtung zur Korrektur der Erregungsintensität der Erregungseinheit (4) der Düse (1) auf der Grundlage des Ausgangssignals des Detektors (26)_f

81-(A 5343-02)-Schö

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- so daß der Zeitpunkt der Abtrennung der kleinen Tintentröpfchen (10) mit der Phase eines Ladesignals zum elektrischen Laden der kleinen Tintentröpfchen (10) zusammenfällt.

2. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuereinheit aufweist:

- eine Einheit zum stufenweisen Einstellen der Erregungsstärke der Erregungseinheit (4) der Düse (1) auf einer Mehrzahl Pegel,

- einen Ladesignalgeber zum aufeinanderfolgenden Aufladen einer Mehrzahl der aus der Düse (1) ausgestoßenen Tintentröpfchen, und

- eine Einheit zum Einstellen der Erregungsintensität auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, der auf der Grundlage des Ausgangssignals des Tintentröpfchen-Detektors (26) bestimmt ist, so daß die kleinen Tintentröpfchen (IQ) erzeugbar sind.

3. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Steuereinheit den vorbestimmten Bereich so einstellt, daß er

- zwischen der Erregungsstärke eines solchen Pegels, bei dem das Ausgangssignal des Tintentröpfchen-Detektors (26) aufgrund der geladenen kleinen Tintentröpfchen (10) erzeugt wird,

und

- der Erregungsstärke eines Pegels, der um wenigstens einen Pegel vor dem Pegel liegt, bei dem das Ausgangssignal des Detektors (26) in einer einzigen Abtastperiode der Erregungsintensität-Anderung der Erregungseinheit der Düse (1) auf mehreren Pegeln verschwindet,

liegt.

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ή·. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Impulsdauer (C*) des Ladesignals zum elektrischen Laden der kleinen Tintentröpfchen (10) so eingestellt ist, daß T/8 <£ ι*-£ T/2,

- mit T = ein periodisches Zeitintervall, in dem das

kleine Tintentröpfchen (10) erzeugt wird.

5. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Korrekturbereich der von der Phasenanpaßeinheit durchgeführten Korrektur der Erregungsstärke so eingestellt ist, daß er

- zwischen der Erregungsstärke eines Pegels, bei dem die Größe der elektrischen Ladung des kleinen Tintentröpfchens (10) von dem Detektor (26) erfaßt wird, der auf einen Pegel folgt, bei dem die Größe der elektrischen Ladung des Tintentröpfchens nicht erfaßt wurde ,

und

- der Erregungsstärke eines Pegels, der demjenigen vorausgeht, bei dem das Ausgangssignal des Detektors (26) verschwindet,

liegt,

- wenn die Erregungsstärke auf mehreren Pegeln, beginnend mit einem von der Steuereinheit eingestellten Grund-Erregungsstärkepegel, eingestellt wird.

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