DE3232441A1 - Circuit arrangement for controlling the speed of the droplets in an ink-printing mechanism - Google Patents

Circuit arrangement for controlling the speed of the droplets in an ink-printing mechanism

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Abstract

At high ejection frequencies, the speed of the ink droplets in an ink matrix printing mechanism can deviate considerably from the set value although the voltage pulses, which are applied to the print-producing piezo element of the print head and are responsible for the speed of the droplets, are of a constant magnitude. Therefore, in a compensation circuit the ejection frequency is determined from successive voltage pulses and compared with the limit values of a permissible area in which compensation is to take place. The compensation is achieved by a corresponding change in the magnitude of the voltage pulses.

Description

Schaltungsanordnung zur Regelung der TropfengeschwindigkeitCircuit arrangement for regulating the drop speed

in einem Tintenschreibwerk Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.in an ink pen The invention relates to a circuit arrangement of the type specified in the preamble of claim 1.

Das Funktionsprinzip von Schreibwerken oben genannter Art beruht darauf, daß die Tinte aus einem Tintenbehälter einer Kammer im Tintenschreibkopf (wie z. B. aus DE-PS 21 64 614 bekannt) zugeführt und durch ein beispielsweise piezoelektrisches Element bei Anlegen eines Spannungsimpulses aus einem als Düse wirkenden Spritzkanal auf einen Aufzeichnungsträger gespritzt wird. Das Piezoelement ist zu diesem Zweck derart im Schreibkopf angeordnet, daß bei seiner Aktivierung durch Anlegen des Spannungsimpulses ein kurzzeitiger Druckanstieg in der Kammer erzeugt wird. Auf dem Aufzeichnungsträger entsteht durch den aus dem Spritzkanal austretenden Tintentropfen ein Punkt, und aus mehreren solcher in Reihen und Spalten angeordneter Punkte können alpha/numerische Zeichen in einer Rasterstruktur dargestellt werden. Hierzu kann in bekannter Weise ein Schreibkopf mit nur einem Spritzkanal verwendet werden, der nacheinander in die verschiedenen, zur Erstellung des abzubildenden Zeichens erforderlichen Positionen gebracht wird, oder auch ein Schreibkopf mit mehreren, getrennt ansteuerbaren Spritzkanälen, mit dem mehrere Punkte im Zeichenraster - abhängig vom jeweils abzubildenden Zeichen - jeweils gleichzeitig erzeugt werden können. Zur folgerichtigen und rechtzeitigen Ansteuerung der Spritzkanäle ist eine Steuerschaltung mit einem Zeichengenerator erforderlich, der die Ansteuerinformationen für die darstellbaren Zeichen enthält und nach dessen Maßgabe die Spannungsimpulse über eine Schreibendstufe an das oder die Piezoelemente des Schreibkopfes anlegbar sind.The functional principle of writing mechanisms of the type mentioned above is based on that the ink from an ink container of a chamber in the ink recording head (such. B. from DE-PS 21 64 614 known) and supplied by an example piezoelectric Element when a voltage pulse is applied from a spray channel acting as a nozzle is sprayed onto a recording medium. The piezo element is for this purpose so arranged in the write head that when it is activated by applying the voltage pulse a brief pressure increase is generated in the chamber. On the recording medium a point is created by the ink droplet emerging from the spray channel, and from several such points arranged in rows and columns, alpha / numeric Characters are represented in a grid structure. This can be done in a known manner a print head with only one injection channel can be used, which are successively inserted into the various positions required to create the character to be mapped is brought, or a write head with several, separately controllable spray channels, with the multiple points in the character grid - depending on the character to be depicted - can be generated at the same time. To be consistent and timely The control of the spray channels is a control circuit with a character generator required, which contains the control information for the characters that can be displayed and in accordance with this, the voltage pulses via a write output stage to the or the Piezo elements of the write head can be applied.

Um ein gleichmäßiges Schriftbild mit Punkten gleicher Größe und Farbintensität zu erhalten und eine Gefährdung des Schreibkopfes durch eine unzulässig hohe Spritzenergie zu vermeiden, ist es bei solchen Schreibwerken erforderlich, daß die Austrittsgeschwindigkeit der Tintentropfen aus den Spritzkanälen innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches annähernd konstant bleibt. Das ist aber bei höheren Spritzfrequenzen, wie sie bei schnellen Schreibwerken gefordert werden, nicht gewährleistet.A uniform typeface with dots of the same size and color intensity and a risk to the print head from an inadmissibly high injection energy To avoid it, it is necessary with such writing mechanisms that the exit speed the ink droplets from the spray channels within a certain tolerance range remains approximately constant. But this is at higher spray frequencies, as they are at fast writing is required, is not guaranteed.

Hier treten, bedingt durch ein bei höheren Spritzfrequenzen starkes Eigenschwingverhalten der Tintenflüssigkeit im Spritzkanal und der Kammer, das dazu führt, daß ein ausgelöster Spritzimpuls einmal auf eine in Spritzrichtung schwingende, ein anderes Mal auf eine entgegengesetzt schwingende Flüssigkeitssäule einwirkt, erhebliche Abweichungen von der vorgesehenen Tropfengeschwindigkeit auf.Kick here, due to a strong force at higher spray frequencies Self-oscillation behavior of the ink liquid in the spray channel and the chamber, that goes with it leads to the fact that a triggered injection pulse is triggered once on a vibrating in the direction of injection, another time acts on a column of liquid oscillating in the opposite direction, significant deviations from the intended drop speed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der die Tropfengeschwindigkeit in Tintenschreibwerken der eingangs genannten Art auch bei erhöhter Spritzfrequenz einen zulässigen Toleranzbereich nicht verläßt.The invention is based on the object of creating an arrangement with which the drop speed in ink writing mechanisms of the aforementioned Art does not leave a permissible tolerance range even with increased spraying frequency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features in the identifier of claim 1 solved.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß ohne Gefährdung des Schreibkopfes die Ansteuerung der Spritzkanäle in sehr schneller Folge erfolgen, also mit erhöhter Frequenz geschrieben werden kann. Darüber hinaus gewährleistet die erfindungsgemäße Anordnung ein gleichmäßiges Schriftbild, bei dem jeder Rasterpunkt die vorgesehene Größe und Farbintensität aufweist.The advantages of the invention are in particular that without any risk of the write head, the spray channels are controlled in very quick succession, so can be written with increased frequency. In addition, guaranteed the arrangement according to the invention a uniform typeface in which each grid point Has the intended size and color intensity.

Ein Austführungbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawings and is explained in more detail below.

Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild, Figur 2 eine Kompensationsschaltung und Figur 3a-f Impulsdiagramme.They show: FIG. 1 a block diagram, FIG. 2 a compensation circuit and FIGS. 3a-f are timing diagrams.

Ein - z. B. aus der DE-PS 21 64 614 bekannter - Schreibkopf 1 eines Tintenschreibwerkes weist ein Piezoelement 2 auf, das bei Anlegen eines Spannungsimpulses eine Durchbiegung erfährt und dadurch Druck auf eine Kammer 3 ausübt. Die Kammer 3 ist über einen Zulauf 4 von einem nicht dargestellten Tintenbehälter mit Tinte gefüllt, die aufgrund des ausgeübten Druckes durch einen Spritzkanal 12 gepreßt wird und einen Tintentropfen abgibt, der auf einem Aufzeichnungsträger einen Aufzeichnungspunkt bildet. Die Größe des ausgeübten Druckes ist abhängig von der Höhe des dem Piezoelement 2 zugeführten Spannungsimpulses und bewirkt eine Tropfenabgabe mit einer bestimmten Fluggeschwindigkeit. Um ein z. B. alpha/numerisches Zeichen in einem Zeichenraster auf dem Aufzeichnungsträger zu erzeugen, wird der Schreibkopf 1 von Rasterpunkt zu Rasterpunkt relativ zum Aufzeichnungsträger verschoben und - dem darzustellenden Zeichen entsprechend - bedarfsweise mit einem Impuls zur Abgabe eines Tropfens beaufschlagt. Die dafür erforderlichen Steuersignale werden von einer Schreibwerkssteuerung 5 geliefert, der die Informationen über die darzustellenden Daten auf einem Dateneingang 6 zugeführt werden und die einen Zeichengenerator 14 aufweist, der in bekannter Weise die Informationen zur Darstellung der Zeichen des vom Schreibwerk darstellbaren Zeichenvorrates beinhaltet. Die Steuersignale für ein Anlegen der Spannungsimpulse gelangen an eine Schreibendstufe 7, die mit Hilfe eines Regelkreises 8 Impulse geregelter Spannungsgröße erzeugt und zur Ansteuerung des Piezoelementes 2 an den Schreibkopf 1 abgibt. Die Steuersignale zur Verschiebung des Schreibkopfes werden einem im Aufbau grundsätzlich bekannten Verschiebemechanismus 9 des Schreibwerkes zugeführt, der eine dementsprechende Positionierung des Schreibkopfes 1 und/oder des Aufzeichnungsträgers ausführt.A - z. B. from DE-PS 21 64 614 known - write head 1 one Ink writing unit has a piezo element 2, which when a voltage pulse is applied experiences a deflection and thereby exerts pressure on a chamber 3. The chamber 3 is via an inlet 4 from an ink container (not shown) with ink filled, which is pressed through a spray channel 12 due to the pressure exerted and releases an ink drop that forms a recording point on a recording medium forms. The size of the pressure exerted depends on the height of the piezo element 2 applied voltage pulse and causes a drop delivery with a certain Airspeed. To a z. B. alpha / numeric characters in a character grid to generate on the recording medium, the write head 1 is from raster point shifted to raster point relative to the recording medium and - the one to be displayed Character accordingly - if necessary, applied with an impulse to dispense a drop. The control signals required for this are provided by a writing unit control 5 supplied, the information about the data to be displayed on a data input 6 are supplied and which has a character generator 14, which is known in Way the information for the representation of the characters of the representable by the writing work Contains character set. The control signals for applying the voltage pulses get to a writing output stage 7, the with the help of a control loop 8 pulses of regulated voltage generated and for controlling the piezo element 2 delivers to the write head 1. The control signals for moving the write head are a fundamentally known in structure displacement mechanism 9 of the writing unit supplied, the corresponding positioning of the write head 1 and / or of the recording medium.

Die von der Schreibendstufe 7 an den Schreibkopf 1 abgegebenen Spannungsimpulse werden darüber hinaus einer Kompensationsschaltung 10 zugeführt, die einen in Aufbau und Wirkungsweise bekannten Fensterdiskriminator aufweist. Tn der Kompensationsschaltung 10 wird in einer ersten Stufe 11 aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen z. B. mittels eines Kondensators eine in ihrer Größe vom zeitlichen Abstand der Impulse abhängige Spannung abgeleitet (frequenzabhängige Spannungsgröße). In einer zweiten Stufe 13 wird die frequenzabhängige Spannungsgröße mit einem vorgegebenen unteren und einem vorgegebenen ober-en Schwellenwert verglichen, von denen das Fenster des Diskriminators gebildet wird und die den Toleranzgrenzen der Spritzfrequenz entsprechen. Ergibt der Spannungsvergleich, daß die Spritzfrequenz die kritische Höhe überschritten hat und innerhalb der Grenzwerte liegt, so wird von der Kompensationsschaltung 10 eine Spannungskorrekturgröße an den Regelkreis 8 der Schreibendstufe 7 ausgegeben.The voltage pulses emitted by the writing output stage 7 to the writing head 1 are also fed to a compensation circuit 10, which is one under construction and mode of operation known window discriminator. Tn of the compensation circuit 10 is in a first stage 11 from two successive voltage pulses z. B. by means of a capacitor one in size from the time interval of Pulse-dependent voltage derived (frequency-dependent voltage quantity). In a second stage 13 is the frequency-dependent voltage variable with a predetermined lower and a predetermined upper threshold value compared, of which the window of the discriminator is formed and the tolerance limits of the spray frequency correspond. If the voltage comparison shows that the injection frequency is the critical one Has exceeded the height and is within the limit values, the compensation circuit 10 a voltage correction variable is output to the control circuit 8 of the writing output stage 7.

Die von der Schreibendstufe 7 erzeugten Spannungsimpulse werden nunmehr aufgrund und nach Maßgabe des zugeführten Korrekturwertes verändert, wobei ein verringerter Spannungsimpuls einen geringeren Spritzdruck auf die Tinte in der Kammer 3 und damit eine geringere Fluggeschwindigkeit eines auszustoßenden Tintentropfens zur Folge hat. Die durch hohe Spritzfrequenzen innerhalb eines kritischen Bereiches bewirkte ungünstige Fluggeschwindigkeit der Tintentropfen wird auf diese Weise einfach korrigiert.The voltage pulses generated by the writing output stage 7 are now changed due to and in accordance with the supplied correction value, with a reduced Voltage pulse a lower spray pressure on the ink in the chamber 3 and thus result in a lower flight speed of an ink drop to be ejected Has. The caused by high spray frequencies within a critical range In this way, an unfavorable flight speed of the ink droplets is simply corrected.

Eine zur Ausführung des beschriebenen Ablaufes geeignete Kompensationsschaltung 10 mit einem Fensterdiskriminator ist in Figur 2 dargestellt. Seine Funktion wird nachfolgend anhand der Impulsdiagramme a bis f der Figur 3 erläutert.A compensation circuit suitable for carrying out the described sequence 10 with a window discriminator is shown in FIG. Its function will explained below with reference to the pulse diagrams a to f of FIG.

Ein am Eingang 15 der Kompensationsschaltung 10 angelegter Spannungsimpuls (Spritzimpuls) wird über einen Verstärker 16 einem Kondensator 17 zugeführt (Figur 3a). Er führt zu einem in Figur 3b dargestellten Impuls an der Basis eines Transistors 18, der die Entladung eines Kondensators 19 bewirkt. Der Kondensator 19 ist zuvor gemäß Figur 3c aufgeladen worden, wobei er allerdings nur bei ausreichendem Spritzimpuls-Abstand (Figur 3a) seine volle Ladung erreicht. Die Entladespannung des Kondensators 19 wird sowohl dem invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 20 als auch dem nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 21 zugeführt, wobei am nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 20 eine obere Schwellenspannung und am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 21 eine untere Schwellenspannung anliegt. Diese Schwellenspannungen bilden das Fenster des Diskriminators und sind in Figur 3c mit A = untere Schwellenspannung und B = obere Schwellenspannung bezeichnet. Ihre Größe kann mit den in Figur 2 ebenfalls mit A und B bezeichneten einstellbaren Widerständen vorgegeben werden. Am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 21 tritt dann das in Figur 3d und am Ausgang des ersten Operationsverstärkers 20 das in Figur 3e gezeigte Signal auf, die über zwei Dioden 22, 23 einem weiteren Verstärker 24 zugeführt werden.A voltage pulse applied to input 15 of compensation circuit 10 (Spray pulse) is fed to a capacitor 17 via an amplifier 16 (FIG 3a). It leads to a pulse shown in Figure 3b at the base of a transistor 18, which causes a capacitor 19 to discharge. The capacitor 19 is before has been charged according to FIG. 3c, but only if there is sufficient injection pulse spacing (Figure 3a) reached its full charge. The discharge voltage of the capacitor 19 is both the inverting input of a first operational amplifier 20 as also fed to the non-inverting input of a second operational amplifier 21, wherein at the non-inverting input of the first operational amplifier 20 an upper Threshold voltage and at the inverting input of the operational amplifier 21 a lower threshold voltage is applied. These threshold voltages form the window of the Discriminator and are in Figure 3c with A = lower threshold voltage and B = upper Referred to as the threshold voltage. Their size can be compared with the A in FIG and B designated adjustable resistors can be specified. At the exit of the second operational amplifier 21 then occurs in Figure 3d and at the output of the first Operational amplifier 20 receives the signal shown in FIG. 3e, which is transmitted via two diodes 22, 23 are fed to a further amplifier 24.

Am Ausgang 25 der Kompensationsschaltung 10 ist dann das in Figur 3f gezeigte Korrektursignal abnehmbar und dem Regelkreis 8 in der Schreibendstufe 7 zuführbar.At the output 25 of the compensation circuit 10 this is then shown in FIG 3f shown correction signal removable and the control circuit 8 in the writing output stage 7 feedable.

Wird die in Figur 3a zugrundegelegte Spritzfrequenz erhöht, so verringert sich der Abstand zwischen den Impulsen, und die Kondensatorladung erreicht ihre volle Höhe nicht mehr. Wenn bei weiterer Frequenzerhöhung der Schwellenwert B unterschritten ist, wird der Signalsprung in Figur 3e entsprechend früher auftreten, so daß das Ausgangssignal der Figur 3f auch einen entsprechend geänderten Wert für die Spannungskorrektur aufweist.If the spray frequency on which FIG. 3a is based is increased, it is decreased the distance between the pulses, and the capacitor charge achieved their full amount no longer. If, with further frequency increase, the threshold value B is not reached, the signal jump in Figure 3e will occur correspondingly earlier, so that the output signal of Figure 3f also has a correspondingly changed value for which has voltage correction.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel geht davon aus, daß ein Schreibkopf 1 mit nur einem Spritzkanal 12 verwendet wird. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist aber mit gleichem Erfolg auch bei Schreibköpfen mit mehreren Spritzkanälen anwendbar, wobei für jeden Kanal eine Kompensationsschaltung vorzusehen ist. Es ist auch möglich, den oberen und unteren Schwellenwert des Fensters einstellbar zu machen, wozu insbesondere in der Schreibwerksteuerung eine Tabelle mit verschiedenen Werten für ein automatisches Variieren der Schwellenwerte vorgesehen werden kann, um z. B. eine vom zeitlichen Abstand zweier Spannungsimpulse nicht linear abhängige Korrektur zu ermöglichen. LeerseiteThe embodiment described assumes that a write head 1 is used with only one spray channel 12. The measure according to the invention is but can also be used with print heads with multiple spray channels with the same success, a compensation circuit is to be provided for each channel. It is also possible, to make the upper and lower threshold values of the window adjustable, for which purpose in particular in the writing unit control a table with various values for an automatic Varying the threshold values can be provided in order to e.g. B. one of the temporal Distance between two voltage pulses to enable non-linear dependent correction. Blank page

Claims (4)

Patentansprüche: Schaltungsanordnung zur Regelung der Tropfengeschwindigkeit in einem Tintenschreibwerk für ein Rasterschreibverfahren, bei dem an ein Druckerzeugungselement des Spritzkanals eines Tintenschreibkopfes Spannungsimpulse zum Ausstoßen von Tintentropfen anlegbar sind, mit einer einen Zeichengenerator enthaltenden Schreibwerkssteuerung und einer Schreibendstufe, von der die Spannungsimpulse nach Maßgabe der Schreibwerkssteuerung an den Tintenschreibkopf abgegeben werden, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine Kompensationsschaltung (10), in der der Zeitabstand aufeinanderfolgender Spannungsimpulse ermittelt, mit Grenzwerten eines vorgegegeben Zeitabstands-Bereiches verglichen und bei einer Lage innerhalb des vorgegebenen Zeitabstands-Bereiches ein Korrekturwert erzeugt wird, der einem Regelkreis (8) in der Schreibendstufe (7) zuführbar ist un-d von dem die Größe des Spannungsimpulses verändert wird.Claims: Circuit arrangement for regulating the drop speed in an ink writing mechanism for a raster writing process in which a pressure generating element is connected of the spray channel of an ink recording head, voltage pulses for ejecting ink droplets can be applied, with a writing unit control containing a character generator and a writing output stage, from which the voltage pulses in accordance with the writing mechanism control are delivered to the inkjet head, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h a compensation circuit (10), in which the time interval successive Voltage impulses determined with limit values of a given time interval range compared and at a position within the specified time interval range a correction value is generated, which is a control loop (8) in the writing output stage (7) can be supplied and from which the size of the voltage pulse is changed. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Kompensationsschaltung (10) aus den von der Schreibendstufe (7) an das Druckerzeugungselement (2) des Schreibkopfes (1) abgegebenen Spannungsimpulsen eine von deren zeitlichem Abstand abhängige Spannung ableitbar und einem Fensterdiskriminator (Fig. 2) zuführbar ist, dessen Fenster von den Grenzwerten (A, B) des vorgegebenen Zeitabstandsbereiches gebildet wird, und daß bei einer Lage der vom zeitlichen Abstand abhängigen Spannung innerhalb der Grenzwerte vom Fensterdiskriminator eine Korrekturspan nung an den Regelkreis (8) der Schreibendstufe (7) abgebbar ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in the compensation circuit (10) from the write output stage (7) voltage pulses emitted to the pressure generating element (2) of the write head (1) a voltage dependent on their time interval can be derived and a window discriminator (Fig. 2) can be supplied, the window of which depends on the limit values (A, B) of the specified Time interval range is formed, and that at a location of the time interval dependent voltage within the limit values from the window discriminator a correction span voltage to the control circuit (8) of the writing output stage (7) can be delivered. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Grenzwerte des zulässigen Zeitabstands-Bereiches veränderbar sind.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g e it does not indicate that the limit values of the permissible time interval range are changeable. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß bei Verwendung eines Schreibkopfes (1) mit mehreren Spritzkanälen (12) für jeden Spritzkanal eine Kompensationsschaltung (10) vorgesehen ist.4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that when using a write head (1) with several spray channels (12) a compensation circuit for each spray channel (10) is provided.
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