DE3319353A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum einstellen der troepfchenausstossgeschwindigkeit in tintenschreibeinrichtungen - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zum einstellen der troepfchenausstossgeschwindigkeit in tintenschreibeinrichtungen

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DE3319353A1
DE3319353A1 DE19833319353 DE3319353A DE3319353A1 DE 3319353 A1 DE3319353 A1 DE 3319353A1 DE 19833319353 DE19833319353 DE 19833319353 DE 3319353 A DE3319353 A DE 3319353A DE 3319353 A1 DE3319353 A1 DE 3319353A1
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Description

  • Verfahren und Schaltungsanordnung zum Einstellen der
  • Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit in Tintenschreibeinrichtungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit in Tintenschreibeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Aus der DE-AS 25 48 691 ist eine Anordnung- für eine Tintenschreibeinrichtung bekannt, bei der ein Ausstoß von Tintentröpfchen dadurch bewirkt wird, daß zur Einleitung eines Ausstoßvorganges ein einen Tintenkanal umfassender Piezowandler durch Anlegen einer der Polarisationsrichtung des Piezowandlers entgegen gerichteten Spannung zuerst erweitert und dann durch Polarisationswechsel der den erweiterten Zustand hervorrufenden Spannung in einem verengten Zustand übergeführt wird.
  • Zum Ausstoß von Tintentröpfchen weist gemäß einem Vorschlag (P 32 17 248.6) der Tintenkanal an seinem, der Austrittsöffnung abgewandten Ende ein.e Querschnittserweiterung auf, in deren Nähe der Piezowandler angeordnet ist. Die Länge des Wandlers, dessen Abstand zur Querschnittserweiterung, sowie die Dauer eines Ansteuerimpulses, sind nach diesem Vorschlag derart aufeinander abgestimmt, daß ein Tröpfchenausstoß durch eine Zusammenwirkung der durch Ansteuerung des Piezowandlers ausgelösten Druckwelle mit der an der Querschnittserweiterung reflektierten Druckwelle stattfindet.
  • In einer derartig betriebenen Tintenschreibeinrichtung beruht der Ausstoß von Tintentröpfchen also auf der bei der elektromechanischen Verformung des Piezowandlers entstehenden Druckwelle, die im Inneren des Tintenkanals, ausgehend vom Bereich des Piezowandlers, in beide Richtungen wandert, sowie auf den Reflexionen dieser Druckwelle. Dabei spielen eine Reihe von zum Teil sehr komplexen Vorgängen eine Rolle. Einflüsse, die für einen Tröpfchenausstoß mitbestimmend sind, sind beispielsweise die Eigenschaft des den Tintenkanal bildenden Materials, die Eigenschaften der Tinte, wie z.B. die Tintentemperatur, die ge-ometrischen Abmessungen des Piezowandlers und des Tintenkanals, sowie die Form und die Größe der Ansteuerimpulse. Bereits geringfügige Veränderungen dieser Einflußgrößen führen zu einer änderung der Größe und der Form der auszustoßenden Tröpfchen und beeinflussen darüber hinaus auch die Ausstoßgeschwindigkeit. In einem Schreibkopf, der mehrere Schreibdüsen aufweist, können sich diese Einflüsse in einer Weise auswirken, die das rasterförmig, d.h. das aus einer Reihe von durch einzelne Tintentröpfchen aufgebaute Schriftbild in starkem Maße beeinflussen. Es ist aus diesem Grunde erforderlich, für jede einzelne Düse einer Tintenschreibeinrichtung, einen Abgleich vorzunehmen. Ein solcher Abgleich wird in der Regel durch eine individuelle Einstellung der Steuer impulse bei der Montage des Schreibkopfes durchgeführt. Praktisch erfolgt ein derartiger Abgleich in der Weise, daß die Fluggeschwindigkeit der ausgestoßenen Tintentröpfchen mit Hilfe eines Mikroskops oder einer Videokamera unter stroposkopischer Betrachtung gemessen und die Spannung der Steuer impulse dementsprechend eingestellt werden. Dieser Weg ist aufwendig und von der konzentrierten Beobachtung durch das menschliche Auge abhängig ist. Ermüdungserscheinungen und damit eine abnehmende Konzentration der den Abgleich durchführenden Bedienungsperson müssen in Betracht gezogen werden. Wei- terhin findet ein solcher Abgleich jeweils nur bei der Herstellung des Schreibkopfes statt. Spätere, z.B.
  • im Betrieb auftretende Änderungen bleiben unberücksichtigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem nicht nur bei der Herstellung eines Schreibkopfes, sondern auch während dessen Betriebes in einer Schreibeinrichtung, die für einen konstanten und gleichmäßigen Tröpfchenausstoß erforderlichen Bedingungen ohne diesen Aufwand, insbesondere ohne den Einsatz zusätzlichtes, vor allem ohne den Einsatz optischer Hilfsmittel, für jede Schreibdüse, optimal eingestellt werden können.
  • Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Das Kriterium zur Einstellung der Steuerimpulsspannung für eine konstante Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit kann dabei durch den bewertenden Vergleich zweier Restschwingungen erzeugt werden. Für diesen Vergleich können die Restschwingungen betrachtet werden, die durch den, eine erste Tröpfchenablösung bewirkenden Steuerimpuls, und durch den, diesem Steuer impuls vorhergehenden, um einen Betrag nu verringerten Steuerimpuls ausgelöst werden (Anspruch 2).
  • Es können aber auch die, durch den einer ersten Tröpfchenablösung unmittelbar vorhergehenden Steuerimpulse ausgelösten Restschwingungen dem Vergleich zugrunde liegen (Anspruch 3 und 4).
  • Ein wesentlicher, damit verbundener Vorteil besteht darin, daß sich der Abgleich der einzelnen Schreibdüsen automatisieren läßt. Dadurch wird nicht nur der Aufwand für zusätzliche Prüf- und Meßapparaturen reduziert, sondern es entfällt auch der zur Durchführung des Abgleichs bisher erforderliche intensive Bedienungsaufwand.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Anspruch 5) kann der Abgleich auch während des Betriebs, beispielsweise jeweils in den Schreibpausen durchgeführt werden.
  • Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 6 gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dort .zeigt Fig. 1 einen Mehrdüsenschreibkopf einer Tintenschreibeinrichtung, Fig. 2 eine einzelne Schreibdüse eines solchen Schreibkopfes, Fig. 3 ein Beispiel für den Verlauf der Restschwingungen, die durch einen Ansteuerimpuls in einem Tintenkanal erzeugt werden, Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Messung der Druckverhältnisse im Inneren eines Tintenkanals, Fig. 5 und Fig. 6 den Verlauf der Restschwingungen in einem Tintenkanal zur Ermittlung der, die Ausstoßgeschwindigkeit eines Tröpfchens bestimmenden Einflüsse.
  • Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Schreibkopf weist aie, beispielsweise in einem Kunststoffkörper 1 verlaufenden Tintenkanäle 2 auf, die an ihrem einen Ende an einer, Austrittsöffnungen 4 aufweisenden Düsenplatte 3 enden, und die an ihrem anderen Ende in eine sogenannte Tintenverteilkammer 5 münden. Die Tintenverteilkammer 5 ist über einen Tintenzuführkanal 6 mit einem hier nicht dargestellten Tintenreservoir verbunden. Der dargestellte Schreibkopf arbeitet nach dem sogenannten Unterdruckverfahren, d.h. daß das Tintenreservoir ein tieferes Niveau aufweist, als die unterste Schreibdüse. Jedem Tintenkanal 2 ist ein Piezowandler 7 als Antriebselement zugeordnet. Die Piezowandler 7 umfassen die Tintenkanäle 2 in einem Bereich in der Nähe der Einmündung in die Tintenverteilkammer 5. Die Piezowandler 7 weisen eine Innenund eine Außenelektrode auf, über die die Steuerimpulse (Steuerspannung U) von einer hier nicht dargestellten Steuerschaltung aus zugeführt werden. Diese kann z.B.
  • vom Zeichengenerator eines Druckers gesteuert werden.
  • Fig. 2 zeigt am Beispiel eines einzelnen Tintenkanals 2, die bei Ansteuerung des Piezowandlers 7 durch einen Steuerimpuls U erzeugte Druckwelle w, die sich ausgehend von den Austrittsquerschnitten des Piezowandlers 7 in beiden Richtungen hin ausbreitet. Die Ausbreitung erfolgt mit Schallgeschwindigkeit, die durch die Eigenschaften der, den Tintenkanal bildenden Materialien und den Eigenschaften der, den Tintenkanal ausfüllenden Flüssigkeit bestimmt ist.
  • In den Bereichen einer Querschnittsveränderung, treten Reflexionen der Druckwelle w auf. Das findet im Beispiel nach Fig. 2 im Bereich der Einmündung des Tintenkanals 2 in die Tintenverteilkammer 5 (Querschnittserweiterung) und im Bereich des Überganges zur Austrittsöffnung 4 der Düsenplatte 3 (Querschnittsverengung) statt.
  • Fig. 3 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit die Druckverhältnisse, die nach einem Steuerimpuls U im Tintenkanal 2 im Bereich des Piezowandlers 7 auftreten. Der in Fig. 3 dargestellte Verlauf zeigt die den Druckimpulsen entspre- chenden Spannungswerte als Restschwingungen. Diese entstehen dadurch, daß für einen Tröpfchenausstoß nur ein Teil der Druckenergie verbraucht wird. Ein nicht unbeträchtlicher Teil dieser Energie wird in den Tintenkanal zurückreflektiert und wandert solange zwischen den Reflexionsstellen im Tintenkanal hin -und her, bis er völlig absorbiert ist. Der in Fig. 3 dargestellte Verlauf läßt erkennen, daß die Restdruckwellen oder Restschwingungen nach einem Steuer impuls mit U=80V und einer Dauer von etwa lOpsec erst nach einigen 100sec abgeklungen sind.
  • Die Restschwingungen haben für die einzelnen Zustände des gesamten Tintensystems jeweils einen typischen Verlauf. Durch Messung und Auswertung der Restschwingungen lassen sich die Kriterien für die einzelnen Zustände feststellen. Bedarfsweise können durch Bewertung dieser Ergebnisse in einer Auswerteschaltung Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Im besonderen gilt das für die Beeinflussung der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit, die die Grundlage für einen Abgleich der Tintenkanäle bildet.
  • Eine Schaltungsanordnung, mit der die Restschwingungen im Tintenkanal 2 erfaßt, d.h. gemessen und ausgewertet werden, zeigt Fig. 4. Dazu wird kurzzeitig nach einem an den Piezowandler 7 angelegten Steuerimpuls U der Piezowandler 7 als Sensor für Druckveränderungen im Tintenkanal 2 geschaltet. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 weist einen Impulsgeber 8 auf, über den, ausgelöst durch einen Triggerimpuls T am Eingang 9 über einen elektronischen Schalter 10 ein Steuer impuls U an den Piezowandler 7 gelangt. Der elektronische Schalter 10 ist ein hochspannungsfester elektronischer Umschalter, der über eine ebenfalls durch den Triggerimpuls T steuerbare Schaltstufe 11, die beispielsweise eine zeitverzögert einschaltbare monostabile Kippstufe sein kann, für die Dauer einer Meßperiode umsteuerbar ist. Während der Meß- periode ist der nunmehr als Sensor arbeitende Piezowandler 7 über eine Verstärkerstufe 12 mit einer Auswerteeinrichtung 13 verbunden. Die Abkopplung des Piezowandlers 7 vom Leistungsteil erfolgt hochohmig. Als Verstärkerstufe 12 kann ein Ladungsverstärker oder ein Impedanzwandler mit Eingangsschutzschaltung vorgesehen sein.
  • Die Auswerteeinrichtung 13 enthält mindestens einen Analog-Digital-Wandler 14, einen Zwischenspeicher 16, einen Vergleicher 16 und einen Digital-Analog-Wandler 17. Es ist vorteilhaft, die vom Verstärker 12 übernommenen Meßergebnisse zunächst in einer Schaltung 18, umgekehrt proportional der Impulsspannung auf eine einheitliche Größe linear abzuschwächen, und damit zu normieren. Die Restschwingungen werden im Analog-Digital-Wandler 14 umgesetzt und im Zwischenspeicher 15 gespeichert. Der Zwischenspeicher kann durch zwei sogenannte RAM-Bausteine realisiert sein, wobei unter der Einwirkung eines Zählers 19 jeweils ein erster und ein zweiter Restschwingungsverlauf in einen ersten und in einen zweiten RAM gespeichert wird. Gleichzeitig wird im Vergleicher 1o die Information über den Verlauf der während einer vorhergehenden Meßperiode mit den während der aktuellen Meßperiode einlaufenden Informationen der Restschwingung verglichen. Abhängig davon gibt der Vergleicher 16 Kriterien ab. Die Übergabe dieser Kriterien, die Steuerung des Zählers 19, die zeitgerechte Anschaltung der Triggerimpulse T, sowie weitere, hier nicht angegebene Steuerungsfunktionen werden von einer zentralen Steuereinheit 20 übernommen. Ein erstes Kriterium Sl wird bei Übereinstimmung des Restschwingungsverlaufs und damit bei Übereinstimmung der Meßergebnisse zweier aufeinanderfolgender Meßperioden über den Digital-Analog-Wandler 17 und über die Steuerleitung 21 an den Impulsgeber 8 gegeben und führt dort zur Erhöhung der Steuerimpulsspannung um den Betrag b U.
  • Wird im Vergleicher eine Abweichung der Restschwingungsverläufe in zwei aufeinanderfolgenden Meßperioden festgestellt, so wird über den Digital-Analog-Wandler 17 und über die Steuerleitung 21 ein zweites Kriterium S2 an den Impulsgeber 8 gesandt, das dort eine Einstellung der Steuerimpulsspannung auf den für eine gewünschte Ausstoßgeschwindigkeit erforderlichen Wert auslöst.
  • Dadurch besteht die Möglichkeit, die Steuerimpulse für die Ansteuerung des Piezowandlers eines bestimmten Tintenkanals auf einen optimalen, den Eigenschaften des Tintenkanals des Wandlers und der Düse, sowie den Eigenschaften der Tinte und den äußeren Bedingungen angepaßten Wert einzustellen. Das kann auf Grund eines linearen Zusammenhangs zwischen der eine erste Tröpfchenbildung bewirkenden oder der einer ersten Tröpfchenablösung vorhergehenden Steuerimpulsspannung und der für eine bestimmte Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit erforderlichen Steuerimpulsspannung dadurch geschehen, daß die im Impulsgeber 8 für die jeweils letzte Meßperiode eingestellte Steuerimpulsspannung, die in der beschriebenen Weise zur Abgabe des zweiten Kriteriums S2 führte, um einen bestimmten Faktor K erhöht wird. Der Faktor K bestimmt sich durch die Betrachtung der für einen Tröpfchenausstoß maßgebenden Energiebilanz, d.h. im wesentlichen durch die für eine Erzeugung der Tröpfchenoberfläche notwendige Energie und durch die für die Tröpfchenbewegung erforderlichen kinetischen Energie. Um Tröpfchen einer vorgegebenen Größe jeweils mit einer Geschwindigkeit von 4m/s auszustoßen, ergibt sich für den Faktor K ein Wert von K=1,4.
  • Weitere Einzelheiten der Wirkungsweise der Erfindung werden nun anhand der Fig. 5 und 6 erläutert, wobei zugleich auch auf die Fig. 3 Bezug genommen wird. Ausgehend von einem Mindestwert der Steuerimpulsspannung, bei dem mit Sicherheit kein Tröpfchenausstoß erfolgen kann, wird die Steuerspannung U gleichmäßig, in Stufen mit einem bezogen auf diesen Ausgangswert der Steuerimpulsspannung U kleinen Spannungshub diU, z.B. tU=1V, erhöht. Die dabei über dentnach jeder Ansteuerung als Sensor geschalteten Piezowandler gemessenen Restschwingungen erhöhen sich dann ebenfalls gleichmäßig monoton. Nach Überschreiten des für einen Tröpfchenausstoß erforderlichen Wertes der Steuerimpulsspannung U erhöhen sich die Restschwingungen ebenfalls gleichmäßig monoton. Der Verlauf der Restschwingungen entspricht in beiden Fällen etwa dem in Fig. 3 dargestellten Verlauf. An der Übergangsstelle zwischen diesen beiden Bereichen, also dort, wo gerade ein Tröpfchen ausgestoßen wird, treten Unregelmäßigkeiten im Verlauf der Restschwingungen auf. Diese sind meßbar und auswertbar.
  • Ein für diesen Fall typischer Verlauf der Restschwingungen ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Darstellung zeigt den Verl.auf der Restschwingungen für vier Fälle. Die vier, diesen Fällen entsprechenden Kurven sind mit I, II, III und IV bezeichnet. Die unteren beiden Kurven I und II stellen Meßergebnisse dar, die bei einer Steuerimpulsspannung am Piezowandler entstehen, die unterhalb des Wertes für einen Tröpfchenausstoß liegen, wobei die Kurve II bei einer Steuerimpulsspannung ermittelt wird, deren Wert um einen geringen Spannungshub nU, z.B. um U=1V höher ist als die Steuerimpulsspannung für die Kurve I. Beide Kurven I und II haben nahezu den gleichen Verlauf. Unregelmäßigkeiten treten nicht auf. Die beiden oberen Kurven III und IV geben die Meßergebnisse wieder, die bei einer Steuerimpulsspannung im Bereich des für einen Tröpfchenausstoß vorgesehenen Wertes liegen. Während ihrer Form nach die Kurve III aussieht, wie Kurve I oder II, tritt nunmehr bei einer Erhöhung der Steuerimpulsspannung U um den Betrag ßU eine sprungarti- ge Änderung im Restschwingungsverlauf auf. Die Kurve IV zeigt das deutlich. Diese Abweichung des Restschwingungsverlaufes von normalen für sämtliche Verläufe mit niedrigerer Steuerimpulsspannung jeweils gleichen Verläufen, tritt bei der Kurve IV im Zeitbereich ist auf. Diese Unregelmäßigkeit ist darauf zurückzuführen, daß durch ein ausgestoßenes Tintentröpfchen in der Düse ein Volumen-und Energiedefizit entsteht. Durch den anschließenden Nachfüllvorgang wird in diesem Fall eine Unterdruckwelle erzeugt, die ohne Tröpfchenbildung nicht entstehen würde.
  • Diese im Verhältnis zu den ständig auftretenden Reflexionen, kleine Unterdruckwelle, äußert sich im Kurvenverlauf der Restschwingung als ein kleiner Sprung (Zeitbereich At in Kurve IV in Fig. 5).
  • Die Feststellung und die Auswertung dieses Spannungssprungs kann mit einer Anordnung nach Fig. 4 erfolgen.
  • Dazu wird zunächst über den getriggerten Impulsgeber 8 ein Steuerimpuls (z.B. U, 1bis) an den Piezowan.dler 7 gelegt. Anschließend wird unter der Einwirkung der mit dem gleichen Triggerimpuls gesteuerten Schaltstufe 11 der elektronische Schalter 10 für die Dauer einer Meßperiode umgesteuert, der Piezowandler 7 als Sensor geschaltet, und die Restschwingung über den Ladeverstärker 12 der Auswerteeinrichtung 13 übergeben. Dort wird sie in an sich bekannter Weise im Speicher 15 zwischengespeichert.
  • Nach Ablauf der ersten Meßperiode, die im Beispiel durch die Zeitbedingungen der monostabilen Kippstufe 11 bestimmt ist, und einige 100ps beträgt, wird über das vom Vergleicher 16 abgegebene und über die Steuerleitung 21 an den Impulsgeber 8 gelangende erste Kriterium Sl dort die Steuerimpulsspannung U um einen kleinen Wert dlU erhöht. Mit dem folgenden Triggerimpuls T werden wieder die beschriebenen Vorgänge eingeleitet. Der während dieser Meßperiode in den Zwischenspeicher 15 der Auswerteeinrichtung 13 übernommene Restschwingungsverlauf wird nun mit dem während der vorhergehenden Meßperiode ermittelten Restschwingungsverlauf verglichen. Stimmen die Restschwingungsverläufe überein, gibt der Vergleicher 16 wiederum das erste Kriterium S1 ab, und die Vorgänge wiederholen sich, bis in der Auswerteeinrichtung 13 eine Abweichung im Restschwingungsverlauf von einem vorhergehenden zwischengespeicherten Restschwingungsverlauf erkannt wird. In der Darstellung nach Fig. 5 ist das bezogen auf die Kurven III und IV im Zeitbereich At der Fall, wobei dem durch die Kurve IV repräsentierten Restschwingungsverlauf eine Steuerimpulsspannung U zugrunde liegt, die gerade zu einer ersten Tröpfchenablösung führt. Der Vergleicher 16 gibt in diesem Fall das zweite Kriterium S2 ab, über das im Impulsgeber 8 die für eine gewünschte Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit optimale Steuerimpulsspannung eingestellt wird. Dabei findet Berücksichtigung, daß zwischen der Steuerimpulsspannung der letzten MeEperiode und dem, für eine gewünschte Ausstoßgeschwindigkeit von Tröpfchen bestimmter Größe erforderlichen Steuerimpulsspannung, ein linearer Zusammenhang besteht.
  • Soll beispielsweise die Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit 4m/s betragen, so ist die in der vorher beschriebenen Weise ermittelte Steuerimpulsspannung um den Faktor K=l,4 zu erhöhen.
  • Der Bereich an der Übergangsstelle kann noch enger eingegrenzt werden, wenn man den Bereich der Steuerimpulsspannung kurz vor diesem Umschlag, d.h. also, bevor ein Tröpfchenaustritt erfolgt, genau ausgewertet. In diesem Fall tritt kurz vor einem Tröpfchenausstoß, d.h. bei einer Steuerimpulsspannung, die gerade noch nicht zu einem Tröpfchenausstoß führt, eine Unregelmäßigkeit im Restschwingungsverlauf auf, die mit steigender Steuerimpulsspannung sehr schnell durch den Zeitbereich wandert. Durch Lokalisierung dieser Schwankung in einem Zeitbereich oder in einem Zeitfenster, kann dann eine Feinabstimmung der Steuerimpulsspannung erfolgen. Ein Beispiel für den Verlauf der Restschwingungen in diesem Fall zeigt rig. 6.
  • Dort sind wiederum in vier Kurven vier Restschwingungsverläufe dargestellt, die mit einer Anordnung nach Fig. 4 ermittelt werden. Die Kurvenpaare I und II, sowie auch III und IV stellen jeweils Restschwingungsverläufe dar, wie sie kurz vor einer Tröpfchenablösung im Tintenkanal auftreten.
  • Die durch den Vergleich der durch dieKurven I und II repräsentierten Restschwingungen feststellbare Abweichung im Teilzeitbereich Atl bzw. die durch Vergleich der durch die Kurven III und IV repräsentierten Restschwingungen feststellbare Abweichung im Teilzeitbereich iNt2 ist jeweils darauf zurückzuführen, daß bedingt durch die Steuerimpulsspannung am Piezowandler der Meniskus der Tinte an der Austrittsöff.nung eines Tintenkanals bereits deutlich nach außen gewölbt ist, sich aber noch nicht ablöst. Nach Beendigung des Steuerimpulses wird der Tintenwulst sofort durch Oberflächenkräfte wieder in die Austritt-söffnung zurückgedrückt. Den üblichen Restschwingungen wird dadurch eine zusätzliche Schwankung überlagert.
  • Die Ausbildung des Meniskus und damit auch die auswertbare Schwankung im Restschwingungsverlauf ändert sich bereits durch sehr kleine Änderungen der Steuerimpulsspannung, da durch etwas größere Spannungen mehr Tinte vor die Düse tritt, und es länger dauert, bis diese in umgekehrter Richtung wieder in die Düse fließt.
  • Anhand der Kurven III und IV in Fig. 6 erkennt man, daß bei einer Steuerimpulsspannung, die gegenüber der den Kurven I und II zugrundeliegenden Steuerimpulsspannung um etwa AU=lV erhöht ist, die beschriebene Abweichung im Restschwingungsverlauf in zwei aufeinander folgenden Meß- perioden deutlich später auftritt. In einem z.B. auf die Kurven I, II und III, IV, d.h. auf die entsprechenden Steuerimpulsspannung bezogenen Zeitbereich oder Zeitfenster dt kann bei Verfolgung dieses Verfahrens eine sehr genaue Einstellung der optimalen Steuerimpulsspannung für den Tröpfchenausstoß erfolgen. Praktisch führen bereits Änderungen der Steuerimpulsspannung in aufeinander folgenden Meßperioden in der Größenordnung von AU=0,5V zu genau auswertbaren Ergebnissen.
  • Die Messung der Restschwingungsverläufe, deren Bewertung, sowie die Bildung der ersten und zweiten Kriterien Sl und S2, geschieht in der anhand von Fig. 5 beschriebenen Weise, wobei lediglich der- Faktor K in diesem Fall einen etwas höheren Wert hat. Beispielsweise beträgt für eine konstante Ausstoßgeschwindigkeit von 4m/s der Tintentröpfchen einer bestimmten Größe der Wert K=1,45. Dieser etwas höhere Wert ist darauf zurückzuführen, daß in diesem Fall der Bildung des Kriteriums 52 eine Steuerimpulsspannung zugrundeliegt, die noch nicht zu einem Tröpfchenausstoß führt.
  • Gegenüber der anhand von Fig. 5 beschriebenen Möglichkeit für die Einstellung der Steuerimpulsspannung, weist die Möglichkeit nach Fig. 6 zwei Vorteile auf. Zum einen ergibt sich eine feinere, d.h. genauere Einstellung der Steuerimpulsspannung; zum anderen setzt diese Möglichkeit nicht voraus, daß ein Tröpfchen ausgestoßen wird, d.h.
  • daß weder der Schreibkopf noch ein Aufzeichnungsträger beschmutzt werden. Diese Möglichkeit eignet sich deshalb für einen Einsatz in bereits installierten, im Betrieb befindlichen Schreibeinrichtungen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die zur Feststellung und Bewertung der Restschwingungsverläufe vorgesehene Schaltung Bestandteil der für die einzelnen Tintenkanäle eines Schreibkopfes vorhandenen Ansteuerschaltung sein kann (Anspruch 8).
  • Das ermöglicht es, die beschriebenen Abgleichvorgänge auch in Schreibpausen durchzuführen.
  • Bei Verfolgung des angegebenen Verfahrens lassen sich die Steuerimpulsspannungen derart exakt abgleichen, daß die Ausstoßgeschwindigkeit der Tintentröpfchen mit einem Fehler von weniger als +/-3% gewährleistet ist.
  • Die Auswertung der nach dem angegebenen Verfahren gebildeten Kriterien S1 und 52 bietet die Möglichkeit, z.B.
  • auch den Ausfall einer Düse zu erkennen. In diesem Fall wird das Ausbleiben des zweiten Kriteriums 52 nach einem oder nach mehreren Durchläufen einer Anzahl von Meßperioden bewertet, die unter normalen Umständen zu einer Veränderung des Restschwingungsverlaufes führen. Ein solches Fehlerkriterium S3 kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, in der Auswerteeinrichtung 13 gebildet, und z.B. in einer,mit dem Schreibkopf verbundenen Druckeinrichtung zur Erzeugung ein optisches und/oder ein akustisches Signal bzw. ein Abschaltesignal erzeugen.
  • 8 Patentansprüche 6 Figuren - Leerseite -

Claims (8)

  1. Patentansprüche erfahren zum Einstellen der Tröpfchenausstoßgeschwinigkeit in einer Tintenschreibeinrichtung, in der die Tintenkanäle an einem Ende jeweils an einer Austrittsöffnung enden, die einen gegenüber dem Durchmesser der Tintenkanäle kleineren Durchmesser aufweist, und an ihrem anderen Ende unmittelbar in eine Tintenverteilkammer münden, und in der als Antriebselemente für den Tröpfchenausstoß über Steuerimpulse ansteuerbare Piezowandler vorgesehen sind, die jeweils einen Tintenkanal in der Nähe des der Tintenverteilkammer zugewandten Endes über einen Teil seiner Länge umfassen, d a d lurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Piezowandler (7) zunächst als elektromechanischer Wandler betrieben wird, über den durch Anlegen eines Steuerimpulses (U) in an sich bekannter Weise im Tintenkanal (2) Stoß- oder Druckwellen (w) erzeugt werden, daß der Piezowandler (7) jeweils am Ende eines Steuerimpulses (U) für die Dauer einer Meßperiode als mechanisch elektrischer Wandler (Sensor) betrieben wird, der die im Tintenkanal (2) auftretenden, durch die Stoß- oder Druckwellen (w) ausgelösten Restschwingungen mißt, daß die Restschwingungen in einer Auswerteeinrichtung (13) zwischengespeichert und mit vorhergehenden Restschwingungen verglichen werden, daß jeweils bei einer Übereinstimmung zweier, aufeinanderfolgender Restschwingungsverläufe ein erstes Kriterium (S1) erzeugt wird, durch das die Steuerimpulsspannung für eine nach Ablauf der Meßperiode folgender Ansteuerung des Piezowandlers (7) jeweils um eine Stufe ( U) erhöht wird, und daß bei Abweichung eines Restschwingungsverlaufs von einem vorhergehenden Restschwingungsverlauf ein zweites Kriterium (S2) erzeugt wird, durch das die Steuerimpulsspannung für eine konstante Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit eingestellt wird.
  2. 2. Verfahren 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 das zweite Kriterium (S2) zur Einstellung der Steuerimpulsspannung für eine konstante Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit durch Bewertung der bei einer ersten Tröpfchenablösung im Restschwingungsverlauf (Kurve IV in Fig. 5) auftretenden Druckimpulsänderung erzeugt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d das Kriterium zur Einstellung der Steuerimpulsspannung für eine konstante Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit durch Bewertung des in einem einer ersten Tröpfchenablösung unmittelbar vorausgehenden Restschwingungsverlaufes (Kurven I bis IV in Fig. 6) auftretenden Druckimpulsänderung erzeugt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Restschwingungsverlauf auftretende Druckimpulsänderung in einem auf den, den Piezowandler (7) ansteuernden Steuer impuls bezogenen Zeitbereich ( At) gemessen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, d adur ch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Einstellung der Steuerimpulsspannung für eine konstante Ausstoßgeschwindigkeit von Tröpfchen konstante Größe die eine Restschwingung mit einer Druckimpulsänderung auslösende Steuerimpulsspannung um einen Faktor (K) erhöht wird (z.B. K=1,4;K=1,45 für eine Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit =4m/s).
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadu r ch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einstellung der Steuerimpulsspannung für die Pie- zowandler (7) jeweils einzeln vor Betriebnahme der Tintenschreibeinrichtung und/oder jeweils in Schreibpausen durchgeführt wird, und daß damit die einzelnen, jeweils aus Piezowandler (7), Tintenkanal (2) und Austrittsöffnung (4) bestehenden Schreibdüsen individuell abgeglichen werden.
  7. 7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadur ch g e k e n n m e i c h n e t , daß jeder Piezowandler (7) über einen Schalter (10) an einen die Steuerirnpulsspannung (U) abgebenden Impulsgeber (8) und an eine Auswerteeinrichtung (13) anschaltbar ist, daß der Schalter (10) über eine Schaltstufe (11) jeweils nach Beendigung eines Steuer impulses für die Dauer einer Meßperiode umschaltbar ist, und die Piezowandler (7) als Sensor für Druckimpulse an eine Auswerteeinrichtung (13) anschalten daß die Auswerteeinrichtung (13) Einrichtungen (15) zur Zwischenspeicherung eines vom Piezowandler (7) abgegebenen, den Druckimpulsen entsprechenden Restschwingungsverlaufes, sowie eine Vergleichseinrichtung (16) zum Vergleich dieses Restschwingungsverlaufes mit dem Restschwingungsverlauf einer vorhergehenden Meßperiode enthält, und daß die Vergleichseinrichtung (16) bei Übereinstimmung des Restschwingungsverlaufs in zwei aufeinanderfolgenden Meßperioden ein erstes Steuerkriterjum (S1 über 21 in Fig. 4) zur stufenweisen Erhöhung (AU) der Steuerimpulsspannung an-den Impulsgeber (8) abgibt, und bei Abweichung des Restschwingunsverlaufes in zwei au feinander folgenden Meßperioden ein zweites Kriterium (S2 über 21 in Fig. 4) zur Einstellung der Impulssteuerspannung für eine konstante Ausstoßgeschwindigkeit der Tröpfchen an den Impulsgeber (8) abgibt.
  8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (8), der Schalter (10), die Schaltstufe (11), die Verstärkerstufe (12) und die Auswerteeinrichtung (13) Bestandteil der jeder Schreibdüse (2,4, 7) eines Schreibkopfes zugeordnete Ansteuerschaltung ist.
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