DE69017931T2 - Nozzle drive control and inkjet printing processes. - Google Patents

Nozzle drive control and inkjet printing processes.

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DE69017931T2 DE1990617931 DE69017931T DE69017931T2 DE 69017931 T2 DE69017931 T2 DE 69017931T2 DE 1990617931 DE1990617931 DE 1990617931 DE 69017931 T DE69017931 T DE 69017931T DE 69017931 T2 DE69017931 T2 DE 69017931T2
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Description

Diese Erfindung betrifft Tintenstrahldrucksysteme und ähnliche Tropfenmarkierungssysteme, bei denen eine Zufuhr von elektrisch leitender Tinte an eine Düse vorgesehen ist. Die Tinte wird durch eine Düsenöffnung gezwängt, während gleichzeitig eine Erregerspannung an der Düse angelegt wird, um zu bewirken, daß der Tintenstrom in Tröpfchen aufbricht, die aufgeladen und auf ein zu markierendes Substrat abgeleitet werden können. Ein solche Tintenstrahltechnologie ist gut bekannt und beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4,727,379 und 4,555,712 beschrieben.This invention relates to ink jet printing systems and similar drop marking systems in which a supply of electrically conductive ink is provided to a nozzle. The ink is forced through a nozzle orifice while simultaneously an excitation voltage is applied to the nozzle to cause the ink stream to break up into droplets which can be charged and discharged onto a substrate to be marked. Such ink jet technology is well known and is described, for example, in U.S. Patent Nos. 4,727,379 and 4,555,712.

Um geeignete Betriebsbedingungen für eine beständige Druckgualität zu gewährleisten, muß die Erregerenergie oder -spannung, die an der Düse angelegt wird, während des Betriebs des Systems geeignet eingestellt werden. Gegenwärtig erfordern die meisten Tintenstrahldrucker eine manuelle Einstellung der Energie, die dem Tintenstrom zugeführt wird, wenn dieser die Düse verläßt. Der geeignete Wert wird entweder empirisch bestimmt, indem das, was gesehen wird, mit einem existierenden Diagramm verglichen wird, oder indem der Tropfentrennungspunkt bestimmt wird und dieser mit Maschinenspezifikationen verglichen wird. In beiden Fällen ändert sich die sich ergebende Druckqualität.To ensure appropriate operating conditions for consistent print quality, the excitation energy or voltage applied to the nozzle must be appropriately adjusted during operation of the system. Currently, most inkjet printers require manual adjustment of the energy applied to the ink stream as it leaves the nozzle. The appropriate value is determined either empirically by comparing what is seen with an existing chart, or by determining the drop separation point and comparing this with machine specifications. In both cases, the resulting print quality changes.

Bemühungen, eine automatische Steuerung für die Modulationsspannung bereitzustellen, haben sich auf die Erfassung der Trennungspunktstelle relativ zu einer feststehenden Stelle wie beispielsweise dem Ladungstunnel konzentriert. Siehe beispielsweise die veröffentlichte europäische Patentschrift EP-A-0 287 373. Eine andere Annäherung ist in dem US-Patent Nr. 4,638,325 offenbart, die eine kleine Ladeelektrode und ein stromabwärtiges Elektrometer verwendet, durch das der Tropfentrennungspunkt bestimmt werden kann, indem der Strom an dem Elektrometer beobachtet wird, wenn sich der Trennungspunkt der kleinen Elektrode nähert, wobei der maximale Strom erzeugt wird, wenn die Tropfentrennung am nahesten zu der kleinen Ladeelektrode liegt. Ein Systemsteuerungsmikroprozessor erhält das digitale Tintenstrahlstromsignal von dem Elektrometer und ist programmiert, um die Verstärkung eines Erregungsverstärkers zu steuern, dessen Ausgang an dem piezzoelektrischen Wandler an den Tintenstrahldruckkopf angelegt wird, indem ein Bezugssignal einer automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung zugeführt wird. In Betrieb wird die Erregungsamplitude anfangs auf ein niedriges Niveau eingestellt, um zu gestatten, daß die Länge des Tintenfilaments sich seiner natürlichen nicht erregten Länge nähert. Die Erregungsamplitude wird dann monoton erhöht, während die Ladung, die dem Tintenstrahl auferlegt wird durch das Elektrometer beobachtet wird. Während die Erregungsamplitude erhöht wird, wird das Tintenfilament kürzer und nähert sich die Tintentropfentrennung der engen Ladeelektrode. Auf diese Weise liefert der Tintenstrahlstrom, der durch das Elektrometer erfaßt wird, ein Signal, das proportional zu der Länge des Tintenfilaments ist. Der Systemsteuerungsprozessor wird verwendet, um das Erregungsbezugssignal in kleinen Schritten zu erhöhen, während das Strahlstromsignal, welches durch das Elektrometer geliefert wird, überwacht wird. Das Strahlstromsignal wird aufgezeichnet, und ein Spitzenwert wird erf aßt, der den Übergang zur Übersteuerung darstellt, welches ein Erregungsbereich oberhalb der minimalen Filamentlänge ist, in der Satellitentropfen erzeugt werden und eine Tropfenablenkung als schwer zu steuern festgestellt wird. Die Erregungsamplitude wird dann auf einen vorgegebenen Punkt unterhalb des Spitzenwertes festgelegt, von dem durch Berechnung des Bezugsniveaus als eine Funktion des Bezugsniveaus an dem Spitzenwert herausgefunden wird, daß er eine verläßliche Erregung liefert. Es wird vorgeschlagen, daß das Bezugsniveau auf die Erregungsamplitude an dem Spitzenwert minus 25mV festgelegt wird, welches ein konstanter Versatz von der Erregungsamplitude an dem Spitzenwert ist.Efforts to provide automatic control for the modulation voltage have focused on sensing the separation point location relative to a fixed location such as the charge tunnel. See, for example, published European Patent Specification EP-A-0 287 373. Another approach is disclosed in US Patent No. 4,638,325 which uses a small charging electrode and a downstream electrometer through which the Drop separation point can be determined by observing the current on the electrometer as the separation point approaches the small electrode, with the maximum current produced when the drop separation is closest to the small charging electrode. A system control microprocessor receives the digital inkjet current signal from the electrometer and is programmed to control the gain of an excitation amplifier, the output of which at the piezoelectric transducer is applied to the inkjet printhead, by supplying a reference signal to an automatic gain control circuit. In operation, the excitation amplitude is initially set at a low level to allow the length of the ink filament to approach its natural unexcited length. The excitation amplitude is then monotonically increased as the charge imposed on the ink jet is observed by the electrometer. As the excitation amplitude is increased, the ink filament becomes shorter and the ink drop separation approaches the close charging electrode. In this way, the ink jet current sensed by the electrometer provides a signal proportional to the length of the ink filament. The system control processor is used to increase the excitation reference signal in small increments while monitoring the jet current signal provided by the electrometer. The jet current signal is recorded and a peak value is detected which represents the transition to overdrive, which is an excitation region above the minimum filament length in which satellite drops are produced and drop deflection is found to be difficult to control. The excitation amplitude is then fixed at a predetermined point below the peak value which is found to provide reliable excitation by calculating the reference level as a function of the reference level at the peak value. It is proposed that the reference level is set to the excitation amplitude at the peak minus 25mV, which is a constant offset from the excitation amplitude at the peak.

US-Patent Nr. 4,638,325 lehrt entsprechend, daß die Erregungsamplitude, die an der Düse eines Tintenstrahldruckers angelegt wird, durch eine Steuereinheit vorgegeben werden kann, die Erfassungsmittel (in der Form eines piezzoelektrischen Rückkopplungswandlers) umfaßt, um den Wert der Erregungsamplitude zu bestimmen, während deren Größe langsam von einem Minimalwert erhöht wird, und um den Wert der Erregungsamplitude zu bestimmen, an dein eine Tröpfchenbildung am nächsten zu der Düse auftritt (das ist der Spitzenwert, der den Übergang zu einer Übersteuerung darstellt).U.S. Patent No. 4,638,325 accordingly teaches that the excitation amplitude applied to the nozzle of an ink jet printer can be set by a control unit comprising sensing means (in the form of a piezoelectric feedback transducer) for determining the value of the excitation amplitude while slowly increasing its magnitude from a minimum value and for determining the value of the excitation amplitude at which droplet formation occurs closest to the nozzle (that is, the peak value representing the transition to overdrive).

Die obige Lehre berücksichtigt nicht die Grundursache für die Beibehaltung beständiger Tropfenladezustände. Der Tropf entrennungspunkt ändert sich stark mit der Oberflächenspannung und der Viskosität der Tinte, und daher führt das einfache Konstanthalten des Trennungspunktes noch zu unterschiedlichen Satellitenzuständen und einer variablen Druckqualität. Kurz gesagt ist das Konstanthalten des Tropfentrennungspunktes keine zufriedenstellende Lösung für das Problem.The above teaching does not take into account the root cause of maintaining consistent drop charge states. The drop separation point varies greatly with surface tension and ink viscosity, and therefore simply keeping the separation point constant will still result in different satellite states and variable print quality. In short, keeping the drop separation point constant is not a satisfactory solution to the problem.

Was gewünscht ist, ist ein System, das einen Bereich von geeigneten Druckdüsentreiberspannungen angeben und dann einen zufriedenstellenden Zwischenwert innerhalb des Bereiches berechnen kann. Solch ein System sollte temperaturunabhängig über einen weiten Bereich von Betriebstemperaturen sein, um zu einem beträchtlich besseren Steuersystem zu führen.What is desired is a system that can specify a range of suitable nozzle drive voltages and then calculate a satisfactory intermediate value within the range. Such a system should be temperature independent over a wide range of operating temperatures to result in a considerably better control system.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Erfassungsmittel angeordnet, um den Wert C(L) der Erregerspannung zu erfassen, an dem sich die Tropfenfrequenz verdoppelt, und ist ein Berechnungsmittel vorgesehen, um als Eingänge die Werte C(L) und C(H) zu erhalten und aus diesen die Größe der Erregerspannung zu berechnen, die zum Drucken zu verwenden ist. Das Erfassungsmittel kann entweder einen kapazitiven Aufnehmer oder einen optischen Detektor stromabwärts der Düse aufweisen, um die elektrisch aufgeladenen Tröpfchen zu erfassen. Das Erfassungsmittel kann weiterhin Schaltungsmittel aufweisen, um ein Ausgangssignal dem Berechnungsmittel zuzuführen, wenn sich die erfaßte Tropfenfrequenz verdoppelt.According to one aspect of the invention, a detection means is arranged to detect the value C(L) of the excitation voltage at which the drop frequency doubles, and is a Calculation means are provided for receiving as inputs the values C(L) and C(H) and for calculating therefrom the magnitude of the excitation voltage to be used for printing. The detection means may comprise either a capacitive pickup or an optical detector downstream of the nozzle for detecting the electrically charged droplets. The detection means may further comprise circuit means for supplying an output signal to the calculation means when the detected drop frequency doubles.

Es können Mittel vorgesehen sein, um elektrische Testmuster an den Tröpf chen anzulegen, wobei die Muster in der Phase relativ zu dem Tröpfchentiming variieren, so daß nur einige der Testmuster erfolgreich die Tröpfchen aufladen, und wobei das Erfassungsmittel einen Aufnehmer aufweist, um zu erfassen, welche der Tröpfchen aufgeladen worden sind, und das Berechnungsmittel umfaßt Mittel zur Bestimmung des C(H)-Wertes aus der Änderung in der Abfolge der Lademuster umfaßt. Die Mittel zur Anlegung der Testmuster an den Tröpfchen können einen Ladungsverstärker und einen Ladungstunnel stromabwärts der Düse in dem Bereich der Tröpfchenbildung positioniert aufweisen. Es können auch Mittel vorgesehen sein, um langsam die Erregerspannung von einem Minimalwert zu erhöhen.Means may be provided for applying electrical test patterns to the droplets, the patterns varying in phase relative to the droplet timing so that only some of the test patterns successfully charge the droplets, and the detecting means comprises a sensor for detecting which of the droplets have been charged and the calculating means comprises means for determining the C(H) value from the change in the sequence of the charging patterns. The means for applying the test patterns to the droplets may comprise a charge amplifier and a charge tunnel positioned downstream of the nozzle in the region of droplet formation. Means may also be provided for slowly increasing the excitation voltage from a minimum value.

Das Berechnungsmittel ist vorzugsweise angeordnet, um die Größe der Erregerspannung, die zum Drucken verwendet werden soll, gemäß der Gleichung zu berechnen:The calculation means is preferably arranged to calculate the magnitude of the excitation voltage to be used for printing according to the equation:

V(CALC) = alpha [C(L) + C(H)]/2,V(CALC) = alpha [C(L) + C(H)]/2,

wobei alpha ein tintenbezogener Wert ist.where alpha is an ink related value.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Bestimmung der Erregerspannung, die an einer Düse eines Tintenstrahldruckers anzulegen ist, um einen Tintenstrom in Tröpfchen zum Drucken auf zubrechen, bei dem der Wert C(L) der existierenden Spannung, an dem sich die Tröpfchenfrequenz aufgrund der Bildung von sich nicht mischenden Zwischensatellitentröpfchen verdoppelt, erfaßt wird und daß der Wert V(calc) der existierenden Spannung, die für das Drucken verwendet werden soll, unter Verwendung der Gleichung berechnet wird:According to another aspect of the invention, a method for determining the excitation voltage applied to a nozzle of an inkjet printer to break up an ink stream into droplets for printing, in which the value C(L) of the existing voltage at which the droplet frequency doubles due to the formation of non-mixing intersatellite droplets is detected and that the value V(calc) of the existing voltage to be used for printing is calculated using the equation:

V(CALC) = alpha [C(L) + C(H)]/2,V(CALC) = alpha [C(L) + C(H)]/2,

wobei alpha ein tintenbezogener Wert ist. Dieses Verfahren kann auch umfassen, daß der Wert C(L) erfaßt wird, indem die Tintentröpfchen aufgeladen werden und indem die Ladungen an den Tröpfchen ausreichend stromabwärts von der Düse erfaßt werden, um das Vorliegen von sich mischenden Satellitentröpfchen zu eliminieren. Das Verfahren kann umfassen, daß der Wert C(L) erfaßt wird, indem die Tintentröpfchen ausreichen stromabwärts von der Düse optisch erfaßt werden, um das Vorliegen von sich mischenden Satellitentröpfchen zu eliminieren. Das Verfahren kann die Erfassung des Wertes C(H) umfassen, indemwhere alpha is an ink related value. This method may also include sensing the value C(L) by charging the ink droplets and sensing the charges on the droplets sufficiently downstream of the nozzle to eliminate the presence of mixing satellite droplets. The method may include sensing the value C(L) by optically sensing the ink droplets sufficiently downstream of the nozzle to eliminate the presence of mixing satellite droplets. The method may include sensing the value C(H) by

(i) elektrische Testmuster an den Tintentröpfchen angelegt werden, so daß die Muster in der Phase relativ zu dem Tintentröpfchentiming variieren, wodurch nur einige der Testmuster erfolgreich die Tröpfchen aufladen werden,(i) electrical test patterns are applied to the ink droplets so that the patterns vary in phase relative to the ink droplet timing, whereby only some of the test patterns will successfully charge the droplets,

(ii) erfaßt wird, welche Tröpfchen erfolgreich aufgeladen worden sind, und(ii) detecting which droplets have been successfully charged, and

(iii) der Wert C(H) aus der Änderung in der Abfolge der Aufladungsmuster bestimmt wird.(iii) the value C(H) is determined from the change in the sequence of the charging patterns.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es einem Düsensteuersystem, den Zustand der Satellitentröpfchen und den Tröpfchenabbrechpunkt genau zu überwachen und hieraus einen zufriedenstellenden Bereich von Düsentreiberspannungen zum Betreiben eines Tintenstrahldruckers zu berechnen.The present invention enables a nozzle control system to accurately monitor the condition of the satellite droplets and the droplet break-off point and to to calculate a satisfactory range of nozzle drive voltages to operate an inkjet printer.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie die Automatisierung der Düsenspannung für ein Drucken mit bester Qualität unter Verwendung eines kontinuierlichen Tintenstrahldruckers unabhängig von der Tintenart und -temperatur ermöglicht. Es können auch Probleme mit der Wiederzusammenführung von Satelliten vermieden werden, die auftreten, wenn der Tropfentrennungspunkt konstant gehalten wird, während sich die Tintenart und die -temperatur ändern. Diese führen zu unerwünschten Ladungsänderungen, weil ein Satellit, der einen Teil der Ladung des aufgeladenen Tropfens, von dem er abgespalten worden ist, trägt, diese Ladung auf den nachfolgenden Tropfen überträgt, wenn ein Mischen auftritt.Another advantage of the present invention is that it allows for the automation of nozzle voltage for best quality printing using a continuous inkjet printer regardless of ink type and temperature. It can also avoid satellite re-merging problems that occur when the drop separation point is held constant while ink type and temperature change. These lead to undesirable charge changes because a satellite carrying some of the charge of the charged drop from which it has split will transfer that charge to the subsequent drop when mixing occurs.

Figur 1 stellt die Prinzipien einer Tintenstrahltröpfchenbildung dar, die nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung sind.Figure 1 illustrates the principles of inkjet droplet formation useful for understanding the present invention.

Figur 2 ist ein Software-Flußdiagramm, das die Weise darstellt, in der der Prozessor der vorliegenden Erfindung arbeitet.Figure 2 is a software flow diagram illustrating the manner in which the processor of the present invention operates.

Figur 3 ist ein Schaltbild, das die Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.Figure 3 is a circuit diagram illustrating the control circuit according to the present invention.

Figur 4 ist ein Graph, der nützlich zur Erläuterung der Betriebsweise der vorliegenden Erfindung ist.Figure 4 is a graph useful for explaining the operation of the present invention.

Figur 5 stellt die Weise dar, in der Zwischensatelliten erfaßt werden können.Figure 5 illustrates the manner in which intermediate satellites can be detected.

Figur 6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das zur Erläuterung des Testmusters nützlich ist, das zur Erfassung des oberen Kardinalpunktes dient.Figure 6 is a timing diagram useful for explaining the test pattern used to detect the upper cardinal point.

Bezugnehmend auf Figur 1 sind dort eine Reihe von Düsen gezeigt. Die Düse 10 emittiert einen Tintenstrahl 12. Eine Düsentreiberspannung ist angelegt, welche Spannung bewirkt, daß der Strahl in einer Reihe von getrennten Tropfen 14 aufbricht. Kleinere Tropfen, die in diesem Fachgebiet als Satelliten bezeichnet werden, bilden sich zwischen den Tropfen 14. Die Satelliten 16 verhalten sich in einer Weise, die eine Funktion der Energie ist, die der Düse zugeführt wird (gemessen als die Düsenspannung).Referring to Figure 1, there is shown a series of nozzles. The nozzle 10 emits a jet of ink 12. A nozzle drive voltage is applied, which voltage causes the jet to break up into a series of separate drops 14. Smaller drops, referred to in the art as satellites, form between the drops 14. The satellites 16 behave in a manner that is a function of the energy supplied to the nozzle (measured as the nozzle voltage).

Bezugnehmend auf Figur 1, wenn die dem Tintenstrahl zugeführte akustische Energie niedrig ist, ist das natürliche Verhalten der Satelliten so, daß sie sich unabhängig von den Tropfen bilden und dann zurückfallen und sich mit den nachfolgenden Tropfen mischen. Dies wird als rückwärtsmischende Satelliten oder langsame Satelliten bezeichnet und ist in Figur 1A dargestellt. Das Zurückfallen und Mischen tritt in etwa zehn Tropfenperioden in Abhängigkeit von den physikalischen Parametern der Tinte (Viskosität, Oberflächenspannung, Dichte, etc.) auf.Referring to Figure 1, when the acoustic energy supplied to the ink jet is low, the natural behavior of the satellites is to form independently of the drops and then fall back and mix with the subsequent drops. This is called backward mixing satellites or slow satellites and is shown in Figure 1A. The fall back and mixing occurs in about ten drop periods depending on the physical parameters of the ink (viscosity, surface tension, density, etc.).

Wenn das Antreiben der Düse erhöht wird, wird ein Punkt, der hierin als C(L) bezeichnet ist, auftreten. Dieser Begriff bezeichnet einen unteren Kardinalpunkt. Kardinal ist ein Begriff, dem der Optikterminologie entliehen ist, wo er einen wichtigen Punkt eines Linsensystems, das heißt einen Fokuspunkt, eigen Knotenpunkt oder einen Hauptpunkt bezeichnet. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist C(L) ein wichtiger Punkt, weil er den Punkt repräsentiert, an dem sich die Satelliten von den vorangehenden und den nachfolgenden Tropfen gleichzeitig trennen (vergleiche Figur 1D). Oberflächenspannungskräfte ziehen diese Satelliten nach vorne und nach hinten mit gleicher Kraft. Das Ergebnis ist, daß die Satelliten an einem Mittel- oder Zwischenpunkt zwischen den Tropfen bleiben, während sie sich durch den Raum bewegen. Es ist dieser Zustand, der als C(L) bezeichnet wird, der an einem stromabwärtigen Punkt erfaßt werden kann, indem die Satelliten und die Tropfen erfaßt werden. An dem Punkt C(L) wird eine Verdoppelung der normalen Tropfenfrequenz auftreten, die erfaßt werden kann. In allen anderen Fällen werden sich die Satelliten mit entweder den vorangehenden oder den nachfolgenden Tropfen vermischt haben. Geeignete Detektoren sind in Verbindung mit Figur 5 dieser Offenbarung dargestellt und beschrieben.As the nozzle drive is increased, a point referred to herein as C(L) will occur. This term denotes a lower cardinal point. Cardinal is a term borrowed from optics terminology where it denotes an important point of a lens system, i.e. a focal point, nodal point or principal point. For the purposes of the present description, C(L) is an important point because it represents the point at which the satellites separate from the preceding and following drops simultaneously (compare Figure 1D). Surface tension forces pull these satellites forward and backward with equal force. The result is that the satellites remain at a midpoint or intermediate point between the drops as they move through space. It is this condition, referred to as C(L), that can be detected at a downstream point by detecting the satellites and the drops. At point C(L) there will be a doubling of the normal drop frequency that can be detected. In all other cases the satellites will have mixed with either the preceding or following drops. Suitable detectors are shown and described in connection with Figure 5 of this disclosure.

Alle Düsen, die für Tintenstrahldrucksysteme verwendet werden, sollen solche Zwischensatelliten hervorbringen, die sich weder vorne noch hinten mischen. Der Punkt C(L) wird durch die Frequenzverdoppelung erfaßt, wenn die Energie zum Düsentreiben von einem niedrigen Niveau auf ein Niveau, das gerade angemessen ist, um Zwischensatelliten zu bilden, angehoben wird.All nozzles used in inkjet printing systems are designed to produce such intermediate satellites that do not mix either front or back. The point C(L) is detected by the frequency doubling when the jet propulsion energy is increased from a low level to a level just adequate to produce intermediate satellites.

In einer Ausführungsform eines Detektors von Figur 5 wird ein geeignetes Testsignal auf einer Ladeelektrode plaziert, so daß sowohl die Tropfen als auch die Zwischensatelliten aufgeladen werden. Die erfaßte Tropfenfrequenz wird sich verdoppeln, wenn Zwischensatelliten vorhanden sind und den Sensor passieren. Alternativ kann ein optischer Detektor verwendet werden, der nicht das Aufladen der Tropfen und der Satelliten erfordert, sondern eine Verdoppelung der Anzahl der Tropfen, welche den Detektor passieren, erfassen wird.In one embodiment of a detector of Figure 5, a suitable test signal is placed on a charging electrode so that both the drops and the intermediate satellites are charged. The drop frequency detected will double when intermediate satellites are present and pass the sensor. Alternatively, an optical detector can be used which does not require charging of the drops and the satellites but will detect a doubling of the number of drops passing the detector.

In jedem Fall ist der Detektor in einem ausreichenden Abstand stromabwärts von der Düsenöffnung positioniert, um zu erlauben, daß sich die Satelliten mischen.In any case, the detector is positioned at a sufficient distance downstream from the nozzle opening to allow the satellites to mix.

Zusätzlich zu einem unteren Kardinalpunkt C(L) bilden die meisten Tintenstrahldüsen auch das, was als ein oberer Kardinalpunkt C(H) bezeichnet werden kann. Dieser Punkt kann beobachtet werden, indem die Energie zu der Düse langsam erhöht wird und der Punkt der Tropfentrennung beobachtet wird. Wenn die Energie zu der Düse von einem niedrigen Niveau erhöht wird (Figur 1A), bewegt sich der Tropfentrennungspunkt, der als S bezeichnet ist, weiter zu der Düse hin, bis er seinen minimalen Abstand von der Düse erreicht (Figur 1G). Dies wird als der obere Kardinalenergiepunkt C(H) bezeichnet. Anschließend bewegt sich der Bruchpunkt weiter weg von der Düse (Figur 1H). Dieses Zurückfalten oder diese Umkehr kann durch eine geeignete Schaltung und Software erfaßt werden. Eine Beschreibung der Schaltung und der Methode zur Erfassung des oberen Kardinalpunkts C(H) ist in Verbindung mit einer Beschreibung von Figur 3 vorgesehen.In addition to a lower cardinal point C(L), most inkjet nozzles also form what may be referred to as an upper cardinal point C(H). This point can be observed by slowly increasing the energy to the nozzle and observing the point of drop separation. As the energy to the nozzle is increased from a low level (Figure 1A), the drop separation point, designated S, moves further toward the nozzle until it reaches its minimum distance from the nozzle (Figure 1G). This is referred to as the upper cardinal energy point C(H). Subsequently, the break point moves further away from the nozzle (Figure 1H). This folding back or reversal can be detected by appropriate circuitry and software. A description of the circuitry and method for detecting the upper cardinal point C(H) is provided in conjunction with a description of Figure 3.

Zuerst ist jedoch unter Bezugnahme auf Figur 4 ein Graph gezeigt, der die Eigenschaften von einer typischen Tinte zeigt, die in einem Tintenstrahldrucksystem verwendet wird. Diese Tinte, die durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung hergestellt wird und als 16/8200 bezeichnet wird, wurde mit einer Düse von der Art verwendet, die in dem US-Patent Nr. 4,727, 329 beschrieben ist, welches Patent ausdrücklich zum Inhalt dieses Patent gemacht werden soll. Der durch Kreuze schraffierte Bereich an dem Graph repräsentiert Düsentreiberspannungen, die einen Druck mit einer guten Qualität über einen Temperaturbereich von etwa 4,44ºC bis 43,33ºC (40ºF bis 110ºF) erzeugt. Die oberen und unteren Kardinalenergiepunkte C(L) und C(H) sind auch für dieselbe Düse und Tintenzusammensetzung geplottet. Aus dieser Information ist es möglich, einen Spannungswert V(calc) aus der nachfolgenden Gleichung zu berechnen:First, however, referring to Figure 4, there is shown a graph showing the properties of a typical ink used in an ink jet printing system. This ink, manufactured by the assignee of the present invention and designated 16/8200, was used with a nozzle of the type described in U.S. Patent No. 4,727,329, which patent is expressly incorporated by reference. The cross-hatched area on the graph represents nozzle drive voltages that produce good quality printing over a temperature range of about 4.44°C to 43.33°C (40°F to 110°F). The upper and lower cardinal energy points C(L) and C(H) are also plotted for the same nozzle and ink composition. From this information it is possible to calculate a voltage value V(calc) from the following equation:

V(calc) = alpha [C(L) + C(H)] /2 GL 1,V(calc) = alpha [C(L) + C(H)] /2 GL 1,

wobei alpha eine Funktion der Tinte ist, die nachfolgend beschrieben wird.where alpha is a function of the ink, which is described below.

Werte für V(calc), die aus der voranstehenden Gleichung berechnet worden sind, sind in Figur 4 geplottet. Diese Werte von V(calc) liegen alle innerhalb des durch Kreuze schraffierten Bereiches des Graphen und stellen Düsentreiberspannungen dar, die einen Qualitätsdruck erzeugen.Values for V(calc) calculated from the above equation are plotted in Figure 4. These values of V(calc) all lie within the cross-hatched area of the graph and represent nozzle drive voltages that produce quality printing.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 3 wird eine Schaltung, die zur Ausführung der Erfindung geeignet ist, beschrieben werden. Die Düse 10 ist mit einer Tintenquelle 32 über eine Tintenleitung 34 verbunden. Der Tintenstrom ist zwischen der Tintenquelle und der Düse 36 geerdet. An der Düse wird eine akustische Energie beispielsweise mittels einer piezzoelektrischen Einrichtung, wie sie in dem zuvor genannten US-Patent 4,727,379 offenbart ist, angelegt. Die Treiberspannung für die piezzoelektrische Einrichtung wird von einem Düsentreiberverstärker 38 über eine Leitung 40 geliefert. Der Verstärker wiederum wird durch einen Prozessor 42 wie beispielsweise einem Mikrocomputer über einen Digital/Analog-Wandler (D/A) 44 gesteuert. Die Steuerung 42 betätigt auch einen Ladeverstärker 44 über D/A 46, um die an den Ladungstunnel 48 angelegte Spannung zu steuern. Wie gut im Stand der Technik bekannt ist, ist der Ladungstunnel 48 stromabwärts von der Düse 10 in dem Bereich angeordnet, wo die Tropfen als der Strom von Tintenaufbrüchen in Tropfen und Satelliten bilden sollen. Auf diese Weise können ausgewählte Tropfen zur Ableitung auf ein Substrat aufgeladen werden oder, wenn sie unaufgeladen bleiben, über eine Rinne zu der Tintenquelle 32 zurückgeführt werden.Referring to Figures 1 and 3, a circuit suitable for carrying out the invention will be described. The nozzle 10 is connected to an ink source 32 via an ink line 34. The ink stream is grounded between the ink source and the nozzle 36. Acoustic energy is applied to the nozzle by, for example, a piezoelectric device as disclosed in the aforementioned U.S. Patent 4,727,379. The drive voltage for the piezoelectric device is provided by a nozzle drive amplifier 38 via a line 40. The amplifier, in turn, is controlled by a processor 42 such as a microcomputer via a digital-to-analog (D/A) converter 44. The controller 42 also operates a charge amplifier 44 via D/A 46 to control the voltage applied to the charge tunnel 48. As is well known in the art, the charge tunnel 48 is located downstream of the nozzle 10 in the region where the drops are to form as the stream of ink breaks up into droplets and satellites. In this way, selected drops can be charged for discharge to a substrate or, if left uncharged, returned to the ink source 32 via a gutter.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erhält die Steuerung 42 Eingangssignale von einem kapazitiven Aufnehmer 50 stromabwärts von dem Ladungstunnel. Das Signal von dem Aufnehmer 50 wird einem Vorverstärker 52 und einem Bandpaßfilter 54 (einem Kerbfilter, der ausgebildet ist, um eine Frequenz durchzulassen, die gleich der oder doppelt so groß wie die normale Tropfenfrequenz des Tintenstrahlsystems ist) zugeführt. Somit erfaßt der kapazitive Aufnehmer 50 den Punkt C(L), in dem sich die Tropfenfrequenz aufgrund des Vorhandenseins von Zwischensatelliten verdoppelt hat (Figur 1B). Das Signal, das derart analog ist, wird durch den Filter 54 zu einem Vergleicher 56 durchgelassen, der einen digitalen Ausgang liefert, wenn der Eingang eine Schwelle überschreitet. Dies signalisiert der Steuerung, daß C(L) erfaßt worden ist. Die Steuerung speichert somit den entsprechenden Düsentreiberspannungswert.In accordance with the present invention, the controller 42 receives input signals from a capacitive pickup 50 downstream of the charge tunnel. The signal from the pickup 50 is fed to a preamplifier 52 and a bandpass filter 54 (a notch filter designed to pass a frequency equal to or twice the normal drop frequency of the ink jet system). Thus, the capacitive pickup 50 detects the point C(L) where the drop frequency has doubled due to the presence of intermediate satellites (Figure 1B). The signal, thus analog, is passed through the filter 54 to a comparator 56 which provides a digital output when the input exceeds a threshold. This signals to the controller that C(L) has been detected. The controller thus stores the corresponding nozzle drive voltage value.

Der zweite Eingang zu der Steuerung 42, der interessiert, liefert ein Signal, das das Auftreten von C(H), das heißt den Umkehrpunkt, welcher in Figur 1G dargestellt ist, anzeigt. Dieses Signal wird auf einer Leitung 58 von einem Aufnehmer 60 in elektrischer Verbindung mit dem elektrisch leitenden Tintenstrom erzeugt. Der Ausgang des Aufnehmers 60 wird einem integrierten Vorverstärker 62 zugeführt, der wiederum an einen Vergleicher 64 geleitet wird. Wie beschrieben werden wird, wird ein digitaler Ausgang auf der Leitung 58 der Steuerung zugeführt, wenn die Ladung auf den Kondensator, welcher dem Vorverstärker 62 zugeordnet ist, eine Schwelle überschreitet, die für den Vergleicher 64 vorgegeben worden ist.The second input to the controller 42 of interest provides a signal indicative of the occurrence of C(H), i.e. the turning point shown in Figure 1G. This signal is produced on a line 58 by a pickup 60 in electrical communication with the electrically conductive ink stream. The output of the pickup 60 is fed to an integrated preamplifier 62 which in turn is fed to a comparator 64. As will be described, a digital output on line 58 is fed to the controller when the charge on the capacitor associated with the preamplifier 62 exceeds a threshold set for the comparator 64.

Um die Funktion des Vergleichers 64 zu verstehen, ist es notwendig, auf die Figuren 1, 3 und 6 Bezug zu nehmen. Um C(H) zu bestimmen, werden Testsignale auf dem Ladungstunnel 48 für eine Periode, die gleich 30 Tropfenzeiten ist, plaziert. Beispielsweise das Signal, das als Testvideo 0 in Figur 6 bezeichnet ist. Die Wellenform, die in Figur 6 dargestellt ist, wird als die Tropfentaktwellenform bezeichnet, die beispielsweise 66 Kilohertz betragen kann. Während der Zeit, in der das Testvideo 0-Signal hoch ist, versucht der Ladungstunnel 48 eine Ladung an jedem Tintentropfen anzulegen, der geformt wird, während die Tröpfchen von dem Tintenstrom abbrechen. Während dieser Periode wird der Aufnehmer 60 erfassen, ob die Tropfen ausreichend aufgeladen sind oder nicht. Für jeden Tropfen, der aufgeladen ist, wird eine inkrementale Ladung auf dem Kondensator, welcher dem Vorverstärker 62 zugeordnet ist, gespeichert. Wenn die meisten der Tropfen ausreichend durch das Testvideo-Signal aufgeladen worden sind, wird die Spannung von dem Vorverstärker die Schwelle überschreiten, die an dem Vergleicher 64 vorgegeben ist, und dies der Steuerung signalisieren. Die Abfolge wird dann für Testvideo-Signale 1, 2 und 3 wiederholt, von denen alle in Figur 6 dargestellt sind. Jedes Testmuster ist ein Viertel Lambda außer Phase von dem vorhergehenden Testmuster (wobei Lambda der Tröpfchenabstand ist). Als ein Ergebnis ist es möglich, die Position (in Viertel Lambdas beispielsweise) des Tröpfchenabbruchpunkts relativ zu den Positionen der beiden Kardinalpunkte genau zu bestimmen.To understand the operation of comparator 64, it is necessary to refer to Figures 1, 3 and 6. To determine C(H), test signals are placed on charge tunnel 48 for a period equal to 30 drop times. For example, the signal labeled test video 0 in Figure 6. The waveform shown in Figure 6 is referred to as the drop clock waveform, which may be, for example, 66 kilohertz. During the time that the test video 0 signal is high, the charge tunnel 48 attempts to apply a charge to each ink drop that is formed as the droplets break off from the ink stream. During this period, the pickup 60 will sense whether or not the drops are sufficiently charged. For each drop that is charged, an incremental charge is stored on the capacitor associated with the preamplifier 62. When most of the drops have been sufficiently charged by the test video signal, the voltage from the preamplifier will exceed the threshold set on the comparator 64, signaling this to the controller. The sequence is then repeated for test video signals 1, 2, and 3, all of which are shown in Figure 6. Each test pattern is one quarter lambda out of phase from the previous test pattern (where lambda is the droplet spacing). As a result, it is possible to accurately determine the position (in quarter lambdas, for example) of the droplet break point relative to the positions of the two cardinal points.

Das Ergebnis dieser Betriebsweise ist in Figur 1 dargestellt, wo für jede der Figuren 1A bis H ein vier Bit Binärcode gezeigt ist, der die Ergebnisse der Anlegung der Testvideo-Signale 0 bis 3 darstellt. Somit sind beispielsweise unter Bezugnahme auf Figur 1B Testvideo 1 und Testvideo 2 digital, während Testvideo 0 und Testvideo 3 Null sind, wodurch angezeigt wird, daß die letzteren beiden Testvideos nicht durch das Aufladen der Tröpfchen resultierten (dies ist aufgrund der Phase der Testvideo-Signale relativ zu dem Tropfentakt).The result of this operation is shown in Figure 1, where for each of Figures 1A through H a four bit binary code is shown representing the results of applying test video signals 0 through 3. Thus, for example, referring to Figure 1B, test video 1 and test video 2 are digital, while test video 0 and test video 3 are zero, indicating that the latter two test videos did not result from charging the droplets (this is due to the phase of the test video signals relative to the drop clock).

Wenn die Treiberspannung der Düse ansteigt, ändert sic fas Muster der erfolgreich aufgeladenen Tropfen wie in Figur 1 angedeutet in einer vorhersagbaren Aufeinanderfolge basierend auf der Phasenbeziehung der Testvideo-Signale. An dem Kardinalpunkt C(H) findet jedoch eine erste Phasenumkehrung statt (zusätzliche Phasenumkehrungen können bei höheren Treiberspannungen auftreten). Das heißt, daß anstelle des erwarteten Phasenmusters 1001 für Figur 1H das Muster 0110 beobachtet wird, welches Muster exakt dasselbe wie Figur 1F ist. Somit erfaßt die Schaltung genau C(H) als den ersten Zurückfaltepunkt, wo ein Tropfenabbrechen innerhalb des Ladungstunnels 48 an den minimalen Abstand von der Düse stattfindet.As the nozzle drive voltage increases, the pattern of successfully charged drops changes as indicated in Figure 1 in a predictable sequence based on the phase relationship of the test video signals. However, at the cardinal point C(H), a first phase reversal occurs (additional phase reversals may occur at higher drive voltages). That is, instead of the expected phase pattern 1001 for Figure 1H, the pattern 0110 is observed, which pattern is exactly the same as Figure 1F. Thus, the circuit detects exactly C(H) as the first fold-back point where droplet break-off occurs within the charge tunnel 48 at the minimum distance from the nozzle.

In der Praxis wird der Komparator 64 vorzugsweise nur einmal alle 15 Tropfenzeiten nach dem Beginn jedes Testvideo-Signals abgetastet. Der Ausgang von dem Vergleicher ist eine Eins oder Null, wodurch angezeigt wird, daß die Tropfen erfolgreich aufgeladen wurden oder nicht.In practice, the comparator 64 is preferably sampled only once every 15 drop times after the start of each test video signal. The output from the comparator is a one or zero, indicating whether the drops were successfully charged or not.

Aus der Betrachtung von Figur 6 wird erkannt werden, daß die vier Testvideo-Signale eine Pulsbreite von etwa 66% der Tropfenzeit haben und daß jedes Testvideo-Signal eine viertel Tropfenzeit außer Phase von jedem anderen Testvideo-Signal ist. Die Phasenfolge endet, nachdem der Ausgang des Vergleichers für die vier Videotest-Signale aufgezeichnet worden ist.From inspection of Figure 6, it will be seen that the four test video signals have a pulse width of approximately 66% of the drop time and that each test video signal is one-quarter drop time out of phase with every other test video signal. The phase sequence ends after the output of the comparator for the four video test signals has been recorded.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, tritt der Tropfentrennungspunkt früher (näher zu der Düse) auf, wenn die Spannung ansteigt. Dies wird durch den Detektor erkannt, wie durch das Muster von denjenigen angezeigt wird, die von rechts nach links in den Figuren A bis G marschieren (und umwickeln). Dies findet weiter statt, bis der Zurückfaltepunkt C(H), wo die Aufeinanderfolge sich selbst umkehrt, und der Detektor signalisiert diesen Spannungswert an die Steuerung.As can be seen from Figure 1, the drop separation point occurs earlier (closer to the nozzle) as the voltage increases. This is detected by the detector as indicated by the pattern of those marching (and wrapping) from right to left in Figures A to G. This continues until the fold-back point C(H) where the sequence reverses itself and the detector signals this voltage value to the controller.

Während die Ausführungsform von Figur 3 getrennte Aufnehmer für C(L) und C(H) zeigt, wird von Fachleuten erkannt werden, daß der kapazitive Aufnehmer 50 für beide Zwecke verwendet werden kann. Das heißt, daß der Auf nehmer 50 den C(L)-Wert erfassen kann und durch Verbindung des Vorverstärkers 62 und des Vergleichers 64 mit dem kapazitiven Aufnehmer er auch C(H) erfassen kann. Somit ist es nicht notwendig, einen separaten Aufnehmer 60 hinter der Düse zu verwenden, da der kapazitive Aufnehmer 50 stromunterhalb des Ladungstunnels beide Funktionen ausführen kann, wenn dies gewünscht ist.While the embodiment of Figure 3 shows separate sensors for C(L) and C(H), it will be recognized by those skilled in the art that the capacitive sensor 50 can be used for both purposes. That is, the sensor 50 can sense the C(L) value and by connecting the preamplifier 62 and the comparator 64 to the capacitive sensor, it can also sense C(H). Thus, it is not necessary to use a separate sensor 60 downstream of the nozzle since the capacitive sensor 50 downstream of the charge tunnel can perform both functions if desired.

Es wird von Fachleuten erkannt werden, daß wenn ein getrennter Aufnehmer 60 verwendet wird, um C(H) zu erfassen, es dann möglich ist, einen optischen oder einen akustischen Aufnehmer anstelle des kapazitiven Aufnehmers 50 zu verwenden, um C(L) zu erfassen. Der Vorteil der Verwendung eines optischen oder einen akustischen Aufnehmers besteht darin, daß die Tropfen nicht aufgeladen zu werden brauchen, um erfaßt zu werden.It will be appreciated by those skilled in the art that if a separate sensor 60 is used to detect C(H), it is then possible to use an optical or an acoustic sensor instead of the capacitive sensor 50 to detect C(L). The advantage of using an optical or an acoustic sensor is that the drops do not need to be charged in order to be detected.

Wenn die Steuerung die Informationen erhalten hat, die notwendig sind, um C(L) und C(H) zu bestimmen, verwendet sie die Gleichung 1, um V(calc) zu berechnen. Figur 2 stellt ein Software-Flußdiagramm dar, das geeignet ist, um die Berechnungen gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Es ist wichtig zu bemerken, daß die Kenntnis der Tintentemperatur nicht für eine Bestimmung einer geeigneten Düsentreiberspannung erforderlich ist.Once the controller has received the information necessary to determine C(L) and C(H), it uses Equation 1 to calculate V(calc). Figure 2 illustrates a software flow chart suitable for performing the calculations according to the present invention. It is important to note that knowledge of the ink temperature is not required for determining an appropriate nozzle drive voltage.

Bezugnehmend auf Figur 2 wird die Bestimmung der Kardinalpunkte beschrieben werden. Die Steuerung 42 setzt in dem Fall, in dem ein kapazitiver Aufnehmer verwendet wird, die Ladungstunnelspannung auf einen konstanten Wert. Sie setzt dann die Düsentreiberspannung über die Leitung 40 auf einen Minimalwert. Die Düsentreiberspannung wird langsam erhöht und de,r kapazitive Aufnehmer überprüft, um festzustellen, ob eine Frequenzverdoppelung stattgefunden hat. Falls nicht, erhöht sich die Frequenz in kleinen Schritten, bis eine Frequenzverdoppelung erfaßt wird. Wie zuvor angedeutet worden ist, zeigt eine Frequenzverdoppelung den Zustand an, in dein Zwischensatelliten, die sich nicht vermischen, gebildet werden. Wenn eine Frequenzverdoppelung erfaßt wird, wird der Wert der Düsentreiberspannung als C(L) aufgezeichnet.The determination of the cardinal points will be described with reference to Figure 2. The controller 42 sets the charge tunneling voltage to a constant value in the case where a capacitive pickup is used. It sets then the jet drive voltage is increased slowly over line 40 and the capacitive pickup is checked to see if frequency doubling has occurred. If not, the frequency is increased in small increments until frequency doubling is detected. As previously indicated, frequency doubling indicates the condition in which non-merging intermediate satellites are being formed. When frequency doubling is detected, the jet drive voltage value is recorded as C(L).

Die Steuerung beginnt dann den Phasensteuerbereich ihrer Routine, um C(H) zu erfassen. Die in Figur 6 gezeigten Testvideo-Signale werden der Ladungstunnelelektrode zugeführt. Der Sensor 60 oder alternativ der kapazitive Aufnehmer 50 wird beobachtet, um zu erfassen, ob Tropfen erfolgreich für jedes der vier Testsignale aufgeladen worden sind. Die Software prüft dann, um zu erfassen, ob eine Phasenumkehrung stattgefunden hat oder nicht. Falls nicht, wird die Düsentreiberspannung in kleinen Schritten erhöht, bis eine Phasenumkehr erfaßt wird. Bei einer solchen Erfassung wird die Düsentreiberspannung C(H) aufgezeichnet.The controller then begins the phase control portion of its routine to detect C(H). The test video signals shown in Figure 6 are applied to the charge tunneling electrode. The sensor 60 or alternatively the capacitive pickup 50 is monitored to detect whether drops have been successfully charged for each of the four test signals. The software then checks to detect whether or not a phase reversal has occurred. If not, the nozzle drive voltage is increased in small increments until a phase reversal is detected. Upon such detection, the nozzle drive voltage C(H) is recorded.

Bei Erhalt der Werte für C(H) und C(L) wird der Wert V(calc) berechnet. Dieser Wert V(calc), der in Figur 4 gezeigt ist, ist in der Mitte des gewünschten Betriebsbereiches des Systems und wird danach als die Düsentreiberspannung verwendet. In zusammengefaßter Form kann dieser Betrieb wie folgt festgestellt werden:Upon obtaining the values for C(H) and C(L), the value V(calc) is calculated. This value V(calc), shown in Figure 4, is in the middle of the desired operating range of the system and is thereafter used as the nozzle drive voltage. In summary, this operation can be stated as follows:

I. A. Unter der Annahme eines Detektors für eine elektrische Ladung wird begonnen, indem eine konstante Ladungsspannung an der Ladeelektrode (Ladungstunnel) angelegt wird.I. A. Assuming a detector for an electric charge, we begin by applying a constant charge voltage to the charging electrode (charge tunnel).

B. Langsame Erhöhung der angelegten Düsentreiberspannung von einem niedrigen Niveau, das heißt unterhalb von 9 Volt, sinuswellenförmig, Spitze zu Spitze.B. Slowly increase the applied jet driver voltage from a low level, i.e. below 9 volts, in a sine wave fashion, peak to peak.

C. Beobachtung des stromabwärtigen Detektors für eine Frequenz, die zweimal so hoch wie die Tropfenfrequenz ist, das heißt Suche nach Zwischensatelliten.C. Observation of the downstream detector for a frequency twice the drop frequency, i.e. search for intermediate satellites.

D. Wenn einmal die doppelte Frequenz erfaßt worden ist, Aufzeichnung des Spannungsniveaus als der untere Kardinalenergiepunkt C(L).D. Once twice the frequency has been acquired, record the voltage level as the lower cardinal energy point C(L).

II. A. Schalten zu dem Phasenabgleichsystem und Anlegen von aufeinanderfolgenden Phasenabgleichspannungen an der Ladungselektrode.II. A. Switch to the phasing system and apply successive phasing voltages to the charge electrode.

B. Beobachten der aufeinanderfolgenden Richtung von "guter" Phase (in unserem Beispiel "1"en), während die Düsentreiberspannung erhöht wird.B. Observe the successive direction of "good" phase (in our example, "1"s) while increasing the nozzle drive voltage.

C. Aufzeichnen der Düsenspannung als C(H), wenn die Richtung oder Folge der guten Phase sich umkehrt.C. Record the nozzle voltage as C(H) when the direction or sequence of the good phase reverses.

D. Berechnen der geeigneten Treiberspannung aus Gleichung (1) für die Tinte und Anlegen von dieser an der Düse.D. Calculate the appropriate drive voltage from Equation (1) for the ink and apply it to the Nozzle.

Wieder bezugnehmend auf Gleichung 1 wird bemerkt werden, daß die Berechnung des Wertes V(calc) erfordert, daß ein Wert alpha spezifiziert wird, der tintenabhängig ist. Dieser Wert alpha kann wie folgt bestimmt werden. Da der gute Druckbereich zwischen den oberen und unteren Kardinalenergiepunkten liegt (siehe Figur 4), würde eine akzeptable Lösung sein, alpha = 1 zu setzen. Dies würde V(calc) in der Mitte zwischen C(L) und C(H) plazieren, jedoch können einige zusätzliche Toleranzen gewonnen werden, indem etwas kleinere oder etwas größere Werte gewählt werden. Ein kleineres alpha würde V(calc) verringern und ein größeres alpha V(calc) erhöhen. Es ist wünschenswert, alpha für jede Tinte einzustellen, um den Druckbereich zu optimieren. Dies kann einfach gemacht werden, indem V(calc) für eine spezifisches alpha berechnet wird und die Ergebnisse auf einem Graph geplottet werden, der den wünschenswerten Bereich ein besonderen Tinte darstellt. Mit anderen Worten kann alpha empirisch für jede Tintenzusammensetzung optimiert werden.Referring again to equation 1, it will be noted that the calculation of the value V(calc) requires that a value alpha be specified which is ink dependent. This value alpha can be determined as follows. Since the good printing area lies between the upper and lower cardinal energy points (see Figure 4), an acceptable solution would be to set alpha = 1. This would place V(calc) midway between C(L) and C(H), however some additional Tolerances can be gained by choosing slightly smaller or slightly larger values. A smaller alpha would decrease V(calc) and a larger alpha would increase V(calc). It is desirable to adjust alpha for each ink to optimize the print range. This can be done simply by calculating V(calc) for a specific alpha and plotting the results on a graph representing the desirable range for a particular ink. In other words, alpha can be optimized empirically for any ink composition.

Claims (12)

1. Eine Steuerschaltung zur Festlegung der Größe der Erregerspannung, die an der Düse eines Tintenstrahldruckers angelegt werden, um einen Tintenstrom in Tröpfchen auf zubrechen, mit einem Erfassungsmittel zum Bestimmen des Wertes der Erregerspannung, während deren Große langsam von einem Minimalwert erhöht wird, und Erfassen des Wertes C(H) der Erregerspannung, an dem die Tröpfchenbildung am nächsten zu der Düse auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmittel (50, 52, 54, 56) angeordnet ist, um den Wert C(L) der Erregerspannung zu erfassen, an dem die Tröpfchenfrequenz sich verdoppelt, und daß ein Berechnungsmittel (42) vorgesehen ist, um als Eingänge die Werte C(L) und C(H) zu erhalten und aus diesen die Größe der zum Druck zu verwendenden Erregerspannung zu berechnen.1. A control circuit for determining the magnitude of the excitation voltage applied to the nozzle of an ink jet printer to break up an ink stream into droplets, comprising sensing means for determining the value of the excitation voltage while slowly increasing its magnitude from a minimum value and sensing the value C(H) of the excitation voltage at which droplet formation occurs closest to the nozzle, characterized in that the sensing means (50, 52, 54, 56) is arranged to sense the value C(L) of the excitation voltage at which the droplet frequency doubles, and in that computing means (42) is provided for receiving as inputs the values C(L) and C(H) and computing therefrom the magnitude of the excitation voltage to be used for printing. 2. Eine Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmittel einen kapazitiven Aufnehmer (50) stromabwärts der Düse (10) aufweist, um die elektrisch aufgeladenen Tröpfchen zu erfassen.2. A control circuit according to claim 1, characterized in that the detection means comprises a capacitive pickup (50) downstream of the nozzle (10) for detecting the electrically charged droplets. 3. Eine Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmittel einen optischen Detektor aufweist, der stromabwärts der Düse (10) angeordnet ist, um die Tröpfchen zu erfassen, die den Detektor passieren.3. A control circuit according to claim 1, characterized in that the detection means comprises an optical detector arranged downstream of the nozzle (10) for detecting the droplets passing the detector. 4. Eine Steuerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmittel weiterhin ein Schaltungsmittel (52, 54, 56) aufweist, um ein Ausgangssignal dem Berechnungsmittel (42) zuzuführen, wenn die erfaßte Tröpfchenfrequenz sich verdoppelt.4. A control circuit according to claim 2 or 3, characterized in that the detecting means further comprises circuit means (52, 54, 56) for supplying an output signal to the calculating means (42) when the detected droplet frequency doubles. 5. Eine Steuerschaltung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (42, 44, 46, 48) vorgesehen sind, um ein elektrisches Testmuster an den Tropfen anzulegen, wobei die Muster in der Phase relativ zu dem Tröpfchentiming variieren, so daß nur einige der Testmuster erfolgreich die Tröpfchen aufladen und wobei das Erfassungsmittel einen Aufnehmer (50) aufweist, um zu erfassen, welche der Tröpfchen aufgeladen worden sind, und daß das Berechnungsmittel (42) Mittel aufweist, um den C(H)-Wert aus der Änderung in der Abfolge von Aufladungsmustern zu bestimmen.5. A control circuit according to any preceding claim, characterized in that means (42, 44, 46, 48) are provided for applying an electrical test pattern to the droplet, the patterns varying in phase relative to the droplet timing so that only some of the test patterns successfully charge the droplet, and wherein the detecting means comprises a sensor (50) for detecting which of the droplets have been charged, and the calculating means (42) comprises means for determining the C(H) value from the change in the sequence of charging patterns. 6. Eine Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (42, 44, 46, 48) zur Anlegung der Testmuster an den Tröpfchen einen Aufladungsverstärker (44) und einen Ladungstunnel (48) unterhalb der Düse (10) in dem Bereich der Tröpfchenbildung positioniert aufweist.6. A control circuit according to claim 5, characterized in that the means (42, 44, 46, 48) for applying the test patterns to the droplets comprises a charge amplifier (44) and a charge tunnel (48) positioned below the nozzle (10) in the region of droplet formation. 7. Eine Steuerschaltung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (38, 40, 42, 44) vorgesehen sind, um langsam die Erregerspannung von einem Minimalwert zu erhöhen.7. A control circuit according to any preceding claim, characterized in that means (38, 40, 42, 44) are provided for slowly increasing the excitation voltage from a minimum value. 8. Eine Steuerschaltung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungsmittel (42) angeordnet ist, um die Größe der für ein Drucken zu verwendenden Erregerspannung gemäß der Gleichung zu berechnen:8. A control circuit according to any preceding claim, characterized in that the calculating means (42) is arranged to calculate the magnitude of the excitation voltage to be used for printing according to the equation: V(CALC) = alpha [C(L) + C(H)]/2,V(CALC) = alpha [C(L) + C(H)]/2, wobei alpha ein tintenbezogener Wert ist.where alpha is an ink related value. 9. Ein Verfahren zur Bestimmung der Erregerspannung, die an der Düse eines Tintenstrahldruckers anzulegen ist, um einen Tintenstrom in Tröpfchen zum Drucken auf zubrechen, welches umfaßt,9. A method for determining the excitation voltage to be applied to the nozzle of an inkjet printer to break up an ink stream into droplets for printing, comprising (a) daß die Erregerspannung langsam von einem Minimalwert erhöht wird,(a) that the excitation voltage is slowly increased from a minimum value, (b) daß die existierende Spannung erfaßt wird,(b) that the existing voltage is detected, (c) daß der Wert C(H) der Erregerspannung, an dem eine Tröpfchenbildung als erstes am nahesten zu der Düse auftritt, erfaßt und aufgezeichnet wird, und(c) that the value C(H) of the excitation voltage at which droplet formation first occurs closest to the nozzle is detected and recorded, and (d) daß aus dem Wert von C(H) der Wert V(calc) der Erregerspannung, die zum Drucken verwendet werden soll, berechnet wird,(d) that the value of C(H) is used to calculate the value V(calc) of the excitation voltage to be used for printing, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Wert C(L) der existierenden Spannung, an der sich die Tröpfchenfrequenz aufgrund der Bildung von sich nicht vermischenden Zwischensatellitentröpfchen verdoppelt, erfaßt wird und daß der Wert V(calc) der für ein Drucken zu verwendenden Erregerspannung unter Verwendung der Gleichung berechnet wird:characterized in that in addition, the value C(L) of the existing voltage at which the droplet frequency doubles due to the formation of non-mixing intersatellite droplets is detected and that the value V(calc) of the excitation voltage to be used for printing is calculated using the equation: V(CALC) = alpha [C(L) + C(H)]/2,V(CALC) = alpha [C(L) + C(H)]/2, wobei alpha ein tintenbezogener Wert ist.where alpha is an ink related value. 10. Ein Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert C(L) erfaßt wird, indem die Tintentröpfchen aufgeladen werden und indem die Ladungen an den Tröpfchen ausreichend stromabwärts von der Düse erfaßt werden, um das Vorliegen von sich vermischenden Satellitentröpfchen zu eliminieren.10. A method according to claim 9, characterized in that the value C(L) is sensed by charging the ink droplets and by sensing the charges on the droplets sufficiently downstream from the nozzle to eliminate the presence of intermixing satellite droplets. 11. Ein Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert C(L) erfaßt wird, indem die Tintentröpfchen ausreichend stromabwärts von der Düse optisch erfaßt werden, um das Vorliegen von sich vermischenden Satellitentröpfchen zu eliminieren.11. A method according to claim 9, characterized in that the value C(L) is detected by optically detecting the ink droplets sufficiently downstream of the nozzle to eliminate the presence of intermixing satellite droplets. 12. Ein Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert C(H) erfaßt wird, indem12. A method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the value C(H) is detected by (i) elektrische Testmuster an den Tintentröpfchen angelegt werden, so daß die Muster in der Phase relativ zu dem Tintentröpfchentiming variieren, wodurch nur einige der Testmuster erfolgreich die Tröpfchen aufladen werden,(i) electrical test patterns are applied to the ink droplets so that the patterns vary in phase relative to the ink droplet timing, whereby only some of the test patterns will successfully charge the droplets, (ii) erfaßt wird, welche Tröpfchen erfolgreich aufgeladen worden sind, und(ii) detecting which droplets have been successfully charged, and (iii) der Wert C(H) aus der Änderung in der Abfolge der Aufladungsmuster bestimmt wird.(iii) the value C(H) is determined from the change in the sequence of the charging patterns.
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