DE3319353C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit in Tintenschreibeinrich­ tungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, so­ wie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens.

Aus der DE-AS 25 48 691 ist eine Anordnung für eine Tin­ tenschreibeinrichtung bekannt, bei der ein Ausstoß von Tintentröpfchen dadurch bewirkt wird, daß zur Einleitung eines Ausstoßvorganges ein einen Tintenkanal umfassender Piezowandler durch Anlegen einer der Polarisationsrich­ tung des Piezowandlers entgegen gerichteten Spannung zu­ erst erweitert und dann durch Polarisationswechsel der den erweiterten Zustand hervorrufenden Spannung in einem verengten Zustand übergeführt wird.

Zum Ausstoß von Tintentröpfchen weist gemäß der DE-OS 32 17 248 der Tintenkanal an seinem, der Austrittsöffnung abgewandten Ende eine Querschnittser­ weiterung auf, in deren Nähe der Piezowandler angeord­ net ist. Die Länge des Wandlers, dessen Abstand zur Querschnittserweiterung, sowie die Dauer eines Ansteuer­ impulses, sind nach diesem Vorschlag derart aufeinander abgestimmt, daß ein Tröpfchenausstoß durch eine Zusammen­ wirkung der durch Ansteuerung des Piezowandlers ausgelö­ sten 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 Rich­ tungen wandert, sowie auf den Reflexionen dieser Druck­ welle. Dabei spielen eine Reihe von zum Teil sehr kom­ plexen 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 Tintentempera­ tur, die geometrischen Abmessungen des Piezowandlers und des Tintenkanals, sowie die Form und die Größe der An­ steuerimpulse. Bereits geringfügige Veränderungen die­ ser Einflußgrößen führen zu einer Änderung der Größe und der Form der auszustoßenden Tröpfchen und beeinflus­ sen 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 star­ kem Maße beeinflussen. Es ist aus diesem Grunde erfor­ derlich, für jede einzelne Düse einer Tintenschreibein­ richtung, einen Abgleich vorzunehmen. Ein solcher Ab­ gleich wird in der Regel durch eine individuelle Ein­ stellung der Steuerimpule bei der Montage des Schreib­ kopfes 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 Steuerimpulse dementspre­ chend 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 Her­ stellung des Schreibkopfes statt. Spätere, z. B. im Betrieb auftretende Änderungen bleiben unberücksichtigt.

Es ist zwar bereits bekannt (DE-OS 26 15 095), Luftein­ schlüsse im Tintenkanal des Schreibkopfes einer Tintenschreib­ einrichtung durch Erfassung der im Tintenkanal auftretenden Schwingungen über das Wandlerelement zu erkennen. Ein indi­ vidueller Abgleich einzelner Wandlerelemente ist dabei aber nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem nicht nur bei der Herstellung eines Schreibkopfes vor dessen Einbau in die Schreibeinrichtung und vor Inbetrieb­ nahme der Schreibeinrichtung, sondern auch nach Einbau während dessen Betriebes in Schreibpausen die für einen kon­ stanten und gleichmäßigen Tröpfchenausstoß erforderlichen Steuerimpulse ohne den Einsatz zusätzlicher, vor allem ohne den Einsatz optischer Hilfsmittel, für jede Schreibdüse je­ weils individuell durch Amplitudenanpassung optimal einge­ stellt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Das Kriterium zur Einstellung der Steuerimpulsspannung für eine konstante Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit kann dabei durch den bewertenden Vergleich zweier Restschwin­ gungen erzeugt werden. Für diesen Vergleich können die Restschwingungen betrachtet werden, die durch den, eine erste Tröpfchenablösung bewirkenden Steuerimpuls, und durch den, diesem Steuerimpuls vorhergehenden, um einen Betrag Δ U verringerten Steuerimpuls ausgelöst werden (Anspruch 2).

Es können aber auch die, durch den einer ersten Tröpfchen­ ablösung unmittelbar vorhergehenden Steuerimpulse ausge­ lösten Restschwingungen dem Vergleich zugrundeliegen (Anspruch 3 und 4).

Ein wesentlicher, damit verbundener Vorteil besteht darin, daß sich der Abgleich der einzelnen Schreibdüsen automati­ sieren läßt. Dadurch wird nicht nur der Aufwand für zusätz­ liche Prüf- und Meßapparaturen reduziert, sondern es entfällt auch der zur Durchführung des Ab­ gleichs bisher erforderliche intensive Bedienungsaufwand.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (An­ spruch 5) kann der Abgleich auch im eingebauten Zustand des Schreibkopfes jeweils in den Schreibpausen durchge­ führt werden.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfah­ rens ist im Anspruch 6 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dort zeigt

Fig. 1 einen Mehrdüsenschreibkopf einer Tintenschreibein­ richtung,

Fig. 2 eine einzelne Schreibdüse eines solchen Schreib­ kopfes,

Fig. 3 ein Beispiel für den Verlauf der Restschwingun­ gen, die durch einen Ansteuerimpuls in einem Tintenka­ nal erzeugt werden,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Messung der Druckver­ hältnisse im Inneren eines Tintenkanals,

Fig. 5 und Fig. 6 den Verlauf der Restschwingungen in einem Tintenkanal zur Ermittlung der, die Ausstoßge­ schwindigkeit eines Tröpfchens bestimmenden Einflüsse.

Der in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Schreibkopf weist die, beispielsweise in einem Kunststoffkörper 1 verlau­ fenden 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 Unterdruckver­ fahren, d. h. daß das Tintenreservoir ein tieferes Niveau aufweist, als die unterste Schreibdüse. Jedem Tintenkanal 2 ist ein Piezowandler 7 als Antriebselement zugeord­ net. Die Piezowandler 7 umfassen die Tintenkanäle 2 in einem Bereich in der Nähe der Einmündung in die Tinten­ verteilkammer 5. Die Piezowandler 7 weisen eine Innen- und 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 Flüssig­ keit 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 Druckver­ hältnisse, 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 ent­ stehen dadurch, daß für einen Tröpfchenausstoß nur ein Teil der Druckenergie verbraucht wird. Ein nicht unbe­ trächtlicher Teil dieser Energie wird in den Tintenkanal zurückreflektiert und wandert solange zwischen den Re­ flexionsstellen 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 Steuerimpuls mit U = 80 V und einer Dauer von etwa 10 µsec erst nach einigen 100 µsec abgeklungen sind.

Die Restschwingungen haben für die einzelnen Zustände des gesamten Tintensystems jeweils einen typischen Ver­ lauf. 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 ein­ geleitet werden. Im besonderen gilt daß für die Beein­ flussung 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 Pie­ zowandler 7 als Sensor für Druckveränderungen im Tinten­ kanal 2 geschaltet. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 weist einen Impulsgeber 8 auf, über den, ausgelöst durch einen Triggerimpuls T (Punkt 9) über einen elektroni­ schen Schalter 10 ein Steuerimpuls U an den Piezowand­ ler 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 Piezo­ wandler 7 über eine Verstärkerstufe 12 mit einer Aus­ werteeinrichtung 13 verbunden. Die Abkopplung des Piezo­ wandlers 7 vom Leistungsteil erfolgt hochohmig. Als Ver­ stärkerstufe 12 kann ein Ladungsverstärker oder ein Im­ pedanzwandler mit Eingangsschutzschaltung vorgesehen sein.

Die Auswerteeinrichtung 13 enthält mindestens einen Ana­ log-Digital-Wandler 14, einen Zwischenspeicher 15, einen Vergleicher 16 und einen Digital-Analog-Wandler 17. Es ist vorteilhaft, die vom Verstärker 12 übernommenen Meßwerte 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 um­ gesetzt und im Zwischenspeicher 15 gespeichert. Der Zwi­ schenspeicher kann durch zwei sogenannte RAM-Bausteine realisiert sein, wobei unter der Einwirkung eines Zäh­ lers 19 jeweils ein erster und ein zweiter Restschwin­ gungsverlauf in einen ersten und in einen zweiten RAM ge­ speichert wird. Gleichzeitig wird im Vergleicher 16 die Information über den Verlauf der während einer vorherge­ henden Meßperiode mit den während der aktuellen Meßperio­ de einlaufenden Informationen der Restschwingung vergli­ chen. Abhängig davon gibt der Vergleicher 16 die Kriterien S₁ oder S₂ ab. Die Übergabe dieser Kriterien, die Steuerung des Zäh­ lers 19, die zeitgerechte Anschaltung der Triggerimpulse T, sowie weitere, hier nicht angegebene Steuerungsfunktio­ nen werden von einer zentralen Steuereinheit 20 übernom­ men. Ein erstes Kriterium S 1 wird bei Übereinstimmung des Restschwingungsverlaufs und damit bei Übereinstimmung der Meßwerte zweier aufeinanderfolgender Meßperioden über den Digital-Analog-Wandler 17 und über die Steuerleitung 21 an den Impulsgeber 8 gegeben und führt dort zur Erhö­ hung der Steuerimpulsspannung um den Betrag Δ U.

Wird im Vergleicher eine Abweichung der Restschwingungs­ verläufe in zwei aufeinanderfolgenden Meßperioden festge­ stellt, so wird über den Digital-Analog-Wandler 17 und über die Steuerleitung 21 ein zweites Kriterium S 2 an den Impulsgeber 8 gesandt, das dort eine Einstellung der Steuerimpulsspannung auf den für eine gewünschte Ausstoß­ geschwindigkeit erforderlichen Wert auslöst.

Dadurch besteht die Möglichkeit, die Steuerimpulse für die Ansteuerung des Piezowandlers eines bestimmten Tin­ tenkanals auf einen optimalen, den Eigenschaften des Tin­ tenkanals des Wandlers und der Düse, sowie den Eigen­ schaften der Tinte und den äußeren Bedingungen angepaß­ ten Wert einzustellen. Das kann auf Grund eines linearen Zusammenhangs zwischen der eine erste Tröpfchenbildung bewirkenden oder der einer ersten Tröpfchenablösung vor­ hergehenden Steuerimpulsspannung und der für eine be­ stimmte Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit erforderlichen Steuerimpulsspannung dadurch geschehen, daß die im Im­ pulsgeber 8 für die jeweils letzte Meßperiode einge­ stellte Steuerimpulsspannung, die in der beschriebenen Weise zur Abgabe des zweiten Kriteriums S 2 führte, um einen bestimmten Faktor K erhöht wird. Der Faktor K be­ stimmt sich durch die Betrachtung der für einen Tröpf­ chenausstoß maßgebenden Energiebilanz, d. h. im wesentli­ chen durch die für eine Erzeugung der Tröpfchenoberfläche notwendige Energie und durch die für die Tröpfchenbewe­ gung erforderlichen kinetischen Energie. Um Tröpfchen einer vorgegebenen Größe jeweils mit einer Geschwindig­ keit von 4 m/s auszustoßen, ergibt sich für den Faktor K ein Wert von K = 1,4.

Weitere Einzelheiten der Wirkungsweise wer­ den 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 be­ zogen auf diesen Ausgangswert der Steuerimpulsspannung U kleinen Spannungswert Δ U, z. B. Δ U = 1 V, erhöht. Die dabei über den nach 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 Rest­ schwingungen entspricht in beiden Fällen etwa dem in Fig. 3 dargestellten Verlauf. An der Übergangsstelle zwi­ schen 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 Restschwingun­ gen ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Darstellung zeigt den Verlauf 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 Steuerimpuls­ spannung am Piezowandler entstehen, die unterhalb des Wertes für einen Tröpfchenausstoß liegen, wobei die Kur­ ve II bei einer Steuerimpulsspannung ermittelt wird, de­ ren Wert um einen geringen Spannungshub Δ U, z. B. um Δ U = 1 V 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. Wäh­ rend ihrer Form nach die Kurve III aussieht, wie Kurve I oder II, tritt nunmehr bei einer Erhöhung der Steuer­ impulsspannung U um den Betrag Δ U eine sprungarti­ ge Änderung im Restschwingungsverlauf auf. Die Kurve IV zeigt das deutlich. Diese Abweichung des Restschwin­ gungsverlaufes von normalen für sämtliche Verläufe mit niedrigerer Steuerimpulsspannung jeweils gleichen Verläu­ fen, tritt bei der Kurve IV im Zeitbereich Δ t 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 Reflexio­ nen, kleine Unterdruckwelle, äußert sich im Kurvenverlauf der Restschwingung als ein kleiner Sprung (Zeitbereich Δ t in Kurve IV in Fig. 5).

Die Feststellung und die Auswertung dieses Spannungs­ sprungs kann mit einer Anordnung nach Fig. 4 erfolgen. Dazu wird zunächst über den getriggerten Impulsgeber 8 ein Steuerimpuls (z. B. U, 10 µs) an den Piezowandler 7 ge­ legt. 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 be­ stimmt ist, und einige 100 µs beträgt, wird über das vom Vergleicher 16 abgegebene und über die Steuerleitung 21 an den Impulsgeber 8 gelangende erste Kriterium S 1 dort die Steuerimpulsspannung U um einen kleinen Wert Δ U er­ höht. Mit dem folgenden Triggerimpuls T werden wieder die beschriebenen Vorgänge eingeleitet. Der während dieser Meßperiode in den Zwischenspeicher 15 der Auswerteein­ richtung 13 übernommene Restschwingungsverlauf wird nun mit dem während der vorhergehenden Meßperiode ermittel­ ten Restschwingungsverlauf verglichen. Stimmen die Rest­ schwingungsverläufe überein, gibt der Vergleicher 16 wie­ derum das erste Kriterium S 1 ab, und die Vorgänge wieder­ holen sich, bis in der Auswerteeinrichtung 13 eine Abwei­ chung 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 Δ t der Fall, wobei dem durch die Kurve IV repräsentierten Restschwingungs­ verlauf eine Steuerimpulsspannung U zugrunde liegt, die gerade zu einer ersten Tröpfchenablösung führt. Der Ver­ gleicher 16 gibt in diesem Fall das zweite Kriterium S 2 ab, über das im Impulsgeber 8 die für eine gewünschte Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit optimale Steuerimpuls­ spannung eingestellt wird. Dabei findet Berücksichtigung, daß zwischen der Steuerimpulsspannung der letzten Meßpe­ riode und dem, für eine gewünschte Ausstoßgeschwin­ digkeit von Tröpfchen bestimmter Größe erforderlichen Steuerimpulsspannung, ein linearer Zusammenhang besteht. Soll beispielsweise die Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit 4 m/s betragen, so ist die in der vorher beschriebenen Weise ermittelte Steuerimpulsspannung um den Faktor K = 1,4 zu erhöhen.

Der Bereich an der Übergangsstelle kann noch enger einge­ grenzt werden, wenn man den Bereich der Steuerimpuls­ spannung 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 Steuer­ impulsspannung sehr schnell durch den Zeitbereich wan­ dert. 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 Fig. 6.

Dort sind wiederum in vier Kurven vier Restschwingungs­ verläufe 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 die Kurven I und II re­ präsentierten Restschwingungen feststellbare Abweichung im Teilzeitbereich Δ t₁ bzw. die durch Vergleich der durch die Kurven III und IV repräsentierten Restschwin­ gungen feststellbare Abweichung im Teilzeitbereich Δ t₂ ist jeweils darauf zurückzuführen, daß bedingt durch die Steuerimpulsspannung am Piezowandler der Meniskus der Tinte an der Austrittsöffnung eines Tintenkanals bereits deutlich nach außen gewölbt ist, sich aber noch nicht ab­ löst. Nach Beendigung des Steuerimpulses wird der Tinten­ wulst sofort durch Oberflächenkräfte wieder in die Aus­ trittsöffnung zurückgedrückt. Den üblichen Restschwingun­ gen wird dadurch eine zusätzliche Schwankung überlagert. Die Ausbildung des Meniskus und damit auch die auswertba­ re Schwankung im Restschwingungsverlauf ändert sich be­ reits durch sehr kleine Änderungen der Steuerimpulsspan­ nung, da durch etwas größere Spannungen mehr Tinte vor die Düse tritt, und es länger dauert, bis diese in umge­ kehrter 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 Δ U = 1 V 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 entsprechende Steuerimpulsspannung bezogenen Zeitbereich oder Zeitfen­ ster Δ t kann bei Verfolgung dieses Verfahrens eine sehr genaue Einstellung der optimalen Steuerimpulsspannung für den Tröpfchenausstoß erfolgen. Praktisch führen bereits Änderungen der Steuerimpulsspannung in aufeinander fol­ genden Meßperioden in der Größenordnung von Δ U = 0,5 V zu genau auswertbaren Ergebnissen.

Die Messung der Restschwingungsverläufe, deren Bewertung, sowie die Bildung der ersten und zweiten Kriterien S 1und S 2, geschieht in der anhand von Fig. 5 beschriebenen Wei­ se, wobei lediglich der Faktor K in diesem Fall einen et­ was höheren Wert hat. Beispielsweise beträgt für eine konstante Ausstoßgeschwindigkeit von 4 m/s der Tinten­ tröpfchen einer bestimmten Größe der Wert K = 1,45. Dieser etwas höhere Wert ist darauf zurückzuführen, daß in die­ sem Fall der Bildung des Kriteriums S 2 eine Steuerimpuls­ spannung zugrundeliegt, die noch nicht zu einem Tröpf­ chenausstoß 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 er­ gibt 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 Feh­ ler von weniger als +/-3% gewährleistet ist.

Die Auswertung der nach dem angegebenen Verfahren gebil­ deten Kriterien S 1 und S 2 bietet die Möglichkeit, z. B. auch den Ausfall einer Düse zu erkennen. In diesem Fall wird das Ausbleiben des zweiten Kriteriums S 2 nach einem oder nach mehreren Durchläufen einer Anzahl von Meßperio­ den bewertet, die unter normalen Umständen zu einer Veränderung des Restschwingungsverlaufes führen. Ein sol­ ches Fehlerkriterium S 3 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.

Claims (6)

1. Verfahren zum Einstellen der Tröpfchenausstoßgeschwindig­ keit in einer Tintenschreibeinrichtung, in der die Tinten­ kanäle an einem Ende jeweils an einer Austrittsöffnung enden, die einen gegenüber dem Durchmesser der Tintenkanäle kleine­ ren Durchmesser aufweist, und an ihrem anderen Ende unmittel­ bar in eine Tintenverteilkammer münden, und in der als An­ triebselemente für den Tröpfchenausstoß über Steuerimpulse ansteuerbare Piezowandler vorgesehen sind, die jeweils einen Tintenkanal in der Nähe des der Tintenverteilkammer zuge­ wandten Endes über einen Teil seiner Länge umfassen, wobei der Piezowandler als elektromechanischer Wandler betrieben wird, über den durch Anlegen eines Steuerimpulses im Tinten­ kanal Stoß- oder Druckwellen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsamplitude der Steuerimpulsspannung (U) zunächst so festgelegt wird, daß mit Sicherheit kein Tintenausstoß stattfindet, 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) auftretende, durch die Stoß- oder Druckwellen (w) ausgelösten Restschwingungen mißt, daß die Meßwerte in einer Auswerteeinrichtung (13) zwischengespei­ chert und mit Meßwerten einer vorhergehenden Restschwingung verglichen werden, daß jeweils bei einer Übereinstimmung der Meßwerte zweier aufeinanderfolgender Restschwingungsverläufe ein erstes Kriterium (S 1) erzeugt wird, durch das die Steuer­ impulsspannung (U) für eine nach Ablauf der Meßperiode folgende Ansteuerung des Piezowandlers (7) jeweils um eine Stufe (Δ U) erhöht wird, daß bei Abweichung eines Restschwin­ gungsverlaufes ein zweites Kriterium (S 2) erzeugt wird, durch das die für die jeweils letzte Meßperiode eingestellte Steuerimpulsspannung (U) um einen Faktor (K) erhöht wird für eine konstante Ausstoßgeschwindigkeit von Tröpfchen konstanter Größe und daß die Einstellung der optimalen Steuerimpulsspannung (U) für die Piezowandler (7) jeweils einzeln vor Inbetriebnahme der Tintenschreibeinrichtung und/oder jeweils in Schreibpausen durchgeführt und jede aus Piezowandler (7), Tintenkanal (2) und Austrittsöffnung (4) bestehende Schreibdüse individuell abgeglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kriterium (S 2) zur Einstellung der Steuer­ impulsspannung für eine konstante Tröpfchenausstoßge­ schwindigkeit durch Bewertung der bei einer ersten Tröpf­ chenablösung im Restschwingungsverlauf auftretenden Druck­ impulsänderung erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kriterium zur Einstellung der Steuerimpulsspannung für eine konstante Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit durch Bewertung des in einem einer ersten Tröpfchenablösung un­ mittelbar vorausgehenden Restschwingungsverlaufes auftre­ tenden Druckimpulsänderung erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Restschwingungsverlauf auftretende Druckim­ pulsänderung in einem auf den, den Piezowandler (7) an­ steuernden Steuerimpuls bezogenen Zeitbereich (Δ t) ge­ messen wird.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Piezowandler (7) über einen Schalter (10) an einen die Steuerimpulsspannung (U) abgebenden Impulsgeber (8) und an eine Auswerteeinrichtung (13) anschaltbar ist, daß der Schal­ ter (10) über eine Schaltstufe (11) jeweils nach Beendigung eines Steuerimpulses für die Dauer einer Meßperiode umschalt­ bar ist und die Pizeowandler (7) als Sensor für Druckim­ pulse an eine Auswerteeinrichtung (13) anschaltet, daß die Auswerteeinrichtung (13) Einrichtungen (15) zur Zwischenspeicherung der vom Piezowandler (7) abgegebenen und Restschwingungsverläufe der Druckimpulse entsprechenden Meß­ werte mit den Meßwerten des Restschwingungsverlaufes einer vorhergehenden Meßperiode enthält und daß die Vergleichseinrichtung (16) bei Übereinstimmung der Meßwerte des Restschwingungsverlaufs in zwei aufeinan­ derfolgenden Meßperioden ein erstes Steuerkriterium (S 1) zur stufenweisen Erhöhung (Δ U) der Steuerimpulsspannung an den Impulsgeber (8) abgibt, und bei Abweichung der Meß­ werte des Restschwingungsverlaufes in zwei aufeinanderfol­ genden Meßperioden ein zweites Kriterium (S 2) zur Einstellung der Steuerimpulsspannung (U) für eine konstante Ausstoßge­ schwindigkeit der Tröpfchen an den Impulsgeber (8) abgibt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, 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 Schreib­ kopfes zugeordneten Ansteuerschaltung ist.