DE2808407C2

DE2808407C2 - Control device for an ink droplet printing device

Info

Publication number: DE2808407C2
Application number: DE19782808407
Authority: DE
Inventors: Leonhard 8901 Stadtbergen Bader; Frank Dr.-Ing. Gießner; Helmut Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Weber
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1978-02-27
Publication date: 1983-06-30
Also published as: FR2418089B1; JPS54123951A; CA1117815A; GB2014910A; FR2418089A1; DE2808407A1; GB2014910B

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Tintentröpfchen-Druckvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs IiThe invention relates to a control device for an ink droplet printing device according to the preamble of claim Ii

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der DE-OS 21 32 082 bekannt. Bei dieser Anordnung; wird ein Spannungsimpuls an ein Antriebselement angelegt, das aus einem piezoelektrischen Kristallplättchcn und einer daran befestigten flexiblen Membran besteht, wobei durch den Impuls das Plättchen und die Membran in der Tintenkammer nach innen gebogen werden, woSuch an arrangement is known from DE-OS 21 32 082, for example. With this arrangement; will a voltage pulse is applied to a drive element, which consists of a piezoelectric crystal plate and a flexible membrane attached to it, with the impulse the platelet and the membrane in the ink chamber are bent inward where

durch die Druckschwingungen entstehen.caused by the pressure oscillations.

Die bekannten Anordnungen werden insbesondere bei höheren Frequenzen sehr unzuverlässig. Bei der Rückkehr des Antriebselements in seine Ruhestellung entsteht in der Tintenkammer ein Unterdruck, der, wenn er zu dem Druckminimum der Druckschwankungen innerhalb der Flüssigkeit infolge ihrer Bewegung hinzukommt, ein ganz ausgeprägtes Druckminimum hervorruft, welches ein unerwünschtes Durchbiegen des ίο Antriebselementes und ein Ansaugen von Luftblasen durch die Düse in die Tintenkammer bewirken kann. Dies führt zu einer fehlerhaften Arbeitsweise und oft zu einem vollständigen Ausfall des Druckkopfes. The known arrangements become very unreliable, especially at higher frequencies. When the drive element returns to its rest position , a negative pressure arises in the ink chamber, which, when added to the pressure minimum of the pressure fluctuations within the liquid as a result of its movement, causes a very pronounced pressure minimum, which causes undesirable bending of the drive element and the suction of air bubbles through the nozzle into the ink chamber. This leads to malfunction and often to complete failure of the printhead.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für eine Tintentröpfchen-Druckvorrich tung vorzusehen, bei der ein verstärktes Druckminimum und die Bildung von Luftblasen in der Tintenkammer verhindert werden.The invention is based on the object of a control device for an ink droplet printing device Provide device in which an increased pressure minimum and the formation of air bubbles in the ink chamber be prevented.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unieransprüchen gekennzeichnetThe object is achieved according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments of the invention are characterized in the claims

Aus der DE-OS 25 48 691 ist es zwar an sich bekannt die Impulsfrequenz und damit die Länge der Impulse am Antriebselement auf die Resonanzfrequenz der von einem Keramikröhrchen umschlossenen Flüssigkeitssäule abzustimmen. Wenn auch hierdurch möglicherweise konstante Betriebsverhältnisse erreicht werden können, besteht dennoch die Gefahr, daß der Unterdruck durch die Membran zumindest teilweise mit dem Druckminimum der Flüssigkeitssäule zusammenfälltFrom DE-OS 25 48 691 it is known per se the pulse frequency and thus the length of the pulses on the drive element to the resonance frequency of the liquid column enclosed by a ceramic tube to vote. Even if this means that constant operating conditions can possibly be achieved, there is nevertheless the risk that the negative pressure through the membrane will at least partially coincide with the pressure minimum of the liquid column

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die für das Aussetzen des Betriebes eines Tintentröpfchenspritzkopfes verantwortliche Kavitation und das Auftreten von Gasblasen infolge eines zu hohen Unterdruk- kes entstehen. Die hohe Unterdruckhalbwelle entsteht jeweils nach der den Tropfenausstoß bewirkenden Überdruckhalbwelle. Unter Überdruck soll in diesem Zusammenhang der den statischen Druck übersteigende Druck und unter Unterdruck der unterhalb des statischen Drucks liegende Druck verstanden werden.The invention is based on the knowledge that the for the suspension of the operation of an ink droplet spray head responsible for cavitation and the occurrence of gas bubbles as a result of excessive negative pressure kes arise. The high negative pressure half-wave arises after the one causing the drop ejection Overpressure half-wave. In this context, the pressure that exceeds the static pressure is supposed to be under excess pressure Pressure and negative pressure are understood to mean the pressure below the static pressure.

Im nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben, wobei Bezug auf die Zeichnungen genommen wird. In diesen zeigt F i g. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Tintentröpfchen-Druckvorrichtung, die nach dem Prinzip der Erfindung arbeitet,In the following, an exemplary embodiment is described in detail, reference being made to the drawings. In these shows F i g. 1 shows a basic illustration of an ink droplet printing device which works according to the principle of the invention,

F i g. 2 eine Schnittdarstellung eines Tintentröpfchenspritzkopfes, der in der Vorrichtung gemäß F i g. 1 verwendet werden kann,F i g. FIG. 2 shows a sectional view of an ink droplet spray head which is used in the device according to FIG. 1 can be used

F i g. 3 ein prinzipielles Blockschaltbild von der Vorrichtung gemäß F i g. 1,F i g. 3 shows a basic block diagram of the device according to FIG. 1,

Fig.4 eine Treiberschaltung zur Ansteuerung des Antriebselements der Membrane des Tintentröpfchenspritzkopfes und4 shows a driver circuit for controlling the Drive element of the membrane of the ink droplet spray head and

F i g. 5a bis 5e Impulsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Tintentröpfchen-Druckvorrichtung.F i g. 5a to 5e are pulse diagrams for explaining the mode of operation of the ink droplet printing device according to the invention.

In den Zeichnungen sind jeweils gleiche Bauteile, Druckwerte und Zeitpunkte mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so daß das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip leichter verständlich ist.In the drawings, the same components, pressure values and points in time are provided with the same reference numerals, so that the principle on which the invention is based can be more easily understood.

Zunächst wird auf F i g. 1 Bezug genommen, in der in einer vereinfachten prinzipiellen Darstellung eine Tintentröpfchen-Druckvorrichtung gezeigt ist, die nach dem der Erfindung zugrundeliegenden Prinzip arbeitet. In F i g. I wird ein Aufzeichnungsträger 1 von einer Aufzeichnungsträgervorratsrolle 3 auf eine angetriebeneFirst of all, reference is made to FIG. 1, in which an ink droplet printing device is shown in a simplified schematic representation, which according to FIG the principle underlying the invention works. In Fig. I is a recording medium 1 from a recording medium supply roll 3 onto a driven one

Aufnahmerolle 2 bewegt, in einer geeigneten Position von dem Aufzeichnungsträger 1 entfernt, ist ein Druckkopf 4 angeordnet, aus dessen Düse jeweils beim Erregen der Antriebselemente des Druckkopfes 4 ein Tintentropfen austritt, der. auf den Aufzeichnungsträger 1 auftrifft. Aus Übersichtiichkeitsgründen ist in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung lediglich ein Druckkopf gezeigt, der stationär angeordnet ist Die Ansteuerimpalse für den Druckkopf 4 werden von einer Steuereinrichtung 5 über Leitungen 6 und 7 dem Druckkopf zugeführt Die Versorgung des Druckkopfes 4 mit einer geeigneten Tinte erfolgt unmittelbar von einem Zwischenbehälter 9 über eine Versorgungsleitung 8, die in die Flüssigkeitskammer des Druckkopfes mündet Der Zwischenbehälter 9 wird von einem Tintenbehälter 10 über Leitungen 11 und 12 mit Tinte versorgt Die Leitungen 8 und 12 können aus üblichen Kupferröhrchen und die Leitung 11 kann aus einem Kunststoffschlauch bestehen. Die Tintenzuführung von dem Tintenbehälter 10 über den Zwischenbehälter 9 zu dem Druckkopf 4 erfolgt durch die in dem Druckkopf 4 auftretende Saugkraft Wie später noch im einzelnen beschrieben wird, tritt diese Saugkraft je veils bei einem Druckminimum auf, das nach einem den Tropfenausstoß bewirkenden Druckmaximum folgt Die Düse des Druckkopfes 4 liegt geringfügig über den Flüssigkeitspegeln in den Behältern 9 und 10.Take-up reel 2 moved in a suitable position removed from the recording medium 1, a print head 4 is arranged, from its nozzle in each case when energized of the drive elements of the print head 4, an ink drop emerges which. on the recording medium 1 hits. For the sake of clarity, this is here described embodiment according to the invention only shown a print head which is arranged in a stationary manner The control pulses for the print head 4 are transmitted by a control device 5 via lines 6 and 7 are supplied to the print head. The print head 4 is supplied with a suitable ink immediately from an intermediate container 9 via a supply line 8, which into the liquid chamber of the The intermediate container 9 is connected to an ink container 10 via lines 11 and 12 Ink supplied The lines 8 and 12 can consist of conventional copper tubes and the line 11 can consist of a Consist of plastic tubing. The ink supply from the ink tank 10 via the intermediate tank 9 to the print head 4 takes place through the suction force occurring in the print head 4, as will be explained later in detail is described, this suction force occurs each veils at a pressure minimum, which after a drop ejection effecting pressure maximum follows. The nozzle of the print head 4 is slightly above the liquid level in containers 9 and 10.

In F i g. 2 ist ein Druckkopf im Schnitt dargestellt, der allgemein mit 4 bezeichnet ist und der in der Tintentröpfchen-Druckvorrichtung gemäß F i g. 1 verwendet werden kann. Der Druckkopf 4 in Fig.2 besteht aus einem Metallteil 13 und einem Kunststoffteil 14. Die Teile 13 und 14 können beispielsweise durch einen geeigneten Klebstoff miteinander verbunden sein. In dem Metallteil 13 ist eine Tintenkammer 17 in Form eines Kapillarraumes sowie ein in die Tintenkammer 17 mündender Flüssigkeitszuführkanal 18 vorgesehen. Des weiteren verläuft in den Teilen 13 und 14 ein Düsenkanal 19, der zu einer eingegossenen Düsenplatte 21 führt Die Düsenplatte 21 enthält eine Düse 20, in die der Düsenkanal 19 mündet ^.nd aus der bei Erregung der Antriebselemente des Druckkopfes 4 einzelne Tintentröpfchen ausgestoßen werden, die auf einen in F i g. 2 nicht gezeigten Aufzeichnungsträger gelangen.In Fig. 2, a print head is shown in section, the generally indicated at 4 and which is used in the ink droplet printing apparatus of FIG. 1 used can be. The print head 4 in Fig.2 consists of a metal part 13 and a plastic part 14. The parts 13 and 14 can, for example, by a suitable Adhesive bonded together. In the metal part 13, there is an ink chamber 17 in the form of a Capillary space and a liquid supply channel 18 opening into the ink chamber 17 are provided. Further runs in the parts 13 and 14 a nozzle channel 19 which leads to a cast nozzle plate 21 Die Nozzle plate 21 contains a nozzle 20 into which the nozzle channel 19 opens out when the drive elements are excited of the print head 4 individual ink droplets are ejected, which on a in F i g. 2 not shown Record carrier arrive.

Die Antriebselemente des Druckkopfes 4 bestehen aus einer Membrane 16, die beispielsweise durch geeignete Klebemittel über der Tintenkammer 17 angeklebt ist, so daß letztere vollständig abgeschlossen ist Auf der Membrane 16 ist ein piezo-etektrisches Kristall 15 angeordnet, der beispielsweise ebenfalls angeklebt sein kann. An den piezo-elektrischen Kristall 15 können über Anschlußklemmen 6a und 7a und die mit diesen Anschlußklemmen verbundenen Leitungen 6 und 7 Ansteuerimpulse angelegt werden. Die Leitung 6 ist durch eine geeignete Kontaktierungsstelle unmittelbar mit einer Seite des Kristalls 15 verbunden, während die Leitung 7 an der Membrane 16 angelötet sein kann. Da die Membrane 16 vorzugsweise aus einem leitenden Material, z. B. aus einem Metallplättchen, besteht, wird die mit der Membrane 16 verbundene Seite des Kristalls 15 gleichmäßig mit einem Ansteuerimpuls beaufschlagt.The drive elements of the print head 4 consist of a membrane 16, for example by suitable Adhesive is stuck over the ink chamber 17 so that the latter is completely completed on the Diaphragm 16 is a piezo-electric crystal 15, which can also be glued on, for example. At the piezo-electric crystal 15 via terminals 6a and 7a and those with these terminals connected lines 6 and 7 control pulses are applied. The line 6 is through a suitable contacting point is connected directly to one side of the crystal 15, while the line 7 can be soldered to the membrane 16. Since the membrane 16 is preferably made of a conductive material, z. B. consists of a metal plate, the side of the crystal 15 connected to the membrane 16 is uniform applied with a control pulse.

Die Wirkungsweise des Druckkopfes 4 gemäß F i g. 2 wird später im Zusammenhang mit den F i g. 5a bis 5e im einzelnen beschrieben.The mode of operation of the print head 4 according to FIG. 2 will be used later in connection with FIGS. 5a to 5e im individually described.

In F i g. 3 ist die Vorrichtung gemäß F i g. 1 prinzipiell in Form eines Blockschaltbildes dargestellt, wobei ein Tintenreservoir für den Druckkopf 4 durch 24 angedeutet ist. Die elektrische Aii'Jeuerung des Druckkopfes 4 erfolgt durch eine Treiberschaltung 22, die in F i g. 4 im Detail gezeigt ist Mit der Treiberschaltung 22 ist eine Logikschaltung 23 verbunden. Die Logikschaltung 73, und die Treiberschaltung 22 werden gemeinsam von einer geeigneten Spannungsquelle 25 versorgtIn Fig. 3 is the device according to FIG. 1 shown in principle in the form of a block diagram, an ink reservoir for the print head 4 being indicated by 24. The electrical control of the print head 4 is carried out by a driver circuit 22, which is shown in FIG. 4 is shown in detail. A logic circuit 23 is connected to the driver circuit 22. The logic circuit 73 and the driver circuit 22 are jointly supplied by a suitable voltage source 25

In der Logikschaltung 23 werden in üblicher Weise durch einen Rechteckwellengenerator Rechteckimpulse mit einer gewünschten Amplitude, Impulsbreite und Impulswiederholungsfolge erzeugt Dabei ist es wesentlich,In the logic circuit 23, square-wave pulses are generated in the usual manner by a square-wave generator generated with a desired amplitude, pulse width and pulse repetition sequence.

ίο daß die Rückflanke eines jeden der in der Logikschaltung 23 erzeugten Rechteckquellenimpulse zeitlich veränderbar ist, so daß die Länge eines jeden Ansteueriinpulses eingestellt werden kann. Derartige Rechteckwellengeneratoren mit einstellbarer Impulsrückflanke sind dem Fachmann allgemein bekanntίο that the trailing edge of each of the in the logic circuit 23 generated square source pulses can be changed over time, so that the length of each Ansteueriinpulses can be adjusted. Such square wave generators with adjustable pulse trailing edge are generally known to the person skilled in the art

In F i g. 4 ist die in F i g. 3 blockförmig dargestellte Treiberschaltung 22 im Detail gezeigt Die Treiberschaltung besteht aus einem ersten Transistor 28. Der Eingangsteil des Transistors 28 weist einen Widerstand 29 und einen mit diesem parallel geschalteten Kondensator 30 auf. Die eine Seite des Widerstandes 29 und des Kondensators 30 ist jeweils mit der Basis des Transistors 28 verbunden, während die anderen Seiten jeweils mit einer Eingangsklemme 31 verbunden sind. Des weiteren ist zwischen die Basis des Transistors 28 und Masse ein Widerstand 32 geschaltet Der Kollektor des Transistors 28 ist über einen Widerstand 37 mit einer Spannungsanschlußklemme 26 verbunden, an die eine entsprechende Energiequelle angelegt wird. Der Emitter des Transistors 28 liegt an Masse. Ein zweiter Transistor 27 der Treiberschaltung ist mit seinem Kollektor direkt mit der Spannungsanschlußklemme 26 verbunden, während sein Emitter über einer Kopplungsdiode 35 und einen Widerstand 36 an Masse liegt Die Basis des Transistors 27 ist mit dem Kollektor des Transistors 28 direkt verbunden. Parallel zu dem Widerstand 36 ist der Kristall 15 geschaltet Der Kristall 15 ist mit der Membrane 16 verbunden (F i g. 2). Der Widerstand 36 dient als Entladewiderstand für den kapazitiv wirkenden Kristall 15.In Fig. 4 is the one in FIG. 3, the driver circuit 22 shown in block form is shown in detail consists of a first transistor 28. The input part of transistor 28 has a resistor 29 and a capacitor 30 connected in parallel with this. One side of the resistor 29 and the capacitor 30 is each connected to the base of transistor 28, while the other sides each with one Input terminal 31 are connected. Furthermore, a is between the base of the transistor 28 and ground Resistor 32 connected. The collector of transistor 28 is connected to a voltage connection terminal via a resistor 37 26 connected to which a corresponding energy source is applied. The emitter of the transistor 28 is due to mass. A second transistor 27 of the driver circuit is directly connected to the collector with its collector Voltage connection terminal 26 connected, while its emitter via a coupling diode 35 and a resistor The base of the transistor 27 is connected to the collector of the transistor 28 directly. The crystal 15 is connected in parallel with the resistor 36. The crystal 15 is connected to the membrane 16 (Fig. 2). The resistor 36 serves as a discharge resistor for the capacitively acting crystal 15.

Wie bereits dargelegt, wird in der Logikschaltung 23 (F i g. 3) ein Rechteckimpuls 33 (F i g. 4) erzeugt der an die Anschlußklemme 31 angelegt wird. Der Impuls 33 gelangt über die Kombination aus dem Widerstand 29 und dem Kondensator 30 an die Basis des Transistors 28.As already explained, in the logic circuit 23 (FIG. 3) a square pulse 33 (FIG. 4) is generated by the the terminal 31 is applied. The pulse 33 passes through the combination of the resistor 29 and capacitor 30 to the base of transistor 28.

Der Impuls 33 wird über den Kollektor des Transistors 28 an die Basis des Transistors 27 angelegt und geiangt über den Emitter des Transistors 27 und die Diode 35 direkt an den Kristall 15. Beim Auftreten eines Impulses 34 am Kristall 15 wird, wie allgemein bekannt, bewirkt, daß sich der Kristall und die mit diesem verbundene Membrane durchbiegen. Der Kristall kehrt in seine Ruhelage zurück, nachdem der elektrische Impuls beendet ist, wobei eine Entladung der Kapazität des Kristalls 15 über den Entladewiderstand 36 erfolgt. Die Entladekurve ist an der Rückflanke des Impulses 34 (F i g. 4) sowie bei den Rückflanken der in den F i g. 5a und 5c gezeigten Impulse zu sehen. Der Verlauf der Entladekurve wird durch die Dimensionierung des Entladewiderstandes 36 festgelegt.The pulse 33 is applied to the base of the transistor 27 via the collector of the transistor 28 and is received Via the emitter of the transistor 27 and the diode 35 directly to the crystal 15. When a pulse occurs 34 on the crystal 15 is, as is generally known, caused that the crystal and that connected to it Bend the membrane. The crystal returns to its rest position after the electrical pulse ends is, the capacitance of the crystal 15 being discharged via the discharge resistor 36. The discharge curve is on the trailing edge of the pulse 34 (FIG. 4) as well as on the trailing edges of the in FIGS. 5a and 5c To see impulses. The course of the discharge curve is determined by the dimensioning of the discharge resistor 36 set.

Im folgenden wird das der Erfindung zugrundeliegende Wirkungsprinzip unter Bezugnahme auf die F i g. 5a bis 5e im einzelnen beschrieben.The following is the basis of the invention Principle of action with reference to the F i g. 5a to 5e described in detail.

Wie bereits gesagt, wird beim Anlegen eines Impulses an den Kristall 15 bewirkt, daß sich der Kristall 15 und die mit dem Kristall 15 verbundene Membrane 16 in den Kapillarrauüi des Druckkopfss 4 (Fig. 2) hineinbiegt, was durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Der an den Kristall 15 zuerst angelegte Impuls ist in Fig.5a dar-As already said, when a pulse is applied to the crystal 15, the crystal 15 and the membrane 16 connected to the crystal 15 bends into the capillary space of the printhead 4 (Fig. 2), what is indicated by dashed lines. The first pulse applied to crystal 15 is shown in Fig. 5a.

gestellt. In den F i g. 5a und 5c sind die Höhe der Spannungsimpulse jeweils an der Ordinate mit U und der zeitliche Verlauf an der Abs/isse mit t angegeben. Der zum Zeitpunkt fO angelegte Impuls erreicht zur Zeit / lseinen Maximalwert, auf dem er bis zur Zeit f 3 verbleibt, wonach der Impuls abgeschaltet wird, so daß sich der Entladeverlauf zwischen /3 und /8 ergibt. Der an den Kristall 15 angelegte Impuls gemäß F i g. 5a bewirkt ein Durchbiegen des Kristalls 15 und der Membrane 16 in die Tintenkammer 17 hinein, wodurch in dieser und in dem Düsenkanal 19 Druckschwankungen entstehen, wie sie in Fig. 5b in zeitlich zu Fig. 5a korrespondierender Weise dargestellt sind. In Fig. 5b ist der zeitliche Verlauf einer Druckschwingung I in der Flüssigkeit des Druckkopfes 4 gezeigt, der um den statischen Druck PO nach plus und minus verläuft. Die Periode zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Druckmaxima ist mit T posed. In the F i g. 5a and 5c, the height of the voltage pulses are indicated on the ordinate with U and the time course on the abs / isse with t . The pulse applied at time f0 reaches its maximum value at time / ls, at which it remains until time f 3, after which the pulse is switched off so that the discharge curve between / 3 and / 8 results. The pulse applied to crystal 15 as shown in FIG. 5a causes the crystal 15 and the membrane 16 to bend into the ink chamber 17, as a result of which pressure fluctuations occur in this and in the nozzle channel 19, as shown in FIG. 5b in a manner corresponding to FIG. 5a. In Fig. 5b the time course of a pressure oscillation I in the liquid of the print head 4 is shown, which runs around the static pressure PO to plus and minus. The period between two consecutive pressure maxima is with T

und die halbe Periode mit bezeichnet.and the half period is denoted by.

Wie der zeitliche Vergleich der F i g. 5b mi! cW F i g. 5a zeigt, entsteht zum Zeitpunkt ί 2 in der Flüssigkeit des Druckkopfes 4 ein Druckmaximum PO 1, dem zum Zeitpunkt f4 ein Druckminimum PUX folgt, wonach wieder ein Druckanstieg nach POO zum Zeitpunkt t% folgt. Die Druckschwingung gemäß Fig. 5b zeigt einen stark gedämpften Charakter. Zum Zeitpunkt ti wird durch die Düse 20 des Druckkopfes 4 (F i g. 2) ein Tropfen infolge des entstehenden Druckmaximums PO1 ausgestoßen. Nach dem Ausstoß des Tropfens wird der in Fig. 5a gezeigte Ansteuerimpuls zum Zeitpunkt 13 beendet, wodurch der Kristall 15 und somit die Membrane 16 aus ihrer gespannten in die Tintenkammer 17 hineinragenden Position in die gestreckte Ruhelage zurückkehren.As the time comparison of the F i g. 5b mi! cW F i g. 5a shows, a pressure maximum PO 1 arises in the liquid of the print head 4 at time ί 2 , which is followed by a pressure minimum PUX at time f4, which is followed by a pressure increase after POO at time t% . The pressure oscillation according to FIG. 5b shows a strongly damped character. At time t of the print head 4 is discharged due to a drop of the resulting pressure maximum PO 1 through the nozzle 20 (F i g. 2). After the ejection of the drop of the driving pulse shown in Fig. 5a is terminated at time 1 3, thus returning whereby the crystal 15 and the membrane 16 from its cocked projecting into the ink chamber 17 in the stretched position of rest.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch den Rückhub der Membrane 16 aus der Tintenkammer 17 heraus, in dieser und somit in dem Düsenkanal 19 ein zusätzlicher Unterdruck entsteht. Nach Beendigung des Impulses zum Zeitpunkt r3 gemäß Fig.5a und dem darauffolgenden Rückkehren des Antriebselements 15, 16 in seine Ruhestellung wird in der Tintenkammer 17 und somit in dem Düsenkanal 19 ein Unterdruck erzeugt. Gemäß der Druckschwingungskurve I in F i g. 5b wird der negativste Wert zum Zeitpunkt t 4 erreicht, der beim Zusammenfall mit einem zusätzlichen Unterdruck ein ganz ausgeprägtes Druckminimum PUX zum Zeitpunkt 14 erzeugt.The invention is based on the knowledge that the return stroke of the membrane 16 out of the ink chamber 17, in this and thus in the nozzle channel 19, creates an additional negative pressure. After the end of the pulse at time r3 according to FIG. According to the pressure oscillation curve I in FIG. 5b the most negative value at time t 4 is reached, the generated upon coincidence with an additional negative pressure, a very pronounced pressure minimum PUX at time 1. 4

Dieses Druckminimum führt häufig zu Kavitation und zum Ansaugen von Luftblasen über die Düse 20 des Druckkopfes 4, wodurch die Funktionsweise des Druckkopfes erheblich gestört bzw. der Druckkopf funktionsunfähig werden, kann. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich die Vermeidung eines derartigen ausgeprägten Druckminimums PUi, wird durch die Verwendung des in der F i g. 5c gezeigten Impulsverlaufes gelöst, durch den der in F i g. 5d gezeigte Druckverläuf der Kurve II erzielt wird.This pressure minimum often leads to cavitation and to the suction of air bubbles via the nozzle 20 of the print head 4, which can significantly disrupt the functionality of the print head or make the print head inoperable. The object on which the invention is based, namely avoiding such a pronounced pressure minimum PUi, is achieved by using the method shown in FIG. 5c solved, through which the in F i g. 5d shown pressure curve of curve II is achieved.

Die Impulsform gemäß F i g. 5d unterscheidet sich bezüglich der Impulse gemäß Fig. 5a darin, daß der Abschaltzeitpunkt des Ansteuerimpulses für den Kristall 15 so erst zum Zeitpunkt f5 (Fig. 5c) erfolgt Durch einen derartigen Verlauf der Impulsform wird in überraschender Weise erreicht, daß das zum Zeitpunkt 14 auftretende Druckmmimum PU2 (F 1 g. 5d) nicht so stark negativ wie das Druckminimum PUi (Fig.5b) ist Der in F i g. 5d gezeigte Druckverlauf wird bezüglich der Höhe besonders der ersten negativen Halbwelle zum Zeitpunkt r 4 nicht dadurch beeinflußt daß infolge der Entspannungsbewegung der Membrane nach dem Abschalten des Erregungsimpulses ein zusätzlicher Unterdruck zu diesem Zeitpunkt entsteht.The pulse shape according to FIG. 5d with respect to the pulses in accordance differs Fig. 5a is that the switch-off time of the driving pulse for the crystal 15 so only at time f5 (Fig. 5c) is carried out by such a course of the pulse shape is achieved in a surprising manner that the time 1 4 occurring pressure minimum PU2 (F 1 g. 5d) is not as strongly negative as the pressure minimum PUi (FIG. 5b) is the one in FIG. The pressure curve shown in FIG. 5d is not influenced with regard to the level of the first negative half-wave in particular at time r 4 by the fact that an additional negative pressure is created at this time as a result of the relaxation movement of the membrane after the excitation pulse has been switched off.

Erst zum Zeitpunkt f 5 (Fig. 5c) wird der Impuls am Kristall 15 beendet. Dadurch wird in vorteilhafter Weise bewirkt, daß der durch die Rückkehrbewegung der Membrane 16 in ihre Ruhelage verzögert auftretende Unterdruck erst zum Zeitpunkt /6 (Fig.5d) auftritt. Wie aus F i g. 5d ersichtlich ist, wird deshalb der Überdruck PO 3 in der Flüssigkeit des Druckkopfes durch den Unterdruck, der infolge der Entspannungsbewegung der Membrane entsteht, nahezu kompensiert. Dies ist äußerst vorteilhaft, da nun zum Zeitpunkt / 4 bei der Wellenform gemäß F i g. 5d ein wesentlich geringer ausgeprägtes Druckminimum PU2 als bei der Wellenform gemäß F i g. 5b zum Zeitpunkt 14 bei PU I entsteht. Das Druckminimum PU 2 (F i g. 5d) ist noch ausreichend, um genügend Flüssigkeit über den Zuführkanal 18 (F i g. 4) anzusaugen, er reicht jedoch nicht mehr aus, um Kavitation in dem Druckkopf 4 zu erzeugen oder um Luftblasen über die Düse 20 in den Düsenkanal 19 oder die Tintenkammer 17 einzusaugen. Dadurch wird die Betriebssicherheit des Druckkopfes wesentlich erhöht.The pulse on crystal 15 is not ended until time f 5 (FIG. 5c). This has the advantageous effect that the negative pressure, which occurs with a delay due to the return movement of the membrane 16 to its rest position, does not occur until time / 6 (FIG. 5d). As shown in FIG. 5d can be seen, the overpressure PO 3 in the liquid of the print head is therefore almost compensated for by the underpressure that arises as a result of the relaxation movement of the membrane. This is extremely advantageous because now at time / 4 in the waveform according to FIG. 5d shows a pressure minimum PU2 that is significantly less pronounced than in the case of the waveform according to FIG. 5b arises at point 1 4 at PU I. The pressure minimum PU 2 (FIG. 5d) is still sufficient to suck in sufficient liquid via the supply channel 18 (FIG. 4), but it is no longer sufficient to generate cavitation in the print head 4 or to overflow air bubbles to suck the nozzle 20 into the nozzle channel 19 or the ink chamber 17. This significantly increases the operational reliability of the print head.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der nachfolgende Impuls, durch den der nächste Tintentropfen ausgestoßen werden soll (nicht mehr in F i g. 5 zu sehen), zeitlich so angelegt wird, daß das durch diesen erzeugte Druckmaximum, bezogen vif ein noch nicht vollständig abgeklungenes Druckmaximum von dem vorangehenden ErregungsAnother advantageous embodiment of the invention is that the subsequent pulse, through that the next drop of ink is to be ejected (no longer shown in FIG. 5) is applied in such a way that that the pressure maximum generated by this, related to vif a not yet completely decayed Maximum pressure from the previous excitation

"organg, um eine Viertelperiode"organg, around a quarter period

verzögert entdelayed ent

steht. Dadurch wird vermieder;, daß es bei aufeinanderfolgenden Druckoperationen zu schädlichen Überlagerungen zwischen alten und neuen Druckschwingungen kommt. Würde nämlich das erste neue Druckmaximum mit einem noch nicht vollständig abgeklungenen alten Druckminimum zeitlich zusammenfallen, so würde das neue Druckmaximum durch das vorangehende Restdruckminimum reduziert, wodurch infolge des kleineren effektiven Druckmaximums die Tropfenausstoßgeschwindigkeit verringert würde. Da Differenzen bei der Tropfenausstoßgeschwindigkeit infolge der versetzt auftreffenden Tröpfchen im Druckbild auf einem Aufzeichnungsträger mit dem Auge wahrnehmbar sind, werden diese durch die vorangehend genannte Maßnahme eliminiert. Bei einer Verschiebung jeder neuen Druckschwingung jeweils um eine Viertelperiodestands. This avoids that it occurs in consecutive Printing operations lead to harmful superimpositions between old and new pressure oscillations comes. That would be the first new pressure maximum with an old one that has not yet completely subsided Pressure minimum coincide in time, the new pressure maximum would result from the previous residual pressure minimum reduced, whereby the drop ejection speed due to the smaller effective pressure maximum would decrease. Since differences in drop ejection speed due to the offset impinging droplets in the print image on a recording medium are perceptible to the eye, these are eliminated by the measure mentioned above. With a postponement every new one Pressure oscillation in each case by a quarter period

in bezug auf die alte Druckschwingung verläuftwith respect to the old pressure oscillation

jeweils das erste Druckmaximum der neuen Schwingung bei dem Nulldurchgang der vorangehende alten Schwingung, so daß die neue Schwingung von der vorangehenden Restschwingung nicht beeinflußt wird.in each case the first pressure maximum of the new oscillation at the zero crossing of the previous old one Oscillation so that the new oscillation is not influenced by the previous residual oscillation.

F i g. 5e zeigt zur weiteren Verdeutlichung des der Erfindung zugrunde liegenden Wirkungsprinzips eine gemeinsame Darstellung der Druckschwingungen I und II gemäß F i g. 5b und F i g. 5d, wobei die Schwingung I gemäß F i g. 5b stärker gezeichnet ist als die Schwingung II gemäß F i g. 5d.F i g. 5e shows a for further clarification of the principle of action on which the invention is based joint representation of the pressure oscillations I and II according to FIG. 5b and FIG. 5d, where the oscillation I according to FIG. 5b is drawn more strongly than the oscillation II according to FIG. 5d.

Wie in F i g. 5e zum Zeitpunkt 14 deutlich hervorgeht, entsteht durch die Verlängerung des Impulses bis zum Zeitpunkt f5 (Fig.5c) ein wesentlich kleineres Druckminimum mit dem Wert PU2 im Vergleich zu dem Druckminimum PUX, das bei einer Impulslänge bis zum Zeitpunkt ί 3 gemäß F i g. 5a auftritt Das Absenken des Unterdrucks von PU 2 auf PUX bewirkt somit, wie vorangehend dargelegt, häufig das Entstehen von Kavita-As in Fig. 5e clearly shown at time 1 4, is formed by the extension of the pulse to the time f5 (5c) a much smaller pressure minimum with the value PU2 as compared to the pressure minimum PUX that ί 3 at a pulse length up to the time in accordance with F i G. 5a occurs The lowering of the negative pressure from PU 2 to PUX thus, as explained above, often causes cavita-

tion und den Eintritt von Luftbläschen über die Düse des Druckkopfes.tion and the entry of air bubbles through the nozzle of the printhead.

Das vorangehend beschriebene Ausfühningsbeispiel mit einer Impulslänge gemäß F i g. 5c stellt die cotimale Arbeitsweise der Tintentröpfchen-Druckvorrichtung sicher. Es liegt jedoch im Rahmen des Erfindungsgedankens, die Länge des Ansteuerimpulses länger als in F i g. 5c gezeigt zu wählen, wobei lediglich streng darauf zu acK'.n ist, daß der nach der Entspannung der Membrane auftretende Unterdruck zeitlich möglichst wesentlich vor oder wesentlich hinter dem einem Druckmaximum folgenden Druckminimum ents'.iht. Bei einem sehr kurz bemessenen Ansteuerimpuls wird somit beispielsweise der durch die Entspannung der Membrane hervorgerufene Unterdruck vor dem ersten Druckminimum in der Flüssigkeit abgeklungen sein, so daß das ersle Druckminimum nicht mehr durch diesen durch die Membranentspannung entstehenden Unterdruck beeinflußt wird. Im anderen Falle wird durch die Verlängerung des Impulses das Druckminimum in der Flüssigkeit bereits soweit überschritten sein, daß es durch den zusätzlichen Unterdruck infolge der Entspannung der Membrane zu keinem gefährlichen Druckminimum mehr kommt. Es liegt somit auch im Rahmen der Erfindung, das Ende des Ansteuerimpulses in die zweite Periode T oder in die dritte oder vierte usw. zu legen. Gemäß dem der Erfindung zugrundeliegenden Prinzip ist dabei stets zu beachten, daß der Abschaltzeitpunkt so gewählt wird, daß der verzögert auftretende Unterdruck infolge der Entspannung der Membrane nicht mit dem jeweiligen negativen Maximalwert der Druckschwingung in der Flüssigkeit, d. h. deren Druckminimum, zusammenfällt. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist lediglich zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips ein einzelner Druckkopf 4 mit einer Einzeldüse gezeigt. An Stelle eines einzelnen Druckkopfes kann jedoch auch eine Vielzahl von Eindüsendruckköpfen beispielsweise stationär in Zeilenrichtung eines /u bedruckenden Aufzeichnungsträgers angeordnet werden. Des weiteren ist es möglich, Mehrfachdüsenköpfe an Stelle der Eindüsenköpfe in Druckvorrichtungen, die nach dem Prinzip der Erfindung arbeiten, zu verwenden, wobei die Druckköpfe auch in bekannter Weise auf einem Trägerglied, z. R. auf einem Schlitten, angeordnet werden können, das in Zeilenrichtung, d. h. quer zur Transportrichtung eines Aufzeichnungsträgers, verschiebbar ist.The embodiment described above with a pulse length according to FIG. 5c ensures the optimal operation of the ink droplet printing device. However, it is within the scope of the inventive concept to make the length of the control pulse longer than in FIG. 5c, the only thing to be strictly assured is that the negative pressure occurring after the expansion of the membrane is as much as possible before or as much as possible behind the pressure minimum following a pressure maximum. With a very short control pulse, for example, the negative pressure caused by the relaxation of the membrane will have subsided before the first pressure minimum in the liquid, so that the first pressure minimum is no longer influenced by this negative pressure resulting from the membrane relaxation. In the other case, the lengthening of the impulse means that the pressure minimum in the liquid has already been exceeded to such an extent that the additional negative pressure as a result of the relaxation of the membrane no longer results in a dangerous pressure minimum. It is therefore also within the scope of the invention to place the end of the control pulse in the second period T or in the third or fourth, etc. According to the principle underlying the invention, it must always be ensured that the switch-off time is chosen so that the delayed negative pressure due to the relaxation of the membrane does not coincide with the respective negative maximum value of the pressure oscillation in the liquid, ie its pressure minimum. In the exemplary embodiment described here, a single print head 4 with a single nozzle is shown only to explain the principle on which the invention is based. Instead of a single print head, however, a multiplicity of single-nozzle print heads can also be arranged, for example stationary, in the line direction of a recording medium that is printing. Furthermore, it is possible to use multiple nozzle heads instead of the single nozzle heads in printing devices which operate on the principle of the invention, the printing heads also being mounted in a known manner on a carrier member, e.g. As a rule, they can be arranged on a carriage which can be displaced in the line direction, ie transversely to the transport direction of a recording medium.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Steuereinrichtung für eine Tintentröpfchen-Druckvorrichtung, die einen Druckkopf aufweist, bei dem ein Antriebselement aus einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung abhängig von durch eine Steuerschaltung erzeugte Impulse bewegt wird, was eine Druckschwingung in einer mit Tinte gefüllten Tintenkammer hervorruft, so daß ein Tintentropfen von dem Druckkopf bei Auftreten des ersten Druckmaximums in der Tintenkammer ausgestoßen und die Tintenkammer während des dem Druckmaximum folgenden Druckminimums wieder mit Tinte .gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daiB die Steuerschaltung (23) Impulse (33) mit einer derartigen Breite erzeugt, daß der in der Tintenkammer (17) bei der Rückkehr des Antriebselements (15,16) in seine Ruhestellung erzeugte Unterdruck nach oder vor einem Druckminimum (PUT) auftritt, das dem ersjen den Tintentropfen ausstoßenden Druckmaximum (PO Y) folgt und durch die Fiüssigkeitsbewegung hervorgerufen ist1. Control device for an ink droplet printing device having a print head, in which a drive element is moved from a rest position to a working position in response to pulses generated by a control circuit, which causes a pressure oscillation in an ink chamber filled with ink, so that an ink drop of ejected from the printhead when the first pressure maximum occurs in the ink chamber and the ink chamber is again filled with ink during the pressure minimum following the pressure maximum, characterized in that the control circuit (23) generates pulses (33) with a width such that the in the Ink chamber (17) when the drive element (15, 16) returns to its rest position after or before a pressure minimum (PUT) occurs, which follows the pressure maximum (PO Y) that ejects the ink droplets and is caused by the movement of the liquid

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (23) Impulse (33) einer derartigen Breite erzeugt, daß der in der Tintenkammer (17) durch die Rückkehr des Antriebselements (15,16) in seine Ruhestellung erzeugte Unterdruck zusammenfällt mit einem weiteren Druckmaximum (PO 2), welches dem ersten Druckmaximum (PO 1) folgt, durch das der Tintentropfen ausgestoßen wird, so daß eine Druckkompensation (PO 3) in der Tintenkammer ^l 7) stattfindet2. Control device according to claim 1, characterized in that the control circuit (23) generates pulses (33) of such a width that the negative pressure generated in the ink chamber (17) by the return of the drive element (15, 16) to its rest position coincides with a further pressure maximum (PO 2), which follows the first pressure maximum (PO 1), through which the ink drop is ejected, so that pressure compensation (PO 3) takes place in the ink chamber ^ l 7)

(PO 3) in der Tintenkammer (17) stattfindet (PO 3) takes place in the ink chamber (17)

3. Steuereinrichtung nach !> ospruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (23) Impulse (33) von einer derartigen Breite erzeugt, daß der in der Tintenkammer bei Rückkehr des Antriebselements (15,16) in seine Ruhestellung erzeugte Unterdruck vor oder nach dem ersten Druckminimum auftritt, das dem ersten Druckimpuls folgt3. Control device according to!> Ospruch 1, characterized in that the control circuit (23) generates pulses (33) of such a width that the negative pressure generated in the ink chamber when the drive element (15, 16) returns to its rest position before or after the first pressure minimum occurs that follows the first pressure pulse

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (23) Impulse (33) mit einer derartigen Breite erzeugt, daß durch aufeinanderfolgende Impulse (33) erzeugte aufeinanderfolgende Druckschwingungszyklen gegeneinander phasenverschoben sind, so daß das bei jedem aufeinanderfolgendem Impuls (33) erzeugte erste Druckmaximum (PO 1) nicht mit einem Druckminimum eines vorangehenden Zyklus zusammenfällt4. Control device according to claim 2 or 3, characterized in that the control circuit (23) generates pulses (33) with a width such that successive pressure oscillation cycles generated by successive pulses (33) are phase-shifted from one another, so that with each successive pulse ( 33) generated first pressure maximum (PO 1) does not coincide with a pressure minimum of a previous cycle

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschwingungszykleji um ein Viertel der Schwingungsperiode versetzt sind.5. Control device according to claim 4, characterized in that the Druckschwingungszykleji around a quarter of the oscillation period are offset.