EP0468075A1 - Method for varying the droplet size in ink jet printers - Google Patents

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EP0468075A1
EP0468075A1 EP19900114369 EP90114369A EP0468075A1 EP 0468075 A1 EP0468075 A1 EP 0468075A1 EP 19900114369 EP19900114369 EP 19900114369 EP 90114369 A EP90114369 A EP 90114369A EP 0468075 A1 EP0468075 A1 EP 0468075A1
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EP
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Application
Patent type
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ink
heating
rh
characterized
vj
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Ceased
Application number
EP19900114369
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German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Dipl.-Phys. Kappel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, e.g. INK-JET PRINTERS, THERMAL PRINTERS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/21Ink jet for multi-colour printing
    • B41J2/2121Ink jet for multi-colour printing characterised by dot size, e.g. combinations of printed dots of different diameter
    • B41J2/2128Ink jet for multi-colour printing characterised by dot size, e.g. combinations of printed dots of different diameter by means of energy modulation

Abstract

In order to increase the thermo/fluid mechanical efficiency and to generate ink droplets of differing masses in an ink printer operating according to the thermal transducer principle, the heating power of the individual heating elements (RH) is reduced inversely proportionally to the surface temperature of the heating dot (RH), in a heating phase (VJ) serving to preheat the ink fluid, in such a way that the greatest possible flow of heat flows into the ink fluid without causing vaporisation and subsequently the vaporisation is initiated directly after the preheating phase (VJ) by briefly increasing the heating power. By means of such a method, droplets of different sizes can be generated with a high efficiency and a short heating pulse. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Variieren der Tropfenmasse in Tintenschreibeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a method for varying the drop mass in ink writing devices according to the preamble of claim 1.
  • Bekannte Tintendruckköpfe, die nach dem Thermalwandlerprinzip (Bubble-Jet-Prinzip) arbeiten und beispielsweise in der DE-OS 30 12 698 beschrieben werden, weisen eine Vielzahl von Einzeldüsen auf, aus denen unter Einwirkung einer elektronischen Steuerung definiert Einzeltröpfchen ausgestoßen werden. Known ink printheads according to the thermal transducer principle (bubble jet principle) work and are described for example in DE-OS 30 12 698, comprise a plurality of individual nozzles from which under the action of an electronic control defined individual droplets to be ejected. Den einzelnen Austrittsdüsen sind individuelle kapillare Tintenkanäle zugeordnet, in denen mittels Aktoren Druckwellen in der Tintenflüssigkeit erzeugt werden. The individual outlet nozzles are associated, in which are produced by means of actuators, pressure waves in the ink liquid capillary individual ink channels. Das Verfahren zum Druckaufbau in der Tintenflüssigkeit beruht auf der Erzeugung von Mikrodampfbläschen. The method for building up pressure in the ink liquid based on the generation of micro-bubbles of vapor. Im Boden eines jeden Tintenkanals befindet sich in einem bestimmten Abstand zur Austrittsdüse als Aktor ein elektrothermisches Wandlerelement (Heizelement) in Form eines elektrischen Dünnfilm-Heizwiderstandes, welches mit einem Spannungsrechteckimpuls angeregt wird. In the bottom of each ink passage, an electrothermal converting element (heating element) is located in a certain distance from the outlet nozzle as an actuator in the form which is excited with a voltage pulse of a rectangular thin film electrical heating resistor. Dadurch wird die unmittelbar über dem Wandlerelement liegende Tintenflüssigkeit in einer dünnen Schicht auf hohe Temperaturen erhitzt. Thus, the ink liquid immediately above the transducer element is heated in a thin layer to high temperatures. Im Laufe der nachfolgenden Verdampfung der erhitzten Tintenflüssigkeit entsteht über dem Wandlerelement eine Dampfblase (Bubble) mit hohem Innendruck, deren Expansion einen Ausstoß eines Teils der in dem entsprechenden Tintenkanal befindlichen Flüssigkeit aus der Austrittsdüse bewirkt. Over the subsequent evaporation of the heated ink fluid is produced across the transducer element is a vapor bubble (bubble) with high internal pressure, which expansion causes a discharge of part of the liquid contained in the corresponding ink channel of the discharge nozzle. Da die Gasbläschen durch kurzzeitiges Bestromen der Dünnfilm-Heizwiderstände erzeugt werden, besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen der elektrischen Impulsenergie und dem zum Ausstoß von Einzeltröpfchen notwendigen Druckimpuls. Since gas bubbles are generated by briefly energizing the thin film heating resistors, there is a functional relationship between the electrical pulse energy and the need for ejecting individual droplets pressure pulse. Die elektrische Impulsenergie ist bestimmt durch die an das Wandlerelement angelegte Impulsspannung, durch den elektrischen Widerstand des Wandlerelementes (Dot-Widerstand) und durch die Impulsdauer der angelegten Spannung. The electric pulse energy is determined by the voltage applied to the transducer element voltage pulse, by the electrical resistance of the transducer element (dot-resistance) and by the pulse duration of the applied voltage. Um einen sicheren Tröpfchenausstoß aus den Düsen zu gewährleisten, darf einerseits die Impulsenergie einen vorgegebenen Wert nicht unterschreiten und andererseits soll die aufgrund des thermischen Wandlerprinzips bedingte Erwärmung des Tintendruckkopfes durch unnötig hohe Impulsenergie nicht gesteigert werden. In order to ensure a safe droplet ejection from the nozzles, the pulse energy must on the one hand a predetermined value not less than the other hand, the conditional due to the thermal converter principle heating of the ink print head is not to be increased by unnecessarily high pulse energy. Die maximale Betriebsfrequenz von solchen Tintendruckköpfen wird nämlich unter anderem von der im Druckkopf erzeugten Verlustwärme begrenzt. The maximum operating frequency of such an ink print heads, is in fact limited, inter alia, from the produced in the print head heat loss.
  • Sollen mit solchen Tintendruckeinrichtungen Schriften verschiedener Schriftqualitäten, beispielsweise Schriften in einer sog. Entwurfsqualität (Draft Quality DQ) und in einer sog. Schönschrift (Near Letter Quality NLQ) erzeugt werden, so ist es vorteilhaft, Tintentröpfchen unterschiedlicher Volumina zu erzeugen. Are to be generated with such ink printing devices fonts of different writing qualities, for example, fonts in a so-called. Draft quality (Draft Quality DQ) and in a so-called. Calligraphy (near letter quality NLQ), it is advantageous to produce ink droplets of different volumes. Damit ist bei hoher Druckgeschwindigkeit und verminderter Auflösung, zB im Draft-Mode, durch größere Tintentröpfchen eine verbesserte Schriftqualität (Schwärzungsgrad) möglich. Thus at high printing speed and reduced resolution, for example in draft mode, with larger ink droplets improved print quality (coverage) is possible.
  • Außerdem werden solche Tintendruckeinrichtungen auch als Ausgabegeräte für Grafik eingesetzt. Furthermore, such ink printing devices are used as output devices for graphics. Dies erfordert, daß sog. Grau- oder Farbstufen darstellbar sein müssen. This requires that so-called. Gray or color levels must be represented. Dabei kann in beiden Fällen eine einfarbige oder eine mehrfarbige Darstellung vorgesehen sein. In this case, a monochrome or a multicolor display can be provided in both cases. Insbesondere besteht durch die Erzeugung von Tintentröpfchen unterschiedlicher Volumina bei Farbdruck die Möglichkeit, eine Übersättigung des Papiers mit Lösungsmitteln zu vermeiden und mehrere Graustufen durch ein kleineres Raster darzustellen, was die Auflösung erheblich verbessert. In particular, there by generating ink droplets of different volumes in color printing, the ability to avoid over-saturation of the paper with solvents and display multiple gray levels by a smaller grid, which considerably improves the resolution.
  • Die Erzeugung unterschiedlicher Tropfengrö- ßen, zB für die Wiedergabe von Halbtönen, ist beim Betrieb des Heizelementes mit einem einzelnen rechtförmigen Heizimpuls aus thermodynamischen Gründen nicht möglich. The generation of different Tropfengrö- SEN, for example for the reproduction of half-tones, is not the operation of the heating element with a single right-shaped heat pulse for thermodynamic reasons possible. Der Betrieb des Heizelementes außerhalb des Arbeitspunktes führt in diesem Fall entweder zur instabiler Tropfenbildung oder zu einer erheblichen Beeinträchtigung der maximalen Druckfrequenz, die ua von der im Kopf erzeugten Verlustwärme begrenzt wird. The operation of the heating element outside of the working point in this case leads either to unstable droplet formation, or to a considerable impairment of the maximum printing frequency, which is, inter alia, limited by the head generated in the waste heat.
  • Zur Erzeugung von Tintentröpfchen unterschiedlicher Größe ist es aus der EP-AI-O 203 534 bekannt, bei einer Tintenschreibeinrichtung mit piezoelektrischen Wandlerelementen, die jeweils den Tintenkanälen des Schreibkopfes zugeordnet sind, diese mit einer einstellbaren Anzahl von Ansteuerimpulsen anzusteuern. For generating ink droplets of different size, it is known from EP-AI-O 203 534, to control in an ink writing device with piezoelectric transducer elements, each associated with the ink channels of the recording head, this with an adjustable number of drive pulses. Die Folgefrequenz der Ansteuerimpulse ist dabei auf die Resonanzfrequenz des Tintenkanals abgestimmt und die Ansteuerimpulse folgen zeitlich derart aufeinander, daß ein durch nachfolgende Ansteuerimpulse bewirkter Ausstoß einer kleinen Tintenmenge aus der Austrittsöffnung des Tintenkanals jeweils noch vor der Ablösung des durch den ersten Ansteuerimpuls bewirkten Tintentröpfchens von der Austrittsöffnung auftritt. The repetition frequency of the drive pulses is tuned to the resonant frequency of the ink channel and the control pulses follow one another in time such that an effected by subsequent drive pulses ejecting a small amount of ink from the discharge port of the ink channel in each case before the detachment of the caused by the first drive pulse ink droplet from the outlet opening occurs.
  • Aus der EP-BI-0124 190 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren einer n-Tongrauskala mittels eines thermischen Tintenstrahldruckers bekannt, bei dem die Grautöne durch mehrfaches Spritzen von Tropfen erzielt werden. From EP-BI-0124 190 an apparatus and a method of an n-Tongrauskala means of a thermal ink jet printer is known, in which the gray tones are obtained by repeated spraying of drops. Hierzu wird erst die gewünschte Anzahl von Pulsen in einem Pulspaket festgelegt, die nötig ist, um einen Punkt einer bestimmten Schattierung zu erzeugen und dann die Länge eines Austastintervalles nach Aussendung des vorigen Paketes an den thermischen Tintenstrahldrucker abgewartet. For this purpose, the desired number of pulses is set in a pulse packet only which is needed to create a dot of a particular shading, and then wait for the length of a blanking interval after transmission of the previous packet to the thermal ink jet printer. Anschließend wird ein Paket mit der gewünschten Anzahl von Pulsen und eine Pulswiederholungsrate erzeugt, die größer ist als der Reziprokwert der Zeitspanne bis zum Abreißen des Tröpfchens und dieses Paket wird an den Tintenstrahldrucker abgegeben. Subsequently, a packet having the desired number of pulses and a pulse repetition rate is generated, which is greater than the reciprocal of the period of time until breakage of the droplet and this package is delivered to the ink jet printer.
  • Beim Erzeugen von Tintentröpfchen unterschiedlicher Größe mit Hilfe solcher Mehrfachtropfen, die in schneller Folge durch mehrere Verdampfungsvorgänge als Strahl mit Knoten ausgestoßen werden, wird als nachteilig angesehen, daß durch mehrfache Verdampfung lange Abkühlphasen aufgrund der in den Thermalwandlerelementen auftretenden hohen Restwärme erforderlich sind. During the creation of ink droplets of different sizes using such multiple drops to be ejected in rapid succession through a plurality of evaporative processes as a beam having nodes is regarded as disadvantageous that are required by multiple evaporation long cool-down due to the occurring in the thermal conversion elements high residual heat. Dies begrenzt die erreichbare Spritzfrequenz erheblich. This limits the achievable injection rate significantly.
  • In der europäischen Patentanmeldung 89104480.2 wird vorgeschlagen, zur Variation der Tropfengröße bzw. zur Steigerung des Wirkungsgrades die Flüssigkeit zunächst durch einen oder mehrere Vorheizpulse niedriger Energie vorzuwärmen und dann die Verdampfung durch einen gezielten Auslöseheizimpuls höherer Energie einzuleiten. In the European patent application 89104480.2, it is proposed to first preheat the fluid to vary the droplet size and to increase the efficiency by one or more Vorheizpulse low energy and then initiate the evaporation by a targeted Auslöseheizimpuls higher energy. Nachteilig hierbei ist die gegenüber normalen Heizpulsdauern verlängerte Dauer der Vor- /Auslöseheizpulssequenz. The disadvantage here is the opposite normal Heizpulsdauern prolonged duration of forward / Auslöseheizpulssequenz.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Tintendruckeinrichtung der eingangs genannten Art, Maßnahmen zur Steigerung des thermo-/fluidmechanischen Wirkungsgrades und zur Variation der aus den Austrittsdüsen ausgestoßenen Tintenmasse anzugeben, die auf einfache Weise und ohne Einbußen hinsichtlich der Druckgeschwindigkeit die Wiedergabe verschiedener Schriftqualitäten und Halbtonbilder bzw. Grau- und Farbstufen ermöglichen. The object of the invention is to provide measures for increasing the thermo / fluid-mechanical efficiency and the variation of the ejected from the outlet nozzle ink composition for an ink jet print device of the type mentioned, which easily and without any loss in terms of printing speed playback different font qualities and halftone enable or gray and color levels.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is solved according to the features indicated in the characterizing part of patent claim 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous further developments are characterized in the subclaims.
  • Bei konventioneller Heizung mit Rechteckspannungspulsen ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Oberfläche des Heizelementes, im folgenden als Dot-Oberfläche bezeichnet, und die unmittelbar daran angrenzende Flüssigkeit erwärmt aufgrund der konstanten Heizleistung (Wärmestrom) annähernd konstant. With conventional heating with square wave voltage pulses, the speed at which designates the surface of the heating element, hereinafter referred to as dot surface, and the immediately adjoining liquid heated due to the constant heating power (heat flow) is approximately constant. Da in der anfänglichen Aufheizphase der Dot-Oberfläche nur wenig Wärme in tiefere Flüssigkeitsschichten eindringen kann, ist das Temperaturprofil in der Flüssigkeit, zu dem Zeitpunkt, da die oberflächennahe Flüssigkeit die Verdampfungstemperatur überschreitet, sehr steil. in the initial heating phase of the dot-surface since little heat can penetrate into deeper layers of liquid, the temperature profile in the liquid, to the time when the near-surface fluid exceeds the vaporization temperature, very steep. Durch die geringe Eindringtiefe der Wärme in die Flüssigkeit ist der Wärmeinhalt der Flüssigkeit und damit die Tropfenmasse und -geschwindigkeit nicht maximal. Due to the low depth of penetration of heat into the liquid of the heat content of the fluid and thus the drop mass and velocity is not maximal.
  • Im Interesse einer schnellen Erwärmung auch tieferer Flüssigkeitsschichten sollte die Dot-Oberfläche nach Auslösen des Heizpulses schnell eine hohe Temperatur erreichen, ohne allerdings die Verdampfungstemperatur zu überschreiten. In the interest of rapid warming and lower liquid layers, the dot surface should reach a high temperature after activating the heating pulse quickly, but without exceeding the evaporation temperature. Mit zunehmender Annäherung der Temperatur der Dot-Oberfläche an die Verdampfungstemperatur muß dann die Heizleistung zeitabhängig so reduziert werden, daß die Verdampfungstemperatur an der Dot-Oberfläche nicht überschritten wird. then with increasing approximation of the temperature of the dot surface at the evaporation temperature of the heating power must be time-dependently reduced so that the evaporation temperature at the dot surface is not exceeded. Die Verdampfung kann dann durch eine kurzzeitige Erhöhung der Heizleistung direkt im Anschluß an die oben geschilderte Erwärmungsphase ausgelöst werden. The evaporation can then be initiated by a brief increase in the heat output immediately following the above-described heating phase. Die Heizpulsformung gemäß der Erfindung kann dabei sowohl aktiv als auch passiv erfolgen. The Heizpulsformung according to the invention can be carried out both active and passive.
  • Zur Vorheizung der Flüssigkeit eignen sich, analog zu der thermischen Zeitkonstanten des Dünnschichtsystems, näherungsweise exponentiell abklingende Heizleistungsimpulse besonders gut. For preheating the liquid approximately exponentially decaying heat output pulses are analogous to the thermal time constants of the thin-film system, particularly good. Aufgrund der geringen Energiemengen (typisch ca. 35 uJ), die zur Auslösung eines Verdampfungsvorganges nötig sind, können solche abklingenden Heizleistungsimpulse auf einfache Art mit wenigen passiven Bauelementen (RC-Glieder) realisiert werden. Due to the small amount of energy (typically about 35 uJ) that are needed to trigger an evaporation process, such decay heat output pulses can be realized in a simple way with few passive components (RC elements). Durch Hinzufügen einer dem Heizdotwiderstand parallel geschalteten Induktivität kann auf diese Weise auch der Zündpuls erzeugt werden. By adding a parallel Heizdotwiderstand the inductance and the ignition pulse can be produced in this way. Die Ansteuerung eines solchen passiven Netzwerkes erfolgt weiterhin mit der konventionellen, Rechteckspannungsimpulse erzeugenden Tintendruckerelektronik. The control of such a passive network is carried further to the conventional, rectangular voltage pulse generating ink printer electronics. Bei einer Heizimpulsdauer von typisch 12 us ergeben sich bei Verwendung einer solchen Schaltung gegenüber der konventionellen Ansteuerung der Heizelemente mit Rechteckspannungsimpulsen ca. doppelte Tropfenfluggeschwindigkeiten und doppelte Tropfenmassen. In a heat pulse width of typically 12 us arise when using such a circuit over conventional controlling the heating elements with rectangular voltage pulses about twice the drop flight speeds and double gob masses.
  • Die Variation der Tropfenmasse ist auf einfache Weise durch Veränderung der Dauer oder der Intensität der Vorwärmphase möglich. The variation of the drop mass is easily possible by changing the duration or intensity of the preheating phase.
  • Im Vergleich zur Ansteuerung mit Rechteckspannungsimpulsen ist es unter Verzicht auf eine Variation der Tropfenmasse mit dem vorgestellten Verfahren aufgrund des höheren thermo-fluidmechanischen Wirkungsgrades auch möglich, Tintentröpfchen gleicher Größe mit entsprechend verkleinerter Heizelementoberfläche zu erzeugen. In comparison to the control with square wave voltage pulses it is also possible, dispensing with a variation of the drop mass with the method presented due to the higher fluid thermo-mechanical efficiency, to produce ink droplets of the same size with correspondingly reduced-heater surface. Da der Energiebedarf pro Tropfenausstoß proportional zur Heizelementoberfläche ist, kann auf diese Weise die maximale Tropfenausstoßfrequenz (= Druckgeschwindigkeit), die im wesentlichen von der im Tintendruckkopf anfallenden Verlustwärme begrenzt wird, erhöht werden. Since the energy requirement per drop ejection is proportional to the heating element, the maximum drop ejection frequency in this manner (= printing speed), which is essentially limited by the costs incurred in the ink print head heat loss can be increased.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wozu auf die Darstellungen verwiesen wird. The invention is explained below with reference to an embodiment, which reference is made to the drawings. Dort zeigen show there
    • Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer nach dem Thermalwandlerprinzip arbeitenden Tintendruckeinrichtung, Figure 1 is a simplified block diagram of an operating according to the thermal converter principle ink printer,
    • Figur 2 den prinzipiellen Aufbau eines Impulsformers gemäß der Erfindung, 2 shows the basic structure of a pulse shaper according to the invention,
    • Figur 3 das Impulsdiagramm dieser Anordnung, 3 shows the timing diagram of this arrangement,
    • Figur 4 eine Schaltungsanordnung für einen Impulsformer und 4 shows a circuit arrangement for a pulse shaper and
    • Figur 5 das zugehörige Impulsdiagramm. 5 shows the associated timing diagram.
  • Bei dem in der Figur 1 in vereinfachter Form wiedergegebenem Aufbau einer nach dem Thermalwandlerprinzip arbeitenden Tintenschreibeinrichtung sind nur diejenigen Funktionseinheiten dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung nötig sind. In the back given in Figure 1 in simplified form, a structure operating according to the thermal converter principle ink writer, only those functional units are shown, which are necessary for understanding the invention. Es sind dies im einzelnen eine an einem Versorgungsnetz NE liegende Leistungselektronik LE, eine Schnittstellenanpassung SA, an der Daten DA anliegen, eine zentrale Steuerung ZS und eine Tintendruckerelektronik TE, die über einen noch näher zu beschreibenden Impulsformer IF die elektrothermischen Wandlerelemente RH im Tintendruckkopf TK ansteuern. These are in detail a lying to a supply network NE power electronics LE, an interface adapter SA, supplied to the data DA, a central controller ZS and an ink printer electronics TE, driving the electrothermal converting elements RH in the inkjet print head TK a to be described pulse shaper IF , Die einzelnen Funktionseinheiten sind mittels Datenbus DB, Adressbus AB und Steuerbus SB miteinander verbunden. The individual functional units are interconnected by means of data bus DB, address bus AB, and control bus SB. Die zentrale Steuerung ZS trägt alle Funktionsgruppen, die für die Steuerung der Druckeinrichtung zuständig sind. The central controller ZS bearing all its functional groups that are responsible for controlling the printing device. So sind eine Zentraleinheit CPU, ein Programmspeicher ROM, ein Arbeitsspeicher RAM, ein gepufferter Speicher einschließlich Batterie und auch die zugehörigen Bausteine, wie zB Bustreiber, Buffer, Zwischenspeicher auf der zentralen Steuerung ZS angeordnet. Thus, a central processing unit CPU, a program ROM, a working memory RAM, a buffered memory including the battery and the associated blocks such as bus drivers, buffers, latches on the central controller ZS arranged. Außerdem trägt sie noch die Steckverbindung für eine Zeichengeneratorerweiterung ZGE. They also still carries the connector for a character generator extension CGU.
  • In den Figuren 2 und 3 ist der prinzipielle Aufbau des Impulsformers IF und der damit erzeugbare Impuls gezeigt. In the figures 2 and 3, the basic structure of the pulse shaper IF and the resulting pulse can be generated is shown. Er besteht aus zwei passiven Bauelementen, nämlich einem Widerstand RV und einem Ladekondensator CV (Vorwärmkondensator), die über zwei voneinander unabhängig betätigbare Umschalter mit dem elektrischen Wandlerelement verbindbar sind. It consists of two passive components, namely a resistance RV and a charging capacitor CV (Vorwärmkondensator) which are connected via two independently operable switch to the electrical conversion element. Das Wandlerelement wird durch seinen elektrischen Widerstand RH repräsentiert. The transducer element is represented by its electric resistance RH. Eine Betriebsgleichspannung UB liegt einerseits über den ohmschen Widerstand RV an einem Kontaktanschluß 11 des einpoligen Umschalters S1 und andererseits unmittelbar an dem Kontaktanschluß 22 des einpoligen Umschalters S2. A DC operating voltage UB is on the one hand via the ohmic resistor RV to a contact terminal 11 of the single-pole change-over switch S1, and on the other hand directly to the contact terminal 22 of the single-pole change-over switch S2. Die beiden anderen Anschlüsse 12,21 der Umschalter S1 und S2 sind galvanisch verbunden. The other two terminals 12,21 of the switch S1 and S2 are electrically connected. An der Schaltzunge des Umschalters S1 ist der Ladekondensator CV angeschaltet, dessen weiterer Anschluß mit einem Bezugspotential, zB Masse verbunden ist. At the switching blade of the switch S1, the charging capacitor CV is turned on, whose further terminal is connected to a reference potential, eg ground. Zwischen den entsprechenden Anschlüssen (Schaltzunge des Umschalters S2 und Bezugspotential) des Schalters S2 ist das Heizelement RH angeschaltet. Between the corresponding terminals (switching blade of the switch S2 and the reference potential) of the switch S2, the heater RH is on.
  • Im folgenden wird anhand der Figuren 2 und 3 eine Schaltfolge für einen Verdampfungsvorgang erläutert. In the following a switching sequence for an evaporation process will be explained with reference to FIGS. 2 and 3 Befindet sich die Schaltzunge des Umschalters S1 in Stellung 11, so wird der Ladekondensator (Vorwärmkondensator CV) über den Widerstand RV auf die Betriebsspannung UB aufgeladen. the switching blade of the switch S1 in position 11 is located so the charging capacitor (Vorwärmkondensator CV) via resistor RV is charged to the operating voltage UB. Der ohmsche Widerstand RV dient dabei lediglich der Ladestrombegrenzung und kann uU auch entfallen. The ohmic resistance RV serves only the charging current limiting and can possibly also be omitted. Die Schaltzunge des Umschalters S2 befindet sich dabei in der Stellung 21, so daß kein Strom in den Heizwiderstand RH fließen kann. The switching blade of the switch S2 is in this case in the position 21, so that no current in the heating resistor RH can flow. Zum Zeitpunkt to wechselt die Schaltzunge des Schalters S1 von der Stellung 11 auf die Stellung 12. Dadurch entsteht gemäß Figur 3 ein Spannungssprung am Heizelement RH. At time to the switch tongue of switch S1 changes from the position 11 to the position 12. The result is shown in FIG 3, a voltage jump at the heater RH. Der Kondensator CV entlädt sich über den ohmschen Widerstand des Heizelementes. The capacitor CV discharges through the ohmic resistance of the heating element. Die Spannung UH am Heizelement sinkt vom Wert der Betriebsspannung UB exponentiell ab, bis zu einem Zeitpunkt t1, an dem die Spannung UH noch nicht Null geworden ist. The voltage UH at the heating element decreases the value of the operating voltage UB exponentially, until a time t1 at which the voltage UH has not yet become zero. Dieser Impuls wird als Vorwärmimpuls VJ bezeichnet. This pulse is called preheat VJ. Zum Zeitpunkt t1 wird kurzzeitig (typisch 1-2 us) der Umschalter S2 geschaltet, so daß das Heizelement RH an der vollen Betriebsspannung UB liegt. At time t1, a short period is shifted (typically 1-2 us) of the switch S2, so that the heating element RH is at full operating voltage UB. Dies hat einen steilen Zündimpuls zur Folge, der zur Auslösung der Verdampfung führt (Zündimpuls ZJ mit einer Impulsdauer t2-t1 =typisch 1-2 us). This has a steep ignition pulse result, leading to the release of the evaporation (ZJ ignition pulse with a pulse duration t2-t1 = typical 1-2 us).
  • Mit dem Abschalten des Zündimpulses zum Zeitpunkt t2, durch Betätigen des Umschalters S2, der dessen Kontaktzunge wieder in Stellung 21 bringt, wird auch der Umschalter S1 betätigt, so daß sich dessen Kontaktzunge wieder in Stellung 11 befindet. With the switching off of the ignition pulse at the time t2, by operating the changeover switch S2, which brings its contact tongue back to position 21, and the switch S1 is operated, so that its contact tongue is again in position. 11 Dadurch wird der Kondensator CV für einen weiteren Tröpfchenausstoßvorgang aufgeladen und die Kontaktzungen der Umschalter S1 und S2 befinden sich wieder in ihrer Anfangsposition. Thereby, the capacitor CV is charged for a further droplet ejection process and the contact tongues of the switches S1 and S2 are again in their initial position.
  • Bei einem elektrischen Widerstandswert des Heizelementes von typisch 80Q und einer Betriebsspannung UB=28 Volt ergibt sich mit einem Widerstand RV= 1 1 Kn und einer Kapazität des Vorwärmkondensators CV=100 nF ein relativ kurzer Heizimpuls (Vorwärm- und Zündimpuls) von typisch ca. 12 us In an electric resistance value of the heating element of typically 80Q and an operating voltage UB = 28 volts is obtained with a resistance RV = 1 1 Kn and a capacity of Vorwärmkondensators CV = 100 nF, a relatively short heating pulse (preheat and ignition pulse) of typically about 12 us
  • Ein mögliches Ausführungsbeispiel für einen konkret nach obigem Prinzip funktionierenden, passiven Impulsformers IF mit dazugehörigem Impulsdiagramm zeigen die Figuren 4 und 5. Die Ansteuerung dieses Netzwerkes erfolgt weiterhin mit in herkömmlichen Schaltungen verwendeten Rechteckspannungspulsen RJ. A possible embodiment of a concrete according to the above principle of functioning, the pulse shaper passive IF with associated timing diagram is shown in FIGS 4 and 5. The control of this network will continue to be used in conventional circuits with square wave voltage pulses RJ. Diese Spannungspulse steuern ein elektronisches Schaltelement ES, beipielsweise einen Transistor oder Thyristor. These voltage pulses control an electronic switching element ES, Example, a transistor or thyristor. Die Schaltstrecke des elektronischen Schalters ES liegt in Reihe mit dem Vorwärmkondensator CV. The switching path of the electronic switch ES is connected in series with the Vorwärmkondensator CV. Parallel zu diesem Vorwärmkondensator liegt ein Entladewiderstand RE. Parallel to this Vorwärmkondensator is a discharge resistor RE. Der weitere Anschluß des Vorwärmkondensators CV ist einerseits über eine Reihenschaltung, bestehend aus einer in Sperrrichtung gepolten Diode DI und dem Heizelement RH und andererseits über eine Zündinduktivität LZ mit der Betriebsspannung UB verbunden. The other terminal of the Vorwärmkondensators CV is the one hand via a series circuit consisting connected from a reverse-biased diode DI and the heating element RH and on the other hand via a Zündinduktivität LZ with the operating voltage UB. Zwischen der Kathode der Diode DI und einem Spannungsteilerpunkt P zwischen der Zündinduktivität LZ und dem Vorwärmkondensator CV ist ein Einkoppelkondensator CK geschaltet. Between the cathode of the diode DI and a voltage dividing point P between the Zündinduktivität LZ and the CV Vorwärmkondensator a Einkoppelkondensator CK is connected. Durch Leitendschalten des elektronischen Schalters ES wird die Vorwärmphase eingeleitet. By turning on the electronic switch ES preheat mode is initiated. Der Vorwärmkondensator CV lädt sich mit exponentiell abfallendem Verlauf (Vorwärmimpuls VI) über das in Reihe mit dem Einkoppelkondensator CK geschaltete Heizelement RH und die Zündinduktivität LZ auf. The Vorwärmkondensator CV charges with exponentially decreasing curve (preheat VI) via the series-connected with the heating element RH Einkoppelkondensator CK and the Zündinduktivität LZ on.
  • Der gegenüber in der Figur 3 resultierende, negative Zündimpuls ZJ ergibt sich durch die Gegeninduktion beim Abschalten der Zündinduktivität LZ, deren magnetisch gespeicherte Energie über den Einkoppelkondensator CK in das Heizelement RH übertragen wird. The opposite in the figure 3 resulting negative ignition pulse ZJ results from the mutual induction when switching off the Zündinduktivität LZ whose magnetically stored energy is transferred via the Einkoppelkondensator CK in the heater RH. Die Diode DI dient der Rückstrombegrenzung, dh zur Vermeidung von Überschwingern nach der ausgelösten Verdampfung zum Verdampfungszeitpunkt tV bei der Verdampfungstemperatur TV (strichlierter Verlauf in Figur 5). The diode DI is used for the reverse current, that is, to avoid overshoot caused by the evaporation of the evaporation time tV at the evaporation temperature TV (dashed curve in Figure 5). Der dem Vorwärmkondensator CV parallel geschaltete Widerstand RE stellt dabei die Entladung des Vorwärmkondensators CV in den Pausenzeiten zwischen zwei aufeinander folgenden Heizimpulsen sicher , ohne den Ladevorgang des Vorwärmkondensators zu beeinträchtigen. The CV Vorwärmkondensator the parallel-connected resistor RE thereby ensures the discharge of the Vorwärmkondensators CV in the pause times between two consecutive heating pulses, without impairing the charging of the Vorwärmkondensators.
  • Entsprechend der Anzahl vorhandener Heizelemente RH im Schreibkopf ist die gleiche Anzahl solcher passiver Heizpulsformer (RCL-Netzwerk) nötig. According to the number of existing heating elements RH in the stylus is the same number of such passive Heizpulsformer (RCL) network necessary. Es ist aber auch möglich, solche Heizimpulse durch aktive Netzwerke zu erzeugen, zB mit einer der Anzahl der Heizelemente entsprechenden Zahl von Verstärkerelementen, die einem einzigen RCL-Netzwerk der oben beschriebenen Art nachgeschaltet sind. However, it is also possible to produce such heating pulses by means of active networks, for example with one of the number of heating elements corresponding number of amplifying elements which are connected downstream of a single RCL network of the type described above. Für elektrische Heizelemente mit einem ohmschen Widerstand RH=80f2, die an einer Betriebsspannung UB=28 Volt liegen, haben sich folgende Dimensionierungen der Netzwerkelemente als zweckmäßig erwiesen: LZ = 330 uH, CK = 150 nF, CV = 470 nF, RE = 1 KQ. For electric heating elements having a resistance RH = 80f2, which are located at an operating voltage UB = 28 volts, the following dimensions of the network elements have proven to be suitable: LZ = 330 uH, CK = 150 nF, CV = 470 nF, RE = 1 KQ , Bei einer Heizimpulsdauer von 12 us können mit diesem Netzwerk, gegenüber der konventionellen Ansteuerung der Heizelemente mit Rechteckspannungsimpulsen ca. doppelte Tropfenfluggeschwindigkeiten und doppelte Tropfenmassen erreicht werden. In a heat pulse width of 12 us to approximately double the drop flight speeds and double drop masses are achieved with this network over conventional controlling the heating elements with rectangular voltage pulses.

Claims (7)

  1. 1. Verfahren zum Variieren der Tropfenmasse in einer nach dem Thermalwandlerprinzip arbeitenden Tintendruckeinrichtung, bei der in Tintenkanälen eines Tintendruckkopfes eine Mehrzahl von einzeln impulsweise ansteuerbaren Heizelementen (RH) eine Tintenflüssigkeit zeichenabhängig lokal erhitzen und dadurch ein bestimmtes Volumen an Tintenflüssigkeit als Tröpfchen aus den die Tintenkanäle abschließenden Austrittsdüsen ausstoßen, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung der einzelnen Heizelemente (RH) in einer der Vorwärmung der Tintenflüssigkeit dienenden Heizphase (Vorwärmimpuls VJ) umgekehrt proportional zur Oberflächentemperatur des Heizwiderstandes (RH) so reduziert wird, daß ein größtmöglicher Wärmestrom in die Tintenflüssigkeit fließt und hierbei noch keine Verdampfung der Tintenflüssigkeit erfolgt, 1. A method for varying the drop mass in an operating according to the thermal converter principle ink printing device in which a plurality of individually pulsed controllable heating elements in ink channels of an ink print head (RH) a ink liquid heat character-dependent locally and thereby of the final a certain volume of ink liquid as droplets, the ink channels ejecting outlet nozzles, characterized in that the heating power of each heating element (RH) serving in one of the preheating of the ink liquid heating stage (preheat VJ) proportional to the surface temperature of the heating resistor (RH) is reduced, conversely, that a maximum heat flow flows into the ink liquid and in this case done no evaporation of the liquid ink,
    daß die Verdampfung direkt im Anschluß an die Vorwärmphase (VJ) durch kurzzeitige Erhöhung der Heizleistung (Zündimpuls ZJ) zu einem Zeitpunkt (t1) initiiert wird, bei dem die Heizleistung der Vorwärmphase (VJ) noch einen Wert > O aufweist. that the evaporation directly after the preheating phase (VJ), by briefly increasing the heating power (ZJ ignition pulse) at a time (t1) is initiated, wherein the heating power of the preheating phase (VJ) still has a value> O.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Heizleistung bewirkenden Heizimpulse (VI, ZI) durch passive Netzwerke, bestehend aus einer RLC-Schaltung (Kondensator CV, CK; Induktivität LZ; Widerstand RH,RV,RE) erzeugt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the heating power effecting heating pulses (VI, ZI) by passive networks, consisting of a RLC circuit (capacitor CV, CK; resistance RH, RV, RE; inductance LZ) are generated.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Tropfenmasse durch Veränderung der Dauer und/oder der Intensität der Vorwärmphase (VJ) erfolgt. 3. The method according to claim 1, characterized in that the variation in drop mass by altering the duration and / or the intensity of the preheating phase (VJ) is carried out.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls (ZJ) durch eine parallel zu dem Heizwiderstand (RH) geschaltete Induktivität (LZ) erzeugt wird. 4. The method of claim 1 or 2, characterized in that the ignition pulse (ZJ) connected by a parallel to the heating resistor (RH) inductance (LZ) is generated.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmimpulse (VJ) durch Umladung einer Kapazität (CV) erzeugt werden. 5. The method according to claim 1, characterized in that the preheating pulses (Vj) by transhipment a capacitor (CV) are generated.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls (ZJ) durch passive Netzwerke erzeugt wird. 6. The method according to claim 1, characterized in that the ignition pulse (ZJ) is generated by passive networks.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls (ZJ) durch aktive Netzwerke erzeugt wird. 7. A method according to claim 1, characterized in that the ignition pulse (ZJ) is generated by active networks.
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