EP0835757B1 - Verfahren zum Ansteuern von Piezoelementen in einem Druckkopf eines Tropfenerzeugers - Google Patents

Verfahren zum Ansteuern von Piezoelementen in einem Druckkopf eines Tropfenerzeugers Download PDF

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EP0835757B1
EP0835757B1 EP97810560A EP97810560A EP0835757B1 EP 0835757 B1 EP0835757 B1 EP 0835757B1 EP 97810560 A EP97810560 A EP 97810560A EP 97810560 A EP97810560 A EP 97810560A EP 0835757 B1 EP0835757 B1 EP 0835757B1
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EP
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channels
channel
impulse
activated
expulsion
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EP0835757A2 (de
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Joachim Heinzl
Alfred Zollner
Peter Möstl
Gerhard Beurer
Joachim Kretschmer
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Xaar Technology Ltd
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Xaar Technology Ltd
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Publication date
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Publication of EP0835757A3 publication Critical patent/EP0835757A3/de
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    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10—Finger type piezoelectric elements

Definitions

  • WO 95/25011 describes a method for operating a print head of an ink jet printer known.
  • the printhead has one Large number of channels arranged side by side, each with a nozzle assigned. By activating a channel, the corresponding one is Ejected a droplet of ink. With control impulses is achieved that pressure waves within an activated Decay faster. With this solution, the Amplitude values of the pulses set, for which linear amplifiers are needed. These have poor efficiency and require a complex circuit. Limit the pulse widths to integer multiples of an acoustic period L / c, where L is the channel length and c is the speed of sound in the liquid is. Due to the complexity of the impulses it is only possible all channels with the same control voltage and to operate with the same pulse width.
  • the present invention is based on the object to provide a method of operating a printhead which avoids the above disadvantage. This task is accomplished by the Combination of features of the claims solved.
  • FIGs 1 to 3 is part of a piezoelectric schematic Printhead 1 of an ink jet printer based on the shear converter principle greatly enlarged and not shown to scale. It consists of a piezoceramic plate 2, in which side by side a variety of longitudinal, identical, in cross section rectangular channels 3 is incorporated and one Cover plate 4 and a nozzle plate 5, which at one end each channel 3 has a nozzle 6. On the opposite All channels 3 are at the front end with one another via a transverse channel 7 connected in the cover plate 4. A connecting line opens into channel 7 8 to an ink reservoir 9.
  • Each partition 10 between the channels 3 is on both sides on a partial area with an electrode 11, ie an electrically conductive layer Mistake.
  • the plate 2 is mounted on a base plate 12.
  • An electrical voltage is applied to the pair of electrodes of a wall 10 applied, so arises due to the direction of polarization of the piezo material, a shear of the channel partition 10.
  • the clamping deforms the wall 10 as in FIG. 3 is outlined. If two adjacent walls 10 are deformed in opposite directions, so there is an increase or decrease in volume of the activated channel 3a.
  • the applied to the electrodes 11 Pulse shape becomes an intake pulse and an opposite one Ejection pulse divided. They deform during the intake pulse Walls of the activated channel 3a as shown in Figure 3, see above that ink is drawn from channel 7 into activated channel 3a becomes.
  • the activated walls 10 become in opposite directions deformed so that a droplet from the nozzle 6 of the activated Channel is ejected.
  • connection channel 7 Because of the connection channel 7 are now when activating one Channel 3a not only the immediately adjacent channels 3b, but also more distant channels through the emerging Pressure vibration affected.
  • the inventors have found that the ejection speed of the droplets from an activated Channel 3a is different with constant pulse shape, depending on whether at the same time with this one channel 3a none or a third adjacent channel 3c or both third adjacent channels 3c to be activated. This difference in drop speed is disadvantageous because it adversely affects the printed image. It can be changed by changing the pulse shape depending on the number of the simultaneously activated third adjacent channels avoided become.
  • FIG. 5 shows a similar diagram for the ejection pulse t2, the pulse width on the time axis in turn as a multiple the acoustic period and on the ordinate the refill time are plotted as multiples of the acoustic period.
  • the pulse voltage is adjusted in such a way that in turn a constant Drop speed of 6m / s is achieved.
  • the refill time is the amount of time it takes for the fluid meniscus reached its starting position at the nozzle 6 again Has.
  • the three variants are plotted on which at the same time with the activated channel no third Neighbor, a third neighbor or two third neighbors activated become.
  • the curves found have several intersection points. It is therefore possible to operate on one of these intersections get by with just a single output pulse shape.
  • Optimal is the intersection at which the refill time is minimal is. This is 1.1 times the acoustic period of the Case.
  • Figure 6 shows the three determined pulse shapes for operation with none (Fig. 6a), one (Fig. 6b) and two activated at the same time third adjacent channels (Fig. 6c).
  • the suction impulses 13 different pulse widths and the shape of the Ejection pulses 14 are constant.
  • the outermost two channels 3d of the printhead cannot be activated because of their outer wall is rigid.
  • 64 could be activated in the print head Channels, so he has a total of 66 or 68 channels, whereby the outermost n channels are unused.
  • a printhead with 64 channels that can be activated requires 65 piezo actuators and 66 electrical connections.
  • the outer wall of the outermost Channels 3d act for the pressure oscillation in the transverse channel 7 like a mirror. The reflection there took place in one the nearby operated channel has the same influence as if the mirrored one third or sixth adjacent channel operated simultaneously would. This is when assigning the intake pulse width appropriately considered this channel.
  • FIG. 1 schematically shows an integrated control circuit 15, which is conveniently attached to the base plate 12. Thereby becomes the number of lines used to control the printhead 1 are significantly reduced.
  • FIG. 7 The function of the integrated control circuit is shown in FIG. 7 clarified.
  • the block diagram shows the most important internal ones Sub-functions consisting of circuit breaker 16, selection logic 17 and shift register 18.
  • Sub-functions consisting of circuit breaker 16, selection logic 17 and shift register 18.
  • For the electrical connection to Printer controls are used in this particular embodiment only 13 lines required.
  • the power supply for the power and logic part is done via the connections POWER, PGND, VCC, and GND.
  • Via RESET connection the control is set to a defined basic state.
  • the connections G1 to G4 and the connection NEXT are used for Control of drop generation, where G1 to G3 are the three different ones Intake pulse widths and G4 as the exhaust pulse width means.
  • the connections DSERIN, DSEROUT and DCLK serve of data transmission, with the DSEROUT output for service purposes serves.
  • the data block transferred to the shift register is sent back to the PC or the printer control and there with the data block transmitted via DSERIN compared. Thus a correct data transmission are checked.
  • An entire data block is used for operation via DSERIN all 64 nozzles (in the aforementioned example) into the shift register read.
  • the nozzles 6 are operated in three phases. In the data block So there is the information which nozzles in the next Phases are operated, i.e. the pattern to be printed.
  • FIG. 8 shows the first part of the selection logic 17.
  • the NEXT signal activates the first phase Ph1 belonging nozzles, provided by the content of the shift register (the upper row of digits in Fig. 8) is selected are.
  • the signals Ph1, Ph2 and Ph3 are used in succession the NEXT signals generated by the phase switch 22.
  • the output signals on the output conductors 23, 24, 25 of the phase selection switch 22 are via AND gates 26 with the input signals linked from the shift register 18. This ensures that only at most every third channel of the printhead is activated at the same time.
  • Ph3 is with the next NEXT signal started again with Ph1.
  • the DSERIN input has been read into the shift register 18 the three phases repeated, the nozzles 6 in the same pattern activated again. This allows different shades of gray be achieved. If no shades of gray are required, it follows Read in a new data block after every third NEXT pulse clocked into the shift register 18 via the input DSERIN by DCKL. As soon as the new data block has been read in, this can be done next pattern printed with a sequence of three NEXT pulses become. The data transmission and the NEXT pulses are through the printer hardware synchronized and in function of the movement the print head controlled relative to the paper to be printed.
  • the second part of the selection logic 17 is shown in FIG. 9. It shows an embodiment with one with simple logic gates built circuit for the selection of the pulse shape any channel i, depending on the adjacent channels.
  • the signal for channel i is at one of the three inputs of three AND gates 27 connected.
  • the signal for the two third adjacent channels i-3 and i + 3 is connected to the other two inputs in the first gate 27 via an inverter 28 each second gate 27 via an EXCLUSIVE OR and to the third gate directly connected.
  • a signal appears t10, t11 or t12 on the first, second or third gate 27.
  • This selection circuit 30 is for all channels that can be activated 3 of the print head 1 is present, as shown in FIG. 10 is.
  • Each of the three outputs t10, t11, t12 of the circuits 30 is via an AND gate 31 with the three lines 32, 33, 34 linked to which the three signals G1, G2 and G3 for the three different intake pulses 13 are pending.
  • the exit of the three gates 31 assigned to a circuit 30 go to the input an OR gate 35.
  • the pulse length at the outputs of the Gate 35 is then dimensioned so that the drop speed is independent of the number of thirds activated at the same time Adjacent channels.
  • the circuit 36 according to FIG. 10 still follows known intrusion of the ejection pulses to the activated ones Channels (inputs at the top of Fig. 10), with which then the circuit breakers 16, the electrodes 11 are controlled.
  • circuit shown is only one of many possible Embodiments that for the sake of simplicity was chosen.
  • Logic functions can be done by any combination of gates can be realized, with simplifications are conceivable in which partial functions are already in others
  • Function blocks can be realized, for example by double To avoid negations.
  • the solution according to the invention can be refined if in addition to the number of third adjacent channels, the number of the sixth adjacent channels activated at the same time (their influence on the exit speed is however lower) is taken into account.
  • the circuitry is however higher and there are a total of nine different suction pulse shapes required, from each of which the applicable by a appropriate logic circuit is to be determined.
  • FIG. 11 shows a further possibility of refinement:
  • the decay of the pressure waves in neighboring ones is shown Channels if channel 0 has been activated.
  • the pressure fluctuations in the first adjacent channel are relatively considerable and decrease with increasing channel spacing.
  • printheads which are the phases follow quickly, i.e. quickly from a nozzle group the other is switched over, it is advisable to use the Selection of the pulse shape, in particular the pulse duration, in addition to take into account how many first and second adjacent channels in a fixed interval before the activated channel is triggered were operated.
  • the exemplary embodiment described is a Piezoelectric printhead of the shear transducer type. But there are other types of piezoelectric printheads are also possible Example those with a bending oscillator over each nozzle, for Example according to EP-A-713 773. With this type of converter also two neighboring nozzles are activated at the same time. Also at the present invention is applicable to these printheads because even with these via pressure vibrations when activating one Adjacent channels can be affected. In this case of course the link condition is different, so for example the number of simultaneously activated first and second adjacent channels can be taken into account.

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

Aus der WO 95/25011 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Druckkopfs eines Ink-Jet-Printers bekannt. Der Druckkopf hat eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Kanäle, die je einer Düse zugeordnet sind. Durch Aktivieren eines Kanals wird aus der betreffenden Düse ein Tintentröpfchen ausgestossen. Mit Steuerimpulsen wird erreicht, dass Druckwellen innerhalb eines aktivierten Kanals schneller abklingen. Bei dieser Lösung werden die Amplitudenwerte der Impulse eingestellt, wofür Linearverstärker benötigt werden. Diese haben einen schlechten Wirkungsgrad und erfordern eine aufwendige Schaltung. Die Impulsbreiten beschränken sich auf ganzzahlige Vielfache einer akustischen Periode L/c, wobei L die Kanallänge und c die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit ist. Durch die Komplexität der Impulse ist es nur möglich, alle Kanäle mit der gleichen Ansteuerspannung und gleichen Impulsbreite zu betreiben.
Aus der US-A-5 461 403 ist ein weiteres Betriebsverfahren für einen piezoelektrischen Druckkopf bekannt. Die Breite der Steuerimpulse wird variiert, um die Tropfengeschwindigkeit und das Tropfenvolumen zu modulieren. Damit sollen verschiedene Graustufen erzeugt werden. Eine Variation der Impulsbreite führt zu einer Veränderung der Tropfengrösse. Die zahlreichen Werte der Impulsparameter erfordern eine aufwendige Tabellierung. Durch die Komplexität der Tabelle ist es nur möglich, alle Kanäle mit der gleichen Antsteuerspannung und gleichen Impulsbreite zu betreiben.
Bei beiden vorbekannten Lösungen kann es zu einer Beeinträchtigung des Druckbildes kommen, wenn der Druckkopf mit konstanter Relativgeschwindigkeit gegenüber dem zu bedruckenden Papier bewegt wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Druckkopfes anzugeben, welches den obigen Nachteil vermeidet. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche gelöst.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
Figur 1
einen schematischen Längsschnitt durch einen Druckkopf mit einem Blockschaltbild der Ansteuerung,
Figur 2
einen Horizontalschnitt durch den Druckkopf,
Figur 3
einen Querschnitt,
Figuren 4 und 5
Kennlinienverläufe der Steuerimpulse,
Figur 6
drei verschiedene Impulsformen,
Figur 7
ein Blockschaltbild einer integrierten Ansteuerung,
Figur 8
eine Schaltung für die Gruppenauswahl,
Figur 9
ein Ausführungsbeispiel einer Logikschaltung zur Auswahl einer Impulsform,
Figur 10
ein Ausführungsbeispiel einer Logikschaltung für mehrere Kanäle, und
Figur 11
das Abklingen der Druckwellen in benachbarten Kanälen.
In Figuren 1 bis 3 ist schematisch ein Teil eines piezoelektrischen Druckkopfes 1 eines Ink-Jet-Printers nach dem Scherwandlerprinzip stark vergrössert und nicht massstäblich dargestellt. Er besteht aus einer Piezokeramikplatte 2, in welcher nebeneinander eine Vielzahl von längsverlaufenden, identischen, im Querschnitt rechteckigen Kanälen 3 eingearbeitet ist sowie einer Deckplatte 4 und einer Düsenplatte 5, welche am einen Stirnende jedes Kanals 3 eine Düse 6 aufweist. Auf dem gegenüberliegenden Stirnende sind alle Kanäle 3 miteinander über einen Querkanal 7 in der Deckplatte 4 verbunden. In Kanal 7 mündet eine Verbindungsleitung 8 zu einem Tintenvorratsbehälter 9. Jede Trennwand 10 zwischen den Kanälen 3 ist beidseitig auf einer Teilfläche mit einer Elektrode 11, also einer elektrisch leitenden Schicht versehen. Die Platte 2 ist auf einer Grundplatte 12 montiert. Wird an das Elektrodenpaar einer Wand 10 eine elektrische Spannung angelegt, so entsteht, bedingt durch die Polarisationsrichtung des Piezomaterials, eine Scherung der Kanaltrennwand 10. Durch die Einspannung verformt sich die Wand 10 wie in Figur 3 skizziert ist. Werden zwei benachbarte Wände 10 gegensinnig verformt, so erfolgt eine Volumenvergrösserung bzw. -verkleinerung des aktivierten Kanals 3a. Die an die Elektroden 11 angelegte Impulsform wird in einen Ansaugimpuls und einen gegensinnigen Ausstossimpuls unterteilt. Beim Ansaugimpuls verformen sich die Wände des aktivierten Kanals 3a wie in Figur 3 dargestellt, so dass Tinte aus dem Kanal 7 in den aktivierten Kanal 3a angesaugt wird. Beim Ausstossimpuls werden die aktivierten Wände 10 gegensinnig verformt, so dass ein Tröpfchen aus der Düse 6 des aktivierten Kanals ausgestossen wird.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, werden beim dargestellten Scherwandlertyp bei der Aktivierung des einen Kanals 3a auch die beiden unmittelbar daneben angeordneten Kanäle 3b beeinflusst. Die Impulsform wird so gewählt, dass die dadurch hervorgerufene Druckschwingung in diesen Nachbarkanälen 3b nicht ausreicht, um ein Tröpfchen aus deren Düsen auszustossen. Beim beschriebenen Wandlertyp sollte aber nicht gleichzeitig mit den aktivierten Wänden 10 des Kanals 3a eine der unmittelbar benachbarten Wände 10 auch aktiviert werden, weil sonst die Druckschwingungen im Kanal 3b zu gross würden. Deshalb ist es bei diesem Wandlertyp zweckmässig, die Kanäle 3 und damit die Düsen 6 so zu betreiben, dass nur jeweils höchstens jeder dritte Kanal gleichzeitig aktiviert wird. Die Kanäle und deren Ansteuerung werden also in Dreiergruppen aufgeteilt, welche nacheinander betrieben werden. Die Kanäle können jedoch auch in Vierer-, Fünfer- oder Sechsergruppen aufgeteilt werden, welche nacheinander betrieben werden.
Wegen des Verbindungskanals 7 werden nun beim Aktivieren des einen Kanals 3a nicht nur die unmittelbar benachbarten Kanäle 3b, sondern auch weiter entfernte Kanäle durch die entstehende Druckschwingung beeinflusst. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Ausstossgeschwindigkeit der Tröpfchen aus einem aktivierten Kanal 3a bei konstanter Impulsform unterschiedlich ist, je nachdem ob gleichzeitig mit diesem einen Kanal 3a keiner oder ein dritter Nachbarkanal 3c oder beide dritten Nachbarkanäle 3c aktiviert werden. Dieser Unterschied in der Tropfengeschwindigkeit ist nachteilig, weil er das Druckbild ungünstig beeinflusst. Er kann durch Änderung der Impulsform je nach der Anzahl der gleichzeitig aktivierten dritten Nachbarkanäle vermieden werden.
In Figur 4 ist beispielsweise die für eine konstante Tropfengeschwindigkeit von v=6m/s erforderliche Spannung für den Ansaugimpuls in Funktion der Impulsdauer aufgetragen. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, kann die Impulsform durch Änderung der angelegten Spannung und/oder durch Änderung der Impulsbreite t1 so angepasst werden, dass die Tropfengeschwindigkeit unabhängig von der Anzahl gleichzeitig aktivierter dritter Nachbarkanäle konstant ist. Wegen der einfacheren Schaltung wird die Anpassung nur der Impulsbreite bevorzugt. Wie aus Figur 4 hervorgeht, ist die minimale Ansaug-Impulshöhe bei keinem gleichzeitig aktivierten dritten Nachbarkanal 0,91 der akustischen Periode. Um mit der gleichen Ansteuerspannung dieselbe Ausstossgeschwindigkeit bei einem oder zwei gleichzeitig aktivierten dritten Nachbarkanälen zu erreichen, ist eine Impulsbreite von 1,23 bzw. 1,33 der akustischen Periode erforderlich.
Figur 5 zeigt ein ähnliches Diagramm für den Ausstossimpuls t2, wobei auf der Zeitachse wiederum die Impulsbreite als Vielfaches der akustischen Periode und auf der Ordinate die Nachfüllzeit als Vielfaches der akustischen Periode aufgetragen sind. Die Impulsspannung ist jeweils so angepasst, dass wiederum eine konstante Tropfengeschwindigkeit von 6m/s erzielt wird. Die Nachfüllzeit ist die Zeitspanne, welche benötigt wird, bis der Flüssigkeitsmeniskus an der Düse 6 wieder seine Ausgangslage erreicht hat. Es sind wiederum die drei Varianten aufgetragen, bei welchen gleichzeitig mit dem aktivierten Kanal kein dritter Nachbar, ein dritter Nachbar oder zwei dritte Nachbarn aktiviert werden. Die ermittelten Kurven weisen mehrere Schnittpunkte auf. Es ist also möglich, beim Betrieb auf einen dieser Schnittpunkte mit lediglich einer einzigen Ausstossimpulsform auszukommen. Optimal ist dabei der Schnittpunkt, bei dem die Nachfüllzeit minimal ist. Dies ist beim 1,1-fachen der akustischen Periode der Fall.
Figur 6 zeigt die drei ermittelten Impulsformen für den Betrieb mit gleichzeitig keinem (Fig. 6a), einem (Fig. 6b) und zwei aktivierten dritten Nachbarkanälen (Fig. 6c). Dabei haben die Ansaugimpulse 13 unterschiedliche Impulsbreiten und die Form der Ausstossimpulse 14 ist konstant.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, sind jeweils die äussersten beiden Kanäle 3d des Druckkopfs nicht aktivierbar, weil deren äussere Wand starr ist. Würden im Druckkopf zum Beispiel 64 aktivierbare Kanäle benötigt, so hat er total zum Beispiel 66 oder 68 Kanäle, wobei jeweils die äussersten n Kanäle unbenützt sind. Ein Druckkopf mit 64 aktivierbaren Kanälen braucht 65 Piezoaktoren und 66 elektrische Verbindungen. Die äussere Wand der äussersten Kanäle 3d wirkt für die Druckschwingung im Querkanal 7 wie ein Spiegel. Die dort erfolgte Reflexion hat auf einen in der Nähe betriebenen Kanal den gleichen Einfluss als ob der gespiegelte dritte oder sechste Nachbarkanal gleichzeitig betrieben würde. Dies wird bei der Zuordnung der Ansaugimpulsbreite dieses Kanals zweckmässig berücksichtigt.
Figur 1 zeigt schematisch eine integrierte Ansteuerschaltung 15, die zweckmässig auf der Grundplatte 12 befestigt ist. Dadurch wird die Anzahl der Leitungen, die zur Steuerung des Druckkopfs 1 erforderlich sind, erheblich verringert.
Die Funktion der integrierten Ansteuerschaltung wird in Figur 7 verdeutlicht. Das Blockschaltbild zeigt die wichtigsten internen Teilfunktionen bestehend aus Leistungsschalter 16, Auswahllogik 17 und Schieberegister 18. Für die elektrische Verbindung zur Druckersteuerung werden in diesem speziellen Ausführungsbeispiel nur 13 Leitungen benötigt. Ein Vorteil dabei ist, dass die Anzahl der Leitungen selbst bei einer Erhöhung der Anzahl Kanäle und damit der Anzahl Wandler konstant bleibt. Die Spannungsversorgung für den Leistungs- und Logikteil geschieht über die Anschlüsse POWER, PGND, VCC, und GND. Über einen RESET-Anschluss wird die Ansteuerung in einen definierten Grundzustand versetzt. Die Anschlüsse G1 bis G4 sowie der Anschluss NEXT dienen der Steuerung der Tropfenerzeugung, wobei G1 bis G3 die drei verschiedenen Ansaugimpulsbreiten und G4 die als Ausstossimpulsbreite bedeutet. Die Anschlüsse DSERIN, DSEROUT und DCLK dienen der Datenübertragung, wobei der Ausgang DSEROUT zu Servicezwekken dient. Der ins Schieberegister übertragene Datenblock wird zum PC oder zur Druckersteuerung zurückgesendet und dort mit dem über DSERIN übertragenen Datenblock verglichen. Somit kann eine korrekte Datenübertragung überprüft werden. Ferner besteht die Möglichkeit, Statusinformationen vom Druckkopf zu übertragen (Temperatur zu hoch, Tinte leer usw.) und am PC auszuwerten. Über DSERIN wird jeweils ein ganzer Datenblock für den Betrieb aller 64 Düsen (im vorerwähnten Beispiel) ins Schieberegister eingelesen. Die Düsen 6 werden in drei Phasen betrieben. Im Datenblock steht also die Information, welche Düsen in den nächsten Phasen betrieben werden, also das zu druckende Muster.
Figur 8 stellt den ersten Teil der Auswahllogik 17 dar. Sobald ein Datenblock eingelesen ist, aktiviert das NEXT-Signal die zur ersten Phase Ph1 gehörenden Düsen, sofern sie durch den Inhalt des Schieberegisters (in Fig. 8 die obere Ziffernreihe) ausgewählt sind. Die Signale Ph1, Ph2 und Ph3 werden nacheinander mit den NEXT-Signalen erzeugt durch den Phasenschalter 22. Die Ausgangssignale auf den Ausgangsleitern 23, 24, 25 des Phasenwahlschalters 22 werden über AND-Gatter 26 mit den Eingangssignalen aus dem Schieberegister 18 verknüpft. Damit ist sicher gestellt, dass nur jeweils höchstens jeder dritte Kanal des Druckkopfes gleichzeitig aktiviert wird. Nach Ph3 wird mit dem nächsten NEXT-Signal wieder mit Ph1 begonnen. Falls zu diesem Zeitpunkt nicht bereits durch ein DCLK-Signal ein neuer Datenblock über den DSERIN-Eingang ins Schieberegister 18 eingelesen wurde, werden die drei Phasen wiederholt, die Düsen 6 also im gleichen Muster nochmals aktiviert. Damit können unterschiedliche Grautöne erzielt werden. Werden keine Grauabstufungen gefordert, so folgt nach jedem dritten NEXT-Impuls das Einlesen eines neuen Datenblocks ins Schieberegister 18 über den Eingang DSERIN getaktet durch DCKL. Sobald der neue Datenblock eingelesen ist, kann das nächste Muster mit einer Folge von drei NEXT-Impulsen gedruckt werden. Die Datenübertragung und die NEXT-Impulse werden durch die Drucker-Hardware synchronisiert und in Funktion der Bewegung des Druckkopfes relativ zum zu bedruckenden Papier gesteuert.
Der zweite Teil der Auswahllogik 17 ist in Figur 9 dargestellt. Sie zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer mit einfachen Logik-Gattern aufgebauten Schaltung für die Auswahl der Impulsform an einem beliebigen Kanal i, abhängig von den Nachbarkanälen. Das Signal für den Kanal i ist an je einen der drei Eingänge von drei AND-Gattern 27 angeschlossen. Das Signal für die beiden dritten Nachbarkanäle i-3 und i+3 ist an die beiden andern Eingänge beim ersten Gatter 27 über je einen Inwerter 28, beim zweiten Gatter 27 über ein EXCLUSIVE OR und ans dritte Gatter direkt angeschlossen. Je nachdem ob keiner, einer oder beide dritten Nachbarkanäle i±1 bei eingeschaltetem Signal für den Kanal i gleichzeitig aktiviert wird, erscheint also ein Signal t10, t11 oder t12 am ersten, zweiten oder dritten Gatter 27.
Diese Auswahlschaltung 30 ist für sämtliche aktivierbaren Kanäle 3 des Druckkopfes 1 vorhanden, wie dies in Figur 10 dargestellt ist. Jeder der drei Ausgänge t10, t11, t12 der Schaltungen 30 ist über je ein AND-Gatter 31 mit den drei Leitungen 32, 33, 34 verknüpft, an welchen die drei Signale G1, G2 und G3 für die drei verschiedenen Ansaugimpulse 13 anstehen. Der Ausgang der drei einer Schaltung 30 zugeordneten Gatter 31 geht an den Eingang eines OR-Gatters 35. Die Impulslänge an den Ausgängen der Gatter 35 ist dann so bemessen, dass die Tropfengeschwindigkeit unabhängig ist von der Anzahl der gleichzeitig aktivierten dritten Nachbarkanäle. Der Schaltung 36 nach Figur 10 folgt noch die an sich bekannte Aufschaltung der Ausstossimpulse auf die aktivierten Kanäle (Eingänge oben bei Fig. 10), womit dann über die Leistungsschalter 16 die Elektroden 11 angesteuert werden.
Die dargestellte Schaltung ist nur eines von vielen möglichen Ausführungsbeispielen, das der einfacheren Darstellung wegen gewählt wurde. Logikfunktionen können durch eine beliebige Kombination von Gattern realisiert werden, wobei auch Vereinfachungen denkbar sind, bei denen Teilfunktionen bereits in andern Funktionsblöcken realisiert werden, zum Beispiel um doppelte Negierungen zu vermeiden.
Die erfindungsgemässe Lösung lässt sich noch verfeinern, wenn zusätzlich zur Anzahl der dritten Nachbarkanäle auch die Anzahl der gleichzeitig aktivierten sechsten Nachbarkanäle (deren Einfluss auf die Austrittsgeschwindigkeit allerdings geringer ist) berücksichtigt wird. Der Schaltungsaufwand ist dabei allerdings höher und es sind insgesamt neun verschiedene Ansaugimpulsformen erforderlich, aus welchen jeweils die zutreffende durch eine entsprechende Logikschaltung zu ermitteln ist.
Figur 11 zeigt eine weitere Möglichkeit der Verfeinerung: Dargestellt ist das Abklingen der Druckwellen in benachbarten Kanälen, wenn der Kanal 0 aktiviert wurde. Wie ersichtlich, sind die Druckschwingungen im ersten Nachbarkanal relativ erheblich und vermindern sich mit zunehmendem Kanalabstand. Sind die Druckschwingungen in einem Kanal noch nicht abgeklungen, bevor er aktiviert wird (zum Beispiel in Phase 2 oder 3 in Fig. 8), so ergeben sich aufgrund dieser Vorgeschichte veränderte Anfangsbedingungen, was sich ebenfalls auf die Tropfengeschwindigkeit auswirkt. Insbesondere bei Druckköpfen, bei welchen sich die Phasen rasch folgen, also rasch von einer Düsengruppe auf die andere umgeschaltet wird, ist es zweckmässig, bei der Auswahl der Impulsform, insbesondere der Impulsdauer, zusätzlich zu berücksichtigen, wieviele erste und zweite Nachbarkanäle in einem festen Zeitabstand vor dem Auslösen des aktivierten Kanals betrieben wurden.
Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen piezoelektrischen Druckkopf des Scherwandlertyps. Es sind aber auch andere Typen piezoelektrischer Druckköpfe möglich, zum Beispiel solche mit einem Biegeschwinger über jeder Düse, zum Beispiel gemäss EP-A-713 773. Bei diesem Wandlertyp können auch zwei benachbarte Düsen gleichzeitig aktiviert werden. Auch bei diesen Druckköpfen ist die vorliegende Erfindung anwendbar, weil auch bei diesen über Druckschwingungen beim Aktivieren einer Düse benachbarte Kanäle beeinflusst werden. In diesem Fall ist natürlich die Verknüpfungsbedingung anders, so dass zum Beispiel die Anzahl der gleichzeitig aktivierten ersten und zweiten Nachbarkanäle berücksichtigt werden kann.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Ansteuern von Piezoelementen in einem Druckkopf (1) eines Tropfenerzeugers mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Tintenkanäle (3), in dem die Piezoelemente (10,11) derart angesteuert werden, dass die Austrittsgeschwindigkeit der Tropfen unabhängig ist von der Anzahl gleichzeitig aktivierter Nachbarkanäle (3c), wobei in Abhängigkeit davon, wieviele Nachbarkanäle (3c) gleichzeitig aktiviert werden, die Form der Aktivierungsimpulse geändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Impulsdauer der Ansaugimpulse (13) und/oder der Ausstossimpulse (14) variiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei gleichzeitig je höchstens jeder n-te Kanal (3) aktiviert wird, und wobei drei verschiedene Impulsformen verwendet werden abhängig davon, ob keiner, einer oder zwei n-te Nachbarkanäle (3c) aktiviert werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei gleichzeitig je höchstens jeder n-te Kanal (3) aktiviert wird, und wobei neun verschiedene Impulsformen verwendet werden, abhängig davon, ob keiner, einer oder zwei n-te Nachbarkanäle und/oder keiner, einer oder zwei 2n-te Nachbarkanäle aktiviert werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Abhängigkeit davon, wieviele erste und zweite Nachbarkanäle in einem festen Zeitabstand vor dem Auslösen des aktuellen Tropfenausstosses aktiviert wurden, die Impulsform variiert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Aktivierungsimpulse einen Ansaugimpuls und einen Ausstossimpuls umfassen, und wobei die Ausstossimpulse konstant gehalten werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Ausstossimpulse so gewählt werden, dass die Nachfüllzeit der Kanäle minimal ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Ende eines Ansaugimpulses jedes betriebenen Kanals mit dem Anfang eines Ausstossimpulses dieses Kanals zusammenfällt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei auf beiden Seiten des Druckkopfes n Kanäle nicht betrieben werden, und wobei der letzte betriebene Kanal so betrieben wird, als ob der nicht vorhandene 2n-te Nachbarkanal zusätzlich betrieben wäre.
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