EP0468075A1

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

Info

Publication number: EP0468075A1
Application number: EP90114369A
Authority: EP
Inventors: Andreas Dipl.-Phys. Kappel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1992-01-29

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 patent 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. Den einzelnen Austrittsdüsen sind individuelle kapillare Tintenkanäle zugeordnet, in denen mittels Aktoren Druckwellen in der Tintenflüssigkeit erzeugt werden. Das Verfahren zum Druckaufbau in der Tintenflüssigkeit beruht auf der Erzeugung von Mikrodampfbläschen. 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. Dadurch wird die unmittelbar über dem Wandlerelement liegende Tintenflüssigkeit in einer dünnen Schicht auf hohe Temperaturen erhitzt. 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. 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. 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. 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. Die maximale Betriebsfrequenz von solchen Tintendruckköpfen wird nämlich unter anderem von der im Druckkopf erzeugten Verlustwärme begrenzt.Known ink print heads that work according to the thermal converter principle (bubble jet principle) and are described, for example, in DE-OS 30 12 698, have a large number of individual nozzles from which defined individual droplets are ejected under the action of an electronic control. Individual capillary ink channels are assigned to the individual outlet nozzles, in which pressure waves are generated in the ink liquid by means of actuators. The process of building pressure in the ink liquid is based on the generation of micro vapor bubbles. An electrothermal transducer element (heating element) in the form of an electrical thin-film heating resistor, which is excited by a voltage rectangular pulse, is located in the bottom of each ink channel at a certain distance from the outlet nozzle as an actuator. As a result, the ink liquid immediately above the transducer element is heated to high temperatures in a thin layer. In the course of the subsequent evaporation of the heated ink liquid, a vapor bubble (bubble) with high internal pressure is formed above the transducer element, the expansion of which causes a part of the liquid located in the corresponding ink channel to be expelled from the outlet nozzle. Since the gas bubbles are generated by briefly energizing the thin-film heating resistors, there is a functional relationship between the electrical pulse energy and the pressure pulse required to eject individual droplets. The electrical pulse energy is determined by the pulse voltage applied to the transducer element, by the electrical resistance of the transducer element (dot resistance) and by the pulse duration of the applied voltage. In order to ensure reliable droplet ejection from the nozzles, on the one hand the pulse energy must not fall below a predetermined value and on the other hand the heating of the ink print head due to the thermal converter principle should not be increased by unnecessarily high pulse energy. The maximum operating frequency of such ink printheads is limited, inter alia, by the heat loss generated in the printhead.

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. Damit ist bei hoher Druckgeschwindigkeit und verminderter Auflösung, z.B. im Draft-Mode, durch größere Tintentröpfchen eine verbesserte Schriftqualität (Schwärzungsgrad) möglich.If fonts of different font qualities, for example fonts in a so-called draft quality (Draft Quality DQ) and in a so-called beautiful font (Near Letter Quality NLQ) are to be produced with such ink printing devices, it is advantageous to produce ink droplets of different volumes. With high printing speed and reduced resolution, e.g. in draft mode, larger ink droplets allow improved font quality (degree of blackening).

Außerdem werden solche Tintendruckeinrichtungen auch als Ausgabegeräte für Grafik eingesetzt. Dies erfordert, daß sog. Grau- oder Farbstufen darstellbar sein müssen. Dabei kann in beiden Fällen eine einfarbige oder eine mehrfarbige Darstellung vorgesehen sein. 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 addition, such ink printing devices are also used as output devices for graphics. This means that so-called gray or color levels must be able to be displayed. In both cases, a single-color or a multi-color display can be provided. In particular, the generation of ink droplets of different volumes in color printing makes it possible to avoid over-saturation of the paper with solvents and to represent several shades of gray with a smaller screen, which considerably improves the resolution.

Die Erzeugung unterschiedlicher Tropfengrö- ßen, z.B. für die Wiedergabe von Halbtönen, ist beim Betrieb des Heizelementes mit einem einzelnen rechtförmigen Heizimpuls aus thermodynamischen Gründen nicht möglich. Der Betrieb des Heizelementes außerhalb des Arbeitspunktes führt in diesem Fall entweder zur instabiler Tropfenbildung oder zu einer erheblichen Beeinträchtigung der maximalen Druckfrequenz, die u.a. von der im Kopf erzeugten Verlustwärme begrenzt wird.The generation of different droplet sizes, e.g. for the reproduction of halftones, is not possible for thermodynamic reasons when the heating element is operated with a single legal heating pulse. In this case, operating the heating element outside the operating point either leads to unstable droplet formation or to a considerable impairment of the maximum pressure frequency, which, among other things, is limited by the heat loss generated in the head.

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. 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.To produce ink droplets of different sizes, it is known from EP-A1-0 203 534 to control them with an adjustable number of control pulses in an ink writing device with piezoelectric transducer elements which are each assigned to the ink channels of the writing head. The repetition frequency of the drive pulses is matched to the resonance frequency of the ink channel and the drive pulses follow one another in time in such a way that an ejection of a small amount of ink from the outlet opening of the ink channel caused by subsequent drive pulses always occurs before the ink droplet caused by the first drive pulse is detached 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. 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. 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.From EP-BI-0124 190 a device and a method of an n-tone gray scale by means of a thermal ink jet printer is known, in which the gray tones are achieved by spraying drops several times. For this purpose, the desired number of pulses in a pulse packet is first determined, which is necessary to generate a point of a certain shade and then the length of a blanking interval after the previous packet has been sent to the thermal inkjet printer is waited for. A packet is then generated with the desired number of pulses and a pulse repetition rate that is greater than the reciprocal of the time until the droplet is torn off, and this packet is delivered to the inkjet 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. Dies begrenzt die erreichbare Spritzfrequenz erheblich.When creating ink droplets of different sizes using such multiple droplets fen, which are expelled in rapid succession by several evaporation processes as a jet with nodes, is considered to be disadvantageous in that, due to the high residual heat occurring in the thermal converter elements, long cooling phases are required due to multiple evaporation. This considerably limits the achievable spray frequency.

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. Nachteilig hierbei ist die gegenüber normalen Heizpulsdauern verlängerte Dauer der Vor- /Auslöseheizpulssequenz.In European patent application 89104480.2 it is proposed to preheat the liquid first by one or more low-energy preheating pulses to vary the drop size or to increase the efficiency, and then to initiate the evaporation by means of a targeted triggering heating pulse of higher energy. The disadvantage here is that the duration of the pre / trigger heating pulse sequence is longer than that of normal heating pulse durations.

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 thermal / fluid mechanical efficiency and for varying the ink mass ejected from the outlet nozzles for an ink printing device of the type mentioned at the outset, which reproduce different font qualities and halftone images in a simple manner and without sacrificing printing speed or enable gray and color levels.

Diese Aufgabe wird gemäß den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved according to the features specified in the characterizing part of patent claim 1. 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. 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. Durch die geringe Eindringtiefe der Wärme in die Flüssigkeit ist der Wärmeinhalt der Flüssigkeit und damit die Tropfenmasse und -geschwindigkeit nicht maximal.In conventional heating with square-wave voltage pulses, the speed at which the surface of the heating element, hereinafter referred to as the dot surface, and the liquid immediately adjacent to it heats up due to the constant heating power (heat flow) approximately constant. Since only little heat can penetrate into the deeper layers of liquid in the initial heating phase of the dot surface, the temperature profile in the liquid is very steep at the time when the near-surface liquid exceeds the evaporation temperature. Due to the small depth of penetration of the heat into the liquid, the heat content of the liquid and thus the drop mass and speed are not at a maximum.

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. 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. Die Verdampfung kann dann durch eine kurzzeitige Erhöhung der Heizleistung direkt im Anschluß an die oben geschilderte Erwärmungsphase ausgelöst werden. Die Heizpulsformung gemäß der Erfindung kann dabei sowohl aktiv als auch passiv erfolgen.In the interest of rapid heating of even deeper layers of liquid, the dot surface should quickly reach a high temperature after triggering the heating pulse, but without exceeding the evaporation temperature. As the temperature of the dot surface approaches the evaporation temperature, the heating power must then be reduced in a time-dependent manner so that the evaporation temperature on the dot surface is not exceeded. The evaporation can then be triggered by a brief increase in the heating output immediately after the heating phase described above. The heating pulse shaping according to the invention can take place both actively and passively.

Zur Vorheizung der Flüssigkeit eignen sich, analog zu der thermischen Zeitkonstanten des Dünnschichtsystems, näherungsweise exponentiell abklingende Heizleistungsimpulse besonders gut. 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. Durch Hinzufügen einer dem Heizdotwiderstand parallel geschalteten Induktivität kann auf diese Weise auch der Zündpuls erzeugt werden. Die Ansteuerung eines solchen passiven Netzwerkes erfolgt weiterhin mit der konventionellen, Rechteckspannungsimpulse erzeugenden Tintendruckerelektronik. 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.Analogously to the thermal time constant of the thin-film system, approximately exponentially decaying heat output pulses are particularly suitable for preheating the liquid. Due to the small amounts of energy (typically approx. 35 uJ) that are required to trigger an evaporation process, such decaying heat output pulses can be implemented in a simple manner with a few passive components (RC elements). The ignition pulse can also be generated in this way by adding an inductance connected in parallel with the heating dot resistor. The control of such a passive network continues to be carried out with the conventional, square-wave voltage pulse electronics electronics. With a heating pulse duration of typically 12 us, using such a circuit results in approximately double droplet flight speeds and double droplet masses compared to the conventional control of the heating elements with square-wave voltage pulses.

Die Variation der Tropfenmasse ist auf einfache Weise durch Veränderung der Dauer oder der Intensität der Vorwärmphase möglich.The drop mass can be varied in a simple manner by changing the duration or the 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. 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.In comparison to the control with square-wave voltage pulses, without the variation of the droplet mass with the method presented, it is also possible to produce ink droplets of the same size with a correspondingly smaller heating element surface due to the higher thermo-fluid mechanical efficiency. Since the energy requirement per drop ejection is proportional to the heating element surface, the maximum drop ejection frequency (= printing speed), which is essentially limited by the heat loss occurring in the ink print head, can be increased in this way.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wozu auf die Darstellungen verwiesen wird. Dort zeigen

Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer nach dem Thermalwandlerprinzip arbeitenden Tintendruckeinrichtung,
Figur 2 den prinzipiellen Aufbau eines Impulsformers gemäß der Erfindung,
Figur 3 das Impulsdiagramm dieser Anordnung,
Figur 4 eine Schaltungsanordnung für einen Impulsformer und
Figur 5 das zugehörige Impulsdiagramm.

The invention is explained below using an exemplary embodiment, for which reference is made to the illustrations. Show there

FIG. 1 shows a simplified block diagram of an ink printing device working on the thermal converter principle,
FIG. 2 shows the basic structure of a pulse shaper according to the invention,
FIG. 3 shows the pulse diagram of this arrangement,
Figure 4 shows a circuit arrangement for a pulse shaper and
Figure 5 shows the associated pulse 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. 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. Die einzelnen Funktionseinheiten sind mittels Datenbus DB, Adressbus AB und Steuerbus SB miteinander verbunden. Die zentrale Steuerung ZS trägt alle Funktionsgruppen, die für die Steuerung der Druckeinrichtung zuständig sind. So sind eine Zentraleinheit CPU, ein Programmspeicher ROM, ein Arbeitsspeicher RAM, ein gepufferter Speicher einschließlich Batterie und auch die zugehörigen Bausteine, wie z.B. Bustreiber, Buffer, Zwischenspeicher auf der zentralen Steuerung ZS angeordnet. Außerdem trägt sie noch die Steckverbindung für eine Zeichengeneratorerweiterung ZGE.In the simplified structure of an ink writing device operating in accordance with the thermal converter principle shown in FIG. 1, only those functional units are shown that are necessary for understanding the invention. Specifically, these are power electronics LE located on a supply network NE, an interface adaptation SA to which data DA are present, a central control ZS and an ink printer electronics TE which control the electrothermal transducer elements RH in the ink print head TK via a pulse shaper IF to be described in more detail . The individual functional units are connected to each other by means of data bus DB, address bus AB and control bus SB. The central control ZS carries all function groups which are responsible for the control of the printing device. A central processing unit CPU, a program memory ROM, a working memory RAM, a buffered memory including battery and also the associated components, such as bus drivers, buffers, intermediate storage, are arranged on the central control ZS. It also carries the plug-in connection for a ZGE character generator extension.

In den Figuren 2 und 3 ist der prinzipielle Aufbau des Impulsformers IF und der damit erzeugbare Impuls gezeigt. 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. Das Wandlerelement wird durch seinen elektrischen Widerstand RH repräsentiert. 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. Die beiden anderen Anschlüsse 12,21 der Umschalter S1 und S2 sind galvanisch verbunden. An der Schaltzunge des Umschalters S1 ist der Ladekondensator CV angeschaltet, dessen weiterer Anschluß mit einem Bezugspotential, z.B. Masse verbunden ist. Zwischen den entsprechenden Anschlüssen (Schaltzunge des Umschalters S2 und Bezugspotential) des Schalters S2 ist das Heizelement RH angeschaltet.FIGS. 2 and 3 show the basic structure of the pulse shaper IF and the pulse that can be generated with it. It consists of two passive components, namely a resistor RV and a charging capacitor CV (preheating capacitor), which can be connected to the electrical converter element via two switches which can be operated independently of one another. The converter element is represented by its electrical resistance RH. A DC operating voltage UB is on the one hand via the ohmic resistor RV at a contact connection 11 of the single-pole switch S1 and on the other hand directly at the contact connection 22 of the single-pole switch S2. The two other connections 12, 21 of the changeover switches S1 and S2 are electrically connected. The charging capacitor CV is connected to the switch tongue of the switch S1, the further connection of which is connected to a reference potential, e.g. Ground is connected. The heating element RH is connected between the corresponding connections (switching tongue of the changeover switch S2 and reference potential) of the switch S2.

Im folgenden wird anhand der Figuren 2 und 3 eine Schaltfolge für einen Verdampfungsvorgang erläutert. 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. Der ohmsche Widerstand RV dient dabei lediglich der Ladestrombegrenzung und kann u.U. auch entfallen. Die Schaltzunge des Umschalters S2 befindet sich dabei in der Stellung 21, so daß kein Strom in den Heizwiderstand RH fließen kann. 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. Der Kondensator CV entlädt sich über den ohmschen Widerstand des Heizelementes. 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. Dieser Impuls wird als Vorwärmimpuls VJ bezeichnet. Zum Zeitpunkt t1 wird kurzzeitig (typisch 1-2 us) der Umschalter S2 geschaltet, so daß das Heizelement RH an der vollen Betriebsspannung UB liegt. Dies hat einen steilen Zündimpuls zur Folge, der zur Auslösung der Verdampfung führt (Zündimpuls ZJ mit einer Impulsdauer t2-t1 =typisch 1-2 us).A switching sequence for an evaporation process is explained below with reference to FIGS. 2 and 3. If the switch tongue of the changeover switch S1 is in position 11, the charging capacitor (preheating capacitor CV) is charged to the operating voltage UB via the resistor RV. The ohmic resistor RV is only used to limit the charging current and may possibly also dropped. The switch tongue of the switch S2 is in the position 21, so that no current can flow into the heating resistor RH. At the time to, the switch tongue of the switch S1 changes from the position 11 to the position 12. As a result, a voltage jump occurs on the heating element RH according to FIG. The capacitor CV discharges through the ohmic resistance of the heating element. The voltage UH on the heating element drops exponentially from the value of the operating voltage UB until a point in time t1 at which the voltage UH has not yet become zero. This pulse is called the preheating pulse VJ. At time t1, the changeover switch S2 is switched briefly (typically 1-2 us), so that the heating element RH is at the full operating voltage UB. This results in a steep ignition pulse, which leads to the triggering of the evaporation (ignition pulse ZJ with a pulse duration t2-t1 = typically 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. Dadurch wird der Kondensator CV für einen weiteren Tröpfchenausstoßvorgang aufgeladen und die Kontaktzungen der Umschalter S1 und S2 befinden sich wieder in ihrer Anfangsposition.When the ignition pulse is switched off at time t2, by actuating switch S2, which brings its contact tongue back into position 21, switch S1 is also actuated, so that its contact tongue is again in position 11. As a result, the capacitor CV is charged for a further droplet ejection process and the contact tongues of the changeover 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 u.s.With an electrical resistance value of the heating element of typically 80Q and an operating voltage UB = 28 volts, a resistance RV = 1 1 Kn and a capacitance of the preheating capacitor CV = 100 nF result in a relatively short heating pulse (preheating and ignition pulse) of typically approx. 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. Diese Spannungspulse steuern ein elektronisches Schaltelement ES, beipielsweise einen Transistor oder Thyristor. Die Schaltstrecke des elektronischen Schalters ES liegt in Reihe mit dem Vorwärmkondensator CV. Parallel zu diesem Vorwärmkondensator liegt ein Entladewiderstand 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. Zwischen der Kathode der Diode DI und einem Spannungsteilerpunkt P zwischen der Zündinduktivität LZ und dem Vorwärmkondensator CV ist ein Einkoppelkondensator CK geschaltet. Durch Leitendschalten des elektronischen Schalters ES wird die Vorwärmphase eingeleitet. 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.FIGS. 4 and 5 show a possible exemplary embodiment of a passive pulse shaper IF that works specifically according to the above principle and the associated pulse diagram. The control of this network continues to be carried out with square-wave voltage pulses RJ used in conventional circuits. These voltage pulses control an electronic switching element ES, for example a transistor or thyristor. The switching path of the electronic switch ES is in series with the preheating capacitor CV. A discharge resistor RE is connected in parallel with this preheating capacitor. The further connection of the preheating capacitor CV is connected, on the one hand, to the operating voltage UB via a series circuit consisting of a diode DI, which is polarized in the reverse direction, and the heating element RH, and, on the other hand, via an ignition inductance LZ. A coupling capacitor CK is connected between the cathode of the diode DI and a voltage divider point P between the ignition inductance LZ and the preheating capacitor CV. The preheating phase is initiated by switching the electronic switch ES on. The preheating capacitor CV charges with an exponentially decreasing profile (preheating pulse VI) via the heating element RH connected in series with the coupling capacitor CK and the ignition inductance LZ.

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. Die Diode DI dient der Rückstrombegrenzung, d.h. zur Vermeidung von Überschwingern nach der ausgelösten Verdampfung zum Verdampfungszeitpunkt tV bei der Verdampfungstemperatur TV (strichlierter Verlauf in Figur 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 resulting negative ignition pulse ZJ in FIG. 3 results from the mutual induction when the ignition inductance LZ is switched off, the magnetically stored energy of which is transmitted to the heating element RH via the coupling capacitor CK. The diode DI serves to limit the return current, i.e. to avoid overshoots after the evaporation triggered at the evaporation time tV at the evaporation temperature TV (dashed line in FIG. 5). The resistor RE connected in parallel with the preheating capacitor CV ensures the discharge of the preheating capacitor CV in the pause times between two successive heating pulses, without impairing the charging process of the preheating capacitor.

Entsprechend der Anzahl vorhandener Heizelemente RH im Schreibkopf ist die gleiche Anzahl solcher passiver Heizpulsformer (RCL-Netzwerk) nötig. Es ist aber auch möglich, solche Heizimpulse durch aktive Netzwerke zu erzeugen, z.B. mit einer der Anzahl der Heizelemente entsprechenden Zahl von Verstärkerelementen, die einem einzigen RCL-Netzwerk der oben beschriebenen Art nachgeschaltet sind. 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. 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.Depending on the number of existing heating elements RH in the print head, the same number of such passive heating pulse formers (RCL network) is necessary. However, it is also possible to generate such heating pulses through active networks, e.g. with a number of amplifier elements corresponding to the number of heating elements, which are connected downstream of a single RCL network of the type described above. For electrical heating elements with an ohmic resistance RH = 80f2, which are connected to an operating voltage UB = 28 volts, the following dimensions of the network elements have proven to be expedient: LZ = 330 uH, CK = 150 nF, CV = 470 nF, RE = 1 KQ . With a heating pulse duration of 12 us, this network can achieve approx. Double droplet flight speeds and double droplet masses compared to the conventional control of the heating elements with square-wave voltage pulses.

Claims

1. A method for varying the droplet mass in an ink printing device operating according to the thermal converter principle, in which a plurality of individually pulsable heating elements (RH) in the ink channels of an ink print head locally heat an ink liquid character-dependent and thereby a certain volume of ink liquid as droplets from the ink channels closing the ink channels Eject outlet nozzles, characterized in that the heating power of the individual heating elements (RH) in a heating phase serving to preheat the ink liquid (preheating pulse VJ) is reduced in inverse proportion to the surface temperature of the heating resistor (RH) so that the greatest possible heat flow flows into the ink liquid and thereby the ink liquid has not yet evaporated,
that the evaporation is initiated immediately after the preheating phase (VJ) by briefly increasing the heating power (ignition pulse ZJ) at a time (t1) at which the heating power of the preheating phase (VJ) still has a value> O.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heating power effecting heating pulses (VI, ZI) are generated by passive networks consisting of an RLC circuit (capacitor CV, CK; inductance LZ; resistance RH, RV, RE).

3. The method according to claim 1, characterized in that the variation of the drop mass takes place by changing the duration and / or the intensity of the preheating phase (VJ).

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ignition pulse (ZJ) is generated by an inductor (LZ) connected in parallel with the heating resistor (RH).

5. The method according to claim 1, characterized in that the preheating pulses (VJ) are generated by reloading a capacitance (CV).

6. The method according to claim 1, characterized in that the ignition pulse (ZJ) is generated by passive networks.

7. The method according to claim 1, characterized in that the ignition pulse (ZJ) is generated by active networks.