DE69409020T2

DE69409020T2 - System zur Reduzierung der Antriebsenergie in einem thermischen Tintenstrahlschnelldrucker

Info

Publication number: DE69409020T2
Application number: DE69409020T
Authority: DE
Inventors: Brian J Keefe
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1994-01-19
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JPH06238899A; JP3738041B2; EP0609997A2; DE69409020D1; US5600349A; EP0609997A3; EP0609997B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf thermische Tintenstrahldrucker und richtet sich insbesondere auf eine Technik zum Reduzieren der Treiberenergie in thermischen Tintenstrahldruckköpfen, während konsistent eine hohe Druckqualität beibehalten wird.
Ein Tintenstrahldrucker bildet ein gedrucktes Bild durch das Drucken eines Musters von einzelnen Punkten an einzelnen Positionen eines Arrays, das für das Druckmedium definiert ist. Die Positionen können bequemerweise als kleine Punkte in einem rechteckigen Array betrachtet werden. Die Positionen werden manchmal "Punktorte", "Punktpositionen" oder "Pixel" genannt. Folglich kann der Druckbetrieb als das Auffüllen eines Musters von Punktpositionen mit Tintenpunkten betrachtet werden.
Tintenstrahldrucker drucken Punkte durch das Ausstoßen sehr kleiner Tintentröpfchen auf das Druckmedium und umfassen typischerweise einen beweglichen Wagen, der einen oder mehrere Druckköpfe trägt, die jeweils Tintenausstoßdüsen aufweisen. Der Wagen überquert die Oberfläche des Druckmediums, wobei die Düsen gesteuert werden, um Tintentröpfchen auf Befehl eines Mikrocomputers oder einer anderen Steuerung zu geeigneten Zeitpunkten auszustoßen, wobei die Zeitgebung des Aufbringens der Tintentröpfchen dazu bestimmt ist, dem Pixelmuster des Bilds, das gedruckt wird, zu entsprechen.
Thermische Tintenstrahldruckköpfen umfassen üblicherweise ein Array von exakt gebildeten Düsen, von denen jede in Verbindung mit einer zugeordneten Tintenaufnahmekammer steht, die Tinte von einem Reservoir empfängt. Jede Kammer umfaßt einen thermischen Widerstand, der gegenüber der Düse angeordnet ist, so daß sich Tinte zwischen dem thermischen Widerstand und der Düse sammeln kann. Der thermische Widerstand wird durch Spannungspulse selektiv erwärmt, um Tintentröpfchen durch die zugeordnete Düsenöffnung in die Öffnungsplatte zu treiben. Gemäß jedem Puls wird der thermische Widerstand schnell erwärmt, was bewirkt, daß die Tinte unmittelbar benachbart zu dem thermischen Widerstand verdampft und eine Blase bildet. Während die Dampfblase wächst, wird der Tinte ein Impuls vermittelt, um durch die Düse und auf das Druckmedium ausgestoßen zu werden.
Für ein Grauskalendrucken, bei dem die Dunkelheit jedes gedruckten Punkts variiert wird, ist es bekannt, das Tintenvolumen in jedem Tropfen, der einen gedruckten Punkt erzeugt, zu variieren. Beispielsweise offenbart das US-Patent 4,503,444 der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung für "METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING A GRAY SCALE WITH A HIGH SPEED THERMAL INK JET PRINTER" (das der EP-A-0124190 entspricht) einen thermischen Tintenstrahldrucker mit einer Mehrzahl von Tintentropfen-Abschußwiderständen und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Abschießens der Widerstände. Jeder Tropfen wird gemäß einer Pulsgruppe, die durch die Steuereinrichtung einem Widerstand zugeführt wird, gebildet, was den Ausstoß eines Pakets von Tröpfchen bewirkt, die sich im Flug mischen, um einen einzelnen Tropfen zu bilden. Die Pulse weisen eine gleiche Amplitude und Dauer auf und sind von benachbarten Pulsen in der Pulsgruppe gleich beabstandet.
Eine Erwägung beim Betrieb von thermischen Tintenstrahldruckköpfen mit Tropfenbildungs-Pulsgruppen sind die erhöhten Druckkopfbetriebstemperaturen aufgrund des mehrfachen Abschießens für jedes Pixel. Diese Erwägung wird bei thermischen Tintenstrahlvorrichtungen mit kleinem Tropfenvolumen, die eine relativ höhere Eingangsenergie pro Einheitstintenfluß erfordern, und folglich als eine Folge der Zunahme der mittleren Leistung höhere Betriebstemperaturen entwickeln, wichtiger.
Es ist bekannt, daß hohe Betriebstemperaturen eine Verschlechterung der Druckqualität aufgrund der eingeführten Veränderlichkeit der Druckkopfverhaltensparameter, beispielsweise des Tropfenvolumens, des Sprühnebels und der Flugbahn, bewirken. Wenn die Betriebstemperatur eines thermischen Tintenstrahldruckkopfs eine kritische Temperatur übersteigt, wird derselbe überdies funktionsunfähig. Ferner ist es möglich, daß die Betriebslebensdauer eines thermischen Tintenstrahldruckkopfs als eine Folge des übermäßigen Wärmeaufbaus reduziert ist.
Eine übliche Technik zum Reduzieren des Wärmeaufbaus besteht darin, bei geringeren Widerstands-Abschußfrequenzen zu arbeiten, was eine geringere mittlere Leistung zu dem Druckkopfliefert. Jedoch reduziert eine Reduzierung der maximalen Widerstands-Abschußfrequenz auch die Druckgeschwindigkeit und den Durchsatz.
Es wäre daher vorteilhaft&sub1; einen Betrieb eines thermischen Tintenstrahldruckkopf zu liefern, bei dem ein das Verhalten verschlechternder Wärmeaufbau vermieden wird, während hohe Betriebs frequenzen beibehalten werden.
Die vorhergehenden und weitere Vorteile werden durch die Erfindung in einem thermischen Grauskalen-Tintenstrahldrucker geliefert, bei dem die Energie des zweiten und der nachfolgenden Pulse in einer Tropfenbildungs-Pulsgruppe reduziert ist, um sich an die geringere erforderliche Energie zum Verdampfen einer Treiberblase anzupassen.
Die Vorteile und Merkmale der offenbarten Erfindung werden für Fachleute aus der folgenden detaillierten Beschreibung ohne weiteres offensichtlich, wenn dieselbe in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm der thermischen Tintenstrahlkomponente zum Implementieren der Erfindung.
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt eines Druckkopfs darstellt, bei dem die offenbarte Erfindung implementiert sein kann.
Fig. 3 ein Pulszeitablaufdiagramm, das die Reduzierung der Treiberenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 4 ein Pulszeitablaufdiagramm, das die Reduzierung der Treiberenergie gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 5 ein Pulszeitablaufdiagramm, das die Reduzierung der Treiberenergie gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 6 ein schematisches Schaltungsdiagramm des Schaltungsaufbaus eines vereinfachten Druckkopfs, das für das Verständnis der offenbarten Erfindung hilfreich ist.
Fig. 7 ein Blockdiagramm, das Komponenten zum Treiben der Druckkopfschaltung von Fig. 6 gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb der Druckkopfschaltung von Fig. 6 gemäß der Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Offenbarung

In der folgenden detaillierten Beschreibung und in der Mehrzahl von Figuren der Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines thermischen Tintenstrahldruckers gezeigt, in dem die offenbarte Erfindung implementiert sein kann. Eine Steuerung 11 empfängt ein Druckdaten-Eingangssignal und verarbeitet die Druckdaten, um Drucksteuerinformationen zu einem Druckkopftreiber 13 zu liefern. Die Druckkopftreiberschaltung 13 empfängt Leistung von einer Leistungsversorgung 15 und legt Treiber- oder Anregungs-Pulse an Tintentropfen-Abschußwiderstände eines thermischen Tintenstrahldruckkopfs 15, die gemäß den Treiberpulsen Tintentropfen ausstoßen, an.
Der thermische Tintenstrahldruckkopf 15 ist gemäß herkömmlicher Druckkopfentwürfe aufgebaut, wobei Fig. 2 anhand eines darstellenden Beispiels eine schematische teilweise perspektivische Ansicht einer Implementierung des Druckkopfs 15 zeigt. Der Druckkopf von Fig. 2 umfaßt ein Substratbauglied 12, auf dem eine Polymerbarrierenschicht 14 angeordnet und in der gezeigten Geometrie konf iguriert ist. Das Substrat 12 ist typischerweise entweder aus Glas oder Silizium oder irgendeinem anderen geeigneten isolierenden oder halbleitenden Material aufgebaut, das einer Oberflächenoxidierung unterzogen wurde und auf dem eine Mehrzahl von Tintenabschußwiderständen 26 photolithographisch definiert ist, beispielsweise in einer Schicht eines widerstandsbehafteten Materials, beispielsweise Tantal-Aluminium. Diese Tintenabschußwiderstände 26 sind durch Strukturen leitfähiger Spuren (nicht gezeigt), die verwendet sind, um Treiberstrompulse während eines thermischen Tintenstrahldruckbetriebs zu diesen Tintenabschußwiderständen zu liefern, elektrisch verschaltet. Zusätzlich sind ferner Oberflächenpassivierungs- und Schutzisolierungs-Schichten (nicht gezeigt) zwischen der oben liegenden Polymerbarrierenschicht 14 und den darunterliegenden Tintenabschußwiderständen 26 und den Leiterbahnstrukturen vorgesehen. Beispiele des Aufbaus eines thermischen Tintenstrahldruckkopfs sind in dem Hewlett-Packard Journal, Band 39, Nr. 4, August 1988, und ferner in dem Hewlett-Packard Journal, Band 36, Nr. 5, Mai 1985, gezeigt.
Die Polymerbarrierenschicht 14 kann unter Verwendung bekannter photolithographischer Maskierungs- und Ätz-Prozesse aus einem Polymermaterial gebildet sein, um Abschußkammern 18 zu definieren, die oberhalb jeweiliger Heizerwiderstände 26 liegen. Die Enden einer Öffnung in den Abschußkammern 18 sind mit den Seiten eines Tintenzufuhrkanals 28 verbunden, der sich wie gezeigt erstreckt, um Tinte an den abgeschrägten oder gewinkelten Einlaßendabschnitten 30, die eine Tinteneintrittsöffnung der Polymerbarrierenschicht 14 definieren, zu empfangen. Somit ist die Abschußkammer 18 integriert mit dem rechteckförmigen Tintenzufuhrkanal 28 und der zugeordneten Tintenfluß-Eintrittsöffnung 30 verbunden, die wirksam sind, um während eines Tintentropfenausstoßes aus dem thermischen Tintenstrahldruckkopf Tinte zu der Abschußkammer 18 zuzuführen.
Eine Öffnungsplatte 32 eines herkömmlichen Aufbaus, die typischerweise aus Gold-plattiertem Nickel hergestellt ist, ist wie gezeigt auf der oberen Oberfläche der Polymerbarrierenschicht 14 angeordnet, wobei die Öffnungsplatte 32 in derselben eine Düsenöffnung 34 mit konvergentem Umfang in derselben aufweist, die typischerweise mit dem Mittelpunkt des Tintenabschußwiderstands 26 ausgerichtet ist. Jedoch kann die Düsenöffnung 34 in bestimmten Fällen bezüglich des Mittelpunkts des Tintenabschußwiderstands leicht versetzt sein, um die Direktionalität der ausgestoßenen Tintentropfen auf eine gewünschte Art und Weise zu steuern.
Die Steuerung 11 des thermischen Tintenstrahldruckers von Fig. 1 weist beispielsweise eine Mikroprozessorarchitektur entsprechend bekannter Steuerungsstrukturen auf und liefert Pulsdaten, die die Abschußpulse zum Treiben der einzelnen Tintentropfen-Abschußwiderstände des Druckkopfs 17 darstellen. Beispielsweise liefert die Steuerung für jeden Tintentropfen-Abschußwiderstand Pulsdaten, die die Anzahl von Pulsen darstellen, die der Widerstand in jedem Abschußzyklus abschießen soll, wobei ein Abschußzyklus als ein Zeitintervall definiert ist, während dessen der Druckkopftreiber die Tintenabschußwiderstände entsprechend den Widerstandspulsdaten treibt, derart, daß die Widerstände mit den geeigneten Anregungspulsen abgeschossen werden.
Der Tintenstrahldrucker von Fig. 1 liefert ein Grauskalendrucken, bei dem jeder Tintenabschußwiderstand gesteuert wird, um Tintentropfen eines variierenden Volumens zu erzeugen (ein größeres Tintenvolumen für einen dunkleren Druck). Insbesondere wird jeder Punktdrucktropfen, der durch den Druckkopf erzeugt wird, gemäß einer Pulsgruppe gebildet, die einem Tintenabschußwiderstand zugeführt wird, wobei eine Pulsgruppe einen oder mehrere Pulse umfaßt, wobei jeder jeweils entsprechend den Ausstoß von einem oder mehreren Tröpfchen bewirkt. Die Pulse in einer Pulsgruppe sind ausreichend nahe beieinander, daß die Tintentröpfchen von den Pulsen in einer Pulsgruppe sich im Flug miteinander mischen, um den einzelnen Tintentropfen zu bilden, bevor sie das Druckmedium erreichen. Das Zeitintervall zwischen Pulsgruppen, die einem beliebigen gegebenen Tintenabschußwiderstand zugeführt werden, ist ausreichend groß, um ein Mischen der Tropfen von unterschiedlichen Pulsgruppen zu vermeiden. Die Technik der Verwendung von Pulsgruppen, um Tintentropfen mit verschiedenen Volumen zu erzeugen, für Grauskalenanwendungen ist in dem vorher genannten US-Patent 4,503,444 offenbart.
Jeder Punktdrucktintentropfen wird gemäß der Zuführung einer Sequenz von einem bis MAX Pulsen eines Gruppenpulsmusters, das MAX Pulse umfaßt, gebildet, wobei die Energie des zweiten und der nachfolgenden Pulse geringer ist als die Energie des ersten Pulses in dem Gruppenpulsmuster. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bleibt das Zeitintervall zwischen den vorderen Flanken der Pulse in einem Pulsgruppenmuster konstant. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Zeitintervall zwischen den vorderen Flanken benachbarter Pulse beginnend mit dem zweiten Puls verringert (d.h. der Pulszeitpunkt ist nach vorne verlegt), wobei die Energie des zweiten und der nachfolgenden Pulse konstant ist und geringer als die Energie des ersten Pulses. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Zeitintervall zwischen den vorderen Flanken benachbarter Pulse in einer Pulsgruppe beginnend mit dem zweiten Puls verringert (d.h. der Pulszeitpunkt ist nach vorne verlegt), wobei die Energie des zweiten und der nachfolgenden Pulse relativ zu der Energie des ersten Pulses derart reduziert ist, daß die Energie des zweiten Pulses geringer ist als die Energie des ersten Pulses und die Energie des dritten Pulses geringer ist als die Energie des zweiten Pulses. Die Energie der Tintenabschußpulse kann beispielsweise bezüglich der Breite oder Amplitude gesteuert werden.
In Fig. 3 ist schematisch ein Gruppenpulsmuster gemäß einem Pulsbreitenreduzierungs-Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Pulsbreite des zweiten und der nachfolgenden Pulse konstant ist und bezüglich der Breite des ersten Pulses reduziert ist, wobei die Intervalle zwischen allen Pulsen in dem Muster die gleichen sind. Für das spezielle Beispiel, das die maximale Anzahl von Pulsen MAX drei ist, würde ein Punktdrucktropfen gemäß einer Pulsgruppe gebildet werden, die aus dem ersten Puls, dem ersten und dem zweiten Puls oder allen drei Pulsen besteht, wobei die Anzahl von Pulsen in einer speziellen Pulsgruppe von der gewünschten gedruckten Punktdichte abhängen würde. Beispielsweise weist der erste Puls des Gruppenpulsmusters eine Breite von 3,8 Mikrosekunden auf, während der zweite und der dritte Puls jeweils eine Breite von 2,3 Mikrosekunden aufweisen, was eine Pulsenergiereduzierung von 39% relativ zu dem ersten Puls darstellt. Das Zeitintervall zwischen dem Beginn benachbarter Pulse beträgt, wie dargestellt ist, 25 Mikros ekunden.
Es sollte offensichtlich sein, daß ein Pulsgruppenmuster mit einer größeren maximalen Anzahl von Pulsen MAX verwendet werden kann, um eine größere Anzahl von Druckschattierungen zu erhalten, wobei der zweite und nachfolgende Pulse beispielsweise die gleiche Pulsbreite aufweisen würden.
In Fig. 4 ist schematisch beispielsweise ein Pulsgruppenmuster gemäß eines Pulsbreitenreduzierungs- und Zeitpunktvorverschiebungs-Ausführungsbeispiels der Erf indung dargestellt, bei dem der zweite und die nachfolgenden Pulse die gleiche reduzierte Breite aufweisen. Bei dem speziellen gezeigten Beispiel eines Pulsgruppenmusters mit einer maximalen Anzahl von Pulsen MAX, die gleich drei ist, würde ein Punktdrucktropfen gemäß einer Pulsgruppe gebildet werden, die aus dem ersten Puls, dem ersten und dem zweiten Puls oder allen drei Pulsen besteht, wobei die Anzahl von Pulsen in einer speziellen Pulsgruppe von der gewünschten gedruckten Punktdichte abhängen würde. Der erste Puls weist eine Breite von 3,8 Mikrosekunden auf, während der zweite und der dritte Puls jeweils eine Pulsbreite von 2,3 Mikrosekunden aufweisen, was eine Pulsenergiereduzierung von 39% relativ zu dem ersten Puls darstellt. Das Intervall zwischen den vorderen Flanken des ersten und des zweiten Pulses beträgt 25 Mikrosekunden, während das Intervall zwischen der vorderen Flanke von benachbarten Pulsen beginnend mit dem zweiten Puls 15 Mikrosekunden beträgt.
Es sollte offensichtlich sein, daß ein Pulsgruppenmuster mit einer größeren maximalen Pulszahl verwendet werden kann, um eine größere Anzahl von Druckschattierungen zu erhalten, wobei der zweite und die nachfolgenden Pulse die gleiche Pulsbreite aufweisen würden, die relativ zu der des ersten Pulses reduziert ist, und wobei die Intervalle zwischen den vorderen Flanken benachbarter Pulse beginnend mit dem zweiten Puls konstant und geringer als das Intervall zwischen der vorderen Flanke des ersten und des zweiten Pulses ist.
In Fig. 5 ist schematisch beispielsweise ein Pulsgruppenmuster gemäß einem Pulsbreitenreduzierungs- und Zeitvorverschiebungs-Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Breite des zweiten Pulses relativ zu der Breite des ersten Pulses reduziert ist, während die Breiten des dritten und der nachfolgenden Pulse relativ zu der Breite des zweiten Pulses reduziert sind. Für das spezielle Beispiel eines Pulsgruppenmusters mit einer maximalen Anzahl von Pulsen MAX, die gleich vier ist, würde ein Punktdrucktropfen gemäß einer Pulsgruppe gebildet werden, die aus dem ersten Puls, dem ersten und dem zweiten Puls, den ersten drei Pulsen oder allen vier Pulsen besteht, wobei die Anzahl von Pulsen in einer speziellen Pulsgruppe von der gewünschten gedruckten Punktdichte abhängen würde. Beispielsweise weist der erste Puls eine Breite von 3,8 Mikrosekunden auf, während der zweite Pulse eine Pulsbreite von 2,3 Mikrosekunden aufweist, was eine Pulsenergiereduzierung von 39% relativ zu dem ersten Puls darstellt. Der dritte und der vierte Puls weisen jeweils eine Breite von 1,9 Mikrosekunden auf, was eine Pulsenergiereduzierung von 50% relativ zu dem ersten Puls darstellt. Das Intervall zwischen den vorderen Flanken des ersten und des zweiten Pulses beträgt 25 Mikrosekunden, während das Intervall zwischen den vorderen Flanken von benachbarten Pulsen beginnend mit dem zweiten Puls 15 Mikrosekunden beträgt.
Es sollte offensichtlich sein, daß ein Pulsgruppenmuster mit einer größeren maximalen Pulszahl verwendet werden kann, um eine größere Anzahl von Druckschattierungen zu erhalten, wobei der dritte und die nachfolgenden Pulse die gleiche Pulsbreite aufweisen würden, die relativ zu der des ersten und des zweiten Pulses reduziert ist, und wobei die Intervalle zwischen den vorderen Flanken von benachbarten Pulsen beginnend mit dem zweiten Puls konstant und geringer als das Intervall zwischen den vorderen Flanken des ersten und des zweiten Pulses ist.
Für die Zeitablaufparameter in den Beispielen der Fig. 3 bis 5 sollte das Intervall zwischen dem Ende einer Pulsgruppe und dem Beginn der nächsten Pulsgruppe zumindest 45 Mikrosekunden betragen, um ein Mischen der jeweiligen Tropfen von den Gruppen während des Flugs zu verhindern. Ferner kann das Pulswiederholungsintervall innerhalb einer Gruppe in dem Bereich von 15 bis 45 Mikrosekunden liegen.
Ein thermischer Tintenstrahldrucker gemäß dem Vorhergehenden kann auf verschiedene Arten implementiert sein, einschließlich beispielsweise eines Multiplex-Entwurfs, wie er in vereinfachter Form in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Fig. 6 ist eine vereinfachte schematische Schaltung eines Druckkopfs mit acht Tintenabschußwiderständen R1 bis R8, die in einem Array von vier Zeilen und zwei Spalten angeordnet sind und durch jeweilige Leistungs-FETs S1 bis S8 getrieben werden. Die Leistungs-FETs werden durch Adreßleitungen Al bis A4 und Grundelement-Auswahlleitungen P1 und P2 gesteuert. Speziell sind die Gate-Elektroden der FETs in jeder Zeile üblicherweise mit einer Adreßleitung für diese Zeile verbunden; wobei Widerstände in jeder Spalte zwischen die Drain-Elektroden der jeweiligen FETs und eine Grundelement- Auswahlleitung für diese Spalte geschaltet sind. Wenn die Adreßleitung eines Tintenabschußwiderstands folglich auf einem logisch hohen Pegel ist, kann der Widerstand gemäß der Spannung auf seiner Grundelementauswahlleitung mit Energie versorgt werden. Wie ausführlicher hierin beschrieben wird, liefern die Grundelement-Auswahlleitungen Pulse zum Treiben der Tintenabschußwiderstände gemäß der Erfindung.
Fig. 7 zeigt in vereinfachter Form anhand eines veranschaulichenden Beispiels einen Multiplexer 111, eine Nachschlagtabelle 113 und Adreßtreiber 115, die in dem Druckkopftreiber 13 von Fig. 1 implementiert werden, um den Druckkopf von Fig. 4 auf eine multiplexte Art und Weise zu treiben. Der Adreßtreiber 115 liefert die Adreßsignale AS1 bis A52 auf den Adreßleitungen A1 bis A4, wobei jedes Adreßsignal eine Sequenz von Pulsen aufweist, die anzahlmäßig der Anzahl von Pulsen in dem verwendeten Gruppenpulsmuster entsprechen und die gemäß dem Zeitablauf des Gruppenpulsmusters, das verwendet wird, zeitlich gesteuert sind, wodurch die Intervalle zwischen den vorderen Flanken der Pulse eines Adreßsignals identisch zu den Intervallen zwischen den vorderen Flanken der Pulse in dem speziellen Gruppenpulsmuster, das verwendet wird, sind. Die Breiten der Pulse jedes Adreßsignals sind zumindest so breit wie die entsprechenden Pulse in dem Gruppenpulsmuster, wobei die Adreßsignale relativ zueinander gestaffelt sind, so daß sich die Adreßsignalpulse nicht überlappen, wie in Fig. 8 für einen Abschußzyklus für eine Implementierung unter Verwendung eines Gruppenpulsmusters, wie es in Fig. 4 gezeigt und oben beschrieben ist, gezeigt ist. Gemäß der Verwendung hierin ist ein Abschußzyklus ein Intervall, während dessen jeder der Tintenabschußwiderstände der Druckkopfschaltung von Fig. 6 gemäß den Adreßleitungen aktiviert wird, um einen Punktdrucktropfen zu erzeugen. Ob ein Tintenabschußwiderstand einen Tropfen abschießt, hängt selbstverständlich von den Druckdaten ab.
Der Multiplexer 111 empfängt jeweilige Pulsdaten DR1 bis DRB für jeden Widerstand auf acht Eingangsleitungen und liefert zwei Grundelement-Auswahlsignale PS1 und PS2 auf den Grundelement-Auswahlleitungen P1 und P2. Für das Beispiel eines Gruppenpulsmusters mit vier Grauskalenpegeln, die Weiß einschließen, (d.h. ein Gruppenpulsmuster mit drei Pulsen), sind die Daten für jeden Widerstand 2 Bit für jeden Abschußzyklus. Die Widerstandsdaten für jeden Abschußzyklus werden über die Nachschlagtabelle in Pulssignalformen übersetzt und verstärkt, um die Grundelement-Auswahlsignale PS1 und PS5 zu liefern, die Pulse einer geeigneten Leistung zum Anregen der Tintenabschußwiderstände, die die Pulse empfangen, umfassen. Speziell enthält jedes Grundelement-Auswahlsignal die Pulse für alle Widerstände in der Spalte, die dem speziellen Grundelement-Auswahlsignal zugeordnet ist, wobei die Pulse für jeden Widerstand zeitlich gesteuert werden, um mit den Adreßsignalpulsen für diesen Widerstand zusammenzufallen. Da die Adreßsignale AS1 bis A54 gestaffelt sind, werden die Grundelement-Auswahlpulse für die Widerstände in jeder Spalte verschachtelt sein, derart, daß die Widerstände in jeder Spalte auf eine verschachtelte Art und Weise angeregt werden, wobei nur ein Widerstand in jeder Spalte zu jedem Zeitpunkt während eines Abschußzyklusses abgeschossen wird. In anderen Worten heißt das, daß die Widerstände in einer Spalte nicht gleichzeitig angeregt werden können. Jedoch können unterschiedliche Widerstände in unterschiedlichen Spalten gleichzeitig angeregt werden, da jedes Adreßsignal einen Widerstand in jeder Spalte steuert. Fig. 8 zeigt schematisch die Pulse, die durch die Grundelement-Auswahlsignale während eines Abschußzyklusses für das spezielle Beispiel von DRL=1, DR7=1, DR8=3, wobei jeder der übrigen Widerstandsdatenwerte 0 ist, geliefert werden. Für ein derartiges Beispiel, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, enthält PS1 die einzelnen Pulse für die Widerstände R1 und R7, während PS2 die drei Pulse für den Widerstand R8 enthält.
Das vorhergehende Multiplexschema liefert allgemein Adreßsignale, die für jede Zeile von Widerständen die Zeitpunkte liefern, wann derartige Widerstände angeregt werden können, während die Leistungs-Grundelement-Auswahlsignale die geeigneten Leistungspulse gemäß der Anzahl von Pulsen des Gruppenpulsmusters, das für jeden der Widerstände spezifiziert ist, liefern. Die Adreßsignale sind derart gestaffelt, daß in jeder Spalte nur ein Widerstand zu jedem gegebenen Zeitpunkt angeregt wird, wobei die Pulse in jedem der Grundelement-Auswahlsignale derart verschachtelt sind, daß die Pulse für jeden Widerstand in jeder Spalte mit den Adreßpulsen für einen solchen Widerstand zusammenfallen.
Es ist für Fachleute offensichtlich, daß die Auswahl der Zeitablaufparameter, die die Pulsenergiereduzierung und die Zeitablauf-Vorverschiebung umfassen, von den Charakteristika des speziellen thermischen Tintenstrahldruckers abhängen. Beispielsweise wird sich der Betrag der Pulsenergiereduzierung abhängig von dem Pulszeitablauf ändern, wobei das Potential für die Pulsenergiereduzierung zunimmt, während das Intervall zwischen Pulsen in einem Gruppenmuster abnimmt, und wobei die Pulszeitablauf-Vorverschiebung ausgewählt wird, um eine Tropfenstabilisierung zu optimieren und die Grauskalenpegel zu linearisieren.
Gemäß der Erfindung wird die Substrattemperatur (Bulk temperature) reduziert und die lokalen Temperaturen der Tintenabschußwiderstände werden ebenfalls reduziert, was vorteilhaft höhere Betriebsfrequenzen ermöglicht und eine verbesserte Druckqualität erzeugt.
Obwohl das Vorhergehende eine Beschreibung und eine Darstellung von spezifischen Ausführungsbeispielen der Erfindung darstellt, können bezüglich derselben verschiedene Modifikationen und Änderungen von Fachleuten durchgeführt werden, ohne von dem Bereich der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Ein thermisches Tintenstrahldruckersystem mit folgenden Merkmalen:

einem thermischen Tintenstrahldruckkopf (17) mit einer Mehrzahl von Tintentropfen-Abschußwiderständen (26, 121 bis 128), die auf Tintentröpfchen-Abschußpulse ansprechen; und

einer Steuereinrichtung (11, 13) zum Zuführen eines Pulsgruppenmusters zu einem Ausgewählten der Tintenabschußwiderstände, das eine Mehrzahl von Pulsen aufweist, die ein Abschießen jeweiliger Tintentröpfchen bewirken, wenn dieselben dem ausgewählten Tintenabschußwiderstand zugeführt werden, wobei die Pulse durch Zeitintervalle zeitlich ausreichend gering beabstandet sind, daß sich die Tröpfchen, die gemäß denselben abgeschossen werden, im Flug kombinieren, um einen einzelnen Tropfen zu bilden, der ein Volumen aufweist, das von der Anzahl von Pulsen der Pulsgruppe, die zugeführt werden, abhängt, wobei die Steuereinrichtung (11, 13) die Pulse der Pulsgruppe derart steuert, daß die Treiberenergie für den zweiten und die nachfolgenden Pulse in der Pulsgruppe relativ zu der Treiberenergie des ersten Pulses der Pulsgruppe reduziert ist, und derart, daß jeder der Pulse der Pulsgruppe eine Pulsdauer aufweist, die geringer ist als jedes der Zeitintervalle zwischen den Pulsen der Pulsgruppe, wodurch ein Wärmeaufbau in dem thermischen Tintenstrahldruckkopf als ein Ergebnis der reduzierten Treiberenergie des zweiten und der nachfolgenden Pulse der Pulsgruppe reduziert ist.

2. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 1, bei dem der zweite und die nachfolgenden Pulse eine konstante Energie aufweisen.

3. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung die Energie eines dritten Pulses und eines vierten Pulses relativ zu der Energie des zweiten Pulses reduziert, wobei der dritte und der vierte Puls eine konstante Energie aufweisen.

4. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 3, bei dem das Intervall zwischen den vorderen Flanken benachbarter Pulse beginnend mit dem zweiten Puls relativ zu dem Intervall zwischen den vorderen Flanken des ersten und des zweiten Pulses verringert ist.

5. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung die Pulsdauer des zweiten und jedes nachfolgenden Pulses relativ zu der Pulsdauer des ersten Pulses reduziert.

6. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 5, bei dem der zweite und die nachfolgenden Pulse eine konstante Pulsdauer aufweisen.

7. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 6, bei dem die Pulsdauer des zweiten und der nachfolgenden Pulse etwa 60% der Dauer des ersten Pulses beträgt.

8. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 5, bei dem die Steuereinrichtung die Pulsdauer eines dritten Pulses und eines vierten Pulses relativ zu der Dauer des zweiten Pulses reduziert, wobei der dritte und der vierte Puls eine konstante Pulsdauer aufweisen.

9. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 8, bei dem das Intervall zwischen den vorderen Flanken benachbarter Pulse beginnend mit dem zweiten Puls relativ zu dem Intervall zwischen den vorderen Flanken des ersten und des zweiten Pulses verringert ist.

10. Das thermische Tintenstrahldruckersystem gemäß Anspruch 9, bei dem der zweite Puls eine Pulsdauer von etwa 60% der Dauer des ersten Pulses aufweist, und bei dem der dritte und jeder nachfolgende Puls eine Pulsdauer von etwa 50% der Dauer des ersten Pulses aufweisen.