-
-
Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Druck eIementen.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern
von Druckelementen, die als Tintentröpfchen ausstoßende Tintendruckeinrichtungen
ausgebildet sind, die in mehreren Reihen mit jeweils einer Mehrzahl von Druckelementen
angeordnet sind und die an vorgesehenen Zeichenplätzen matrixförmig angeordnete
Punkte erzeugen, aus denen graphische Muster und/oder Zeichen zeilenweise parallel
darstellbar sind.
-
Aus der DE-OS 1 941 680 ist eine Druckeinrichtung bekannt, bei der
viele Druckelemente Zeichen mit hoher Druckgeschwindigkeit auf einem Aufzeichnungsträger
abdrucken. Die Druckelemente sind als Tintendruckelemente ausgebildet und in mehreren
parallelen Reihen angeordnet. Unter Verwendung der Druckelemente werden die Zeichen
einer oder mehrerer ZeiLere.parallel dargestellt. Die bekannte Druckeinrichtung
enthält beispielsweise 132 Druckköpfe, mit denen 132 Schriftzeichen in einer Zeile
parallel abdruckbar sind. Jeder Druckkopf enthält 16 Druckelemente, so daß insgesamt
2112 Druckköpfe erforderlich sind. Die Formen der abzudruckenden Zeichen sind in
Festwertspeichern gespeichert und den Zeichen zugeordnete Signale werden über eine
der Anzahl der Druckelemente entsprechende Anzahl von Verstärkern den Druckelementen
zugeführt. Da jedem Druckelement ein eigener Verstärker zugeordnet ist, erfordert
die bekannte Druckvorrichtung einen verhältnismäßig großen Aufwand.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
anzugeben, mit der ohne Verminderung der Druckgeschwindigkei die Anzahl der Verstärker
wesentlich vermindert werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß jeweils mehrere Druckelemente aller Reihen entsprechend
einer Matrix mit Zeilenleitungen und Spaltenleitungen verbunden sind, daß erste
Verstärker vorgesehen sind, deren Anzahl gleich ist der Anzahl der Spaltenleitungen
einer Matrix und die ausgangsseitig mit einander entsprechenden Spaltenleitungen
der einzelnen Matrizen verbunden sind und die in zyklischer Reihenfolge die Spalten
leitungen erregen und daß zweite Verstärker vorgesehen sind, deren Anzahl gleich
ist der Summe der Zeilenleitungen aller Matrizen, die ausgangsseitig jeweils mit
einer Zeilenleitung verbunden sind und die entsprechend der zyklischen Reihenfolge
jeweils gleichzeitig Signale, die den jeweils gerade zu druckenden Punkten zugeordnet
sind, zu den Zeilenleitungen durchschalten ? Die Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung hat den Vorteil, daß sie einen sehr geringen Aufwand erfordert, so daß
Hochleistungsdruckeinrichtungen mit einer Druckgeschwindigkeit von bis zu 40 000
Zeichen pro Sekunde mit einem vertretbaren Aufwand realisierbar sind. Bei der Schaltungsanordnung
wird davon ausgegangen, daß zwischen zwei Betätigungen desselben Tintendruckelements
eine. vorgegebene Erholzeitdauer vorhanden sein muß. Diese Erholzeitdauer wird zum
zyklisch aufeinanderfolgenden Ansteuern weiterer Druckelemente benutzt, so daß die
jeweils mit einer Spaltenleitung einer Matrix verbundenen Druckelemente zeitlich
nacheinander, entsprechend einem Zeitmultiplexbetrieb betätigt werden.
-
Eine sehr hohe Druckgeschwindigkeit wird erreicht, wenn die Anzahl
der Spaltenleitungen jeder Matrix gleich oder kleiner ist als der Quotient aus der
zwei aufeinanderfolgenden Betätigungen desselben Druckelements zugeordneten minimalen
Zeitdauer und der für eine Betätigung erforderlichen Zeitdauer.
-
Eine besonders einfache Zuordnung zwischen den Zeilenleitun gen der
Matrizen und den Reihen, in denen die Druckelemente angeordnet sind, wird erreicht,
wenn die Anzahl der Zeilenleitungen jeder Matrix gleich ist der Anzahl der aus den
Druckelementen gebildeten Reihen.
-
Zweckmäßigerweise wird jeweils eine gleich große Anzahl von Druckelementen
in einer Matrix zusammengefaßt. Insbesondere ist es günstig, wenn die Anzahl der
Matrizen gleich ist dem Quotienten aus der Anzahl der Zeichenplätze der Zeile und
der Anzahl der Spaltenleitungen jeder Matrix.
-
Eine besonders einfache Ansteuerung der Matrix wird erreicht, wenn
die Anzahl der Zeilenleitungen gleich ist der Anzahl der möglichen Punkte eines
Zeichenplatzes in horizontaler Richtung.
-
Eine vorteilhafte Aus führungs form der Schaltungsanordnung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten Verstärker einen Umschalter enthalten, mit dem beim
entsprechenden Zyklus an ersten Anschlüssen der über die Spaltenleitung angeschlossenen
Druckelemente in einer Ansaugphase für die Tinte eine Arbeitsspannung und in einer
Ausstoßphase ein Bezugspotential anlegbar ist und daß die zweiten Verstärker einen
Schalter enthalten, mit dem an zweite Anschlüsse der an die entsprechende Zeilenleitung
angeschlossenen Druckelemente bei der Darstellung eines Punkts ein Bezugspotential
anlegbar ist.
-
Zur zyklischen Ansteuerung der einzelnen Spaltenleitungen der Matrizen
ist es vorteilhaft, wenn die ersten Verstärker Verknüpfungsglieder enthalten, die
der Ansaugphase und der Ausstoßphase zugeordnete Signale mit einem den Zyklus bestimmenden
Signal verknüpfen.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der ersten Verstärker wird dadurch
erreicht, daß als Umschaltelemente zwei Transisto-
ren des einander
entgegengesetzten LeitiAhigkeitstyps vorgesehen sind, von denen an einem die Arbeitsspannung
und am anderen das Bezugspotential anliegt und an deren Verbindungspunkt die einander
entsprechenden Spalten leitungen angeschlossen sind.
-
Um die an den Zeilen- und Spaltenleitungen angeschlossenen Druckelemente
so einstellen zu können, daß sie jeweils Tintentröpfchen gleicher Qualität ausstoßen,
ist es vorteilhaft, wenn die Druckelemente jeweils über einen abgleichbaren Widerstand
zwischen einer Zeilenleitung und einer Spaltenleitung angeschlossen sind.
-
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung
anhand von Zeichnungen beschrieben.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein als Tintendruckelement ausgebildetes Druckelement,
Fig. 2 eine Anordnung einer Vielzahl von Druckelementen in mehreren Reihen, Fig.
3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Ansteuern der Druckelemente,
Fig. 4 Zeitdiagramme von den Druckelementen zugeführten Ansteuersignalen, Fig. 5
ein Schaltbild eines ersten und eines zweiten Verstärkers.
-
Das in Fig. 1 dargestellte Druckelement, das als Tintendruckelement
ausgebildet ist, enthält ein Kunststoffteil K, in dem ein Düsenkanal DK vorgesehen
ist. Auf der einen Seite ist der Düsenkanal DK über eine Zuleitung Z mit einem Tintenvorratsbehälter
verbunden. Auf der anderen Seite wird der Düsenkanal DK durch eine Düsenplatte DP
abgeschlossen, die eine Düse D aufweist. Der Düsenkanal DK wird teilweise von einem
piezokeramischen Wandler P konzentrisch umschlossen. Der Wandler P weist zwei Elektroden
El und E2 auf. Beim Anlegen einer Spannung an die beiden Elektro-
den
Ei und E2 wird im Düsenkanal DK eine Stoßwelle erzeugt und aus der Düse D wird ein
Tintentröpfchen zu einem Aufi zeichnungsträger ausgestoßen.
-
Unter Verwendung von vielen, beispielsweise 500 bis 2000 derartiger
Druckelementen ist es möglich, eine Druckeinrichtung mit hoher Druckgeschwindigkeit
von ca. 40 000 Zeichen pro Sekunde aufzubauen. Die einzelnen Zeichen werden unter
Verwendung der Druckelemente aus einzelnen Punkten gebildet, die innerhalb der vorgesehenen
Zeichenplätze matrixförmig angeordnet sind.
-
Bei der Darstellung in Fig. 2 wird angenommen, daß mit Hilfe einer
Druckeinrichtung Zeichen zeilenweise parallel auf einen Aufzeichnungsträger gedruckt
werden sollen. Jede Zeile weist 160 Zeichenplätze auf, an denen die Zeichen abdruckbar
sind. Die Druckeinrichtung enthält 1120 Druckelemente, die in sieben parallelen
Reihen angeordnet sind.
-
Die Druckelemente jeder Reihe weisen eine gemeinsame Düsenplatte DP1
bis DP7 auf. Innerhalb der Düsenplatten DP1 bis DP7 sind die einzelnen Düsen D in
einem Abstand voneinander angeordnet, der gleich ist dem Abstand der Zeichenplätze
auf dem Aufzeichnungsträger. Falls der Aufzeichnungsträger D während des Druckvorganges
kontinuierlich bewegt wird, müssen wegen des Zeitmultiplexverfahrens die Düsen D
sägezahnförmig angeordnet werden. Die einzelnen Düsen D weisen in vertikaler Richtung
voneinander einen Abstand auf, der gleich ist einem ganzzahligen Vielfachen eines
Zeilenabstands, vorzugsweise gleich ist einem Zeilenabstand. Die Düsenplatten DPl
bis DP7 sind in Zeilenrichtung jeweils um einen Abstand gegeneinander versetzt angeordnet,
der gleich ist dem horizontalen Abstand zwischen zwei Rasterpunkten eines Zeichens.
-
Mit Hilfe der Druckeinrichtung werden die Zeichen beispielsweise in
einem aus 7x9 Rasterpunkten gebildeten Raster auf den Zeichenplätzen dargestellt.
Die Anzahl der Düsenplat-
ten DP ist gleich der Anzahl der Rasterpunkte
in horizontaler Richtung, im vorliegenden Fall 7. Die Anzahl der Düsenplatten in
vertikaler Richtung ergibt sich aus dem Abstand der Rasterpunkte unter Berücksichtigung
von beispielsweise drei fiktiven Rasterpunkten für einen Abstand zwischen den Zeilen.
-
Die jeweils untereinander benachbart angeordneten Düsen D werden gleichzeitig
betätigt, so daß jeweils Punkte von sieben untereinander angeordneten Zeichen gleichzeitig
gedruckt werden. In Zeilenrichtung werden die untereinander angeordneten Zeichen
entsprechend einem Zeitmultiplexverfahren gedruckt. Beispielsweise werden jeweils
gleichzeitig zunächst Punkte von den an den ersten, elften, 21.
-
bis 151. Zeichenplätzen jeder Zeile abzudruckenden Zeichen gedruckt.
Anschließend werden Punkte von den an den zweiten, zwölften, 22. bis 152. Zeichenplätzen
jeder Zeile abzudruckenden Zeichen gedruckt usw.
-
Unter der Annahme, daß sich der Aufzeichnungsträger bei der in Fig.
2 dargestellten Druckeinrichtung von unten nach oben bewegt, sind die Zeichen erst
dann vollständig gedruckt, wenn sie unter den Düsen D1 bis D160 der DUsenplatte
DP1 hervortreten.
-
Jedes Druckelement ist einer Spalte des Zeichenrasters zugeordnet.
Die in der Düsenplatte DP1 angeordneten Düsen D1 bis D160 erzeugen jeweils die Punkte,
in den ersten Spalten des Zeichenrasters. In entsprechender Weise erzeugen die in
der Düsenplatte DP2 enthaltenen Düsen D161 bis D320 jeweils die in der zweiten Spalte
des Zeichenrasters angeordneten Punkte und die in der Düsenplatte DP7 angeordneten
Düsen D961 bis Dz 120 jeweils die Punkte in den letzten Spalten der Zeichenraster.
-
Die maximale Frequenz für die Erzeugung der Tintentröpfchen beträgt
zur Zeit ca. 3 kHz. Für die Ansteuerung des
piezokeramischen Wandlers
P sind Impulse mit einer Impulsdauer. yon ca. 3Q a erforderlich. Die Erholzeitdauer
zwischen zwei Betätigungen des Wandlers P beträgt ca. 270 es.
-
Diese Erholzeitdauer bestimmt im wesentlichen die maximale Frequenz
der Tintentröpfchen. Die Erholzeitdauer ist erforderlich, um die durch den Impuls
im Düsenkanal DK erzeugten Druckschwingungen abklingen zu lassen. Die Erholzeitdauer
zwischen zwei Betätigungen desselben Druckelements kann ausgenützt werden, um inzwischen
beispielsweise neun weitere Druckelemente zeitlich nacheinander entsprechend einem
Zeitmultiplexverfahren zu betätigen.
-
Für die Ansteuerung der Druckelemente ist es vorteilhaft, wenn diese
in mehrere Matrizen zusammengefaßt werden. Die Spaltenleitungen der Matrizen werden
entsprechend dem Zeitmultiplexverfahren zeitlich nacheinander aktiviert, so d'aß
jedes Druckelement erst nach seiner Erholzeitdauer wieder betätigt wird. Den Zeilenleitungen
der Matrix werden die den entsprechenden Punkten der Zeichen zugeordneten Signale
jeweils parallel zugeführt. Die Anzahl der Spaltenleitungen ergibt sich aus der
Erholzeitdauer und der Impulsdauer der die Druckelemente ansteuernden Signale. Die
Anzahl der Zeilenleitungen ist zweckmäßigerweise gleich der Anzahl der Rasterpunkte
eines Zeichenplatzes in horizontaler Richtung und damit vorzugsweise auch gleich
der Anzahl der aus den Druckelementen gebildeten parallelen Reihen, d.h. der Anzahl
der Düsenplatten DP.
-
Bei der Darstellung in Fig. 3 sind die Druckelemente T1 bis T1120
für die Ansteuerung schaltungstechnisch in .16 Matrizen M1 bis M16 zusammengefaßt.
Die Druckelemente T1 bis T1120 haben die in Fig. 2 dargestellten Düsen D1 bis D1120.
-
Die Druckelemente T1 bis T1120 sind jeweils mit einer Zeilenleitung
Z und einer Spaltenleitung S verbunden. Im vorliegenden Fall entnalten die Matrizen
M1 bis M16 jeweils zehn Spaltenleitungen.SP. Da jede Zeile 160 Zeichenplätze aufweist,
ergibt sich die Anzahl der Matrizen Ml bis M16
aus dem Quotienten
aus dieser Anzahl von Zeichenplätzen und der Anzahl der Spaltenleitungen SP jeder
MAtrix. Die Zeilenleitungen Z der Matrizen MA bis M16 sind mit den Ausgängen von
112 Verstärkern H1 bis H112 verbunden. Eingangsseitig liegen an diesen Verstärkern
H Signale an, die den von den Druckelementen T abzudruckenden Punkten zugeordnet
sind.
-
Jeweils einander entsprechende Spalten leitungen SP der Matrizen M
sind mit jeweils einem Ausgang eines Verstärkers V1 bis V70 verbunden. Diese Verstärker
V werden entsprechend einem Zeitmultiplexverfahren zeitlich nacheinander aktiviert,
so daß in jeder Matrix M in zyklischer Reihenfolge die mit den entsprechenden Spaltenleitungen
SP verbundenen Druckelemente T betätigbar sind. Entsprechend der zyklischen Reihenfolge
der Aktivierung der einzelnen Spaltenleitungen SP werden den Verstärkern H ebenfalls
entsprechend einem Zeitmultiplexverfahren die Signale zugeführt, die von den mit
den entsprechend aktivierten Spaltenleitungen SP verbundenen Druckelementen abzudruckenden
Punkten zugeordnet sind.
-
Durch die matrixförmige Ansteuerung der Druckelemente T sind anstelle
von 1120 Verstärkern nur 122 Verstärker, nämlich 112 Verstärker H und 10 Verstärker
V erforderlich.
-
Durch die parallele Ansteuerung der Zeilen leitungen Z durch die Verstärker
H und durchdie serielle Ansteuerung der Spaltenleitungen SP durch die Verstärker
V können in zehn Zyklen, beispielsweise mit einer gesamten Zeitdauer von 300 s,
alle 1120 Spritzeinrichtungen betätigt werden. Die Verstärker V und H sind mit einer
Steuerstufe verbunden, die einerseits zeitlich nacheinander die Verstärker V1 bis
V10 auswählt und die gleichzeitig an die Verstärker H diejenigen Signale anlegt,
die für die Betätigung der mit den entsprechenden Spalten leitungen SP verbundenen
Druckelemente T erforderlich sind.
-
Bei den in Fig. 4 dargestellten Zeitdiagrammen sind in Abszissenrichtung
die Zeit t und in Ordinatenrichtung die Momentanwerte von anoden Druckelementen
T anliegenden Spannungen dargestellt. Die exponentiellen Spannungsverläufe an den
ansteigenden und abfallenden Flanken wurden stark vereinfacht als Geraden dargestellt.Es
wird dabei davon ausgegangen, daß die Ansteuerung der Wandler P in den Druckelementen
T durch unipolare Signale erfolgt. Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Ansaugphase der
mit den ersten Spaltenleitungen SP1 jeder Matrix verbundenen Druckelemente T. Die
Ansaugphase ist zum Zeitpunkt t2 beendet. Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 erfolgt
die Ausstoßphase für das Tintentröpfchen. Anschließend folgt bis zum Zeitpunkt t8
die Erholzeitdauer des Druckelements T, in dem die im Düsenkanal DK erzeugten Druckschwingungen
abklingen. Anschließend beginnt zum Zeitpunkt t8 der gleiche Vorgang wie zum Zeitpunkt
t1. Während der Erholzeitdauer werden die mit den weiteren Spaltenleitungen SP der
Matrizen M verbundenen Druckelemente T zeitlich nacheinander durch die Signale S2
bis S10 in entsprechender Weise zum Ausstoßen von Tintentröpfchen erregt.
-
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Schaltbild ist zwischen einer Spaltenleitung
SP und einer Zeilenleitung Z ein piezokeramischer Wandler P, der durch einen Kondensator
C dargestellt wird, über einen Widerstand R1 angeschlossen. Der Widerstand R1 ist
abgleichbar, it:im Tintentröpfchen gleicher Qualität zu erzeugen.
-
Der Verstärker V enthält eine Verstärkerstufe Al, der ein die zyklische
Reihenfolge des Auswählens des Verstärkers V zugeordnetes Auswahlsignal A zugeführt
wird. Beim Auftreten des Auswahlsignals A werden über die Verstärkerstufe Al zwei
UND-Glieder G1 und G2 freigegeben. Ein die Ansaugphase festlegendes Signal AN wird
dann über das UND-Glied Gl zu einem Transistor T1 durchgeschaltet, wodurch der Transistor
Tl und T2 leitend gesteuert werden. Wenn
das durch den Kondensator
C dargestellte Druckelement T betätigt werden soll, um einen Punkt zu drucken, wird
dem Verstärker H ein entsprechendes Datensignal DS zugeführt.
-
Der Verstärker H enthält eine Verstärkerstufe A2, die einen Transistor
T3 leitend steuert. Der Kondensator C wird dann über die Widerstände R1 und R4 mit
der Zeitkonstante tC aufgeladen. Anschließend wird das Signal AN beendet.
-
Während der Ausstoßphase des Tintentröpfchens erzeugt die Steuereinheit
ein Signal AS, das über das UND-Glied G2 den Transistor T4 leitend steuert. Der
Kondensator C wird ber den Widerstand R1 und die Diode DI mit der Zeitkonstante
tD entladen. Gleichzeitig wird vom Druckelement T ein Tintentröpfchen ausgestoßen.
-
Falls von einem mit der erregten Spaltenleitung SP verbundenen Druckelement
T kein Tintentröpfche ausgestoßen werden soll, bleibt durch ein entsprechendes Datensignal
DS der Transistor T3 in der Ansaugphase gesperrt und auch die Diode DI bleibt gesperrt,
so daß der Kondensator C nicht aufgeladen werden kann.
-
Die Transistoren T2 und T4 sind vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
und über sie erfolgt die Aufladung bzw. die Entladung des Kondensators C. Die Basen
der Transistoren T1, T3 und T4 sind jeweils über Widerstände mit einer Betriebsspannung
UB verbunden.
-
Mit Hilfe der Schaltungsanordnung ist es nicht nur möglich, Zeichen
wie alphanumerische Zeichen und Sonderzeichen durch die Punkte darzustellen. Selbstverständlich
ist es auch möglich, entsprechend einer Faksimileübertragung graphische Muster darzustellen.
-
10 Patentansprüche 5 Figuren
Leerseite