DE69503082T2 - Leistungssteuersystem für einen Drucker - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannungssteuerungssystem mit hoher Geschwindigkeit, Effektivität und Genauigkeit für einen Tintenstrahldrucker.
• Beim Thermotintenstrahldrucken werden Tintentröpfchen selektiv in Übereinstimmung mit digitalen Befehlen aus einer Vielzahl von Tröpfchenausstoßvorrichtungen in einem Druckkopf ausgestoßen, um ein gewünschtes Bild auf einer Oberfläche zu erzeugen. Der Druckkopf umfaßt typischerweise eine lineare Anordnung von Ausstoßvorrichtungen, um die Tinte auf ein Blatt zu übertragen. Der Druckkopf kann sich dabei relativ zu der Oberfläche vor- und zurückbewegen, um zum Beispiel Zeichen zu drucken; die lineare Anordnung kann sich aber auch "ber die ganze Breite eines Blattes erstrecken (z.B. eines Blattes aus Normalpapier), das sich relativ zu dem Druckkopf bewegt. Die Ausstoßvorrichtungen umfassen typischerweise Düsen bildende Kapillarkanäle oder andere Tintenkanäle, die mit einem oder mehreren gemeinsamen Verteilern verbunden sind. Tinte aus dem Verteiler wird in jedem Kanal gehalten, bis der Tintenkanal in Antwort auf ein entsprechendes digitales Signal schnell durch ein im Kanal angeordnetes Heizelement erhitzt wird und verdampft. Diese schnelle Verdampfung der Tinte erzeugt eine Blase, die dafür sorgt, daß eine Menge an Tinte durch die Düse auf das Blatt ausgestoßen wird.
• US-A-5 223 853 gibt ein System an, mit dem Tintentröpfchen einer gleicher Größe aus einem Thermotintenstrahldruckkopf unabhängig von der Ausgangstemperatur der flüssigen Tinten im Druckkopf ausgestoßen werden. Einer der wichtigsten Faktoren für die Bildqualität bei einem Tintenstrahldrucker ist die Punktgröße der einzelnen Tröpfchen der aus dem Druckkopf ausgestoßenen Tinte, wobei die Temperatur der flüssigen Tinte vor dem Ausstoßen wiederum einen wichtigen Faktor für das Bestimmen der Punktgröße der einzelnen Tröpfchen darstellt. Das System von US-A-5 223 853 arbeitet mit dem Prinzip, daß es zuerst die Temperatur der flüssigen Tinte im Druckkopf mißt und dann in Antwort auf die gemessene Temperatur im Druckkopf eine optimale Kombination aus Leistung (typischerweise Spannung) und Impulsdauer für das Heizelement vorsieht, das verwendet wird, um die flüssige Tinte zu verdampfen und deren Ausstoßen aus dem Druckkopf zu verursachen. Um ein Überheizen des Druckkopfchips oder eine Koagulierung der Tinte im Druckkopf zu vermeiden und aus anderen praktischen Gründen muß eine ausgewählte Impulsdauer mit einem entsprechenden Leistungspegel und umgekehrt ein Leistungspegel mit einer entsprechenden Impulsdauer kombiniert werden. Für die gemessene Temperatur wird in diesem System eine optimale Kombination von Amplitude und Pulsbreite vorgesehen, im Gegensatz zu einem System, das nur die Eingabe der einen oder der anderen steigert oder vermindert.
• In einer typischen Konfiguration eines Thermotintenstrahldruckers, einer linearen Anordnung von Ausstoßvorrichtungen, weist eine Ausführungsform 128 Ausstoßvorrichtungen auf, jeweils 12 auf einen Millimeter (300 auf ein Zoll), wobei die Anordnung über ein Blatt bewegt wird, auf das das Bild gedruckt werden soll. Die Ausstoßvorrichtungen werden in Übereinstimmung mit dem gewünschten Bild jeweils gleichzeitig in Gruppen von vier Ausstoßvorrichtungen in der Anordnung aktiviert, während die Anordnung selbst sich über das Blatt bewegen kann. Auf diese Weise kann in einigen Situationen alle 4 Millisekunden ein Satz von Ausstoßvorrichtungen aktiviert werden. Um ein wie in US-A-5 223 853 angegebenes Steuerungssystem für die Punktgröße zu entwickeln, muß ein System, das die optimale Kombination aus Leistung und lmpulsdauer vorsieht, in der Lage sein, auf sehr schnelle Veränderungen der Temperatur der flüssigen Tinte im Druckkopf zu reagieren, insbesondere wenn die Tätigkeit des Druckkopfs selbst die Hauptursache für die Veränderungen der Temperatur der flussigen Tinte ist. In einer realistischen praktischen Anwendung kann sich die Temperatur der flüssigen Tinte im Druckkopf innerhalb von 200 Mikrosekunden beträchtlich andern. Da weiterhin die notwendige Kombination aus Spannung und lmpulsdauer für eine Temperatur ganz anders als die für eine "benachbarte" Temperatur sein kann, kann es erforderlich sein, daß das Steuerungssystem die Spannung abrupt ändern muß, zum Beispiel schrittweise mit einer minimalen Übergangszeit von 38 auf 41 Volt.
• Zusätzlich zu den Problemen, die durch eine Zeitverzögerung gegeben sind die mit herkömmlichen Spannungsversorgungseinrichtungen, wie der in US-A-5 223 856 verwendeten, verbunden sind, die eine Spannung typischerweise nicht mit mehr als 1 Volt pro Millisekunde verändern kann, besteht auch noch das Problem, daß derartige Leistungsversorgungen mit dem Prinzip des "Wegwerfens von Spannung" arbeiten, wenn eine plötzlich eine kleinere Spannung benötigt wird. Wenn die Spannung durch eine analoge Schaltung reduziert wird, wird die Leistung, die nicht in der Form einer Spannung ausgegeben wird, als Hitze abgeleitet. Wenn eine derartige Hitze in Komponenten wie teilweise angeschalteten Leistungstransistoren erzeugt wird, kann die Funktion dieser Komponenten beeinträchtigt werden, so daß eine teuere Kühlungseinrichtung erforderlich ist, um die Hitze effektiv zu beseitigen. Aus diesen Gründen besteht Bedarf für ein Leistungsversorgungssystem, das schnell reagieren kann und das entsprechende erforderliche Spannungspegel vorsehen kann, ohne daß ein Hitzeüberschuß in den Komponenten erzeugt wird, deren Funktion oder Verläßlichkeit extrem von der Temperatur abhängig ist.
• Im Stand der Technik gibt US-A-5 017 948 ein Steuerungssystem für einen Tintenstrahldrucker an, in dem die an den Heizelernenten angelegte Spannung als eine Funktion der Anzahl der zu einem Zeitpunkt aktivierten Heizelemente angepaßt wird.
• US-A-5 083 137 gibt ein Steuerungssystern für einen Tintenstrahldrucker an, mit dem die an den Heizelementen angelegte Spannung durch einen Vergleicher mit einer Bezugsspannung verglichen wird, wobei die Ausgabe des Vergleichers am Gate eines PMOS-Treibers angelegt wird, der die Heizelemente betreibt.
• Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges Steuerungssystern zum Variieren der an den Heizelementen eines Druckers angelegten Spannung anzugeben.
• Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges Steuerungssystem anzugeben, das die an den Heizelementen angelegte Spannung mit einer hohen Operationsgeschwindigkeit variieren kann.
• In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Spannungssteuerungssystern für eine Drucker angegeben, der wenigstens ein Heizelement zum Erzeugen von Punkten aufweist, wobei das Steuerungssystem eine Spannungsversorgung enthält und durch ein Vielzahl von in Reihe geschalteten Schaltern gekennzeichnet ist, wobei ein erster aus der Vielzahl von Schaltern mit der Spannungsversorgung und ein letzer aus der Vielzahl von Schaltern mit dem wenigstens einen Heizelement verbunden ist, wobei wenigstens einer aus der Vielzahl von Schaltern einen ersten Pfad und einen zweiten Pfad zwischen der Spannungsversorgung und dem wenigstens einen Heizelement definiert, wobei der erste Pfad und der zweite Pfad verschiedene Spannungsabfälle aufweisen, sowie durch eine mit der Vielzahl von Schaltern verbundene Steuerung gekennzeichnet ist, wobei die Steuerung die Vielzahl von Schaltern selektiv aktiviert, um einen der ersten und zweiten Pfade zu bestimmen und dadurch eine aus der Vielzahl von vorbestimmten Spannungen an dem wenigsten einen Heizelement anzulegen.
• Die Erfindung sieht auch ein Steuerungssystem für einen Drucker mit wenigstens einem Heizelement zum Erzeugen von Punkten vor, wobei das Steuerungssystem eine Spannungsversorgung umfaßt, wobei eine Vielzahl von Schaltern in Serie geschaltet ist, ein erster aus der Vielzahl von Schaltern mit der Spannungsversorgung verbunden ist, wenigstens ßeiner aus der Vielzahl von Schaltern einen ersten und einen zweiten Pfad definiert, wobei der erste Pfad den wenigstens einen Schalter enthält und der zweite Pfad dazu parallel ist und den Schalter umgeht, wobei der erste Pfad und der zweite Pfad unterschiedliche Spannungsabfälle aufweisen, ein letzter der Schalter mit dem wenigstens einen Heizelement verbunden ist, und wobei eine Steuerung mit der Vielzahl von Schaltern verbunden ist, wobei die Steuerung selektiv wenigstens einen aus der Vielzahl von Schaltern schaltet,- um einen der Pfade auszuwählen und dadurch eine aus der Vielzahl von Spannungen, die durch die Spannungsquelle und die Pfade definiert werden, an dem wenigstens einen Heizelement anzulegen.
• Einem anderen Aspekt zufolge, sieht die Erfindung ein Steuerungssystem für einen Drucker mit wenigstens einem Druckkopf vor, wobei der wenigstens eine Druckkopf ein Heizelement zum Erzeugen von Punkten aufweist, wobei das Steuersystem eine Spannungsversorgung aufweist, ein Schalter mit der Spannungsversorgung verbunden ist, wenigstens eine entsprechende Stufe zwischen dem Schalter und. dem wenigstens einen Druckkopf geschaltet ist, die wenigstens eine entsprechenden Stufe einen ersten Pfad und einen zweiten Pfad aufweist, wobei der erste und der zweite Pfad unterschiedliche Spannungsabfälle aufweisen, und wobei eine Steuerung mit dem Schalter und der wenigstens einen Stufe verbunden ist, wobei die Steuerung selektiv den Schalter und die wenigstens eine Stufe aktiviert, um eine Spannung aus der Spannungsversorgung an der wenigstens einen entsprechenden Stufe anzulegen und um den ersten Pfad und den zweiten Pfad der wenigstens einen entsprechenden Stufe zu aktivieren, um die durch den Spannungsabfall verminderte Spannung eines aktivierten Pfades der wenigstens einen entsprechenden Stufe an dem wenigstens einen Heizelement anzulegen, das in dem wenigstens einen Druckkopf enthalten ist.
• Das Steuerungssystem ermöglicht die Variation der an den Heizelementen eines Druckers angelegten Spannung auf der Basis der Temperatur des Druckkopfs, um eine konstante Punktgröße aufrechtzuerhalten.
• Das Steuerungssystem erfordert keine Transistorsteuerung der an den Heizelementen angelegten Spannung, um eine durch die Spannung erzeugte übermäßige Hitze in Komponenten zu verhindern, die die Funktion oder Verläßlichkeit der Komponenten beeinträchtigen kann, wenn keine externe Kühlvorrichtung vorgesehen ist.
• Das Steuerungssystem kann auch separat die an den in jeder aus einer Vielzahl von Druckköpfen in einem Drucker enthaltenen Heizelementen angelegte Spannung variieren.
• Das Steuerungssystem benötigt keine Digital-Analog-Umsetzer oder Leistungstransistoren, um die Amplitude des an den Heizelementen angelegten Impulses zu steuern.
• In Zusammenfassung läßt sich sagen, daß die vorliegende Erfindung ein Steuerungssystem für einen Drucker mit mindestens einem Heizelement zum Erzeugen von Punkten umfaßt. Eine Spannung wird an einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Schaltern angelegt. Wenigstens einer der Schalter definiert einen ersten Pfad oder einen zweiten Pfad mit jeweils einem unterschiedlichen Spannungsabfall. Eine mit den Schaltern verbundene Steuerung aktiviert die Schalter selektiv, um eine aus einer Vielzahl von vorbestimmten Spannungen an dem wenigstens einen mit einem letzten der Schalter verbundenen Heizelement anzulegen.
• Diese und andere Aspekte und Vorteile werden durch die folgende ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen verdeutlicht, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, in denen gleiche Bezugszeichen identische Elemente bezeichnen, wobei
• Fig. 1 eine seitliche Querschnittansicht einer Düse eines Tintenstrahldruckkopfs ist,
• Fig. 2 ein schematisches Diagramm ist, das ein Steuerungssystem zum Anlegen einer konstanten Spannung an einem Druckkopf zeigt,
• Fig. 3 ein schematisches Diagramm ist, das das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung zeigt,
• Fig. 4 ein schematisches Diagramm ist, das eine Ausführungsform mit mehreren Druckköpfen der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Fig. 1 ist ein seitliche Teilquerschnittansicht einer Ausstoßvorrichtung 10 für einen einzigen Tropfen in einem Tintenstrahldruckkopf, einer aus einer großen Vielzahl von derartigen Ausstoßvorrichtungen, wie sie in einer Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfs vorzufinden sind. Typischerweise sind derartige Ausstoßvorrichtungen mit geeigneten Abmessungen in einer linearen Anordnung von 12 oder mehr Ausstoßvorrichtungen pro mm (300 oder mehr Ausstoßvorrichtungen pro Zoll) angeordnet. Für die vorliegende ausführliche Beschreibung wird ein Siliziumglied mit einer Vielzahl von Kanälen für die Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tröpfchen verwendet, das allgemein als "Matrizenmodul" oder "Chip" bezeichnet wird und hier mit dem Bezugszeichen 5 angegeben ist. In gegenwärtigen gebräuchlichen Konstruktionen wird typischerweise ein Chip wie der durch das Bezugszeichen 5 angegebene mit bis zu 128 Ausstoßvorrichtungen 10 verwendet, wobei 12 oder mehr von diesen pro mm (300 oder mehr pro Zoll) angeordnet sind. Bei Konstruktionen mit mehreren Chips kann jeder Chip seinen eigenen Tintenvorratsverteiler enthalten, wobei sich auch mehrere Chips einen gemeinsamen Tintenvorratsverteiler teilen können.
• Jede Ausstoßvorrichtung 10 enthält einen Kapillarkanal 12, der in einer Öffnung 14 endet. Der Kanal 12 hält immer eine Menge an Tinte 16, die in dem Kapillarkanal 12 gehalten wird, bis ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Jeder aus der Vielzahl von Kapillarkanälen 12 wird aus einem Tintenvorratsverteiler (nicht gezeigt) mit Tinte versorgt. Der Kanal 12 wird typischerweise durch eine Wand aus mehreren Schichten definiert. Bei der gezeigten Ausstoßvorrichtung wird der Hauptteil des Kanals 12 durch eine an isotropisch geätzte Rille in einem oberen Substrat, das aus einem kristallinen Silizium hergestellt ist, definiert. Das obere Substrat 18 grenzt an eine Dickfilmschicht 20 an, die wiederum an ein unteres Siliziumsubstrat angrenzt.
• Zwischen die Dickfilmschicht 20 und das unteren Substrat 22 sind elektrische Elemente gepackt, die das Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus dem Kapillarkanal 12 verursachen. In einer durch eine Öffnung in der Dickfilmschicht 20 gebildeten Vertiefung 24 befindet sich ein Heizelement 26. Das Heizelement 26 wird typischerweise durch eine Schutzschicht aus zum Beispiel Tantal mit einer Dicke von 0,5 Mikrometer geschützt. Das Heizelement 26 ist elektrisch mit einer Adreßelektrode 30 verbunden. Jede aus der großen Vielzahl von Ausstoßvorrichtungen 10 in einem Druckkopf weist ein eigenes Heizelement 26 und eine individuelle Adreßelektrode 30 auf, die selektiv durch die Steuerschaltung gesteuert werden, wie weiter unten im Detail erläutert wird. Die Adreßelektrode 30 wird typischerweise durch eine Passivierungsschicht 32 geschützt.
• Wenn ein elektrisches Signal an der Adreßelektrode 30 angelegt wird und das Heizelement 26 mit Energie versorgt wird, wird die flüssige Tinte direkt neben dem Element 26 schnell auf den Verdampfungspunkt aufgeheizt, wodurch eine Blase 36 aus verdampfter Tinte erzeugt wird. Die Kraft der sich ausbreitenden Blase 36 verursacht, daß ein Tintentröpfchen 38 aus der Öffnung 14 auf die Oberfläche eines Blattes ausgestoßen wird. Das "Blatt" entspricht der Oberfläche, auf der die Marke oder der Punkt durch das Tröpfchen aufgetragen werden soll, und kann zum Beispiel ein Papierblatt oder eine transparente Folie sein.
• Das Wirken der Energie auf die flüssige Tinte in dem Kapillarkanal 12, um deren Ausstoß zu verursachen, kann durch die durch das Heizelernent 26 zu Wärmeenergie umgesetzte elektrische Energie über eine von zwei Variablen -gesteuert werden: erstens über die am Heizelement 26 angelegte Spannung und zweitens über die Zeitdauer des Spannungsimpulses, der das Ausstoßen des Tröpfchens 38 verursacht. Die minimale am Heizelement 26 angelegte Spannung, die das Ausstoßen des Tröpfches 38 bewirkt, wird als "Schwellenspannung" bezeichnet. Die am Heizelement 26 angelegte Spannung muß größer sein als die Schwellenspannung, wenn die am Heizelement 26 angelegte Spannung jedoch übermäßig größer ist als die Schwellenspannung, bedeutet dies nicht nur eine Energieverschwendung beim Betreiben des Druckkopfs. Die übermäßige Energie verursacht nämlich letztendlich eine Überhitzung des Druckkopfs, so daß die Temperatur der flüssigen Tinte im Druckkopf erhöht wird, was wiederum die Punktgröße beeinflußt. Weiterhin verkürzt eine übermäßige Spannung die Lebenszeit des Druckkopfs beträchtlich oder verursacht auf katastrophale Weise einen offenen Stromkreis im Heizelement. Ähnliche Temperatur- und Verschleißprobleme können aus einer übermäßigen Dauer der am Heizelement 26 angelegten Spannungsimpulse verursacht werden.
• Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Steuerungssystems zum Anlegen einer Spannung an Heizelementen eines Druckkopfs. Das herkömmliche System kann lediglich eine konstante, nicht variierende Spannung am Druckkopf anlegen. Bei diesem herkömmlichen Steuerungssystem liefert eine Brennspannungsversorgung 40 eine konstante Spannung, typischerweise ungefähr 38 Volt, an einen Regler 42 und an einen Transistor 48. Der Regler 42 gibt ein konstantes 5-Volt-Signal aus, das in die Steuerung 44 und in einige andere Schaltungen (nicht gezeigt) eingeht. Der Transistor 48 ist typischerweise ein sehr kleiner Leistungstransistor, da er wenig Leistung ableitet. Die Steuerung 44 steuert die am Druckkopf angelegte Spannung, indem sie selektiv Signale am Gate des Transistors 46 anlegt, die Transistoren 46 und 48 anschaltet und auf diese Weise die Spannung aus der Brennspannungsversorgung 40 mit einem geringen Spannungsabfall über den Transistor 48 am Druckkopf anlegt. Dieses Steuerungssystern ist in der Lage, die am Druckkopf angelegte Spannung aus der Brennspannungsversorgung 40 zu variieren.
• Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm des Steuerungssysterns in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Elemente von Fig. 3, die mit den in Fig. 2 gezeigten identisch sind, funktionieren in derselben Weise. Die in Fig. 3 gezeigte vorliegende Erfindung ist jedoch in der Lage, eine aus einer Vielzahl von vorbestimmten Spannungen. an. dem wenigstens einen im Druckkopf 58 enthaltenen Heizelelement 26 anzulegen. Diese separaten Steuerleitungen erstrecken sich von der Steuerung 44 und sind mit den Gates der Transistoren 46 verbunden. Die sich von der Steuerung 44 erstreckende Leitung 1 schaltet den Transistor 48 an und aus, um das Anlegen einer Spannung am Druckkopf 48 zu steuern. Die Leitungen 2 und 3 dienen dazu, die Transistoren 52 und 53 anzuschalten, die mit dem Transistor 48 in Reihe geschaltet sind. Jeder der Transistoren 48, 52 und 53 weist einen Spannungsabfall von ungefähr 6 Volt auf.
• Wenn also alle Transistoren 48, 52 und 53 an sind, wird eine maximale Spannung am Druckkopf 58 gleich der Spannungsausgabe aus der Brennspannungsversorgung 40 minus 1,8 Volt, 0,6 Volt für jeden der in dieser Ausführungsform verwendet Transistoren 48, 52 und 53, angelegt. Es könnten jedoch mehr Transistoren verwendet werden, die mit den gezeigten Transistoren in Reihe geschaltet sind, um mehr Spannungsschritte vorzusehen, wobei eine Brennspannungsversorgung 40 erforderlich ist, die eine höhere Spannung ausgibt.
• Die Transistoren 52 und 53 können durch die Steuerung 44 über die Leitungen 2 und 3 selektiv an- und ausgeschaltet werden, um verschieden gestufte Spannungen am Druckkopf 58 anzulegen. Zum Beispiel kann die Steuerung 44 den mittleren Transistor 46 in Fig. 3 und den Transistor 52 ausschalten, während sie die Transistoren 48 und 53 angeschaltet läßt. Dabei ist die am Druckkopf 58 angelegte Spannung gleich der Spannungsausgabe aus der Brennspannungsversorgung 40 minus 0,6 Volt Spannungsabfall am Transistor 48 minus 1,2 Volt Spannungsabfall an den zwei Dioden 54 minus 0,6 Volt Spannungsabfall am Transistor 53. So ist die am Druckkopf 58 angelegte Spannung gleich der durch die Brennspannungsversorgung ausgegebenen Spannung minus 2,4 Volt. Alternativ dazu kann der Transistor 52 angeschaltet werden, während der Transistor 53 abgeschaltet wird. Dadurch ist die am Druckkopf angelegte Spannung gleich der durch die Brennspannungsversorgung 40 ausgegebenen Spannung minus 0,6 Volt Spannungsabfall am Transistor 48 minus 0,6 Volt Spannungsabfall am Transistor 52 minus dem Spannungsabfall an der Zenerdiode 56.
• Wenn eine andere Spannüngsstufe benötigt wird, können Dioden mit einem anderen Spannungsabfall oder eine andere Anzahl von Dioden für die Umgehung der Transistoren 52 oder 53 verwendet werden. Der Transistor 53 ist in Fig. 3 mit einer Zenerdiode 56 gezeigt, die den Transistor 53 umgeht. Die Zenerdiode wird verwendet, um einen größeren Spannungsabfall als die Dioden 54 vorzusehen und kann einen Spannungsabfall von ungefähr 3,0 Volt aufweisen. So definieren die beiden Transistoren 52 und 53 die zwei Pfade, je nachdem, ob die Transistoren 52 und 53 abgeschaltet sind. Der erste Pfad ist dann gegeben, wenn beide Transistoren 52 und 53 angeschaltet sind, wobei der erste Pfad durch die Transistoren 52 und 53 führt. Der zweite Pfad ist gegeben, wenn einer der Transistoren 52 und 53 ausgeschaltet ist, wobei der zweite Pfad jeweils durch die Dioden 54 oder die Zenerdiode 56 führt.
• Jeder der Transistoren 52 und 53 und jede der Dioden 54 oder die Zenerdiode 56 sowie der assozuerte Transistor 46 bildet eine Stufe, die das Anlegen von einem von zwei Spannungsabfällen am Signaleingang zum Druckkopf 58 ermöglicht. Die Schaltung von Fig. 3 zeigt zwei derartige Stufen, wobei die Erfindung derart modifiziert werden kann, daß eine beliebige Anzahl von zusätzlichen Stufen mit den vorhandenen Stufen in Reihe geschaltet werden kann, um zusätzliche Spannungsschritte zu erzeugen. Mit den zwei in Fig. 3 gezeigten Stufen können vier auswähl bare Spannungsschritte erzeugt werden. Außerdem kann die Anzahl der Dioden, die eine Stufe umgehen, variiert werden. Wenn zum Beispiel der Transistor 52 durch drei Dioden umgangen wird und auf diese Weise an- oder ausgeschaltet wird, variiert die am Druckkopf 58 angelegte Spannung um 1,2 Volt. Wenn der Transistor der zweiten Stufe 53 durch 5 Dioden 54 umgangen und auf diese Weise an- oder ausgeschaltet wird, variiert die am Druckkopf 58 angelegte Spannung um 2,4 Volt. Es ist dabei möglich vier Spannungsschritte von 0, 1,2, 2,4 und 3,6 Volt zu erzeugen, indem verschiedene Kombinationen des An- und Ausschaltens der Transistoren 52 und 53 verwendet werden. Durch Modifizieren der Fig. 3 und das Hinzufügen von mehr Stufen, können zusätzliche Anzahlen von Spannungsschritten möglich gemacht werden. Mit drei Stufen zum Beispiel können acht Schritte ermöglicht werden. Jede zusätzliche Stufe verdoppelt also die Anzahl der für den Druckkopf 58 verfügbaren Spannungsschritte.
• Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung weist den Vorteil auf, daß ein aufgrund des Varuerens des Spannungsabfalls in den ausgewählten Komponenten auftretender Leistungsverlust primär nicht in den Transistoren sondern statt dessen in den externen Dioden 54 oder 56 auftritt, die leichter mehr Hitze ableiten können als dies bei einem Leistungstransistor möglich wäre. Der Grund dafür liegt darin, daß die Funktion und die Verläßlichkeit der Diode weniger durch eine Operation mit hoher Temperatur beeinflußt wird, so daß eine Einrichtung zum Entfernen von Hitze aus den leistungsableitenden Dioden nicht so problematisch ist, wie das bei der Verwendung von Leistungstransistoren der Fall wäre. Dieses Steuerungssystem beseitigt also die Notwendigkeit eines Digital-Analog-Umsetzers, der bei einer kontinuierlichen Spannungssteuerung, wie der in US-A-5 223 853 gezeigten, erforderlich sein kann.
• Ein auf dem Druckkopf 58 angebrachter Thermistor 60 fühlt die Temperatur des Druckkopfs 58 ab und gibt ein der abgefühlten Temperatur entsprechendes Signal aus. Dieses Signal wird dann in die Steuerung 44 eingegeben, die selektiv die Transistoren 52 und 53 aktiviert, um variierende Spannungen an den im Druckkopf 58 enthaltenen Heizelementen 26 anzulegen. Durch das Abfühlen der Temperatur am Druckkopf 58 steuert die Steuerung die Transistoren 52 und 53 mit einer kleineres lmpulsbreite (ähnlich wie mit dem in US-A-5 223 853 beschriebenen Algorithmus), wenn die Temperatur des Druckkopfs 58 steigt, um eine konstante Punktgröße der durch die Heizelernente 26 erzeugten Punkte aufrechtzuerhalten. Das System reduziert auch den Ausfall, der auftritt, wenn Luft in die Ausstoßvorrichtungen 10 eindringt.
• Bei einigen Druckeranwendungen, werden mehr als ein Druckkopf (auch als Matrizen, Chips oder Patronen bezeichnet) in einem einzelnen Drucker verwendet. Derartige Anwendungen können Farbdrucker, Hochgeschwindigkeits-Schwarzweißdrucker oder Plotter sein. Es ist bei derartigen Anwendungen für die Druckqualität ausschlaggebend, daß die Größe der Punkte des Druckkopfs übereinstimmen. Außerdem können einzelne Druckköpfe unterschiedliche nominelle Tropfengrößen aufweisen, mit verschiedenen Temperaturen arbeiten oder unterschiedliche Schwellspannungen für das Drucken aufweisen. Deshalb gestattet die vorliegende Erfindung, wie weiter unten mit Bezug auf Fig. 4 erläutert, das individuelle Einstellen der an jeder aus einer Vielzahl von in einem Drucker enthaltenen Druckköpfen anzulegenden Spannung.
• Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform mit mehreren Druckköpfen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt. Elemente von Fig. 4, die mit den in Fig. 3 gezeigten identisch sind, funktionieren in derselben Weise. Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform legt jedoch separat eine aus einer Vielzahl von vorbestimmten Spannungen an wenigstens einem der in jedem aus der Vielzahl von Druckköpfen in einem Drucker enthaltenen Heizelemente 26 an.
• Die sich von der Steuerung 44 erstreckende Leitung 44 schaltet den Transistor 48 an und aus, um das Anlegen einer Spannung an den Druckköpfen 66 und 72 zu steuern. Jede der Stufen 62, 64, 68 und 70 enthält geeignete Transistoren und Dioden, die das Anlegen von vorbestimmten Spannungsabfällen an den zu den in den Druckköpfen 66 und 72 enthaltenen Heizelementen 26 geleiteten Signalen ermöglichen, wie oben mit Bezug auf Fig. 3 erläutert. Die Leitungen 1A, 1B, 2A und 2B sorgen dafür, daß in Stufe 1A oder 62, Stufe 1B oder 64, Stufe 2A oder 68 und Stufe 2B oder 70 jeweils einer von zwei vorbestimmten Spannungsabfällen angelegt wird. Auf diese Weise gestattet Fig. 4 das Anlegen von unterschiedlichen Spannungsabfällen an mehreren in einem Drucker enthaltenen Druckköpfen.
• Wie oben erläutert, gestattet die vorliegende Erfindung das selektive Anlegen von verschieden gestuften Spannungen in einer schnell zu verändernden Weise an den in einem Druckkopf 58 enthaltenen Heizelementen 26, wobei eine einfache Schaltung verwendet wird; bei der eine Leistungsabführung in externen Dioden auftritt, so daß keine großen Hitzesenken erforderlich sind, um die Punktgröße zu steuern, wenn sich die Temperatur im Druckkopf verändert. Außerdem kann das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um sich Druckköpfen mit unterschiedlichen Schwellspannungen anzupassen. Deshalb ist eine größere Toleranz bei der Herstellung von Druckköpfen annehmbar, was wiederum die Ausbeute bei der Herstellung erhöht und dementsprechend die Herstellungskosten senkt.
• Die vorliegende Erfindung wurde, wie in Fig. 1 gezeigt, mit Bezug auf eine Konstruktion eines Thermotintenstrahldruckkopfs beschrieben, der gelegentlich als Seitenspritzer bezeichnet wird. Die Erfindung ist aber ebenso gut bei anderen Konstruktionen von Thermotintenstrahldruckköpfen, wie etwa Dachspritzern, anwendbar.
• Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf besondere Ausführungsformen beschrieben, wobei aber zu beachten ist, daß viele Alternativen, Modifikationen und Variationen durch den Fachmann vorgenommen werden können.
• Zum Beispiel können andere Spannungsabfalleinrichtungen als die in Fig. 3 gezeigten Dioden verwendet werden, und es könnten andere Einrichtungen zum Abfühlen der Temperatur des Druckkopfs verwendet werden als der Thermistor 60.

Claims (10)

1. Spannungssteuerungssystem für einen Drucker mit wenigstens einem Heizelement (26) zum Erzeugen von Punkten, wobei das Steuerungssystem eine Spannungsversorgung (40) enthält und gekennzeichnet ist durch:

eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Schaltern (48, 52, 53), wobei ein erster (48) aus der Vielzahl von Schaltern mit der Spannungsversorgung und ein letzter der Schalter mit dem wenigstens einen Heizelement verbunden ist, wobei wenigstens einer (52) aus der Vielzahl von Schaltern einen ersten Pfad (52) und einen zweiten Pfad (54) zwischen der Spannungsversorgung und dem wenigstens einem Heizelement definiert, wobei der erste Pfad und der zweite Pfad unterschiedliche Spannungsabfälle aufweisen, und

eine mit der Vielzahl von Schaltern verbundenen Steuerung (44), wobei die Steuerung die Vielzahl von Schaltern selektiv aktiviert, um den ersten oder zweiten Pfad zu bestimmen und um dadurch eine aus einer Vielzahl von vorbestimmten Spannungen an dem wenigstens einen Heizelement anzulegen.

2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Pfad den wenigstens einen Schalter enthält und wobei der zweite Pfad dazu parallel ist und den Schalter umgeht.

3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin eine entlang des zweiten Pfades angeordnete Spannungsabfalleinrichtung (54, 54) zum Reduzieren einer am ersten Ende des wenigstens einen aus der Vielzahl von Schaltern angelegten Spannung um eine vorbestimmte Größe umfaßt.

4. Steuerungssystem nach Anspruch 3, wobei die Spannungsabfalleinrichtung wenigstens eine Diode umfaßt.

5. Steuerungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder aus der Vielzahl von Schaltern (48, 52, 53) einen Transistor umfaßt.

6. Steuerungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der wenigstens eine aus der Vielzahl von Schaltern den ersten Pfad definiert, wenn er durch die Steuerung geschlossen wird, und den zweiten Pfad definiert, wenn der durch die Steuerung geöffnet wird.

7. Steuerungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Drucker ein Thermotintenstrahldrucker ist.

8. Steuerungssystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, das weiterhin eine Sensoreinrichtung (60) zum Abfühlen der Temperatur eines Druckkopfs, in dem das wenigstens eine Heizelement enthalten ist, umfaßt.

9. Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei die Sensoreinrichtung einen Thermistor umfaßt.

10. Steuerungssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Sensoreinrichtung (60) mit der Steuerung (44) verbunden ist, und wobei die Steuerung die Betätigung des wenigstens einen aus der Vielzahl von Schaltern in Antwort auf die durch die Sensoreinrichtung abgefühlte Temperatur vornimmt.