CN103619601A - 调节打印头温度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种装置，包括模拟存储器、温度传感器、比较器、以及脉冲电路。模拟存储器被充电到与打印头的预定温度相对应的参考电压。温度传感器测量打印头的多个局部区域中的至少一个的热电压。比较器通过比较所述参考电压与所述热电压而获得比较结果。脉冲电路基于所述比较结果选择性地把一系列升温脉冲传送到打印头的多个局部区域中的至少一个。

Description

调节打印头温度的方法和装置

背景技术

喷墨打印头通常用于打印。为了获得高的打印质量，把喷墨打印头保持在预定的温度是重要的。喷墨打印头典型地使用热感测电阻器来调节喷墨打印头的加热。

附图说明

本公开的非限制性示例在下文中被描述，参考在此的附图进行理解并且不限制权利要求的范围。在所述图中，在多于一个图中出现的同样和类似的结构、元件或其部分在它们出现的图中通常被标注为相同或类似的标记。图中图示的组件和特征的尺寸主要是出于方便和表达清晰的目的而被选择，并且不必然按比例绘制。参考所述附图：

图1图示示例装置的框图；

图2图示依据示例的包括图1中的装置的打印头；

图3图示用于与图2中的打印头一起使用的温度调节电路单元的示例；以及

图4图示依据示例的调节打印头温度的方法的流程图。

具体实施方式

在接下来的详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且其通过图示本公开可以在其中实施的特定示例的方式被描绘。应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下结构或逻辑上的改变可以被做出并且其他示例可以被利用。因此，接下来的详细描述将不从限制的意义上去理解，并且本公开的范围由所附的权利要求限定。

喷墨打印头通常用于打印。喷墨打印头的温度被调节以获得高的打印质量。热感测电阻器通常用于调节喷墨打印头的加热。由于成本限制，典型地，仅有一个热感测电阻器被放置在打印头上。例如，所述一个热感测电阻器可以通过对横跨整个打印头的温度求平均来调节所述打印头的温度。使用一个热感测电阻器的问题是所述横跨打印头的温度可能变化到足够大的范围（level），其中所述温度升高超过生成高打印质量的温度或下降低于生成高打印质量的温度。温度的变化（诸如，预定温度范围以外的三摄氏度的变化）可能会导致对打印质量具有明显影响的热梯度。

例如，由于热喷墨（thermal inkjets）在打印头的中心区域比在打印头的外侧部分触发（firing）更多墨滴，所以在打印头中心的热喷墨在繁重打印期间可能会达到超过高质量打印所需温度的温度。相反地，在打印头中心的热喷墨在休息期间可能会达到低于高质量打印所需温度的温度。横跨打印头的温度不均匀的另一个因素是打印头上喷墨对区域的比例。相比于每个喷墨嘴有最小区域的肋的中心的区域，在打印头的末端，每个喷墨嘴有更大的区域（被附加的电路、电垫和其他特征所占用）。如此，打印头的末端可能会处于比中心低的温度，在高密度、高速度的打印中尤其如此。因此，被求平均的温度可能不能说明打印头的高于或低于高质量打印所需的预定温度范围的各部分，并且可能导致横跨打印头的热梯度。

在此提供了使用低成本方法均匀地调节横跨整个打印头的打印头温度。在示例中，提供一种调节喷墨打印头温度的方法、装置、以及打印头。在示例中，所述装置包括模拟存储器、温度传感器、比较器和脉冲电路。模拟存储器被充电到与打印头的预定温度相对应的参考电压。温度传感器测量打印头的多个局部区域中​​的至少一个的热电压。比较器通过比较所述参考电压与所述热电压而获得比较结果。脉冲电路基于所述比较结果选择性地把一系列升温脉冲传送到打印头的多个局部区域中​​的至少一个。

图1图示装置100的结构图。装置100可以包括能够与各种打印头（诸如，热喷墨打印头）一起使用的温度调节电路单元。装置100包括模拟存储器12，温度传感器14，比较器16，脉冲电路18，以及到打印头的至少一个局部区域的连接10。模拟存储器12被充电到与打印头的预定温度相对应的参考电压。温度传感器14测量与打印头的多个局部区域中的至少一个的温度成比例的热电压。这个电压也被称为“感测电压”。比较器16通过比较所述参考电压与所述热电压而获得比较结果。脉冲电路18选择性地把一系列升温脉冲传送到位于脉冲电路18和打印头的至少一个局部区域之间的所述连接。例如，脉冲电路18可以是由电路19（诸如，与（AND）门）控制的升温脉冲电路，当打印头处于打印模式时电路19发送信号以传送升温脉冲。来自脉冲电路18的升温脉冲的传送也取决于来自比较器16的比较结果。例如，当比较结果表明所述热电压是等于所述参考电压和高于所述参考电压中的至少一个时，则所述局部区域的温度低于预定温度并且应当被加热。因此，当打印头处于准备发送升温脉冲的打印模式并且来自比较器16的输出（诸如，逻辑1）被输入到所述AND门的时候，升温脉冲被传送到打印头的至少一个局部区域。

图2图示具有图1的装置100的打印头200的示例。所述电路可以被放置在打印头200上喷嘴开口（如图2所示）之间和/或在喷墨打印头的末端。打印头200包括槽22、喷嘴开口24、以及可以被用作遍布整个打印头200（除槽22位于的区域之外）的温度传感器的硅二极管。喷嘴开口24提供用于把流体（诸如墨水）喷射到介质上的通道。硅二极管作为电路100中的温度传感器14存在，并且被安置成与打印头200上的喷嘴开口24相邻。所述硅二极管可以例如是正向偏置硅二极管。硅二极管管理来自所述装置100的升温脉冲的传送，以当打印头200处于打印模式时加热和/或保持所述打印头200在一期望温度。所述打印模式可以包括例如打印头200正在准备打印和/或处于打印作业中的时期。

打印头200被图示划分成多个局部区域20。每个局部区域20可以表示打印头200的较小部分（诸如，基元（primitive））。例如，局部区域20可以是包括一组喷墨嘴（诸如，一组8个热喷墨嘴开口24）的基元。打印头200被划分成局部区域20以使用装置100（诸如，温度调节电路单元）调节打印头200较小部分的温度。通过调节打印头200的局部区域20的温度，整个打印头的温度可以被均匀地调节而不依赖于例如平均数。因此，所述温度调节允许局部区域20仅当需要时才被加热到所述预定温度，并且可以减少其温度高于和/或低于所述预定温度的打印头部分。

图3图示装置100作为温度调节电路单元300的示例。温度调节电路单元300包括模拟存储器12、温度传感器14、比较器16、以及脉冲电路18。在第一状态，模拟存储器12被充电到与打印头的预定温度相对应的参考电压。模拟存储器12可以是低成本的电容器31，诸如：金属-氧化物硅电容器（MOSCAP）、金属-氧化物-金属（MOM）电容器、或者多晶硅-绝缘层-多晶硅（PIP）电容器。模拟存储器12也可以存储所述参考电压。例如，闭合电路可以被形成在所述电容器和数模转换器30之间，以把所述电容器充电到所述参考电压。数模转换器30可以是所述打印头的全局公用设备，该设备可连接到多个热控制电路，从而使得一个数模转换器30可以设置横跨整个打印头20的温度。所述闭合电路可以允许所述数模转换器通过生成与期望的参考电压相对应的差分驱动和缓冲电压的方式，把与打印头200的预定温度相对应的参考电压施加到所述电容器。参考电压被切换到所述电容器，以把所述电容器充电到所述参考电压。数模转换器30可以使用普通的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）构建。

在第二个状态，位于所述DAC和模拟存储器12之间的电路开路。模拟存储器12把参考电压传送到比较器16，并且温度传感器14把局部区域20的热电压传送到所述比较器16。定时信号也可以被用于把模拟存储器12的输出连接到比较器16的负输入端，并且把打印头200上局部区域20的热电压连接到所述比较器16的正输入端。温度传感器14测量打印头200的多个局部区域20中的至少一个的热电压。局部电流源29把偏置电流提供到硅二极管。热电压在多个局部区域20的至少一个中的一组正向偏置硅二极管32两端被测量。正向偏置硅二极管32可以采用全局电流（global current）偏置，从而以电压的形式获得正向偏置硅二极管32的温度。正向偏置硅二极管32被用作用于打印头200的局部区域20的温度传感器14，因为所述硅二极管32具有强的热系数（例如，大约 -2.2 mV/degree C（毫伏/摄氏度））。另外，所述硅二极管32可以驱动一个双晶体管电流源，并且把两个晶体管电流镜像到比较器16中以将其偏置。这样减少了对于额外偏置电路的需求。

参考图3，比较器16通过比较模拟存储器12的参考电压与正向偏置硅二极管32两端的热电压而获得比较结果。当由正向偏置硅二极管32两端的电压确定的打印头200的温度下降到低于以参考电压的形式接收自模拟存储器12的预定温度时，比较器16和与（AND）门34一起传送升温脉冲到打印头200。例如，从比较器16传送的比较结果可以是逻辑1，其可以是表明温度传感器14正在提供比电容器的参考电压高的热电压（表明在传感器位置的温度比由存储在电容器31中的参考电压指示的温度低）的数字输出。比较器16的输出可以被传送到AND门34，所述AND门34也接收来自脉冲电路18（图示作升温脉冲电路39，其对所述打印头200可以是全局公用的）的信号。当升温脉冲电路39被使能并且比较器16传送逻辑1时，AND门34起作用以允许升温脉冲处于如下所述的第三状态。

在第三状态，升温脉冲电路39基于所述比较结果（例如，当所述比较结果表明所述热电压高于所述参考电压时）选择性地把一系列升温脉冲传送到打印头200的至少一个局部区域20。升温脉冲电路39可以被连接到打印头200，以便当所述比较结果表明需要进行升温时一系列升温脉冲将被传送到打印头200的局部区域的特定喷嘴。升温脉冲是不提供足够能量到热喷墨电阻器以触发墨滴的窄的子触发脉冲。升温脉冲在打印头200上全局地生成（例如，每个打印头一个脉冲电路），并且被本地选通到热喷墨电阻器的基元组或局部区域，以加热打印头200的一小部分（即，所述局部区域或基元范围）中的一个或多个喷嘴。所述窄的子触发脉冲或升温脉冲旨在升温，但不是在打印头200中煮沸墨水。例如，所述升温脉冲电路39可以使用作为开关的金属氧化物半导体晶体管38（诸如，横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）晶体管）连接到打印头200上的至少一个触发电阻器33。至少一个触发电阻器33可以把打印头200的那个局部区域20升温。可替代地，单独的加热器（诸如，像上面那样被连接的单独喷墨触发电阻器33）可以被使用。

特别地，当所述升温脉冲电路39被设置为使能时，所述AND门34的输出将取决于比较器16的输出（例如，所述比较结果）。比较器16的输出决定升温脉冲是否经由或（OR）门36被传送到打印头200，如果比较器的输出是逻辑1，则升温脉冲被从升温脉冲电路39传送到OR门36。OR门36被连接到AND门34的输出，并且也被连接到打印头200上的触发脉冲电路35。当打印头200处于打印模式，触发脉冲电路35将产生触发脉冲通过OR门34到达打印头200以触发所期望的墨滴。触发脉冲比升温脉冲长，并且具有足够热度以引起喷墨的触发，这触发墨滴。触发脉冲被连接到OR门36，以便所述触发脉冲可以不被阻挡。

温度调节电路单元300可以进一步包括用于一个或多个打印头的全局控制单元37，全局控制单元37接收来自温度传感器14的与所述温度成比例的电压，并且使用温度电压v2以及参考电压v1来确定打印头200的多个局部区域20中的至少一个的实际温度。然后，所述实际温度例如可以从一电压获得，该电压感测自打印头200上的正向偏置硅二极管32，被称为感测电压或与温度成比例的电压。所述来自正向偏置硅二极管32的感测电压可以被传送到所述控制单元37。所述控制单元37可以包括一个或多个通过门(pass gate)和一个控制信号。所述感测电压可以被传送通过所述通过门并且被传送到放大器和比较器系统，以把所述感测电压从模拟信号转换到可以被从打印头200的外部获得的数字温度。

所述温度调节电路单元300具有低的成本，因为多个局部区域20中的每一个均具有感测和决策电路，所述感测和决策电路可以包括十二个晶体管、一至两个二极管、以及一个电容器。由于晶体管的数量少，所以该电路的尺寸极小。所述温度调节电路也符合成本效益，因为相同的触发电阻器和LDMOS晶体管可以被用于发送触发脉冲和升温脉冲。此外，温度调节电路单元300可以通过使用测量使比较器16跳变（trip）所需的电压的方法（诸如，使用已知晶片温度的晶片测试）容易地被校准。然后，所述电压值可以被写入每个打印头200上的非易失性（NV）存储器。另外，温度调节电路单元300可以使用观察比较器16在测试模式下的输出的扫描方法被测试。

图4图示调节打印头温度的方法的流程图400。在方框40，所示方法把电容器充电到与打印头的预定温度相对应的参考电压。所述电容器可以采用数模转换器被充电，所述数模转换器生成所述参考电压并且使用定时信号来控制所述电压的生成和电容器的充电。定时信号可以全局地在打印头上生成并且在温度调节电路单元的第一状态和第二状态之间直接转换。所述方法监控打印头的温度（在方框42）。所述监控可以包括测量代表多个局部区域中的至少一个的实际温度的热电压的硅二极管（如方框44中图示）。由比较模拟存储器上的电压与所述热电压的比较器比较所述热电压与所述参考电压，以获得用于多个局部区域中的每一个的比较结果（如方框46中图示）。在方框48中，来自升温脉冲电路的一系列升温脉冲被选择性地使能，以基于所述比较结果把所述系列升温脉冲传送到多个局部区域中的至少一个。例如，当所述比较结果表明多个局部区域中的至少一个的热电压是等于所述参考电压和大于所述参考电压中的至少一个时，因为较低的感测电压意味着高的温度，所以在这种情形下我们不让升温脉冲通过。所述系列升温脉冲的传送也可以取决于打印头上的开关，所述开关可以被设置为使能或禁止所述系列升温脉冲。所述方法可以被实现成使得额外的能量仅被添加到打印头上需要加热的部分，以保持所述打印头在一预定温度。通过限制添加到打印头上额外能量，减小了所述热梯度，这降低了明显打印缺陷的发生。

所述方法也可以使用温度传感器从所述热电压获得至少一个局部区域的所述实际温度，以使所述实际温度在温度调节电路单元外部可见。然后，所述实际温度可以由打印设备和/或相关的系统利用，诸如，向用户提供实际温度读数。

本公开已被使用其示例的非限制性的详细说明所描述并且不旨在限制本公开的范围。应当理解的是：相对于示例描述的特征和/或操作可以与其他示例一起使用，并且不是所有本公开的示例均具有在特定附图中图示或相对于示例之一描述的所有特征和/或操作。本领域的人员将能够想到示例的变化。此外，术语“包含”、“包括”、“具有”以及其变化当在本公开和/或权利要求中使用时将意味着：“包括但不必然限于”。

值得注意的是，一些上述的示例可以包括对于本公开可能不是必要的并且旨在举例的结构和动作的细节、结构、或动作。在此所述的结构和动作能够由执行相同功能的等效物替换，即使如本领域所知的所述结构或动作是不同的。因此，本公开的范围仅由权利要求中使用的元件和限制限定。

Claims (15)

1.一种装置，包括：

模拟存储器，包括与打印头的预定温度相对应的参考电压；

温度传感器，测量打印头的多个局部区域中的至少一个的热电压；

比较器，通过比较所述参考电压与所述热电压而获得比较结果；以及

脉冲电路，基于所述比较结果选择性地把一系列升温脉冲传送到打印头的多个局部区域中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热电压在多个局部区域的至少一个中的一组正向偏置硅二极管的两端被测量。

3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括控制单元，所述控制单元从所述温度传感器接收所述热电压并且确定打印头的多个局部区域中的至少一个的实际温度。

4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括数模转换器，所述数模转换器生成与打印头的期望温度相对应的参考电压并且把所述模拟存储器充电到所述参考电压。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模拟存储器存储所述参考电压。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述模拟存储器是电容器。

7.一种打印头，包括：

温度调节电路单元，包括：

模拟存储器，被充电到与打印头的预定温度相对应的参考电压；

温度传感器，测量代表打印头的多个局部区域中的至少一个的实际温度的热电压；

比较器，通过比较来自模拟存储器的所述参考电压与来自温度传感器的所述热电压而获得比较结果；以及

升温脉冲电路，基于所述比较结果选择性地把一系列升温脉冲传送到打印头的多个局部区域中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的打印头，其中，所述热电压在多个局部区域的至少一个中的一组正向偏置硅二极管的两端被测量。

9.根据权利要求7所述的打印头，进一步包括控制单元，所述控制单元从所述温度传感器接收所述热电压并且确定打印头的至少一个局部区域的实际温度。

10.根据权利要求7所述的打印头，其中，所述温度调节电路单元进一步包括数模转换器，所述数模转换器生成与打印头的期望温度相对应的参考电压并且把所述模拟存储器充电到所述参考电压。

11.根据权利要求7所述的打印头，其中，所述模拟存储器是电容器。

12.一种调节打印头温度的方法，所述方法包括：

把模拟存储器充电到与打印头的预定温度相对应的参考电压；以及

监控所述打印头的温度，通过如下步骤：

测量代表打印头的多个局部区域中的至少一个的实际温度的热电压；

采用比较器比较所述参考电压与所述热电压以获得用于多个局域区域中的每一个的比较结果；

基于所述比较结果选择性地从升温脉冲电路使能一系列升温脉冲到多个局部区域中的至少一个。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：使用温度传感器从所述热电压获得多个局部区域中的至少一个的实际温度。

14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：使用打印头上的开关使能所述系列升温脉冲的传送。

15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：使用定时信号来采用数模转换器生成所述参考电压并且采用数模转换器把所述模拟存储器充电到所述参考电压，其中，所述模拟存储器是电容器。

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