CN1235742C - 压电式喷墨打印头的驱动电压的调整方法及调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压电式喷墨打印头的驱动电压调整方法及调整装置，其根据打印头内部的温度传感器所检测到的温度信息、打印头本身灵敏度系数、墨水温度特性，来调整打印头的驱动电压，从而保证当打印头温度变化时墨水从喷嘴中喷射出来的状态基本保持不变。本发明采用微型单片机及由软件控制的闭环方式的脉宽调制，故控制精度高。而且该装置功耗低、体积小，可方便地安装于每个打印头的接口板上，这在需要有多个打印头拼接的喷墨打印设备中，将大大减少连线的数量，从而提高了设备的稳定性，改善了打印的质量，且成本较低。

Description

压电式喷墨打印头的驱动电压的调整方法及调整装置

技术领域

本发明涉及一种压电式喷墨打印头的驱动电压的调整方法及调整装置。该调整方法及调整装置会根据所测得的喷墨打印头的温度自动调整其驱动电压，以保证墨水从喷嘴中喷射出来的状态基本不变。

背景技术

现有压电式喷墨打印机的打印头内装有墨水，在打印头中每路腔体两侧各装有一块压电晶体，在压电晶体上施加受控脉冲高压，使其变形后产生压力，从而挤压腔体中的墨水，使墨水从喷嘴高速射出，每个打印头上的压电晶体所获得的脉冲高压信号是通过自身的接口电路连到打印机高压形成电路而得到。其主要有以下两种调整电压的方式：

一种是直接置于打印头的内部，例如英国赛尔(Xaar)公司生产XJ128打印头，在打印头内部就装有电压调整装置，但该方式存在电器元件发热量较大、散热不良的缺点，容易使整个打印头温度升高过快、温度过高，从而严重影响打印性能。此外，这种电压调整装置也降低了打印头的使用寿命，而且内部装有电压调整装置也提高了打印头的生产成本。

另一种是置于打印头外部的，利用调整管的方式，例如日本爱普生(EPSON)公司制造的打印头所采用的驱动方式(见图1)。该方式的电压调整系统中各调整部件体积较大，功率也相应较大，且均另行安装在一块大的控制板上，在实际使用中需接有高压电源输入线与温度传感器上的信息反馈线，因而在打印头数量较多时，会造成连线较多的复杂情况，给打印头的安装带来不便。同时，在实际应用中，每个打印头都需要电压输入和温度反馈。由于每个打印头的特性和温度不同，这些信号和电源都是各不相同、互相独立，故应用效果不佳。

又如日本专利申请JP-A-2001-239666公开了一种“喷墨打印头”，其是在压电陶瓷板的槽的侧壁上设置电极，通过向电极施加驱动电压使槽内的容积发生变化，达到将槽内的墨水从喷口处喷出的目的，温度传感器设置在槽的侧壁上，但它并未提及是通过何种方式来实现电压调整的，只是介绍了该打印头的结构。再如日本专利申请JP-A-2001-239666公开了一种“喷墨头记录装置”，该装置具有识别压电指数的特性，根据检测到的压电指数和打印头周围的温度来决定打印头的驱动电压，在其申请文件中也未说明其采用的电压调整方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发热量少，体积小，控制精度高、适于单个打印头安装又方便多个打印头连接的压电式喷墨打印头的驱动电压的调整方法及调整装置。

本发明实现以上目的所采用的技术方案该压电式喷墨打印头的驱动电压的调整方法，它由打印头内部的温度传感器提供打印头温度信号，其特征是所述的打印头温度信号通过单片机(CPU)完成温度检测、脉宽调制产生及模数、数模转换，同时由外围分立器件实现电压输出及电压反馈，具体步骤如下：

(1)所述的打印头温度信号由单片机(CPU)经模数、数模转换后，由查表运算得到一个电压基准值，并预先算好后存放在CPU内部的ROM内，同时输出电压经采样后被CPU的另一路模数、数模转换读回作为反馈值，与所述的基准值进行比较，按比较值调整脉宽调制发生器的占空比，从而输出所需的脉宽调制波；

(2)输出的脉宽调制波经开关管放大，电感、电容滤波，二极管续流，并由电阻组成的采样电路反馈实际输出电压，最后成为打印头工作所需的驱动电压。

本发明实现以上目的所采用的技术方案还包括压电式打印头的驱动电压的调整装置，该装置包括CPU及外围分立器件，它被安装在每个打印头的接口板上。

本发明所述的该装置也可安装在打印头的安装架上。

本发明所述的所有器件均通过贴片封装而组成。

本发明当打印头温度变化时，会根据打印头内部的温度传感器所检测到的温度信息、打印头本身灵敏度系数、墨水温度特性自动调整打印头的驱动电压，以使墨水从喷嘴中喷射出来的状态基本不变。同时，将本装置直接安装在打印头上部，这样温度反馈信号就近被处理，不需要传回给控制器。另外，输入的电压也是一致的，可串、并联，这样既减少了连线，又降低了连线的复杂程度，在多打印头的喷墨打印机中应用有着特别好的效果。

附图说明

图1为日本爱普生公司生产的打印头其驱动电路示意图。

图2为本发明所采用的打印头驱动电压控制原理示意图。

图3为本发明外围分立器件的电路图。

图4为本发明的工作原理流程图。

图5为本发明的打印头驱动电压的调整装置的安装示意图。

具体实施方式

参见图2、图3，图4，本发明以闭环形式，用软件控制的脉宽调制来实现驱动电压调整，减小了硬件数量和体积，降低了装置本身的功耗。本发明采用体积小、发热量小的电器元件，且每个装置是一独立整体，可灵活直接安装于各个打印头上部的接口板上，减少打印头的出线数量和复杂度，便于多打印头的串、并及复合连接，避免了打印头发热、线路过多等缺陷，提高了设备的稳定性。

本发明所述的用于压电式喷墨打印头的驱动电压的调整装置是一个体积较小的独立的整体，被安装于每个打印头1的接口板3上。也可安装在打印头1的安装架上。

本发明的主要功能是完成温度检测和电压调整。由于打印头1工作电压在15-35V之间，电压较高，目前很难找到体积小、耐压高的直流电压变换专用芯片：所以本装置采用容易找到的体积小、速度快、功能强的CPU和耐压高的分立元件来实现直流电压的变换功能。

本发明由打印头1内部的温度测量传感器提供一个打印头温度信号，采用混合信号型的单片机同时完成温度测量、脉宽调制产生及模数、数模转换(A/D、D/A)工作进行电压调整，实现高电压、小电流、宽范围的电压调整，以适应打印头1对不同温度时的电压要求。

参见图4、图5，工作时，首先由打印头1内部的温度测量电阻提供一个温度信号。因为调整装置被安装在打印头1的接口板3上，所有器件都位于打印头1旁边，因此采集到的信号几乎可以不用硬件滤波处理，可节省器件空间。

温度信号由CPU经A/D转换后，再由查表运算得到一个电压基准值，这个值表和当前温度下最合适的电压值可由打印头和墨水生产厂家提供的公式和参数预先算好后存放在CPU内部的ROM内，以加快程序运行速度。

另外输出电压经采样后被CPU的另一路A/D转换读回作为反馈值，并与基准值进行比较，按比较值调整脉宽调制发生器的占空比，从而输出所需的脉宽调制波。然后脉宽调制波经开关管Q(图3)放大，以及电感L和电容C的滤波，二极管D续流，并由电阻R1、R2组成的采样电路反馈实际输出电压，最后成为打印头I工作所需的驱动电压。

在工作中，由于滤波后的输出电压值是和脉宽调制波占空比有关的，占空比越高电压越高，占空比越低电压越低，所以总能找到一个合适的占空比来输出符合设定要求的电压。另外本设计中的CPU利用电压反馈信息对脉宽调制占空比不断调整使输出的电压不会因负载变化而变化。

图4为该发明进行电压调整的工作原理的流程图。其中，温度传感器是打印头1本身所带有的，A/D转换、查表计算电压值、比较及脉宽调制发生器均置于CPU内；功率输出及电压反馈为分立外围器件。设计中器件数目大约在10个左右，而且均采用贴片封装，体积小巧正好可以安装于打印头1之接口板3上，而不影响打印头1和墨水管道的安装。

参见图5，1为喷墨打印头，2为打印头的接口，3为打印头的接口板，4为由CPU及外围分立器件组成的控制电压调整装置，它被安装于接口板3上，5为数据线及相应控制线。

Claims (4)

1、一种压电式喷墨打印头的驱动电压的调整方法，它由打印头内部的温度传感器提供打印头温度信号，其特征是所述的打印头温度信号通过单片机(CPU)完成温度检测、脉宽调制产生及模数、数模转换，同时由外围分立器件实现电压输出及电压反馈，具体步骤如下：

(1)所述的打印头温度信号由单片机(CPU)经模数、数模转换后，由查表运算得到一个电压基准值，并预先算好后存放在CPU内部的ROM内，同时输出电压经采样后被CPU的另一路模数、数模转换读回作为反馈值，与所述的基准值进行比较，按比较值调整脉宽调制发生器的占空比，从而输出所需的脉宽调制波；

(2)输出的脉宽调制波经开关管放大，电感、电容滤波，二极管续流，并由电阻组成的采样电路反馈实际输出电压，最后成为打印头工作所需的驱动电压。

2、一种压电式打印头的驱动电压的调整装置，其特征是该装置包括CPU及外围分立器件(4)，它被安装在每个打印头(1)的接口板(3)上。

3、根据权利要求2所述的驱动电压的调整装置，其特征是该装置也可安装在打印头(1)的安装架上。

4、根据权利要求2所述的驱动电压的调整装置，其特征是所述的所有器件均通过贴片封装而组成。

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