DE10141936B4

DE10141936B4 - Druckkopf-Vorrichtung mit Temperatur-Erfassung

Info

Publication number: DE10141936B4
Application number: DE10141936A
Authority: DE
Inventors: Chih-Hung Kao; Yu-Fan Fang
Original assignee: BenQ Corp
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2021-08-29
Also published as: US6634731B2; DE10141936A1; US20020027574A1; TW479022B

Abstract

Druckkopf-Vorrichtung mit Temperaturerfassung, mit
einem Tinten-Ejektor, der an ein Ansteuersignal (H) und an ein Auswahlsignal (14) angeschlossen ist, wobei das Auswahlsignal (14) ein erstes (Xa) und ein zweites (Yb) Signal zum Anwählen des Tinten-Ejektors umfasst, und wobei der Tinten-Ejektor umfasst:
eine Düse (18),
ein Heizmodul (650), um gezielt Tinte in dem Tinten-Ejektor aufzuheizen, so dass Tintentröpfchen aus der Düse (18) ausgestoßen werden, wobei das Heizmodul (650) umfasst:
eine Heizeinrichtung (450), die dicht an der Düse (18) angeordnet und an dem ersten Signal (Xa) angeschlossen ist, um die Tinte in dem Tinten-Ejektor aufzuheizen, so dass Tintentröpfchen aus der Düse (18) ausgestoßen werden, und
ein Schaltgatter (659), das angeschlossen ist an das zweite Signal (Yb), an das Ansteuersignal (H), und an die Heizeinrichtung (450), um das zweite Signal (Yb) gezielt dem Heizmodul (650) zuzuleiten, so dass die Heizeinrichtung (450) frei...

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Temperatur-Erfassung und Heizung, und insbesondere eine Vorrichtung zur Temperatur-Erfassung und Heizung zur Verwendung in einem Druckkopf.

Über die Jahre entwickelte sich die Elektronikindustrie im Gleichschritt mit dem Technologiefortschritt. Für zahlreiche elektronische Erzeugnisse wie Computer-Systeme, Computerperipherie, Geräte und Büromaschinen wurden Funktionen und Erscheinungsbild ebenfalls wesentlich verbessert. So waren zum Beispiel in den 1980er Jahren Matrix-Nadeldrucker und Einfarben-Laserdrucker vorherrschend. In den 1990er Jahren wurden Einfarben-Tintenstrahldrucker und Farb-Tintenstrahldrucker für den allgemeinen Gebrauch üblich, während Farb-Laserdrucker für professionelle Anwendungen verfügbar waren. Normale Nutzer, die nicht häufig Dokumente ausdrucken, haben wahrscheinlich Farb-Tintenstrahldrucker gewählt, nachdem sie Druckqualität und Preis berücksichtigt hatten. Personen mit ausreichenden Mitteln würden wahrscheinlich einen Einfarben-Laserdrucker anschaffen. Da Preis und Qualität maßgeblich für die Wahl des Nutzers sind, entwickeln die Anbieter von Druckern ihre Produkte mit Nachdruck so weiter, dass die Produkte geringere Kosten und bessere Qualität aufweisen und so die Verbreitung der Produkte und die Gewinne daraus zunehmen. Daher konzentrieren sich Entwickler darauf, wie sie mit geringen Kosten die Leistung ihrer Produkte steigern können.

Die meisten Tintenstrahl-Drucker verwenden derzeit zum Drucken einen Bubble-Jet-Druckkopf oder einen piezo-elektrischen Druckkopf, um Tintentröpfchen auf ein blattförmiges Medium, wie etwa ein Blatt Papier, zu sprühen.

Der Bubble-Jet-Druckkopf enthält eine Heizeinrichtung, Tinte und Düsen. Die Heizeinrichtung soll die Tinte aufheizen, um Blasen (Bubbles) zu erzeugen, bis diese sich so ausdehnen, dass sie platzen, und Tintentröpfchen durch die Düsen auf das Blatt Papier geschossen werden, wo sie Punkte auf dem Blatt Papier bilden. Durch die Variation der Dichte und Lage der Tröpfchen können viele verschiedene unterschiedliche Texten und Grafiken auf dem Papier dargestellt werden.

Die Druckqualität ist eng verknüpft mit der vom Drucker bereitgestellten Auflösung. Derzeit bieten Farbdrucker für den Einstiegsbereich eine maximale Auflösung von 720×720 dpi (dot per inch) oder von 1440×720 dpi. Eine höhere Auflösung verlangt geringere Größe der Tröpfchen. Die Größe der Tröpfchen steht in Beziehung zum Zusammenhalt (Kohäsion) der Tröpfchen. Als Beispiel können bei Tröpfchen mit der gleichen Menge Tinte die Tröpfchen mit dem größeren Zusammenhalt einen kleineren Spritzbereich haben, wenn sie auf das Papier auftreffen, was eine klarere und schärfere Druckqualität ergibt. Andererseits können die Tröpfchen mit geringerem Zusammenhalt einen größeren Spritzbereich haben, wenn sie auf das Papier auftreffen, was eine geringere Druckqualität ergibt. Der Zusammenhalt der Tröpfchen beeinflusst also die Druckqualität.

Wenn bei der üblichen Bubble-Jet-Drucktechnik Tintentröpfchen durch eine bestimmte Düse ausgestoßen werden sollen, heizt zuerst die dieser Düse zugeordnete Heizeinrichtung die Tinte auf, um in der der Düse zugeordneten Kammer Blasen, also Bubbles, zu erzeugen. Die Viskosität der Tinte sinkt mit zunehmender Temperatur der Tinte. Wenn der Heizvorgang nicht gut gesteuert wird und die Tinte überhitzt wird, fällt die Viskosität der Tinte unter einen normalen Wert und der Zusammenhalt der Tröpfchen wird verringert, woraus eine verminderte Druckqualität resultiert.

Zusätzlich gilt: wenn die Kammer zu wenig Tinte enthält oder das Tintentröpfchen nicht richtig ausgestoßen wird, wird die Temperatur der Tinte in der Kammer die normale Höhe überschreiten, was eine Viskosität der Tinte geringer als normal ergibt. Wenn weiterhin eine Düse häufig angesteuert wird, wird die Tinte in der zu dieser Düse gehörenden Kammer eine höhere Temperatur und geringere Viskosität haben als die Tinte in einer einer anderen Düse zugeordneten Kammer.

All diese Umstände ergeben, dass die Viskosität der Tinte nicht stabil ist, so dass die Druckqualität beeinträchtigt wird. Entsprechend ist die genaue Überwachung und Steuerung der Temperatur der Tinte in der Kammer der Schlüssel zu der Verbesserung der Druckqualität des Tintenstrahls.

1A ist ein Blockdiagramm und erläutert die herkömmliche Steuerung eines Tintenstrahldruckers. Der Tintenstrahldrucker 10 umfasst ein Antriebsmodul 11 und ein Druckkopfmodul 15. Das Antriebsmodul 11 enthält eine Steuerung 12 und einen Treiber 13. Das Druckkopfmodul 15 enthält eine Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren 16 und einen Temperaturfühler 17. Für das Drucken von Daten auf ein Blatt Papier steuert die Steuerung 12 abhängig von den Daten den Treiber 13 so an, dass der Treiber 13 Auswahl-Signale 14 an die Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren 16 sendet. In der Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren 16 heizen entsprechend den Auswahlsignalen 14 ausgewählte Heizeinrichtungen 19 auf, wie etwa die in 1B dargestellte Heizeinrichtung 19, so dass durch die Düsen der Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren 16 Tintentröpfchen auf das Papier ausgestoßen werden.

1B ist eine Schnittansicht, die die Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren 16 aus 1A zusammen mit der Heizeinrichtung 19 und einer Düse 18 veranschaulicht. Die Heizeinrichtung 19 ist in enger Nachbarschaft zu der Düse 18 angeordnet und wird dazu verwendet, die Tinte in der Kammer 21 aufzuheizen, um eine Blase (Bubble) 20 zu erzeugen. Die Tinte in der Kammer 21 erwärmt sich, bis der Druck in der Kammer 21 die Blase zum Platzen bringt und ein Tröpfchen Tinte aus der Düse ausgestoßen wird. Das ausgestoßene Tintentröpfchen bildet dann einen Punkt auf dem Blatt Papier.

Um die Temperatur der Düsen zu überwachen, ist weiterhin ein Temperaturfühler 17, etwa ein Thermowiderstand, nahe einem Bereich von Düsen 18 der Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren 16 angeordnet. Der gemessene Temperaturwert vom Temperaturfühler 17 wird für die Temperatursteuerung zur Steuerung 12 übertragen.

Im Folgenden soll beschrieben werden, wie auf Grund der Auswahlsignale 14 die Heizeinrichtungen 19 ausgewählt werden, um Tintentröpfchen durch die Düsen auszustoßen. 2 ist ein Schaltplan, der die Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren 16 von 1A erläutert. Die Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren 16 umfasst eine zweidimensionale Matrix von M × N Schalt-Elementen. Jedes der Schaltelemente wird gebildet durch einen Widerstand R, der mit einem Transistor Q verbunden ist, und ist einer der Düsen 18 zugeordnet. Außerdem werden die Auswahlsignale 14 gezielt ausgewählten Schalteinheiten zugeordnet, um Blasen 20 zu erzeugen und Tintentröpfchen zur Erzeugung von Zeichen auf dem Blatt Papier auszustoßen.

Sobald eines der Auswahlsignale 14 gezielt an dem Schaltelement angelegt wird, um den Transistor Q durchzusteuern, erzeugt der Widerstand R Wärme für die Tinte der Kammer 21, um ein Tintentröpfchen durch die Düse 18 auszustoßen. Mit anderen Worten wird der Widerstand R als Heizeinrichtung 19 zum Aufheizen der Tinte der Kammer 21 verwendet.

Zur Verringerung der Zahl der Signale können die Auswahlsignale 14 aus Signalen für Zeilen und Signale für Spalten zusammengesetzt sein. In 2 bezeichnet X_a ein Zeilensignal in den Auswahlsignalen 14, während Y_b ein Spaltensignal in den Auswahlsignalen 14 bezeichnet, wobei a = 1, 2, ....., M und b = 1, 2, ...., N ist. Zu Gunsten einer kurzen Darstellung wird diese Schreibweise im weiteren Verlauf der Beschreibung verwendet. Wenn zum Beispiel das Zeilensignal X₁ und das Spaltensignal Y₁ aktiv sind und an der Matrix von Tinten-Ejektoren 16 angelegt werden, wird der Transistor Q11 leitend, und der Widerstand R11 erzeugt darauf Wärme, so dass ein Tintentröpfchen von der zugeordneten Düse 18 ausgestoßen wird. In gleicher Weise wird der Transistor Q_MN leitend, wenn das Zeilensignal X_M und das Spaltensignal Y_N aktiv sind und an der Matrix von Tinten-Ejektoren 16 anliegen, wodurch der Widerstand R_MN Wärme erzeugt, so dass ein Tintentröpfchen von der zugeordneten Düse 18 ausgestoßen wird. Auf diese Weise können entsprechend den Zeilen- und Spaltensignalen der Auswahlsignale 14 die durch die Auswahlsignale 14 bezeichneten Düsen 18 zum Druck genau angesteuert werden.

3 zeigt für die Düsen in der gleichen Anordnung wie in 1B im Vergleich gemessene Temperaturkurven über der Zeit für Düsen in einem normalen und in einem nicht-normalen Zustand. Für die Düse im normalen Zustand steigt die Temperatur mit dem Aufheizen der Tinte und fällt nach dem Ausstoßen der Tinte wieder ab. Der Verlauf der Temperatur für den normalen Fall kann durch die mit "normale Düse" bezeichnete Kurve wiedergegeben werden. Im anormalen Fall, wie bei Verstopfung einiger Düsen 18, können keine Tintentröpfchen erzeugt werden und die Wärme kann sich nicht verteilen, was eine geringe Abnahme der Temperatur der Düsen 18 ergibt. Der Temperaturverlauf kann für diesen anormalen Fall durch die mit "Anormale Düse" bezeichnete Kurve dargestellt werden.

In dem herkömmlichen Druckkopfmodul 15 von 1 wird die Temperatur der Düsen 18 über den Temperaturfühler 17 gewonnen, der durch einen nahe bei einigen Düsen 18 angeordneten Thermo-Widerstand gebildet ist. Dabei wird die Temperatur durch die Änderung des Widerstandes des Thermo-Widerstandes bestimmt.

Jedoch ist die auf diese Weise erhaltene Temperatur eine mittlere Temperatur von einigen oder allen Düsen 18 während die Änderung der Temperatur von einer (einzelnen) der Düsen 18 nicht zugänglich ist. Deshalb kann der Temperaturfühler 17 des konventionellen Druckkopfmoduls 15 nicht unterscheiden, welche Düse 18 eine anormale Temperaturzunahme hat, wenn die Temperatur für eine oder eine kleine Zahl von Düsen 18 anormal zunimmt, und die Temperaturkompensation für diese anormale Zunahme der Temperatur kann unzureichend sein.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zu Grunde, eine Druckkopfvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die selektiv und gezielt die Temperatur von einzelnen Düsen erfassen kann.

Weiter ist es Ziel der Erfindung, eine Druckkopfvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die selektiv die Temperatur von Düsen erfassen oder Düsen gezielt beheizen kann und die ohne wesentliche Änderungen im Aufbau des Systems in dieses integriert werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die zugeordneten Unteransprüche stellen Weiterbildungen der in diesen Ansprüchen bezeichneten Erfindung dar.

Entsprechend stellt die Erfindung eine Druckkopfvorrichtung mit der Fähigkeit zur Temperaturerfassung zur Verfügung. Die Druckkopfvorrichtung umfasst einen Tinten-Ejektor, der mit einem Ansteuersignal und einem Auswahlsignal zur Auswahl des (betreffenden) Tinten-Ejektors beaufschlagt wird.

Der Tinten-Ejektor umfasst eine Düse, ein Heizmodul, mit dem Tinte in dem Tinten-Ejektor gezielt aufgeheizt wird, so dass Tintentröpfchen aus der Düse ausgestoßen werden, und ein Temperaturerfassungsmodul, um gezielt ein Signal für eine gemessene Temperatur zu erzeugen, das die Temperatur der Tinte in unmittelbarer Nachbarschaft der Düse angibt.

Das Heizmodul umfasst eine Heizeinrichtung und ein Gatter zur Ansteuerung. Die Heizeinrichtung ist mit dem Gatter verbunden und liegt in unmittelbarer Nähe zu der Düse, um die Tinte in dem Tinten-Ejektor aufzuheizen und so Tintentröpf chen aus der Düse auszustoßen. Das Gatter zur Ansteuerung wird mit dem Ansteuersignal beaufschlagt und wird verwendet, um die Heizeinrichtung zum Erhitzen zu veranlassen.

Das Temperaturerfassungsmodul umfasst einen Temperaturfühler und ein Gatter zur Abfrage. Der Temperaturfühler ist in unmittelbarer Nähe der Düse angeordnet und an das Abfragegatter angeschlossen. Er wird verwendet, um die Temperatur der Tinte in unmittelbaren Nähe der Düse zu messen und ein Signal der gemessenen Temperatur zu erzeugen, das die Temperatur der Tinte in unmittelbarer Nähe der Düse angibt. Das Gatter zur Abfrage wird mit dem Auswahlsignal beaufschlagt und dazu verwendet, das Signal der gemessenen Temperatur gezielt auszugeben. Solange das Auswahlsignal aktiv ist und anzeigt, dass der Tinten-Ejektor angesprochen ist, gibt der Temperaturerfassungsmodul das Signal für die gemessene Temperatur aus, das für die Temperatur der Tinte in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Düse steht.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung deutlich, wobei die Erfindung aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

In der Zeichnung zeigt:
1A ein Blockdiagramm für eine übliche Steuerung nach dem Stand der Technik,
1B eine Schnittansicht zur Erläuterung einer Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren des Standes der Technik gemäß 1A,
2 einen Schaltplan, der die Matrix von Tintenstrahl-Ejektoren des Standes der Technik gemäß 1A erläutert,
3 einen Vergleich entsprechend dem Stand der Technik von gemessenen Temperaturen der Düsen gemäß 1B über der Zeit, für Düsen im normalen und in einem anormalen Zustand,
4 eine Schnittdarstellung für eine Struktur eines Tinten-Ejektors nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung,
5 ein Blockdiagramm, das die Steuerung eines Tintenstrahldruckers nach der Erfindung erläutert,
6 einen Schaltplan, der die Matrix von Tinten-Ejektoren von 5 erläutert,
7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Ansteuerung des Tinten-Ejektors in 6,
8A einen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel eines Temperaturerfassungsmoduls in 6,
8b einen Schaltplan für ein anderes Ausführungsbeispiel eines Temperaturerfassungsmoduls in 6,
9A einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Heiz-Moduls in 6,
9B einen Schaltplan für ein anderes Ausführungsbeispiel eines Heizmoduls in 6,
10 einen Schaltplan einer linearen Matrix von Tinten-Ejektoren,
11 ein Blockdiagramm für einen Tinten-Ejektor in 10,
12A einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Temperaturfühlermoduls in 11,
12B einen Schaltplan eines anderen Ausführungsbeispieles eines Temperaturfühlermoduls in 11,
13 einen Schaltplan zur Erläuterung eines Heizmoduls in 11.
4 zeigt in Schnittansicht einen Aufbau eines Tinten-Ejektors entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Tinten-Ejektor umfasst eine Düse 18, eine Heizeinrichtung 450 und einen Temperaturfühler 410. Die Heizeinrichtung 450 und der Temperaturfühler 410 sind in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Düse 18 angeordnet. Die Heizeinrichtung wird dazu verwendet, die in dem Tinten-Ejektor enthaltene Tinte aufzuheizen, um Blasen (Bubbles) zu erzeugen und Tintentröpfchen aus der Düse 18 auszustoßen. Die Heizeinrichtung 450 kann beispielsweise ein Widerstand oder eine andere Vorrichtung zum Aufheizen der Tinte sein. Der Temperaturfühler 410 wird dazu verwendet, die Temperatur der Düse 18 zu erfassen und ein Signal der gemessenen Temperatur zu erzeugen, das die Temperatur der Düse 18 angibt. Der Temperaturfühler 410 kann beispielsweise ein Thermo-Widerstand oder eine andere Vorrichtung zur Erfassung der Temperatur der Düse 18 sein. Auf diese Art kann die Temperatur der Düse 18 über das gemessene Temperatursignal gewonnen werden. Weiter kann entsprechend die Temperatur von jeder Düse 18 bestimmt werden, wenn die gleiche Struktur bei allen Tinten-Ejektoren auf dem Tintenstrahldruckkopf angewendet wird.
5 zeigt ein Blockdiagramm, das die Steuerung eines Tintenstrahldruckers nach der Erfindung erläutert. Der Tintenstrahldrucker 500 umfasst ein Treibermodul 510 und eine Druckkopfvorrichtung 550. Das Treibermodul 510 besteht aus einer Steuerung 520 und einer Treibereinrichtung 530, und die Treibereinrichtung 530 kann ein Auswahlsignal 14 und ein Ansteuersignal H an der Druckkopfvorrichtung 550 anlegen. Die Druckkopfvorrichtung 550 enthält eine Mehrzahl von Tinten-Ejektoren, die in Form einer Matrix angeordnet sein können, beispielsweise als eine Ejektor-Matrix 560. Die Ejektor-Matrix 560 wird an das Auswahlsignal 14 und an das Ansteuersignal H angeschlossen. Weiterhin enthält jeder Tinten-Ejektor 560 eine Düse 18, ein Heizmodul, um gezielt die in dem Tinten-Ejektor enthaltene Tinte aufzuheizen und so Tintentröpfchen aus der Düse 18 auszustoßen, und ein Temperaturfühlermodul, um gezielt ein gemessenes Temperatursignal auszugeben, das für die Temperatur der Tinte nahe bei der Düse 18 steht.
Wenn es erforderlich ist, die Temperatur der Tinte dicht bei der Düse 18 zu messen, übergibt die Treibereinrichtung 530 das Auswahlsignal 14 an die Matrix von Tinten-Ejektoren 560, um einen der Tinten-Ejektoren auszuwählen. Um zumindest eine Matrix von Tinten-Ejektoren 560 auszuwählen, enthält das Auswahlsignal 14 je ein Zeilen- und ein Spaltenauswahlsignal, um den einen Ejektor anzugeben, der mit den Zeilen- und Spaltensignalen X_a und Y_b verbunden ist. Als Antwort auf das Auswahlsignal 14 gibt einer der von den Zeilen- und Spaltensignalen X_a und Y_b ausgewählten Ejektoren ein gemessenes Temperatursignal ab, das für die Temperatur der Tinte dicht an der Düse 18 steht.
Sobald das gemessene Temperatursignal 580 vom Tinten-Ejektor 560 ausgegeben ist, wird es einem Analog-zu-Digital-Wandler(A/D-Wandler) 570 zugeführt, wo es in ein digitales Signal für die gemessene Temperatur umgewandelt wird. Das digitale Signal wird wieder der Steuerung 520 zugeleitet, so dass die Steuerung 520 über die Temperaturinformation der Tinten-Ejektoren 560 informiert ist und Weiteres unternehmen kann, um die Tinten-Ejektoren 560 entsprechend der Temperaturinformation zu steuern.
Das Auswahlsignal 14 kann dazu eines oder mehrere Paare von Zeilen- und Spaltenauswahlsignalen enthalten, um einen oder mehrere Tinten-Ejektoren aus der Matrix von Tinten-Ejektoren 560 auszuwählen. So kann die Matrix von Tinten-Ejektoren 560 in Antwort auf das Auswahlsignal 14 eine Mehrzahl von gemessenen Temperatursignalen für die Temperatur der Düsen 18 ausgeben, wenn ein Teil oder alle der Tinten-Ejektoren 560 ausgewählt werden. In ähnlicher Weise können die gemessenen Temperatursignale einem A/D-Wandler 570 zugeführt und dann wieder in die Steuerung 520 zurückgeführt werden, so dass die Steuerung 520 über die Temperaturinformation des Tinten-Ejektors 560 informiert ist und entsprechend der Temperaturinformation weitere Maßnahmen ergreifen kann, um die Tinten-Ejektoren zu steuern.
Wenn die Steuerung 520 drucken möchte und eine Zahl von Tinten-Ejektoren 560 auswählt, um Tintentröpfchen auszustoßen, werden die Auswahlsignale 14 und die Ansteuersignale H auf aktiv gesetzt und in die Matrix der Tinten-Ejektoren 560 eingespeist. Sobald die angewählten Tinten-Ejektoren sowohl das Auswahlsignal 14 als auch das Ansteuersignal H erhalten haben, stoßen die angewählten Tinten-Ejektoren Tintentröpfchen aus.
Wenn die Steuerung 520 die Temperatur der Tinten-Ejektoren 560 erfassen möchte, ist nur das Auswahlsignal 14 aktiv und wird in die Matrix von Tinten-Ejektoren 560 eingespeist. Die Steuerung 520 fragt die gemessenen Temperatursignale 580 der ausgewählten Tinten-Ejektoren ab. Mit anderen Worten: das Ansteuersignal H wird dazu verwendet anzugeben, dass die von dem Auswahlsignal 14 angegebenen Tinten-Ejektoren ausgewählt sind, um die Tinte dicht an der Düse 18 aufzuheizen.
Wenn das Ansteuersignal H nicht aktiv ist und (nicht) in die Matrix von Tinten-Ejektoren 560 eingespeist wird, wird (nur) das gemessene Temperatursignal 580 der Tinte dicht bei der Düse 18 eingelesen, die vom Auswahlsignal 14 angegeben wird.
Wenn das Auswahlsignal 14 und das Ansteuersignal H aktiv sind und in die Matrix von Tinten-Ejektoren 560 eingespeist werden, werden von der Düse 18 die von dem Auswahlsignal 14 angezeigt wird, Tintentröpfchen ausgestoßen. Auf diese Weise kann die Steuerung vermeiden, irrtümlich das Heizmodul anzusteuern, während eine Temperaturmessung ausgeführt wird.
Es gibt zwei Typen von Signaldarstellungen für das Auswahlsignal, und entsprechend werden zwei unterschiedliche Aufbaumöglichkeiten vorgeschlagen.

1. Im ersten Ansatz wird die Matrix von Tinten-Ejektoren 560 als zwei-dimensionale Matrix von Schaltungselementen ausgebildet. Der Tinten-Ejektor wird durch ein Auswahlsignal in der Form von Zeilen und Spalten ausgewählt. Dieser Ansatz verlangt einen verkleinerten Satz von Signalen und eine vereinfachte Schaltung und ist somit bevorzugt.
2. Im zweiten Ansatz wird jeder Tinten-Ejektor durch ein diesem zugeordnetes Auswahlsignal ausgewählt. Dieser Ansatz verlangt mehr Signale als der Erste und führt zu einer komplexeren Schaltung. So ist er derzeit weniger geläufig.

Da die Struktur nach der Erfindung mit jedem der beiden Ansätze verwendet werden kann, werden im Folgenden zwei Ausführungsbeispiele beschrieben.
Beispiel I
6 zeigt einen Schaltplan, der die Matrix von Tinten-Ejektoren 560 in 5 erläutert. Die Matrix von Tinten-Ejektoren 560 ist eine M × N zweidimensionale Schaltungs-Matrix, die aus M × N Tinten-Ejektor-Schaltkreisen 600 gebildet ist, die auch zur Temperaturerfassung fähig sind. Jeder Tinten-Ejektor-Schaltkreis 600, der zur Temperaturerfassung fähig ist, ist in unmittelbarer Nähe einer zugeordneten Düse angeordnet und an zugehörige Zeilen- und Spaltenauswahlsignale X_a und Y_b angeschlossen. Weiterhin ist jeder Tinten-Ejektor-Schaltkreis 600 an das Ansteuersignal H angeschlossen. Um der Kürze willen sind die Einzelheiten der Signalanschlüsse in 6 nicht dargestellt. Die Einzelheiten werden nachfolgend beschrieben.
7 zeigt ein Blockdiagramm, das einen der Tinten-Ejektor-Schaltkreise 600 in 6 erläutert. Der Tinten-Ejektor-Schaltkreis 600 umfasst ein Temperaturfühlermodul 610 und ein Heizmodul 650. Das Temperaturfühlermodul 610 und das Heizmodul 650 sind beide mit den Auswahlsignalen X_a und Y_b für Zeile und Spalte verbunden, wobei nur das Heizmodul 650 weiter mit dem Ansteuersignal H verbunden ist. Über das Ansteuersignal H kann das Heizmodul 650 während der Ausführung einer Temperaturmessung abgeschaltet und so irrtümliches Drucken vermieden werden.
Im Folgenden wird zuerst die Arbeitsweise des Temperaturfühlermoduls 610 beschrieben. 8A zeigt einen Schaltplan für das Temperaturfühlermodul 610 in 6. Das Temperaturfühlermodul 610 besteht aus einer Temperaturfühlereinrichtung 615 und einem Erfassungsgatter 619. Die Temperaturfühlereinrichtung 615 wird verwendet, um die Temperatur der Tinte dicht an der Düse 18 zu messen, um so ein gemessenes Temperatursignal 580 zu erzeugen, das für die Temperatur der Tinte dicht an der Düse 18 steht. Das Erfassungsgatter 619 wird verwendet, um gezielt das gemessene Temperatursignal 580 gemäß dem Auswahlsignal 14 auszugeben. Die Temperaturfühlereinrichtung 615, an der eine Spannungsquelle V_CC anliegt, enthält Widerstände R und R_T. Es sollte festgehalten werden, dass der Widerstand R einen festen Widerstandswert hat, während der Widerstand R_T ein Widerstand ist, dessen Widerstandswert sich mit der Temperatur ändert, wie etwa ein Thermistor, d.h. ein Heißleiter. In der Praxis arbeitet der Thermistor als Widerstand R_T und kann für die Verwendung als Temperaturfühler 410 in 4 nahe der Düse 18 angeordnet werden. Wenn die Temperatur der Tinte dicht an der Düse 18 ansteigt, verringert sich der Widerstand des Thermistors R_T, und damit verringert sich auch die Spannung V_T über dem Thermistor R_T. Wenn umgekehrt die Temperatur der Düse 18 abfällt, steigt der Widerstandswert des Thermistors an und auch die Spannung V_T über dem Thermistor R_T nimmt zu. Deshalb kann die Spannung V_T als gemessenes Temperatursignal 580 betrachtet werden. Dementsprechend wird das gemessene Temperatursignal 580 in Übereinstimmung mit der Temperatur der Düse 18 erzeugt.
Außerdem sind Transistoren Q₁ und Q₂ zusammengeschaltet und bilden das Erfassungsgatter 619, um gezielt die gemessenen Temperatursignale 580 auszugeben. In der Praxis können die Transistoren Q₁ und Q₂ mit den jeweiligen Auswahlsignalen X_a für die Zeile und Y_b für die Spalte verbunden werden. Wie aus 8A ersichtlich ist, wird das gemessenen Temperatursignal 580 über das Erfassungsgatter 619 ausgegeben, wenn die Auswahlsignale X_a für die Zeile und Y_b für die Spalte aktiv sind und dem Erfassungsgatter 619 zugeleitet werden. Wenn also verlangt wird, die Temperatur einer Düse 18 zu bestimmen, werden die Auswahlsignale X_a und Y_b für die Zeile und Spalte der zugehörigen Düse aktiv und dem Erfassungsgatter 619 zugeleitet, um das Erfassungsgatter 619 anzusteuern, und das gemessene Temperatursignal 580 wird dann zum Messen der Temperatur der Düse 18 ausgegeben.
8B zeigt einen Schaltplan für ein anderes Ausführungsbeispiel des Temperaturfühlermoduls 610 in 6, wobei die Temperaturfühlereinrichtung 615 unter Verwendung eines Thermoelements TC ausgeführt ist. In der Praxis kann das Thermoelement TC nahe der Düse 18 angeordnet werden und wirkt als Temperaturfühler 410 in 4. Wenn die Temperatur der Düse 18 ansteigt, steigt auch die Spannung V_T, die von dem Thermoelement TC erzeugt wird. Wenn umgekehrt die Temperatur der Düse 18 sinkt, verringert sich auch die von dem Thermoelement TC erzeugte Spannung V_T. Entsprechend kann die Spannung V_T als das gemessene Temperaturaignal 580 betrachtet werden. Das gemessene Temperatursignal 580 wird damit entsprechend der Temperatur der Düse 18 erzeugt. Da die Struktur des Erfassungsgatters 619 in 8B der in 8A ähnlich ist, werden die Einzelheiten im Interesse der Kürze nicht beschrieben.
9A zeigt einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels für das Heizmodul 650 in 6, wobei das Heizmodul 650 ein Schaltgatter 659 und eine Heizeinrichtung 450 umfasst. In der Praxis kann ein Widerstand R_H als Heizeinrichtung 450 verwendet werden, der nahe der Düse 18 angeordnet ist, um die Tinte aufzuheizen, und an das Auswahlsignal X_a für die Zeile angeschlossen ist. Das Schaltgatter 659 wird dadurch gebildet, dass der Emitter eines Transistors Q₃ mit dem Gatter eines anderen Transistors Q₄ verbunden ist. Das Schaltgatter wird dann an die Heizeinrichtung 450 angeschlossen, um die Heizeinrichtung gezielt zum Aufheizen zu befähigen. In der Praxis kann der Transistor Q₃ an das Auswahlsignal Y_b für die Spalte und das Ansteuersignal H angeschlossen werden, während der Transistor Q₄ an die Heizeinrichtung 450 angeschlossen werden kann. Wenn die Auswahlsignale X_a und Y_b für Zeile und Spalte aktiv sind und dem Heizmodul 650 zugeleitet werden, während das Ansteuersignal H fehlt, wird die Heizeinrichtung 450 nicht frei geschaltet, weil beide Transistoren Q₃ und Q₄ ausgeschaltet sind. Wenn das Ansteuersignal H und die Auswahlsignale X_a und Y_b für Zeile und Spalte sämtlich aktiv sind und an dem Heizmodul 650 anliegen, wird die Heizeinrichtung 450 freigeschaltet und heizt auf, weil beide Transistoren Q₃ und Q₄ durchschalten. Damit zeigt sich, dass das Heizmodul die Heizeinrichtung 450 so steuert, dass die Heizeinrichtung 450 in Übereinstimmung mit dem Ansteuersignal H sowie den Auswahlsignalen X_a und Y_b für die Zeile und die Spalte aufheizt. Weiter gibt es andere mögliche Ausführungsformen für das Heizmodul 650, und eine davon wird in Verbindung mit 9B wie folgt beschrieben.
9B ist ein Schaltplan einer anderen Ausführungsform des Heizmoduls 650 in 6, wobei das Heizmodul 650 ein Schaltgatter 659 und eine Heizeinrichtung 450 umfasst. Im Vergleich mit dem Schaltgatter 659 in 9A wird das Schaltgatter in 9B dadurch gebildet, dass der Emitter eines Transistors Q₅ mit dem Kollektor eines anderen Transistors Q₆ verbunden ist. Weiter ist das Gatter des Transistors Q₅ mit dem Auswahlsignal Y_b für die Spalte verbunden, während das Gatter des Transistors Q₆ mit dem Ansteuersignal H verbunden ist.
Wie aus 9B ersichtlich, führt diese Struktur die Funktion identisch zu der in 9A aus. Es sollte angemerkt werden, dass die Art, in der die drei Signale aktiv gesetzt und dem Heizmodul zugeführt werden, unterschiedlich ausgeführt werden kann, obgleich in dieser Ausführungsform die Heizeinrichtung 450 nur aufheizt, wenn als Signale das Ansteuersignal H sowie die Auswahlsignale X_a für die Zeile und Y_b für die Spalte sämtlich aktiv sind und in das Heizmodul 650 eingespeist werden. Andere Wege für die Zuführung der drei Signale zum Heizmodul, wie Änderung der Transistoranordnung und der Anschlusspunkte für die drei Signale, können auch zu dem gleichen Ergebnis führen.
Beispiel II
10 zeigt ein Blockdiagramm, das die Steuerung einer linearen Matrix von Tinten-jektoren mit "m" Tinten-Ejektor-Schaltungen erläutert. Jede der Tinten-Ejektor-Schaltungen 100 ist zur Temperaturmessung in der Lage und wird über ein Auswahlsignal X_k und ein Ansteuersignal H gesteuert, wobei k eine ganze Zahl von 1, 2, 3, ... bis "m" ist. Wenn nur das Auswahlsignal X_k aktiv ist und der Heizeinrichtung 100 zugeführt wird, nicht aber das Ansteuersignal H, wird ein gemessenes Temperatursignal für die Temperatur der dem Auswahlsignal X_k zugeordneten Düse 18 ausgegeben. Wenn beide Signale, das Auswahlsignal X_k und das Ansteuersignal H, aktiv sind und der Heizeinrichtung 100 zugeführt werden, wird die dem Auswahlsignal X_k zugeordnete Düse 18 ausgewählt, um Tintentröpfchen auszustoßen. Da der Ablauf in der gleichen Weise erfolgt wie im Beispiel I, werden die Einzelheiten aus Gründen der Kürze nicht beschrieben.
11 zeigt ein Blockdiagramm, das die Tinten-Ejektor-Schaltung in 10 erläutert. Die Tinten-Ejektor-Schaltung 100 umfasst ein Temperaturfühlermodul 110 und ein Heizmodul 150. Das Temperaturfühlermodul 110 und das Heizmodul 150 sind beide an das Auswahlsignal X angeschlossen. Außerdem ist das Heizmodul 150 weiter an das Ansteuersignal H angeschlossen, so dass das Heizmodul 150 nicht irrtümlich dazu gebracht wird, Tintentropfen auszustoßen, während eine Temperaturmessung ausgeführt wird.
12A ist ein Schaltplan, der das Temperaturfühlermodul 110 in 11 erläutert. Da nur ein eindeutiges Auswahlsignal am Temperaturfühlermodul 110 angelegt wird, kann das Erfassungsgatter 119 des Temperaturfühlermoduls 110 durch einen (einzigen) Transistor Q₁ dargestellt werden. In der praktischen Ausführung kann der Transistor Q₁ an die Temperaturfühlereinrichtung 615 angeschlossen werden, wie in 12A dargestellt, wo das Auswahlsignal X mit dem Gatter des Transistors Q₁ gekoppelt ist. Wenn das Auswahlsignal X aktiv ist und dem Transistor Q₁ eingespeist wird, um den Transistor Q₁ durchzuschalten, wird das gemessene Temperatursignal 580, d.h. die Spannung V_T, ausgegeben und die Temperatur der Düse 18 wird über das gemessene Temperatursignal 580 erhalten. Da die Arbeitsweise der Temperaturfühlereinrichtung 615 in 12A mit der im Beispiel I identisch ist, wird der Kürze wegen die Arbeitsweise nicht im Einzelnen beschrieben.
12B ist ein Schaltplan, der ein weiteres Beispiel des Temperaturfühlermoduls 110 in 11 erläutert, wo die Temperaturfühlereinrichtung 615 als Thermoelement TC ausgeführt ist. Das Thermoelement TC ist, ähnlich wie bei der Tempera turfühlereinrichtung 615 in 12A, an den Transistor Q₁ angeschlossen, der als Erfassungsgatter 119 wirkt. Wenn das Auswahlsignal X aktiv ist und am Erfassungsgatter 119 anliegt, wird das gemessene Temperatursignal 580 ausgegeben, d.h. die Spannung V_T, und die Temperatur der Düse 18 wird dann über das gemessene Temperatursignal 580 erhalten.
Da der Betrieb mit dem Thermoelement TC in 12B mit dem im Beispiel I beschriebenen identisch ist, wird um der Kürze willen der Betrieb mit dem Thermoelement in 12B nicht beschrieben.
13 zeigt einen Schaltplan des Heizmoduls 150 in 11, wobei das Heizmodul 150 ein Schaltgatter 159 und die Heizeinrichtung 450 umfasst. In der Praxis kann die Heizeinrichtung 450 durch einen Widerstand R_H dargestellt werden, der nahe der Düse 18 angeordnet und an das Auswahlsignal X angeschlossen ist. Da das Auswahlsignal X ein unabhängiges Signal ist, ist es außerdem sinnvoll, einen Transistor Q₂ als Schaltgatter 159 zu verwenden. Wenn das Auswahlsignal X und das Ansteuersignal H beide aktiv sind und am Heizmodul 150 anliegen, heizt die Heizeinrichtung 450 auf.
Es sollte angemerkt werden, dass in den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die Erfassungsgatter und die Schaltgatter durch Metalloxid-Halbleiter Feldeffekt-Transistoren (MOSFET) gebildet werden. Jedoch ist MOSFET nicht das einzige verfügbare Schaltungselement, mit dem die Gatter gebildet werden können; andere Transistoren können eingesetzt werden. Andere Komponenten wie bipolare Junction-Transistoren oder JFETs (Junction Field Effect Transistor) können ebenfalls als Gatter herangezogen werden, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Außerdem wird in den Ausführungsbeispielen die Art der Signalzuführung nur als Beispiel herangezogen und schränkt die Erfindung nicht darauf ein. Der Fachmann kann ebenso zum Erreichen des gleichen Zwecks die Signalanschlusspunkte ändern, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Außer bei Tintenstrahldruckern sind die Erfindungen auch bei anderen Büromaschinen anwendbar, die mit Tintenstrahldruckköpfen ausgerüstet sind, wie Faxsimile-Geräte oder funktionelle Vielzweck-Büromaschinen.
Wie oben erläutert hat die Druckkopfvorrichtung nach der Erfindung den großen Vorteil, dass die Temperaturen sämtlicher Düsen gezielt gemessen und abgegriffen werden können. Da die Temperaturinformation für die einzelnen Tinten-Ejektoren abgreifbar ist, können weitere Maßnahmen zur Steuerung der Tinten-Ejektoren, wie Temperatursteuerung, auf der Grundlage der Temperaturinformation ergriffen werden. Verglichen mit der herkömmlichen Technik, die nur eine Durchschnittstemperatur des Druckkopfes angibt, kann die Erfindung die Temperaturinformation der Düsen gezielt liefern. So kann der Druckkopf genutzt werden, um ins Einzelne gehende und vollständige Temperaturinformation zur Verfügung zu stellen, die in weiterer Temperatursteuerung zur Verbesserung der Druckqualität genutzt wird.

Claims

Druckkopf-Vorrichtung mit Temperaturerfassung, mit einem Tinten-Ejektor, der an ein Ansteuersignal (H) und an ein Auswahlsignal (14) angeschlossen ist, wobei das Auswahlsignal (14) ein erstes (Xa) und ein zweites (Yb) Signal zum Anwählen des Tinten-Ejektors umfasst, und wobei der Tinten-Ejektor umfasst: eine Düse (18), ein Heizmodul (650), um gezielt Tinte in dem Tinten-Ejektor aufzuheizen, so dass Tintentröpfchen aus der Düse (18) ausgestoßen werden, wobei das Heizmodul (650) umfasst: eine Heizeinrichtung (450), die dicht an der Düse (18) angeordnet und an dem ersten Signal (Xa) angeschlossen ist, um die Tinte in dem Tinten-Ejektor aufzuheizen, so dass Tintentröpfchen aus der Düse (18) ausgestoßen werden, und ein Schaltgatter (659), das angeschlossen ist an das zweite Signal (Yb), an das Ansteuersignal (H), und an die Heizeinrichtung (450), um das zweite Signal (Yb) gezielt dem Heizmodul (650) zuzuleiten, so dass die Heizeinrichtung (450) frei geschaltet wird und aufheizt; und ein Temperaturfühlermodul (610) um gezielt ein gemessenes Temperatursignal für die Temperatur der Tinte dicht an der Düse (18) zu erzeugen, wobei das Temperaturfühlermodul (610) umfasst: einen Temperaturfühler (410) dicht an der Düse (18), um die Temperatur der Tinte in unmittelbarer Nähe der Düse (18) zu messen und das gemessene Temperatursignal für die Temperatur dicht an der Düse (18) zu erzeugen, und ein Erfassungsgatter (619), das an den Temperaturfühler (410) und das Auswahlsignal (Xa, Yb) angeschlossen ist, um das gemessene Temperatursignal bei aktiviertem Auswahlsignal (Xa, Yb) gezielt auszugeben, wobei das Erfassungsgatter umfasst: einen ersten Transistor (Q1), der an das erste Signal (Xa) angeschlossen ist; und einen zweiten Transistor (Q2), der an den ersten Transistor (Q1) und an das zweite Signal (Yb) angeschlossen ist; wobei dann, wenn nur das Ansteuersignal (H) aktiv ist und das Auswahlsignal (Xa, Yb) aktiv ist und anzeigt, dass der Tinten-Ejektor angewählt ist, das Schaltgatter (659) das zweite Signal (Yb) zum Heizmodul (650) überträgt, so dass die Heizeinrichtung (450) frei geschaltet wird und aufheizt, und wobei dann, wenn das Auswahlsignal (Xa, Yb) aktiv ist und anzeigt, dass der Tinten-Ejektor angewählt ist, das Erfassungsgatter das gemessene Temperatursignal ausgibt.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Temperaturfühler (410) ein Thermistor/Heißleiter (RT) ist.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Temperaturfühler ein Thermoelement (TC) ist.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das gemessene Temperatursignal ein Spannungssignal (VT) ist.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor (Q1) und der zweite Transistor (Q2) MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) sind.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor (Q1) und der zweite Transistor (Q2) JFETs (junction field effect transistors) sind.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor (Q1) und der zweite Transistor (Q2) bipolare Junction-Transistoren sind.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Heizeinrichtung ein Widerstand (R) ist.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schaltgatter (659) einen ersten Transistor (Q5) und einen zweiten Transistor (Q6) umfasst, der erste Transistor (Q5) an den zweiten Transistor (Q6) angeschlossen ist, der erste Transistor (Q5) an das zweite Signal (Yb) angeschlossen ist, und der zweite Transistor (Q6) an das Ansteuer-Signal (H) angeschlossen ist.
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Transistor (Q5) und der zweite Transistor (Q6) MOSFETs sind (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Transistor (Q5) und der zweite Transistor (Q6) JFETs sind (Junction Field Effect Transistors).
Druckkopf-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Transistor (Q5) und der zweite Transistor (Q6) bipolare Junction-Transistoren sind (bipolar junction transistors).