DE3104246C2

DE3104246C2 - Druckkopf für einen Wärmedrucker

Info

Publication number: DE3104246C2
Application number: DE3104246A
Authority: DE
Inventors: Shingo Atsugi Kanagawa Yamaguchi
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1980-02-06
Filing date: 1981-02-06
Publication date: 1984-08-30
Also published as: US4366489A; DE3104246A1; JPS56109769A

Abstract

In einer thermischen Aufzeichnungseinrichtung, in welcher Bilder auf einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungspapier durch selektives Zuführen elektrischer Energie erzeugt werden, sind eine Anzahl Wärmewiderstände in eine vorbestimmte Anzahl Gruppen aufgeteilt, und in jeder der Gruppen sind eine vorbestimmte Anzahl Gruppenauswahlschaltungen vorgesehen, welche Konstantspannungsschaltungen bilden. Die vorbestimmte Anzahl Gruppenauswahlschaltungen wird im Zeitmultiplex betätigt, um so eine vorbestimmte, konstante elektrische Energie einer Energiequelle, die keine spannungsgeregelte Schaltung aufweist, an die Wärmewiderstände anzulegen, die entsprechend der aufzuzeichnenden Bildinformation aus der Anzahl Wärmewiderstände ausgewählt worden sind.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

f) jeder steuerbare Stromschalter einen Transistor (Q]) enthält, dessen Emitter-Kollektor-Strecke je eine zweite Steuerleitung mit dem zweiten Pol (V₂) der Versorgungsspannung verbindet, und

g) dessen Basis an eine Klemmschaltung (φ, <?3, R, D) angeschlossen ist, die auf ein Ansteuersignal hin den Transistor (Q₁) leitend steuert und seine Basisspannung auf einem vorgegebenen, konstanten Wert gegenüber dem ersten Pol (E) der Versorgungsspannung hält.

2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (Q\) mit einem zweiten Transistor zu einer Darlington-Schaltung kombiniert ist.

3. Druckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors (Q₁) mit der Basis des zweiten Transistors, der Emitter des zweiten Transistors mit dem zweiten Pol (V₂) der Versorgungsspannung und der Kollektor des zweiten Transistors mit der zweiten Steuerleitung (Vs) verbunden sind.

4. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung einen ersten Transistor (Qi). dessen Basis über einen Widerstand (R) das Ansteuersignal empfängt und dessen Emitter an dem ersten Pol (E) der Versorgungsspannung liegt, weiterhin einen zweiten Transistor (Q₂), dessen Basis über einen Widerstand (R) mit dem Emitter des ersten Transistors (Qi) verbunden ist und dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen einem weiteren Pol (V,) und dem ersten Pol (E) der Versorgungsspannung liegt, sowie eine mit dem zweiten Transistor (Q₂) verbundene Reihenschaltung aus einem Widerstand (R) und einer Diode (D) aufweist, deren Verbindungspunkt an die Basis des Transistors (Q]) angeschlossen ist.

5. Druckkopf nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen Wärmedrucker der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Solche Wärmedrucker, wie sie beispielsweise für die Aufzeichnung von empfangenen Bildsignalen in einem Faksimile-Gerät verwendet werden, weisen eine Vielzahl von Heizwiderständen auf, die in einer Zeile angeordnet sind und entsprechende Aufzeichnungspunkte erzeugen können. Sollen beispielsweise solche Bildpunkte auf einen blattförmigen Aufzeichnungsträger der Größe DIN A4 aufgezeichnet werden, so sind im allgemeinen 1728 Heizwiderstände pro Zeile des Wärmedruckers vorgesehen; bei einem blattförmigen Aufzeichnungsträger der Größe DIN B4 müssen 2048 Heizwiderstände pro Zeile verwendet werden. Die einzelnen Heizwiderstände werden in Abhängigkeit von den aufzuzeichnenden Bildpunkten selektiv erregt. Hierbei ist wichtig, daß trotz der kurzen Schaltzeiten den einzelnen Heizwiderständen jeweils ein konstanter Strom zugeführt wird, um entsprechend gleichmäßige Aufzeichnungspunkte zu erzeugen. Denn würde sich der an jedes Heizelement angelegte Strom ändern, so käme es zu einer entsprechenden Schwankung der von dem Heizwiderstand erzeugten Wärmemenge, so daß die Bilddichte der erzeugten Aufzeichnungspunkte ungleichmäßig wird.

Ein Druckkopf für einen Wärmedrucker der angegebenen Gattung geht aus der DE-OS 24 41 760 hervor und weist mehrere, zu einer vorgegebenen Zahl von Gruppen zusammengefaßte Heizwiderstände, eine Anzahl erster Steuerleitungen, wobei je eine erste Steuerleiiung mit dem einen Ende all der Heizwiderstände verbunden ist, die sich innerhalb der Gruppe an der gleichen Stelle befinden, weiterhin je einen Transistor, der über seine Emitter-Kollektor-Strecke je eine erste Steuerleitung mit einem ersten Pol einer Versorgungsspannung verbindet und an dessen Basis ein Steuersignal zum Durchhalten des Transistors angelegt wird, eine Anzahl zweiter Steuerleitungen, wobei je eine zweite Steuerleitung mit dem anderen Ende aller Heizwiderstände verbunden ist, die sich in je einer Gruppe befinden, und schließlich je einen steuerbaren Stromschalter auf, der je eine zweite Steuerleitung mit dem zweiten Pol der Versorgungsspannung verbindet.

Damit den einzelnen Heizwiderständen die jeweils gleiche Strommenge unabhängig von der Zahl der erregten Heizwiderstände zugeführt werden kann, ist eine geregelte Konstantspannungsquelle mit großer Kapazität vorgesehen. Diese Konstantspannungsquelle muß so ausgelegt werden, daß sie auch bei einer gewissen Schwankung der Eingangsspannung den einzelnen Heizwiderständen jeweils eine exakte konstante Ausgangsspannung zuführt; dies bedeutet jedoch, daß im allgemeinen die Eingangsspannung größer als die Ausgangsspannung ist, so daß beim Betrieb einer solchen Konstantspannungsquelle ein nicht zu vermeidender

Leistungsverlust auftritt.

Bei einem herkömmlichen Druckkopf ist eine allen Heizwiderständen gemeinsame, einzige Konstantspannungsquelle vorgesehen, d. h, diese Konstantspannungsquelle muß eine relativ große Kapazität haben und kontinuierlich arbeiten, so daß sich der erwähnte Leistungsverlust nicht vermeiden läßt. Außerdem führt diese »Überkapazität« der Konstantspannungsquelle zu einer starken Wärmeerzeugung, so daß im allgemeinen ein zusätzliches Gebläse erforderlich ist, um eine zu starke Temperaturerhöhung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf für einen Wärmedrucker der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem auch ohne Verwendung einer aufwendigen, regulierten und mit starken Leistungsverlusten behafteten Konstantspannungsquelle den einzelnen Heizwiderständen ein genau definierter, konstanter Strom zugeführt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unieransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß keine gemeinsame, aufwendige Konstantspannungsquelle mehr verwendet wird, sondern daß jede Gruppe von Heizwiderständen durch einen Transistor angesteuert wird; jedem Transistor ist eine Klemmschaltung vorgeschaltet, die gewährleistet, daß der ausgewählte, leitend gesteusrte Transistor als Konstantspannungsquelle wirkt. Damit wird wiederum sichergestellt, daß nur die für die Erregung der angesteuerten Heizwiderstände erforderliche Energie verbraucht wird und nicht der oben erwähnte Leistungsverlust für den Betrieb der Konstantspannungsquelle auftritt. Außerdem kann auf die sonst üblichen, großen Gebläse zur Kühlung der Konstantspannungsquelle verzichtet werden.

Eine solche Speiseschaltung läßt sich weitgehend aus elektronischen Bauelementen aufbauen und auch integrieren, so daß sich im Vergleich mit den bisher üblichen Konstantspannungsquellen großer Leistung ein sehr kompakter Aufbau ergibt.

Die Spannung für die Klemmschaltung kann entweder durch eine allen steuerbaren Stromschaltern gemeinsame Z-Diode, die zwischen der Klemmschaltung und dem ersten Pol der Versorgungsspannung liegt, oder eine stabilisierte Konstantspannungsq-jelle geringer Kapazität geliefert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Schaltungsaufbau einer Ausführungsform eines Druckkopfes für einen Wärmedrucker,

F i g. 2 eine Ausführungsform des steuerbaren Stromschalters für die Auswahl verschiedener Gruppen von Heizwiderständen des Druckkopfes nach Fig. 1,und

F i g. 3 ein Äquivalenz-Schaltbild der Wärmeübertragung von den Transistoren.

Im folgenden soll zunächst unter Bezugnahme auf F i g. 1 der Grundaufbau eines Druckkopfes für einen Wärmedrucker erörtert werden, der im folgenden auch als »thermische Aufzeichnungseinrichtung« bezeichnet werden soll. In F i g. 1 sind eine Ansteuerschaltung 1 für die Auswahl ein-'r Gruppe von Heizwiderständen 2, die im gleichen Ab^stand voneinander in dem Druckkopf angeordnet situ'· den Stromumlauf verhindernde Dioden 3. die Heiz^'idcrständc ansteuernde Transistoren 4 sowie ein Z-Diode (Zener-Diode) 5 j.u erkennen.

Bei dieser Ausführungsform des Druckkopfes sind 1728 Wärme- bzw. Heizwiderstände 2 im gleichen Abstand voneinander in dem Druckkopf des Wärmedrukkers angeordnet, so daß 1728 Bildpunkte pro Zeile auf einem blattförmigen Aufzeichnungsträger der Größe DIN A4 erzeugt werden können. Die 1728 Heizwiderstände sind in sechs Gruppen aufgeteilt, d. h_ jede Gruppe enthält 288 Heizwiderstände. Jede Gruppe von Heizwiderständen ist mit einer von sechs Ansteuerschaltungen 1 für die Auswahl der zugehörigen Gruppe verbunden. Die ersten, zweiten, dritten, ... Heizwiderstände jeder Gruppe sind jeweils mit dem ersten, zweiten, dritten, ... Transistor für die Ansteuerung dieser Heizwiderstände verbunden, wie man aus Fig. 1 erkennt.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Ansteuerschaltung 1 für die Auswahl einer bestimmten Gruppe von Heizwiderständen. In der Ansteuerschaltung 1 sind zu einer Darlington-Schaltung kombinierte Transistoren Q]. die elektrische Energie von einer Versorgungsleitung V₂ den 288 Heizwiderständen 2 jeder Gruppe zuführen. Transistoren Q₂., Qi, Widerstände R und Dioden D miteinander verbunden. Die Transistoren Q: und Qi, die Widerstände R und die Dioden D bilden eine Klemmschaltung, die dazu dient, eine vorgegebene Basisspannung V/; an den Transistor Q\ anzulegen und dadurch den Transistor Q\ selektiv leitend zu schalten. Die Versorgungsleitung V₂ und die Versorgungsleitung Vi. die mit dem Transistor Q₂ verbunden ist, können mit verschiedenen Energiequellen oder mit derselben nicht geregelten Gleichstromquelle verbunden sein.

Während des Betriebs wird die Bildinformation von 1728 Bits pro Zeile auf sechs Gruppen aufgeteilt, so daß 288 Bits Bildinformation nacheinander in den jeweiligen Ansteuerungstransistor 4 eingegeben, und synchron mit der aufeinanderfolgenden Eingabe der 288 Bits Bildinformation werden Gruppenauswahl-Ansteuersignale Si bis 5b nacheinander in die Gruppenauswahl-Ansteuerschaltung 1 eingegeben. Folglich werden die 288 Transistören 4 entsprechend den 288 Bits der eingegebenen Bildinforination in den an- oder ausgeschalteten Zustandgebracht.

Wenn ein Ansteuersignal Sin die Ansteucrschaliung 1 eingegeben wird, wird der Transistor Qi angeschaltet, wodurch eine vorbestimmte B. sisspanrung V« an die Basis des Transistors Q₁ angelegt wird. Die Basis des Transistors Q] ist über die Diode D und eine Zenerdiode 5 mit einer gemeinsamen Leitung E verbunden. Wenn daher die Zenerspannung V₇ ist. und der Spannungsabfall an der Diode D V_n ist. beträgt die Basisspannung V_B (Vz + Vo). Folglich wird die Basisspannung Kg im wesentlichen auf einer konstanten Spannung gehalten. Zu diesem Zeitpunkt ist dann die Spannung K_Man der Basis und an dem Emitter des Transistors Q₁ gesättigt, so daß sie annähernd konstant ist. Folglich ist die Emitterspannung des Transistors Ci. nämlich die Ausgangsspannung V₅, (V_B — Vm), so daß, selbst wenn die Spannung der Versorgungsleitung V₁ nicht stabil ist, die Ausgangsspannung Vv praktisch stabil und konstant ist.

bo Folglich fließt ständig ein vorbestimmter Strom durch die Wärmewiderstände 2. und zwar unabhängig von der Anzahl Transistoren, welche entsprechend der Bildinformation angeschaltet sind, das heißt, der Anzahl der theimischen Widerstände 2. welche über die Vcrsor-

tö gungsleilung V': die Transistoren 4 mil elektrischer Energie versorgen. Folglich kann ein hochwertiges Aufzeichnungsbild mit einem gleichmäßigen Bildschwiir-/ungsgrad geschaffen werden.

Die Ansteuerschaltung 1 wird nur dann angeschaltet, wenn das Ansteuersignal 5 eingegeben wird, wobei dann eine konstante elektrische Energie vorbestimmten Wärmewiderständen 2 zugeführt wird. Normalerweise fließt kein Strom durch die Ansteuerschaltung 1, so daß keine Energie verbraucht wird, wodurch ein sehr hoher Leistungsgrad erhalten wird.

Wenn die Ansteuerschaltung 1 in Betrieb ist, ist die Spannung Vce zwischen dem Kollektor und Emitter des Transistors Q\ ungesättigt. Folglich wird beim Betrieb elektrische Energie entsprechend dem Strom verbraucht, welcher durch den Transistor Q, fließt, wodurch Wärme erzeugt wird. Jedoch ist der elektrische Strom, welcher durch den Widerstand Q\ fließt, nur ein Sechstel des Stroms, welcher durch die 1728 Wärmewiderstände 2 fließt. Folglich ist auch die erzeugte Wärme auf ein Sechste! herabgesetzt. Somit kann die Größe des Strahlers oder Radiators verringert werden, und es ist kein Kühlgebläse erforderlich.

Wenn Transistoren mit einer Wärmefestigkeit 0us an einem Radiator oder Strahler angebracht sind, wenn die Wärmeverluste der Widerstände P₁ bis P_n sind, wenn die Temperatur der Übergänge der Transistoren T) 1 bis 7}„ sind, wenn die Wärmefestigkeit zwischen jedem Übergang und dem Gebläse Q ist, und wenn die Umgebungstemperatur Ta und die Temperatur des Gehäuses Tc ist, kann die Wärmeübertragung durch eine in Fig.3 dargestellte Ersatzschaltung wiedergegeben und die folgende Beziehung erhalten werden:

Tc= Ta + θ ns ■ Pn

T_1n = Tc +

Pn

30

Die Übergangstemperatur T_]n jedes Transistors läßt sich durch die folgende Gleichung wiedergeben:

T_1n = Plßn/n + 0_Hs) + Ta

P= V

p₂ ... Pn = p/n

T_{1 b} = P(6V6 + 0hs) + Ta

(4) Im Unterschied hierzu ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Übergangstemperatur jedes Transistors durch die GI. (4) dargestellt. Ein Vergleich mit der herkömmlichen Schaltung zeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Übergangstemperatur auf 1/6P · Oq erniedrigt werden kann, wenn die Umgebungstemperatur dieselbe ist und der gleiche Radiator oder Strahler verwendet wird, wodurch dann die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Transistoren erheblich erhöht werden kann. Beispielsweise ist bei der im allgemeinen verwendeten Schaltungsanordnung des Typs EIAJ-Tc-3 die Wärmefestigkeit 0Q = 2C/W. Wenn die gesamte Wärmeabgabe P 80 W ist, dann kann die Übergangstemperatur auf 26,7⁰C erniedrigt werden.

Mit anderen Worten, wenn die Übergangstemperatur die gleiche ist, verteilt sich die Wärmeabgabe bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform auf 6 Transistoren Q\, so daß die Größe des Strahlers oder Radiators im Vergleich zu dem bei der herkömmlichen Einrichtung verwendeten Strahler oder Radiator erheblich verkleinert werden kann, und keine Kühlgebläse erforderlich sind. Die Anzahl der in dem thermischen Kopf angeordneten Wärmewiderstände und die Anzahl der Gruppenauswahl-Ansteuerschaltungen, um den Wärmewiderständen im Zeitmultiplex elektrische Energie zuzuführen, kann bei der Erfindung so gewählt werden, wie es gewünscht wird. Die Diode jeder Ansteuerschaltung in der vorbeschriebenen Ausführungsform kann weggelassen werden, wenn eine Zenerdiode in jeder Ansteuerschaltung vorgesehen wird. Ferner kann auch die Zenerdiode 5 durch eine geregelte Stromversorgung mit einem kleinen Strom ersetzt werden. Ferner kann nur ein Transistor Q\ verwendet werden, ohne daß eine Darlington-Schaltung ausgeführt ist.

(3)

40

Aus Gl. (3) ist zu ersehen, daß, je größer die Anzahl Widerstände ist, auf die sich die gesamte Wärmeabgabe P verteilt, die Übergangstemperatur jedes Transistors umso kleiner wird.

Bei dieser Ausführungsform verteilt sich die gesamte Wärmeabgabe P auf 6 Transistoren Q_t. Folglich ist die Übergangstemperatur T_Jb jedes Transistors die folgende:

55

Ein Vergleich mit der Übergangstemperatur in herkömmlichen Einrichtungen zeigt, daß die Übergangstemperatur jedes Transistors in dieser Ausführungsform erheblich niedriger ist Wenn beispielsweise eine herkömmliche, stabilisierte Gleichstromschaltung mit Spannungsteiler und mit 3 Steuertransistoren verwendet ist, um den 1728 Wärmewiderständen 2 konstante Energie zuzuführen, verteilt sich die gesamte Wärmeabgabe P auf die drei Transistoren. Folglich ist die Übergangstemperatur jedes Transistors:

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Tc

Claims

Patentansprüche: I. Druckkopf für einen Wärmedrucker

a) mit mehreren, zu einer vorgegebenen Zahl von Gruppen zusammengefaßten Heizwiderständen,

b) mit einer Anzahl erster Steuerleitungen, wobei je eine erste Steuerleitung mit dem einen Ende all der Heizwiderstände verbunden ist, die sich innerhalb der Gruppe an der gleichen Stelle befinden,

c) mit je einem Transistor, der über seine Emitter-Kollektor-Strecke je eine erste Steuerleitung mit einem ersten Pol einer Versorgungsspannung verbindet und an dessen Basis ein Steuersignal zum Durchschalten des Transistors angelegt wird,

d) mit einer Anzahl zweiter Steuerleitungen, wobei je eine zweite Steuerleitung mit dem anderen Ende aller Heizwiderstände verbunden ist, die sich in je einer Gruppe befinden, und

e) mit je einem steuerbaren Stromschalter, der je eine zweite Steuerleitung mit dem zweiten Pol der Versorgungsspannung verbindet.

zeichnet, daß eine allen steuerbaren Stromschaltern gemeinsame Z-Diode (5) zwischen dem ersten Pol (E)der Versorgungsspannung und der Diode (D)der Klemmschaltung (Q₂, Qj. R. D/iiegL

6. Druckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung eine allen steuerbaren Stromschaltern gemeinsame, stabilisierende Konstantspannungsquelle aufweist.