DE60032036T2

DE60032036T2 - Vorrichtung mit mehreren Druckköpfen mit Temperatursteuerung

Info

Publication number: DE60032036T2
Application number: DE60032036T
Authority: DE
Inventors: Daryl E. Corvallis Anderson; Dennis Corvallis Schloeman; Jeffery S. Corvallis Beck
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: DE60032036D1; EP1020290B1; EP1020290A2; JP2000203061A; EP1020290A3; JP2007125897A; US6322189B1; US20020067384A1; JP4391533B2; US6641243B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Druckköpfe mit mehreren Druckkopfchips und insbesondere auf eine Temperatursteuerung unter den mehreren Druckkopfchips zur Verbesserung der Druckqualität.
Hintergrund der Erfindung
Mehrere Typen von Druckvorrichtungen sind in der Technik bekannt und diese umfassen Laser-, Punktmatrix-, mechanisch betätigte Tintenstrahl- und thermisch betätigte Tintenstrahldrucker und dergleichen. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf Tintenstrahldrucker und ganz speziell auf thermisch betätigte Tintenstrahldrucker anwendbar. Trotzdem sollte zu erkennen sein, dass die Wirkungen von Temperatur auf Tinte und Druckqualität in allen Typen von Druckern ein Problem sein können (unter anderen Gründen aufgrund des Ausdehnungskoeffizienten von Tinte und anderen Materialien), und so ist die vorliegende Erfindung auf alle Drucker anwendbar.
Tintenstrahldruckköpfe sind bekannt, die ein Halbleitersubstrat oder einen -„Chip" umfassen, auf dem eine Mehrzahl von Abfeuerungskammern gebildet ist. Tinten- und Steuersignale werden für einen kontrollierten Tintenausstoß an die Abfeuerungskammern geliefert. Um schnellere Druckraten zu erzielen, betrachtet die vorliegende Erfindung ein Bereitstellen einer Mehrzahl dieser Chips in einer Seite-An-Seite-Anordnung oder dergleichen (wodurch eine größere Tintenausstoßfläche erzeugt wird), und eine derartige Anordnung wird als ein Array oder Modul bezeichnet (im Folgenden als ein „Array") bezeichnet.
Wenn mehrere Chips Seite an Seite platziert sind, um ein Druckkopfarray zu bilden, können jedoch Druckqualitätsprobleme entstehen. Ein Hauptproblem resultiert aus dem Verhalten zweier benachbarter Chips, die bei unterschiedlichen Temperaturen arbeiten. Das Problem zeigt sich üblicherweise als eine plötzliche Veränderung der Bildintensität an der Grenzfläche zwischen den Chips. Die Veränderung der Bildintensität wird durch Tintentropfen mit unterschiedlicher Größe bewirkt, die durch die benachbarten Chips ausgestoßen werden, da das Tintentropfenvolumen mit der Chiptemperatur variiert. So besteht ein Bedarf nach der Bereitstellung eines Druckkopfarrays, in dem die Druckkopfchips oder dergleichen bei einer einheitlicheren Temperatur beibehalten werden und so Tintentropfen mit einheitlicherem Volumen erzeugen.
Die JP 10-230599 beschreibt ein System, in dem eine CPU das Erwärmen jedes einer Mehrzahl von Druckköpfen in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur jedes Druckkopfs steuert.
Zusammenfassung der Erfindung
Entsprechend wäre es wünschenswert, eine Mehrdruckkopfanordnung bereitzustellen, die Tintentropfen mit einem etwa einheitlichen Volumen erzeugt.
Es wäre ferner wünschenswert, eine Mehrdruckkopfanordnung bereitzustellen, in der die Betriebstemperatur jedes Druckkopfs gesteuert wird.
Es wäre außerdem wünschenswert, eine Mehrdruckkopfanordnung bereitzustellen, in der jeder der Druckköpfe bei in etwa der gleichen Temperatur arbeitet.
So wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Druckvorrichtung, wie im Anspruch 1 definiert ist, bereitgestellt.
Die Erzielung der vorstehenden und verwandten Vorteile und Merkmale der Erfindung sollte für Fachleute auf dem Gebiet nach einer Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung zusammen mit den Bezeichnungen besser ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht einer Mehrzahl von Druckkopfchips, die in einem Array angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematisches Diagramm einer analogen Implementierung einer Temperatursteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein schematisches Diagramm einer digitalen Implementierung einer Temperatursteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Seitenansicht einer Mehrzahl von Druckkopfchips 11 bis 13, die in einem Array 10 angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Während in 1 drei Druckköpfe gezeigt sind, sollte zu erkennen sein, dass die vorliegende Erfindung auf eine beliebige Anzahl von Druckköpfen von mehr als Eins anwendbar ist. Jeder Druckkopf umfasst zumindest eine Abfeuerungskammer 41 mit einem Tintenausstoßmechanismus 42, wie z. B. einem Widerstand (thermische Betätigung) oder einem piezoelektrischen Betätigungsglied (mechanische Betätigung). Ein Heizelement, wie z. B. ein Widerstandsheizelement (das als ein Widerstand oder Transistor implementiert sein könnte), oder dergleichen 43 ist vorzugsweise ebenso vorgesehen. Geeignete Heizelemente sind in der Technik bekannt und umfassen Ausführungsbeispiele, die den Widerstandstintenausstoßmechanismus einsetzen, indem sie z. B. einen Puls senden, der ausreichend für ein Erwärmen ist, jedoch nicht ausreichend lange für ein Ausstoßen von Tinte, oder indem sie ein Signal mit reduziertem Strom senden.
Jeder Druckkopf ist mit einem gemeinschaftlich verwendeten Temperatursignalleiter 30 gekoppelt. Bei einem analogen Ausführungsbeispiel (zuerst erläutert) ist es möglich, dass der Temperatursignalleiter eine einzelne Leitung ist, die eine Spannung, die einen Temperaturpegel darstellt, überträgt. Bei einem digitalen Ausführungsbeispiel (weiter unten erläutert) ist der Temperatursignalleiter vorzugsweise ein Bus, der durch Dreizustands-Puffertreiber getrieben wird.
Eine Temperatursteuerlogik 50 ist vorzugsweise in jedem Druckkopf vorgesehen und ist mit dem Temperatursignalleiter gekoppelt. Unter anderen Funktionen ist jede Steuerschaltung in der Lage, das Signal auf dem Leiter 30 zu erfassen und dieses Signal mit der Temperatur seines Druckkopfs zu vergleichen. Abhängig von dem Ergebnis dieses Vergleichs erhöht die Steuerlogik entweder die Temperatur des Druckkopfs, sendet ein Signal an andere Druckköpfe, um deren Temperatur zu erhöhen, oder tut weder das eine, noch das andere. Eine analoge und eine digitale Implementierung werden nun vorgelegt.
Bei einem analogen Ausführungsbeispiel ist der Leiter 30 vorzugsweise eine analoge Signalleitung und jede Steuerschaltung ist konfiguriert, um eine Spannung auf dem Leiter 30 zu erfassen, die eine Temperatur anzeigt. Wenn ein bestimmter Druckkopf kälter als die Bustemperatur ist, wird das Heizelement, das diesem Druckkopf zugeordnet ist, aktiviert. Wenn der Druckkopf um eine vordefinierte Temperatur, Δ, heißer als die Bustemperatur ist, wird ein Spannungssignal, das die heißere Temperatur (minus Δ) darstellt, auf den Bus getrieben. Wenn die Druckkopftemperatur nicht mehr als Δ Grad über der Temperatur auf der Leitung 30 ist, wird keine Aktion unternommen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein schematisches Diagramm einer Temperatursteuerschaltung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schaltung 50 umfasst vorzugsweise einen ersten Komparator 51, der mit einem Hilfsheizer 52 gekoppelt ist und Eingaben von einem Temperatursensor 53 und einer Leitung 30 empfängt. Die Schaltung 50 beinhaltet außerdem einen zweiten Komparator 61, der Eingaben von dem Temperatursensor (minus Δ über einen Pegelumsetzer 63) und der Leitung 30 empfängt. Die Ausgabe des Komparators 61 steuert einen Feldeffekttransistor 64 (vorzugsweise einen PFET) oder dergleichen.
Die Komparatoren 51 und 61 (und die anderen Komponenten hierin) sind vorzugsweise in den Halbleitersubstraten der Druckkopfchips gebildet. Die Komparatoren führen vorzugsweise Funktionen durch, die kommerziell erhältlichen LM308-Vorrichtungen oder dergleichen ähneln. Der Hilfsheizer könnte in einer Vielzahl von Weisen implementiert sein, die ein Beinhalten der thermischen Tintenausstoßmechanismen (oben erläutert), die als Heizelement 43 gebildet oder ergänzend zu demselben sind, oder wie anderweitig in der Technik bekannt ist, umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
Der Temperatursensor 53 ist vorzugsweise unter Verwendung eines Materials implementiert, das einen Widerstandswert aufweist, der mit einer Temperatur variiert, oder durch Bandlücken- und Übergangstechniken, oder wie anderweitig in der Technik bekannt ist. Der Pegelumsetzer 63 ist vorzugsweise mit einem Widerstand und einer konstanten Stromquelle implementiert. Vtn oder dergleichen, Spannungsabfälle und Widerstandsteilernetze kommen ebenso in Betracht.
In Betrieb vergleicht der Komparator 51 das Druckkopftemperatursignal mit dem Temperatursignal auf der Leitung 30.
Wenn das Druckkopftemperatursignal niedriger ist als das Temperatursteuerleitungssignal, wird der Hilfsheizer 52 durch den Komparator 51 aktiviert. Während die Primärfunktion des Komparators 51 darin besteht, ein Erwärmen des Druckkopfs zu steuern, besteht die Hauptfunktion des Komparators 61 darin, das Treiben eines erhöhten oder neuen höchsten Temperatursignals auf die Leitung 30 zu steuern. Wenn das Druckkopftemperatursignal um Δ größer als das Leitungstemperatursignal ist, wird das Gatter 64 derart geschaltet, dass die Leitung 30 durch Vdd oder dergleichen getrieben wird, bis die Leitung 30 (durch die unmittelbare Rückkopplungsschleife erfasst) einen Pegel erreicht, der bewirkt, dass der Komparator 61 die Treiberkraft abschaltet, d. h. die Schaltung öffnet.
Ein Spannungssignal, das auf die Leitung 30 getrieben wird, wird an den Steuerschaltungen der anderen Druckköpfe empfangen. Ein Vergleich, der demjenigen ähnelt, der unmittelbar oben erläutert ist, wird durch jede der Steuerschaltungen der mehreren Druckköpfe unternommen und, falls geeignet, werden die Hilfsheizelemente für diese Druckköpfe aktiviert, um Druckkopftemperaturen anzuheben, derart, dass diese im Wesentlichen gleich der auf der Leitung 30 angezeigten Temperatur sind. Auf diese Weise ist es möglich, eine Umgebung zu erzeugen, in der benachbarte Druckköpfe und, was noch wichtiger ist, Tinte innerhalb dieser Druckköpfe bei im Wesentlichen der gleichen Temperatur bereitgestellt werden. Als ein Ergebnis liegt deutlich weniger Variation bei der Bildintensität zwischen den mehreren Druckkopfchips vor.
Die Verwendung eines Schwellentemperaturbereichs, Δ, bevor ein erhöhtes oder neues Temperatursignal auf die Leitung 30 getrieben wird, verhindert ein Mitkopplungsszenario, bei dem Druckköpfe dauerhaft geheizt werden, bis dieselben eine Temperatur erreichen, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb zu heiß ist. Es sollte zu erkennen sein, dass es herkömmliche Techniken für einen Druckkopftemperaturschutz und, wenn eine Druckkopfschwellentemperatur erreicht ist, die Druckköpfe einfach deaktiviert werden (keine Abfeuerungssignale werden gesendet, bis dieselben abkühlen). Exemplarische Spannungs- und Temperaturparameter umfassen einen Spannungsbereich von 1–4 V, was einer Temperatur von 20 bis 100°C entspricht. Δ könnte etwa 150 mV betragen und die Grenztemperatur beträgt etwa 100°C.
Bezug nehmend auf 3 ist ein schematisches Diagramm einer digitalen Implementierung einer Temperatursteuerschaltung 150 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schaltung aus 3 wird durch das Bezugszeichen 150 bezeichnet und soll als ein Ersatz für die Schaltung 50 der 1 und 2 dienen.
Die Schaltung 150 umfasst einen Komparator 151, einen Hilfsheizer 152, einen Temperatursensor 153 und einen Pegelumsetzer 163, die funktionsmäßig analog zu entsprechenden Komponenten in 2 sind. Die Schaltung 150 umfasst außerdem eine Steuerlogik 170, einen Puffertreiber 172, eine Registerschaltung 173 und ein Lesetemperaturregister 155. In Betrieb wird die Temperatur durch den Sensor 153 erfasst, durch einen A/D-Wandler 154 in eine digitale Darstellung umgewandelt und in dem Register 155 gespeichert. Eine Bustemperatur wird von einem Bus 30 (vorzugsweise einem 8-Bit-Bus, plus Steuerung) in die Registerschaltung 173 geladen, von der dieselbe durch den Pegelumsetzer 163 zu dem Komparator 151 übertragen wird. Der Bus 30 bei der digitalen Implementierung könnte ein gemeinschaftlich verwendeter Bus sein, z. B. ein Teil des Systembus (mit Zeitbereichs-Multiplexen) oder ein zweckgebundener Bus. Der Pegelumsetzer 163 subtrahiert ein geeignetes Δ und wenn die durch das Register 155 gehaltene erfasste Temperatur kleiner ist als die Bustemperatur minus Δ, wird der Hilfsheizer 152 aktiviert.
Die Steuerlogik 170 umfasst vorzugsweise ein ID-Register 179 zur eindeutigen Identifizierung. Die Steuerlogik ist vorzugsweise mit der Steuerlogik der anderen Druckkopfchips durch Steuerleitungen gekoppelt, die dem Bus 30 zugeordnet sind, oder durch andere Steuersignalleitungen, die durch gestrichelte Linien 181 angezeigt sind. Die Steuerlogiksteuerleitungen erlauben die Implementierung von Zeitbereichs-Multiplex- oder anderen Buszuweisungs-/Nutzungsszenarien. In einem Zeitbereichs-Multiplexszenario werden die Temperaturen der anderen Druckkopfchips der Reihe nach gattermäßig in die Registerschaltung 173 gebracht und durch die Steuerlogik 170 angesehen. Jede neue Temperatur, die gattermäßig eingebracht wird, wird mit dem vorherigen Wert verglichen und die heißeste Temperatur wird vorzugsweise behalten. Während des Bussteuerintervalls für den Druckkopf aus 3 aktiviert die Steuerlogik 170 den Treiber 172, der das Temperatursignal aus dem Register 155 auf den Bus treibt. Die Steuerlogik 170 gibt außerdem ein Aktivierungssignal an den Komparator 151 aus, der aktiv ist, wenn die Ausgabe des Komparators 151 gültig ist. Es sollte zu erkennen sein, dass, während die Steuerlogik 170 als in einem bestimmten Druckkopfchip in 3 gebildet dargestellt ist, die Steuerlogik und verwandte Logik alternativ auf einem chip-externen Prozessor oder an anderer Stelle vorgesehen sein könnten.
Während die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsbeispielen derselben beschrieben wurde, wird darauf verwiesen, dass sie zu einer weiteren Modifizierung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche in der Lage ist.

Claims

Eine Druckvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen ersten Druckkopfchip (11) und einen zweiten Druckkopfchip (12), die jeweils einen Temperatursensor (53; 153) aufweisen; eine Signalübertragungsschaltung (30), die angeordnet ist, um ein Temperatursignal von einem (z. B. 11) des ersten und des zweiten Druckkopfchips (11, 12) zu dem anderen (z. B. 12) des ersten und des zweiten Druckkopfchips (11, 12) zu übertragen; eine Steuerlogik (50; 150) innerhalb jedes des ersten und des zweiten Druckkopfchips (11, 12), die angeordnet ist, um ein erfasstes Temperatursignal des Druckkopfchips (z. B. 11), innerhalb dessen sich diese Steuerlogik (50; 150) befindet, mit einem Temperatursignal des anderen Druckkopfchips (z. B. 12), das durch die Signalübertragungsschaltung (30) übertragen wird, zu vergleichen; und einen Heizmechanismus (52, 152) innerhalb jedes Druckkopfchips (11, 12), der mit der jeweiligen Steuerlogik (50; 150) innerhalb dieses Chips (z. B. 11) gekoppelt und angeordnet ist, um die Temperatur seines jeweiligen Chips (11, 12) ansprechend auf eine Bestimmung durch die gekoppelte Steuerlogik (50; 150), dass die Temperatur dieses Chips (z. B. 11) kleiner ist als diejenige des anderen Chips (z. B. 12), zu erhöhen.
Eine Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Steuerlogik (50; 150) in jedem Chip (11, 12) angeordnet ist, um ein Signal auf die Signalübertragungs- schaltung (30) zu treiben, das die Temperatur des jeweiligen Chips (11, 12), innerhalb dessen sich dieselbe befindet, anzeigt.
Eine Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Steuerlogik (50; 150) einen Mechanismus umfasst, der eine Schwellentemperatur zwischen der Temperatur des Chips (11, 12), auf dem sich dieselbe befindet, und einer Temperatur, die durch die Signalübertragungsschaltung (30) geliefert wird, einrichtet, bevor ein Signal, das zu einem Chiptemperaturanstieg führt, erzeugt wird.
Eine Druckvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Signalübertragungsschaltung (30) angeordnet ist, um eine analoge Spannung, die eine entsprechende Temperatur anzeigt, zu übertragen.
Eine Druckvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Signalübertragungsschaltung (30) angeordnet ist, um einen digitalen Code, der einer Temperatur entspricht, zu übertragen.