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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Substrat für einen Tintenstrahl-Druckkopf,
den Druckkopf an sich sowie auf eine Druckvorrichtung.
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In Betracht
gezogener Stand der Technik
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Aus
der EP-A-0 816 082 sind ein Aufzeichnungskopfsubstrat, ein Aufzeichnungskopf,
bei dem das Aufzeichnungskopfsubstrat Verwendung findet, sowie ein
Drucker bekannt, bei dem der Aufzeichnungskopf Verwendung findet.
Hierbei offenbart die EP-A-0 816 082 insbesondere ein Aufzeichnungskopfsubstrat
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bei
einem üblichen
Tintenstrahldrucker sind z.B. in der aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
5-185 594 bekannten Weise elektrothermische Wandler (Heizelemente)
und deren zugehörige
Ansteuerschaltungen auf dem gleichen Substrat unter Verwendung eines
Halbleiter-Herstellungsverfahrens ausgebildet.
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Hierbei
sind die Heizelemente und die zugehörigen Heizelement-Ansteuerschaltungen
bei einem üblichen
Druckkopfsubstrat in integrierter Bauweise im Bereich von Düsenöffnungen
angeordnet, über
die Tinte ausgestoßen
wird. In 6 ist ein Beispiel für einen
solchen Substrataufbau veranschaulicht.
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7A zeigt
beispielhaft ein spezifisches Ersatzschaltbild, das einem Segment
eines Bereiches entspricht, in dem Heizelemente und Ansteuertransistoren
in Form einer Matrix angeordnet sind.
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Wie
in 7A veranschaulicht ist, besitzt ein Heizelement-Ansteuersignal
eine Amplitude, die der Versorgungsspannung einer Logikschaltung
entspricht. Dieses Signal wird von einer Spannungsumsetzerschaltung
angehoben und der Gate-Elektrode eines Ansteuertransistors zur Ansteuerung
des Heizelements zugeführt.
Die Spannungsanhebung erfolgt, da sich der Einschaltwiderstand des
Ansteuertransistors durch Ansteuerung der Gate-Elektrode des Ansteuertransistors
mit einer hohen Spannung verringert.
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Auf
diesen Umstand wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7B näher eingegangen.
Die Versorgungsspannung Vdd einer üblichen Logikschaltung beträgt 5 V,
wobei die von der Spannungsumsetzerschaltung angehobene Spannung,
d.h., die der Gate-Elektrode des Ansteuertransistors zugeführte Gate-Spannung,
auf 8 V eingestellt ist. Durch Einstellung der Schwellenspannung
eines als Anfangsstufe der Spannungsumsetzerschaltung vorgesehenen
Inverters A auf einen Wert in der Nähe von 3 bis 4 V kann somit
der Anfangsinverter A eine zufriedenstellende Inversion bei der
Amplitude der Versorgungsspannung der Logikschaltung durchführen.
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9 zeigt
eine schematische Darstellung des Aufbaus eines üblichen Inverters des Standes der
Technik. Hierbei beträgt
das Verhältnis
der Gate-Breite (W) eines PMOS-Transistors zu der Gate-Breite eines
NMOS-Transistors üblicherweise
2 : 1. Wenn nämlich
der PMOS-Transistor
und der NMOS-Transistor Gate-Breiten mit den gleichen Abmessungen
aufweisen, ist der Einschaltwiderstand des PMOS-Transistors doppelt
so hoch wie derjenige des NMOS-Transistors. Zur Angleichung der
Einschaltwiderstände
der beiden Transistoren ist daher ein Abmessungsverhältnis von
2 : 1 erforderlich. Durch diese Angleichung der Einschaltwiderstände nimmt
die Schwellenspannung des Inverters den halben Wert der Versorgungsspannung
(Vdd) an. Diese Maßnahme
dient üblicherweise
zur Angleichung und damit Vermeidung der Auswirkungen von Störungen (Rauschen),
die von der Stromversorgungsseite und der Masseseite her eingestreut
werden.
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Auf
Grund höherer
Ansteuergeschwindigkeiten bzw. Taktfrequenzen und einer erheblichen
Miniaturisierung der Heizelement-Ansteuerschaltung und der externen
Signalverarbeitungsschaltung besteht jedoch eine Tendenz zur Verwendung
einer geringeren Spannung als Versorgungsspannung Vdd der Logikschaltung,
wobei vorauszusehen ist, dass die derzeit verwendete Spannung von
5 V bald durch eine Spannung von 3,3 V ersetzt wird.
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Wenn
hierbei die Schwellenspannung des Anfangsinverters der Spannungsumsetzerschaltung bei
den derzeitigen 3 bis 4 V gehalten wird, kann davon ausgegangen
werden, dass bei einer Logiksignalspannung von 3,3 V eine Inversion
nicht in zufriedenstellender Weise erfolgt oder die Inversionsspannung
nicht erreicht wird, wie dies in 8 veranschaulicht
ist. Wenn der Anfangsinverter jedoch keine zufriedenstellende Inversion
durchführen
kann, besteht die Gefahr, dass sich das Ansteuervermögen des
Inverters der nächsten
Stufe sowie die Umschaltgeschwindigkeit verschlechtern.
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Auf
Grund dieses Umstands verändert
sich mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit die Impulsdauer des Heizelement-Ansteuersignals,
womit eine normale Heizelementansteuerung unmöglich wird. Wenn dagegen die
Spannung nicht erreicht wird, bei der eine Inversion erfolgen kann,
kann auch das logische Signal der nächsten Stufe nicht zugeführt werden,
was eine Heizelementansteuerung verhindert.
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Wenn
im übrigen
das Verhältnis
der Gate-Breite W1 des PMOS-Transistors zu der Gate-Breite W2 des
NMOS-Transistors
bei einem üblichen
Inverter in der in 9 veranschaulichten Weise auf
2 : 1 eingestellt ist, beträgt
die Schwellenspannung des Inverters 1/2 Vdd. Ist hierbei die Versorgungsspannung
VHT der Spannungsumsetzerschaltung auf 8 V eingestellt, nimmt die
Schwellenspannung der Anfangsinverterstufe den Wert 4 V an, was zur
Folge hat, dass das Signal der nächsten
Stufe nicht zugeführt
wird.
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Die
Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände konzipiert
worden, wobei ihr die Aufgabe zu Grunde liegt, ein Substrat für einen Druckkopf,
einen Druckkopf an sich sowie eine Druckvorrichtung anzugeben, bei
denen auch bei einer unter 3,3 V liegenden Spannung des Logiksignals die
Schwellenspannung des Anfangsinverters der Spannungsumsetzerschaltung
auf einen Pegel eingestellt werden kann, bei dem eine Inversion
in zufriedenstellender Weise erfolgt.
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Auch
bei Druckköpfen
und Druckern, bei denen diese Druckköpfe Verwendung finden, besteht
in jüngerer
Zeit auf Grund der höheren
Ansteuergeschwindigkeit bzw. Taktfrequenz und erheblichen Miniaturisierung
der Heizelement-Ansteuerschaltung und einer externen Signalverarbeitungsschaltung
wie einer Zentraleinheit (CPU) eine zunehmende Tendenz im Hinblick
auf die Verwendung einer niedrigeren Spannung für die Logiksignalspannung,
sodass die derzeit verwendete Spannung von 5 V zunehmend durch 3,3
V ersetzt wird.
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Darüber hinaus
erfolgt die Verwendung einer geringeren Spannung für eine Zentraleinheit
(CPU) in Verbindung mit einer zunehmenden Verfeinerung des Herstellungsverfahrens.
Wenn z.B. ein 0,5-μm-Normverfahren Verwendung
findet, liegt die Versorgungsspannung in der Größenordnung von 2,0 V, wobei
vorausgesagt werden kann, dass die Versorgungsspannung bei Verwendung
eines 0,15 bis 0,18-μm-Normverfahrens
dann 1,5 V oder weniger beträgt.
Darüber
hinaus ist eine Angleichung der Signalspannung der externen Verarbeitungsschaltung
sowie der innerhalb des Kopfes verwendeten Logiksignalspannung unter
dem Gesichtspunkt der Systemübereinstimmung
bzw. Kommunalität
zur Verringerung der Gesamtkosten des Gerätes von maßgeblicher Bedeutung. Aus diesem
Grund ist zu erwarten, dass die innerhalb des Kopfes verwendete
Logiksignalspannung sich in der Zukunft von 3,3 V auf 2,0 V bis
1,5 V und gegebenenfalls noch weiter verringert. Bei Verwendung
einer immer weiter verringerten Spannung besteht jedoch die Gefahr,
dass Fehlfunktionen an der Schnittstelle zwischen dem Logiksignal
und dem Ansteuersignal des Ansteuertransistors auftreten. Demzufolge
müssen
Maßnahmen
zur Bewältigung
einer niedrigeren Spannung sowie der damit einhergehenden Probleme
getroffen werden, was eine wichtige und maßgebliche Herausforderung bei
der Entwicklung von Druckköpfen
darstellt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Substrat für einen
Druckkopf, einen Druckkopf mit diesem Substrat sowie eine Druckvorrichtung
mit dem Druckkopf anzugeben, durch die sich die vorstehend beschriebenen
Probleme lösen lassen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Substrat für einen Druckkopf
gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Druckkopf gemäß Patentanspruch
4 gelöst.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Druckvorrichtung gemäß Patentanspruch
5 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann aus der nachstehenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
ersichtlich, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt,
wobei das dargestellte Ausführungsbeispiel
jedoch keinen einschränkenden
Charakter hat, sondern der Schutzumfang der Erfindung von den Patentansprüchen bestimmt wird.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Außenansicht des
Aufbaus eines Tintenstrahldruckers, der ein typisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt,
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2 ein
Blockschaltbild des Aufbaus einer Steuerschaltung des Tintenstrahldruckers
gemäß 1,
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3A ein
Schaltbild eines thermoelektrischen Wandlers und des Aufbaus seiner
Ansteuerschaltung bei einem Druckkopf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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3B eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Schwellenspannung
eines Anfangsstufen-Inverters der Ansteuerschaltung des thermoelektrischen
Wandlers bei dem Druckkopf gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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4 ein
Schaltbild eines thermoelektrischen Wandlers und des Aufbaus seiner
Ansteuerschaltung bei einem Druckkopf gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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5 ein
Schaltbild eines thermoelektrischen Wandlers und des Aufbau seiner
Ansteuerschaltung bei einem Druckkopf gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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6 eine
schematische Darstellung eines Beispiels für die Anordnung von Heizelementen
und Heizelement-Ansteuerschaltungen auf einem Druckkopfsubstrat
des Standes der Technik,
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7A ein
Schaltbild zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine spezifische
Ersatzschaltung, die einem Segment eines Bereiches entspricht, in
dem Heizelemente und Ansteuertransistoren in Form einer Matrix angeordnet
sind,
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7B eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Schwellenspannung
eines Anfangsstufen-Inverters der Ersatzschaltung gemäß 7A,
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8 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Ausgangszustands
einer Schwellenspannung, die von einer erfindungsgemäßen Spannungsumsetzerschaltung
erzeugt wird, und
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9 eine
schematische Darstellung eines Beispiels für die Anordnung von PMOS- und NMOS-Transistoren bei
einer Spannungsumsetzerschaltung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung, bei denen eine erfindungsgemäße Druckvorrichtung bei einem
Tintenstrahldrucker Anwendung findet, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen
näher beschrieben.
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Allgemeiner Aufbau der
Druckvorrichtung
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1 zeigt
eine perspektivische Außenansicht
des Aufbaus eines Tintenstrahldruckers IJRA, der ein typisches Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt.
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Wie
in 1 veranschaulicht ist, steht ein Druckwagen bzw.
Druckschlitten HC mit einer Spiralnut 5004 einer Antriebsspindel 5005 in
Wirkverbindung, die bei der Vorwärts-
und Rückwärtsdrehung eines
Antriebsmotors 5013 über
Antriebsübertragungszahnräder 5009 bis 5011 in
Drehung versetzt wird. Der Druckwagen HC besitzt einen (nicht dargestellten)
Stift und wird in Richtung der Pfeile a und b hin- und herbewegt.
Eine Tintenstrahlpatrone IJC ist an dem Druckwagen HC angebracht.
Die Bezugszahl 5002 bezeichnet eine Papierandruckplatte,
die Druckpapier P in der Bewegungsrichtung des Druckwagens HC gegen
eine Auflagewalze 5000 drückt. Die Bezugszahlen 5007 und 5008 bezeichnen
Optokoppler, die eine Ruhe- oder Ausgangsstellungserfassungseinrichtung
zur Erfassung der Anwesenheit eines Druckwagenhebels 5006 in
der Nähe
der Optokoppler und Umschaltung der Drehrichtung des Motors 5013 bilden.
Die Bezugszahl 5016 bezeichnet ein Element zur Halterung
einer Abdeckkappe 5022, die zur Abdeckung der Vorderseite
des Druckkopfes dient. Die Bezugszahl 5015 bezeichnet eine
Absaugeinrichtung zur Ausübung
einer Absaugwirkung auf die Abdeckkappe, wodurch der Druckkopf über eine in
der Abdeckkappe angeordnete Öffnung 5023 einer Absaugregenerierung
unterzogen wird. Die Bezugszahl 5019 bezeichnet ein Element,
durch das eine Reinigungsklinge 5017 hin- und herbewegt
werden kann. Die Reinigungsklinge 5017 und das Element 5019 sind
auf einer Halterungsplatte 5018 angeordnet. Die Ausgestaltung
der Klinge ist jedoch nicht auf einen solchen Typ beschränkt, sondern
bei diesem Ausführungsbeispiel
kann auch eine bekannte Reinigungsklinge Verwendung finden. Die
Bezugszahl 5021 bezeichnet einen Hebel zur Einleitung des
Absaugvorgangs bei der Absaugregenerierung. Dieser Hebel wird von
einem mit dem Druckwagen in Eingriff stehenden Nocken 5020 in
Bewegung versetzt. Die Bewegung wird von einer bekannten Kraftübertragungseinrichtung
gesteuert, wobei die Antriebskraft des Antriebsmotors z.B. durch
eine Schaltkupplung übertragen
wird.
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Die
Abdeck-, Reinigungs- und Absaugregenerierungsvorgänge finden
in ihren jeweiligen Positionen durch eine mit Hilfe der Antriebsspindel 5005 erfolgende
Betätigung
statt, wenn der Druckwagen den Bereich seiner Ausgangsstellung erreicht.
Wenn die gewünschten
Vorgänge
jedoch im Rahmen einer bekannten zeitlichen Steuerung ablaufen,
kann bei diesem Ausführungsbeispiel
auch eine solche Anordnung in Betracht gezogen werden.
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Nachstehend
wird auf den Aufbau einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Druckvorgangs bei
der vorstehend beschriebenen Druckvorrichtung näher eingegangen.
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2 veranschaulicht
in Form eines Blockschaltbildes den Aufbau einer Steuerschaltung
zur Steuerung des Tintenstrahldruckers IJRA. Die Steuerschaltung
umfasst eine Schnittstelle 1700 zur Eingabe eines Drucksignals,
eine Zentraleinheit MPU 1701, einen Programm-Festspeicher ROM 1702 zur Speicherung
eines von der Zentraleinheit MPU 1701 ausgeführten Steuerprogramms,
einen dynamischen Direktzugriffsspeicher DRAM 1703, in
dem verschiedene Daten (wie das vorstehend beschriebene Drucksignal
sowie dem Druckkopf zugeführte
Druckdaten) gespeichert sind, und eine Verknüpfungsschaltung (GA) 1704 zur
Steuerung der Zuführung von
Druckdaten zu einem Druckkopf 1708 sowie der Datenübertragung
zwischen der Schnittstelle 1700, der Zentraleinheit MPU 1701 und
dem Direktzugriffsspeicher DRAM 1703. Ein Wagenantriebsmotor 1710 bewegt
den Druckkopf 1708, während
ein Transportmotor 1709 Druckpapier transportiert. Die
Ansteuerung des Druckkopfes erfolgt über eine Druckkopf-Ansteuerschaltung 1705,
während
der Antrieb des Transportmotors 1709 über eine Motortreiberschaltung 1706 und
der Antrieb des Wagenantriebsmotors 1710 über eine
Motortreiberschaltung 1707 erfolgen.
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Die
Wirkungsweise dieser Steuereinrichtung lässt sich folgendermaßen zusammenfassen:
Wenn ein Drucksignal der Schnittstelle 1700 zugeführt wird, wird
dieses Drucksignal von der Verknüpfungsschaltung 1704 und
der Zentraleinheit MPU 1701 in Druckdaten für einen
Druckvorgang umgesetzt. Sodann werden die Motortreiberschaltungen 1706 und 1707 betätigt und
der Druckkopf entsprechend den der Druckkopf-Ansteuerschaltung 1705 zugeführten Druckdaten
angesteuert, wodurch der Druckvorgang erfolgt.
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Aufbau der Druckkopf-Ansteuerschaltung
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3A zeigt
ein Schaltbild eines thermoelektrischen Wandlers und des Aufbaus
seiner Ansteuerschaltung bei einem Druckkopf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Hierbei ist das Verhältnis
der Gate-Breite zwischen einem NMOS-Transistor 1 sowie
PMOS-Transistoren 2, 3, die die Anfangsinverterstufe
einer Spannungsumsetzerschaltung bilden, derart eingestellt, dass
die Schwellenspannung einen unter der Versorgungsspannung Vdd (3,3
V) der Logikschaltung liegenden Spannungswert bzw. einen Spannungswert
annimmt, bei dem eine Inversion in zufriedenstellender Weise erfolgen
kann.
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Wie
in 3B im einzelnen dargestellt ist, wird hierbei
das Gate-Breitenverhältnis
derart eingestellt, dass die Schwellenspannung des Anfangsinverters
einen eine Inversion ermöglichenden
Spannungswert annimmt, der kleiner als der halbe Wert der Versorgungsspannung
VHT (8 V) der Spannungsumsetzerschaltung und außerdem kleiner als die Versorgungsspannung
Vdd der Logikschaltung ist.
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Eine
unter dem halben Wert der Umsetzerspannung liegende Schwellenspannung
des Anfangsinverters kann erhalten werden, indem die Gate-Breite
des NMOS-Transistors 1 größer als die Gate-Breite der
PMOS-Transistoren 2, 3 gehalten wird (wobei die
durch L gegebene Gate-Länge
identisch ist), um auf diese Weise den Einschaltwiderstand des NMOS-Transistors 1 zu
verringern. Wenn z.B. bei der Schaltungsanordnung gemäß 3A die
PMOS-Transistoren 2, 3 Gate-Abmessungen W/L von
6 μm/3 μm und der
NMOS-Transistor 1 Gate-Abmessungen W/L von 10 μm/3 μm aufweisen,
kann die Schwellenspannung auf einen Wert von 1,6 bis 1,8 V eingestellt
werden. Auf diese Weise kann der Anfangsinverter eine zufriedenstellende
Inversion bei einer Spannung Vdd von 3,3 V durchführen.
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Durch
die vorstehend beschriebene Maßnahme
erfolgt somit eine Änderung
des Einschaltwiderstands durch Änderung
der Gate-Breite W. Die gleiche Wirkung kann jedoch erzielt werden,
indem das Verhältnis
der Einschaltwiderstände
durch Änderung
der Gate-Länge
L oder des Verhältnisses
der Gate-Abmessungen W/L verändert
wird.
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4 zeigt
ein Schaltbild eines thermoelektrischen Wandlers und des Aufbaus
seiner Ansteuerschaltung bei einem Druckkopf gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
bei dem das Widerstandsverhältnis
zwischen dem NMOS-Transistor 1 und
einem Lasttransistor 4, die die Anfangsinverterstufe einer
Spannungsumsetzerschaltung bilden, derart eingestellt ist, dass
die Schwellenspannung einen unter der Versorgungsspannung Vdd (3,3
V) der Logikschaltung liegenden Spannungswert bzw. einen Spannungswert
annimmt, bei dem eine Inversion in zufriedenstellender Weise erfolgen
kann. Hierbei wird das Verhältnis
in der in 3B dargestellten Weise derart
eingestellt, dass die Schwellenspannung des Anfangsinverters einen
eine Inversion ermöglichenden
Spannungswert annimmt, der unter dem halben Wert der Versorgungsspannung
VHT (8 V) der Spannungsumsetzerschaltung und außerdem unter der Versorgungsspannung
der Logikschaltung liegt.
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Die
Schwellenspannung des Anfangsinverters kann hierbei unter dem halben
Wert der Umsetzerspannung gehalten werden, indem der Einschaltwiderstand
des NMOS-Transistors 1 auf
einen kleineren Wert als der Widerstandswert des Lasttransistors 4 eingestellt
wird. Wenn z.B. bei der Schaltungsanordnung gemäß 4 der Lasttransistor 4 einen Widerstandswert
von 20 kΩ aufweist,
kann die Schwellenspannung auf einen Wert von 1,6 bis 1,8 V eingestellt
werden, wenn der NMOS-Transistor 1 Gate-Abmessungen
W/L von 28 μm/3,5 μm aufweist. Auf
diese Weise wird der Anfangsinverter in die Lage versetzt, bei einer
Spannung Vdd von 3,3 V eine Inversion in zufriedenstellender Weise
durchzuführen.
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Durch
die vorstehend beschriebene Maßnahme
wird der Einschaltwiderstand durch Änderung der Gate-Abmessungen
W/L des NMOS-Transistors 1 verändert. Die gleiche Wirkung
lässt sich
jedoch auch erzielen, indem nur die Gate-Länge L oder nur die Gate-Breite
W verändert
werden oder indem der Widerstandswert des Lasttransistors 4 vergrößert wird.
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5 zeigt
ein Schaltbild eines thermoelektrischen Wandlers und des Aufbaus
seiner Ansteuerschaltung bei einem Druckkopf gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
bei dem das Verhältnis
der Gate-Breite zwischen dem NMOS-Transistor 1 und einem
als Last dienenden NMOS-Transistor 5 des Verarmungstyps,
die die Anfangsinverterstufe einer Spannungsumsetzerschaltung bilden,
derart eingestellt wird, dass die Schwellenspannung einen unter der
Versorgungsspannung Vdd (3,3 V) der Logikschaltung liegenden Spannungswert
bzw. einen Spannungswert annimmt, bei dem eine Inversion in zufriedenstellender
Weise erfolgen kann. Hierbei wird das Verhältnis in der in 3B veranschaulichten
Weise derart eingestellt, dass die Schwellenspannung des Anfangsinverters
einen eine Inversion ermöglichenden
Spannungswert annimmt, der kleiner als der halbe Wert der Versorgungsspannung VHT
(8 V) der Spannungsumsetzerschaltung und außerdem kleiner als die Versorgungsspannung
der Logikschaltung ist.
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Die
Schwellenspannung des Anfangsinverters kann hierbei kleiner als
der halbe Wert der Umsetzerspannung gehalten werden, indem die Gate-Breite
W des NMOS-Transistors 1 größer als die Gate-Breite des
NMOS-Transistors 5 des Verarmungstyps ausgestaltet wird
(wobei die durch L gegebene Gate-Länge identisch ist), um auf
diese Weise den Einschaltwiderstand des NMOS-Transistors 1 zu
verringern. Wenn bei der Schaltungsanordnung gemäß 5 z.B. der
NMOS-Transistor 5 des Verarmungstyps Gate-Abmessungen W/L von
8 μm/3 μm und der
NMOS-Transistor 1 Gate-Abmessungen W/L von 12 μm/3 μm aufweisen,
kann die Schwellenspannung auf einen Wert von 1,6 bis 1,8 V eingestellt
werden. Auf diese Weise wird der Anfangsinverter in die Lage versetzt,
bei einer Spannung Vdd von 3,3 V eine zufriedenstellende Inversion
durchzuführen.
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Durch
die vorstehend beschriebene Maßnahme
wird der Einschaltwiderstand durch Änderung der Gate-Breite W verändert. Die
gleiche Wirkung kann jedoch auch erhalten werden, indem das Verhältnis der
Einschaltwiderstände
durch Änderung
der Gate-Länge
L oder des Verhältnisses
der Gate-Abmessungen W/L verändert
wird.
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Es
kann jedoch auch eine andere Anordnung als die bei den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
verwendete Anordnung in Betracht gezogen werden. So kann z.B. bei
der Kombination der den Anfangsinverter bildenden Bauelemente deren
kombinierter Widerstand eingestellt werden. Durch eine solche Einstellung
des kombinierten Widerstands lässt
sich die Schwellenspannung auf einen unter der Versorgungsspannung
Vdd der Logikschaltung liegenden Spannungswert bzw. auf einen Spannungswert
einstellen, bei dem eine zufriedenstellende Inversion erfolgen kann.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist davon
ausgegangen worden, dass die von dem von Druckelementen angesteuerten
Druckkopf ausgestoßene
Flüssigkeit
aus Tinte besteht und dass die in dem Tintentank bzw. Tintenbehälter enthaltene
Flüssigkeit
Tinte darstellt. Der Inhalt des Behälters bzw. Tanks ist jedoch
nicht auf Tinte beschränkt.
Zur Verbesserung der Fixierung oder der Feuchtigkeitsbeständigkeit
eines gedruckten Bildes und der Qualität des Bildes kann z.B. auch
eine Substanz bzw. ein Mittel wie eine auf das Druckmaterial aufgebrachte
Behandlungslösung
in dem Tintenbehälter
enthalten sein.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beziehen sich auf eine Druckvorrichtung insbesondere des Tintenstrahl-Drucktyps,
die eine Einrichtung (z.B. einen elektrothermischen Wandler oder
einen Laserstrahl-Generator)
zur Erzeugung von Wärmeenergie
zur Herbeiführung
eines Tintenausstoßes
aufweist, wobei durch die Wärmeenergie eine
Zustandsänderung
der Tinte herbeigeführt
und hierbei ein sehr genauer Druckvorgang mit hoher Aufzeichnungsdichte
erhalten werden kann.
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Als
typische Anordnung und typisches Arbeitsprinzip ist hierbei ein
System zu bevorzugen, dessen grundlegende Technologie z.B. aus den US-Patentschriften
4 723 129 und 4 740 796 bekannt ist. Eine solche Druckvorrichtung
ist sowohl im Rahmen eines bedarfsabhängigen Bereitschaftsbetriebs als
auch im Rahmen eines kontinuierlichen Betriebs verwendbar. Insbesondere
bei einer im Rahmen eines bedarfsabhängigen Bereitschaftsbetriebs
betriebenen Druckvorrichtung wird zumindest ein Ansteuersignal,
das einen einen Schichtsiedepunkt überschreitenden plötzlichen
Temperaturanstieg herbeiführt,
in Abhängigkeit
von einer Druckinformation an einen entsprechend einem Blatt oder
einem eine Flüssigkeit
(Tinte) enthaltenden Flüssigkeitskanal
angeordneten elektrothermischen Wandler angelegt. Auf diese Weise
wird in dem elektrothermischen Wandler Wärmeenergie zur Herbeiführung eines Schichtsiedens
an der wärmewirksamen
Heizoberfläche
des Druckkopfes erzeugt. Demzufolge können Dampfblasen in der Flüssigkeit
(Tinte) in jeweiliger Abhängigkeit
von dem Ansteuersignal gebildet werden. Durch den auf Grund der
Ausdehnung und Schrumpfung dieser Dampfblasen hervorgerufenen Ausstoß der Flüssigkeit
(Tinte) über
eine Ausstoßöffnung wird
zumindest ein Tröpfchen
gebildet. Wenn das Ansteuersignal in Form eines Impulssignals angelegt
wird, lässt
sich ein schneller Ausdehnungs- und Schrumpfvorgang der Dampfblasen
in geeigneter Weise erzielen, was unter dem Gesichtspunkt der Erzielung
eines Flüssigkeitsausstoßes (Tintenausstoßes) mit
exzellentem Ansprechverhalten zu bevorzugen ist.
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In
Bezug auf Ansteuerimpulse mit einer solchen Impulsform sind Signale
geeignet, wie sie aus den US-Patentschriften
4 463 359 und 4 345 262 bekannt sind. Es sei darauf hingewiesen,
dass sich eine weitere Verbesserung der Druckergebnisse unter Verwendung
der in der US-Patentschrift 4 313 124 beschriebenen Bedingungen
erzielen lässt,
die sich auf die Temperaturanstiegsrate der vorstehend beschriebenen
wärmewirksamen
Heizoberfläche
bezieht.
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In
Bezug auf den Aufbau des Druckkopfes kann außer der in den vorstehend genannten
Druckschriften beschriebenen Anordnung in Form einer Kombination
von Ausstoßdüsen, Flüssigkeitskanälen und
elektrothermischen Wandlern (mit linearen oder rechtwinklig verlaufenden
Flüssigkeitskanälen) auch eine
aus den US-Patentschriften
4 558 333 und 4 459 600 bekannte Anordnung im Rahmen der Erfindung Verwendung
finden, bei der die Elemente in einem Bereich angeordnet sind, in
dem sich der wärmewirksame
Heizabschnitt krümmt.
Darüber
hinaus kann eine auf der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 59-123 670 basierende
Anordnung in Betracht gezogen werden, bei der eine Konfiguration
mit einem gemeinsamen Schlitz für
den Tintenausstoßbereich
einer Vielzahl von elektrothermischen Wandlern Verwendung findet,
oder eine aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 59-138 461 bekannte
Anordnung, bei der den Tintenausstoßbereichen entsprechende Öffnungen
dahingehend ausgestaltet sind, dass sie Druckwellen der Wärmeenergie
absorbieren.
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Weiterhin
kann als Vollzeilen-Druckkopf mit einer der Breite des von der Druckvorrichtung
ausdruckbaren Maximalformats eines Druckmaterials entsprechenden
Länge entweder
eine Anordnung, bei der die Vollzeilenlänge durch eine Kombination mehrerer
Druckköpfe
der in den vorstehend genannten Druckschriften genannten Art erreicht
wird, oder eine Anordnung in Betracht gezogen werden, bei der ein
durch integrierte Ausbildung von Druckköpfen erhaltener einzelner Druckkopf
Verwendung findet.
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Der
Druckkopf kann in Form eines austauschbaren Chips, der mit einer
Geräte-Haupteinheit
elektrisch verbunden und bei seiner Anbringung an die Geräte-Haupteinheit
von dieser mit Tinte versorgt werden kann, oder in Form eines Kartuschen- bzw.
Patronentyps Verwendung finden, bei dem ein Tintenbehälter wie
im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in den Druckkopf
selbst integriert ist.
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Zur
Erzielung eines stabileren Druckvorgangs sollte die vorstehend beschriebene
Druckvorrichtung darüber
hinaus vorzugsweise mit einer Druckkopf-Regeneriereinrichtung sowie
gewissen Zusatzeinrichtungen versehen sein. Spezifische Ausführungsbeispiele
stellen eine Druckkopf-Abdeckeinrichtung,
eine Reinigungseinrichtung, eine Druckbeaufschlagungs- oder Absaugeinrichtung
sowie eine Vorheizeinrichtung mit einem elektrothermischen Wandler
und einem in Bezug auf diesen elektrothermischen Wandler separaten
Heizelement oder mit einer Kombination des Wandlers und des Heizelements
dar. Außerdem
kann ein Vorausstoßbetrieb zur
Durchführung
eines Tintenausstoßes
unabhängig von
dem eigentlichen Druckvorgang vorgesehen sein. Diese Maßnahmen
tragen zur Erzielung eines stabilen Druckvorgangs bei.
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Weiterhin
ist der Druckbetrieb der Druckvorrichtung nicht auf einen Druckbetrieb
beschränkt,
bei dem das Drucken nur unter Verwendung einer Hauptfarbe wie z.B.
Schwarz erfolgt, sondern die Druckvorrichtung kann auch dahingehend
ausgestaltet sein, dass zumindest ein Mehrfarben-Druckbetrieb vorgesehen
ist, bei dem das Drucken unter Verwendung mehrerer Farben erfolgt,
oder ein durch Farbmischung erzielter Vollfarben-Druckbetrieb. Dies kann unter Verwendung
eines integrierten Druckkopfs oder durch Kombination einer Anzahl
von Druckköpfen
erzielt werden.
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Obwohl
bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen davon ausgegangen
worden ist, dass die Tinte in Form einer Flüssigkeit vorliegt, kann auch
eine Tinte Verwendung finden, die sich bei Raumtemperatur oder einer
niedrigeren Temperatur verfestigt, sowie eine Tinte, die sich bei
Raumtemperatur erweicht, oder eine Tinte, die bei Raumtemperatur
flüssig
ist. Im allgemeinen erfolgt die Temperatureinstellung derart, dass
die Viskosität
der Tinte in einem stabilen Tintenausstoßbereich liegt, indem die Temperatur
der Tinte selbst dahingehend eingestellt wird, dass sie innerhalb
eines Temperaturbereiches von 30°C
bis 70°C
liegt. Somit ist die Verwendung einer Tinte ausreichend, die sich
bei Anlegen des Drucksignals verflüssigt.
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In
diesem Zusammenhang ist die Verwendung einer Tinte zulässig, die
sich im unbeeinflussten Zustand verfestigt, jedoch bei Zuführung von
Wärme verflüssigt, um
einen Temperaturanstieg durch die Wärmeenergie oder eine Verdampfung
der Tinte zu verhindern, indem die Wärmeenergie dazu benutzt wird,
die Tinte aus dem festen Zustand in den flüssigen Zustand zu versetzen.
In jedem Falle ist im Rahmen der Erfindung eine Tinte verwendbar,
die sich erst durch Zuführung
von Wärmeenergie
verflüssigt, wie
z.B. eine Tinte, die durch Zuführung
der einem Drucksignal entsprechenden Wärmeenergie verflüssigt und
als flüssige
Tinte ausgestoßen
wird, oder eine Tinte, die sich bereits zum Zeitpunkt des Erreichens
des Druckmaterials zu verfestigen beginnt. Solche Tintenarten können in
einer Form Verwendung finden, bei der sie gegenüber dem elektrothermischen
Wandler in einem flüssigen
oder festen Zustand in Ausnehmungen oder Durchgangslöchern eines
porösen
Blattes festgehalten werden, wie dies aus den japanischen Patent-Offenlegungsschriften 54-56
847 und 60-71 260 bekannt ist. In Bezug auf diese Tintenarten ist
im Rahmen der Erfindung das vorstehend beschriebene Schichtsiedeverfahren höchst effektiv.
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Die
erfindungsgemäße Druckvorrichtung kann
in verschiedener Form Verwendung finden, wie z.B. als integrierte
oder separate Bildausgabeeinheit eines Informationsverarbeitungsgerätes wie
eines Computers, als Kopiergerät
in Verbindung mit einem Lesegerät
oder dergleichen sowie als Faksimilegerät mit Sende- und Empfangsfunktionen.
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Darüber hinaus
kann die Erfindung bei einem aus einer Vielzahl von Geräten (wie
z.B. einem Hostcomputer, einer Schnittstelleneinrichtung, einem
Lesegerät,
einem Drucker usw.) bestehenden System oder bei einem Einzelgerät (wie einem
Kopiergerät, einem
Faksimilegerät
usw.) Verwendung finden.
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Gemäß den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann somit die Schwellenspannung der Anfangsinverterstufe
einer Spannungsumsetzerschaltung auf einen eine zufriedenstellende
Inversion ermöglichenden
Spannungspegel eingestellt werden, auch wenn die Logiksignalspannung
unter 3,3 V liegt. Auf diese Weise lässt sich eine zuverlässige Signalübertragung
zu nachfolgenden Verknüpfungsschaltungen
ohne jeglichen Abfall der Schaltgeschwindigkeit bzw. Taktfrequenz
gewährleisten.
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Da
unterschiedliche Ausführungsbeispiele der
Erfindung ohne Abweichungen von dem durch die Patentansprüche gegebenen
Schutzumfang möglich
sind, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen
spezifischen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern durch die Patentansprüche
definiert ist.