DE69818292T2

DE69818292T2 - Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE69818292T2
Application number: DE69818292T
Authority: DE
Inventors: Mike De Roos; Christer BOSTRÖM
Original assignee: XaarJet AB
Current assignee: XaarJet AB
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-10-31
Also published as: WO1999022939A1; JP2001521842A; EP1027218B1; WO1999022938A1; EP1027217B1; CN1278212A; DE69818292D1; CA2309041A1; US6312080B1; CA2308035A1; DE69803092D1; AU1057799A; US6450624B1; EP1027217A1; CN1196587C; AU1058099A; DE69803092T2; JP2001521841A; EP1027218A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tröpfchenniederschlagsapparat, der einen Aktor bzw. Aktuator enthält, und auf eine Steuerschaltung für einen Aktor bzw. Aktuator.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN GEBIETS
Tintenstrahldrucker enthalten einen Tintenaktuator für das bedarfsgerechte Ausstoßen von Tröpfchen einer Tintenflüssigkeit. Solch ein Tintenaktuator ist in US 5 016 028 offenbart. Der Aktor bzw. Aktuator enthält eine Vielzahl von Kanälen, die Seitenwände aufweisen, die in Antwort auf elektrische Treibersignale verschiebbar sind. Wenn ein elektrisches Treibersignal an einen Abschnitt der Wand angelegt wird, bewegt sich die Wand und bewirkt dadurch, dass sich das Volumen der entsprechenden Kanäle vergrößert oder verringert.
US 5.631.675 beschreibt eine Vorrichtung zum Ansteuern piezoelektrischer Einheiten eines Tintenstrahl-Schreibkopfs. Die Vorrichtung gemäß US 5.631.675 enthält zwei konstante Stromquellen, die betrieben werden, um einen Kondensator aufzuladen und zu entladen. Die Spannung des Kondensators wird verstärkt, um die Spannung zum Ansteuern der piezoelektrischen Einheiten bereitzustellen.
EP 0.778.132 beschreibt eine Kopftreibervorrichtung, die einen Tintenstrahl-Kopf, der eine große Anzahl von nebeneinander angeordneten und durch piezoelektrische Elemente getrennten Tintenkammern aufweist, FETs zum Verbinden der Elektroden der Tintenkammern mit einer +Vcc-Spannungsquellenleitung, FETs zum Verbinden der Elektroden der Tintenkammern mit einer –Vcc-Spannungsquellenleitung, bidirektionale Schalter zum Verbinden der Elektroden der Tintenkammern mit einer Masseleitung, Wähler, jeweils für das Auswählen eines Impulssignals aus einer Vielzahl von Impulssignalen, in denen wenigstens die Impulsbreite oder die Impulsperiodendauer unterschiedlich sind, gemäß den Abstufungsdaten, eine Ablaufsteuerung für das Erzeugen der Ablaufsteuerungssignale gemäß den Impulssignalen aus den Wählern, und Decodierer für das Decodieren der Ablaufsteuerungssignale in Treibersignale und ihr Zuführen zu den FETs und zu den bidirektionalen Schaltern, enthält. Insbesondere ändert die Kopftreibervorrich tung die Spannung und die Zeiteinstellung, damit das piezoelektrische Element den Verzerrungsvorgang gemäß dem ausgewählten Impulssignal bewirkt, um eine aus der Tintenkammer ausgestoßene Menge an Tinte zu ändern und den abgestuften Druck für jeden Punkt auszuführen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Problem, auf das die vorliegende Erfindung gerichtet ist, ist das Verbessern der Druckleistung und das weitere Erhöhen der Ausbeute bei der Herstellung von Tröpfchenniederschlagsapparaten.
Dieses Problem wird durch eine Steuerschaltung für einen Aktor bzw. Aktuator mit einer Vielzahl von beabstandeten piezoelektrischen Wänden angegangen, die Kanäle definieren, wobei die Wände gegenüberliegende Seiten aufweisen; wobei die gegenüberliegenden Seiten mit Elektroden versehen sind, die angepasst sind, um elektrische Treibersignale zu empfangen, um die Wände zu verformen, um zu verursachen, dass Flüssigkeit in den Kanälen daraus ausgestoßen wird; wobei die Treibersignale Wellenformen aufweisen; wobei die Steuerschaltung eine Leistungs- bzw. Stromversorgungsschaltung umfasst, um eine temperaturabhängige Treiberspannung auszugeben, und wobei eine Steuereinheit einen Leistungs- bzw. Stromversorgungseingang umfasst, um die temperaturabhängige Antriebsspannung zu empfangen, um den Betrag bzw. die Amplitude der Treibersignale zu steuern, die an eine jede der Elektroden des Aktors bzw. des Aktuators angelegt wird, und eine Vielzahl von Treibersignalquellen, um die Treiberspannung zu empfangen, wobei jede Treibersignalquelle einen Eingang, um ein Stromsteuersignal zu empfangen, wenigstens zwei Stromquellen, wobei jede selektiv in Antwort auf das Stromsteuersignal aktivierbar ist, um die Antriebsspannung zu empfangen und um ein Treibersignal auszugeben, das eine Wellenform einer jeweiligen bzw. entsprechenden linearen Steigung hat, und einen Treibersignalausgang, um das Treibersignal zu wenigstens einer ausgewählten der Elektroden zuzuführen, umfasst. Diese Lösung macht es möglich, wenigstens zwei verschiedene Steigungen des Treibersignals zu erhalten, um individuelle Kanalabweichungen zu kompensieren.
Die Steuereinheit kann ein Mittel umfassen, um Kompensationsdaten einzustellen, um so die Steigung der Wellenform für eine individuelle Kanalabweichung anzupassen. Auf diese Weise kann jeder Kanal eines Aktors bzw. Aktuators angepasst und auf eine ausgewählte Flüssigkeitströpfchen-Ausstoßgeschwindigkeit eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem einen Tröpfchenniederschlagsapparat, der einen Aktor bzw. Aktuator mit einer Vielzahl von beabstandeten piezoelektrischen Wänden umfasst, die Kanäle definieren, wobei die Wände gegenüberliegende Seiten aufweisen; wobei die gegenüberliegenden Seiten mit Elektroden versehen sind, die angepasst sind, um elektrische Treibersignale zu empfangen, um die Wände zu verformen, um zu verursachen, dass Flüssigkeit in den Kanälen daraus ausgestoßen wird; wobei die Treibersignale Wellenformen aufweisen; und eine Steuerschaltung, wie sie oben erwähnt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Tröpfchenniederschlagsapparat Mittel, um eine ausgewählte gleichförmige Tröpfchengeschwindigkeit der ausgestoßenen Tröpfchen einzustellen. Dies kann durch das Einstellen eines maximalen Treiberspannungspegels auf einen ausgewählten Wert und durch das Einstellen eines maximalen Treiberstroms für jeden Kanal, um bei jedem Kanal eine ausgewählte Tröpfchengeschwindigkeit zu erhalten, erreicht werden. Auf diese Weise wird eine gleichförmige Antwort auf Druckaufträge sichergestellt, wobei sowohl die Abweichung zwischen verschiedenen Tröpfchenniederschlagsapparaten als auch die Abweichung zwischen den Kanälen minimiert oder entfernt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine perspektivische Darstellung einer Druckkopfanordnung, die einen Aktor bzw. Aktuator und eine Steuereinheit enthält, die über ein Kabel mit einer Leistungsversorgung und mit einer Datenschnittstelle gekoppelt ist.
2 ist eine graphische perspektivische Teilexplosionsdarstellung eines Teils des in 1 gezeigten Aktors bzw. Aktuators.
3 ist eine Schnittansicht einer Aktor- bzw. Aktuatorplatte.
4 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Teils der in 3 gezeigten Aktor- bzw. Aktuatorplatte.
5A ist ein Querschnitt eines Teils des in 1 und 2 gezeigten Aktors bzw. Aktuators, der in einem entspannten Zustand gezeigt ist.
5B ist ein Querschnitt eines Teils des in 1 und 2 gezeigten Aktors bzw. Aktuators, wobei einige Kanäle in einem ausgedehnten Zustand gezeigt sind.
5C ist ein Querschnitt eines Teils des in 1 und 2 gezeigten Aktors bzw. Aktuators, wobei einige Kanäle in einem zusammengezogenen Zustand gezeigt sind.
6 ist eine schematische Teilansicht, die Elektrodenverbindungen unter einem elektrischen Gesichtspunkt zeigt.
7 zeigt ein Beispiel für elektrische Signalwellenformen an den Elektrodenverbindungen, wenn eine maximale Anzahl von Tintentröpfchen ausgestoßen werden soll.
8 zeigt ein Beispiel einer elektrischen Signalwellenform, das sich auf eine Wand bezieht, die zwei gegenüberliegende Seiten mit Elektroden aufweist.
9 ist ein Blockschaltplan einer Druckeranordnung, die eine Steuereinheit enthält, die mit einem Aktor bzw. Aktuator und mit einer Leistungsversorgungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gekoppelt ist.
10 ist ein Blockschaltplan einer steuerbaren Treibersignalquelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
11 ist ein Blockschaltplan einer Druckeranordnung, die eine Steuereinheit enthält, die mit einer Leistungsversorgungsschaltung gekoppelt ist und zum Verbinden mit einem Aktor bzw. Aktuator dient, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
12 ist ein Blockschaltplan einer steuerbaren Treibersignalquelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
13 ist ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform einer steuerbaren Treibersignalquelle.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
1 ist eine perspektivische Darstellung einer Druckkopfanordnung 90, die einen Tinten-aktuator 100 enthält, der an einer Grundplatte 110 angebracht ist. Die Grundplatte kann an einem Schiffchen in einem (nicht gezeigten) Tintenstrahldrucker angeordnet sein.
Eine Leiterplatte 120 ist ebenfalls an der Grundplatte 110 angebracht. Die Leiterplatte 120 enthält eine Steuereinheit 130 und einen Verbinder 140.
In dem Drucker oder in einem Faxgerät kann eine zentrale Datenverarbeitungseinheit mit dem Verbinder 140 verbunden sein und an den Verbinder 140 Druckaufträge liefern. Die Druckaufträge, die somit der Druckkopfanordnung 90 zugeführt werden, werden der Steuereinheit 130 zuführt. Die Steuereinheit 130 wandelt die Druckaufträge in elektrische Impulse um, die angepasst sind, um zu bewirken, dass die Aktor- bzw. Aktuatorbaueinheit 100 Tintentropfen in Übereinstimmung mit den Druckaufträgen ausstößt.
Die Tinte wird aus einem (nicht gezeigten) Tintenreservoir in einen Tinteneinlass 150 an der Aktor- bzw. Aktuatorbaueinheit 100 zugeführt. Der Tinteneinlass 150 kann einen Filter 160 enthalten. Der Tinteneinlass 150 enthält außerdem eine Dichteinheit 170. Die Dichteinheit 170 kann einen Gummistreifen enthalten, der, wie in 1 gezeigt ist, einige Zehntelmillimeter über eine Oberfläche 160 der Aktor- bzw. Aktuatorbaueinheit 100 vorsteht, um eine dichte Dichtung zu schaffen, wenn er gegen einen entsprechenden Tintenkanalverbinder gepresst ist.
Der Aktor bzw. Aktuator 100 umfasst eine Aktor- bzw. Aktuatorplatte 200 und eine Abdeckplatte 210. Die Aktor- bzw. Aktuatorplatte 200 ist mit einem polarisierten piezoelektrischen Material hergestellt. Die Abdeckplatte, die den Tinteneinlass 150 enthält, ist mit einem piezoelektrischen Material hergestellt, das nicht polarisiert ist.
2 ist eine graphische perspektivische Teilexplosionsdarstellung eines Teils des Aktors bzw. Aktuators 100.
Die Aktor- bzw. Aktuatorplatte 200 enthält Rillen mit einem rechteckigen Querschnitt, die Kanäle 220 bilden. Die Kanäle 220 sind durch Seitenwände 230 getrennt. Die gesamte Aktor- bzw. Aktuatorplatte ist in einer zur Z-Achse in 2 parallelen Richtung gepolt. Die Richtung der Polarisation ist außerdem durch die Pfeile 240 in 2 gezeigt.
3 ist eine Schnittansicht der Aktor- bzw. Aktuatorplatte 200 wie in der Richtung der Achse X gesehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Aktor- bzw. Aktuatorbaueinheit gibt es sechsundsechzig Kanäle 220. Zum leichten Bezug sind die Kanäle individuell bezeichnet C1, C2, C3 ... C66. Vierundsechzig (64) der 66 Kanäle sind aktiv, während zwei Kanäle C1 und C66 inaktiv sind und nicht verwendet werden, um Tintentropfen auszustoßen, wie unten detaillierter beschrieben ist. Der erste Kanal und der letzte Kanal sind die zwei inaktiven Kanäle C1 und C66, wie in der Richtung der Achse y in 2 oder in 3 zu sehen ist.
Bestimmte Teile der Wände 230 sind angeordnet, um sich in Scherungsschwingung in Bezug auf die Tintenkanäle 220 zu bewegen, wenn sie von einem in einer zur Richtung der Polarisation 240 der Wand 230 senkrechten Richtung angelegten elektrischen Feld aktiviert sind. Die Seitenwände 230 sind relativ zu der Kanalachse quer verschiebbar, um Druckänderungen in der Tinte in den Kanälen zu bewirken, damit der Tröpfchenausstoß aus den Düsen F2–F65 in einer Düsenplatte 265 bewirkt wird. Die Platte 265 ist vor den offenen Enden der Kanäle 220 positioniert und mit Düsenöffnungen für den Tintentröpfchenausstoß versehen.
Die elektrischen Verbindungen D1, D2, D3 ... D66 mit der Steuereinheit für das Aktivieren der Kanalseitenwände 230 sind, wie in den 1, 2 und 4 gezeigt ist, durch verbundene Leitungen hergestellt.
4 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Teils der Aktor- bzw. Aktuatorplatte 200. Der Verbindungsdraht D1 ist mit einer (von Strichlinien gezeigten) dünnen Metallschicht 270, die an einer Oberfläche der Aktor- bzw. Aktuatorplatte 200 angeordnet ist, verbunden. Die Metallschicht bedeckt außerdem einen Teil der Oberfläche der Wand 230, die, wie von der schraffierten Fläche E1 in 4 gezeigt ist, der Richtung des Kanals C1 der Wand 230 zugewandt ist. Eine weitere verbundene Leitung D2 ist mit den Metallschichten E2 in dem Kanal C2 auf dieselbe Art verbunden. Die Metallschichten E2 bilden Elektroden an den Oberflächen, die dem Kanal C2 der Wände 230 zugewandt sind. Die Abdeckplatte 210 ist auf die Aktor- bzw. Aktuatorplatte 220 geklebt, um zusammen mit den Wänden 230 Kanäle 220 mit Düsen F2, F3 ... F65 zu definieren.
5A ist ein Querschnitt eines Teils der Aktor- bzw. Aktuatorbaueinheit 100 wie von der Düsenplatte 265 gesehen. Um das Verständnis zu vereinfachen, sind die drei Achsen x, y und z in den 2, 3, 4 und 5 gezeigt. Das Bezugszeichen 275 gibt die Fuge an, an der die Abdeckplatte 210 an jede Wand 230, welche die Aktor- bzw. Aktuatorplatte 200 enthält, geklebt ist. Somit ist jede Wand 230 fest an der Abdeckplatte befestigt.
Die Kanäle C2, C3 ... C65 können, wie oben beschrieben ist, individuell aktiviert werden. Wie oben beschrieben ist, ist der Kanal C1 an der linken äußeren Kante, wie in 2 zu sehen ist, ein inaktiver Kanal. Der Kanal C66 an der rechten äußeren Kante ist ebenfalls ein inaktiver Kanal, d. h., er wird nicht für das Ausstoßen der Tinte verwendet.
5B zeigt den Kanal C2 in einem ausgedehnten Zustand. Die Ausdehnung wird durch das Bewirken eines Stromflusses von den Elektroden E2 zu den Elektroden E1 und E3 erreicht. Aufgrund der Impedanz zwischen der Elektrode E2 und der Elektrode E1 gibt es ein Potential U₂₁ zwischen der Elektrode E2 und der Elektrode E1.
Dadurch wird ein elektrisches Feld in einem Abschnitt 300 in der Wand 230 zwischen der Elektrode E2 und der Elektrode E1 in einer zur Richtung der Polarisation 240 im Wesentlichen senkrechten Richtung bewirkt. Dies bewirkt, dass sich der Abschnitt 300 der Wand in einer Scherungsschwingung zu der in 5B gezeigten Position biegt. Wenn sich der Teil 300 der Wand biegt, zwingt er den gegenüberliegenden Teil 310 der Wand ebenfalls, sich in derselben Richtung zu biegen.
Wenn sich der Kanal C2 erweitert, zieht er mehr Tinte durch den (am besten in 2 gesehenen) Tinteneinlass 150 hinein.
6 ist eine schematische Teilansicht, welche die Elektrodenverbindungen unter einem elektrischen Gesichtspunkt zeigt.
Die Elektroden E1 in dem Kanal C1 sind, wie in 6 gezeigt ist, mit der Steuer einheit 130 verbunden.
Die Steuereinheit umfasst eine Treibersignalquelle 320 für jeden Kanal. Es gibt somit eine Treibersignalquelle 320 für jeden Kanal C1–C66. Jede Treibersignalquelle 320 ist, wie in 6 gezeigt ist, mit den Elektroden E in dem entsprechenden Kanal gekoppelt.
Jede Wand 230 ist je nach dem Strom zwischen den Elektroden an dieser Wand individuell verschiebbar. Die Wand zwischen dem Kanal C2 und dem Kanal C3 ist z. B. je nach dem Strom 123 der Elektrode E2 zur Elektrode E3 verschiebbar.
7 zeigt Beispiele von an die Elektroden E1–E6 gelieferten elektrischen Impulsen I1–I6, wenn eine maximale Anzahl von Tintentröpfchen ausgestoßen werden sollen.
8 zeigt ein Beispiel einer elektrischen Signalwellenform, das sich auf die zwei gegenüberliegenden Elektroden E2 und E3 an der Wand zwischen dem Kanal C2 und dem Kanal C3 bezieht.
Bestimmte wesentliche Eigenschaften der Tinte wie etwa die Viskosität ändern sich je nach der Tintentemperatur. Um diese Temperaturabhängigkeit zu kompensieren, wird die Temperatur der Aktor- bzw. Aktuatorbaueinheit von einem Temperatursensor 470 (9) gemessen, wobei die Spannungspegel in den Impulswellenformen mit steigender Tintentemperatur verringert sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Spitzenspannungswert V_cc(100) auf 35 Volt eingestellt, wenn die Aktor- bzw. Aktuatortemperatur 20°C beträgt. Der Spitzenspannungswert wird hierin der 100%-Spannungspegel genannt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Temperatursensor ein Thermistor.
9 ist ein Blockschaltplan einer Ausführungsform der Erfindung, die eine Aktor- bzw. Aktuatorsteuerschaltung 130, eine Leistungsversorgungsschaltung 330 und einen Aktor bzw. Aktuator 100 umfasst. Die Leistungsversorgungsschaltung 330 ist mit einer Gleichstromversorgung 340 gekoppelt. Die Leistungsversorgung 340 kann z. B. eine im Wesentlichen konstante Spannung V_DC von 40 Volt bereitstellen. Die Leistungsversorgungsschaltung 330 umfasst eine Treiberspannungssteuerung 350, die einen Eingang 360 für ein Leistungsanforderungssignal und einen Leistungsversorgungsausgang 370 zum Liefern einer Treiberspannung mit einer gesteuerten Spannung V_cc hat. Die gesteuerte Spannung V_cc kann z. B. von 10% von V_cc(100) bis zu 100% von V_cc(100) steuerbar sein, wobei V_cc(100) = 35 Volt ist.
Die Aktor- bzw. Aktuatorsteuereinheit 130 umfasst einen Leistungsversorgungseingang 380, der mit dem Ausgang 370 gekoppelt ist, um eine gesteuerte Antriebsspannung zu empfangen. Die Steuereinheit 130 umfasst eine Vielzahl N von steuerbaren Treibersignalquellen 320:1–320:N, wobei jede Treibersignalquelle einen Treiberspannungseingang 400 hat, der mit dem Leistungsversorgungseingang 380 gekoppelt ist. Jede Treibersignalquelle hat eine Erdung 410 und einen Aktor- bzw. Aktuator-Treibersignalausgang 420. Jeder Aktor- bzw. Aktuator-Treibersignalausgang ist mit den Elektroden E einer entsprechenden Kanalwand in dem Aktor bzw. Aktuator 100 gekoppelt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Treibersignalquellen 320 Stromquellen.
Jede Treibersignalquelle 320 umfasst außerdem einen Eingang 430 für ein Stromsteuersignal. Der Stromsteuersignal-Eingang ist mit einer Datenumsetzeinheit 440 gekoppelt. Die Datenumsetzeinheit umfasst einen Eingang 450 zum Empfangen von Druckdaten, die für den Text oder das Bild, der bzw. das gedruckt werden soll, bezeichnend sind. Der Eingang 450 ist angepasst, damit er über einem Datenbus 464 mit einer Datenschnittstelle 460 verbunden wird. Wie in 1 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von elektrischen Leitern 466 bereitgestellt, um die Steuereinheit 130 mit der Datenschnittstelle 460 und mit der Leistungsversorgungsschaltung 330 zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Aktor- bzw. Aktuatorsteuerschaltung 130 und der Aktor bzw. Aktuator 100 an einem beweglichen Schiffchen in einem Drucker angeordnet, während die Datenschnittstelle 460 und die Treiberspannungssteuerung 350 feststehende Teile in dem Drucker sind.
Die Datenumsetzeinheit 440 setzt die an dem Eingang 450 empfangenen Druckdaten für jede Treibersignalquelle 320 in individuelle Stromsteuersignale um. Für diesen Zweck umfasst die Datenumsetzeinheit 440 eine Steuersignalausgabe 471, die jeder Treibersignalquelle 320 und daher einem Stromsteuersignal bei jedem Kanal in dem Aktor bzw. Aktuator entspricht.
Die Datenumsetzeinheit wird im Zusammenwirken mit den steuerbaren Treiber signalquellen 320 betrieben, um Treiberströme an den Ausgängen 420 zu erzeugen, so dass die Wellenformen der Treibersignale, die an jede Aktor- bzw. Aktuatorwand geliefert werden, eine gesteuerte Bewegung jeder Wand verursachen.
Die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen, wenn sie die Düse verlassen, ist entscheidend. Bei hochwertigem Druck und beim Druck mit hoher Auflösung muss die Tintengeschwindigkeit bei jedem Kanal gleichförmig sein. Abweichungen zwischen den Kanälen bewirken, dass die Punkte der Tinte falsch ausgerichtet oder vermischt sind, was zu schlechter Ausdrucksqualität führt. Die Erfinder haben festgestellt, dass Änderungen in den Kanalabmessungen während der Herstellung und eine ungleichförmige Elektrodendicke die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen beeinflussen. In der Tat können verschiedene Wände 230 eine unterschiedliche Kapazität und unterschiedliche Federkonstanten schaffen.
Außerdem kann das zum Erhalten der Elektroden E verwendete Metallisierungsverfahren die Umpolung des PZT-Materials beeinflussen. Auf diese Weise kann es Abweichungen zwischen einem Aktor bzw. Aktuator und einem weiteren Aktor bzw. Aktuator geben, so dass sich die mittlere Tröpfchengeschwindigkeit des einen Aktors bzw. Aktuators von der eines weiteren Aktors bzw. Aktuators unterscheidet, wenn sie demselben elektrischen Ansteuerimpuls unterzogen sind.
Gemäß der Erfindung werden diese Probleme durch das Steuern der Form der Ansteuerimpulse angegangen.
10 ist ein Blockschaltplan einer steuerbaren Treibersignalquelle 320 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die von den Erfindern vorgenommenen Versuche haben gezeigt, dass die Tröpfchengeschwindigkeit von der Anstieggeschwindigkeit des in 8 gezeigten Treibersignals abhängt. Um die Anstieggeschwindigkeit des Spannungsimpulses zu steuern, ist die Treibersignalquelle mit vier Ausgangsstromquellen 500:A, 500:B, 500:C, 500:D gebaut. Die Stromquelle 500:B liefert zweimal so viel Strom wie die Stromquelle 500:A, die Stromquelle 500:C liefert zweimal so viel Strom wie die Stromquelle 500:B und die Stromquelle 500:D liefert zweimal so viel Strom wie die Stromquelle 500:C. Daher wird ein Stromverhältnis 1 : 2 : 4 : 8 erzielt. Die Stromquellen 500 enthalten Ausgabevorrichtungen, in denen die geometrische Fläche einer Ausgabevorrichtung direkt zu dem Strom, den sie liefern kann, proportional ist, wodurch die Steuerung der Anstieg geschwindigkeit möglich gemacht wird. Gemäß einer Ausführungsform sind die Ausgabevorrichtungen 500:A, 500:B, 500:C, 500:D MOS-Transistoren einer integrierten Schaltung.
Die Ausgänge der Stromquellen 500:A, 500:B, 500:C, 500:D sind mit einem Schalter 515 für das Verbinden des Treiberausgangs 420 mit den Ausgängen der Stromquellen 500:A, 500:B, 500:C, 500:D oder mit der Erde 410 gekoppelt. Gemäß einer Ausführungsform ist die Treiberstufe 320 im Gegentakt gekoppelt; dort sind eine Anzahl von (nicht gezeigten) Stromquellen zwischen dem Schalter 515 und der Erde 410 bereitgestellt, um die Steuerung der negativen Steigung des Impulssignals, das an den Ausgang 420 geliefert wird, zu ermöglichen. Diese Stromquellen ziehen Stromquellen von Werten, die den Stromquellen 500:A, 500:B, 500:C, 500:D entsprechen, wobei diese Stromquellen ebenfalls durch das Schaltmittel 514 gesteuert sind. Gemäß einer weiteren Version ist ein getrennter Schalter für das Steuern der ziehenden Stromquellen bereitgestellt.
Die Spannungsschwankung dV des Treiberstroms an jedem Ausgang 420 hängt von der Spannung an dem Leistungsversorgungseingang 400 ab. Die Anstieggeschwindigkeit dV/dT hängt von dem Gesamtstrom und von der Kapazität des Kanals ab: dV/dT = Itotal/C (1)wobei:
dV der Ausgangsspannungshub ist,
dT die Zeitdauer für das Ansteuern des Ausgangs zwischen seinen Grenzwerten ist;
C die kapazitive Last der mit dem Treiberausgang 420 verbundenen Aktor- bzw. Aktuator-Treiberelektroden ist; Itotal = n*I (2)I ist der Strom aus einer Ausgabevorrichtung der Flächeneinheit.
n ist die äquivalente Anzahl der Flächeneinheitsmodule.
Aus den Gleichungen (1) und (2) wird abgeleitet, dass die Dauer für einen Spannungshub von einem Grenzwert zu dem anderen Grenzwert ausgedrückt werden kann als: dT = dV(10–90)*C/(n*1)wobei dV_(10–90) die Spannungsänderung zwischen 10% und 90% von V_cc(100) ist.
Der Spannungshub dV des Treiberstroms an jedem Ausgang 420 hängt von der Spannung V_cc ab, die an den Leistungsversorgungseingang 380, 400 geliefert wird. Wie oben erwähnt ist, enthält der Aktor bzw. Aktuator einen Temperatursensor 470, um die Spannung V_cc, d. h. die Spannungsschwankung dV, zu steuern, um die Temperaturabhängigkeit der Viskosität der Tinte zu kompensieren. Der Temperatursensor 470 erzeugt ein Temperatursignal, das die Leistungsanforderung für das Ansteuern des Aktors bzw. Aktuators mit einer optimalen Leistung angibt. Der Leistungsanforderungs-Signaleingang 360 der Leistungsversorgungsschaltung ist angepasst, um das Signal aus dem Sensor 470 oder ein Bedarfssignal, das aus dem Sensor 470 abgeleitet wird, zu empfangen.
Ein Vierbit-Binärsteuerschema wird durch das individuelle Aktivieren der vier Stromquellen 500:A, 500:B, 500:C und 500:D implementiert. Eine Schalteinheit 514, die Schalter 514:A, 514:B, 514:C und 514:D aufweist, steuert das Aktivieren der individuellen Stromquellen 500:A, 500:B, 500:C bzw. 500:D. Gemäß einer Ausführungsform ist eine der Stromquellen, z. B. die kleinste Stromquelle 500:A, immer aktiv, während die verbleibenden drei Stromquellen durch Schalter einer Schalteinheit 514 gesteuert werden können. In einer derartigen Ausführungsform kann die Schalteinheit verkleinert sein, damit sie drei Schalter enthält.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schalteinheit 514 ein einmal beschreibbarer Speicher, z. B. ein Solltrennstellenspeicher. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Schalteinheit für alle N-Treibersignalquellen 320:1–320:N geschaffen. Folglich kann ein Solltrennstellenspeicher mit 3*N Bits für das Bereitstellen individueller Einstellungen der Kanäle im Aktor bzw. Aktuator verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, ist das Leistungsanforderungssignal, das an den Eingang 360 geliefert wird, von dem Signal aus dem Sensor 470 in Verbindung mit weiteren Variablen, welche die Leistung beeinflussen, abgelei tet. Die Ausführungsform gemäß 11 unterscheidet sich darin von der Ausführungsform gemäß 9, dass der Sensor 470 mit einer Auswerteschaltung 490 gekoppelt ist, die betrieben wird, um je nach der abgefühlten Temperatur ein Spannungsbedarfssignal zu erzeugen. Der Ausgang der Auswerteschaltung 490 ist mit dem Eingang 360 der Leistungsversorgungsschaltung 350 gekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Auswerteschaltung 490 einen Eingang 520 für das Empfangen von zusätzlichen Daten, die sich auf die Variablen, welche die Leistung beeinflussen, wie etwa z. B. auf die Aktor- bzw. Aktuatoreffizienz und/oder auf die Art der Flüssigkeit beziehen. Diese Daten enthalten z. B. Daten, welche die Temperaturabhängigkeit der Flüssigkeit, die durch den Aktor bzw. Aktuator ausgestoßen werden soll, definieren. Die Auswerteschaltung 490 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit der Steuereinheit 130 integriert.
Die zusätzlichen Daten, die sich auf die Leistung des Aktors bzw. Aktuators 100 beziehen, werden von einer Aktor- bzw. Aktuatorzustandsschaltung 530 erzeugt. Die Aktor- bzw. Aktuatorzustandsschaltung, die ebenfalls in die Steuereinheit 130 integriert ist, enthält einen Speicher für das Speichern von Daten, die aus den Messungen der Leistung der individuellen Aktor- bzw. Aktuator-Steuereinheitenkombination abgeleitet sind.
Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren der Herstellung von Tröpfchenniederschlagsapparaten das Zusammensetzen eines Aktors bzw. Aktuators 100 und einer Steuereinheit 130, die Treiber 320 mit einem beschreibbaren Speicher 514 enthält. Dieser Tröpfchenniederschlagsapparat wird einer Prüfung unterzogen, die das Festsetzen der Tröpfchengeschwindigkeit bei jedem Kanal und der mittleren Tröpfchengeschwindigkeit bei dem Tröpfchenniederschlagsapparat mit Hilfe von Standardansteuerimpulsen enthält. Danach wird die durchschnittliche Tröpfchengeschwindigkeit durch das Einstellen von Steuerdaten in der Aktor- bzw. Aktuatorzustandsschaltung 530 auf einen vorteilhaften Pegel eingestellt, um die mittlere Geschwindigkeit zu vergrößern oder zu verringern. Dies kann durch das Einstellen des Werts des 100%-Spannungspegels V_cc(100) erzielt werden. Bei einem eingestellten Tröpfchenniederschlagsapparat kann der Spannungspegel V_cc(100) gleich 32 Volt sein, und bei einem weiteren Tröpfchenniederschlagsapparat kann der Spannungspegel V_cc(100) z. B. gleich 34 Volt sein.
Danach werden die individuellen Kanäle des Tröpfchenniederschlagsapparats durch das Aktivieren einer entsprechenden Kombination von Schaltern 514A, 514B, 514C und 514D für jeden Treiber 320 auf einen gleichförmigen Tröpfchengeschwindigkeitspegel eingestellt. Das Einstellen des Strompegels führt zum Einstellen einer entsprechenden Steigung des Ansteuerimpulses, wodurch die Tröpfchengeschwindigkeit bei dem diesem Treiber 320 zugeordneten Kanal eingestellt wird. Auf diese Weise erhält ein erhöhter Anteil von Aktoren bzw. Aktuatoren eine hohe Druckqualität, da Abweichungen in dem Herstellungsverfahren auf eine kostengünstige Weise wirksam kompensiert werden können.
Gemäß einer Version der Endung ist der Speicher 514 für das Steuern aller Treiber 320 in die Aktor- bzw. Aktuatorzustandsschaltung integriert, so dass alle Kompensations- und Einstellungsdaten in einen einzelnen Speicher geschrieben werden können.
12 ist ein Blockschaltplan, der eine weitere Ausführungsform der steuerbaren Stromsignalquelle 320, die in 9 gezeigt ist, zeigt. 12 zeigt außerdem, wie zwei Stromquellen 320:k und 320:k + 1 zusammenwirken, um, wie in 8 gezeigt ist, ein Gegentakt-Treibersignal für eine Aktor- bzw. Aktuatorwand 230 zwischen den Kanälen CHk und CHk + 1 bereitzustellen. Daher ist jede Aktor- bzw. Aktuatorwand mit zwei individuell gesteuerten Stromquellen 320:k und 320:k + 1 verbunden. Wie von den 8, 9 und 12 gezeigt ist, ist eine Aktor- bzw. Aktuatorwand verbunden, um ein Gegentaktsignal von einem Paar Stromquellen 320:k und 320:k + 1 zu empfangen, während weitere Wände Gegentaktsignale von weiteren Stromquellenpaaren 320:j und 320:j + 1 empfangen; wobei k und j positive Ganzzahlen sind und j nie gleich k ist. Mit anderen Worten ist eine erste Aktor- bzw. Aktuatorwand gekoppelt, um ein Treibersignal von einem ersten Paar im Gegentakt-gekoppelter Signalquellen zu erhalten, und ist eine zweite Aktor- bzw. Aktuatorwand gekoppelt, um ein Treibersignal von einem zweiten Paar im Gegentakt gekoppelter Signalquellen zu erhalten, wobei sich das zweite Paar von dem ersten Paar unterscheidet.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung sind eine Vielzahl von Stromquellen 320 bereitgestellt, wobei jede Stromquelle 320 mit wenigstens einer Aktor- bzw. Aktuatorwand verbunden ist. Auf diese Weise wird eine verbesserte Druckqualität ermöglicht. Diese vorteilhafte Wirkung wird erzielt, da die Steuerung der Durchfederung jeder Wand durch das Steuern des ihr gelieferten Stroms ermög licht wird. In der in 9 gezeigten Ausführungsform ist eine Stromquelle 320 für jeden Aktor- bzw. Aktuatorkanal bereitgestellt, und der Strom durch eine Wand wird von den Stromquellen bestimmt, die mit den Elektroden in den an diese Wand angrenzenden Kanälen verbunden sind.
Eine Stromsignalquelle 320 umfasst eine Stromquelle 500, die eine Treiberspannung aus dem Treiberspannungseingang 400 und ein Steuersignal aus dem Steuersignaleingang 430 empfängt. Der Ausgang der Stromquelle 500 ist mit einem Schalter 515 zum Verbinden des Treiberausgangs 420 entweder mit dem Ausgang der Stromquelle 500 oder mit der Erde 410 gekoppelt. Der Schalter 515 wird außerdem durch das Signal aus dem Steuersignaleingang 430 gesteuert. 12 zeigt eine Schaltereinstellung, wenn die Stromquelle 320:1 einen Strom über den Schalter 515:1 durch die Wand zwischen den Kanälen CH1 und CH2 und über den Schalter 515:2 zur Erde ansteuern kann.
13 ist ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform einer steuerbaren Treibersignalquelle 320. Jeder der N Aktor- bzw. Aktuatorkanäle hat eine nicht invertierende Treibersignalquelle 320. Der Aktor- bzw. Aktuatorlastkreis zeigt sich als ein großer Kondensator- und Parallelwiderstand, der zwischen jedem benachbarten Treiberausgang aufgereiht ist. Das Dielektrikum dieser Kondensatoren wird von dem piezoelektrischen Material in der Wand 230 (2) gebildet. Um Flüssigkeit in den k:th-Kanal hineinzuziehen, steuert der Treiber 320:k den Ausgang 420:k zur positiven Schiene an, während die Ausgänge 420:k – 1 und 420:k + 1 der benachbarten Nachbarkanäle (C_k–1 und C_k+1) auf der negativen Schiene gehalten werden. Dies lädt die zwei Kondensatoren der Wände des Kanals C_k auf. Während der Tröpfchenausstoßphase wird ein Impuls mit umgekehrter Polarität angelegt, siehe 5, 7 und 8, wodurch die Ladungspolarität des Wandkondensators umgekehrt wird. Dies wiederum wölbt die Kanalwände, um den Kanal zusammenzuziehen (5C). Zuletzt wird das Potential über die Wand 230 während einer Wiederherstellungsphase auf Null wiederhergestellt, da die Wandkapazität auf ihren Anfangszustand entladen wird.
Wie in 13 gezeigt ist, sind dort die Zweiausgangs-NPN-Bipolartransistoren 540 und 550 bereitgestellt, die den Schalter 515 bilden. Eine Anzahl von MOS-Transistoren bilden die wie obenbeschriebenen Stromquellen 500:A, 500:B, 500:C und 500:D, die den Ausgang 420 zur positiven ansteuern. Auf eine ähnliche Art wirken eine Anzahl von NPN-Transistoren 560A, 560B, 560C und 560D als Stromquellen 560 für das Ansteuern des Ausgangs 420 zur negativen Schiene. Die Ausgangstreiberkapazität der NPN-Bipolarausgangstransistoren 540 und 550 ist durch die MOS-Transistoren 500:A, 500:B, 500:C, 500:D und durch die NPN-Transistoren 560A, 560B, 560C und 560D bestimmt. Die MOS-Transistoren 500 und die NPN-Transistoren 560 begrenzen den verfügbaren Basisstrom für die NPN-Transistoren 540 und 550 und bestimmen dadurch die Anstieggeschwindigkeit, wenn sie diese Vorrichtungen auf eine gesteuerte Weise umschalten. Der Ausgangszustand ist durch die Signale GA, GB, GC, GD, BA, BB, BC und BD bestimmt, die, wie oben beschrieben ist, mit dem Signal am Eingang 430 verbunden sind. Anhand der 10 und der zugeordneten Beschreibung kann ein Schalter 514, z. B. in Form eines Solltrennstellenspeichers, zwischen dem Eingang 430 und den Anschlusspunkten GA, GB, GC, GD, BA, BB, BC und BD bereitgestellt sein.

Claims

Steuerschaltung für einen Aktor bzw. Aktuator (100) mit einer Vielzahl von beabstandeten piezoelektrischen Wänden (230), die Kanäle (220) definieren, wobei die Wände gegenüberliegende Seiten aufweisen; wobei die gegenüberliegenden Seiten mit Elektroden (E1, E2) versehen sind, die angepasst sind, um elektrische Treibersignale zu empfangen, um die Wände zu verformen, um zu verursachen, dass Flüssigkeit in den Kanälen daraus ausgestoßen wird; wobei die Treibersignale Wellenformen aufweisen; wobei die Steuerschaltung eine Leistungs- bzw. Stromversorgungsschaltung umfasst, um eine temperaturabhängige Treiberspannung auszugeben, und wobei eine Steuereinheit (130) umfasst: einen Leistungs- bzw. Stromversorgungseingang (380) um die temperaturabhängige Antriebsspannung (V_cc) zu empfangen, um den Betrag bzw. die Amplitude der Treibersignale zu steuern, die an eine jede der Elektroden des Aktors bzw. des Aktuators angelegt wird, und eine Vielzahl von Treibersignalquellen (320:1, 320:2, 320:N), um die Treiberspannung zu empfangen, wobei jede Treibersignalquelle folgendes umfasst: einen Eingang (430) um ein Stromsteuersignal zu empfangen; wenigstens zwei Stromquellen (500:A, 500:B, 500:C, 500:D), wobei jede selektiv in Antwort auf das Stromsteuersignal aktivierbar ist, um die Antriebsspannung zu empfangen und um ein Treibersignal auszugeben, das eine Wellenform einer jeweiligen bzw. entsprechenden linearen Steigung hat; und einen Treibersignalausgang (420), um das Treibersignal zu wenigstens einer ausgewählten der Elektroden (E1, E2) zuzuführen.
Steuerschaltung nach Anspruch 1, bei welcher eine geometrische Fläche einer Stromquelle (500:A, 500:B, 500:C, 500:D) im wesentlichen proportional zu dem Strom ist, den sie erzeugen kann.
Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Stromkapazitäten der Stromquellen (500:A, 500:B, 500:C, 500:D), die mit dem Treibersignalausgang (420) verbunden sind, wechselseitig bzw. gegenseitig unterschiedlich sind.
Steuerschaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, die ein Mittel (514:A, 514:B, 514: C, 514: D) enthält, um Kompensationsdaten einzustellen, um so die Steigung der Wellenform für eine individuelle Kanalabweichung anzupassen.
Steuerschaltung nach Anspruch 4, bei welcher das Mittel zum Einstellen von Kompensationsdaten eine Schaltungseinheit (514) umfasst, die Schalter (514:A, 514:B, 514:C, 514:D) hat, die die Aktivierung individueller Stromquellen steuern.
Tröpfchenniederschlagsapparat, der umfasst: einen Aktor bzw. Aktuator (100) mit einer Vielzahl von beabstandeten piezoelektrischen Wänden (230), die Kanäle (220) definieren, wobei die Wände gegenüberliegende Seiten haben; wobei die gegenüberliegenden Seiten mit Elektroden (E1, E2) versehen sind, die angepasst sind, um elektrische Treibersignale zu empfangen, um die Wände zu verformen, um zu veranlassen, dass Flüssigkeit in den Kanälen daraus ausgestoßen wird; wobei die Treibersignale Wellenformen aufweisen; und eine Steuerschaltung gemäß einem vorhergehenden Anspruch.
Tröpfchenniederschlagsapparat nach Anspruch 6, der ein Mittel (530, 490, 350, 500, 514) umfasst, um eine ausgewählte gleichförmige Tröpfchengeschwindigkeit von ausgestoßenen Tröpfchen einzustellen.
Tröpfchenniederschlagsapparat nach Anspruch 7, bei welchem das Mittel zum Einstellen einer ausgewählten gleichförmigen Tröpfchengeschwindigkeit eine Leistungsversorgungsschaltung (330) enthält, die eine Treiberspannungssteuerung (350) umfasst, die einen Eingang (360) für ein Leistungsanforderungssignal und einen Leistungsversorgungsausgang (370) zum Liefern der Treiberspannung hat.
Verfahren zum Erzielen einer gleichförmigen Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit für einen Tröpfchenniederschlagsapparat mit einer Vielzahl von Kanälen mit Ausstoßdüsen; wobei das Verfahren umfasst: eine Tröpfchengeschwindigkeit für Tröpfchen wird gemessen, die von einer Anzahl von Düsen ausgestoßen werden, die ausgewählten der Kanälen entsprechen; eine mittlere Tröpfchengeschwindigkeit wird eingestellt, indem ein Spannungspegel erhöht oder verringert wird, der zu den ausgewählten Kanälen geliefert wird; individuelle Tröpfchengeschwindigkeiten werden eingestellt, indem individuell angepasste Strompegel eingestellt werden, und zwar für jeden Kanal in Abhängigkeit von den gemessenen Geschwindigkeiten.