DE69926830T2

DE69926830T2 - Energiesteuerungsverfahren für eine Tintenstrahldruckpatrone

Info

Publication number: DE69926830T2
Application number: DE69926830T
Authority: DE
Inventors: John Wade; Graham Ross
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1999-04-29
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: JPH11320884A; US6315381B1; EP0953446B1; DE69926830D1; EP0953446A2; EP0953446A3; JP4253068B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf thermische Tintenstrahldrucker und insbesondere auf die Steuerung einer Tröpfchenabfeuerungsenergie zur Bereitstellung einer einheitlichen Ausgabe.
Hintergrund der Erfindung
Thermische Tintenstrahl-Druckkopie-Vorrichtungen, wie z. B. Drucker, Graphikplotter, Faxgeräte und Kopierer, sind heute weit verbreitet. Diese Druckkopie-Vorrichtungen sind durch W.J. Lloyd und H.T. Taub in „Ink Jet Devices", Kapitel 13 von Output Hardcopy Devices (Ed.R.C. Durbeck und S. Sherr, San Diego: Academic Press, 1988) beschrieben. Die Grundlagen dieser Technologie sind ferner in verschiedenen Artikeln in mehreren Ausgaben des Hewlett-Packard Journal offenbart [Band 36, Nr. 5 (Mai 1985), Band 39, Nr. 4 (August 1988) , Band 39, Nr. 5 (Oktober 1988) , Band 43, Nr. 4 (August 1992), Band 43, Nr. 6 (Dezember 1992) und Band 45, Nr. 1 (Februar 1994)]. Tintenstrahl-Druckkopie-Vorrichtungen erzeugen einen qualitativ hochwertigen Druck, sind kompakt und tragbar und drucken schnell und ruhig, da nur Tinte auf das Papier auftrifft.
Ein Tintenstrahldrucker bildet ein gedrucktes Bild durch ein Drucken eines Musters einzelner Punkte an bestimmten Orten eines für das Druckmedium definierten Arrays. Die Orte werden üblicherweise als kleine Punkte in einem geradlinigen Array sichtbar. Die Orte werden manchmal „Punktorte", „Punktpositionen" oder „Pixel" genannt. So kann die Druckoperation als das Füllen eines Musters von Punktorten mit Tintenpunkten betrachtet werden.
Tintenstrahl-Druckkopie-Vorrichtungen drucken Punkte durch ein Ausstoßen sehr kleiner Tintentropfen auf das Druckmedi um und umfassen üblicherweise einen bewegbaren Wagen, der einen oder mehrere Druckköpfe trägt, die jeweils Tintenausstoßdüsen aufweisen. Der Wagen bewegt sich hin und her über die Oberfläche des Druckmediums und die Düsen werden gesteuert, um Tintentropfen zu geeigneten Zeiten gemäß einem Befehl einer Mikrosteuerung oder einer anderen Steuerung auszustoßen, wobei die Zeitgebung der Aufbringung der Tintentropfen dem Muster von Pixeln des gerade gedruckten Bildes entsprechen soll.
Der typische Tintenstrahldruckkopf (d. h. das Siliziumsubstrat, auf dem Substrat aufgebaute Strukturen und Verbindungen zu dem Substrat) verwendet eine flüssige Tinte (d. h. gelöste Farbmittel oder Pigmente, dispergiert in einem Lösungsmittel). Er besitzt ein Array präzise gebildeter Öffnungen oder Düsen, die auf einem Druckkopfsubstrat angebracht sind, das ein Array von Tintenausstoßkammern beinhaltet, die flüssige Tinte aus dem Tintenreservoir aufnehmen. Jede Kammer befindet sich gegenüber der Düse, so dass sich Tinte zwischen derselben und der Düse sammeln kann, und besitzt einen Abfeuerungswiderstand, der sich in der Kammer befindet. Der Ausstoß von Tintentröpfchen geschieht üblicherweise unter der Steuerung eines Mikroprozessors, dessen Signale durch elektrische Leiterbahnen zu den Widerstandselementen befördert werden. Wenn elektrische Druckpulse den Tintenstrahlabfeuerungskammerwiderstand erwärmen, wird ein kleiner Teil der Tinte neben demselben verdampft und stößt einen Tintentropfen aus dem Druckkopf aus. Ordnungsgemäß angeordnete Düsen bilden ein Punktmatrixmuster. Ein ordnungsgemäßes Sequenzieren der Operation jeder Düse bewirkt, dass Zeichen oder Bilder auf das Papier gedruckt werden, wenn sich der Druckkopf an dem Papier vorbeibewegt.
In einem Tintenstrahldruckkopf wird die Tinte von einem Tintenreservoir, das einstückig mit dem Druckkopf ist, oder einem „außeraxialen" Tintenreservoir, das Tinte über Schläuche, die den Druckkopf und das Reservoir verbinden, zu dem Druckkopf führt, geliefert. Tinte wird dann zu den verschiedenen Verdampfungskammern geführt, entweder durch ein längliches Loch, das in der Mitte der Unterseite des Substrats gebildet ist, eine „Mittelzufuhr" oder um die äußeren Kanten des Substrats herum, eine „Kantenzufuhr".
Die Tintenkassette, die die Düsen beinhaltet, wird wiederholt über die Breite des Mediums, auf das gedruckt werden soll, bewegt. Bei jedem einer bestimmten Anzahl von Inkrementen dieser Bewegung über das Medium wird bewirkt, dass jeder der Widerstände gemäß der Programmausgabe des steuernden Mikroprozessors entweder Tinte ausstößt oder keine Tinte ausstößt. Jede abgeschlossene Bewegung über das Medium kann ein Band drucken, das etwa so breit ist wie die Anzahl von Düsen, die in einer Spalte der Tintenkassette angeordnet sind, multipliziert mit der Entfernung zwischen Düsenmitten. Nach jeder derartigen abgeschlossenen Bewegung oder jedem Band wird das Medium um die Breite des Bandes vorwärtsbewegt und die Tintenkassette beginnt das nächste Band. Durch eine geeignete Auswahl und Zeitgebung der Signale wird der erwünschte Druck auf dem Medium erhalten.
Die an einen Abfeuerungswiderstand angelegte Energie beeinflusst Leistung, Haltbarkeit und Wirksamkeit. Es ist bekannt, dass die Abfeuerungsenergie oberhalb einer bestimmten Abfeuerungsschwelle liegen muss, um die Keimbildung einer Dampfblase zu bewirken. Oberhalb dieser Abfeuerungsschwelle ist ein Übergangsbereich, an dem ein Erhöhen der Abfeuerungsenergie das Volumen ausgestoßener Tinte erhöht. Oberhalb dieses Übergangsbereichs gibt es einen höheren optimalen Bereich, bei dem Tropfenvolumina mit einem Erhöhen der Abfeuerungsenergie nicht zunehmen. In diesem optimalen Bereich oberhalb der optimalen Abfeuerungsschwelle sind Tropfenvolumina selbst bei moderaten Abfeuerungsenergievariationen stabil. Da Variationen des Tropfenvolumens Uneinheitlichkeiten der gedruckten Ausgabe bewirken, tritt in diesem optimalen Bereich ein ideales Drucken auf. Mit zunehmenden Energiepegeln in diesem optimalen Bereich wird die Einheitlichkeit nicht beeinträchtigt, jedoch Energie verschwendet und der Druckkopf altert vorzeitig aufgrund übermäßiger Erwärmung und eines Tintenrückstandaufbaus.
In existierenden Druckköpfen, die eine zweckgebundene Verbindung für jeden Abfeuerungswiderstand aufweisen, kompensiert eine einmalige Kalibrierung jeder Verbindung durch entweder den Drucker oder einen Produktionsschaltungsaufbau außerhalb der Druckkassette auch einen parasitären Widerstand oder eine Impedanz in dem eindeutigen Pfad, der zu jedem Widerstand führt. Druckköpfe könnten gekennzeichnet sein, um bei der Produktion diese Betriebsparameter einzustellen. Der Drucker verwendet dann diese Betriebsparameter.
In neuen stark gemultiplexten Druckköpfen, die unterschiedliche Sätze von Widerständen aufweisen, könnte es jedoch Variationen aufgrund anderer Faktoren geben. Jeder Satz von Widerständen wird durch eine einzelne Spannungsleitung mit Energie versorgt, die Leistung über eine elektrische Kontaktanschlussfläche zwischen der Druckerelektronik und der austauschbaren Druckkassette empfängt. Diese Leitung wird auf einer Flexschaltung zu einer Streifenbondverbindung zu dem Druckkopfchip fortgeführt, der die Abfeuerungswiderstände und andere Elektronik aufweist. Die Impedanz der Druckkassettenkontakte, Streifenbondverbindungen und Verbindungen dazwischen und Widerstände können von Druckkassette zu Druckkassette variieren. Außerdem kann eine Impedanz der Druckkassette mit der Zeit variieren, selbst dann, wenn die Spannung, die durch den Drucker an jeden der Kassettenkontakte geliefert wird, gut gesteuert ist. Folglich könnten, wenn sich die gedruckten Daten verändern, der durch die Leitung gezogene Strom und die Spannung, wie an den Druckkassettenanschlüssen gemessen wird, unerwünscht variieren. Wenn z. B. viele oder alle Widerstände gleichzeitig abgefeuert werden, könnte die Druckkassettenspannung durch parasitäre Effekte gesenkt werden, was eine geringere Abfeuerungsenergie ergibt als dann, wenn nur einer oder einige Widerstände abgefeuert werden.
Die EP 0709213 A offenbart ein Verfahren zum Korrigieren eines Vollliniendruckkopfs. Überwachungseinheiten sind vorgesehen, um einen Versatz bei Verbindungen von Heizerplatinen, die durch eine Platinenarrayanordnungseinheit verbunden sind, eine Variation der Durchmesser, Rillen und Formen von Düsen, die durch eine Top-Platine-Maschinenbearbeitungseinheit gebildet werden, die die Top-Platine maschinell bearbeitet, einen Versatz einer Bondverbindung zwischen einer Basisplatte und der Top-Platine, durchgeführt durch eine Top-Platine-Bondverbindungseinheit, eine Variation des Widerstandswerts jedes Druckelements, gemessen durch eine elektrisch-charakteristische Messeinheit, und eine Ungleichmäßigkeit von Pixeln, die durch jedes der Druckelemente gedruckt werden, überprüft durch eine Druckuntersuchungseinheit, zu überwachen. Korrekturdaten werden nach einem Berücksichtigen des Grades an Einfluss, den jeder dieser Faktoren auf den Druckkopf ausübt, erzeugt und die Korrekturdaten werden in einen innerhalb des Druckkopfs vorgesehenen EEPROM geschrieben.
Die US-A-5521620 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beibehalten einer Druckqualität einer Tintenstrahldruckvorrichtung, die ein Auswählen eines einer Mehrzahl unterschiedlicher Pulssignale zum Anlegen an zumindest ein Heizelement aufweist. Das Heizelement wird mit dem ausgewählten Pulssignal mit Energie versorgt. Ein tatsächlicher Spannungsabfall wird dann über das Heizelement gemessen. Der tatsächliche Spannungsabfall wird nachfolgend mit einem erwünschten Spannungsabfall verglichen. Dann wird ein neues Pulssignal, um das Heizelement mit Energie zu versorgen, basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs ausgewählt. Der sich wiederholende Vorgang wird fortgesetzt, bis der tatsächliche Spannungsabfall im Wesentlichen gleich dem erwünschten Spannungsabfall ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Blasensensor verwendet, um zu bestimmen, ob eine Blase über dem Heizelement gebildet wurde.
Folglich besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum Betreiben eines thermischen Tintenstrahldruckers mit einem austauschbaren Druckkopf, der eine Mehrzahl von Tintenabfeuerungswiderständen aufweist, das die Einschränkungen existierender Verfahren, die oben erläutert wurden, überwindet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Kalibrieren einer austauschbaren Druckkassette während der Herstellung und ein Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahldruckers mit einem austauschbaren Druckkopf. Das Verfahren umfasst ein Kalibrieren der Druckkassette während der Herstellung und ein Kalibrieren des Druckers während eines Betriebs des Druckers. Das Verfahren umfasst die Schritte eines Auswählens der erwünschten Pulsbreite, minimalen Überenergie und maximalen Überenergie; eines Messens der Einschaltspannung für die ausgewählte Pulsbreite; eines Berechnens der Betriebsspannung aus der minimalen Überenergie; eines Berechnens der maximalen Spannung aus der maximalen Überenergie; eines Setzens der Betriebsspannung gleich der maximalen Spannung; eines Variierens der Betriebsspannung, um die maximale Betriebsspannung zu finden; eines Setzens der Betriebsspannung gleich der gefundenen maximalen Betriebsspannung; und eines Schreibens der Betriebsspannung in die Speichervorrichtung. Das Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahldruckers, um die Betriebseinstellungen zur Anwendung auf eine Druckkassette, die in den Drucker eingebaut ist, zu bestimmen, umfasst die Schritte eines Lesens von Kalibrierungsinformationen von einem Speicherchip auf der Druckkassette; eines Einstellens des Druckers zur Verwendung der Kalibrierungsinformationen; eines Durchführens von Tests unter Verwendung der Kalibrierungsinformationen, um die Betriebsbedingungen für den Drucker zu bestimmen; eines Anpassens der Betriebsbedingun gen für den Drucker unter Verwendung der Kalibrierungsinformationen und eines Speicherns der Betriebsbedingungen in dem Drucker.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer thermischen Tintenstrahldruckvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 ist eine detaillierte Schematik einer Druckkopfschaltung des Ausführungsbeispiels aus 1.
3 ist ein Graph, der die quadrierte Spannung für drei Quadrantensteigungsanpassungen gegenüber einer Zeit oder Pulsbreite zeigt und zeigt, wann ein Abschneiden auftritt.
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Betriebsspannung, Abschneidespannung, minimalen Überenergie, maximalen Überenergie, Einschaltenergie und Pulsbreitenabschneiden zeigt.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm, das eine Kalibrierungsprozedur für eine Druckkassette während der Herstellung zeigt.
6 ist ein schematisches Flussdiagramm, das eine vereinfachte Kalibrierungsprozedur für eine Druckkassette während der Herstellung zeigt.
7 ist ein schematisches Flussdiagramm, das eine Kalibrierungsprozedur für einen Drucker nach einem Einbau der Druckkassette in dem Drucker zeigt.
Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Tintenstrahldruckers 10 mit einer verbundenen Druckkassette 12. Eine Steuerung 14 in dem Drucker empfängt Druckdaten von einem Computer oder Mikroprozessor (nicht gezeigt) und verarbeitet die Daten, um Druckersteuerungsinformationen oder Bilddaten an eine Druckkopftreiberschaltung 16 zu liefern. Eine gesteuerte Spannungsleistungsversorgung 17 liefert eine gesteuerte Spannung an einen Mehrleitungsleistungsbus 18. Eine Speicherleserschaltung 19 in dem Drucker 10 ist mit der Steuerung 14 zum Übertragen von Informationen, die über eine Speicherleitung 20 von der Druckkassette 12 empfangen werden, verbunden. Die Druckkopftreiberschaltung 16 wird durch die Steuerung 14 gesteuert, um die Bilddaten über einen Steuerbus 24, der etwa 20 Leitungen aufweist, an einen Druckkopfchip 22 auf der Druckkassette 12 zu senden.
Die Kassette ist entfernbar austauschbar und ist elektrisch mit dem Drucker durch den Steuerbus 24, den Leistungsbus 18 und die Speicherleitung 20 verbunden. Eine Verbinderschnittstelle 26 weist einen leitfähigen Anschlussstift für jede Leitung auf der Druckerseite, die eine entsprechende Anschlussfläche auf einer flexiblen Schaltung 30 auf der Kassette 12 berührt, auf. Ein Speicherchip 31 auf der Kassette speichert Druckersteuerinformationen, die während der Herstellung der Kassette und während der Verwendung durch den Drucker programmiert werden. Die Flexschaltung 30 ist mit dem Druckkopfchip 22 über Streifenbondverbindungen 32 verbunden. Ein Analog-Digital-Wandler 34 in dem Drucker ist mit dem Druckkopf verbunden, um Daten von dem Druckkopf zu empfangen, die die Temperatur des Druckkopfs anzeigen.
Der Druckkopf 22 weist eine große Anzahl von Düsen auf, wobei jeder Düse ein Abfeuerungswiderstand zugeordnet ist. Der Druckkopf könnte in einer Anzahl mehrerer ähnlicher Teilabschnitte angeordnet sein, wobei jeder Teilabschnitt eine bestimmte Anzahl von Grundelementen aufweist, die eine bestimmte Anzahl von Widerständen beinhalten. Wie in 1 gezeigt ist, besitzt der Druckkopf 524 Düsen mit 524 zugeordneten Abfeuerungswiderständen und der Druckkopf ist in vier ähnliche Teilabschnitte oder Quadranten angeordnet, wobei jeder Quadrant acht „Grundelemente" von jeweils 16 Widerständen plus einem Grundelement von drei Widerständen aufweist. Um einen gemultiplexten Druckkopf bereitzustellen, der nur eine eingeschränkte Anzahl von Leitungen zwischen dem Drucker und dem Druckkopf benötigt, fließt der Strom zu den Widerständen durch eine Spannungsleitung und eine Masseleitung, die gemeinschaftlich durch andere Widerstände in diesem Quadranten verwendet werden. Die Widerstände sind einzeln, um unbeschränkte Musterpermutationen bereitzustellen, durch einen Seriendatenstrom adressierbar, der von dem Druckkopf zugeführt wird. Während die Erfindung hierin in Bezug auf vier Quadranten und spezifische Grundelemente und Widerstandsgruppierungen beschrieben ist, ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet zu erkennen, dass die Erfindung auf jede Anzahl von Teilabschnitten und Grundelement/Widerstands-Anordnungen zutrifft. Zusätzliche Details in Bezug auf Tintenstrahldruckköpfe sind in der U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/962,031, eingereicht am 31. Oktober 1997 mit dem Titel „Ink Delivery System for High Speed Printing", die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben.
2 zeigt eine Abfeuerungs- und Energiesteuerschaltung 36 eines repräsentativen Quadranten des Chips und zeigt einen exemplarischen Bruchteil der vielen Widerstände des Quadranten (ein n-tel der Sechzehn des vollen Grundelements). Die Schaltung 36 befindet sich auf dem Druckkopfchip und besitzt eine einzelne Anschlussfläche-zu-Anschlussfläche-Spannungseingabe („V_pp") 40 von dem Leistungsbus 18, die mit einem Satz 42 von Dünnfilmabfeuerungswiderständen 44, die bevorzugt jeweils 28 Watt betragen, verbunden. Ein Spannungserfassungsnetz 46 umfasst einen Widerstand 50 mit hohem Wert, der etwa zehn Mal den Wider standswert (280 Watt) der Abfeuerungswiderstände 44 aufweist und mit der Eingangsleitung 40 an dem gleichen Knoten wie die Abfeuerungswiderstände verbunden ist. Das Erfassungsnetz umfasst ferner einen LDMOS-Schalter 52, der einen Eingang, der mit dem Widerstand 50 verbunden ist, einen Ausgang, der mit einem Lesewiderstand 54 verbunden ist, der einen niedrigen Wert (10 Watt) relativ zu den Abfeuerungswiderständen aufweist, und eine Steuerleitung, die mit einer Abfeuerungsleitung 56 von dem Drucker verbunden ist, aufweist. Der Lesewiderstand ist mit Masse verbunden.
Eine Spannung-zu-Leistung-Wandler-Schaltung 60 weist eine primäre Eingangsleitung 62, die zwischen den Schalter 52 und den Lesewiderstand 54 geschaltet ist, auf. Eine Abfeuerungseingabe ist mit der Abfeuerungsleitung 56 verbunden, so dass ein Puls auf der Abfeuerungsleitung den Betrieb des Wandlers auslöst. Der Wandler umfasst einen Vorspannstromerzeuger 64 und einen Integrationskondensator 66. Eine an den Wandler gelieferte Spannung wird in ein Leistungssignal umgewandelt, das verwendet wird, um einen Vorspannstrom zu erzeuger, der zu dem Integrationskondensator 66 geführt wird, was eine Ausgangsspannung 65 erzeugt, die proportional zu einer Energie ist. Eine Quadrantensteigungsanpasser-(„QSA-") Schaltung 68 weist einen Ausgang 69, der mit der Wandlerschaltung 60 verbunden ist, zum Anpassen ihrer Rate eines Anstiegs der Ausgangsspannung 65 oder Ausgangssteigung, gespeichert in dem QSA-Register, auf. Diese in dem QSA-Register gespeicherten Daten wurden von der Druckersteuerung 14 geladen, die diese Daten von dem Speicherchip 31 über ein Speicherlesegerät 19 erhalten hat. Jeder Quadrant weist seinen eigenen QSA auf, so dass jeder leicht angepasst werden kann. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel liefert jeder QSA eine +/–5%-Anpassung der Steigung, so dass kleine Variationen der Leistungs- und Energieanforderungen unter den Quadranten kompensiert und gesteuert werden können. Es ist zu erkennen, dass andere Anpassungsbereiche, falls dies erwünscht wird, implementiert werden könnten.
Ein Pulsbreitensteuerblock 70 umfasst eine Logik zum Pulsbreitenabschneiden und einen zeitkontinuierlichen Spannungskomparator und weist einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang 65 der Wandlerschaltung 60 (die das Energiesignal überträgt) verbunden ist, einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang 86 eines Digital-Analog-Wandlers („DAC") 80 verbunden ist, der wiederum durch eine Sollwertspannungsreferenzvorrichtung 72 gesteuert wird, und eine Steuerleitung 58 auf, die mit der Abfeuerungsleitung 56 verbunden ist. Der Komparator des Steuerblocks 70 weist eine Ausgangsleitung 74 auf, die einen Spannungspuls, der nach einem Auslösen durch einen Puls auf der Abfeuerungsleitung eingeleitet wird und endet, wenn eines der folgenden Ereignisse auftritt, nämlich (1) die Ausgabe der Wandlerschaltung 60 ist gleich der Ausgabe des DAC 80 oder (2) wenn der Abfeuerungspuls endet, überträgt. Ein abgeschnittenes Erfassungssignal auf einer zweiten Komparatorausgangsleitung 75 liefert Statusinformationen an einen Steuerlogikschaltungsaufbau, die anzeigen, dass die Schaltung den Abfeuerungspuls abgeschnitten hat. Dieses Abschneideerfassungssignal wird für die unten erläuterten Kalibrierungszwecke verwendet.
Die Sollwertreferenzspannungsvorrichtung 72 umfasst einen 7-Leitung-Eingangsbus 76, der mit einem internen Register in der Vorrichtung 72 verbunden ist, die durch den Drucker 10 geladen wird, sowie mit dem 7-Bit-DAC 80. Der DAC 80 wandelt einen digital codierten Spannungswert, der von dem Drucker empfangen wird, in eine Referenzspannungsausgabe 86 um. Der DAC 80 weist eine Ausgangsspannung 86 auf, die einen Lieferenergiebereich von 1μJ bis 7μJ erlaubt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der DAC 80 eine Präzisions-Polywiderstandsfolge kombiniert mit einer Analog-Umschaltmatrix.
Jeder Abfeuerungswiderstand 44 ist mit einem entsprechenden Abfeuerungsschalter 82 verbunden, der mit einer Masseleitung 83 verbunden ist und einen Steuereingang aufweist, der mit dem Ausgang 85 eines Abfeuerungspulsmodulators 84 verbunden ist. Der Abfeuerungspulsmodulator empfängt Druckdaten auf einem 7-Bit-Bus und gibt ein Abfeuerungssignal auf der Ausgangsleitung 85 an jeden ausgewählten Abfeuerungsschalter 82 aus.
Zum Abfeuern einer ausgewählten Gruppe des Widerstandsatzes 42 sendet der Drucker eine Eingangsspannung V_pp auf der Leitung 40 und überträgt einen Volldauer-Abfeuerungspuls auf der Leitung 56. Ansprechend auf den Abfeuerungspuls überträgt der Komparator den Abfeuerungspuls an die Widerstandsabfeuerungsschalter 82, was ein Schließen der ausgewählten Schalter bewirkt, was die Widerstände mit Masse für einen Stromfluss zur Erzeugung einer Abfeuerungsenergie verbindet. Auch ansprechend auf ein Einleiten des Abfeuerungspulses auf der Leitung 56 schließt sich der Schalter 52, was einen kleinen Strom durch die Widerstände 50 und 54 fließen lässt, wobei die Spannung zwischen den Widerständen auf der Leitung 62 proportional zu der Eingangsspannung V_pp auf der Leitung 40, wie durch den durch die aktivierten Widerstände gezogenen Strom beeinflusst, ist.
Der Abfeuerungspuls löst außerdem die Wandlerschaltung 60 aus, um den Kondensator auf Null zurückzusetzen, was die Ausgangsspannung auf Null setzt. Die Eingangsspannung wird durch einen herkömmlichen Analog-Schaltungsaufbau in ein Leistungssignal umgewandelt. Das Leistungssignal wird dann verwendet, um einen Vorspannstrom zu erzeugen, der in den Integrationskondensator 66 geliefert wird, was eine Ausgangsspannungsrampe mit einer Steigung erzeugt, die proportional zu der während des Pulses dissipierten Leistung ist. Die Rate: eines Spannungsanstiegs wird weiter basierend auf den in der QSA-Schaltung 68 gespeicherten Daten modifiziert, was auf einer anfänglichen Kalibrierung der Druckkassette auf einer Fertigungslinie, wie unten erläutert wird, basiert.
3 ist ein Graph, der die quadrierte Spannung für drei unterschiedliche Quadrantensteigungsanpassungen (+5%, 0, –5%) gegenüber einer Zeit oder Pulsbreite zeigt und zeigt, wann ein Abschneiden auftritt, bei dem die Spannung der DAC-Einstellung erreicht ist. Für die +5%-Quadrantensteigungsanpassung tritt ein Pulsabschneiden bei t_trunc auf, wenn die quadrierte Spannung gleich der DAC-Einstellung ist. Für die 0- und die -5%-Quadrantensteigungsanpassung tritt kein Abschneiden auf und der Puls wird durch die vorbestimmte Pulsbreite von 2 Mikrosekunden beendet.
4 zeigt die Beziehung zwischen der Betriebsspannung, Abschneidespannung, minimalen Überenergie, maximalen Überenergie, Einschaltenergie und einem Pulsbreitenabschneiden.
Vor Lieferung und Verwendung wird die Druckkassette einem einmaligen Werkkalibrierungsvorgang unterzogen, um Variationen von Quadrant zu Quadrant innerhalb der Druckkassette zu kompensieren, wie z. B. bei Druckkassettenwiderständen und Widerstandswerten einer internen Leiterbahn. Obwohl die Widerstandswerte in dem Drucker und in den Leistungsverbindungen zwischen dem Druckerwagen und der Druckkassette häufig von Drucker zu Drucker variieren, sowie mit unterschiedlichen Einbauten der gleichen Druckkassette in den gleichem Drucker, werden die Variationen innerhalb einer bestimmten Druckkassette am besten als ein Herstellungsvorgang identifiziert und kompensiert. Interne Variablen der Druckkassette umfassen eine Druckkassetten-Flexschaltungsleistung und einen Masseleitungswiderstandswert, einen Flexschaltung-zu-Chip-Streifenbond-Widerstandswert, Chipleiterbahnen, die jeden Quadranten mit Leistung und mit Masse verbinden, und Halbleiterprozess- und Widerstandsvariationen. Ein Kompensieren dieser Variablen bei der Herstellung minimiert die Diagnoseschaltungsaufbauanforderungen des Druckers und beschränkt Kalibrierungsverzögerungen nach einem Druckkassetteneinbau durch den Benutzer.
Eine Herstellungskalibrierung dient dazu, die Betriebsunterschiede zwischen den vier Funktionsquadranten des Druckkopfchips zu identifizieren, insbesondere die unterschiedlichen Widerstandswerte der Leiterbahnen und Verbindungen für jeden unterschiedlichen Quadranten. Außerdem könnten die Widerstandsabmessungen innerhalb von Toleranzen variieren und diese Variationen könnten dazu neigen, innerhalb jedes Quadranten konsistent und zwischen den Quadranten unterschiedlich zu sein. Zusätzlich könnte der Halbleiterherstellungsvorgang Variationen erzeugen, die innerhalb jedes Quadranten minimal sind, die jedoch von Quadrant zu Quadrant. Variationen innerhalb jedes Chips erzeugen.
Da der Drucker einen ausreichend schnellen Durchsatz und eine ausreichende Wagenbewegungsgeschwindigkeit besitzen muss, wird die Kassette mit einer Abfeuerungspulsbreite kalibriert, die etwas kleiner ist als die tatsächliche maximale Pulsbreite, die erwünscht wird. Die Zeit zwischen Abfeuerungspulsen ist gleich [Bewegungsgeschwindigkeit (Zoll/Sek)/Punkte pro Zoll] + Spielraum. 5 ist ein schematisches Flussdiagramm, das eine Kalibrierungsprozedur für eine Druckkassette während der Herstellung zeigt. Bei Schritt 102 wird, wenn die Energiekompensationsschaltung ausgeschaltet ist (so dass kein Abschneiden auftritt) und die Pulsbreite auf eine vorbestimmte nominelle maximale Pulsbreite eingestellt ist, die kleiner ist als die tatsächliche maximale Pulsbreite, z. B. 2,0 μSek, die Einschaltspannung V_{turn-on, q} zu einer Zeit in einem Quadranten gemessen. Bei Schritt 104 wird bestimmt, welcher Quadrant bei der höchsten Einschaltspannung V_{turn-on, high} einschaltet, und welcher Quadrant bei der niedrigsten Einschaltspannung V_turn-on,
low einschaltet. Bei Schritt 106 wird die Differenz zwischen der höchsten Einschaltspannung und der niedrigsten Einschaltspannung bestimmt. Wenn diese Differenz einen spezifischen maximalen Wert überschreitet, könnte die Druckkassette zurückgewiesen werden; andernfalls wird mit Schritt 108 fortgefahren.
Bei Schritt 108 wird die Energieschaltung aktiviert und für jeden Quadranten q wird die Quadrantensteigungsanpassung auf –5% eingestellt und V_pp,q wird wie folgt berechnet: Vpp,q = Vturn-on,q[1 + (OEmin,% – β)/100]1/2 wobei V_pp die Spannung über die Anschlussflächen für den Quadranten ist, V_{turn-on, q}, die bei Schritt 102 gefundene Einschaltspannung ist, OE_min.% die erwünschte minimale prozentuale Überenergie ist und β eine Konstante ist, die kleiner ist als die erwünschte minimale prozentuale Überenergie, und den Anfangspunkt für die Iterationsprozedur, die unten beschrieben ist, definiert. Bei Schritt 110 wird für jeden Quadranten die höchste DAC-Einstellung, DAC_{high, q} gefunden, bei der jeder Quadrant abschneidet, indem die DAC-Einstellung von hoch auf niedrig angepasst wird, bis die Pulsbreite für jeden Quadranten gerade eben abschneidet.
Bei Schritt 112 werden die Quadrantensteigungsanpassungen bestimmt, indem der DAC auf die höchste Einstellung gesetzt wird, nämlich DAC_{high, q}, die bei Schritt 110 gefunden wurde. Bei Schritt 114 wird die Anschlussfläche-zu-Anschlussfläche-Spannung V_{pp, q} von hoch nach niedrig für jeden Quadranten bei jeder seiner drei Steigungseinstellungen (–5%, 0, +5%) variiert, um die Abschneidespannung V_trunc,
q in jedem Quadranten für jede der Steigungseinstellungen zu finden.
Bei Schritt 116 wird die Anfangsbetriebsspannung V_oper.initial für alle Quadranten gleich dem Durchschnitt aller Spannungen V_trunc,
q, die in Schritt 114 gefunden wurden, gesetzt. Bei Schritt 118 wird die V_oper, die bei Schritt 114 berechnet wurde, oder aus Schritt 123 für alle Quadranten verwendet und es wird für jeden Quadranten bestimmt, bei welcher der Steigungseinstellungen kein Abschneiden vorliegt. Für jeden Quadranten wird die Steigungseinstellung auf die höchste Steigungseinstellung eingestellt (+ = höchste, – = niedrigste), die nicht abschneidet.
Bei Schritt 120 werden für die bei Schritt 118 eingestellten Steigungseinstellungen die entsprechenden Abschneidespannungen verglichen und die minimale Abschneidespannung gefunden. Bei Schritt 122 wird diese minimale Abschneidespannung aus Schritt 120 mit der gegenwärtigen Betriebsspannung verglichen. Wenn die minimale Abschneidespannung in etwa gleich der gegenwärtigen Betriebsspannung ist und sich die Steigungseinstellungen nicht verändert haben, wird zu Schritt 124 gegangen, wenn dieselben sich verändert haben, wird zu Schritt 123 gegangen und die Betriebsspannung wird gleich der minimalen Abschneidespannung gesetzt. Dies wird als die neue Betriebsspannung verwendet und so werden die Schritte 118 bis 122 wiederholt, bis die Betriebsspannung V_oper und die Steigungsanpassungswerte sich von der vorherigen Iteration nicht verändern.
Bei Schritt 124 wird dann unter Verwendung der stabilen Betriebsspannung V_oper, die in den Schritten 116 und 118 gefunden wird, die Überenergie für jeden Quadranten OE_{@Voper, q} berechnet. Diese minimale Überenergie OE_{@Voper, min}, min wird dann für die vier Quadranten bestimmt. Bei Schritt 126 wird diese minimale Überenergie aus Schritt 124 mit der minimalen Überenergie OE_min, die zu Beginn ausgewählt wurde, verglichen. Wenn sie kleiner als OE_min ist, wird β reduziert und die Schritte 108 bis 126 werden unter Verwendung eines inkremental kleineren β wiederholt. Diese Anzahl sollte bei jeder nachfolgenden Iteration weiter um 0,2 verändert werden, bis das minimale Überenergieziel erreicht ist. Bei Schritt 128 wird für die letztendliche DAC- und Spannungseinstellung und die entsprechende Abschneidespannung für jeden Quadranten die prozentuale Überenergie beim Abschneiden ausgerechnet. Bei Schritt 130 wird der maximale Wert der Überenergie OE_max@trunc aus der OE_@trunc,
q unter den vier Quadranten bestimmt. Bei Schritt 132 werden die letzten Einstellungen der Quadrantensteigungsanpassungen, DAC-Ein stellung und Betriebsspannung in den Speicherchip 31 geschrieben.
Bei Schritt 134 wird der letztendliche Wert für Überenergien OE_min@Voper aus Schritt 122 Und OE_max@trunc aus Schritt 130 verwendet, wobei die maximale Überenergie OE_max wie folgt berechnet wird: OEmax = OEmin@Voper + OEmin oder OEmax = [OEmax@trunc + OEmin@Voper – OEmax@trunc + OEmin]/4was auch immer kleiner ist.
Der maximale Wert für OE_max beträgt 30 % für Magenta und 35 % für Schwarz, Cyan und Gelb. Wenn eine Druckkassette diese Werte überschreitet, sollte sie zurückgewiesen werden.
6 ist ein vereinfachtes alternatives schematisches Flussdiagramm, das eine Kalibrierungsprozedur für eine Druckkassette während der Herstellung zeigt. Bei Schritt 300 werden die erwünschte Pulsbreite, minimale Überenergie, OE_min.% und maximale Überenergie OE_max.% ausgewählt. Bei Schritt 302 wird die Einschaltspannung für jeden Quadranten der ausgewählten Pulsbreite gemessen.
Bei Schritt 306 wird die Betriebsspannung V_oper aus der minimalen Überenergie, OE_min.% unter Verwendung von: Voper = Vturn-on,max[1 + (OEmin.%)/100berechnet, wobei V_turn-on,max die maximale Einschaltspannung aller Quadranten ist.
Bei Schritt 308 werden die DAC- und die Steigungseinstellung zyklisch durchlaufen, um zu finden, wo zumindest eine Steigungseinstellung in jedem Quadranten nicht abschneidet. Bei Schritt 310 wird bestimmt, ob zumindest eine Steigung in jedem Quadranten nicht abschneidet. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Druckkassette zurückgewiesen. Falls dies der Fall ist, wird mit Schritt 316 fortgefahren.
Bei Schritt 316 wird die maximale Spannung V_max aus der maximalen Überenergie OE_max unter Verwendung von Vmax = Vturn-on,min[1 + (OEmax.%)/100]1/2 berechnet, wobei V_turn-on,min die minimale Einschaltspannung aller Quadranten ist.
Bei Schritt 318 wird die Betriebsspannung V_oper gleich der maximalen Spannung V_max gesetzt und die DAC-Einstellung und Quadrantensteigungsanpassungseinstellungen aus Schritt 310 werden verwendet und auf ein Abschneiden wird geprüft. Bei Schritt 322 wird bestimmt, ob alle Quadranten abschneiden. Falls die der Fall ist, wird zu Schritt 324 gegangen, falls dies nicht der Fall ist, wird die Druckkassette zurückgewiesen. Bei Schritt 326 wird die Betriebsspannung V_oper variiert, um die maximale Betriebsspannung zu finden, wo kein Quadrant mit den ausgewählten DAC-Einstellungen und Quadrantensteigungsanpassungseinstellungen abschneidet. Bei Schritt 328 wird die Betriebsspannung gleich der maximalen bei Schritt 326 gefundenen Betriebsspannung gesetzt. Bei Schritt 330 werden die Betriebsspannung, DAC-Einstellung und Quadrantensteigungsanpassung für jeden Quadranten ausgewählt und in den Speicherchip geschrieben.
Mit den letztendlichen Einstellungen für Quadrantensteigungsanpassungen, DAC-Einstellung und Betriebsspannung, die während der Herstellung in den Speicherchip geschrieben werden, könnte die Kassette an einen Benutzer geliefert werden, entweder in Verbindung mit einem Drucker oder als eine Austauschkassette, wobei es dies ermöglicht, dass der Drucker, in den die Druckkassette schließlich eingebaut ist, bestimmen kann, ob unzulässig hohe parasitäre Wider standswerte vorliegen, die in der Druckkassette während der Herstellungskalibrierung allein nicht erfassbar waren. Derartige Widerstandswerte könnten mit einem Druckerverdrahtungsfehler auftreten oder einer schlechten Leitung an den Druckkassetten-Drucker-Kontakten. Wenn ein hoher Widerstandswert angetroffen wird, würde der Systemschaltungsaufbau mit einer höheren Eingangsspannung V_pp kompensieren. Dies ist bis zu einem Punkt akzeptabel, eine zu hohe Spannung, die zum Überwinden eines Widerstandswerts benötigt wird, wenn alle Widerstände abfeuern, führt jedoch zu einer viel höheren Spannung an einem einzelnen Abfeuerungswiderstand. Natürlich kann dies durch ein wesentliches Pulsbreitenabschneiden kompensiert werden, um eine gesteuerte Energie zu erzielen, über einen bestimmten Punkt hinaus jedoch ist der Widerstand nicht in der Lage, der übertragenen Leistung zuverlässig zu widerstehen, wie oben erläutert wurde.
In Betrieb wird die Leistungsversorgungsspannung V_ps auf einen Pegel eingestellt, der ausreichend ist, um ausreichende Abfeuerungsenergiepegel für ein Volltropfenvolumenabfeuern bei „Blackoutbedingungen" sicherzustellen, d. h. wenn alle Widerstände gleichzeitig abfeuern. Da die Abfeuerungsenergie proportional zu dem Produkt des Quadrates der Spannung und der Zeitdauer ist, muss V_ps ausreichend hoch sein, um eine ausreichende Energie innerhalb der eingeschränkten Zeit bereitzustellen, die zum Drucken jedes Punktes bemessen wird, bevor der nächste Punkt mit der erwünschten Druckerbewegungsrate gedruckt werden soll. Ein Teil des Kalibrierungsvorgangs umfasst ein Einrichten einer Spannung, um eine eingeschränkte Abfeuerungsenergieschwelle für alle Abfeuerungsbedingungen bereitzustellen, unabhängig von der Anzahl von Widerständen, die gleichzeitig abgefeuert werden.
Wenn die Druckkassette in den Drucker eingebaut ist, führt der Drucker einen Test an der eingebauten Druckkassette durch, um die korrekte Leistungsversorgungsspannung V_ps zum Anlegen an die Druckkassette zu bestimmen. Bezug nehmend auf 7 liest der Drucker bei Schritt 402 die vier Quadrantensteigungsanpassungen (+5%, 0 oder –5%), eine für jeden Quadranten, die DAC-Einstellung und die Betriebsspannung von dem Speicherchip und stellt dann das DAC- und das Quadrantensteigungsanpassungsregister in dem Drucker auf diese aufgezeichneten Werte ein und stellt die Druckerleistungsversorgungsspannung V_ps auf den Wert der Betriebsspannung V_oper, der in dem Speicherchip enthalten ist, ein.
Bei Schritt 404 beobachtet der Drucker die Pulsbreitenabschneideflags, die gesetzt sind, wenn ein Abschneiden auftritt, für jeden Quadranten, während alle Widerstände in einem „Blackout"-Muster abfeuern. Bei Schritt 406 erhöht der Drucker die Druckerleistungsversorgungsspannung V_ps in kleinen Inkrementstufen und feuert die Widerstände bei jeder Stufe ab, bis das erste der vier Quadrantenabschneideflags ein Abschneiden zeigt, und die Spannung V_ps,trunc, bei der das erste Abschneiden auftrat, wird durch den Drucker gespeichert.
Bei Schritt 408 bestimmt der Drucker die Effekte des Anstiegs der Versorgungsspannung durch ein Berechnen des Verhältnis von V² _ps,trunc/V² _oper. Wenn dieses Verhältnis größer oder gleich einer maximalen Grenze ist, sollte die Druckkassette erneut eingeführt und der Test wiederholt werden. Wenn das Verhältnis die maximale Grenze nicht überschreitet, wird V_ps um eine Inkrementstufe unterhalb der Abschneidespannung V_ps,trunc reduziert, wobei dieser Wert durch den Drucker als die Betriebsspannung V_oper verwendet werden sollte. Wenn das Verhältnis größer oder gleich der maximalen Grenze bleibt, sollte der Drucker gewartet werden.
Die maximale Grenze ist nötig, da, wenn ein übermäßiger parasitärer Widerstandswert vorliegt, eine zu große Differenz der Menge einer Spannung, die an die Druckkassette angelegt wird, besteht, wenn alle Düsen abfeuern und wenn nur eine Düse abfeuert. Das Verhältnis zeigt zusätzliche parasitäre Widerstandswerte an, die, wenn die Widerstände einzeln abgefeuert werden, einen Leistungsanstieg in den Heizerwiderständen bewirken können und ebenso einen Energieanstieg in den Widerständen, wenn die Energiekompensationsschaltung von einem Energiestandpunkt aus nicht durch ein Abschneiden der Pulsbreite kompensieren würde. Die erhöhte Leistung in den Widerständen gemeinsam mit der Energie ist eine Widerstandslebensdauerbetrachtung. Es ist deshalb nötig, den Leistungsanstieg zu begrenzen, indem der zusätzliche parasitäre Widerstandswert eingeschränkt wird, wie dies bei der obigen Prozedur durchgeführt wird.
Während obiges in Bezug auf spezifische und alternative Ausführungsbeispiele erläutert wurde, soll die Erfindung nicht so eingeschränkt sein.

Claims

Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Tintenstrahlkassette, die eine Mehrzahl von Tintenabfeuerungswiderstandsgruppen aufweist, die jeweils zumindest einen Widerstand und eine Speichervorrichtung enthalten, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Auswählen einer erwünschten Pulsbreite, einer minimalen Überenergie und einer maximalen Überenergie (300); Messen einer Einschaltspannung (302) für die ausgewählte Pulsbreite; Berechnen einer Betriebsspannung (306) aus der minimalen Überenergie; Berechnen einer maximalen Spannung (316) aus der maximalen Überenergie; Setzen der Betriebsspannung (318) gleich der maximalen Spannung; Variieren der Betriebsspannung (326), um eine maximale Betriebsspannung zu finden; Setzen der Betriebsspannung gleich der gefundenen maximalen Betriebsspannung (328); und Schreiben der Betriebsspannung (330) in eine Speichervorrichtung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Betriebsspannung unter Verwendung einer maximalen Einschaltspannung (306), die aus der gemessenen Einschaltspan nung (302) ausgerechnet wird, bei jeder Gruppe berechnet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem jede Gruppe eine Digital-Analog-Wandler-Einstellung und eine Gruppensteigungsanpassungseinstellung aufweist, und das ferner ein Verwenden der Digital-Analog-Wandler-Einstellung und der Gruppensteigungsanpassungseinstellung zur Prüfung auf ein Abschneiden (308) aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem: die Tintenstrahldruckkassette ferner eine Abfeuerungs- und Energiesteuerungsschaltung zum Senden eines Abfeuerungspulses an die elektrischen Komponenten aufweist; und wobei der Abfeuerungspuls eine zugeordnete Pulsbreite, eine minimale Überenergie und eine maximale Überenergie (300) aufweist.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahldruckers, um die Betriebseinstellungen zur Anwendung auf eine in den Drucker eingebaute Druckkassette zu bestimmen, mit folgenden Schritten: Kalibrieren einer Druckkassette gemäß Anspruch 1; Lesen der Betriebsspannung (402) aus der Speichervorrichtung an der Druckkassette; Einstellen des Druckers (402) zur Verwendung der Betriebsspannung; Durchführen von Tests (404) unter Verwendung der Betriebsspannung, um die Betriebsbedingungen für den Drucker zu bestimmen; Anpassen der Betriebsbedingungen (406) für den Drucker unter Verwendung der Betriebsspannung; und Speichern der Betriebsbedingungen (414) in dem Drucker.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die Druckkassette zumindest zwei Abschnitte aufweist, wobei jeder Abschnitt eine Mehrzahl von Widerständen enthält, und ein Anpassen der Betriebsbedingungen (406) ferner ein Erhöhen einer Druckerleistungsversorgungsspannung in kleinen Inkrementalstufen und ein Abfeuern der Widerstände bei jeder Stufe, bis ein Abschnittsflag ein Abschneiden zeigt, aufweist.