DE69932780T2 - Druckkopf, Kopfkassette mit einem Druckkopf , Druckvorrichtung mit Druckkopf ausgerüstet und Druckkopfsubstrat - Google Patents

Druckkopf, Kopfkassette mit einem Druckkopf , Druckvorrichtung mit Druckkopf ausgerüstet und Druckkopfsubstrat Download PDF

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckkopf, eine diesen Druckkopf umfassende Druckkopfpatrone, eine Druckvorrichtung, bei der der Druckkopf Verwendung findet, sowie auf ein Druckkopfsubstrat und betrifft insbesondere die Datenübermittlung zwischen einem Druckkopf und einer Druckvorrichtung, bei der der Druckkopf Verwendung findet.
  • Bei einer für ein übliches Tintenstrahlverfahren ausgestalteten Druckvorrichtung sind meist elektrothermische Wandler (Heizelemente) eines Druckkopfs und eine die elektrothermischen Wandler entsprechend einem eingegebenen Bildsignal ansteuernde Treiber- oder Ansteuerschaltung auf einem Substrat unter Verwendung einer Halbleiter-Fertigungstechnik ausgebildet, wie sie aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Hei 5-185 594 bekannt ist. Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, auf dem gleichen Substrat auch eine Einrichtung zur Erfassung von Substratzuständen wie der Substrattemperatur, der Verteilung von Widerstandswerten und Abweichungen der Charakteristik der Ansteuerschaltung anzuordnen.
  • 8 zeigt ein Blockschaltbild, das schematisch ein Verfahren zur Erfassung von Substratzuständen bei einem bekannten Tintenstrahl-Druckkopf veranschaulicht.
  • In 8 bezeichnen die Bezugszahl 101 ein einen Druckkopf bildendes (und nachstehend als "Substrat" bezeichnetes) Halbleitersubstrat oder eine Platine, die Bezugszahl 102 eine Heizelementanordnung mit einer Vielzahl von elektrothermischen Wandlern (Heizelementen) zur Erzeugung der zum Ausstoßen von Tinte erforderlichen Wärmeenergie, die Bezugszahl 103 ein einzelnes Heizelement der Heizelementanordnung 102, die Bezugszahl 104 einen Leistungstransistorblock zur Ansteuerung bzw. Betätigung der Heizelemente durch Zuführung eines erforderlichen Stroms zu den Heizelementen, die Bezugszahl 105 eine eine Zwischenspeicherschaltung, ein Schieberegister und dergleichen umfassende Logikschaltung zur EIN/AUS-Steuerung der jeweiligen Heizelemente in Abhängigkeit von einer in Bezug auf den Druckkopf extern erfolgenden Datenübermittlung, die Bezugszahl 106 eine Stromversorgungsleitung zur Zuführung einer vorgegebenen Spannung und damit des erforderlichen Stroms zu den Heizelementen, die Bezugszahl 107 eine Masseleitung für den über die Heizelemente und die Leistungstransistoren fließenden Strom und die Bezugszahlen 108 und 109 einen aus dem Druckkopf herausgeführten Masseanschluss und Stromversorgungsanschluss für die Stromversorgungsleitung.
  • Weiterhin bezeichnen die Bezugszahl 410 eine Temperatur-Messeinrichtung zur Erfassung der Temperatur des Substrats 101, die Bezugszahl 411 eine Leiterbahn für die Signalübertragung von der Temperatur-Messeinrichtung 410, die Bezugszahl 412 einen Anschluss zur Herausführung des von der Temperatur-Messeinrichtung 410 abgegebenen Signals aus dem Druckkopf, die Bezugszahl 420 einen Widerstand zur Überwachung des Widerstandswertes der auf dem Substrat ausgebildeten elektrothermischen Wandler, die Bezugszahl 421 eine Leiterbahn zum Anlegen einer Spannung an den Widerstand 420 zur Messung von dessen Widerstandswert, die Bezugszahl 422 einen Anschluss zur Herausführung der Leiterbahn 421 aus dem Druckkopf, die Bezugszahl 430 einen Signalverarbeitungsblock zur Verarbeitung der von der Temperatur-Messeinrichtung und von dem Widerstandswert-Überwachungswiderstand erhaltenen Signale, die Bezugszahlen 413 und 423 Leiterbahnen zur Verbindung der Temperatur-Messeinrichtung 410 und des Widerstands 420 mit dem Signalverarbeitungsblock 430, die Bezugszahl 440 einen das Ausgangssignal des Signalverarbeitungsblocks 430 zur Erfassung des Substratzustands auswertenden Bewertungsschaltungsblock zur Durchführung einer entsprechenden Regelung in Abhängigkeit von dem erfassten Substratzustand, die Bezugszahl 450 eine den Signalverarbeitungsblock 430 mit dem Bewertungsschaltungsblock 440 verbindende Leiterbahn und die Bezugszahl 460 eine den Bewertungsschaltungsblock 440 mit der Logikschaltung 105 im Substrat verbindende Leiterbahn.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 8 das Konzept einer bei dem bekannten Druckkopf in Abhängigkeit von der erfassten Substrattemperatur erfolgenden Steuerung näher beschrieben.
  • Über den Leistungstransistorblock 104 wird der Heizelementanordnung 102 ein Strom zur Erzeugung der für den Tintenausstoß erforderlichen Wärmeenergie zugeführt, wobei die zeitliche Steuerung der Stromzufuhr folgendermaßen erfolgt: Der Bewertungsschaltungsblock 440 legt ein optimales Ansteuerverfahren und dergleichen in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Substratzustand fest, woraufhin ein dem festgelegten Ansteuerverfahren entsprechendes Steuersignal der Logikschaltung 105 zugeführt wird und die Logikschaltung 105 die Steueranschlüsse jeweiliger Leistungstransistoren mit einem Steuersignal beaufschlagt.
  • Hierbei werden Betrag und Dauer der Wärmeerzeugung durch ein Heizelement von der zeitlichen Steuerung des über das Heizelement fließenden Stroms bestimmt, wobei ein dem Betrag entsprechender Tintenausstoß für diese Dauer erfolgt. Da jedoch die von dem Heizelement erzeugte Wärmeenergie nicht nur der Tinte sondern auch dem Substrat 101 zugeführt wird, steigt auch die Temperatur des Substrat 101 an. Der Tintenausstoß kann daher nicht unter konstanten Bedingungen erfolgen, d.h., die Aufrechterhaltung des gleichen Tintenausstoßzustands in einem großen Temperaturbereich mit einer konstanten Ansteuerzeit ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Heizelemente unter Erfassung der Substrattemperatur anzusteuern und hierbei optimale Tintenausstoßbedingungen auszuwählen.
  • Vorzugsweise weist das zur Überwachung der Temperaturänderung des Substrats vorgesehene Element eine bekannte Temperaturcharakteristik auf. So wird z.B. eine pn-Flächendiode eingesetzt und deren Spannungs-Strom-Durchlasskennlinie oder dergleichen ausgewertet. Hierbei lässt sich ein stabiler Tintenausstoß in einem großen Temperaturbereich aufrecht erhalten, indem die Diode auf dem Substrat angeordnet, eine Änderung der Charakteristik des Elements in vorgegebenen Intervallen extern erfasst und dem jeweils erhaltenen Ergebnis entsprechende optimale Ansteuerzeiten vorgegeben werden.
  • Bei der Schaltungsanordnung gemäß 8 wird somit dem Stromversorgungsanschluss 109 zunächst eine vorgegebene Spannung zugeführt. Wenn sodann dem Leistungstransistorblock 104 von der Logikschaltung 105 ein der Druckinformation und dem Ansteuerzustand entsprechender Steuerimpuls zugeführt wird, wird ein entsprechendes Heizelement 103 in der Heizelementanordnung 102 angesteuert, sodass über eine in einer dem angesteuerten Heizelement entsprechenden spezifischen Position befindliche Düse Tinte ausgestoßen wird.
  • Wenn hierbei der Wärmeerzeugungsvorgang bei diesem Heizelement kontinuierlich wiederholt wird, steigt auch die Substrattemperatur in Verbindung mit den Wärmeerzeugungsvorgängen an. Die Temperatur-Messeinrichtung 410 führt dann ein der Substrattemperatur entsprechendes Ausgangssignal dem auf der Seite der Druckvorrichtung angeordneten Signalverarbeitungsblock 430 über die interne Substratleiterbahn 411, den Anschluss 412 und die externe Substratleiterbahn 413 zu. Bei dem von der Temperatur-Messeinrichtung 410 abgegebenen Ausgangssignal handelt es sich im allgemeinen um ein Analogsignal, das von dem Signalverarbeitungsblock 430 verstärkt, in einen Digitalwert umgesetzt und sodann über die Leiterbahn 450 dem Bewertungsschaltungsblock 440 zugeführt wird.
  • Der Bewertungsschaltungsblock 440 ermittelt den Temperaturanstieg des Substrats 101 anhand des Digitalwertes und führt dann der Logikschaltung 105 über die Leiterbahn 460 ein Steuersignal zu, das einen optimalen Ansteuerzustand bei dieser Temperatur angibt. Die Logikschaltung 105 führt daraufhin ihrerseits einem jeweiligen Leistungstransistor einen der Substrattemperatur entsprechenden Steuerimpuls zu, wodurch ein zugehöriges Heizelement angesteuert und Tinte ausgestoßen werden.
  • Auf diese Weise kann auch bei einer Änderung der Substrattemperatur ein stabiler Tintenausstoßzustand durch Erfassung der Substrattemperatur in vorgegebenen Zeitintervallen aufrecht erhalten werden.
  • Nachstehend wird auf das Konzept der Überwachung des Widerstandswertes der auf dem Substrat eines üblichen Druckkopfes ausgebildeten elektrothermischen Wandler (Heizelemente) und der in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Überwachung erfolgenden Steuerung näher eingegangen.
  • Bei einem solchen Tintenstrahl-Druckkopf wird beim Drucken durch die von dem Heizelement 103 erzeugte Wärme Tinte zum Sieden gebracht, die dann durch den von einer bei diesem Siedevorgang sich bildenden Dampf- oder Gasblase erzeugten Druck ausgestoßen wird. Die hierbei erzeugte Wärmemenge (Q) lässt sich durch Q = I2R ausdrücken, wobei mit (I) der durch das Heizelement fließende Strom und mit (R) der Widerstandswert des Heizelements bezeichnet sind. Gemäß der Beziehung zwischen der Wärmemenge (Q) und dem Widerstandswert (R) ändert sich die erzeugte Wärmemenge (Q) in Abhängigkeit von dem eigenen Widerstandswert (R) des Heizelements, wobei sich die Dampf- oder Gasblasenbildung entsprechend der Änderung der Wärmemenge (Q) verändert.
  • Wenn somit ein Austausch des Druckkopfes stattfindet, hängt die Wärmemenge (Q) von dem Widerstandswert der Heizelemente des neuen Druckkopfes ab. Da jedoch der Heizelement-Widerstandswert bei jedem Heizelement variiert, verändert sich die Wärmemenge, wenn die Heizelemente stets in gleichen Ansteuerzuständen betätigt werden, sodass sich kein gleichmäßiges Drucken erzielen lässt. Wenn die Heizelemente einen durch einen Halbleiterprozess ausgebildeten Metall- oder Metalllegierungs-Dünnschichtwiderstand umfassen, liegen die herstellungsbedingten Abweichungen im allgemeinen in einem Bereich von etwa ± 20%.
  • Aus diesem Grund ist es erforderlich, einen stabilen Tintenausstoß auch in Bezug auf Änderungen des Widerstandswertes aufrecht zu erhalten, indem die Widerstandswerte der jeweiligen Heizelemente des Druckkopfes erfasst und von einer externen Einrichtung eine optimale Steuerung für jedes Heizelement vorgegeben werden.
  • Bei der Schaltungsanordnung gemäß 8 ist daher ein von dem Widerstand 420 gebildetes Element zur Überwachung des Heizelement-Widerstandswertes aus dem gleichen Material und mit Hilfe des gleichen Herstellungsverfahrens wie das zur eigentlichen Wärmeerzeugung dienende Heizelement 103 hergestellt. Der Widerstandswert des Heizelements wird dann von dem Signalverarbeitungsblock 430 über die interne Leiterbahn 421, den Anschluss 422 des Substrats und die externe Leiterbahn 423 ausgelesen.
  • Bei dem von dem Widerstand 420 aus dem Druckkopf herausgeführten Ausgangssignal handelt es sich um ein Analogsignal, das von dem Signalverarbeitungsblock 430 verstärkt, sodann in einen Digitalwert umgesetzt und über die Leiterbahn 450 dem Bewertungsschaltungsblock 440 zugeführt wird. Der Bewertungsschaltungsblock 440 ermittelt dann den Heizelement-Widerstandswert anhand des Digitalwertes und führt im Rahmen einer Rückkopplung, über die Leiterbahn 460 der Logikschaltung 105 ein dem Widerstandswert entsprechendes und einen optimalen Ansteuerzustand angebendes Steuersignal zu.
  • Auch bei unterschiedlichen Widerstandswerten der Heizelemente kann somit durch diese Steuerung beim Austausch des Druckkopfes oder beim Einschalten der Stromversorgung des Drucker-Hauptgerätes ein stabiler Tintenausstoßzustand aufrecht erhalten werden.
  • Außerdem ist bereits vorgeschlagen worden, einem Drucker-Hauptgerät vom Druckkopf außer der vorstehend beschriebenen Substrattemperatur auch eine Druckkopf-Identifizierungsinformation (ID-Information) zur Ansteuerungsänderung, eine Ranginformation zur Bestimmung von Druckparametern und dergleichen zuzuführen.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik werden jedoch die die erfasste Substrattemperatur betreffende Information und die den überwachten Heizelement-Widerstandswert betreffende Information in Form von Analogsignalen von dem Substrat einem externen Gerät zugeführt. Diese Informationen können daher leicht von stromversorgungsbedingten Störungen, die beim Fließen eines hohen Stroms in Verbindung mit den Tintenausstoß-Heizimpulsen auftreten, einem Grundrauschpegel, Koppelstörungen, die bei den aus dem Substrat herausführenden Leiterbahnen auftreten, Frequenzrauschen bzw. strahlungsbedingten Einstreuungen und dergleichen beeinflusst werden, was zur Folge hat, dass diese Informationen nicht genau ausgelesen werden können.
  • Eine zur Verringerung oder Unterdrückung dieser Störungen vorgesehene Rausch- und Störunterdrückung oder dergleichen führt jedoch zu einer Vergrößerung der Anzahl von Bauelementen des Druckkopfes und einer Vergrößerung des Substrats, wodurch wiederum höhere Herstellungskosten entstehen. Bei Verwendung der Analogsignale als Steuersignale ist es dagegen erforderlich, die Analogsignale mit Hilfe eines Analog/Digital-Umsetzers in Digitalwerte umzusetzen, die sodann der Bewertungsschaltung zugeführt werden. Da der Analog/Digital-Umsetzer hierbei in Bezug auf den Druckkopf extern angeordnet werden muss, wird hierdurch die Konfiguration des gesamten Systems komplex, wodurch sich ebenfalls höhere Herstellungskosten ergeben.
  • Im allgemeinen erfolgt die Signalübermittlung (Abgabe/Empfang) zwischen dem Druckkopf und dem Hauptgerät der Druckvorrichtung unter Verwendung von Ein/Ausgangs-Kontaktstellen (PAD). Die Anzahl dieser Kontaktstellen vergrößert sich jedoch, wenn außer einer Übermittlung der vorstehend beschriebenen Temperaturinformationen auch die Übermittlung von Druckkopf-Identifizierungsinformationen, Ranginformationen und dergleichen erfolgt, was dann zu folgenden Nachteilen führt:
    • (1) Mit steigender Anzahl der Kontaktstellen vergrößert sich auch der Substratbereich des Druckkopfes, wodurch sich die Abmessungen der Druckvorrichtung und damit die Herstellungskosten vergrößern.
    • (2) Mit steigender Anzahl der Kontaktleitungen für die elektrische Verbindung der Kontaktstellen mit externen Kontakten führt die damit verbundene Zunahme der Druckkopf-Herstellungsschritte ebenfalls zu höheren Herstellungskosten.
    • (3) Durch die erforderliche Vergrößerung der Anzahl von Steuersignalleitungen wird eine Vereinfachung des Substrats und damit eine Kostenreduktion erschwert.
  • Insbesondere bei einer Übermittlung von Druckkopf-Identifizierungsinformationen und/oder Ranginformationen zum Hauptgerät der Druckvorrichtung steigt die Anzahl der Verbindungsleitungen vom Druckkopf zum Hauptsubstrat des Hauptgerätes proportional zu den übermittelten Informationen an, was zu einer Zunahme der Kontaktstellen und der beiderseitigen Substratbereiche führt und damit steigende Herstellungskosten zur Folge hat.
  • Da ferner eine zeitlich veränderliche Information wie die Temperaturinformation während eines Druckvorgangs periodisch übertragen werden muss, erfolgt diese Informationsübertragung unter Verwendung eines eigenen Übertragungstaktsignals anstelle des für die Druckdaten verwendeten Taktsignals. Die für dieses Taktsignal erforderliche Zuführungsleitung muss somit den bestehenden Leitungen hinzugefügt werden. Da jedoch das Übertragungstaktsignal in Bezug auf das Druckdaten-Taktsignal eine Störungsquelle darstellt, muss eine entsprechende Leitungsführung für das Taktsignal zur Vermeidung einer Störsignalerzeugung in Betracht gezogen werden. Außerdem kann eine spezielle Schaltungsanordnung und/oder Schaltungsmaßnahme zur Störsignalunterdrückung erforderlich werden.
  • Im allgemeinen wird die Temperatur des Druckkopfes mit Hilfe eines Vergleichers erfasst. Da jedoch die Änderung einer Bezugsspannung und die Ansteuerung eines Vergleichers mit einem gewissen Zeitaufwand verbunden ist, kann bei einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit der Druckdaten von der Druckvorrichtung die Übertragung der Temperaturdaten nicht zeitgerecht erfolgen.
  • Wenn hierbei jedoch die Geschwindigkeit der Druckdatenübertragung von der Druckvorrichtung auf die Geschwindigkeit der Temperaturdatenübertragung herabgesetzt wird, kann mit einer derart niedrigen Geschwindigkeit das in jüngerer Zeit geforderte Hochgeschwindigkeitsdrucken nicht mehr erfolgen. Obwohl eine Bezugsspannungsänderung und die Ansteuerung des Vergleichers auch mit einer hohen Geschwindigkeit erfolgen können, führt dies auf Grund der zur Durchführung dieser Operationen vorgesehen analogen Schaltungsanordnungen zu einem höheren elektrischen Energieverbrauch, sodass der elektrische Energieverbrauch in einem Druck-Bereitschaftszustand (d.h., in einem Zustand, bei dem keine Temperaturerfassung erfolgt) größer als bei zur Entgegennahme und Speicherung von Druckdaten vorgesehenen digitalen Schaltungsanordnungen wird.
  • Zur Bewältigung dieses Problems ist zwar bereits in Betracht gezogen worden, die Stromversorgung der Analogschaltungen in Bezug auf den Druckkopf extern zu steuern, jedoch beeinflusst der Spannungsabfall bei einer zur EIN/AUS-Steuerung der Stromversorgung vorgesehenen Steuerschaltung die Genauigkeit der Temperaturerfassung, wobei außerdem die Anzahl der den Druckkopf mit den externen Geräten verbindenden Signalleitungen zunimmt.
  • Weitere Druckköpfe sind aus der EP-A-631 870 und der US-A-5 851 075 bekannt.
  • Erfindungsgemäß wird ein Druckkopf gemäß Patentanspruch 1 angegeben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Druckkopf erhalten, der eine höhere Störfestigkeit in Bezug auf das Ausgangssignal eines zur Überwachung verschiedener Zustände des Druckkopfes vorgesehenen Sensorelements aufweist, sodass ein genaueres Sensor-Ausgangssignal erhalten wird, wobei darüber hinaus eine verringerte Anzahl von Schaltungsanordnungen und/oder Elementen zur Störunterdrückung erforderlich ist, sodass sich eine Kostenreduktion erzielen lässt. Darüber hinaus wird eine Druckvorrichtung erhalten, bei der dieser Druckkopf Verwendung findet.
  • Die Ansteuereinrichtung kann hierbei
    einen Leistungstransistor zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers,
    ein Schieberegister zur temporären Speicherung von Druckdaten für die Ansteuerung des Leistungstransistors, und
    eine Zwischenspeicherschaltung zur Zwischenspeicherung der in dem Schieberegister gespeicherten Druckdaten aufweisen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Ansteuereinrichtung einen Leistungstransistor zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers auf, wobei der Zustand des Substrats die Temperatur des Substrats und/oder den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers und/oder den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Ansteuereinrichtung einen Leistungstransistor zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers auf, wobei der Sensor eine pn-Flächendiode mit einer bekannten Temperaturcharakteristik zur Erfassung der Temperatur des Substrats und/oder einen durch das gleiche Herstellungsverfahren wie im Falle des elektrothermischen Wandlers ausgebildeten Widerstand aus dem gleichen Material wie der elektrothermische Wandler zur Erfassung des Widerstandswertes des elektrothermischen Wandlers und/oder einen durch das gleiche Herstellungsverfahren wie im Falle des Leistungstransistors ausgebildeten Transistor des gleichen Leitungstyps wie der Leistungstransistor zur Erfassung des Einschaltwiderstandswerts des Leistungstransistors umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel trägt das Substrat auch einen nichtflüchtigen Speicher zur Speicherung einer den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers angebenden digitalen Information und/oder einer den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors angebenden digitalen Information. Der nichtflüchtige Speicher kann hierbei einen EPROM-Speicher und/oder einen EEPROM-Speicher und/oder einen Festspeicher mit Sicherungsbrücken (FROM) umfassen. Außerdem können in dem nichtflüchtigen Speicher werksseitig digitale Messinformationen gespeichert sein, die den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers und den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors angeben.
  • Erfindungsgemäß wird auch ein Druckkopfsubstrat gemäß Patentanspruch 8 angegeben.
  • Im Betrieb des erfindungsgemäßen Druckkopfs wird somit das Ausgangssignal des Sensors auf dem Substrat in digitale Informationen umgesetzt, die dann ausgegeben werden.
  • So können z.B. die die Substrattemperatur, den Widerstandswert der elektrothermischen Wandler, den Einschaltwiderstand der die elektrothermischen Wandler ansteuernden Leistungstransistoren und dergleichen angebenden Informationen einer externen Druckvorrichtung in Form von Digitalwerten zugeführt werden. Da die Digitalwerte bei ihrer Übermittlung über Leiterbahnen und dergleichen von stromversorgungsbedingten Störungen, Grundrauschen, Koppelstörungen, strahlungsbedingten Einstreuungen und dergleichen wenig beeinflusst werden, ist eine höhere Genauigkeit beim Auslesen der Signale gewährleistet, sodass eine von Störungen weitgehend unbeeinflusste präzise Druckkopf-Steuerung erhalten werden kann.
  • Außerdem kann beim Hauptgerät der Druckvorrichtung ein Analog/Digital-Umsetzer oder dergleichen entfallen, der üblicherweise die vom Druckkopf abgegebenen Analogsignale in digitale Informationen umsetzt.
  • Da auch Störunterdrückungsmaßnahmen zur Verringerung von stromversorgungsbedingten Störungen und Grundrauschen entfallen können, lässt sich der gesamte Aufbau des Gerätes vereinfachen und eine Platzeinsparung erzielen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Druckkopf einen Speicher zur Speicherung einer Druckcharakteristik einer Vielzahl von Druckelementen zum Ausstoßen von Tinte,
    einen Umsetzer zur Umsetzung eines Analogsignals in ein Digitalsignal und Ausgabe des Digitalsignals, und
    eine Leseeinrichtung zum Auslesen einer Druckcharakteristik aus dem Speicher unter Verwendung eines Taktsignals und eines Zwischenspeichersignals zur Eingabe eines Drucksignals umfassen, wobei der Umsetzer zur Ausgabe des Digitalsignals in Abhängigkeit von dem Taktsignal steuerbar ist. Hierdurch können Abmessungen und Herstellungskosten des Druckkopfes durch die erzielbare Verringerung der Anzahl von Kontaktstellen auf dem Substrat des Druckkopfes verringert werden.
  • Die Ansteuereinrichtung kann hierbei ein Schieberegister und eine Zwischenspeicherschaltung umfassen.
  • Der Druckkopf kann
    ein erstes Eingabekontaktelement zur Aufnahme eines Heizimpulssignals für den elektrothermischen Wandler,
    ein zweites Eingabekontaktelement zur Aufnahme eines dem Schieberegister zuzuführenden Drucksignals,
    ein drittes Eingabekontaktelement zur Aufnahme des Taktsignals, und
    ein viertes Eingabekontaktelement zur Aufnahme eines der Zwischenspeicherschaltung zuzuführenden Zwischenspeichersignals umfassen.
  • Der Speicher kann
    eine Vielzahl von Festspeichern, und
    ein jeweiliges Schieberegister für jeden Festspeicher umfassen, wobei die Schieberegister zur Zuführung eines Lesesignals zu den Festspeichern in Abhängigkeit von dem Taktsignal zur Herbeiführung einer seriellen Ausgabe der in der Vielzahl von Festspeichern gespeicherten Informationen steuerbar sind.
  • Der Umsetzer kann hierbei zur Erzeugung eines Schwellenwertsignals für die Analog/Digital-Umsetzung aus dem Lesesignal steuerbar sein. Ferner kann der Umsetzer eine Reduzierschaltung zur Erzeugung eines herabgesetzten Frequenzsignals aus dem Lesesignal aufweisen. Hierbei kann der Umsetzer zur Durchführung einer Analog/Digital-Umsetzung des Analogsignals in Abhängigkeit von dem herabgesetzten Frequenzsignal steuerbar sein.
  • Ferner kann der Sensor einen Temperatursensor zur Messung der Innentemperatur des Druckkopfes umfassen.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel können somit das Auslesen einer in dem Speicher gespeicherten Druckcharakteristik der Vielzahl von Druckelementen für den Tintenausstoß und die Umsetzung von Analogsignalen in digitale Daten zur Eingabe des Drucksignals unter Verwendung des Taktsignals und des Zwischenspeichersignals erfolgen, wodurch sich die Anzahl der dem Druckkopf zugeführten Signale und damit auch die Anzahl der für die Eingabe dieser Signale erforderlichen Kontaktelemente verringern lassen.
  • Auf diese Weise können die Abmessungen des Druckkopfsubstrats verringert werden, wobei sich durch diese Verringerung der Abmessungen und die Verringerung der Anzahl von Kontaktelementen die Herstellungskosten der Schaltungsanordnung senken lassen.
  • Durch die Verringerung der Anzahl der dem Druckkopf zugeführten Signale verringert sich auch die Anzahl der erforderlichen Signalleitungen, wodurch wiederum das Auftreten von Störungen herabgesetzt und hierdurch ein fehlerhafter Betrieb verhindert wird, sodass ein äußerst zuverlässiger Betrieb des Druckkopfes gewährleistet ist.
  • Durch dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung werden somit ein Druckkopf und eine diesen Druckkopf verwendende Druckvorrichtung erhalten, bei denen auch bei Zunahme der vom Druckkopf zum Hauptgerät der Druckvorrichtung übertragenen Informationsmenge keine Vergrößerung der Anzahl von Leiterbahnen und des Substratbereiches erforderlich ist, was eine maßgebliche Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Druckkopf einen nichtflüchtigen Speicher zur Speicherung von Informationen in Bezug auf den Zustand des Druckkopfes, wobei durch den Umsetzer unter Verwendung eines Taktsignals und eines Zwischenspeichersignals ein Drucksignal eingebbar ist, um während einer Eingabeperiode des Drucksignals in dem Speicher gespeicherte Informationen in einem seriellen Format auszugeben.
  • Hierbei kann eine Identifizierungsinformation des Druckkopfes in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein, wobei der nichtflüchtige Speicher einen EPROM-Speicher und/oder einen EEPROM-Speicher und/oder einen Festspeicher mit Sicherungsbrücken (FROM) umfassen kann.
  • Ferner kann der Umsetzer in Synchronisation mit dem Taktsignal die in dem Speicher gespeicherten Informationen bitweise ausgeben.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel können somit Informationen bezüglich des Druckkopfes aufeinanderfolgend als Digitalsignal in Synchronisation mit dem für die Übertragung der Druckdaten verwendeten Taktsignal ausgegeben werden. Hierdurch erübrigt sich ein D/A-Umsetzer auf der Seite des Hauptgerätes, wobei auch bei einer Zunahme der zu übertragenden Informationsmenge die Anzahl der verwendeten Signalleitungen nicht ansteigt, sodass keine Vergrößerung der Abmessungen erforderlich ist und auch keine höheren Kosten anfallen. Außerdem wird nur ein einziges, auch eine Störungsquelle darstellendes Taktsignal verwendet, sodass der Einfluss auf die Umgebung gering bleibt. Darüber hinaus ist auf Grund der Digitalübertragung eine stabile Übertragung der Druckkopfinformationen gewährleistet.
  • Da ferner die Informationsübermittlung ohne Begrenzung der Datenübertragungsperiode während des Druckens erfolgen kann, lässt sich ein Hochgeschwindigkeits-Druckvorgang und eine Feinsteuerung unter Verwendung der vom Druckkopf übertragenen Informationen durchführen.
  • Durch dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung wird somit ein Druckkopf erhalten, bei dem im Rahmen einer Hochgeschwindigkeits-Druckdatenübertragung eine Temperaturinformationserfassung und Übertragung dieser Informationen erfolgen können.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Druckkopf ein Schieberegister zur Eingabe von Druckdaten in Abhängigkeit von einem ersten Taktfrequenzsignal und einen Frequenzteiler zur Teilung der Frequenz des ersten Taktfrequenzsignals zur Erzeugung eines zweiten Taktfrequenzsignals, wobei der Sensor einen Temperaturdetektor zur Erfassung der Innentemperatur des Druckkopfes aufweist und zur Abgabe eines die erfasste Temperatur angebenden Signals in Abhängigkeit von dem zweiten Taktfrequenzsignal ansteuerbar ist.
  • Der Umsetzer kann hierbei einen Bezugsspannungsgenerator zur Erzeugung einer Bezugsspannung, einen Umschaltkreis zur Änderung der Bezugsspannung in Abhängigkeit von dem zweiten Taktfrequenzsignal und einen Vergleicher zum Vergleichen der Ausgangsspannung des Temperatursensors mit der Bezugsspannung des Umschaltkreises und Ausgabe des Vergleichsergebnisses als ein die erfasste Temperatur angebendes Signal umfassen.
  • Vorzugsweise ist der Frequenzteiler zur Teilung der Frequenz des ersten Taktfrequenzsignals durch den Faktor 2 steuerbar.
  • Vorzugsweise umfasst der Druckkopf außerdem eine Zwischenspeicherschaltung zur Zwischenspeicherung von in dem Schieberegister gespeicherten Druckdaten.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel werden somit die Druckdaten in das Schieberegister in Abhängigkeit von dem ersten Taktfrequenzsignal eingegeben, wobei das erste Taktfrequenzsignal zur Erzeugung des zweiten Taktfrequenzsignals durch den Faktor 2 geteilt wird. Der Temperaturdetektor erfasst die Innentemperatur des Druckkopfes und gibt ein die erfasste Temperatur angebendes Signal in Abhängigkeit von dem zweiten Taktfrequenzsignal ab. Auch bei zunehmender Eingabegeschwindigkeit der Druckdaten für den Druckvorgang bleibt die Ausgabegeschwindigkeit des die erfasste Temperatur angebenden Signals weiterhin niedrig, sodass die Betriebsgeschwindigkeit des Temperaturdetektors niedrig sein kann.
  • Durch diese Maßnahme erübrigt sich eine Vergrößerung der Betriebsgeschwindigkeit des Temperaturdetektors, sodass auch die mit einer Vergrößerung der Betriebsgeschwindigkeit in Verbindung stehenden Kosten nicht anfallen und eine kostengünstige Druckkopf-Temperatursteuerung und eine Hochgeschwindigkeits-Druckdatenübertragung erzielbar sind.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen erfolgt, wobei darauf hinzuweisen ist, dass die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung keinen beschränkenden Charakter haben, sondern der Schutzumfang der Erfindung durch die Patentansprüche bestimmt ist.
  • Die einen Teil der Beschreibung bildenden zugehörigen Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen in Verbindung mit der Beschreibung zur Veranschaulichung des der Erfindung zu Grunde liegenden Prinzips. Es zeigen:
  • 1 eine schematische perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Tintenstrahldruckers IJRA als typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Steuerschaltung des Tintenstrahldruckers IJRA,
  • 3 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus einer Druckkopfpatrone IJC, bei der ein Tintenbehälter und ein Druckkopf voneinander trennbar sind,
  • 4 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Druckkopfsubstrats,
  • 5 ein Schaltbild eines Schaltungsblocks,
  • 6 ein Blockschaltbild, das die Beziehung zwischen einem A/D-Umsetzer und diesem Schaltungsblock veranschaulicht,
  • 7 ein Blockschaltbild, das die Beziehung zwischen dem A/D-Umsetzer und dem Schaltungsblock gemäß einer Modifikation veranschaulicht,
  • 8 ein Blockschaltbild eines Druckkopfsubstrats gemäß dem Stand der Technik,
  • 9 ein Blockschaltbild des Aufbaus des A/D-Umsetzers,
  • 10 Signalverläufe zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnungen gemäß 9,
  • 11A und 11B Tabellen für die Bestimmung einer Heizimpulsdauer, wenn Änderungen einer Temperatur, eines Heizelement-Widerstandswertes und eines Transistor-Einschaltwiderstandswertes in einem vorgegebenen Bereich auftreten,
  • 12A bis 12C Schaltbilder des Aufbaus von Schaltungsanordnungen des Druckkopfes, die auf einem einzigen Substrat ausgebildet sind,
  • 13A bis 13C Steuerdiagramme, die den zeitlichen Verlauf von verschiedenen Signalen veranschaulichen, deren Eingabe/Ausgabe bei dem Druckkopf gemäß den 12A bis 12C erfolgt,
  • 14 ein Schaltbild des Aufbaus eines Schieberegisters,
  • 15 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Festspeichers ROM 1114,
  • 16A bis 16C Schaltbilder von Schaltungsanordnungen eines Druckkopfes IJH gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 17 ein Schaltbild des Aufbaus eines Schieberegisters (S/R) 1156,
  • 18 ein Schaltbild des Aufbaus einer Zwischenspeicherschaltung (LATCH) 1154,
  • 19 ein Schaltbild des Aufbaus eines Schieberegisters (S/RO-9) 1107',
  • 20 ein Schaltbild des Aufbaus einer Startschaltung 1140,
  • 21 ein Schaltbild des Aufbaus eines Festspeichers ROM 1114',
  • 22 ein Steuerdiagramm, das den zeitlichen Verlauf von verschiedenen Steuersignalen für den Betrieb des Druckkopfes veranschaulicht,
  • 23A bis 23D Schaltbilder des Aufbaus eines in dem Druckkopf IJH angeordneten modifizierten Substrats,
  • 24 ein Blockschaltbild, das die Verbindungen zwischen dem Druckkopf und einer Druckkopf-Steuereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
  • 25 Signalverläufe bei einer Druckdatenübertragung,
  • 26 ein Ablaufdiagramm des Betriebs eines Vergleichers,
  • 27 ein Ablaufdiagramm des Betriebs eines Festspeichers mit Sicherungsbrücken (FROM),
  • 28 ein Steuerdiagramm, das den zeitlichen Verlauf einer Übertragung von Druckkopfinformationen mit Druckdaten veranschaulicht,
  • 29 eine schematische Darstellung der Oberfläche des Substrats des Druckkopfes IJH gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 30 ein Blockschaltbild der Anordnung von Schaltungsanordnungen auf dem Substrat des Druckkopfes,
  • 31 ein Steuerdiagramm, das den zeitlichen Verlauf verschiedener Signale bei den Schaltungsanordnungen gemäß 30 veranschaulicht, und
  • 32 ein Blockschaltbild des Aufbaus des Druckkopfes.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
  • Im Rahmen der nachstehenden Beschreibung beinhaltet der Begriff "Drucken" nicht nur die Aufbringung eines Bildes ohne spezielle Bedeutung wie eines Musters auf ein Druckmaterial, sondern auch die Aufbringung eines Bildes mit einer Bedeutung wie eines Zeichens oder einer grafischen Darstellung.
  • Weiterhin ist die Erfindung bei Geräten wie einem Drucker, der Druckvorgänge auf einem Druckmaterial wie Papier, Garnen, Fasern, Geweben, Leder, Metall, Kunststoff, Glas, Holz und Keramikmaterial ausführt, sowie bei einem Kopiergerät, einem Faksimilegerät mit einem Nachrichtenübertragungssystem, einem Druckersystem mit einer Kombination aus einem Nachrichtenübertragungssystem und einem Drucker sowie bei einem Textverarbeitungssystem mit einem Drucker verwendbar und ist darüber hinaus auch bei industriellen Druckvorrichtungen in Kombination mit verschiedenen Verarbeitungsgeräten einsetzbar.
  • Ferner bezieht sich der nachstehend verwendete Begriff "Substrat" nicht nur auf ein Silicium-Halbleitersubstrat, sondern auch auf ein Substrat (oder eine Platine), auf der jeweilige Schaltungsanordnungen und Leiterbahnen angeordnet sind.
  • Die nachstehend ebenfalls verwendete Formulierung "auf dem Substrat" bezieht sich nicht nur auf einen auf dem Substrat befindlichen Bereich, sondern auch auf die Oberfläche und den inneren Substratbereich in der Nähe der Oberfläche des Substrats. Außerdem beinhaltet der Begriff "eingebaut" im Rahmen der Erfindung nicht nur die einfache Anordnung von jeweiligen Bauelementen auf dem Substrat, sondern bezieht sich auch auf die integrierte Ausbildung von jeweiligen Bauelementen auf dem Substrat durch Herstellungsvorgänge für eine Halbleiterschaltung oder dergleichen.
  • Zunächst wird auf den typischen Aufbau und die Steuerung einer Druckvorrichtung näher eingegangen, bei der ein erfindungsgemäßer Druckkopf Verwendung findet.
  • 1 zeigt eine perspektivische Außenansicht eines Tintenstrahldruckers IJRA als typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 1 veranschaulicht ist, steht ein Druckwagen bzw. Druckschlitten HC mit einer Spiralnut 5004 einer Antriebsspindel 5005 in Eingriff, die bei der Vorwärts/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 gemäß 1 hin- und herbewegt. Eine einen Druckkopf IJH sowie einen Tintenbehälter IT in integrierter Bauweise umfassende Tintenstrahlpatrone IJC ist an dem Druckwagen HC angebracht. Die Bezugszahl 5002 bezeichnet eine Blattandruckplatte, die ein Blatt Papier P gegen eine Auflagewalze 5000 drückt, welche vom einen Ende bis zum anderen Ende des Abtastweges des Druckwagens HC verläuft. Die Bezugszahlen 5007 und 5008 bezeichnen Optokoppler, die als Ruhe- oder Ausgangsstellungsdetektor zur Erfassung der Anwesenheit eines Hebels 5006 des Druckwagens in einem entsprechenden Bereich dienen und zur Umschaltung z.B. der Drehrichtung des Motors 5013 verwendet werden. Die Bezugszahl 5016 bezeichnet eine Halterung für eine Abdeckkappe 5022, die die Vorderseite des Druckkopfes IJH abdeckt, während die Bezugszahl 5015 eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von Resttinte über den Innenraum der Abdeckkappe bezeichnet. Mit Hilfe der Absaugeinrichtung 5015 erfolgt eine Absaugregenerierung des Druckkopfes über eine Öffnung 5023 der Abdeckkappe 5022. Die Bezugszahl 5017 bezeichnet eine Reinigungsklinge, während die Bezugszahl 5019 ein Bauelement bezeichnet, das eine Bewegung der Klinge in deren Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ermöglicht. Diese Bauelemente sind auf einer Trägerplatte 5018 der Haupteinheit angeordnet. Die Ausgestaltung der Klinge ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Ausgestaltung beschränkt, sondern bei diesem Ausführungsbeispiel kann auch eine bekannte Reinigungsklinge Verwendung finden. Die Bezugszahl 5021 bezeichnet einen Hebel zur Einleitung eines Absaugvorgangs bei der Absaugregeneration. Dieser Hebel 5021 wird von einem mit dem Druckwagen in Eingriff stehenden Nocken 5020 in Bewegung versetzt, der seinerseits von dem Antriebsmotor über einen bekannten Kraftübertragungsmechanismus wie eine Schaltkupplung mit einer Antriebskraft beaufschlagt wird.
  • Die Abdeck-, Reinigungs- und Absaug-Regenerierungsvorgänge finden in ihren jeweiligen Positionen durch eine mit Hilfe der Antriebsspindel 5005 erfolgende Betätigung statt, wenn der Druckwagen den Bereich der Ausgangsstellung erreicht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt, solange die gewünschten Vorgänge im Rahmen einer bekannten zeitlichen Steuerung ablaufen.
  • 2 veranschaulicht in Form eines Blockschaltbildes den Aufbau einer Steuerschaltung des Tintenstrahldruckers. Bei der Steuerschaltung gemäß 2 bezeichnen die Bezugszahl 1700 eine Schnittstelle zur Eingabe eines Drucksignals von einer externen Einheit wie einem Verarbeitungsrechner (Host-Computer), die Bezugszahl 1701 eine Zentraleinheit MPU, die Bezugszahl 1702 einen Festspeicher ROM zur Speicherung eines von der Zentraleinheit MPU 1701 ausgeführten Steuerprogramms (das gegebenenfalls Schriftarten enthält) und die Bezugszahl 1703 einen dynamischen Arbeitsspeicher DRAM zur Speicherung verschiedener Daten (des Drucksignals, Druckdaten, die dem Druckkopf zugeführt werden oder dergleichen). Die Bezugszahl 1704 bezeichnet eine Verknüpfungsschaltung (G.A.) zur Steuerung der Zuführung von Druckdaten zu dem Druckkopf IJH sowie zur Steuerung der Datenübertragung zwischen der Schnittstelle 1700, der Zentraleinheit MPU 1701 und dem Arbeitsspeicher DRAM 1703. Die Bezugszahl 1710 bezeichnet einen Wagenantriebsmotor zur Bewegung des Druckkopfes IJH in der Hauptabtastrichtung, während die Bezugszahl 1709 einen Transportmotor zum Transportieren eines Papierblattes bezeichnet. Die Bezugszahl 1705 bezeichnet eine Druckkopf-Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des Druckkopfes, während die Bezugszahlen 1706 und 1707 Motortreiberschaltungen zum Antrieb des Transportmotors 1709 und des Wagenantriebsmotors 1710 bezeichnen.
  • Nachstehend wird auf die Wirkungsweise dieser Steuereinrichtung näher eingegangen. 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.
  • Obwohl der Tintenbehälter IT und der Druckkopf IJH zur Bildung einer austauschbaren Druckkopfpatrone IJC in integrierter Bauweise ausgeführt sind, kann jedoch auch eine voneinander trennbare Ausführung des Tintenbehälters IT und des Druckkopfes IJH vorgesehen werden, sodass bei einem Verbrauch der Tinte nur der Tintenbehälter IT ausgetauscht werden muss.
  • 3 zeigt eine perspektivische Außenansicht einer Druckkopfpatrone IJC, bei der der Tintenbehälter und der Druckkopf voneinander trennbar sind. Hierbei verläuft die Trennlinie zwischen dem Tintenbehälter IT und dem Druckkopf IJH in der durch die Trennlinie K gemäß 3 veranschaulichten Weise. Die Druckkopfpatrone IJC umfasst (nicht dargestellte) Elektroden zur Aufnahme von elektrischen Signalen von dem Druckwagen HC, wenn sie an dem Druckwagen HC angebracht ist. Der Druckkopf IJH wird von diesen elektrischen Signalen in der vorstehend beschriebenen Weise zum Ausstoßen von Tinte angesteuert.
  • In 3 bezeichnet die Bezugszahl 500 eine Anordnung von Tintenausstoßöffnungen oder -Düsen. Der Tintenbehälter IT umfasst ein faserstoffartiges oder poröses Tintenabsorptionselement zur Aufnahme von Tinte.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Substrats zur Durchführung der Ansteuerung des Druckkopfes IJH gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
  • Hierbei sind in 4 dem Substrataufbau des Standes der Technik gemäß 8 entsprechende Bauelemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.
  • In 4 bezeichnen die Bezugszahl 120 auf dem Substrat mit dem Druckkopf ausgebildete Schaltungsblöcke, die Bauelemente zur Erfassung des Zustands des Substrats (der Platine) 101 umfassen, die Bezugszahl 130 A/D-Umsetzerblöcke zur digitalen Umsetzung der Ausgangssignale der Bauelemente in den Schaltungsblöcken 120, die Bezugszahl 131 Anschlüsse für die Herausführung der Ausgangssignale der A/D-Umsetzerblöcke 130 aus dem Druckkopf IJH, die Bezugszahl 140 einen die Ausgangssignale der A/D-Umsetzerblöcke 130 zur Erfassung des Zustands des Substrats 101 auswertenden Bewertungsschaltungsblock, über den in Form einer Rückkopplung eine geeignete Steuerung in Abhängigkeit von dem erfassten Zustand des Substrats 101 erfolgt, die Bezugszahl 133 externe Leiterbahnen, die die Anschlüsse 131 mit dem Bewertungsschaltungsblock 140 verbinden, und die Bezugszahl 160 eine Leiterbahn, die den Bewertungsschaltungsblock 140 mit der Logikschaltung 105 verbindet.
  • Hierbei besteht zwischen der Schaltungsanordnung gemäß 4 und der Schaltungsanordnung gemäß 2 der Unterschied, dass der Bewertungsschaltungsblock 140 nunmehr zur Realisierung eines Teils der von der Zentraleinheit MPU 1701 und der Druckkopf-Ansteuerschaltung 1705 der Steuerschaltung gemäß 2 ausgeführten Funktionen ausgestaltet ist.
  • 5 zeigt ein Schaltbild, das die jeweiligen Bauelemente des auf dem Substrat ausgebildeten Schaltungsblocks 120 veranschaulicht.
  • Wie in 5 dargestellt ist, umfasst der Schaltungsblock 120 eine pn-Flächendiode 201 mit einer bekannten Temperaturcharakteristik als Temperatur-Messeinrichtung, einen durch das gleiche Herstellungsverfahren wie im Falle des Heizelements 103 ausgebildeten Überwachungswiderstand 202 aus dem gleichen Material wie die Heizelemente zur Überwachung des Widerstandswertes des Heizelements 103, und einen durch das gleiche Herstellungsverfahren wie im Falle des Leistungstransistors ausgebildeten Überwachungstransistor 203 des gleichen Leitungstyps wie der Leistungstransistor zur Erfassung des Einschaltwiderstandswertes des Leistungstransistors. Diesen Bauelementen wird von einer Konstantstromquelle 210 ein Konstantstrom zugeführt, wobei über Ausgangsanschlüsse 220 der jeweiligen Bauelemente Ausgangsspannungen abgegeben werden, die die Substrattemperatur, den Heizelement-Widerstandswert und den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors in Form von Analogwerten wiedergeben.
  • Der Schaltungsblock 120 gemäß 5 umfasst zwar die Temperatur-Messeinrichtung, den Überwachungswiderstand und den Überwachungstransistor als Bauelemente, jedoch kann auch nur eine dieser Schaltungen oder eine beliebige Kombination dieser Schaltungen Verwendung finden.
  • Wenn die Bauelemente des Schaltungsblocks 120, d.h., die pn-Diode 201, der Widerstand 202 und der Transistor 203, jeweils von der Konstantstromquelle 210 mit einem Konstantstrom beaufschlagt werden, werden über die Ausgangsanschlüsse 220 die nachstehend näher beschriebenen Ausgangssignale erhalten.
  • Bei Verwendung der pn-Flächendiode 201 wird über deren Anschluss 220 eine der jeweiligen Substrattemperatur entsprechende Durchlassspannung abgegeben. Bei Verwendung des Widerstands 202 wird über dessen Anschluss 220 ein Wert für den Spannungsabfall abgegeben, der dem Widerstandswert des Heizelements 103 entspricht. Bei Verwendung des Widerstands 203 wird über dessen Anschluss 220 ein Wert für den Spannungsabfall abgegeben, der dem Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors entspricht. Diese Ausgangswerte stellen Analogwert dar.
  • 6 zeigt ein Blockschaltbild, das die Beziehung zwischen dem Schaltungsblock 120 und dem A/D-Umsetzerblock 130 veranschaulicht, der die von dem Schaltungsblock 120 abgegebenen Analogsignale in Digitalwerte umsetzt. Hierbei ist in 6 mit der Bezugszahl 301 ein A/D-Umsetzer bezeichnet.
  • Die über die Anschlüsse 220 gemäß 5 erhaltenen Ausgangssignale werden von dem A/D-Umsetzer 301 in Digitalwerte umgesetzt. Auch wenn es sich bei der Konstantstromquelle 210 in dem Schaltungsblock 120 gemäß
  • 5 um eine externe Stromversorgungsquelle handelt, d.h., um eine Konstantstromquelle, über die eine in Bezug auf den Druckkopf IJH externe Stromzuführung erfolgt, wird mit Hilfe einer solchen externen Konstantstromquelle ein ähnliches Ergebnis wie im Falle der in dem Schaltungsblock 120 angeordneten Konstantstromquelle erhalten. Ferner können ähnliche Ergebnisse auch erzielt werden, wenn die die vorstehend beschriebenen Kennlinien aufweisenden jeweiligen Bauelemente durch andere Bauelemente wie z.B. eine Konstantspannungsquelle und einen Mustergenerator ersetzt werden.
  • Weiterhin können Verfahren und Genauigkeit der über den A/D-Umsetzer 301 erfolgenden Umsetzung beliebig innerhalb eines erforderlichen Bereiches gewählt werden.
  • Auf ein Beispiel für eine mögliche A/D-Umsetzung der Durchlassspannung der pn-Flächendiode zur Erfassung eines Temperaturanstiegs des Substrats wird nachstehend näher eingegangen.
  • Da der A/D-Umsetzer auf dem Substrat ausgebildet werden muss, auf dem bereits eine Ansteuerschaltung für den Tintenausstoß ausgebildet ist, ist zur Minimierung des Kostenanstiegs ein möglichst kleiner Umsetzer anzustreben.
  • In Bezug auf die Genauigkeit des A/D-Umsetzers kann zum Ausstoßen von Tinte mit einer konstanten Ausstoßcharakteristik ein A/D-Umsetzer mit einer einem Temperaturbereich von ungefähr 5°C entsprechenden Minimalauflösung ausreichend sein. Ein solcher Umsetzer kann Ausgangswerte für Temperaturen in instabilen Temperaturintervallen sowie diskontinuierliche und diskrete Werte für eine erforderliche Temperatur abgeben. Vorzugsweise findet ein möglichst kleiner A/D-Umsetzer Verwendung, solange er diese Bedingungen erfüllt. Wenn ferner der A/D-Umsetzer einen hohen elektrischen Energieverbrauch aufweist, steigt durch diesen elektrischen Energieverbrauch die Substrattemperatur an, wodurch der Temperaturanstieg des gesamten Substrats beeinflusst werden kann. Demzufolge sollte vorzugsweise ein A/D-Umsetzer mit einem möglichst geringen elektrischen Energieverbrauch Verwendung finden.
  • Unter diesen Gesichtspunkten ist daher im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ein A/D-Umsetzer zu verwenden, der z.B. den in 9 veranschaulichten Aufbau aufweist.
  • In 9 bezeichnen die Bezugszahl 210 die Konstantstromquelle, die Bezugszahl 201 die pn-Flächendiode, die eine lineare Ausgangsspannungs-Temperaturabhängigkeit aufweist, die Bezugszahl 230 einen Bezugsspannungsgenerator mit einer weitgehend temperaturunabhängigen Ausgangsspannungscharakteristik, die Bezugszahl 231 einen Pufferverstärker, die Bezugszahl 232 einen Vergleicher, die Bezugszahl 234 eine Gruppe von Spannungsteilerwiderständen und Analogschaltern zur Ableitung einer einer gewünschten Messtemperatur entsprechenden Spannung durch Teilung der von dem Bezugsspannungsgenerator 230 abgegebenen Spannung, die Bezugszahl 233 einen Ausgangspufferverstärker, die Bezugszahl 236 ein Schieberegister und die Bezugszahl 235 einen Ausgangsanschluss.
  • 10 zeigt Signalverläufe, die die Arbeitsweise der Schaltungsanordnungen gemäß 9 veranschaulichen.
  • Das Ausgangssignal der von der Konstantstromquelle 210 mit Strom versorgten pn-Flächendiode 201 weist eine lineare Ausgangsspannungs-Temperaturabhängigkeit auf, während die Ausgangsspannungscharakteristik des Bezugsspannungsgenerators in Bezug auf die Temperatur weitgehend konstant ist. Die von der Diode abgegebene analoge Signalspannung wird durch Vergleich dieser Ausgangssignale mit Hilfe des Vergleichers in einen Digitalwert umgesetzt. Hierbei wird dessen Bezugsspannung durch die über die Spannungsteilerwiderstände erfolgende Spannungsteilung auf eine einer gewünschten Messtemperatur entsprechende Spannung eingestellt, wobei die mit Spannungsteilungspunkten I bis VIII der Spannungsteilerwiderstände verbundenen Schalter aufeinanderfolgend von einem synchron mit einem Taktimpuls betriebenen Schieberegister umgeschaltet werden. Wenn z.B. eine Spannung erzeugt wird, bei der die Diode eine Ausgangsspannung mit einer Temperaturabhängigkeit von –2 mV/°C abgibt und die Spannungen an den Spannungsteilungspunkten der Spannungsteilerwiderstände an 8 Punkten in Abständen von 10 mV erhalten werden, können Temperaturen an 8 Punkten in jeweiligen Intervallen von 5°C mit Hilfe des am Ausgangsanschluss 235 abgegebenen Ausgangssignals erfasst werden, das sich synchron mit dem Taktimpuls verändert. Hierdurch wird ein ähnliches Ergebnis wie im Falle einer in einem Temperaturbereich von 40°C mit einer Auflösung von 5°C erfolgenden digitalen Umsetzung erhalten.
  • Wie in den 9 und 10 veranschaulicht ist, umfasst das Schieberegister einen Taktsignaleingang und einen Rückstellsignaleingang. Nach einer zu einem vorgegebenen Zeitpunkt erfolgenden Rückstellung wird das am Ausgangsanschluss 235 erhaltene Ausgangssignal in Synchronisation mit dem Anstieg des Taktimpulses überwacht. Da das am Ausgangsanschluss 235 abgegebene Ausgangssignal zu einem einer bestimmten Temperatur entsprechenden Zeitpunkt von einem hohen auf einen niedrigen Pegel übergeht, kann eine digitale Temperaturmessung erfolgen.
  • Wenn bei diesem Aufbau die Auflösung relativ grob ist und z.B. durch 5°C Inkremente gegeben ist, kann der A/D-Umsetzer auf dem Substrat des Tintenstrahl-Druckkopfes in Form einer kleinen Anordnung gebildet werden, die den Bezugsspannungsgenerator, den Vergleicher und eine der Anzahl der Temperatur-Messpunkte entsprechende Anzahl von Widerständen umfasst. Da außerdem nur ein Bezugsspannungsgenerator und ein Vergleicher vorgesehen sind, wird der elektrische Stromverbrauch der gesamten Schaltungsanordnung niedrig gehalten, sodass ein nachteiliger Einfluss auf den Temperaturanstieg des Substrats vermieden werden kann.
  • Wenn ferner der Widerstand zur Überwachung des Heizelement-Widerstandswertes oder der Transistor zur Überwachung des Einschaltwiderstandswertes des Leistungstransistors anstelle der pn-Flächendiode mit der Konstantstromquelle verbunden wird, kann auch dessen Ausgangswert mit einer gewünschten Auflösung einer A/D-Umsetzung unterzogen werden.
  • Nachstehend wird auf den Betrieb des in dieser Weise aufgebauten Druckkopfes IJH näher eingegangen.
  • Wie vorstehend in Verbindung mit dem Stand der Technik bereits beschrieben worden ist, beeinträchtigt ein Anstieg der Substrattemperatur auf Grund der beim Druckvorgang des Druckkopfes IJH erzeugten Wärme die Steuerung eines konstanten Tintenausstoßes. Außerdem führen Abweichungen der Widerstandswerte der jeweiligen Heizelemente des Druckkopfes zu Schwankungen der von den Heizelementen erzeugten Wärmemenge, wodurch die Steuerung des Tintenausstoßes beim Austausch des Druckkopfes gegen einen neuen Druckkopf beeinträchtigt wird.
  • Da außerdem der zur Betätigung der Heizelemente vorgesehene Leistungstransistor auf Grund seines Eigenwiderstands den Treiberstrom verbraucht, sollte vorzugsweise ein Leistungstransistor mit einem möglichst geringen Widerstandswert Verwendung finden. Unabhängig davon, wie gering diese Widerstandskomponente ist, lässt sich jedoch eine gewisse elektrische Verlustleistung nicht vermeiden, wobei diese elektrische Verlustleistung darüber hinaus in ähnlicher Weise auf Grund der Heizelement-Widerstandswerte bei jeweiligen Druckköpfen unterschiedlich ausfällt. Die unterschiedliche Verlustleistung bei jeweiligen Druckköpfen zeigt sich hierbei als Schwankung der von den Heizelementen erzeugten Wärmemenge, was wiederum Abweichungen bei der Tintenausstoßcharakteristik zur Folge hat. Zur Gewährleistung einer optimalen Steuerung ist es daher erforderlich, die Widerstandskomponente der Leistungstransistoren bei jedem Druckkopf zu überwachen.
  • Die Substrattemperatur, der Heizelement-Widerstandswert und der Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswert stellen daher typische Faktoren in Bezug auf den Substratzustand des Druckkopfes IJH dar.
  • Die zur Überwachung dieser Faktoren jeweils vorgesehenen Bauelemente sind in dem Schaltungsblock 120 angeordnet, wobei die von den Bauelementen jeweils ermittelten Werte in Form von Analogwerten abgegeben werden, die sodann dem A/D-Umsetzer 301 zugeführt und hierdurch in Digitalwerte umgesetzt werden.
  • Die Digitalwerte werden wiederum über den Anschluss 131 und die Leiterbahn 133 dem Bewertungsschaltungsblock 140 zugeführt, der den jeweiligen Zustand (die Substrattemperatur, den Heizelement-Widerstandswert und den Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswert) ermittelt, einen optimalen Ansteuerimpuls in Abhängigkeit von dem festgestellten Zustand auswählt und diesen Impuls auf die Logikschaltung 105 zurückkoppelt.
  • Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Tintenausstoßzustands muss eine optimale Ansteuerung in Abhängigkeit vom jeweiligen Zustand des Substrats erfolgen. Eine solche Ansteuerung kann durch Änderung der Hindurchführungsdauer eines Stroms durch das Heizelement, d.h., der Impulsdauer eines nachstehend als "Heizimpuls" bezeichneten Impulses, erfolgen, indem der Treibertransistor entsprechend angesteuert wird. Wenn somit der Zustand des Substrats in Form digitaler Werte erhalten wird, wird die Heizimpulsdauer in Abhängigkeit von diesen Werten bestimmt und der Druckkopf sodann mit der festgelegten Heizimpulsdauer angesteuert.
  • Die 11A und 11B zeigen Tabellen zur Bestimmung der Heizimpulsdauer, wenn die Änderungen der Temperatur, des Heizelement-Widerstandswertes und des Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswertes innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen.
  • Wenn z.B. die Auflösung der Temperaturmessung in der in 11A veranschaulichten Weise in Form von 8 Stufen festgelegt ist, wird eine Tabelle mit 8 Stufen derart vorbereitet, dass die vierte Stufe eine Standard-Heizimpulsdauer (Th) darstellt und die Impulsdauer bei einem Temperaturanstieg um eine Stufe um 2% verringert wird, während sie bei einem Temperaturabfall um eine Stufe um 2% angehoben wird. Diese Tabelle ist in einem Speicher der Ansteuerschaltung gespeichert, wobei der jeweilige Ansteuertransistor bei Zuführung der Digitalwerte mit einer dieser Tabelle entnommenen Heizimpulsdauer Th angesteuert wird.
  • Da das Heizelement und der Transistor auf dem Substrat in Reihe geschaltet sind, werden diese Widerstandswerte in Form einer Summe der beiden Widerstandswerte erhalten. Die Impulsdauer kann daher auf der Basis der Summe dieser Widerstandswerte bestimmt werden. Wie in 11B veranschaulicht ist, kann eine Tabelle im Matrixformat zur effizienten Auswahl einer bestimmten Heizimpulsdauer Th Verwendung finden.
  • Bei dieser Matrix, deren Stufen den in Form von Digitalwerten erhaltenen Widerstandswerten entsprechen, erfolgt bei einem Anstieg der Stufe des Widerstandswertes eine Vergrößerung der Impulsdauer Th, während bei einer Abnahme der Stufe des Widerstandswertes eine Verringerung der Impulsdauer Th erfolgt. Auf diese Weise wird ein optimaler Ansteuerimpuls festgelegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zwar bei einem Anstieg oder einer Abnahme des Widerstandswertes um eine Stufe die Impulsdauer Th um 1% angehoben oder verringert, jedoch kann der Betrag der Inkrementierung oder Dekrementierung in geeigneter Weise festgelegt werden.
  • Da bei diesem Ausführungsbeispiel in der vorstehend beschriebenen Weise der A/D-Umsetzer auf dem Substrat des Druckkopfes angeordnet ist und die die Substrattemperatur, den Heizelement-Widerstandswert und den Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswert angebenden Informationen der Druckvorrichtung in Form von Digitalsignalen zugeführt werden, können die Informationen mit hoher Genauigkeit übermittelt werden, ohne dass eine Beeinträchtigung durch vom Druckkopf erzeugte Störungen auftritt.
  • Durch diesen Aufbau kann eine genauere Ansteuerung des Druckkopfes auf der Basis von Informationen erfolgen, die die Substrattemperatur, den Heizelement-Widerstandswert und den Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswert genauer wiedergeben. Dies ermöglicht eine Steuerung des Druckkopfes, durch die eine stabilere Tintenausstoßcharakteristik erzielbar ist.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden die Substrattemperatur, den Heizelement-Widerstandswert und den Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswert angebende analoge Informationen in festen Zeitintervallen aus jeweiligen Ausgängen des Schaltungsblocks 120 ausgelesen und in Digitalwerte umgesetzt, sodass durch Rückkopplung eine optimale Steuerung des Druckkopfes erfolgen kann. In Bezug auf einen Faktor wie die Substrattemperatur, die sich in Abhängigkeit von Veränderungen des Ansteuerzustands des Druckkopfes ständig verändert, ist diese Steuerung zwar erforderlich, jedoch kann in Bezug auf den Heizelement-Widerstandswert und den Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswert, die keine zeitabhängigen Änderungen zeigen, sondern nur bei jeweiligen Druckköpfen unterschiedlich ausfallen, eine Ausgestaltung dahingehend vorgesehen werden, dass diese Werte nur beim Austausch des Druckkopfes gegen einen neuen Druckkopf einmal ausgelesen und in einen nichtflüchtigen Speicher eingespeichert werden, aus dem sie sodann ausgelesen werden.
  • 7 zeigt ein Blockschaltbild, das einen charakteristischen Teil des Druckkopfes IJH gemäß einer Modifikation veranschaulicht.
  • In 7 bezeichnen die Bezugszahl 311 einen externen Anschluss zur Messung der Charakteristik der jeweiligen Bauelemente des Schaltungsblocks 120, die Bezugszahl 302 einen nichtflüchtigen Speicher (NVRAM) zur Speicherung der Messwerte der jeweiligen Bauelemente und die Bezugszahl 312 einen Anschluss für das Einschreiben von Daten in den Speicher NVRAM 302.
  • Bei der Schaltungsanordnung gemäß 7 werden der Heizelement-Widerstandswert und der Transistor-Einschaltwiderstandswert in dem Schaltungsblock 120 über den externen Anschluss 311 im Rahmen einer werksseitigen Inspektion des Druckkopfes IJH gemessen und den Widerstandswerten entsprechende Digitalwerte über den Anschluss 312 in den Speicher NVRAM 302 eingeschrieben, wobei die gespeicherten Werte sodann über den Anschluss 131 je nach den Erfordernissen ausgelesen werden können. Hierdurch können die Digitalwerte ohne Messung der Bauelemente in dem Schaltungsblock 120 auf einfache Weise erhalten werden.
  • Das hier in Form des Speichers NVRAM 302 vorgesehene Bauelement kann hierbei in Abhängigkeit von der erforderlichen Genauigkeit, dem verwendeten Halbleiter-Herstellungsverfahren und dergleichen beliebig gewählt werden, wobei z.B. ein EPROM-Speicher, ein EEPROM-Speicher, ein Festspeicher mit Sicherungsbrücken (FROM) oder dergleichen Verwendung finden können.
  • Gemäß dieser Modifikation können somit Informationen, die sich auf keine zeitabhängige Veränderungen zeigende Kennwerte wie den Heizelement-Widerstandswert und den Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswert beziehen, als digitale Informationen in den nichtflüchtigen Speicher des Druckkopfes im Rahmen einer werksseitigen Inspektion oder dergleichen eingeschrieben und sodann aus dem Speicher ausgelesen und in Abhängigkeit von den Erfordernissen bei der Ansteuerung des Druckkopfes verwendet werden. Somit können nur die Informationen bezüglich der Substrattemperatur, die sich in zeitlicher Abhängigkeit verändern, periodisch als digitale Informationen aus dem Schaltungsblock 120 über den A/D-Umsetzer 301 ausgelesen werden.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel und dessen Modifikation werden zwar Bauelemente, die Kennwerte wie die Substrattemperatur, den Heizelement-Widerstandswert und den Leistungstransistor-Einschaltwiderstandswert repräsentieren, als Bauelemente des Schaltungsblocks 120 verwendet, die den Zustand des Substrats repräsentieren, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Bauelemente beschränkt, sondern es können auch z.B. ein Bauelement zur Überwachung der vorhandenen Resttinte für den Tintenausstoß, ein Bauelement zur Überwachung von Schaltgeschwindigkeitswerten jeweiliger Transistoren sowie außerdem Bauelemente zur Überwachung anderer Kennwerte wie z.B. eines die saure/alkalische Wasserstoffionenkonzentration der Tinte angebenden PH-Wertes und der externen Feuchtigkeit Verwendung finden.
  • Außerdem können Bauelemente des Substrats als Elemente zur Überwachung einzelner Substratwerte wie der Schichtdicke einer Leiterbahnschicht und der Schichtdicke einer Schutzschicht verwendet werden.
  • Da die Schaltgeschwindigkeiten der Transistoren, die Leiterbahn-Schichtdicke, die Schutzschichtdicke und dergleichen keine zeitabhängigen Änderungen zeigen, können auch hier in der vorstehend beschriebenen Weise durch werksseitige Messungen erhaltene Werte in einen nichtflüchtigen Speicher als Digitalwerte eingeschrieben werden.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkopfes näher beschrieben.
  • Die 12A bis 12C zeigen Schaltbilder des Aufbaus von in den auf einem einzigen Substrat ausgebildeten Druckkopf eingebauten Schaltungsanordnungen.
  • 12A zeigt hierbei den Aufbau einer Heizelement-Ansteuerschaltung, durch die die Heizelemente in Abhängigkeit von eingegebenen Bildsignalen angesteuert werden, während 12B den Aufbau einer Schaltungsanordnung (ROM-Datenausgabeschaltung) zeigt, die seriell (nachstehend als "ROM-Daten" bezeichnete) Daten abgibt, die die Änderung des Widerstandswertes von den jeweiligen Heizelementen zugeordneten jeweiligen Schaltern in Form von Leistungstransistoren angeben. 12C zeigt den Aufbau eines A/D-Umsetzers, in den den Zustand des Druckkopfes (die Druckkopftemperatur und dergleichen) angebende Analogwerte zur Abgabe dieser Werte in Form von Digitalwerten eingegeben werden.
  • Die 13A bis 13C zeigen Steuerdiagramme mit den zeitlichen Verläufen verschiedener Signale, die in Bezug auf den Druckkopf in der aus den 12A bis 12C ersichtlichen Weise eingegeben/ausgegeben werden. 13A zeigt hierbei den zeitlichen Verlauf von der Schaltungsanordnung gemäß 12A zugeführten Signalen, während 13B den zeitlichen Verlauf von Ein-/Ausgangssignalen in Bezug auf die Schaltungsanordnung gemäß 12B und 13C den zeitlichen Verlauf von Ein-/Ausgangssignalen in Bezug auf die Schaltungsanordnung gemäß 12C zeigen.
  • Nachstehend wird auf den Aufbau und die Arbeitsweise des Druckkopfes näher eingegangen.
  • Zunächst wird hierbei der Tintenausstoßvorgang unter Bezugnahme auf die 12A und 13A näher beschrieben.
  • Wie in 12A veranschaulicht ist, ist eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Schieberegistern (S/R) 1156 entsprechend den jeweiligen Heizelementen 1150 vorgesehen. Die Ausgänge der jeweiligen Schieberegister (S/R) 1156 sind hierbei mit Zwischenspeicherschaltungen (LATCH) 1154 verbunden, wobei die Ausgangssignale der Zwischenspeicherschaltungen 1154 wiederum mit Eingängen von UND-Gliedern 1152 verbunden sind. Die anderen Eingänge der UND-Glieder 1152 sind mit einem Eingabekontaktelement (PAD) 1153 zur Eingabe eines Heizsignals (HEAT) verbunden.
  • Durch die von den UND-Gliedern 1152 abgegebenen Ausgangssignale wird das Öffnen/Schließen von Schaltern 1151 zur Steuerung der Erregung der Heizelemente 1150 gesteuert. Wenn die Schalter 1151 in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der UND-Glieder 1152 eingeschaltet werden, werden die Heizelemente 1150 erregt, sodass durch die von den Heizelementen 1150 erzeugte Wärmeenergie die Tinte erwärmt und über Ausstoßdüsen ausgestoßen wird.
  • Wie in 13A veranschaulicht ist, wird über ein Dateneingabekontaktelement (PAD) 1157 synchron mit einem über ein Eingabekontaktelement (PAD) 1159 eingegebenen Taktsignal (DCLK1) ein Bildsignal (DATA) seriell eingegeben. Bei der Eingabe dieses Bildsignals in die Vielzahl der Schieberegister (S/R) 1156 wird über ein Eingabekontaktelement (PAD) 1155 ein Zwischenspeicherimpuls (LD1) eingegeben, wodurch das in der Vielzahl der Schieberegister (S/R) 1156 zeitweilig gespeicherte Bildsignal (DATA) sofort ausgelesen und von den Zwischenspeicherschaltungen 1154 zwischengespeichert wird.
  • Sodann werden die UND-Glieder 1152 in Abhängigkeit von den logischen Produkten (H/L) der zwischengespeicherten Bildsignale und den Pegeln (H/L) der über das Eingabekontaktelement (PAD) 1153 eingegebenen Heizsignale (HEAT) freigegeben bzw. durchgeschaltet. Hierdurch werden die Schalter 1151 elektrisch mit den Heizelementen 1150 verbunden, sodass ein elektrischer Strom von den Stromversorgungsleitungen VH gemäß 12A zu den Heizelementen 1150 fließt. Hierbei findet nur die Erregung eines Heizelementes statt, bei dem der Bildsignalpegel den Wert "H" (d.h. einen hohen Pegel) aufweist. Durch die Erregung erzeugt das Heizelement dann Wärme, sodass Tinte durch die erzeugte Wärmeenergie ausgestoßen wird. Hierbei wird ein Heizelement nur für die Zeitdauer eingeschaltet, bei der der Impuls des Heizsignals (HEAT) anliegt.
  • Nachstehend werden Aufbau und Arbeitsweise der ROM-Datenausgabeschaltung unter Bezugnahme auf die 12B und 13B näher beschrieben.
  • Da das Substrat des Druckkopfes im Rahmen eines Halbleiter-Herstellungsverfahrens gefertigt wird, treten in Bezug auf die Chip-Kennwerte des integrierten Schaltkreises Unterschiede bzw. Abweichungen auf, durch die die Tintenausstoßcharakteristik beeinflusst werden kann. Es ist daher erforderlich, die durch diese Abweichungen bedingte Beeinträchtigung der Tintenausstoßcharakteristik minimal zu halten und unter Berücksichtigung der bei den Heizelementen vorliegenden Abweichungen die Lebensdauer der Heizelemente durch jeweilige Zuführung einer optimalen Leistung zu verlängern.
  • Wie in 12B veranschaulicht ist, umfasst das Substrat des Druckkopfes daher 10 Festspeicher ROM 1114 zur Speicherung von Informationen bezüglich der durch den Halbleiter-Herstellungsvorgang verursachten Abweichungen des Widerstandswertes der Heizelemente 1150 sowie bezüglich der bei den IC-Chips vorliegenden Unterschiede wie des unterschiedlichen Einschaltwiderstandswertes der Schalter 1151, über die die Einschaltung/Abschaltung der Heizelemente erfolgt.
  • Wie 13B zu entnehmen ist, werden über ein Eingabekontaktelement (PAD) 1103 ein Zwischenspeichersignal (LD2) und sodann über ein Eingabekontaktelement (PAD) 1101 ein Taktsignal (DCLK2) in die ROM-Datenausgabeschaltung eingegeben, sodass synchron mit dem Taktsignal über ein Aungabekontaktelement (PAD) 1115 ROM-Daten (ROM0, ROM1, ROM2, ROM3, ...) seriell ausgegeben werden.
  • Wie in 12B dargestellt ist, umfasst die ROM-Datenausgabeschaltung 10 Schieberegister (S/R0, S/R1, ..., S/R9) 1107, die in dieser Reihenfolge den 10 Festspeichern ROM 1114 jeweils zugeordnet sind. Die Schieberegister sind in Reihe geschaltet und schließlich über ein weiteres Schieberegister (S/R10) mit dem Ausgabekontaktelement 1115 verbunden. Bei dieser Anordnung sind benachbarte Schieberegister (S/R0 bis S/R10) über den Eingangsanschluss (IN) und den Ausgangsanschluss (OUT) miteinander verbunden.
  • 14 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Schieberegisters.
  • Über das Kontaktelement 1101, einen das Taktsignal invertierenden Inverter 1102 und das Kontaktelement 1103 sind diese Schieberegister und das weitere Schieberegister (S/R10) gemeinsam miteinander verbunden, sodass Daten der 10 Festspeicher ROM 1114 durch einen über das Kontaktelement 1103 eingegebenen Impuls des Zwischenspeichersignals (LD2) parallel eingelesen und in den jeweiligen Schieberegistern 1107 gespeichert werden.
  • Wie den 12B und 14 zu entnehmen ist, wird das über das Kontaktelement PAD 1101 eingegebene Taktsignal (DCLK2) in DK-Eingänge der jeweiligen Schieberegister eingegeben, während das invertierte Taktsignal in IDK-Eingänge und das über das Kontaktelement 1103 eingegebene Zwischenspeichersignal in LD-Eingänge der jeweiligen Schieberegister eingegeben werden. Die Ausgangssignale der Festspeicher ROM 1104 werden hierbei in RIN-Eingänge der jeweiligen Schieberegister eingegeben.
  • Wenn sodann das Taktsignal (DCLK2) über das Kontaktelement 1101 eingegeben wird, werden die ROM-Daten über das Kontaktelement 1115 synchron mit der Anstiegsflanke des Taktsignals ausgegeben.
  • 15 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Festspeichers ROM 1114.
  • Bei jedem Festspeicher ROM erfolgt bei Beendigung des Halbleiter-Herstellungsvorgangs ein extern vorgenommener elektrischer Einschreibvorgang bei einer Speichereinrichtung 1138, d.h., ein zu speichernder Signalpegel (H/L) wird durch Abschmelzen von Schmelzbrückenmaterial oder durch Speicherung eines Signalpegels (H/L) in einem unter Verwendung eines ferroelektrischen Materials erhaltenen Kondensator festgelegt.
  • Nachstehend wird die Arbeitsweise des Schieberegisters für die beiden Fälle näher beschrieben, bei denen in der Speichereinrichtung 1138 gemäß 15 ein hoher Signalpegel "H" und ein niedriger Signalpegel "L" gespeichert sind.
  • (1) Hoher Signalpegel "H"
  • In diesem Falle weist das Signal am Ausgang (OUT) des Festspeichers ROM den niedrigen Pegel "L" auf, sodass ein Signal mit dem niedrigen Pegel "L" in den mit dem Ausgang (OUT) verbundenen Eingang RIN des Schieberegisters (S/R) eingegeben wird. Hierbei wird dieses Signal jedoch nicht im Schieberegister (S/R) gespeichert.
  • Wenn sodann bei niedrigem Pegel "L" des Taktsignals (DCLK2) ein Impuls des Zwischenspeichersignals (LD2) eingegeben wird, erfolgt die Eingabe des am Eingang RIN anstehenden Signals in das Schieberegister (S/R). Wie aus der logischen Verknüpfung des Schieberegisters gemäß 14 ersichtlich ist, wird hierbei bei einem Signalpegel "L" am Eingang RIN und einem Pegel "H" des Zwischenspeichersignals (LD2) der Signalpegel am Ausgang (OUT) des Schieberegisters (S/R) auf dem Wert "H" gehalten. Wie vorstehend beschrieben, sind die 10 Schieberegister (S/R0, ..., S/R9) den 10 Festspeichern ROM 1114 parallel geschaltet, sodass sämtliche ROM-Daten zum gleichen Zeitpunkt den Schieberegistern (S/R) übermittelt und dort festgehalten werden.
  • (2) Niedriger Signalpegel "L"
  • Da in diesem Falle das Signal am Ausgang (OUT) des Festspeichers ROM den hohen Pegel "H" aufweist, wird in den mit dem Ausgang (OUT) verbundenen Eingang RIN des Schieberegisters (S/R) ein Signal mit dem hohen Pegel "H" eingegeben, wobei dieses Signal jedoch zu diesem Zeitpunkt ebenfalls nicht in dem Schieberegister (S/R) festgehalten wird.
  • Wenn sodann bei niedrigem Pegel "L" des Taktsignals (DCLK2) ein Impuls des Zwischenspeichersignals (LD2) eingegeben wird, wird das am Eingang RIN anstehende Signal in das Schieberegister (S/R) eingegeben, wobei bei dem Signalpegel "H" am Eingang RIN und dem Pegel "H" des Zwischenspeichersignals (LD2) der Signalpegel am Ausgang (OUT) des Schieberegisters (S/R) auf dem Wert "L" gehalten wird.
  • Auch wenn somit Signale mit verschiedenen Pegeln von "H" und "L" in den jeweiligen Speichereinrichtungen der 10 Festspeicher ROM 1114 gespeichert sind, werden diesen Signalpegeln entsprechende Signalpegel in den Schieberegistern (S/R0, ..., S/R9) festgehalten.
  • Wenn die ROM-Daten auf diese Weise in die Schieberegister (S/R) übertragen und dort festgehalten werden, werden die ROM-Daten aus den Schieberegistern (S/R) synchron mit der Anstiegsflanke des Impulses des Taktsignals (DCLK2) ausgegeben (d.h., aus den Festspeichern ROM parallel ausgelesene Daten werden in serielle Daten umgesetzt und ausgegeben).
  • Nachstehend wird nun unter Bezugnahme auf die 12C und 13C auf den Aufbau und die Arbeitsweise des A/D-Umsetzers näher eingegangen.
  • Da der Tintenausstoß bei dem Druckkopf durch die Einwirkung der von den Heizelementen erzeugten Wärmeenergie auf die Tinte erfolgt, steigt auch die Temperatur des Druckkopfes selbst durch die von den Heizelementen erzeugte Wärme an. Weiterhin hängt die Tintenausstoßmenge von der Tintenviskosität ab, die wiederum temperaturabhängig ist. Die Druckkopftemperatur, d.h., die Tintentemperatur, übt somit einen maßgeblichen Einfluss auf die Tintenausstoßmenge aus.
  • Demzufolge ist es erforderlich, die Druckkopftemperatur auf eine Zentraleinheit CPU des Druckvorrichtungs-Hauptgerätes rückzukoppeln, um eine Drucksteuerung unter Berücksichtigung der temperaturabhängigen Tintenausstoßcharakteristik zu ermöglichen. Außerdem ist es erforderlich, eine dahingehende Drucksteuerung durchzuführen, dass die Druckkopftemperatur auf Grund der von den Heizelementen herbeigeführten Wärmeerzeugung keinen zulässigen Temperaturwert überschreitet. Da jedoch das Ausgangssignal eines zur Messung der Temperatur vorgesehenen Temperatursensors einen Analogwert darstellt, ist ein A/D-Umsetzer zur Umsetzung dieses Analogwertes in einen für die Verarbeitung durch die Zentraleinheit CPU geeigneten Digitalwert erforderlich.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann eine solche Schaltungsanordnung zwar im Hauptgerät der Druckvorrichtung angeordnet sein, jedoch sollte die A/D-Umsetzung zur Vereinfachung des Aufbaus des Hauptgerätes und Verringerung von Störungseinflüssen vorzugsweise im Druckkopf erfolgen, wie dies in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Demzufolge umfasst das Substrat des Druckkopfes dieses Ausführungsbeispiels auch den A/D-Umsetzer.
  • Dem A/D-Umsetzer wird ein Analogsignal (ALG) wie das Ausgangssignal eines im Druckkopf angeordneten Temperatursensors (d.h., eine der Temperatur proportionale Spannung) zugeführt, woraufhin das eingegebene Signal mit einer Bezugsspannung verglichen und das Vergleichsergebnis als Digitalwert abgegeben werden. Die Bezugsspannung stellt hierbei ein Signal von vier Stufen umfassenden Signalen (IN0 bis IN3) dar, die über vier Eingabekontaktelemente (PAD) 1316 bis 1319 eingegeben werden.
  • In 12C bezeichnet die Bezugszahl 1124 eine Konstantspannungsquelle (Vref), die von Temperaturänderungen und Schwankungen einer externen Stromversorgung nicht beeinflusst wird, während mit den Bezugszahlen 1125 bis 1129 in Reihe geschaltete Widerstände bezeichnet sind. Jeder Widerstand bildet hierbei eine beliebige, vom jeweiligen Widerstandsverhältnis abhängige Spannung. Weiterhin bezeichnen die Bezugszahlen 1130 bis 1133 Analogschalter zur Durchführung von EIN/AUS-Operationen in Abhängigkeit von den Eingangssignalen (IN0 bis IN3).
  • Wenn über eines der vier Eingabekontaktelemente 1316 bis 1319 eines der Eingangssignale (IN0 bis IN3) eingegeben wird, wird dieses Signal von einem zugehörigen Inverter (1120 bis 1123) invertiert und sodann einem ausgewählten Analogschalter der Analogschalter 1130 bis 1133 zugeführt, woraufhin die Spannung an einem mit dem ausgewählten Analogschalter verbundenen Knotenpunkt über einen Knotenpunkt 1134 einem negativen Eingang (–) eines Vergleichers 1135 zugeführt wird.
  • Der Vergleicher 1135 vergleicht sodann das eingegebene Analogsignal (ALG) mit einer als Bezugsspannung eingegebenen Spannung, wobei das Vergleichsergebnis in Form eines Digitalsignals über einen digitalen Ausgang 1137 abgegeben wird.
  • Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des Druckkopfes näher beschrieben, bei dem die bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel vorhandene Anzahl von Kontaktelementen und Leiterbahnen verringert ist.
  • Die 16A bis 16C zeigen den Aufbau des Substrats, das in dem Druckkopf IJH gemäß diesem Ausführungsbeispiel angeordnet ist.
  • Da in den 16A bis 16C Elemente und Signale, die dem Substrat des Druckkopfes gemäß den 12A bis 12C entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, erübrigt sich eine erneute Beschreibung dieser Elemente und Signale, sodass nachstehend nur auf die für dieses Ausführungsbeispiel charakteristischen Elemente und ihre Arbeitsweise unter Hervorhebung der zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 12A bis 12C bestehenden Unterschiede näher eingegangen wird. 16A zeigt hierbei eine Heizelement-Ansteuerschaltung zur Ansteuerung von Heizelementen, die der Heizelement-Ansteuerschaltung gemäß 12A entspricht. 16B zeigt eine ROM-Datenausgabeschaltung, die der ROM-Datenausgabeschaltung gemäß 12B entspricht. 16C zeigt einen A/D-Umsetzer, der dem A/D-Umsetzer gemäß 12C entspricht. Demzufolge werden in den Festspeichern ROM 1114' gemäß 16B ähnliche Daten wie in den Festspeichern ROM 1114 gemäß 12B gespeichert.
  • Anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 12A bis 12C wird nunmehr ein über das Kontaktelement 1103 eingegebenes Zwischenspeichersignal (LD) den Zwischenspeicherschaltungen (LATCH) 1154 der Heizelement-Ansteuerschaltung zugeführt und außerdem als Zwischenspeichersignal in die Schieberegister (S/R0 bis S/R9) 1107' eingegeben. Außerdem werden ein über das Kontaktelement 1101 zugeführtes Taktsignal (DCLK) und dessen invertiertes Signal in die Schieberegister (S/R) 1156 der Heizelement-Ansteuerschaltung sowie in die Schieberegister (S/R0 bis S/R9) 1107' eingegeben.
  • 17 zeigt ein Schaltbild, das den Aufbau des Schieberegisters (S/R) 1156 veranschaulicht. In 17 sind mit DK ein Eingang zur Eingabe eines Taktsignals (DCLK), mit IDK ein Eingang zur Eingabe eines invertierten Taktsignals, mit IN ein Eingang zur Eingabe eines Bildsignals (DATA) und mit OUT ein Ausgang zur Ausgabe eines Bildsignals (DATA) bezeichnet.
  • 18 zeigt ein Schaltbild, das den Aufbau einer Zwischenspeicherschaltung (LATCH) 1154 veranschaulicht. In 18 sind mit LD ein Eingang zur Eingabe eines Zwischenspeichersignals (LD), mit IN ein Eingang zur Eingabe eines Bildsignals (DATA) von dem Schieberegister (S/R) 1156 und mit OUT ein Ausgang zur Ausgabe eines zwischengespeicherten Bildsignals bezeichnet.
  • Bei der ROM-Datenausgabeschaltung wird das über den Ausgang (OUT) eines jeden der 10 Schieberegister (S/R0 bis S/R9) 1107' abgegebene Ausgangssignal dem Eingang (IN) des jeweils nächsten Schieberegisters und den jeweiligen Adresseneingängen (IN) der 10 Festspeicher ROM 1114' zugeführt. Die 10 Schieberegister und die 10 Festspeicher ROM sind somit in dieser Reihenfolge jeweils miteinander verbunden. In 16B sind 10-Bit-Schieberegister dargestellt, wobei eine Startschaltung 1140 mit den Schieberegistern 1107' verbunden ist. Die Startschaltung 1140 umfasst einen Eingang LD, über den das von dem Kontaktelement 1103 zugeführte Zwischenspeichersignal eingegeben wird, einen Eingang IN, über den das am Ausgang (OUT) des Schieberegisters (S/R0) abgegebene Signal eingegeben wird, sowie einen Ausgang (OUT) über den dem Eingang (IN) des Schieberegisters (S/R0) ein Ausgangssignal zugeführt wird. Außerdem sind die jeweiligen Ausgänge (OUT) der 10 Festspeicher ROM 1114' mit einem 10 Eingänge umfassenden ODER-Glied 1139 verbunden. Bei dem von dem 10 Eingänge umfassenden ODER-Glied 1139 abgegebenen Ausgangssignal handelt es sich somit um ROM-Daten.
  • 19 zeigt ein Schaltbild des Aufbaus eines Schieberegisters (S/RO-9) 1107'. Wie aus einem Vergleich von 19 mit 14 ersichtlich ist, besitzen die Schieberegister (S/R0 bis S/R9) 1107' dieses Ausführungsbeispiels keinen Eingang für die Ausgangssignale der Festspeicher ROM, sondern nur den Eingang (IN) für das Signal von dem vorherigen Schieberegister bzw. der Startschaltung 1140, den Ausgang (OUT) zur Zuführung eines Signals zu dem nächsten Schieberegister bzw. dem Kontaktelement 1115, den Eingang für die Eingabe des Zwischenspeichersignals (LD), den Eingang für die Eingabe des Taktsignals (DK) sowie den Eingang für die Eingabe des invertierten Taktsignals (IDK).
  • 20 zeigt ein Schaltbild des Aufbaus der Startschaltung 1140. In 20 sind mit LD ein Eingang zur Eingabe eines Zwischenspeichersignals (LD), mit IN ein Eingang zur Eingabe eines von dem Schieberegister (S/R0) 1107' zugeführten Rückkopplungssignals und mit OUT ein Ausgang zur Zuführung eines Signals zu dem Schieberegister (S/R0) 1107' bezeichnet.
  • 21 zeigt ein Schaltbild des Aufbaus eines Festspeichers ROM 1114'. Wie aus einem Vergleich zwischen dem Aufbau gemäß 21 und der Schaltungsanordnung gemäß 15 ersichtlich ist, umfasst der Festspeicher ROM gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein der Speichereinrichtung 1138 derart nachgeschaltetes UND-Glied, das das logische Produkt zwischen den Pegeln eines vom Schieberegister dem Eingang (IN) zugeführten Signals und des von der Speichereinrichtung 1138 zugeführten Ausgangssignals über dessen Ausgang (OUT) abgegeben wird.
  • Von den 10 Schieberegistern der ROM-Datenausgabeschaltung führen außerdem die ersten 4 Schieberegister (S/R0 bis S/R3) den 4 Invertern 1120 bis 1123 des A/D-Umsetzers über Eingabeknotenpunkte 1116 bis 1119 Ausgangssignale zu.
  • Aus diesen Unterschieden zu dem Aufbau des Ausführungsbeispiels gemäß den 12A bis 12C ergibt sich die nachstehend näher beschriebene Signalübertragung.
  • Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 12B die ROM-Daten gleichzeitig zu den Schieberegistern der ROM-Datenausgabeschaltung übertragen und das Taktsignal (DCLK2) den Schieberegistern zur Erzielung einer seriellen Datenausgabe zugeführt werden, erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 16B keine derartige Übertragung der ROM-Daten in die Schieberegister (S/R0 bis S/R9) 1107', sondern die Startschaltung 1140 wird zur Eingabe eines Signals hohen Pegels "H" in das erste Schieberegister (S/R0) verwendet, dessen Ausgang mit dem Eingang (IN) des zugehörigen Festspeichers ROM verbunden ist. Wenn das Signal mit dem hohen Pegel "H" dann dem Eingang des Festspeichers ROM zugeführt wird, wird das in der Speichereinrichtung des Festspeichers ROM gespeicherte Signal (H/L) über den Ausgang (OUT) abgegeben.
  • Da das Ausgangssignal des Schieberegisters (S/R0) auch dem nächsten Schieberegister (S/R1) zugeführt wird, wird auch das Ausgangssignal des nächsten Schieberegisters aufeinanderfolgend den anschließenden Schieberegistern (S/R2, S/R3, ...) zugeführt. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgend die Speicherdaten von Festspeichern ROM ausgegeben, die Schieberegistern mit einem Ausgangssignal des hohen Pegels "H" entsprechen.
  • Wenn das Ausgangssignal des Schieberegisters (S/R0) dem nächsten Schieberegister zugeführt wird, werden außerdem die Ausgangssignale der Schieberegister (S/R0, S/R1, S/R2 und S/R3) den Eingabeknotenpunkten 1116 bis 1119 des A/D-Umsetzers zugeführt und hierbei als Bezugsspannungs-Umschaltsignale verwendet.
  • Nachstehend wird auf den Betrieb des den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Druckkopfes unter Bezugnahme auf das Steuerdiagramm gemäß 22 näher eingegangen.
  • Zum Setzen der Pegel der in sämtlichen Schieberegistern (S/R0 bis S/R9) 1107' gespeicherten Signale wird zunächst ein Impuls des Zwischenspeichersignals (LD) eingegeben, während der Signalpegel des Taktsignals (DCLK) auf "L" gehalten wird. Durch diesen Vorgang werden die Signale an den Ausgängen (OUT) der Schieberegister (S/R0 bis S/R9) auf dem niedrigen Pegel "L" festgehalten.
  • Sodann wird die Startschaltung 1140 eingesetzt, um das Eingangssignal für das erste Schieberegister (S/R0) auf den hohen Pegel "H" einzustellen. Auf Grund der Eingabe des Impulses des Zwischenspeichersignals (LD) gibt das Schieberegister (S/R0) nämlich ein Signal niedrigen Pegels "L" ab, das zum Eingang IN der Startschaltung 1140 rückgekoppelt wird. Nach der Eingabe dieses Impulses des Zwischenspeichersignals (LD) geht der Pegel des Zwischenspeichersignals (LD) wieder auf "L" über, sodass die Startschaltung 1140 in der in 20 dargestellten Weise dahingehend ausgestaltet ist, dass am Ausgang (OUT) ein Signal hohen Pegels "H" abgegeben wird. Dieses Signal hohen Pegels "H" wird dem Eingang (IN) des Schieberegisters (S/R0) zugeführt. Wenn somit das Zwischenspeichersignal (LD) den niedrigen Pegel aufweist (d.h., dem Kontaktelement 1103 kein Signal zugeführt wird), befindet sich das Ausgangssignal der Startschaltung 1140 konstant auf dem hohen Pegel "H".
  • Wenn sodann in der in 22 veranschaulichten Weise die Impulse des Taktsignals (DCLK) über das Kontaktelement 1101 eingegeben werden, wird das in dem Schieberegister festgehaltene Signal mit dem hohen Pegel "H" aufeinanderfolgend zu den nachfolgenden Schieberegistern verschoben.
  • Durch Aufrechterhaltung des Ausgangssignals mit dem hohen Pegel "H" der Startschaltung 1140 wird dieses Signal mit dem hohen Pegel "H" in sämtlichen Schieberegistern (S/R0 bis S/R9) gespeichert. Das von dem Schieberegister (S/R0) abgegebene Ausgangssignal wird daher zum Eingang (IN) der Startschaltung 1140 derart rückgekoppelt, dass das in dem Schieberegister (S/R0) gespeicherte Signal mit dem hohen Pegel "H" (d.h., 1-Bit-Daten) aufeinanderfolgend zu den folgenden Schieberegistern (S/R1, S/R2, ...) übertragen wird, sodass über den Eingang (IN) der Startschaltung 1140 ein Signal mit dem hohen Pegel "H" eingegeben wird. Das dem Eingang LD zugeführte Zwischenspeichersignal (LD) befindet sich dagegen konstant auf dem niedrigen Pegel "L", sodass der Signalpegel am Ausgang (OUT) der Startschaltung 1140 auf dem niedrigen Pegel "L" festgehalten wird.
  • Wie in 22 veranschaulicht ist, wird somit das Signal mit dem hohen Pegel "H" (d.h., die 1-Bit-Daten) aufeinanderfolgend über die Schieberegister (S/R0 bis S/R9) verschoben. Wie vorstehend beschrieben, sind die Ausgänge der Schieberegister (S/R0 bis S/R9) mit jeweils zugehörigen Festspeichern ROM verbunden. Nur wenn das Ausgangssignal eines der Schieberegister (S/R0 bis S/R9) den hohen Pegel "H" aufweist, geht der zugehörige Festspeicher ROM in einen Lesezustand über, bei dem die in seiner Speichereinrichtung gespeicherten Daten (H/L-Daten) über den Ausgang (OUT) abgegeben werden. Auf diese Weise werden die über die jeweiligen Ausgänge (OUT) abgegebenen ROM-Daten dem 10 Eingänge aufweisenden ODER-Glied 1139 zugeführt.
  • Da die Daten von einem der Festspeicher ROM nur dann abgegeben werden, wenn das Ausgangssignal des zugehörigen Schieberegisters (S/R0 bis S/R9) den hohen Pegel "H" aufweist, werden die Daten von den Festspeichern ROM aufeinanderfolgend in der in 22 veranschaulichten Weise abgegeben.
  • Da weiterhin die Ausgänge der Schieberegister (S/R0 bis S/R3) mit den Eingabeknotenpunkten 1116 bis 1119 des A/D-Umsetzers zur Eingabe der Bezugsspannungs-Umschaltsignale verbunden sind, werden in Abhängigkeit von dem zugeführten Taktsignal (DCLK) digitale Daten abgegeben.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das für die ROM-Datenlesesteuerung verwendete Signal auch für die Heizelement-Ansteuerung verwendet werden, wobei die Digitaldaten wie die Information bezüglich der Druckkopf-Innentemperatur unter Verwendung des Übertragungstaktsignals (DCLK) für das Bildsignal (DATA) ausgegeben werden. Hierdurch lässt sich die Anzahl der dem Druckkopf zugeführten Steuersignale verringern, was wiederum eine Verringerung der Anzahl der an dem Substrat des Druckkopfes vorgesehenen Ein-/Ausgabe-Kontaktelemente ermöglicht.
  • Diese Anordnung, durch die eine Verringerung des Substratbereiches des Druckkopfes und eine Vereinfachung des Substrats erzielbar sind, trägt somit zu einer Verkleinerung der Vorrichtung und damit zu einer Kostensenkung bei. Außerdem führt die Verringerung der Anzahl von Kontaktelementen zu einer Verringerung der Anzahl von Verbindungsleitungen mit externen Kontakten, wodurch sich eine weitere Kostenersparnis ergibt. Die mit der Verringerung der Anzahl von Kontaktelementen einhergehende Verringerung der Anzahl von Steuersignalleitungen führt darüber hinaus zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung und ermöglicht ebenfalls eine Kostensenkung.
  • Wie in 22 veranschaulicht ist, entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel die Ausgabefrequenz des von dem A/D-Umsetzer abgegebenen Digitalsignals der Ausgabefrequenz der ROM-Daten. Bei einer nachstehend beschriebenen Modifikation ist die Ausgabefrequenz des Digitalsignals jedoch niedriger als die Ausgabefrequenz der ROM-Daten.
  • Die 23A bis 23D zeigen Schaltbilder, die den Aufbau des in dem Druckkopf IJH gemäß dieser Modifikation angeordneten Substrats veranschaulichen. Da in den 23A bis 23C Substratelemente des Druckkopfes und Signale, die den Ausführungsbeispielen gemäß den 16A bis 16C und 12A bis 12C entsprechen, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, erübrigt sich eine erneute Beschreibung dieser Elemente und Signale. Nachstehend wird daher auf die kennzeichnenden Elemente dieser Modifikation und deren Wirkungsweise unter Hervorhebung des zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bestehenden Unterschieds näher eingegangen. 23A zeigt hierbei die Heizelement-Ansteuerschaltung, die der Heizelement-Ansteuerschaltung gemäß 16A entspricht, während 23B die ROM-Datenausgabeschaltung veranschaulicht, die der ROM-Datenausgabeschaltung gemäß 16B entspricht. 23C zeigt den A/D-Umsetzer, der dem A/D-Umsetzer gemäß 16C entspricht.
  • Wie aus einem Vergleich der 23A bis 23C mit den 16A bis 16C ersichtlich ist, umfasst das Substrat gemäß dieser Modifikation einen zwischen der ROM-Datenausgabeschaltung und dem A/D-Umsetzer angeordneten Taktfrequenz-Umschaltkreis (23D).
  • Nachstehend wird auf den Aufbau und die Wirkungsweise dieses Taktfrequenz-Umschaltkreises unter Bezugnahme auf 23D und das Steuerdiagramm gemäß 22 näher eingegangen.
  • Wie in 23D veranschaulicht ist, werden bei dem Taktfrequenz-Umschaltkreis die Ausgangssignale von 4 Paaren von Schieberegistern ((S/R0 und S/R1), (S/R2 und S/R3), (S/R4 und S/R5) und (S/R6 und S/R7)) 4 ODER-Gliedern 1260 bis 1363 derart zugeführt, dass die Frequenz des von den Schieberegistern abgegebenen Ausgangssignals in Synchronisation mit dem Taktsignal (DCLK) halbiert wird. Die Ausgänge der ODER-Glieder sind mit den Eingangsknotenpunkten 1116 bis 1119 für die Bezugsspannungs-Umschaltsignale verbunden, sodass in ähnlicher Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel das eingegebene Analogsignal (ALG) in Abhängigkeit von einer gewählten Bezugsspannung in Digitaldaten umgesetzt und sodann über das Kontaktelement 1137 ausgegeben wird.
  • Bei diesem modifizierten Aufbau erfolgt die A/D-Umsetzung bei verringerter Operationsgeschwindigkeit des Vergleichers 1135. Im allgemeinen vergrößert sich bei einer Anhebung der Vergleicher-Schaltgeschwindigkeit bzw. Operationsfrequenz auch der elektrische Stromverbrauch der Schaltungsanordnung. Zur Aufrechterhaltung eines normalen Betriebszustands des Druckkopfes ist es daher zweckmäßig, die mit einem höheren elektrischen Stromverbrauch einhergehende Wärmeerzeugung der Schaltungsanordnung möglichst niedrig zu halten.
  • Bei dieser Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels wird daher die Vergleicher-Schaltgeschwindigkeit zur Kontrolle des Temperaturanstiegs des Substrats verringert, um einen exzellenten Betrieb des Druckkopfes zu gewährleisten.
  • Die Vergleicher-Schaltgeschwindigkeit kann im übrigen weiter verringert werden, indem die Anzahl der Schieberegister-Ausgangssignale vergrößert wird, die in ein ODER-Glied oder in zwei oder mehr ODER-Glieder eingegeben werden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkopfes näher beschrieben.
  • 24 zeigt ein Blockschaltbild der elektrischen Verbindungen zwischen dem Druckkopf dieses Ausführungsbeispiels und einer Druckkopf- Steuereinrichtung 9100 des Druckvorrichtungs-Hauptgerätes. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind nur die die Datenübertragung betreffenden Signale dargestellt.
  • In 24 bezeichnet die Bezugszahl 9000 ein Halbleitersubstrat (Platine), das einen Teil des Druckkopfes zur Steuerung des Tintenausstoßes in Bezug auf eine Farbe bildet. Die Bezugszahl 9001 bezeichnet ein Schieberegister, das eine Zwischenspeicherung von über die Steuereinrichtung 9100 durch ein Druckdatensignal HDATA, ein Übertragungstaktsignal HCLK und ein Zwischenspeichersignal BG zugeführten Daten vornimmt und diese Daten einer Ansteuerlogikschaltung 9002 zuführt.
  • Die Ansteuerlogikschaltung 9002 steuert in Abhängigkeit von den über das Schieberegister 9001 erhaltenen Daten in Düsen 9003 angeordnete elektrothermische Wandler (Heizelemente) zum Ausstoßen von Tinte an. Die Bezugszahl 9004 bezeichnet einen Temperaturdetektor, dessen analoges Ausgangssignal sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Halbleitersubstats 9000 ändert. Die Bezugszahl 9005 bezeichnet einen Vergleicher, der aufeinanderfolgend eine von mehreren Bezugsspannungen auswählt, die ausgewählte Bezugsspannung mit dem Ausgangssignal des Temperaturdetektors 9004 vergleicht und das Vergleichsergebnis in Form eines Signals T0 mit der digitalen Information "1" oder "0" abgibt.
  • Die Bezugszahl 9006 bezeichnet einen Festspeicher mit Sicherungsbrücken (FROM), der einen Speicher zur Speicherung von den Druckkopf betreffenden Informationen darstellt. In diesem FROM-Speicher sind aus mehreren Bits bestehende und durch Abschmelzen von Widerstands- Sicherungsbrücken eingeschriebene Informationen vorgespeichert, die eine Identifikation (ID) und/oder eine Rangstufe angeben. Durch aufeinanderfolgende Änderung eines Hinweisadressenwertes bzw. Pointerwertes wird dann die gespeicherte Information in Form eines Bits als Signal S0 ausgegeben.
  • Der Speicher ist jedoch nicht auf diesen FROM-Speicher beschränkt, sondern als nichtflüchtiger Speicher können auch andere Speicher wie ein EPROM-Speicher und ein EEPROM-Speicher Verwendung finden.
  • 25 zeigt ein Steuerdiagramm, das die Signalverläufe der HDATA-, HCLK- und BG-Signale bei der Druckdatenübertragung veranschaulicht. Bei diesem Beispiel werden 16 Bits umfassende Druckdaten "f0cah" (1111000011001010B) übertragen.
  • Bei jeder Anstiegsflanke des HCLK-Signals wird der Zustand des HDATA-Signals (1-Bit-Daten des Wertes "1" oder "0") in das Schieberegister 9001 eingegeben, wobei die Druckkopf-Steuereinrichtung 9100 gleichzeitig die nächsten Bitdaten als HDATA-Signale auswählt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis 16 Bits umfassende Daten in das Schieberegister 9001 eingegeben worden sind. Sodann geht das BG-Signal auf den niedrigen Wert "L" über, wobei bei dem Anstieg der nächsten Anstiegsflanke des BG-Signals auf den Wert "H" die 16-Bit-Daten von dem Schieberegister 9001 zwischengespeichert werden.
  • 26 zeigt ein Ablaufdiagramm, das den Vorgang der Bezugsspannungswahl bei dem Vergleicher 9005 veranschaulicht. Zunächst wird festgestellt, ob der Wert des Signals BG "1" beträgt oder nicht (Schritt S931). Wenn das BG-Signal den Wert "1" aufweist, wird die Bezugsspannung auf einen Anfangszustandspegel "1" zurückgestellt (Schritt S932). Wenn dagegen im Schritt S931 festgestellt wird, dass das Signal BG den Wert "0" aufweist, wird ermittelt, ob die Anstiegsflanke des Signals HCLK erfasst worden ist oder nicht (Schritt S933). Wenn die Anstiegsflanke des Signals HCLK erfasst worden ist, erfolgt eine Inkrementierung des Bezugsspannungspegels (Schritt S934), woraufhin der Ablauf zum Schritt S931 zurückkehrt.
  • In einem Zustand, bei dem das Signal BG den Wert "0" aufweist, wird somit bei jeder Erfassung der Anstiegsflanke des Signals HCLK der Bezugsspannungspegel inkrementiert. Die die Temperatur des Halbleitersubstrats 9000 des Druckkopfes betreffende Information kann somit aus der Anzahl der Anstiegsflanken (der Anzahl der Impulse) des Signals HCLK vom Übergang des Signals BG auf den Wert "1" bis zu dem Zeitpunkt der Änderung des Ausgangssignals T0 des Vergleichers 9005 erhalten werden.
  • 27 zeigt ein Ablaufdiagramm, das den Vorgang der Pointer- bzw. Hinweisadressenänderung in dem FROM-Speicher 9006 veranschaulicht. Zunächst wird ermittelt, ob das Signal BG den Wert "1" aufweist oder nicht (Schritt S941). Wenn das Signal BG den Wert "1" aufweist, wird ein Hinweisadressenwert bzw. Pointerwert auf einen Anfangszustandswert "1" zurückgestellt (Schritt S942). Wenn dagegen im Schritt S941 festgestellt wird, dass das Signal BG den Wert "0" aufweist, wird ermittelt, ob die Anstiegsflanke des Signals HCLK erfasst worden ist oder nicht (Schritt S943). Wenn die Anstiegsflanke des Signals HCLK erfasst worden ist, wird der Hinweisadressenwert bzw.
  • Pointerwert inkrementiert (Schritt S944), woraufhin der Ablauf zum Schritt S931 zurückkehrt.
  • In einem Zustand, bei dem das Signal BG den Wert "0" aufweist, wird somit der Hinweisadressenwert bzw. Pointerwert bei jeder Erfassung der Anstiegsflanke des Signals HCLK inkrementiert, wobei ein 1 Bit umfassender Datenwert in Form des Signals S0 von dem Festspeicher FROM 9006 abgegeben wird. Auf diese Weise erfolgt eine serielle Ausgabe einer mehrere Bits umfassenden Information, die eine Identifikation und/oder eine Rangstufe des Druckkopfes angibt.
  • 28 zeigt ein Steuerdiagramm, das den Verlauf verschiedener Signale bei der gleichzeitig durchgeführten Druckdatenübermittlung zu dem Druckkopf und von dem Druckkopf veranschaulicht. Die hierbei übermittelten Druckdaten sind die gleichen wie im Falle der Druckdatenübermittlung gemäß 25.
  • Anders als bei dem in 25 veranschaulichten Fall, bei dem nur die Druckdaten übertragen werden, weist in diesem Falle das Signal BG während der Druckdatenübertragung den Wert "0" auf. Auf diese Weise können bei der Druckdatenübertragung gleichzeitig auch Informationen bezüglich der Druckkopftemperatur sowie Informationen bezüglich der Identifikation und/oder der Rangstufe von dem Halbleitersubstrat 9000 des Druckkopfes abgegeben werden. Wenn die Anstiegsflanke des Signals BG zur Zwischenspeicherung der übertragenen Druckdaten erfasst worden ist, werden die Signale T0 und S0 auf ihre Anfangswerte zurückgestellt.
  • Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei den dem Druckkopf zugeführten Druckdaten um 16-Bit-Daten, wobei die vom Druckkopf in Form der Signale S0 und T0 übertragenen Informationen ebenfalls aus 16-Bit-Daten bestehen. Wenn es sich bei den Druckdaten um 32-Bit-Daten handelt, bestehen auch die vom Druckkopf übertragenen Informationen aus 32-Bit-Daten. Wenn die vom Druckkopf übertragene Informationsmenge kleiner als die Anzahl der Bits der Druckdaten ist, kann auch eine entsprechende Steuerung wie eine Verzögerung der Anstiegsflanken des Signals BG erfolgen.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend wird ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckkopfes näher beschrieben.
  • 32 zeigt ein Blockschaltbild einer auf dem Substrat des Druckkopfes ausgebildeten Schaltungsanordnung zur Übertragung erfasster Temperaturdaten in den Außenbereich in Synchronisation mit eingegebenen Druckdaten.
  • Gemäß 32 werden Druckdaten (SD) als mit einem Verschiebungstaktsignal (CK) synchronisierte serielle Daten in ein Schieberegister (SR) 2101 eingegeben und dort zeitweilig gespeichert. Außerdem werden die gespeicherten Druckdaten von einer Zwischenspeicherschaltung (LT) 2102 zwischengespeichert. Sodann wird ein Heizelement (HT) 2103 auf der Basis der zwischengespeicherten Druckdaten erregt und aufgeheizt.
  • Außerdem wird das Verschiebungstaktsignal (CK) einem Umschaltkreis (SW) 2105 zugeführt, durch den ein einen auf dem Substrat angeordneten Temperaturdetektor bildender Bezugsspannungsgenerator (RF) 2104 gesteuert wird, wobei das Signal zur Veränderung der Bezugsspannung um jeweils einen Takt dient. Sodann vergleicht ein Vergleicher (CP) 2106 die Bezugsspannung mit der Ausgangsspannung eines im Bereich der Heizeinrichtung (HT) angeordneten Temperatursensors (DT) 2107, wobei das Ergebnis dieses Vergleichs in Form von Digitaldaten des Wertes "0" oder "1" aus dem Substrat herausgeführt wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist diese Temperaturerfassung, bei der die Temperaturinformation sofort in Digitalwerte umgesetzt und in Form einer digitalen Information übertragen wird, in Bezug auf Störungen bei den Leiterbahnen zwischen dem Druckkopf und der den Druckkopf tragenden Druckvorrichtung weitgehend unempfindlich. Außerdem kann ein in Bezug auf den Druckkopf externer A/D-Umsetzer oder eine andere derartige Schaltung entfallen. Darüber hinaus kann die Übertragung der Druckdaten und die Ermittlung der Temperaturdaten gleichzeitig erfolgen, da bei der Informationsermittlung kein Zeitverlust auftritt.
  • 29 zeigt eine schematische Darstellung einer verbesserten Ausführungsform des Ausführungsbeispiels gemäß 32, die. auf dem Substrat (der Platine) des Druckkopfes IJH ausgebildet ist.
  • In 29 bezeichnen die Bezugszahl 2001 ein Substrat, die Bezugszahl 2002 zwei Heizelementanordnungen zur Erwärmung von Tinte, die Bezugszahl 2003 eine Logikschaltung mit einem Schieberegister und einer Zwischenspeicherschaltung, die Bezugszahl 2004 eine Kontaktelementanordnung, die bei der Anbringung des Druckkopfes IJH an dem Druckwagen HC in Druckkontakt mit Kontakten an dem Druckwagen HC der Druckvorrichtung gebracht wird, und die Bezugszahl 2005 eine Temperatur- Detektionsschaltung mit einem Sensor zur Erfassung der Temperatur des Substrats.
  • 30 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung von in das Substrat des Druckkopfes eingebauten Schaltungsanordnungen. 31 zeigt ein Steuerdiagramm des zeitlichen Verlaufs von verschiedenen Signalen, die von den Schaltungsanordnungen gemäß 30 verarbeitet werden. Da in 30 Elemente und Signale, die dem Ausführungsbeispiel gemäß 32 entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind, erübrigt sich eine erneute Beschreibung dieser Elemente und Signale. Für einen Vergleich mit 32 zeigt 31 außerdem ein Signal (TMP), das die von der Schaltungsanordnung gemäß 32 abgegebene Information bezüglich der erfassten Temperatur enthält.
  • Im Vergleich zu der Schaltungsanordnung gemäß 32 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 30 zusätzlich ein Frequenzteiler (DV) 2000 vorgesehen, durch den die Frequenz des Verschiebungstaktsignals (CK) zur Bildung eines Taktsignals (CK_DV) geteilt wird, bevor das Verschiebungstaktsignal dem Bezugsspannungs-Umschaltkreis (SW) 2105 zugeführt wird.
  • Wenn bei dieser Anordnung in der in 31 veranschaulichten Weise das Verschiebungstaktsignal (CK) eingegeben wird, teilt der Frequenzteiler 2000 die Frequenz des Verschiebungstaktsignals durch den Faktor 2 und gibt ein Taktsignal (CK_DV) mit der halben Frequenz ab. Der Bezugsspannungs-Umschaltkreis (SW) 2105 nimmt sodann einen Umschaltvorgang zur Veränderung der Bezugsspannung in Abhängigkeit von dem Taktsignal (CK_DV) mit der halben Frequenz vor. Durch diese Anordnung wird somit die Operationsgeschwindigkeit des Vergleichers (CP) 2106 für den Vergleich des Ausgangssignals des Temperatursensors mit der Bezugsspannung auf die Hälfte herabgesetzt.
  • Wie in 31 veranschaulicht ist, wird somit ein Signal (TMP_SLOW), das die von dem Vergleicher (CP) 2106 abgegebene Information bezüglich der erfassten Temperatur enthält, in Form von Signalen TS1, TS2, ... im Rahmen von zwei Taktsignalen des ursprünglichen Verschiebungstaktsignals (CK) abgegeben. Hierbei kann die die erfasste Temperatur betreffende Information mit der halben Eingabegeschwindigkeit der Druckdaten erhalten werden. Diese Geschwindigkeit entspricht somit der halben Übertragungsgeschwindigkeit des üblichen Signals (TMP), mit dem die Information bezüglich der erfassten Temperatur angegeben wird.
  • Andererseits werden jedoch die Druckdaten (SD) in Form der Daten D1, D2, D3, ... mit der Frequenz des Verschiebungstaktsignals (CK) in das Schieberegister (SR) 2101 eingegeben.
  • Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Temperaturinformationen mit der halben Eingabegeschwindigkeit der Druckdaten erhalten werden können, ist auch bei einer Verdoppelung der Eingabegeschwindigkeit der Druckdaten noch die Möglichkeit gegeben, dass die Temperaturinformationen mit einer der üblichen Geschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit erhalten werden können. Auf diese Weise lässt sich durch Steigerung der Druckdaten-Eingabegeschwindigkeit ein Hochgeschwindigkeitsdrucken erzielen, während die analogen Schaltungsanordnungen wie der Vergleicher und der Umschaltkreis mit einer der üblichen Geschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit betätigt werden können. Bei dieser Anordnung ergibt sich somit kein höherer elektrischer Stromverbrauch der analogen Schaltungsanordnungen. Außerdem ist es nicht erforderlich, die Operationsgeschwindigkeit der analogen Schaltungsanordnungen zu vergrößern.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Frequenz des eingegebenen Verschiebungstaktsignals zwar durch den Faktor 2 geteilt, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Frequenzteilung beschränkt, sondern der Frequenzteiler kann auch z.B. ein Taktsignal mit 1/3 oder 1/4 der Frequenz des eingegebenen Verschiebungstaktsignals erzeugen.
  • Die vorstehend beschriebenen vier Ausführungsbeispiele können unabhängig voneinander Verwendung finden, jedoch kann auch eine Kombination dieser Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen werden. So können z.B. die A/D-Umsetzer bei dem zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel jeweils auf dem gleichen Substrat (der gleichen Platine) wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels zusammen mit den thermischen Wandlerelementen (Heizelementen) zur Erzeugung von Wärmeenergie, der Ansteuerschaltung zur Ansteuerung der thermischen Wandlerelemente und einem Sensor zur Erfassung der Substrattemperatur im Rahmen des gleichen Halbleiter-Herstellungsverfahrens ausgebildet werden. Außerdem können die zum Auslesen der Informationen aus dem Speicher bei dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel verwendeten Taktsignale auch jeweils durch Teilung des zur Eingabe der Druckdaten verwendeten Taktsignals in der in Verbindung mit dem vierten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise erhalten werden.
  • Jedes der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele bezieht sich auf einen Drucker in Form eines Tintenstrahldruckers, der eine zur Erzeugung von Wärmeenergie zur Herbeiführung eines Tintenausstoßes dienende Einrichtung (wie z.B. einen elektrothermischen Wandler, einen Laserstrahl-Generator und dergleichen) aufweist, die eine Zustandsänderung der Tinte durch die erzeugte Wärmeenergie herbeiführt. Durch Verwendung eines solchen Tintenstrahldruckers und Druckverfahrens lässt sich ein sehr genauer Druckvorgang mit hoher Aufzeichnungsdichte erzielen.
  • Als typische Ausführung und typisches Prinzip eines solchen Tintenstrahl-Drucksystems ist hierbei vorzugsweise ein System einzusetzen, dessen grundlegendes Prinzip z.B. aus den US-Patentschriften 4 723 129 und 4 740 796 bekannt ist. Ein solches System ist sowohl im Rahmen eines bedarfsabhängigen Bereitschaftsbetriebs als auch im Rahmen eines kontinuierlichen Betriebs verwendbar. Das System ist jedoch insbesonders im Falle des bedarfsabhängigen Bereitschaftsbetriebs sehr wirksam, da durch Anlegen zumindest eines einer Druckinformation entsprechenden und zu einem den Siedepunkt überschreitenden schnellen Temperaturanstieg führenden Treiber- oder Ansteuersignals an einen jeweiligen elektrothermischen Wandler einer Vielzahl von entsprechend einem Blatt oder entsprechend von Flüssigkeit (Tinte) enthaltenden Flüssigkeitskanälen angeordneten elektrothermischen Wandlern dann von dem jeweiligen elektrothermischen Wandler Wärmeenergie zur Erzielung eines Siedeeffektes an der Heizfläche des Druckkopfes erzeugt wird, sodass in der Flüssigkeit (Tinte) in jeweiliger Abhängigkeit von dem Treiber- bzw. Ansteuersignal eine Dampf- oder Gasblase ausgebildet werden kann. Durch den auf Grund der Ausdehnung und Schrumpfung dieser Dampf- oder Gasblase hervorgerufenen Ausstoß der Flüssigkeit (Tinte) über eine Ausstoßöffnung wird zumindest ein Tröpfchen gebildet. Wenn das Treiber- bzw. Ansteuersignal in Form eines Impulssignals angelegt wird, lässt sich ein sofortiger und gleichmäßiger Ausdehnungs- und Schrumpfvorgang der Dampf- oder Gasblase und damit ein Flüssigkeitsausstoß (Tintenausstoß) mit besonders hoher Ansprechempfindlichkeit erzielen.
  • In Bezug auf ein solches Impuls-Ansteuersignal sind Signale geeignet, wie sie aus den US-Patentschriften 4 463 359 und 4 345 262 bekannt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass sich ausgezeichnete Druckergebnisse unter Verwendung der in der US-Patentschrift 4 313 124 beschriebenen Bedingungen erzielen lassen, die sich auf die Temperaturanstiegsrate der wärmewirksamen Heizoberfläche beziehen.
  • 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 (linearen Flüssigkeitskanälen oder rechtwinkligen Flüssigkeitskanälen) auch eine aus den US-Patentschriften 4 558 333 und 4 459 600 bekannte Anordnung im Rahmen der Erfindung Verwendung finden, bei der der wärmewirksame Heizabschnitt in einem gewundenen Bereich angeordnet ist. Außerdem kann die Erfindung auch eine sehr effektive Anwendung bei einer aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 59-123 670 bekannten Anordnung finden, bei der ein einer Vielzahl von elektrothermischen Wandlern gemeinsam zugeordneter Schlitz als Ausstoßbereich für die elektrothermischen Wandler dient, oder bei einer aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 59-138 461 bekannten Anordnung, bei der eine Öffnung zum Absorbieren einer Druckwelle der Wärmeenergie in einem Ausstoßbereich vorgesehen ist.
  • Weiterhin kann als Vollzeilen-Druckkopf mit einer der Breite des vom Drucker ausdruckbaren Maximalformats eines Druckmaterials entsprechenden Länge entweder eine Anordnung, bei der die Vollzeilenlänge in der vorstehend beschriebenen Weise durch Kombination einer Anzahl von Druckköpfen erreicht wird, oder eine Anordnung in Betracht gezogen werden, bei der ein durch integrierte Ausbildung von Druckköpfen erhaltener einzelner Druckkopf Verwendung findet.
  • Darüber hinaus kann im Rahmen der Erfindung nicht nur der in Verbindung mit den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebene Druckkopf in Form eines austauschbaren Chips, der mit einer Geräte-Haupteinheit elektrisch verbunden und nach seiner Anbringung an der Geräte-Haupteinheit von dieser mit Tinte versorgt werden kann, sondern auch ein Druckkopf des Kartuschen- bzw. Patronentyps Verwendung finden, bei dem ein Tintenbehälter in den Druckkopf selbst integriert ist.
  • Zur Erzielung eines stabileren Druckvorgangs sollte die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Druckvorrichtung darüber hinaus vorzugsweise mit einer Druckkopf-Regeneriereinrichtung sowie bestimmten vorbereitenden Zusatzeinrichtungen und dergleichen versehen sein. Diesbezügliche Ausführungsbeispiele stellen eine Druckkopf-Abdeckeinrichtung, eine Reinigungseinrichtung, eine Druckbeaufschlagungs- oder Absaugeinrichtung sowie eine Vorheizeinrichtung unter Verwendung elektrothermischer Wandler, eines anderen Heizelements oder einer Kombination der elektrothermischen Wandler und des Heizelements dar. Außerdem kann ein Vorausstoßbetrieb zur Durchführung eines Tintenausstoßes unabhängig von dem eigentlichen Druckvorgang vorgesehen werden, der maßgeblich zur Erzielung eines stabilen Druckvorgangs beiträgt.
  • In Bezug auf den Druckbetrieb des Druckkopfes kann nicht nur ein unter Verwendung lediglich einer Primärfarbe wie Schwarz oder dergleichen erfolgender Druckbetrieb, sondern auch ein unter Verwendung mehrerer verschiedener Farben erfolgender Mehrfarben-Druckbetrieb und/oder ein durch Farbmischung erzielter Vollfarben-Druckbetrieb bei einem Drucker in Betracht gezogen werden, indem entweder ein integrierter Druckkopf oder eine Kombination aus mehreren Druckköpfen Verwendung findet.
  • Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung davon ausgegangen worden ist, dass die Tinte in Form einer Flüssigkeit vorliegt, kann im Rahmen der Erfindung alternativ jedoch auch eine Tinte Verwendung finden, die sich bei einer unter der Raumtemperatur liegenden Temperatur verfestigt und bei Raumtemperatur erweicht oder verflüssigt, oder eine Tinte, die sich beim Anlegen eines Drucksignals verflüssigt, da üblicherweise in einem Tintenstrahlsystem eine Temperatursteuerung der Tinte selbst in einem Bereich von 30°C bis 70°C dahingehend erfolgt, dass die Tintenviskosität in einem stabilen Ausstoßbereich liegt.
  • Hierbei kann die Verwendung einer im unbenutzten Zustand festen, sich jedoch bei Zuführung von Wärme verflüssigenden Tinte auch in Betracht gezogen werden, um einen Temperaturanstieg durch die erzeugte Wärmeenergie oder eine Verdampfung der Tinte zu verhindern, indem die Wärmeenergie auch dazu benutzt wird, um die Tinte aus dem festen Zustand in den flüssigen Zustand zu überführen. In jedem Falle ist im Rahmen der Erfindung eine Tinte verwendbar, die sich erst durch Zuführung von Wärmeenergie auf Grund eines Drucksignals verflüssigt und im flüssigen Zustand ausgestoßen wird, sowie eine Tinte, die sich bereits bei Erreichen eines Druckmaterials oder dergleichen zu verfestigen beginnt. Solche Tintenarten können gegenüber den elektrothermischen Wandlern im 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.
  • Der erfindungsgemäße Tintenstrahldrucker kann in Form eines Kopiergerätes in Verbindung mit einem Lesegerät und dergleichen oder in Form eines Faksimilegerätes mit einer Sende-/Empfangsfunktion sowie darüber hinaus als Bildausgabeeinheit eines Informationsverarbeitungsgerätes wie eines Computers Verwendung finden.
  • Da viele, scheinbar unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung ohne Abweichung von den. durch die Patentansprüche gegebenen Schutzumfang in Betracht gezogen werden können, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch die Patentansprüche definiert ist.

Claims (34)

  1. Druckkopf, mit einem Substrat (101), das einen elektrothermischen Wandler (102, 103) zur Erzeugung von Wärmeenergie zum Ausstoßen von Tinte, eine Ansteuereinrichtung (104, 105) zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers und einen Sensor (120) zur Erzeugung eines einen Zustand des Substrats angebenden Analogsignals trägt, und einem Analog-Digital-Umsetzer (130) zur Umsetzung des Analogsignals des Sensors (120) in einen Digitalwert, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (101) auch den Analog-Digital-Umsetzer (130, 301) trägt.
  2. Druckkopf nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuereinrichtung (104, 105) einen Leistungstransistor (104) zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers (102, 103), ein Schieberegister (105) zur temporären Speicherung von Druckdaten für die Ansteuerung des Leistungstransistors (104), und eine Zwischenspeicherschaltung (105) zur Zwischenspeicherung der in dem Schieberegister gespeicherten Druckdaten aufweist.
  3. Druckkopf nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuereinrichtung (104, 105) einen Leistungstransistor (104) zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers (102, 103) aufweist und der Zustand des Substrats die Temperatur des Substrats (101) und/oder den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers (102, 103) und/oder den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors (104) umfasst.
  4. Druckkopf nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuereinrichtung (104, 105) einen Leistungstransistor (104) zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers (102, 103) aufweist und der Sensor (120) eine pn-Flächendiode (201) mit einer bekannten Temperaturcharakteristik zur Erfassung der Temperatur des Substrats und/oder einen durch das gleiche Herstellungsverfahren wie im Falle des elektrothermischen Wandlers ausgebildeten Widerstand (202) aus dem gleichen Material wie der elektrothermische Wandler zur Erfassung des Widerstandswertes des elektrothermischen Wandlers und/oder einen durch das gleiche Herstellungsverfahren wie im Falle des Leistungstransistors ausgebildeten Transistor (203) des gleichen Leitungstyps wie der Leistungstransistor zur Erfassung des Einschaltwiderstandswertes des Leistungstransistors umfasst.
  5. Druckkopf nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem das Substrat (101) auch einen nichtflüchtigen Speicher (302) zur Speicherung einer den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers (102, 103) angebenden digitalen Information und/oder einer den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors (104) angebenden digitalen Information trägt.
  6. Druckkopf nach Anspruch 5, bei dem der nichtflüchtige Speicher (302) einen EPROM-Speicher und/oder einen EEPROM-Speicher und/oder einen Festspeicher mit Sicherungsbrücken (FROM) umfasst.
  7. Druckkopf nach Anspruch 5 oder 6, bei dem in dem nichtflüchtigen Speicher (302) werksseitig digitale Messinformationen gespeichert sind, die den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers (102, 103) und den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors (104) angeben.
  8. Druckkopfsubstrat, mit einem elektrothermischen Wandler (102, 103) zur Erzeugung von Wärmeenergie zum Ausstoßen von Tinte, einer Ansteuereinrichtung (104, 105) zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers, und einem Sensor (120) zur Erzeugung eines einen Zustand des Substrats angebenden Analogsignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat auch einen Analog-Digital-Umsetzer (130) zur Umsetzung des Analogsignals des Sensors (120) in einen Digitalwert trägt.
  9. Druckkopfsubstrat nach Anspruch 8, bei dem die Ansteuereinrichtung (104, 105) einen Leistungstransistor (104) zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers (102, 103), ein Schieberegister (105) zur temporären Speicherung von Druckdaten für die Ansteuerung des Leistungstransistors (104), und eine Zwischenspeicherschaltung (105) zur Zwischenspeicherung der in dem Schieberegister gespeicherten Druckdaten aufweist.
  10. Druckkopfsubstrat nach Anspruch 8, bei dem die Ansteuereinrichtung (104, 105) einen Leistungstransistor (104) zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers (102, 103) aufweist und der Zustand des Substrats die Temperatur des Substrats (101) und/oder den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers (102, 103) und/oder den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors (104) umfasst.
  11. Druckkopfsubstrat nach Anspruch 8, bei dem die Ansteuereinrichtung (104, 105) einen Leistungstransistor (104) zur Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers (102, 103) aufweist und der Sensor (120) eine pn-Flächendiode (201) mit einer bekannten Temperaturcharakteristik zur Erfassung der Temperatur des Substrats und/oder einen durch das gleiche Herstellungsverfahren wie im Falle des elektrothermischen Wandlers ausgebildeten Widerstand (202) aus dem gleichen Material wie der elektrothermische Wandler zur Erfassung des Widerstandswertes des elektrothermischen Wandlers und/oder einen durch das gleiche Herstellungsverfahren wie im Falle des Leistungstransistors ausgebildeten Transistor (203) des gleichen Leitungstyps wie der Leistungstransistor zur Erfassung des Einschaltwiderstandswertes des Leistungstransistors umfasst.
  12. Druckkopfsubstrat nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem das Substrat (101) auch einen nichtflüchtigen Speicher (302) zur Speicherung einer den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers (102, 103) angebenden digitalen Information und einer den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors (104) angebenden digitalen Information trägt.
  13. Druckkopfsubstrat nach Anspruch 12, bei dem der nichtflüchtige Speicher (302) einen EPROM-Speicher und/oder einen EEPROM-Speicher und/oder einen Festspeicher mit Sicherungsbrücken (FROM) umfasst.
  14. Druckkopfsubstrat nach Anspruch 12 oder 13, bei dem in dem nichtflüchtigen Speicher (302) werksseitig digitale Messinformationen gespeichert sind, die den Widerstandswert des elektrothermischen Wandlers (102, 103) und den Einschaltwiderstandswert des Leistungstransistors (104) angeben.
  15. Druckkopf nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, mit einem Speicher (1114) zur Speicherung einer Druckcharakteristik einer Vielzahl von Druckelementen zum Ausstoßen von Tinte, einem Umsetzer (16C) zur Umsetzung eines Analogsignals (ALG) in ein Digitalsignal und Ausgabe der Zeit des Digitalsignals, und einer Leseeinrichtung zum Auslesen einer Druckcharakteristik aus dem Speicher (16B) unter Verwendung eines Taktsignals (DCLK) und eines Zwischenspeichersignals (LD) zur Eingabe eines Drucksignals, wobei der Umsetzer zur Ausgabe des Digitalsignals in Abhängigkeit von dem Taktsignal (DCLK) steuerbar ist.
  16. Druckkopf nach Anspruch 15, bei dem die Ansteuereinrichtung (16A) ein Schieberegister (1156) und eine Zwischenspeicherschaltung (1154) umfasst.
  17. Druckkopf nach Anspruch 16, bei dem die Ansteuereinrichtung (16A) ein erstes Eingabekontaktelement (1153) zur Aufnahme eines Heizimpulssignals für den elektrothermischen Wandler, ein zweites Eingabekontaktelement (1157) zur Aufnahme eines dem Schieberegister zuzuführenden Drucksignals, ein drittes Eingabekontaktelement (1101) zur Aufnahme des Taktsignals, und ein viertes Eingabekontaktelement (1103) zur Aufnahme eines der Zwischenspeicherschaltung (1154) zuzuführenden Zwischenspeichersignals umfasst.
  18. Druckkopf nach Anspruch 15, 16 oder 17, bei dem der Speicher (16B) eine Vielzahl von Festspeichern (1114'), und ein jeweiliges Schieberegister (1107') für jeden Festspeicher umfasst, wobei die Schieberegister (1107') zur Zuführung eines Lesesignals zu einem Festspeicher (1114') in Abhängigkeit von dem Taktsignal (DCLK) zur Herbeiführung einer seriellen Ausgabe der in der Vielzahl von Festspeichern (1114') gespeicherten Informationen steuerbar sind.
  19. Druckkopf nach Anspruch 18, bei dem der Umsetzer (16C) zur Erzeugung eines Schwellenwertsignals für die Analog-Digital-Umsetzung aus dem Lesesignal steuerbar ist.
  20. Druckkopf nach Anspruch 18 oder 19, bei dem der Umsetzer (23C) eine Reduzierschaltung (23D) zur Erzeugung eines herabgesetzten Frequenzsignals aus dem Lesesignal aufweist.
  21. Druckkopf nach Anspruch 20, bei dem der Umsetzer (23C) zur Durchführung einer Analog-Digital-Umsetzung des Analogsignals (ALG) in Abhängigkeit von dem herabgesetzten Frequenzsignal steuerbar ist.
  22. Druckkopf nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem der Sensor einen Temperatursensor zur Messung der Innentemperatur des Druckkopfes umfasst.
  23. Druckkopf (9000) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, mit einem nichtflüchtigen Speicher (9006) zur Speicherung von Informationen in Bezug auf den Zustand des Druckkopfes, wobei durch den Umsetzer unter Verwendung eines Taktsignals (HCLK) und eines Zwischenspeichersignals (BG) ein Drucksignal eingebbar ist, um während einer Eingabeperiode des Drucksignals in dem Speicher gespeicherte Informationen in einem seriellen Format auszugeben.
  24. Druckkopf nach Anspruch 23, bei dem eine Identifizierungsinformation des Druckkopfes in dem nichtflüchtigen Speicher (9006) gespeichert ist.
  25. Druckkopf nach zumindest einem der Ansprüche 23 und 24, bei dem der nichtflüchtige Speicher einen EPROM-Speicher und/oder einen EEPROM-Speicher und/oder einen Festspeicher mit Sicherungsbrücken (FROM) umfasst.
  26. Druckkopf nach zumindest einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem der Umsetzer in Synchronisation mit dem Taktsignal (HCLK) zur Durchführung einer bitweise erfolgenden Ausgabe der in dem Speicher (9006) gespeicherten Informationen steuerbar ist.
  27. Druckkopf nach zumindest einem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem die den Zustand des Druckkopfes angebende Information eine Information darstellt, die sich auf die Temperatur eines Bereichs bezieht, in dem der elektrothermische Wandler angeordnet ist.
  28. Druckkopf nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, mit einem Schieberegister (2101) zur Eingabe von Druckdaten in Abhängigkeit von einem ersten Taktfrequenzsignal, und einem Frequenzteiler (2000) zur Teilung der Frequenz des ersten Taktfrequenzsignals zur Erzeugung eines zweiten Taktfrequenzsignals (CK_DV), wobei der Sensor einen Temperaturdetektor (2104 bis 2107) zur Erfassung einer Innentemperatur des Druckkopfes aufweist und zur Abgabe eines die erfasste Temperatur angebenden Signals in Abhängigkeit von dem zweiten Taktfrequenzsignal (CK_DV) ansteuerbar ist.
  29. Druckkopf nach Anspruch 28, bei dem der Umsetzer einen Bezugsspannungsgenerator (2104) zur Erzeugung einer Bezugsspannung, einen Umschaltkreis (2105) zur Änderung der Bezugsspannung in Abhängigkeit von dem zweiten Taktfrequenzsignal, und einen Vergleicher (2106) zum Vergleichen der Ausgangsspannung des Temperatursensors mit der Bezugsspannung des Umschaltkreises und Ausgabe des Vergleichsergebnisses als ein die erfasste Temperatur angebendes Signal umfasst.
  30. Druckkopf nach Anspruch 28 oder 29, bei dem der Frequenzteiler (2000) zur Teilung der Frequenz des ersten Taktfrequenzsignals (CK) durch den Faktor Zwei steuerbar ist.
  31. Druckkopf nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 30, mit einer Zwischenspeicherschaltung (2102) zur Zwischenspeicherung von in dem Schieberegister (2101) gespeicherten Druckdaten.
  32. Druckvorrichtung, die einen Druckkopf gemäß zumindest einem der Patentansprüche 1 bis 7 und 15 bis 31 aufweist.
  33. Druckkopfpatrone, die einen Druckkopf gemäß zumindest einem der Patentansprüche 1 bis 7 und 15 bis 31 und einen dem Druckkopf zuzuführende Tinte enthaltenden Tintenbehälter umfasst.
  34. Druckvorrichtung, die einen Druckkopf gemäß zumindest einem der Patentansprüche 1 bis 7 und 15 bis 31 und außerdem eine Steuereinrichtung (140) zur Steuerung der Betätigung des Druckkopfes in Abhängigkeit von dem Digitalwert umfasst.
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