FR2711256A1

FR2711256A1 - Procédé et dispositif de commande d'un organe électronique en particulier une tête d'impression à jet d'encre piezo électrique.

Info

Publication number: FR2711256A1
Application number: FR9312113A
Authority: FR
Inventors: Bougeard Vincent; Lemoine Maurice
Original assignee: Matra Communication SA
Current assignee: Nortel Networks France SAS
Priority date: 1993-10-12
Filing date: 1993-10-12
Publication date: 1995-04-21
Anticipated expiration: 2013-10-12
Also published as: FR2711256B1

Abstract

Le dispositif de commande comporte un générateur de tension variable (13) relié à l'entrée d'un organe de commutation (5) ayant des sorties (6) reliées à des électrodes (4) d'un organe électronique (1), l'organe de commutation (5) ayant une entrée (11) reliée à un générateur de séquence de commutation (10) assurant une commande de l'organe de commutation pour fournir à chaque instant la tension variable de façon sélective à une partie des électrodes de commande.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un organe électronique comportant des électrodes de commande, en particulier une tête d'impression à jet d'encre piezo électrique.

On connaît des têtes d'impression à jet d'encre piezo électrique qui comportent des cellules dont les parois latérales sont réalisées en un matériau piezo électrique associé à des électrodes permettant de soumettre les parois à une différence de potentiel qui assure une déformation de la paroi et, par voie de conséquence, une déformation de la cavité permettant de provoquer l'éjection d'une goutte d'encre.

Pour assurer un fonctionnement correct de la tête d'impression il est nécessaire, lors d'un cycle d'impression, de soumettre les parois des cellules successivement à différentes tensions pendant un temps prédéterminé. Ces différentes tensions formant un cycle d'impression constituent une forme d'onde qui varie selon que la cellule est commandée pour réaliser l'impression d'un point ou au contraire ne pas imprimer de point en regard de la cellule considérée pour le cycle considéré.

Pour assurer la commande de la tête d'impression à jet d'encre piezo électrique, il est donc nécessaire d'envoyer successivement à chaque électrode la tension correspondante à la forme d'onde appropriée. Dans les dispositifs de commande existants, des sources de tension constantes à des niveaux de tension qui doivent être fournis aux électrodes des cellules, sont reliées à ces électrodes par une matrice de commutation dont les dimensions sont le nombre de niveaux de tension différents d'une part et le nombre d'électrodes à alimenter d'autre part. Sachant qu'il faut généralement trois niveaux de tension différents et qu'une tête d'impression comporte généralement plusieurs dizaines de cellules, on comprendra aisément que la matrice de commutation a des dimensions très importantes et suppose la mise en place d'un dispositif extrêmement complexe.

Selon l'invention, on propose un procédé de commande d'un organe électronique comportant des électrodes de commande reliées à un organe de commutation, ce procédé comportant les étapes de générer au moins une tension variable, de fournir cette tension variable à une entrée de l'organe de commutation, et d'assurer une commande de l'organe de commutation pour fournir à chaque instant la tension variable de façon sélective à une partie des électrodes de commande.

Ainsi, la commutation n'est plus effectuée selon une relation matricielle mais selon une relation linéaire simple, un commutateur associé à chaque électrode permettant de commander à chaque instant de façon appropriée la liaison de cette électrode avec l'entrée recevant la tension variable.

Selon un aspect de l'invention en relation avec un organe électronique dans lequel les électrodes sont alimentées par des formes d'onde de tension de commande complémentaires dans le temps ayant chacune un temps de cycle subdivisé en temps élémentaires, la tension variable est une combinaison des formes d'onde des tensions de commande.

Ainsi, la forme d'onde de tension de commande appropriée est fournie à chaque électrode en fournissant la tension variable de façon intermittente à cette électrode de sorte que la forme d'onde de tension de commande appropriée est obtenue en utilisant un organe de commutation existant habituellement utilisé pour la commande de têtes d'impression thermiques.

Selon l'invention, on propose également un dispositif de commande d'un organe électronique comportant des électrodes de commande, dans lequel les électrodes de commande sont reliées à un organe de commutation ayant au moins une entrée reliée à un générateur de tension variable et au moins une entrée reliée à un générateur de séquences de commutation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation et de mise en oeuvre particuliers non limitatifs de l'invention en relation avec les figures ci-jointes parmi lesquelles
- la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de commande selon l'invention,
- la figure 2 est un diagramme représentant une forme d'onde de tension de commande d'impression,
- la figure 3 est un diagramme représentant une forme d'onde de tension de commande de non impression,
- la figure 4 est un diagramme illustrant une tension variable résultant d'une combinaison des formes d'onde de tension de commande des figures 2 et 3,
- la figure 5 est un diagramme illustrant une autre combinaison des formes d'onde de tension de commande des figures 2 et 3,
- la figure 6 est un diagramme illustrant encore une autre combinaison de forme d'onde de tension de commande des figures 2 et 3.

Le tableau 1 donne les tensions reçues par les électrodes lors d'une utilisation d'une tension variable conforme à la figure 4.

Le tableau 2 donne la différence de potentiel entre les électrodes de part et d'autre des parois lors d'une application des tensions conformes au tableau 1.

Le tableau 3 donne les tensions reçues par les électrodes lors d'une utilisation d'une tension variable conforme à la figure 5.

Le tableau 4 donne les tensions reçues par les électrodes lors d'une utilisation d'une tension variable conforme à la figure 6.

En référence aux figures, le procédé et le dispositif selon l'invention sont destinés à assurer la commande d'un organe électronique, par exemple une tête d'impression à jet d'encre piezo électrique représentée de façon partielle schématique sur la figure 1 et généralement désignée en 1.

D'une façon connue en soi, la tête d'impression piezo électrique 1 comporte une série de cellules dont quatre seulement ont été représentées sur la figure 1 et sont identifiées par la référence numérique générale 2 et les références numériques particulières 2.1, 2.2, 2.3 et 2.4.

Chaque cellule est équipée d'un orifice 3 d'éjection d'une goutte d'encre. Les parois latérales des cellules sont en matériau piezo électrique. Des électrodes sont associées aux parois latérales des cellules 2 et portent la référence numérique générale 4. Une électrode est associée à la paroi extrême de la tête d'impression et porte la référence numérique particulière 4.0. Dans chaque cellule, deux électrodes sur des parois en regard sont reliées entre elles et portent une référence numérique particulière correspondant à la cellule dans laquelle elles sont disposées soit respectivement 4.1, 4.2, 4.3 et 4.4. L'électrode extrême ainsi que les paires d'électrodes internes aux cavités sont reliées à des sorties d'un organe de commutation généralement désigné en 5 par des lignes portant la référence numérique générale 6 et les références numériques particulières correspondantes aux électrodes soit 6.0, 6.1, 6.2,6.3 et 6.4. Les lignes de sortie 6 sont reliées au sein de l'organe de commutation 5 à des commutateurs portant la référence numérique générale 7 et les références numériques particulières correspondantes aux lignes de sortie.

Les commutateurs 7, qui sont par exemple des commutateurs électroniques tels que des transistors, servent à mettre les lignes de sortie 6 en liaison soit avec une borne d'entrée de tension 8 de l'organe de commutation 5, soit avec une borne 9 qui est à la masse dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1. Les commutateurs 7 sont commandés par un générateur de séquences de commutation 10 relié à une borne d'entrée 11 de l'organe de commutation 5.

Le générateur de séquences de commutation génère des signaux logiques de commande des commutateurs 7 à partir de données d'impression 12. L'organe de commutation a une structure interne qui peut être analogue à la structure des organes de commutation habituellement utilisés pour les têtes d'impression thermiques.

Selon un aspect de l'invention, la borne d'entrée 8 de l'organe de commutation 5 est reliée à un générateur de tension variable 13 qui génère une tension en créneaux VC dont la constitution va être expliquée en détail ci-dessous.

La figure 2 illustre, en fonction du temps, une forme d'onde de tension de commande VF1 d'impression d'un point. C'est-à-dire que cette forme d'onde doit être appliquée aux électrodes d'une cavité pour laquelle on souhaite provoquer l'éjection d'une goutte d'encre. Chaque temps de cycle TC de cette forme d'onde comporte, dans l'exemple illustré, cinq temps élémentaires AT1 à T5. Pendant le temps élémentaire AT1 la tension des électrodes de la cellule doit être portée au niveau v2, pendant les temps élémentaires AT2 et AT3 la tension de commande requise est nulle, pendant les temps élémentaires AT4 et AT5 la tension de commande requise est à un niveau vl.

Parallèlement, compte tenu des interférences qui existent sur les déformations des parois des cellules, les électrodes des cellules qui ne doivent pas imprimer un point doivent recevoir une forme d'onde de tension de commande VF2 de non impression dont un exemple est illustré sur la figure 3. Dans cet exemple la tension requise est nulle pendant le temps élémentaire AT1, elle est au niveau v3 pendant le temps élémentaire AT2, au niveau v2 pendant le temps élémentaire AT3 et elle est nulle pendant les temps élémentaires AT4 et T5. On remarque dans cet exemple que les formes d'onde de tension de commande d'impression et de non impression sont complémentaires dans le temps c'est-à-dire que pour les temps élémentaires pendant lesquels la tension requise est non nulle dans une forme d'onde, la tension requise est nulle pour le temps élémentaire correspondant de l'autre forme d'onde.

Selon l'invention on prévoit dans ce cas de générer une tension variable qui est une combinaison des formes d'onde de tension de commande VF1 et VF2. Un premier exemple de cette combinaison est illustré par la figure 4 où la tension variable VC générée est égale à la somme des formes de tension de commande VF1 et VF2. La tension de commande VC ainsi réalisée est donc une tension variable periodique qui est au niveau v2 pendant le temps élémentaire AT1, au niveau v3 pendant le temps élémentaire AT2, au niveau v2 pendant le temps élémentaire T3, et au nivaux vl pendant les temps élémentaires AT4 et T5. Cette tension variable périodique est appliquée de façon permanente à l'entrée 8 de l'organe de commutation 5 tandis que des séquences de commutation sont simultanément envoyées pour chaque temps élémentaire à l'entrée 11 de l'organe de commutation 5 afin de mettre chacun des commutateurs 7 dans une position pour fournir pendant chaque temps élémentaire la tension variable à celle des électrodes de commande 4 qui doit recevoir une tension à une valeur correspondante à cet instant. Pour la commande du commutateur 7.0 on considère que l'électrode extrême est assimilée à l'électrode d'une cellule ne devant pas imprimer un point.

En supposant que l'on veuille faire réaliser l'impression d'un point par les cellules 2.1 et 2.4 et ne pas faire imprimer de point par les cellules 2.2 et 2.3 il sera donc nécessaire que les électrodes 4.1 et 4.4 soient soumises à la forme d'onde de tension de commande VF1 tandis que les autres électrodes seront soumises à la forme d'onde de tension de commande VF2. Pour cela une première séquence de commutation est générée pendant le temps élémentaire AT1 pour faire basculer et maintenir les commutateurs 7.1 et 7.4 vers une liaison avec l'entrée 8 tandis que les commutateurs 7.0, 7.2 et 7.3 sont basculés vers une liaison avec la borne 9 à la masse. En pratique, ce basculement est obtenu en bloquant ou en rendant passant un transistor convenablement relié à la borne d'entrée 8 d'une part et à la ligne de sortie 6 correspondante d'autre part. Pendant le temps élémentaire dT2 une nouvelle séquence de commutation est envoyée à l'entrée 11 de l'organe de commutation 5 pour faire basculer les commutateurs 7.1 et 7.4 à la masse tandis que les commutateurs 7.0, 7.2 et 7.3 sont basculés vers une liaison avec la borne d'entrée 8. La même séquence de commutation est appliquée pendant le temps élémentaire bT3. Pendant le temps élémentaire AT4 les commutateurs 7.1, 7.4 sont à nouveau basculés vers une liaison avec l'entrée 8 tandis que les commutateurs 7.0, 7.2 et 7.3 sont basculés vers une liaison avec la masse. La même séquence de commutation est appliquée pendant le temps élémentaire T5. Les valeurs des tensions appliquées aux électrodes 4 pendant chaque temps élémentaires sont illustrées dans le tableau 1.

On remarquera à propos de ce qui vient d'être décrit ci-dessus, que dans l'exemple illustré les temps élémentaires sont tous égaux ce qui permet d'appliquer successivement les séquences de commutation pendant un temps constant. Toutefois, dans cet exemple, un cycle d'impression contient seulement trois phases, une première phase correspondant au temps élémentaire AT1, une seconde phase regroupant les temps élémentaires AT2 et AT3 et une troisième phase regroupant les temps élémentaires AT4 et T5. Pour assurer un cycle d'impression il est donc possible d'envoyer seulement trois séquences de commutation au lieu de cinq, mais il est alors nécessaire de prévoir un temps d'application variable pour les séquences de commutation.

L'un ou l'autre de ces modes de mise en oeuvre peut donc être adopté en programmant de façon correspondante la logique de commande au sein de générateur de séquences de commutation.

La déformation des parois latérales des cellules dépend en définitive de la différence de potentiel qui existe entre les deux électrodes qui encadrent une paroi. C'est en effet cette différence de potentiel qui provoque les déformations du matériau piezo électrique et, par voie de conséquence, la déformation des cellules 2. Les différences de potentiel entre les électrodes encadrant chaque paroi ont été référencées V1, V2, bV3 et AV4 sur la figure 1.

Dans l'exemple qui a été donné ci-dessus on obtient pour chaque temps élémentaire les différences de potentiel qui sont données par le tableau 2 ci-joint.

En pratique, on sait qu'en raison des interférences de déformation des parois des cellules, il n'est pas possible de commander simultanément deux cellules adjacentes pour l'impression d'un point. Les cellules d'une tête d'impression sont donc subdivisées en trois groupes de façon que deux cellules d'un même groupe ne soient jamais adjacentes. Un cycle de commande complet de la tête d'impression résulte de la commande successive des cellules de chacun des groupes pendant un temps de cycle TC, les cellules des autres groupes étant commandées systématiquement avec la forme d'onde de tension de commande de non impression.

Dans l'exemple qui a été vu ci-dessus où un temps de cycle comporte cinq temps élémentaires pendant lesquels il est à chaque fois nécessaire d'envoyer une séquence de commutation, il sera donc nécessaire d'envoyer quinze séquences de commutation pour réaliser un cycle de commande complet de la tête d'impression. Etant donné par ailleurs qu'une tête d'impression comprend une électrode de commande à chaque extrémité en plus des électrodes disposées à l'intérieur des cellules, une tête d'impression comportant N cellules, doit être reliée à N+2 commutateurs 7 et le générateur de séquences de commutation 10 doit donc générer 15(N+2) signaux de commutation pour assurer un cycle d'im pression complet de la tête d'impression. Un débit très important doit donc être assuré à l'entrée 11 de l'organe de commutation 5. Même dans le cas où l'on se ramène à trois phases seulement (en regroupant AT2 et AT3 d'une part et dT4 et AT5 d'autre part), il reste nécessaire d'envoyer 9(N+2) séquences de commutation pour réaliser un cycle d'impression complet.

Pour diminuer ce débit, on proose selon un autre aspect de l'invention de générer un signal de tension variable résultant de la différence des formes de tension VF1 et VF2, la tension variable VC ainsi obtenue ayant alors la forme illustrée par la figure 5. Simultanément on assure alors une commutation des commutateurs 7 à chaque temps de cycle seulement et non à chaque temps élémentaire comme précédemment, c'est-à-dire que dans l'exemple précité où l'on souhaite réaliser une impression d'un point avec les cellules 2.1 et 2.4, les commutateurs 7.1 et 7.4 sont commandés pour réaliser une liaison avec l'entrée 8 de l'organe de commutation 5 pendant un temps de cycle TC, tandis que les commutateurs 7.0, 7.2 et 7.3 sont commandés pour assurer une liaison avec la borne 9 à la masse également pendant un temps de cycle TC. Une seule séquence de commutation est donc nécessaire pour réaliser un temps de cycle, ce qui ramène le débit à l'entrée 11 de l'organe de commutation 5 à 3(N+2) pour la commande d'un cycle complet de la tête d'impression.

Les tensions successives auxquelles chaque électrode est soumise pendant les différents temps élémentaires sont alors données par le tableau 3 ci-joint. Ces tensions sont différentes de celles qui ont été mentionnées dans le tableau 1 mais les différences de potentiel entre deux électrodes disposées de part et d'autre d'une paroi restent conformes au tableau 2, au signe près, ce signe étant sans incidence sur la déformation de la paroi. La déformation des parois des cellules est donc la même que dans le premier mode de mise en oeuvre de l'invention.

Dans le mode de mise en oeuvre décrit ci-dessus, la tension variable est alternativement positive et négative. Si pour des raisons technologiques il est préférable de générer une tension variable toujours positive, il suffit d'effectuer un décalage comme illustré par la figure 6 où la forme d'onde de la tension variable VC est la même que dans le cas de la figure 5 la valeur absolue de cette tension ayant seulement été modifiée pour que la tension variable reste continuellement positive en ajoutant la valeur v3 à la tension VC de la figure 5.

De la même façon que dans le cas de la figure 5, les commutateurs 7 sont commandés une seule fois par cycle.

Afin d'obtenir les mêmes différences de potentiel que précédemment entre les électrodes disposées de part et d'autre de la paroi latérale d'une cellule, la borne 9 doit alors être maintenue de façon constante à la tension v3 de sorte que l'on obtient cette fois aux électrodes les tensions mentionnées sur le tableau 4 ci-joint. On constate une fois encore que les différences de potentiel AV1 à dV4 restent les mêmes que celles mentionnées dans le tableau 2.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

En particulier, bien que l'invention ait été décrite en prévoyant une seule borne d'entrée d'une tension variable pour l'organe de commutation 5, on peut réaliser l'invention en prévoyant deux entrées de tension variable, par exemple en considérant que la borne 9 est également une borne d'entrée et en appliquant sur la borne d'entrée 8 la forme d'onde de tension de commande VF1 et sur la borne 9 la forme d'onde de tension de commande VF2, la position des commutateurs 7 étant commandée, comme dans le cas des figures 5 et 6, dans une position constante pendant un temps de cycle. Chacune des électrodes se trouve alors directement alimentée par la forme d'onde correspondante au mode d'impression ou de non impression souhaité. Ce mode de réalisation pourra en particulier être utilisé lorsque les formes d'onde de tension de commande d'impression et de non impression ont des parties se recouvrant sans être à des tensions égales ou nulles. En relation avec ce mode de réalisation on peut également augmenter le nombre de générateurs de tension variable afin de diminuer la puissance nécessaire pour chacun d'entre eux, chaque générateur de tension variable étant associé à un nombre limité de bornes de sorties par l'intermédiaire de l'organe de commutation. Physiquement, en particulier dans le cas d'une puce, les générateurs de tension variable peuvent être réalisés sur le même substrat semi-conducteur que l'organe de commutation, les bornes d'entrée de l'organe de commutation n'étant pas matérialisées.

Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement en relation avec la commande d'une tête d'impression piezo électrique, l'invention peut également être utilisée pour d'autres types de têtes d'impression, voire pour d'autres organes électroniques dont la commande requiert des formes d'onde de tension complexes. En pratique, pour commander les trois groupes de cellules, on pourra également prévoir trois organes de commutation distincts, ce qui permet de diminuer le débit d'entrée de chacun des organes de commutation.

Bien entendu, bien que l'invention ait été illustrée avec un temps de cycle comprenant cinq temps élémentaires, ce nombre n'est en aucune façon imposé par l'invention et pourra être mofidié en fonction de la forme d'onde nécessaire pour faire fonctionner l'organe électronique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de commande d'un organe électronique (1) comportant des électrodes de commande (4) reliées à un organe de commutation (5) caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de générer au moins une tension variable (VC), de fournir cette tension variable à une entrée (8) de l'organe de commutation (5), et d'assurer une commande de l'organe de commutation (5) pour fournir à chaque instant la tension variable de façon sélective à une partie des électrodes de commande (4).

2. Procédé de commande selon la revendication 1, pour un organe électronique dans lequel les électrodes sont alimentées par des formes d'onde de tension de commande complémentaires dans le temps ayant chacune un temps de cycle subdivisé en temps élémentaires, caractérisé en ce que la tension variable est une combinaison des formes d'onde de tension de commande.

3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension variable est une somme des formes d'onde de tension de commande et en ce qu'une commutation est commandée à chaque temps élémentaire.

4. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension variable est une différence des formes d'onde de tension de commande et en ce qu'une commutation est commandée à chaque temps de cycle.

5. Dispositif de commande d'un organe électronique (1) comportant des électrodes de commande (4) caractérisé en ce que les électrodes de commande (4) sont reliées à un organe de commutation (5) ayant au moins une entrée (8) reliée à un générateur de tension variable (13) et au moins une entrée (11) reliée à un générateur de séquences de commutation (10).