DD224814A1

DD224814A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING PIEZOELECTRIC DRIVE ELEMENTS OF AN INK JET PRINTER

Info

Publication number: DD224814A1
Application number: DD26327884A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Zweigler
Original assignee: Bueromaschinenwerk Erfurt
Priority date: 1984-05-23
Filing date: 1984-05-23
Publication date: 1985-07-17
Also published as: DD224814B1; DE3508556A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von piezoelektrischen Antriebselementen eines mit bedarfsorientiertem Troepfchenausstoss arbeitenden Tintenstrahldruckers, deren Ziel es ist, unter Optimierung des Platz-, Raum- und Energieaufwandes eine von der Belastung weitgehend unabhaengige, temperaturgesteuerte Spannungsfuehrung zu gewaehrleisten. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, bei der die elektrischen Impulse mit einer definierten Impulsform eine Anpassung an die Betriebstemperatur und die exemplarabhaengige Piezokraft erfahren und somit einen individuellen Abgleich der Piezoelemente ohne Veraenderung deren Abfallflanke ermoeglichen. Erfindungsgemaess besteht die Schaltungsanordnung dazu aus einer mit einer der vorhandenen Piezoelemente entsprechenden Zahl von Ansteuerstufen verbundenen Temperaturnachfuehrstufe, welche mit einer einen Temperaturfuehler aufweisenden Brueckenschaltung versehen ist, die ueber einen Konstantspannungszweipol einen mit den Ansteuerstufen verknuepften Laengstransistor steuert und die Betriebsspannung der Piezoelemente dem Widerstandswert des Temperaturfuehlers oder der Temperaturkennlinie eines den Temperaturfuehler umfassenden Netzwerkes nachfuehrt. Ihre zweckmaessigste Anwendung findet die Erfindung in der nichtmechanischen Schreib- und Drucktechnik, insbesondere in der Tintenstrahldrucktechnik. Fig. 1The invention relates to a circuit arrangement for driving piezoelectric drive elements of a working with demand-oriented Troepfchenausstoss inkjet printer, the aim of which is to optimize the space, space and energy expenditure to ensure a largely independent of the load, temperature controlled Spannungsfuehrung. It is the object of the invention to develop a circuit arrangement in which the electrical impulses with a defined pulse shape find an adaptation to the operating temperature and the piezokraft beispielarabhaengige and thus allow individual adjustment of the piezoelectric elements without changing their trailing edge. According to the invention, the circuit arrangement consists of a temperature tracking stage connected to a number of control stages corresponding to one of the piezoelectric elements present, which is provided with a bridge circuit having a temperature sensor which controls a longitudinal transistor connected to the control stages via a constant voltage dipole and the operating voltage of the piezoelements corresponds to the resistance value of the temperature sensor the temperature characteristic of a network containing the temperature sensor nachfuehrt. Their most expedient application finds the invention in the non-mechanical writing and printing technology, in particular in the inkjet printing technique. Fig. 1

Description

VEB Robotron - Optima ES 1 - Je - 656VEB Robotron - Optima ES 1 - Je - 656

ZweiglerZweigler

Titel der ErfindungTitle of the invention

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von piezoelektrischen Antriebselementen eines TintenstrahldruckersCircuit arrangement for driving piezoelectric drive elements of an inkjet printer

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von piezoelektrischen Antriebselementen eines Tintenstrahldruckers, bei der die Erzeugung der dazu erforderliehen elektrischen Impulse in Anpassung an die bestehende Betriebstemperatur und die exemplarabhängige individuelle Kraft der vorgesehenen Piezoelemente erfolgen kann. Ihre zweckmäßigste und zugleich vorteilhafteste Anwendung findet die Erfindung somit bei einer temperaturgesteuerten Spannungszuführung für piezoelektrische Antriebselemente, wie sie auf dem Gebiet der nichtmechanischen Schreib- und Drucktechnik, insbesondere der Tintenstrahldrucktechnik, bei ein- oder mehrdüsigen Druckköpfen von Tintenstrahldruckern vorgesehen werden, die nach dem Prinzip des Unterdruckverfahrens arbeiten.The invention relates to a circuit arrangement for driving piezoelectric drive elements of an ink jet printer, in which the generation of the required electrical impulses to adapt to the existing operating temperature and the copy-dependent individual force of the provided piezoelectric elements can be done. Your most convenient and at the same time most advantageous application, the invention thus finds in a temperature-controlled voltage supply for piezoelectric drive elements, as provided in the field of non-mechanical writing and printing technology, in particular the inkjet printing technology, with single or multi-nozzle printheads of inkjet printers, which according to the principle of Negative pressure working.

- 2 Charakteristik der bekannten technischen Lösungen- 2 Characteristics of the known technical solutions

Voraussetzung für die Erzeugung eines sauberen Schriftbildes ist bei Verwendung eines nach dem Prinzip des Unterdruckverfahrens arbeitenden Tintenstrahldruckers vor allem die Gewährleistung derartig gleichbleibender Betriebsbedingungen, bei denen die Tintentröpfchen im Ergebnis ihres Bildungsprozesses mit annähernd konstanter und gleicher Geschwindigkeit und Größe den Austrittsbereich der Düsen verlassen. Die Größe und Geschwindigkeit der einzelnen Tintentröpfchen ist jedoch weitgehend von den exemplarabhängigen Eigenschaften der verwendeten piezoelektrischen Antriebselemente und der sich vornehmlich durch die jeweilige Umgebungstemperatur ändernden Tintentemperatur abhängig, deren Temperaturabweichungen zugleich aber zu Veränderungen in der die Tröpfchen- geschwindigkeit beeinflussenden Viskosität der Schreibflüssigkeit führen. In Erkenntnis dieser Zusammenhänge sind bereits eine Reihe unterschiedlicher Lösungen bekannt geworden, die einen individuellen Abgleich der piezoelektrischen Antriebselemente bzw. eine weitestgehende Kompensation der beschriebenen Einflüsse bei der Ansteuerung der Piezoelemente ermöglichen sollen.The prerequisite for the generation of a clean typeface when using an ink jet printer operating on the principle of the vacuum method is above all the guarantee of such constant operating conditions in which the ink droplets leave the exit region of the nozzles as a result of their formation process with approximately constant and equal speed and size. However, the size and speed of the individual ink droplets depends largely on the copy-dependent properties of the piezoelectric drive elements used and on the temperature of the ink changing primarily by the respective ambient temperature, whose temperature deviations also lead to changes in the viscosity of the writing fluid influencing the droplet speed. In recognition of these relationships, a number of different solutions have already become known, which should allow for individual adjustment of the piezoelectric drive elements or a far-reaching compensation of the influences described in the control of the piezo elements.

Einen derartigen individuellen Abgleich einzelner Ansteuer- schaltungen sieht beispielsweise die in der DE-OS 30 36 922 bzw. EP^PS 0 048 942 beschriebene Schaltungsanordnung vor, bei der die Piezowandler in einem eine gemeinsame Spannungsquelle enthaltenden Ladestromkreis geschaltet sind, der über eine steuerbare Schalteinrichtung in Abhängigkeit von der Ansteuerung eines mit dem Auftreten eines Steuerimpulses für das betreffende Antriebselement gebildeten Entladestromkreises unterbrechbar ist. Durch das Einstellen des Widerstandswertes im Entlade- und/oder Ladestromkreis läßt sich damit zwar ein individueller Abgleich erreichen, doch im weiteren beläßt es die Schaltungsanordnung bei einer Realisierung der Impulsfolge "erst Saugen (Entladen und Erweiterung des Piezowandlers), dann Drücken (Aufladen und Verengung des Piezowandlers)", wobei alle Piezowandler über einenSuch an individual adjustment of individual control circuits provides, for example, the circuit arrangement described in DE-OS 30 36 922 or EP 0 PS 0 048 942, in which the piezoelectric transducers are connected in a charging circuit containing a common voltage source, which has a controllable switching device is interruptible in response to the activation of a discharge circuit formed with the occurrence of a control pulse for the relevant drive element. By adjusting the resistance in the discharge and / or charging circuit can thus achieve an individual balance, but in the other leaves the circuit arrangement in a realization of the pulse train "sucking (unloading and expansion of the piezoelectric transducer), then pressing (charging and constriction of the piezo converter) ", where all piezovelders on a

Transistor geladen werden. Es ist darüber hinaus ein weiterer Nachteil der Schaltungsanordnung, daß im Bereich höchster Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten, wie sie aus funktionellen Gründen anzustreben sind, durch kleine Vorwiderstände der Einfluß der Anzahl der angesteuerten Piezowandler nicht mehr zu beseitigen ist.Transistor to be charged. It is also a further disadvantage of the circuit arrangement that the influence of the number of controlled piezoelectric transducers can no longer be eliminated by means of small series resistors in the region of highest voltage rise rates, as they are to be desired for functional reasons.

Demgegenüber ist mit der DE-AS 29 03 339 bereits eine Schaltungsanordnung zur temperaturabhängigen Spannungsregelung für piezoelektrische Schreibdüsen offenkundig geworden, bei der für jede Schreibdüse eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die neben einer Spannungswandlerschaltung einen zur Steuerspannungseinstellung dienenden Spannungsteiler aufweist, der mit einer für alle Steuerschaltungen gemeinsamen Regelschaltung verbunden ist, die eine über einen temperaturabhängigen Widerstand steuerbare Regeleinrichtung enthält, an deren Ausgang eine sich mit der Umgebungstemperatur ändernde Ausgangsspannung einstellt.In contrast, with DE-AS 29 03 339 already a circuit arrangement for temperature-dependent voltage control for piezoelectric writing nozzles has become apparent in which a control circuit is provided for each writing nozzle, which in addition to a voltage converter circuit serving for control voltage adjustment voltage divider, which is common to all control circuits Control circuit is connected, which contains a controllable via a temperature-dependent resistor control device at the output adjusts itself with the ambient temperature changing output voltage.

Als Nachteil erweist sich jedoch hierbei, daß mit der Verwendung eines induktiven Übertragers am Ausgang der Schaltung nicht nur ein erhöhter Aufwand, sondern auch ein unerwünschter funktioneller Effekt (Schwingkreis mit Piezoelement) in Rechnung zu stellen ist. Zudem erfordert die Temperaturkompensation über einen Operationsverstärker zwei weitere Versorgungsspannungen, die möglicherweise nicht noch einmal im Gerät benötigt werden. Die Kennlinienkorrektur mit Hilfe einer Halbleiterdiode bezieht sich lediglich auf einen bestimmten Temperaturgang des Tintenstrahlschreibers und ist daher nur bedingt anwendbar. Unklar bleibt in der Veröffentlichung der DE-AS 29 03 339 auch der Verzweigungspunkt für den Mehrdüsenbetrieb. Erfolgt die Verzweigung am Kollektor des dem Operationsverstärker nachgeschalteten Transistors, dann entsteht durch die Stromsteuerung des Transistors eine Beeinflussung der Stufen untereinander. Sofern die Verzweigung bereits am Ausgang des Operationsverstärkers vorgenommen wird, steigt der Bauelementeaufwand. Außerdem muß dann durch geeignete Maßnahmen der Exemplarstreuung der dem Opera-As a disadvantage, however, proves that with the use of an inductive transformer at the output of the circuit not only an increased effort, but also an undesirable functional effect (resonant circuit with piezoelectric element) is to be charged. In addition, the temperature compensation via an operational amplifier requires two additional supply voltages, which may not be needed again in the device. The characteristic correction by means of a semiconductor diode relates only to a specific temperature response of the inkjet recorder and is therefore only conditionally applicable. It remains unclear in the publication of DE-AS 29 03 339, the branch point for multi-nozzle operation. If the branching takes place at the collector of the transistor downstream of the operational amplifier, then the current control of the transistor causes the stages to influence one another. If the branch is already made at the output of the operational amplifier, the component cost increases. In addition, by appropriate measures, the specimen spread of the

tionsverstärker nachgeschalteten Transistoren entgegengewirkt werden.tion amplifier downstream transistors are counteracted.

Zum individuellen Abgleich einzelner piezoelektrischer Antriebselemente ist es durch die DE-OS 31 29 015 bereits bekannt, den Polarisationsgrad der Antriebselemente am Schreibkopf einstellbar zu verändern, indem in einer mit deren Elektroden verbundenen Schaltung für jedes Antriebselement ein einstellbares Zeitglied vorhanden ist, mit dem für jedes Antriebselement individuell ein in seiner Dauer einstellbares elektrisches Feld einstellbarer Größe erzeugt werden kann, wodurch die Piezoelemente innerhalb eines entsprechenden Bereiches entweder polarisiert (Anlegen einer in Polarisationsrichtung gepolten Spannung) oder aber depolarisiert (Anlegen einer der Polarisationsrichtung entgegengesetzt ge-For individual adjustment of individual piezoelectric drive elements, it is already known from DE-OS 31 29 015 to adjust the degree of polarization of the drive elements on the write head adjustable by an adjustable timing element is present in a connected to the electrodes circuit for each drive element, with each for Drive element individually adjustable in its duration adjustable electric field can be generated, whereby the piezoelectric elements within a corresponding range either polarized (applying a voltage polarized in polarization direction) or depolarized (applying a polarization opposite direction

15. polten Spannung) werden können. Darüber hinaus läßt sich eine Änderung der Pi:ezokraft aber auch dadurch erreichen, daß die aktiven Elektrodenflächen eines Piezoelementes, z. 3, durch Abbrennen mittels Laser, verändert oder Teile der Piezoalemente punktuell mit Hilfe eines Laser auf eine oberhalb des Curiepunkt.es liegende Temperatur erhitzt werden. Wesentlichster Nachteil dieser Lösung ist es jedoch, daß sich beim Abgleich über eine partielle Depoiarisation bzw. bei einer punktuellen Erwärmung eines Teiles des Piezoelementes die Endparameter nicht sofort einstellen (Effekt der Erholungszeit), was sich andererseits aber ungünstig auf die Fertigung auswirkt. Ein partieller Abtrag der aktiven Elektrodenflächen hat hingegen den Nachteil, daß dieser Vorgang nicht reversibel ist und- v/eitere .Abgleichvorgänge aufgrund der Polarisationsgradreduzierung immer nur noch in Richtung sinkender Piezokraft möglieh ist.15. polten voltage) can be. In addition, a change in Pi: ezokraft but also can be achieved in that the active electrode surfaces of a piezoelectric element, for. 3, by burning by laser, changed or parts of the Piezoalemente be selectively heated by means of a laser to a lying above the Curiepunkt.es temperature. The most significant disadvantage of this solution, however, is that when adjusting a partial Depoiarisation or at a point heating of a portion of the piezoelectric element, the final parameters do not immediately set (effect of recovery), but on the other hand, but unfavorable effect on the production. A partial removal of the active electrode surfaces, however, has the disadvantage that this process is not reversible and v / eitere .Abgleichvorgänge due to the polarization degree reduction is only possible in the direction of decreasing piezoelectric force möglieh.

Im v/eiteren ist durch die DE-OS 28 50 016 eine Schaltungsanordnung zur Realisierung individueller Ansteuerbedingungen von Schreibdüsen sowohl in. der Expansions- als auch in der Kontraktionsphase bekannt, bei der jedem Piezowandler ein an diese ein erstes (den Wandler erweiterndes) Spannungs-In the v / eiteren is known from DE-OS 28 50 016 a circuit arrangement for the realization of individual driving conditions of writing nozzles both in. The expansion as well as in the contraction phase, in which each piezoelectric transducer to this a first (the transducer widening) voltage

potential zuführender elektronischer Schalter und den Piezowandlern gemeinsam ein diesen ein zweites (die Wandler verengendes) Spannungspotential (Null- oder Massepotential) zuführender elektronischer Schalter zugeordnet ist.potential-supplying electronic switch and the piezo transducers together this a second (the converter constricting) voltage potential (zero or ground potential) supplying electronic switch is assigned.

Bei dieser Schaltungsanordnung zeigt sich jedoch, daß die Variante nach Fig. 1 der DE-OS 28 50 016 nicht in eine integrierte Schaltung überführbar ist, ohne daß pro Ansteuer-.stufe ein zusätzlicher Anschluß erforderlich werden würde.In this circuit arrangement, however, shows that the variant of FIG. 1 of DE-OS 28 50 016 can not be converted into an integrated circuit without an additional connection would be required per Ansteuer- .stufe.

Die Variante gemäß Pig. 3 vermeidet diesen Nachteil zwar, doch dafür ist die Einstellung der Betriebsspannung mit einer Veränderung der Entladegeschwindigkeit verbunden. Das gilt umsomehr, als daß die Entladegeschwindigkeit gegenüber der Ladegeschwindigkeit gering ist und somit die Einstellung über einen Parallelwiderstand zum Piezowandler die Abfallflanke stärker beeinflußt als die Anstiegsflarike 'und die Spitzenspannung. Dies kann jedoch'zu funktioneilen Störungen führen.The variant according to Pig. 3 avoids this disadvantage, but this is the setting of the operating voltage associated with a change in the discharge rate. This is all the more true in that the discharge rate is low relative to the charging rate and thus the adjustment via a shunt resistor to the piezo transducer affects the trailing edge more than the rising voltage and the peak voltage. However, this can lead to functional disturbances.

Mit der DE-AS 24- 33 510 ist schließlich ein Tintenversor-„gyngssyst.eni. mit einer Regeleinrichtung ,zur Kompensation .von Temperaturschwankungen vorgeschlagen worden, nach der die Tinte im Spritzkopf durch eine Heizeinrichtung auf eine oberhalb der Umgebungstemperatur liegende konstante Temperatur aufgeheizt wird. Dazu ist ein am Schreibkopf befindlicher und die Heizeinrichtung steuerbarer Temperaturfühler vorgesehen, der mit einer Vergleichsschaltung verbunden ist, deren temperaturabhängige Ausgangsgröße einer Nachregeleinrichtung für die Heizeinrichtung zugeführt wird. Es erweist sich jedoch gerade bei dieser Losung als äußerst nachteilig, daß die Aufheizung der Tinte den Schreibkopf nicht sofort verfügbar macht und einen zusätzlichen Energiebedarf bedingt. Zudem entsteht ein der Temperaturdifferenz entsprechendes, schwer beherrschbares Temperaturgefälle· Darüber hinaus enthält die DE-AS 24 33 510 keinen Hinweis darauf, inwieweit auch eine individuelle Ansteuerung der Piezoelsmente in Abhängigkeit von der exemplarabhängigen Piezokraft erfolgen kann.Finally, DE-AS 24-33510 discloses an ink supply system. has been proposed with a control device, for compensation .V temperature fluctuations, after which the ink is heated in the spray head by a heater to a constant temperature above the ambient temperature. For this purpose, a temperature sensor located on the write head and controllable by the heating device is provided, which is connected to a comparison circuit whose temperature-dependent output variable is fed to a readjustment device for the heating device. However, it proves to be extremely disadvantageous in this solution, in particular, that the heating of the ink does not immediately make the print head available and requires additional energy. In addition, the temperature difference corresponding, difficult to control temperature gradient arises · Moreover, DE-AS 24 33 510 contains no indication of the extent to which an individual control of the Piezoelsmente can be done in dependence on the copy-dependent piezocraft.

- 6 Ziel der Erfindung- 6 Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die den bekannten technischen Lösungen anhaftenden wesentlichsten Nachteile zu beseiti-gen, insbesondere bei Gewährleistung einer sofortigen Verfügbarkeit des Druckkopfes und einer Optimierung des Material-, Platz- und Energieaufwandes eine durch einen Standard - TTL - Ausgang steuerbare Schaltungsanordnung vorzusehen, die eine von der Belastung weitgehend unabhängige temperaturgesteuerte Betriebsspannung bereitstellt und deren Ansteuerstufen sich zudem in eine integrierte Schaltung überführen lassen.The aim of the invention is to eliminate the main disadvantages inherent in the known technical solutions, in particular to provide an arrangement controllable by a standard TTL output, while ensuring an immediate availability of the print head and an optimization of the material, space and energy expenditure, which provides a largely independent of the load temperature-controlled operating voltage and their Ansteuerstufen can also be converted into an integrated circuit.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von piezoelektrischen Antriebselementen eines nach dem Prinzip des Unterdruckverfahrens arbeitenden Tintenstrahldruckers zu entwickeln, die eine Erzeugung von elektrischen Antriebsimpulsen mit einer definierten Impulsform ermöglicht, bei der diese, in Anpassung an die Betriebstemperatur und die exemplarabhängige Kraft bzw. Anzahl der angesteuerten Piezoelemente, einen individuellen Abgleich der piezoelektrischen Antriebselemente gewährleisten ohne dabei jedoch deren gleichförmige Abfallflanke zu verändernThe invention has for its object to develop a circuit arrangement for driving piezoelectric drive elements of a working principle of the negative pressure ink jet printer, which allows generation of electrical drive pulses with a defined pulse shape, in which this, in adaptation to the operating temperature and the copy-dependent force or number of driven piezoelectric elements to ensure an individual balance of the piezoelectric drive elements without, however, to change their uniform trailing edge

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe- dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung eine mit einer der vorhandenen piezoelektrischen Antriebselemente entsprechenden Zahl von Ansteuerstufen verbundene Temperaturnachführstufe umfaßt, welche mit einer Erückenschaltung versehen ist, die aus zwei emitterseitig zusammengeschalteten und mit Festwiderständen zur Stromdimensionierung verbundenen Transistoren, an deren Basiszweigen ein mit Festwiderständen verbundenes temperaturempfindliches Bauelement oder eine dieses Bauelement enthaltende Schaltung bzw. aus Symmetriegründen je ein According to the invention the object is achieved in that the circuit comprises a connected to one of the existing piezoelectric drive elements number of Ansteuerstufen temperature tracking stage, which is provided with a back-up circuit consisting of two emitter side connected and connected to fixed resistors for current dimensioning transistors, at their base branches associated with fixed resistors temperature-sensitive device or a circuit containing this device or for reasons of symmetry ever one

regelbarer und Pestwiderstand anliegen, besteht und über einen ausgangsseitig mit ihr verbundenen Xonstantspannungszweipol einen Längstransistor steuert, der mit seinem Kollektor an die Smitter der in den Ansteuerstufen liegenden Transistoren geführt ist. Zur Steuerung der Transistoren sind diese über eine kapazitive Kopplung oder einen Komplementärtransistor mit dem Ausgang einer Logikschaltung verbunden, wobei in der Basisleitung des Komplementär- oder des Transistors der Ansteuerstufe ein regelbarer Widerstand zum Einstellen der Tropfenemissionsgeschwindigkeit angeordnet ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl das temperaturempfindliche Bauelement als auch die Piezoelemente gemeinsam mit je einem Pol auf Massepotential gelegt und der verwendete Konstantspannungszweipol in Form einer Transistorschaltung ausgebildet.controllable and pest resistance is present, and controls a connected on the output side with her Xonstantspannungszweipol a series transistor, which is guided with its collector to the smitter of the transistors located in the drive stages. For controlling the transistors they are connected via a capacitive coupling or a complementary transistor to the output of a logic circuit, wherein in the base line of the complementary or the transistor of the drive stage, a variable resistor for adjusting the drop emission speed is arranged. In a further advantageous embodiment of the invention, both the temperature-sensitive component and the piezoelectric elements are connected together with one pole to ground potential and formed the constant-voltage dipole used in the form of a transistor circuit.

Die für das Betreiben der piezoelektrischen Antriebselemente erforderliche belastungs- und temperaturgesteuerte Spannungszuführung erfolgt nach der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dadurch, daß der in der Brückenschaltung der Temperaturnachführstufe über dem temperaturempfindiichen Bauelement bzw. der dieses Bauelement enthaltenden Schaltung abfallende Teil einer .stabilen 3ingangs'spannürig mit einer ~der Betriebsspannung der Piezoelemente proportionalen Spannung verglichen und die Betriebsspannung über die Brückenschalt-ang dem Widerstandswert des temperaturempf indiichen Bauelementes oder, bei einer geeigneten Zuordnung von Widerständen, Dioden und Varistoren in entsprechender Reihen- und Parallelschaltung zu dem Temperaturfühler, der Temperaturkennlinie des so gebildeten Netzwerkes.nachgeführt wird.The required for the operation of the piezoelectric drive elements load and temperature controlled voltage supply is carried out according to the circuit arrangement according to the invention characterized in that in the bridge circuit of the temperature tracking stage on the temperaturempfindiichen component or this circuit containing circuit sloping part of a .stabilen 3ingangs'spannürig with a ~ Operating voltage of the piezoelectric elements proportional voltage compared and the operating voltage on the Brückenschalt-ang the resistance value of the temperaturempf indiichen component or, with a suitable assignment of resistors, diodes and varistors in a corresponding series and parallel connection to the temperature sensor, the temperature characteristic of the Netzwerkesnachnachnach becomes.

- 8 Ausführungsbeispiel- 8 embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen;The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show;

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsan-Ordnung in der Darstellung.einer mit der Tempera1 is a circuit diagram of the invention Schaltungsan order in the Darstellung.einer with the tempera

turnachführstufe verbundenen Ansteuerstufe eines PiezoelementesTurnachführstufe connected control stage of a piezoelectric element

^ Fig. 2 das Schaltbild einer Transistorschaltung für den in j · 'FIG. 2 shows the circuit diagram of a transistor circuit for the in FIG.

der Fig. 1 dargestellten Konstantspannungszweipol' der Temperaturnachführstufe1 constant-voltage dipole 'of the temperature tracking stage

Fig. 3 das Schaltbild einer Ansteuerschaltung für den in der Ansteuerstufe liegenden Transistor, bei der anstelle der kapazitiven Kopplung nach Fig. 1 ein Komplementärtransistor vorgesehen ist.3 shows the circuit diagram of a drive circuit for the transistor located in the drive stage, in which instead of the capacitive coupling according to FIG. 1, a complementary transistor is provided.

Dem Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt eine Schaltungsanordnung zugrunde, die aus einer die Bauelemente 1 bis 15 umfassenden Temperaturnachführstufe und einer der vorhandenen piezoelektrischen Antriebselemente entsprechenden Anzahl ) von Ansteuerstufen besteht, von denen im angegebenen Schaltungsbild der Anordnung (Fig. 1 der Zeichnung) lediglich eine Ansteuerstufe in ihrem durch die Bauelemente 15 bis 22 gekennzeichneten Schaltungsaufbau dargestellt ist. Gemäß der Darstellung nach Fig. 1 ist als Temperaturfühler ein mit dem Massepotential verbundener Thermistor 1 vorgesehen, dessen Kennlinienverlauf der Beziehung R = 0,046 exp. (3600/T) weitestgehend entspricht. Damit kann im interessierenden Temperaturbereich von 10 ⁰C bis 40 ⁰C in guter Näherung von einer Widerstandssenkung um etwa 4%/K ausgegangen werden, wobei der resultierende Fehler unter 1,5 K bleibt. Mit dem Thermistor 1 ist ein Festwiderstand 2 in Reihe geschaltet, der in seiner Dimensionierung dem dreifachen mittleren Wider-The embodiment of the invention is based on a circuit arrangement which consists of a comprehensive components 1 to 15 temperature tracking stage and one of the existing piezoelectric drive elements number) of Ansteuerstufen, of which in the specified circuit diagram of the arrangement (Fig. 1 of the drawing) only one Ansteuerstufe in her characterized by the components 15 to 22 circuit structure is shown. 1 is provided as a temperature sensor connected to the ground potential thermistor 1 whose characteristic curve of the relationship R = 0.046 exp. (3600 / T) largely corresponds. This can be assumed in the temperature range of interest from 10 ⁰ C to 40 ⁰ C in a good approximation of a reduction in resistance by about 4% / K, the resulting error remains below 1.5 K. With the thermistor 1, a fixed resistor 2 is connected in series, which in its dimensioning the threefold mean resistance

standswert des Thermistors 1 entspricht, womit sich in erster Näherung zugleich auch die Temperaturabhängigkeit des Druckkopfes ergibt, der im gewählten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Spannungsreduzierung von 1 %/K erfordern möge. Zudem entspricht ein derartiger exponentieller Verlauf mit additiver Komponente auch mehr der empirisch ermittelten Temperaturkennlinie des Druckkopfes. Zur Vermeidung von Eigenerwärmungen des Thermistors 1 wird der Strom auf etwa 400 μΑ begrenzt, wodurch die Pestwiderstände 2 und 3 sowie der aus Gründen der Symmetrie angeordnete regelbare Widerstand 12 bzw. der Festwiderstand 13 zugleich dimensioniert sind. Entsprechend dem Strombedarf der Ansteuerstufen und der Stromverstärkung eines an der stabilen Eingangsspannung anliegenden Längstransistors 11, ist der Strom jedoch so zu dimen'sionieren, daß die Wirkung durch den Abgriff des Basisstromes für den Längstransistor 11 unter einer vorgegebenen Toleranzgrenze bleibt, was über die Pestwiderstände 4, 5 und sowie über die emitterseitig zusammengeschalteten Transistoren 6 und 7 der Temperaturnachfuhrstufe erfolgen kann. Zur Steuerung des längstransistros 11 ist am Ausgang der Brückenschaltung der .Temperaturnachführstuf.e unter Zwischenschaltung des Pastwiderstandes 9 sin massefreier Konstantspannungszweipol (Z-Diode) 10 vorgesehen, der in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung nach Pig. 2 der Zeichnung als Transistorschaltung ausgelegt ist und aus dem Pestwiderstand 23, regelbaren Widerstand 24, Transistor 25 und der an dessen Emitter anliegenden Z-Diode 26 besteht. Bei der Verwendung eines Xonstantspannungszweipols, wie sr in der Fig. 2 der Zeichnung schaltungsmäßig dargestellt ist, macht es sich jedoch wegen der Unmöglichkeit der völligen Abschaltung des Längstransistors 11 erforderlich, auf dessen Xollektorseite eine entsprechende Grundlast vorzusehen, die im Schaltbild nach der Pig. 1 der Zeichnung durch den Pestwiderstand 14 gebildet wird. Kollektorseitig vom Längstransistor 11 ist ferner ein auf Massepotential geführter Elektrolytkondensator 15 vorgesehen, der parallel zum Pestwiderstand 14 geschaltet ist. Jede der mit der Tenroeraturnachführstufe schal-level value of the thermistor 1 corresponds, which in a first approximation at the same time also the temperature dependence of the print head results, which may require a voltage reduction of 1% / K in the selected embodiment of the invention. In addition, such an exponential curve with additive component also corresponds more to the empirically determined temperature characteristic of the print head. To avoid self-heating of the thermistor 1, the current is limited to about 400 μΑ, whereby the pest resistors 2 and 3 and arranged for reasons of symmetry variable resistor 12 and the fixed resistor 13 are dimensioned at the same time. However, according to the power requirement of the drive stages and the current gain of a voltage applied to the stable input voltage series transistor 11, the current is so dimen'sionieren that the effect of the tapping of the base current for the series transistor 11 remains below a predetermined tolerance limit, which is about the pest resistors 4th , 5 and can be done via the emitter side interconnected transistors 6 and 7 of the temperature follow-up stage. In order to control the longitudinal transistor 11, at the output of the bridge circuit the "temperature tracking stage" with the interposition of the paste resistor 9 sin mass-free constant-voltage dipole (Zener diode) 10 is provided, which in an advantageous embodiment of the invention according to Pig. 2 of the drawing is designed as a transistor circuit and consists of the plunger resistor 23, variable resistor 24, transistor 25 and applied to the emitter Z-diode 26 thereof. When using a Xonstantspannungszweipols, as sr in the circuit shown in Fig. 2 of the drawing, but it is necessary because of the impossibility of complete shutdown of the series transistor 11 to provide on the Xollektorseite a corresponding base load, which in the diagram after the Pig. 1 of the drawing is formed by the pest resistance 14. Collector side of the series transistor 11, a guided to ground potential electrolytic capacitor 15 is further provided, which is connected in parallel to the plunger resistor 14. Each of the shells with the tenro-

tungsmäßig verbundenen Ansteuerstufen, wie sie im Schaltbild der Fig. 1 durch die gestrichelte Umzeichnung nur andeutungsweise dargestellt sein soll, besteht aus einem im Eintakt arbeitenden Transistor 20 in Emitterschaltung, zu dessen Kollektorwiderstand 21 das zu betreibende Piezoelement 22 parallel geschaltet ist. Die ¥erte dieser beiden Bauelemente bestimmen zugleich die Zeitkonstante der Entladung. Wegen der allgemein erforderlichen Verbindung eines Poles des Piezoelementes 22 mit dem Massepotential ist- der Eaiitteranschluß des Transistors 20, entsprechend seines Leitungstyps und der Polarisationsrichtung, an das durch die / ~-\ Stabilisierungsschaltung bereitgestellte Potential gelegt.1 connected by dashed outline only hinted, consists of a single-ended transistor 20 in emitter circuit, to the collector resistor 21 to be operated piezoelectric element 22 is connected in parallel. The values of these two components also determine the time constant of the discharge. Because of the generally required connection of a pole of the piezo element 22 to the ground potential, the emitter terminal of the transistor 20, according to its conduction type and the direction of polarization, is applied to the potential provided by the / ~ stabilization circuit.

Damit erhalten die Ansteuerstufen das am Kollektor des Längstransistors 11 anliegende Potential an die Emitter ihrer' Transistoren 20. Für diesen Fall ist, entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 der Zeichnung, ein Kondensator 18 in die Basisleitung des Transistors 20 eingeführt, dem über die Diode 19 nach Ende des Impulses die während des Impulses zugeflossene Ladung wieder entzogen wird. Anstelle der kapazitiven Kopplung kann zur Ansteuerung des Transistors 20 auch eine in der Fig. 3 der Zeichnung gezeigte Ansteuerschaltung vorgesehen werden, bei der ein komplementärer Transistor 27 die Trennung der Potentiale von Logikschaltung und Betriebsspannung der Piezoelemnte 22 übernimmt. Ausge- _K_j 25 hend von der ermittelten notwendigen Abfallgeschwindigkeit des Impulses ist der Kollektorwiderstand 21 des Transistors 20 entsprechend zu dimensionieren. Danach beträgt der maximale Strombedarf der SchaltungIn this case, as shown in FIG. 1 of the drawing, a capacitor 18 is inserted into the base line of the transistor 20, via the diode 19 after the end of the pulse, the charge which has flowed during the pulse is withdrawn again. Instead of the capacitive coupling can be provided for driving the transistor 20 and a drive circuit shown in FIG. 3 of the drawing, in which a complementary transistor 27 takes over the separation of the potentials of the logic circuit and operating voltage of the piezoelectric element 22. Excluded _K _j 25 based on the determined rate of decay of the pulse is necessary, the collector resistor 21 of transistor 20 to be dimensioned accordingly. Thereafter, the maximum power consumption of the circuit

ⁿ · ^Ümax ⁿ · ^Ü max

max -DfJ.,+ ¹)max -DfJ., + ¹ )

Diesem Wert entsprechend werden die Widerstände 4, 5 und 8 sowie .erforderlichenfalls auch der Widerstand 9 festgelegt. Die im Basiszweig des Transistors 20 liegenden Bauelemente (regelbarer Widerstand 15, Festwiderstand 17 und Kondensator 18) ergeben sich in ihrer Dimensionierung aus dem erforderliehen Basisstrom und der Impulsdauer, über den regelbarenIn accordance with this value, the resistors 4, 5 and 8 as well as, if necessary, the resistor 9 are set. The lying in the base branch of the transistor 20 components (variable resistor 15, fixed resistor 17 and capacitor 18) arise in their dimensions from the required base current and the pulse duration, on the controllable

Widerstand 16, der entweder in der Basisleitung des Transistors 20 (gem. der Darstellung nach Fig. 1) oder 23 (entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Ansteuerschaltung) angeordnet ist, kann die gewünschte Tropfenemissionsgeschwindigkeit eingestellt werden.Resistor 16, which is disposed either in the base line of the transistor 20 (as shown in Fig. 1) or 23 (corresponding to the drive circuit shown in Fig. 3), the desired drop emission speed can be set.

Die Wirkungsweise der im Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebenen Schaltungsanordnung beruht darauf, daß der Schaltungsanordnung eine stabile Eingangsspannung zugeführt wird, die mindestens der Spannung entspricht, die das schwächste Piezoelement 22 der vorhandenen Ansteuerstufen bei der tiefsten Betriebstemperatur benötigt. In der Temperaturnacll·- führstufe der Schaltungsanordnung wird daraufhin in der durch die Bauelemente Thermistor 1, Festwiderstände 2, 3, 4, 5, und 13, Transistor 6 und 7 sowie dem regelbaren Widerstand 12 gebildeten Brückenschaltung der über das temperaturempfindliche Bauelement (Thermistor 1) oder einer dieses Bauelement enthaltenden Schaltung abfallende Teil der stabilen Bingangsspannung mit einer der Betriebsspannung der Piezoelemente 22 proportionalen Spannung verglichen. Am Ausgang dieser Brückenschaltung liegt dann ein Strom an, der über den massefreien Konstantspannungszweipol 10 den Längstransistor .11 steuert, womit die Betriebsspannung der Piezoelemente 22 dem Widerstandswert des Temperaturfühlers (Thermistor 1) oder, im Falle einer geeigneten Zuordnung von Widerständen, Dioden und Varistoren in entsprechender Reihen- und Parallelschaltung zum Thermistor 1, der Temperaturkennlinie des so gebildeten Netzwerkes nachgeführt wird und sich somit eine von der Belastung, d. h. von der Anzahl der Piezoelemente 22 weitgehend unabhängige temperaturgesteuerte Betriebsspannung für die vorgesehenen Ansteuerstufen ergibt. Damit ist es aber auch möglich, eine definierte Impulsform zum Antrieb der Piezoelemente 22 zu gewährleisten, die ohne Überschwingungen eine steile Anstiegsflanke aufweist und andererseits an die exemplarabhängige individuelle Piezokraft ohne Veränderung der Abfallflanke angepaßt werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß die Schaltungsanordnung, bei der die Ansteuerstufen integrationsfähig und somit in einen in-The operation of the circuit arrangement described in the embodiment of the invention is based on that the circuit arrangement is supplied with a stable input voltage which corresponds at least to the voltage that requires the weakest piezoelectric element 22 of the existing Ansteuerstufen at the lowest operating temperature. In the temperature sequence of the circuit arrangement, the bridge circuit formed by the components thermistor 1, fixed resistors 2, 3, 4, 5 and 13, transistors 6 and 7 and the controllable resistor 12 is then replaced by the temperature-sensitive component (thermistor 1). or part of the stable Bingangsspannung falling down of this component circuit with a voltage proportional to the operating voltage of the piezoelectric elements 22 voltage. At the output of this bridge circuit then there is a current which controls the series transistor .11 via the ground-free constant-voltage dipole 10, whereby the operating voltage of the piezo elements 22 the resistance value of the temperature sensor (thermistor 1) or, in the case of a suitable assignment of resistors, diodes and varistors in corresponding series and parallel connection to the thermistor 1, the temperature characteristic of the network thus formed is tracked and thus one of the load, d. H. of the number of piezo elements 22 largely independent temperature-controlled operating voltage for the provided Ansteuerstufen results. But this also makes it possible to ensure a defined pulse shape for driving the piezo elements 22, which has a steep rising edge without overshoot and on the other hand can be adapted to the copy-dependent individual piezokraft without changing the trailing edge. A further advantage of the invention is that the circuit arrangement in which the control stages are capable of integration and thus in a

tegrierten Schaltkreis überführbar sind, über einen Standard - TTL - Ausgang steuerbar ist. Darüber hinaus erfordert die den Material- und Raumbedarf optimierende erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch keine weiteren Spannungsquellen und gewährleistet im übrigen die sofortige Verfügbarkeit des Schreibkopfes.integrated circuit are controllable via a standard TTL output. In addition, the material and space requirements optimizing circuit arrangement according to the invention also requires no further sources of voltage and ensures otherwise the immediate availability of the write head.

Claims

- 13 claim of invention

1. Circuit arrangement for driving piezoelectric drive elements of an inkjet printer with demand-oriented droplet ejection, consisting of one of the provided piezoelectric drive elements corresponding number of drive stages, which are connected to a common piezoelectric elements for all temperature tracking stage, in which a temperature-sensitive device or a circuit containing this device is provided , characterized in that the temperature tracking stage comprises a transistor (6, 7) connected to two fixed ends and connected to fixed resistors (4; 5; 8) at its base branches of the thermistor (1 ) or one for symmetry reasons provided controllable resistor (12) and fixed resistor (13) abut, existing bridge circuit having, via a gabahgeitigig connected with her Konstantspannungszweipol (10) .eingeinen a longitudinal transistor (11) controlling the operating voltage of the piezoelectric elements (22) to the resistance of the thermistor (1), in which the longitudinal transistor (11) with its collector to the emitter of each in the control stages of the piezoelectric elements (22) located transistor

(20) is switched.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the ground-free Konstantspannungszweipol (10). consists of a transistor circuit in which the transistor (25) emitter side connected to a Zener diode (26) and in Ba3iszweig with a fixed (23) and a variable resistor (24) is linked.

3. Circuit arrangement according to item 1 or 2, characterized in that by an assignment of further resistors, diodes and varistors in the corresponding series and

Parallel connection to the thermistor (1) the operating voltage of the piezo elements (22) via the bridge switching device of the temperature tracking stage of the temperature characteristic of the network formed thereby is tracked.

4. Circuit arrangement according to one of the items 1 to 3, characterized in that the lying at one pole to ground potential piezoelectric element (22) is connected in parallel with a collector resistor (21) of the single-ended transistor (20).

5 · Circuit arrangement according to point 4, characterized in that the transistor (20) of the drive stage is driven by a capacitor in its base branch and acting as a capacitive coupling capacitor (18) from the output of a logic circuit.

6. Circuit arrangement according to item 4, characterized in that the transistor (20) of the drive stage via a complementary transistor (27) is driven by the output of a logic circuit whose collector is guided to the base branch of the transistor (20).

7. Circuit arrangement according to one of the points .4 to 6, characterized in that in the base line of one of the transistors (20; 27), a controllable resistor (16) is arranged for adjusting the drop emission speed.

See 4, sheet drawings