DE3508556A1 - Circuit arrangement for activating piezoelectric drive elements of an ink jet printer - Google Patents

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement for activating piezoelectric drive elements of an ink jet printer operating with demand-oriented droplet ejection, the aim of which it is to ensure a voltage supply which is largely independent of the load and is temperature-controlled, with optimisation of the space and power consumption. It is based on the object of developing a circuit arrangement in which the electric pulses, having a defined pulse shape, are adapted to the operating temperature and the type-related piezoelectric force and thus provide for individual calibration of the piezoelectric elements without changing their falling edge. According to the invention, the circuit arrangement for this purpose consists of a temperature correction stage connected to a number of activating stages corresponding to the existing piezoelectric elements, which correction stage is provided with a bridge circuit exhibiting a temperature sensor, which, via a two-terminal constant-voltage network, controls a series transistor linked to the activating stages and corrects the operating voltage of the piezoelectric elements in accordance with the resistance value of the temperature sensor or the temperature characteristic of a network comprising the temperature sensor. The invention finds its most appropriate application in the non-mechanical typing and printing technology, particularly in ink-jet printing technology. <IMAGE>

Description

VEB Robotron - Optima ES 1 - Je -VEB Robotron - Optima ES 1 - Each -

ZweiglerZweigler

Titel der ErfindungTitle of the invention

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von piezoelektrischen Antriebselementen eines TintenstrahldruckersCircuit arrangement for controlling 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 control circuit arrangement of piezoelectric drive elements of an inkjet printer, in which the generation of the required electrical impulses in adaptation to the existing operating temperature and the copy-dependent individual Force of the provided piezo elements can take place. Their most appropriate and at the same time most advantageous application finds the invention thus with a temperature-controlled voltage supply for piezoelectric drive elements, as used in the field of non-mechanical writing and printing technology, in particular the inkjet printing technology, provided for single or multi-nozzle print heads of inkjet printers that are based on the principle of the vacuum process work.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristics 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 Piezoeleraente ermöglichen sollen.Prerequisite for the creation of a clean typeface When using an inkjet printer that works according to the principle of the vacuum process, this is above all the guarantee such constant operating conditions in which the ink droplets as a result of their formation process Leave the exit area of the nozzles with approximately constant and constant speed and size. the The size and speed of each ink droplet is however largely on the specimen-dependent properties of the piezoelectric drive elements used and the mainly dependent on the respective ambient temperature changing ink temperature, but the temperature deviations at the same time lead to changes in the droplet- speed influencing viscosity of the writing fluid to lead. A number of different solutions have already become known in recognition of these interrelationships, an individual adjustment of the piezoelectric drive elements or an extensive compensation of the should enable the influences described in the control of the Piezoeleraente.

Einen derartigen individuellen Abgleich einzelner Ansteuerschaltungen sieht beispielsweise die in der DE-OS 30 36 922 bzw. EP-PS 0 048 94-2 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-PS 0 048 94-2, in which the piezo transducers are connected in a charging circuit containing a common voltage source, which via a controllable switching device depending on the activation of a with the occurrence of a control pulse is interruptible for the discharge circuit formed for the drive element in question. By setting the resistance value In the discharge and / or charge circuit, an individual adjustment can be achieved, but in the furthermore, the circuit arrangement leaves it "first suction" (discharging and expansion) when the pulse sequence is implemented of the piezo transducer), then pressing (charging and narrowing of the piezo transducer) ", with all piezo transducers via one

Transistor geladen werden. Es ist darüber hinaus ein weiterer Nachteil der Schaltungsanordnung, daß im Bereich höchster Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten, wie sie aus funktioneilen 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 another Disadvantage of the circuit arrangement, that in the range of the highest voltage rise rates, as they are from functional reasons are to be aimed for, through small series resistors the influence of the number of activated piezo transducers can no longer be eliminated.

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. * Als Nachteil erweist sich jedoch hierbei, daß mit der Ver- ^ Wendung eines induktiven Übertragers am Ausgang der Schal- ^y tung 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-In contrast, with DE-AS 29 03 339 a circuit arrangement for temperature-dependent voltage regulation for piezoelectric writing nozzles has already become apparent, in which a control circuit is provided for each writing nozzle which, in addition to a voltage converter circuit, has a voltage divider serving to set the control voltage, which is connected to a voltage divider common to all control circuits Control circuit is connected, which contains a control device controllable via a temperature-dependent resistor, at whose output an output voltage that changes with the ambient temperature is set. * The disadvantage, however, proves to be that the encryption ^ turn an inductive transformer at the output of the formwork ^y tung not only an increase in expenses, but also an undesired functional effect (resonance circuit with piezo element) is to be charged. In addition, temperature compensation via an operational amplifier requires two additional supply voltages, which may not be needed again in the device. Correction of the characteristic curve with the aid of a semiconductor diode only relates to a specific temperature response of the inkjet printer and can therefore only be used to a limited extent. The branch point for multi-nozzle operation also remains unclear in the publication of DE-AS 29 03 339. If the branching takes place at the collector of the transistor connected downstream of the operational amplifier, the current control of the transistor causes the stages to influence one another. If the branching is already made at the output of the operational amplifier, the number of components increases. In addition, suitable measures must then be taken to reduce the number of copies 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 gepolten Spannung) werden können. Darüber hinaus läßt sich eine Änderung der Piezokraft aber auch dadurch erreichen, daß die aktiven Elektrodenflächen eines Piezoelementes, z. B. durch Abbrennen mittels Laser, verändert oder Teile der Piezoelemente punktuell mit Hilfe eines Laser auf eine oberhalb des Curiepunktes liegende Temperatur erhitzt werden. Wesentlichster Nachteil dieser Lösung ist es jedoch, daß sich beim Abgleich über eine partielle Depolarisation 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 weitere Abgleichvorgänge aufgrund der Polarisationsgradreduzierung immer nur noch in Richtung sinkender Piezokraft möglich ist.For the individual adjustment of individual piezoelectric drive elements it is already known from DE-OS 31 29 015, the degree of polarization of the drive elements on the write head adjustable by changing in a circuit connected to their electrodes for each drive element an adjustable timing element is available, with which for each drive element an individually adjustable in its duration electric field adjustable size can be generated, whereby the piezo elements within a corresponding Area either polarized (application of a polarized voltage in the direction of polarization) or depolarized (Application of a voltage opposite to the polarization direction). In addition, can but also achieve a change in the piezo force in that the active electrode surfaces of a piezo element, e.g. B. by burning off with a laser, changed or parts of the piezo elements selectively with the help of a laser on one above the temperature lying at the Curie point. The main disadvantage of this solution, however, is that when comparing via partial depolarization or when a part of the piezo element is heated at certain points do not set the end parameters immediately (effect of Recovery time), which on the other hand has an unfavorable effect on production. Partial removal of the active electrode surfaces however, has the disadvantage that this process is not reversible and requires further adjustment processes the reduction in the degree of polarization is still only possible in the direction of decreasing piezo force.

Im weiteren 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-Furthermore, DE-OS 28 50 016 is a circuit arrangement to implement individual control conditions for writing nozzles in both the expansion and the Known contraction phase, in which each piezo transducer has a first voltage (which extends the transducer)

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 a second one (the transducer narrowing) voltage potential (zero or ground potential) is assigned to the electronic switch that supplies it is.

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 Ansteuerstufe ein zusätzlicher Anschluß erforderlich werden würde.In this circuit arrangement, however, it is shown that the variant according to FIG. 1 of DE-OS 28 50 016 is not integrated into one Circuit can be transferred without an additional connection would be required for each control stage.

Die Variante gemäß Fig. 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 Anstiegsflanke und die Spitzenspannung. Dies kann jedoch zu funktioneilen Störungen führen.The variant according to FIG. 3 avoids this disadvantage, but the setting of the operating voltage with a Change in the discharge rate associated. This is all the more true than that the discharge speed compared to the Charging speed is low and thus the setting via a parallel resistor to the piezo transducer is the falling edge influenced more than the leading edge and the peak voltage. However, this can lead to functional disorders to lead.

Mit der DE-AS 24 33 510 ist schließlich ein Tintenversorgungssystem 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 Lösung 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 Piezoelemente in Abhängigkeit von der exemplarabhängigen Piezokraft erfolgen kann.With DE-AS 24 33 510 finally an ink supply system has been proposed with a control device to compensate for temperature fluctuations, according to which the Ink in the spray head by a heating device to a constant temperature above the ambient temperature is heated. For this purpose, a temperature sensor located on the write head and the heating device controllable is provided, which is connected to a comparison circuit, whose temperature-dependent output variable is a readjustment device is supplied for the heating device. However, it turns out to be extreme with this particular solution disadvantageous that the heating of the ink does not make the writing head immediately available and an additional energy requirement conditional. In addition, a temperature gradient that is difficult to control is created, corresponding to the temperature difference. In addition, DE-AS 24 33 510 contains no indication of the extent to which an individual control of the Piezo elements can take place depending on the sample-dependent piezo force.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die den bekannten technischen Lösungen anhaftenden wesentlichsten Nachteile zu beseitigen, insbesondere bei Gewährleistung einer sofortigen Verfugbarkeit 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 the known technical Solutions to eliminate the most essential disadvantages, especially when ensuring immediate availability of the print head and an optimization of the material, space and energy expenditure by means of a standard - Provide a TTL output controllable circuit arrangement which is largely independent of the load provides temperature-controlled operating voltage and their control stages are also integrated into an integrated circuit get convicted.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplain 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 verändern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung eine mit einer der vorhandenen piezoelektrischen Antriebselemente entsprechenden Zahl von Ansteuerstufen verbundene Temperaturnaehführstufe umfaßt, welche mit einer Brückenschaltung versehen ist, die aus zwei emitterseitig zusammengeschalteten und mit Pestwiderständen zur Stromdimensionierung verbundenen Transistoren, an deren Basiszweigen ein mit Festwiderständen verbundenes temperaturempfindliches Bauelement oder eine dieses Bauelement enthaltende Schaltung bzw. aus Symmetriegründen je einThe invention is based on the object of developing a circuit arrangement for controlling piezoelectric drive elements of an inkjet printer working on the principle of the vacuum method, which enables the generation of electrical drive pulses with a defined pulse shape, in which these, in adaptation to the operating temperature and the force dependent on the specimen or the number of activated piezo elements, ensure an individual adjustment of the piezoelectric drive elements without, however, changing their uniform trailing edge.
According to the invention the object is achieved in that the circuit arrangement comprises a temperature proximity stage connected to one of the existing piezoelectric drive elements corresponding number of control stages, which is provided with a bridge circuit consisting of two transistors connected together on the emitter side and connected to pest resistors for current dimensioning, on the base branches of which have a Temperature-sensitive component connected to fixed resistors or a circuit containing this component or, for reasons of symmetry, one each

regelbarer und Festwiderstand anliegen, besteht und über einen ausgangsseitig mit ihr verbundenen Konstantspannungszweipol einen Längstransistor steuert, der mit seinem Kollektor an die Emitter 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.adjustable and fixed resistor are present, and via a constant voltage two-pole connected to it on the output side a series transistor controls, the collector of which is connected to the emitters of the transistors located in the control stages is led. To control the transistors, these are via a capacitive coupling or a complementary transistor connected to the output of a logic circuit, wherein in the base line of the complementary or the transistor the control stage an adjustable resistor for setting the drop emission velocity is arranged. In a further advantageous embodiment of the invention are both the temperature-sensitive component and the Piezo elements together with one pole each at ground potential and the constant voltage two-terminal network used is designed 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 temperaturempfindlichen Bauelement bzw. der dieses Bauelement enthaltenden Schaltung abfallende Teil einer stabilen Eingangsspannung mit einer der Betriebsspannung der Piezoelemente proportionalen Spannung verglichen und die Betriebsspannung über die Brückenschaltung dem Widerstandswert des temperaturempfindlichen 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 load- and temperature-controlled voltage supply required to operate the piezoelectric drive elements takes place according to the circuit arrangement according to the invention in that the in the bridge circuit of the temperature tracking stage falling over the temperature-sensitive component or the circuit containing this component Part of a stable input voltage with one of the Operating voltage of the piezo elements compared to proportional voltage and the operating voltage across the bridge circuit the resistance value of the temperature-sensitive component or, with a suitable allocation of resistances, Diodes and varistors connected in series and parallel to the temperature sensor, the temperature characteristic of the network formed in this way is tracked.

AusführungsbeispielEmbodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem AusführungsbeispielThe invention is intended below using an exemplary embodiment

näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:are explained in more detail. In the accompanying drawing show:

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsan-Ordnung in der Darstellung einer mit der Temperaturnachführstufe verbundenen Ansteuerstufe eines Piezoelementes1 shows a circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention in the representation of one with the temperature tracking stage connected control stage of a piezo element

Fig. 2 das Schaltbild einer Transistorschaltung für den in der Fig. 1 dargestellten Konstantspannungszweipol 0 der TemperaturnaehführstufeFIG. 2 shows the circuit diagram of a transistor circuit for the constant voltage two-terminal network shown in FIG 0 of the temperature approach level

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 control circuit for the transistor located in the control stage, in which instead of the capacitive coupling of 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 16 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 temperature tracking stage comprising the components 1 to 15 and a number of control stages corresponding to the existing piezoelectric drive elements, of which only one control stage in its specified circuit diagram of the arrangement (Fig. 1 of the drawing) is shown by the components 16 to 22 marked circuit structure. According to the illustration according to FIG. 1, a thermistor 1 connected to the ground potential is provided as the temperature sensor, the characteristic curve of which has the relationship R = 0.046 exp. (3600 / T) largely corresponds. Thus, in the temperature range of interest from 10 ^° C. to 40 ^° C., a decrease in resistance of approximately 4% / K can be assumed to a good approximation, the resulting error remaining below 1.5 K. A fixed resistor 2 is connected in series with the thermistor 1, the dimensions of which are three times the average 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 dimensionieren, daß die Wirkung durch den Abgriff des Basisstromes für den Längstransistor 11 unter einer vorgegebenen Toleranzgrenze bleibt, was über die Festwiderstände 4, 5 und 8 sowie über die emitterseitig zusammengeschalteten Transistoren 6 und 7 der Temperaturnachführstufe erfolgen kann. Zur Steuerung des Längstransistros 11 ist am Ausgang der Brückenschaltung der Temperaturnachführstufe unter Zwischenschaltung des Festwiderstandes 9 ein massefreier Konstantspannungszweipol (Z-Diode) 10 vorgesehen, der in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung nach Fig. 2 der Zeichnung als Transistorschaltung ausgelegt ist und aus dem Festwiderstand 23, regelbaren Widerstand 24, Transistor 25 und der an dessen Emitter anliegenden Z-Diode 26 besteht. Bei der Verwendung eines Konstantspannungszweipols, wie er 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 Kollektorseite eine entsprechende Grundlast vorzusehen, die im Schaltbild nach der Fig. 1 der Zeichnung durch den Festwiderstand 14 gebildet wird. Kollektorseitig vom Längstransistor 11 ist ferner ein auf Massepotential geführter Elektrolytkondensator 15 vorgesehen, der parallel zum Festwiderstand 14 geschaltet ist. Jede der mit der Temperaturnachführstufe schal-value of the thermistor 1 corresponds, which in a first approximation also results in the temperature dependency of the print head, which in the selected embodiment of the invention may require a voltage reduction of 1% / K. In addition, such an exponential course with an 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, which means that the Pest resistors 2 and 3 and the controllable resistor 12 or the fixed resistor 13, which are arranged for reasons of symmetry, are dimensioned at the same time. According to the current requirement of the control stages and the current amplification of a series transistor 11 connected to the stable input voltage, the current is to be dimensioned so that the effect of the tapping of the base current for the series transistor 11 remains below a given tolerance limit, which is via the fixed resistors 4, 5 and 8 as well as via the interconnected emitter-side transistors 6 and 7 of the temperature tracking stage. To control the series transistor 11, a floating constant voltage two-pole (Zener diode) 10 is provided at the output of the bridge circuit of the temperature tracking stage with the interposition of the fixed resistor 9, which is designed as a transistor circuit in an advantageous embodiment of the invention according to FIG. 2 of the drawing and consists of the fixed resistor 23, controllable resistor 24, transistor 25 and the Z-diode 26 applied to its emitter. When using a constant voltage dipole, as shown in the circuit in Fig. 2 of the drawing, it is necessary, because of the impossibility of completely switching off the series transistor 11, to provide a corresponding base load on its collector side, which is shown in the circuit diagram according to FIG of the drawing is formed by the fixed resistor 14. On the collector side of the series transistor 11, an electrolytic capacitor 15, which is connected to ground potential and which is connected in parallel to the fixed resistor 14, is also provided. Each of the switches with the temperature adjustment stage

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 Werte dieser beiden Bauelemente bestimmen zugleich die Zeitkonstante der Entladung. Wegen der allgemein erforderlichen Verbindung eines Poles des Piezoelementes 22 mit dem Massepotential ist der Emitteranschluß des Transistors 20, entsprechend seines Leitungstyps und der Polarisationsrichtung, an das durch die Stabilisierungsschaltung bereitgestellte Potential gelegt. Damit erhalten die Ans-teuerstufen 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. Ausgehend von der ermittelten notwendigen Abfallgeschwindigkeit des, Impulses ist der Kollektorwiderstand 21 des Transistors 20 entsprechend zu dimensionieren. Danach beträgt der maximale Strombedarf der Schaltungfunctionally connected control stages, as shown in the circuit diagram of Fig. 1 only hinted at by the dashed outline should be shown · consists of an im Single-ended transistor 20 in emitter circuit, to whose collector resistor 21 the piezo element to be operated 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 piezoelectric element 22 to the ground potential, the Emitter connection of the transistor 20, according to its conductivity type and the direction of polarization, applied to the potential provided by the stabilization circuit. This gives the control stages that at the collector of the series transistor 11 applied potential to the emitters of their transistors 20. In this case, according to the illustration 1 of the drawings, a capacitor 18 in the base line of the transistor 20 is introduced, which via the diode 19 after the end of the pulse that during the pulse the charge that has flown in is withdrawn again. Instead of the capacitive Coupling can be used to control the transistor 20 also a drive circuit shown in FIG. 3 of the drawing can be provided in which a complementary transistor 27 separates the potentials of the logic circuit and the operating voltage of the piezo elements 22 takes over. Outgoing The collector resistance 21 of the transistor is determined by the required rate of fall of the pulse 20 to be dimensioned accordingly. Thereafter, the maximum power consumption of the circuit is

! ⁿ · ^Umax · ^ton ! ⁿ · ^U max · ^t on

Ro·.* *on ⁺ WRo ·. * * On ⁺ W

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 16, Festwiderstand 17 und Kondensator 18) ergeben sich in ihrer Dimensionierung aus dem erforderliehen Basisstrom und der Impulsdauer. Über den regelbarenThe resistors 4, 5 and 8 and, if necessary, also the resistor 9 are determined according to this value. The components in the base branch of transistor 20 (adjustable resistor 16, fixed resistor 17 and capacitor 18) result in their dimensioning from the required borrowed Base current and the pulse duration. About the adjustable

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 either in the base line of transistor 20 (according to the illustration according to FIG. 1) or 23 (corresponding to the control circuit shown in Fig. 3) is arranged, 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 Temperaturnachführstufe 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 Eingangsspannung 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 mode of operation in the exemplary embodiment of the invention The circuit arrangement described is based on the fact that the circuit arrangement is supplied with a stable input voltage that corresponds at least to the voltage that the weakest piezoelectric element 22 of the control stages present in the lowest operating temperature required. In the temperature follow-up stage of the circuit arrangement, the through the components thermistor 1, fixed resistors 2, 3, 4 ·, 5, and 13, transistor 6 and 7 and the controllable resistor 12, the bridge circuit formed by the temperature-sensitive Component (thermistor 1) or a circuit containing this component falling part of the stable input voltage compared with a voltage proportional to the operating voltage of the piezoelectric elements 22. At the exit of this Bridge circuit is then a current that is above the floating Constant voltage two-pole 10 controls the series transistor 11, whereby the operating voltage of the piezo elements 22 to the Resistance value of the temperature sensor (thermistor 1) or, in the case of a suitable assignment of resistors, diodes and varistors in a corresponding series and parallel connection to the thermistor 1, the temperature characteristic of the so formed Network is tracked and thus one of the load, d. H. on the number of piezo elements 22 results in largely independent temperature-controlled operating voltage for the intended control stages. But that's it also possible to ensure a defined pulse shape for driving the piezo elements 22 without overshoots has a steep rising edge and, on the other hand, to the sample-dependent individual piezo force without change can be adapted to the falling edge. Another advantage of the invention is that the circuit arrangement in which the control stages can be integrated and thus integrated into an

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 can be transferred, can be controlled via a standard TTL output. In addition, the circuit arrangement according to the invention, which optimizes the material and space requirements, also does not require any further voltage sources and, moreover, ensures immediate voltage sources
Availability of the print head.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 3508556List of the reference numbers used 3508556

1 Thermistor1 thermistor

2 Festwiderstand2 fixed resistor

3 Festwiderstand3 fixed resistor

4 Festwiderstand4 fixed resistor

5 Festwiderstand5 fixed resistor

6 Transistor6 transistor

7 Transistor7 transistor

8 Festwiderstand8 fixed resistor

9 Festwiderstand9 fixed resistor

10 Konstantspannungszweipol (Z-Diode)10 constant voltage two-pole (Zener diode)

11 Längstransistor11 series transistor

12 regelbarer Widerstand12 adjustable resistance

13 Festwiderstand13 Fixed resistor

14 Festwiderstand14 fixed resistor

15 Elektrolytkondensator15 electrolytic capacitor

16 regelbarer Widerstand16 adjustable resistance

17 Festwiderstand17 Fixed resistor

18 Kondensator18 capacitor

19 Diode19 diode

20 Transistor20 transistor

21 Kollektorwiderstand21 collector resistance

22 Piezoelement22 piezo element

23 Festwiderstand23 Fixed resistor

24 regelbarer Widerstand24 adjustable resistance

25 Transistor25 transistor

26 Z-Diode26 Zener diode

27 Transistor27 transistor

Claims (7)

ErfindungsanspruchtInvention claim 1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung von piezoelektrischen Antriebselementen eines Tintenstrahldruckers mit bedarfsorientiertem Tröpfchenausstoß, bestehend aus einer der vorgesehenen piezoelektrischen Antriebselemente entsprechenden Zahl von Ansteuerstufen, die mit einer für alle Piezoelemente gemeinsamen Temperaturnachführstufe verbunden sind, in der ein temperaturempfindliches Bauelement oder eine dieses Bauelement enthaltene Schaltung vorgesehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturnachführstufe eine aus zwei emitterseitig zusammengeschalteten und mit Pestwiderständen (4; 5; 8) zur Stromdimensionierung verbundenen Transistoren (6; 7) an deren Basiszweigen der auf Massepotential liegende und mit Festwiderständen (2; 3) verbundene Thermistor (1) bzw. je ein aus Symmetriegründen vorgesehener regelbarer Widerstand (12) und Festwiderstand (13) anliegen, bestehende Brückenschaltung aufweist, die, über einen ausgangsseitig mit ihr verbundenen Konstantspannungszweipol (10) einen Längstransistör (11) steuernd, die Betriebsspannung der Piezoelemente (22) dem Widerstandswert des Thermistors Ci) nachführt, in dem der Längstransistor (11) mit seinem Kollektor an die Emitter eines jeweils in den Ansteuerstufen der Piezoelemente (22) befindlichen Transistors1. Circuit arrangement for controlling piezoelectric Drive elements of an inkjet printer with demand-oriented droplet ejection, consisting of one of the provided piezoelectric drive elements corresponding number of control stages with one for all Piezo elements are connected to the common temperature tracking stage, in which a temperature-sensitive component or a circuit containing this component is provided, characterized in that the temperature tracking stage one of two connected together on the emitter side and with pest resistors (4; 5; 8) for current dimensioning connected transistors (6; 7) at their base branches of the one at ground potential and with Fixed resistors (2; 3) connected thermistor (1) or one adjustable resistor each provided for reasons of symmetry (12) and fixed resistor (13) are present, has existing bridge circuit which, via an output side with it connected constant voltage two-pole (10) a series transistor (11) controlling the operating voltage the piezo elements (22) tracks the resistance of the thermistor Ci), in which the series transistor (11) with his Collector to the emitter of one in each of the control stages of the piezo elements (22) located transistor (20) geschaltet ist.(20) is switched. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der massefreie Konstantspannungszweipol (10) aus einer Transistorschaltung besteht, bei der der Transistor (25) emitterseitig mit einer Z-Diode (26) verbunden und im Basiszweig mit einem Fest- (23) und einem regelbaren Widerstand (24) verknüpft ist.2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that that the floating constant voltage two-pole (10) consists of a transistor circuit in which the transistor (25) On the emitter side connected to a Zener diode (26) and in the base branch to a fixed resistor (23) and an adjustable resistor (24) is linked. 3· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß durch eine Zuordnung von weiteren Widerständen, Dioden und Varistoren in entsprechender Reihen- und3 · Circuit arrangement according to point 1 or 2, marked in that by an assignment of further resistors, diodes and varistors in corresponding series and Parallelschaltung zu dem Thermistor (1) die Betriebsspannung der Piezoelemente (22) über die Brückenschaltung der Temperaturnachführstufe der Temperaturkennlinie des dadurch gebildeten Netzwerkes nachgeführt wird.The operating voltage is connected in parallel to the thermistor (1) of the piezo elements (22) via the bridge circuit of the temperature tracking stage of the temperature characteristic the network thus formed is tracked. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das mit einem Pol auf Massepotential liegende Piezoelement (22) parallel zu einem Kollektorwiderstand (21) des im Eintakt arbeitenden Transistors (20) geschaltet ist.4. Circuit arrangement according to one of points 1 to 3, marked characterized in that the piezo element (22), which has one pole at ground potential, is parallel to one Collector resistance (21) of the single-ended transistor (20) is connected. 5. Schaltungsanordnung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Transistor (20) der Ansteuerstufe über einen in seinem Basiszweig liegenden und als kapazitive Kopplung wirkenden Kondensator (18) vom Ausgang einer Logikschaltung angesteuert wird.5. Circuit arrangement according to item 4, characterized in that the transistor (20) of the control stage has an in its base branch and acting as a capacitive coupling capacitor (18) from the output of a logic circuit is controlled. 6. Schaltungsanordnung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Transistor (20) der Ansteuerstufe über einen komplementären Transistor (27) vom Ausgang einer Logikschaltung angesteuert wird, dessen Kollektor zum Basiszweig des Transistors (20) geführt ist.6. Circuit arrangement according to item 4, characterized in that the transistor (20) of the control stage has a complementary one Transistor (27) is controlled by the output of a logic circuit, whose collector to the base branch of the transistor (20) is performed. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Punkte 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß in der Basisleitung eines der Transistoren (20; 27) ein regelbarer Widerstand (16) zur Einstellung der Tropfenemissionsgeschwindigkeit angeordnet ist. 7. Circuit arrangement according to one of points 4 to 6, marked characterized in that in the base line of one of the transistors (20; 27) a controllable resistor (16) for Adjustment of the drop emission speed is arranged. Hierzu Blatt ZeichnungenFor this purpose sheet of drawings