DE3401797A1

DE3401797A1 - Heizleistungsregler fuer einen tintenstrahlschreiber

Info

Publication number: DE3401797A1
Application number: DE19843401797
Authority: DE
Inventors: Kiyotaka Hino Tokio/Tokyo Murakami; Yasuhiko Fuchi Tokio/Tokyo Tanaka; Masato Hachioji Tokio/Tokyo Watanabe
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1984-01-19
Publication date: 1984-07-26
Also published as: JPS59133062A; DE3401797C2; US4660057A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig

Konishiroku Photo Industry !Co., Ltd, Tokio, Japan

Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertretet vor dem Europäischen Patentamt

Dr phi! G Henkel. München Dipl -ing. J Pfenning. BeMm Dr rer nat L. Feue^r München Dip! -ing. W Hanzei. München Dipl -Phys K. H Meinig. Berlin Dr Ing A Butenschön Berlin

Mohlstraße 37
D-8000 München 80

Tel. 089/982085-87 Telex C529802hnkid Telegramm eü'psoid Telefax (Gr. 2-^-3).
089/9814 26

8,291/83

Heizleistungsregler für einen Tintenstrahlschreiber

Die Erfindung betrifft einen Heizleistungsregler zur Regelung der Temperatur der Tinte bzw. Druckfarbe im Schreibkopf eines Tintenstrahlschreibers oder -druckers.

Ein Beispiel für einen bisherigen Heizleistungsregler dieser Art ist in Fig. 1 dargestellt, wobei ein Heizwiderstand 1 zum Erwärmen der Tinte (Druckfarbe) in einer Tintenkammer eines Schreibkopfes des Tintenstrahlschreibers dient. Der Heizwiderstand 1 wird dabei durch einen Treiber 2 angesteuert (mit Strom gespeist), der seinerseits durch ein von einem Komparator 3 geliefertes Ein/Aus-Signal aktiviert wird. Der Komparator 3 vergleicht ein Ausgangssignal (Spannungssignal entsprechend der Tintentemperatur) vom Detektor 4 mit einem Ausgangssignal (Spannung entsprechend einer vorgegebenen oder Soll-Tintentemperatur) eines Bezugssignalgenerators 5 und liefert ein Ein-Signal (Signal "1"), wenn das erstere Ausgangssignal kleiner ist als das letztere, d.h. wenn die Ist-Tintentemperatur nicht auf die Soll-Temperatur angestiegen ist, sowie ein Aus-Signal (Signal "0"), wenn andererseits die Ist-Temperatur größer ist als die Soll-Temperatur.

Wenn jedoch der Heizwiderstand durch Aufdrucken eines gedruckten Widerstands auf eine Kopfbasis hergestellt ist, ergibt sich dabei das Problem, daß die Stabilität des aufgedruckten Widerstands (print resistor) aufgrund seines Werkstoffs verringert ist und sein Widerstandswert innerhalb eines weiten Bereichs von z.B. 20 - 100 -Π. variiert. Infolgedessen variiert auch bei Anlegung einer konstanten Spannung an den Heizwiderstand dessen Erwärmungstemperatur, so daß der Schreibkopf beispielsweise überhitzt wird. Wenn insbesondere der an den Heizwiderstand angelegte elektrische Strom zu groß ist, wird die Regelbarkeit der Heizelementtemperatur, wie in Fig. 2a dargestellt, beeinträchtigt. In Abhängigkeit

von der Hysterese in der Regelanlage oder der Übertragungsverzögerung vom Heizelement zum Meßfühler (Detektor) kann sich dabei die Heizelementtemperatur nicht auf einer Soll-Temperatur θ_β stabilisieren, so daß ein großes Überschwingen auftritt und demzufolge die Tintentemperatur in der Düse ungleichmäßig wird bzw. schwankt. Die Schwankung (Welligkeit) der Temperatür sollte auf die in Fig. 2b gezeigte Weise unterdrückt werden.

Fig. 3 veranschaulicht in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Tintenviskosität und der -temperatür. Dabei sind die Temperatur auf der Abszisse, die Tintenviskosität auf der Ordinate aufgetragen, und γ gibt die Tintenviskosität bei der Temperatur θ^. an. Die Tintenviskosität beeinflußt die Eigenschaften eines aus der Düse ausgestoßenen Tintenstrahls. Wenn die Temperatür an der Düse auf die in Fig. 2a gezeigte Weise variiert, weicht die Tintenviskosität weit von der Größe γ ab, so daß die Ausstoß-Geschwindigkeit der Tintentröpfchen äußerst instabil wird; im Fall der in Fig. 2b dargestellten Änderung ist dagegen diese Geschwindigkeit stabil.

Wenn die Schreibkopftemperatur auf die in Fig. 2a gezeigte Weise variiert, sickert zudem Tinte (Druckfarbe) aus der Schreibkopf-Düsenöffnung an der Düsenfläche aus,

QQ weil die Tinte einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als die Schreibkopf-Basis- oder -Grundplatte. Bei einem Temperaturanstieg dehnt sich insbesondere die Tinte aus, um aus der Düse herauszusickern; . bei einem Temperaturabfall wird dagegen die Tinte in

cc die Düse eingesaugt,, wobei sich diese Erscheinungen wiederholen können. Durch größere Mengen heraussickernder Tinte kann das in der Nähe der Düsenfläche befindliche Druckpapier verschmutzt werden. Wenn bei heraussickernder

Tinte ein Druckvorgang durch Austreiben von Tintentröpfchen durchgeführt wird, verhindert die von der Düse befindliche, herausgesicherte Tinte das einwandfreie Austreiben der Tintentröpfchen (auf einer Flugbahn), und es werden Luftblasen in die Düse eingesaugt, wodurch die Zuverlässigkeit beeinträchtigt wird.

-^q Zum Ausgleich der Widerstandsänderungen des Heizwiderstands 1 ist daher bei dieser bisherigen Vorrichtung gemäß Fig. 4 ein Blindwiderstand 6 mit dem Heizwiderstand 1 in Reihe geschaltet, um den Widerstandswert des Heizwiderstands 1 durch Verbrauchen des unnötigen

jg (überschüssigen) Stroms im Blindwiderstand zu regeln und ersteren mit einem konstanten Strom zu speisen. Ein für diesen Zweck geeigneter Blindwiderstand ist sehr groß und teuer, und es müssen verschiedene Arten von Blindwiderständen entsprechend dem Wert des Heizwider-

2Q stands bereitgestellt werden, wodurch sich der Aufbau des Druckers kompliziert. Zudem bedingt der im Blindwiderstand verbrauchte Strom nutzlose Wärmeverluste, so daß die Temperatur im Inneren des Druckers in nachteiliger Weise ansteigt.

Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Nachteile

des Stands der Technik liegt der Erfindung damit die Aufgabe zugrunde, einen Heizleistungsregler der angegebenen Art zu schaffen, der keinen Wärmeverlust aufweist ο« und einen Heizwiderstand auch im Fall erheblicher Änderungen oder Abweichungen seines Widerstandswerts mit einem konstanten Strom bzw. konstanter Leistung zu speisen vermag.

_QC- Zudem soll dieser Heizleistungsregler in der Lage sein,

ein schnelles Erwärmen (Warmlaufen) bei niedriger Temperatur zu gewährleisten.

\ο

Die genannte Aufgabe wird bei einem Heizleistungsregler für einen Tintenstrahlschreiber, bei dem die Temperatur •5 der Tinte (Druckfarbe) in einem Schreibkopf des Tintenstrahlschreibers zur Regelung der Strom- oder Leistungszufuhr zu einem im Schreibkopf angeordneten Heizelement nach Maßgabe des Meßsignals gemessen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst,' daß das Ausgangssignal eines !Comparators zum Vergleichen des Meßsignals mit einem Bezugssignal mittels eines Takts oder Taktsignals einer vorbestimmten Periode zerhackbar und in ein Zerhackersignal umwandelbar ist, mit dem die Strom- oder Leistungszufuhr zum Heizelement regelbar ist.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 4 Blockschaltbilder bisheriger Heizleistungsregler,

Fig. 2a und 2b graphische Darstellungen der zeitabhängigen Änderung der Tintentemperatur im Schreibkopf,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der thermischen Abhängigkeit der Tintenviskosität,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Heizleistungsreglers gemäß der Erfindung,

Fig. 6 ein Schaltbild eines Zerhackerkreises

beim Heizleistungsregler nach Fig. 5 und

Fig. 7a bis 7d graphische Darstellungen zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Heizleistungsreglers gemäß Fig. 5.

Die Fig. 1 bis 4 sind eingangs bereits erläutert worden.
5

Der in Fig. 5 dargestellte Heizleistungsregler gemäß der Erfindung unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 1 dadurch, daß eine Hystereseschaltung 61, ein Oszillator 62 und ein Zerhackerkreis 63 zwischen den Komparator 3 und den Treiber 2 eingeschaltet sind und der Heizwiderstand 1 ohne Verwendung eines Blindwiderstands unmittelbar an den Ausgang des Treibers 2 angeschlossen ist. Beim Heizleistungsregler gemäß Fig. 5 wird insbesondere das Ausgangssignal des Komparators 3 durch die Hystereseschaltung 61 geleitet, um ihm Hysterese zu verleihen, und dann im Zerhackerkreis mittels eines vom Oszillator 62 gelieferten Takts (mit einer Frequenz im allgemeinen Bereich von 2-50 kHz) zerhackt. Der Zerhackerkreis 63 vermag dabei das Tastverhältnis jedes Impulses der Ausgangsimpulsreihe (nachstehend als Zerhackersignal bezeichnet) veränderlich einzustellen.

Fig. 6 veranschaulicht die Einzelheiten des Zerhackerkreises 63 und seiner peripheren Schaltkreise. In diesem Schaltungsteil werden Takte bzw. Taktsignale "0" und "1" (Fig. 7a) vom Oszillator 62 sowie Signale "0" und "1" (Fig. 7b) von der Hystereseschaltung 61 von einem UND-Glied 21 abgenommen, durch dessen Ausgangssignal ein monostabiler Multivibrator 22 erregt bzw. angesteuert wird. Der monostabile Multivibrator 22 liefert dabei ein in Fig. 7c dargestelltes Signal. Hierbei kann die Impulsbreite t des Signals durch Einstellung des Widerstandswerts R eines Widerstands 221 variiert werden, der zur CR-Zeitkonstante beiträgt. Insbesondere kann das Tastverhältnis t/T des Ausgangsimpulses durch Änderung des Widerstandswerts R des Widerstands 221

eingestellt werden.

Wenn das Tastverhältnis mitc/ bezeichnet wird, läßt sich der dem Heizwiderstand 1 zugeführte Strom P wie folgt ausdrücken:

P = l/T/** ^T (E² /Rh) dt

^J ο

= 0fE²/Rh (1)

in obiger Gleichung bedeuten:

T = Periode des Takts bzw. Taktsignals E= Ausgangsspannung des Treibers 2 Rh= Widerstandswert des Heizwiderstands 1.

Im folgenden sei angenommen, daß der Heizwiderstand 1 mit einer konstanten Leistung von 6,5 W bei E = 24 V gespeist wird, wobei im Fall von O(. = 1 Rh etwa 90 fl und im Fall von A = 0,225 Rh etwa 20 Γι beträgt. Infolge- . dessen ist es bezüglich der Änderung des Widerstands Rh zwischen 20 und 90 -Q möglich, durch Einstellung des Tastverhältnisses σ£ in einem.Bereich zwischen 22,5 und 100 % jederzeit eine konstante Leistungszufuhr bzw. -abgabe von 6,5 W zu realisieren. Fig. 7d veranschaulicht den Stromverbrauch beim bisherigen Heizleistungsregler unter der Bedingung Rh = 20 -Q. und bei einem Blindwiderstandswert von 22-Π . Wenn der Heizwiderstand 1 mit einer konstanten Leistung von 6,5 W beschickt wird, verbraucht gemäß Fig. 7d der Blindwiderstand gleichzeitig 7,1 W (schraffierter Bereich). Beim erfindungsgemäßen Heizleistungsregler entfällt dagegen dieser Stromverbrauch von 7,1 W völlig, so daß der Heizwiderstand 1 mit hohem Wirkungsgrad bzw. hoher Wirtschaftlichkeit betrieben werden kann.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Schaltung zur Realisierung der Erfindung selbstverständlich nicht auf die Schaltung gemäß Fig. 5 beschränkt ist. Falls dabei der Takt bzw. das Taktsignal vom Oszillator auch zur Ansteuerung anderer Haupt-Leistungselemente benutzt wird, etwa eines piezoelektrischen Elements zum Austreiben der in der Tintenkammer enthaltenen Tinte (Druckfarbe) aus der Düse, kann die an der Stromquelle liegende Last groß werden, wenn ein solches zusätzliches Element und der Heizwiderstand in ihren Ansteuerungszeiten miteinander koinzidieren. Aus diesem Grund kann dem Oszillator ein Phasenschieber nachgeschaltet sein, um die Phase des Takts bzw. Taktsignals für die Ansteuerung des Heizwiderstands so zu verschieben, daß dieser während der Zeitspanne angesteuert bzw. gespeist wird, in welcher das andere stromabnehmende Element nicht angesteuert wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird somit das Ein/Aus-Ausgangssignal des Komparators mittels des eine vorbestimmte Periode be-

ein sitzenden Takts bzw. Taktsignals in/Gleichspannung-Zer-

hackersignal umgewandelt, und der Multivibrator wird nach Maßgabe des Zerhackersignals betätigt, um den Heizwiderstand durch den Ausgangsimpuls des Multivibrators anzusteuern. Auch im Fall von Änderungen des Vfiderstandswerts des Heizwiderstands ist es daher möglich, durch einfache Einstellung des Tastverhältnisses des Ausgangsimpulses jederzeit ohne weiteres einen vorbestimmten konstanten Strom bzw. eine vorbestimmte konstante Leistung zu liefern. Da außerdem kein großer und teuerer Blindwiderstand nötig ist, wie er bei der bisherigen An-Ordnung erforderlich ist, entfällt der nutzlose Stromverbrauch des Blindwiderstands völlig.

Insbesondere können erfindungsgemäß Widerstandswertänderungen des Heizwiderstands durch Verwendung eines Regelwiderstands einer wesentlich kleineren Größe als derjenigen des Blindwiderstands berücksichtigt werden, so daß die nutzlosen Stromverluste verringert werden.und der Drucker wirtschaftlich arbeitet.

IQ Weiterhin ist bei der bisherigen Anordnung parallel zum Blindwiderstand eine Kurzschließeinheit angeordnet, die betätigbar ist, um die dem Heizelement zum Aufwärmen bei niedriger Temperatur zwecks Verringerung der Warmlaufzeit zugeführte Strommenge bzw. Leistung zu vergroßem. Diese Kurzschließeinheit wird dabei durch einen Transistor'o.dgl. mit großem Stromausgang gebildet. Beim erfindungsgemäßen Heizleistungsregler kann dagegen die maximale Leistung ohne weiteres dadurch geliefert werden, daß das Tastverhältnis auf 100 % eingestellt wird. Die Erfindung bietet somit einen großen industriellen Nutzeffekt.

Claims

Patentansprüche

( 1.J Heizleistungsregler für einen Tintenstrahlschreiber, bei dem die Temperatur der Tinte (Druckfarbe) in einem Schreibkopf des Tintenstrahlschreibers zur Regelung der Strom- oder Leistungszufuhr zu einem im Schreib-

IQ kopf angeordneten Heizelement nach Maßgabe des Meßsignals gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal eines Komparators (3) zum Vergleichen des Meßsignals mit einem Bezugssignal mittels eines Takts oder Taktsignals einer vorbestimmten

^5 Periode zerhackbar und in ein Zerhackersignal umwandelbar ist, mit dem die Strom- oder Leistungszufuhr zum Heizelement (1) regelbar ist.
2. Heizleistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekenn-2Q zeichnet, daß eine Regeleinheit (z.B. 221) zur Einstellung des Tastverhältnisses des Zerhackersignals vorgesehen ist.
3. Heizleistungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 2g gekennzeichnet, daß die das Zerhackersignal bildenden Impulse gegenüber den einer anderen impulsgesteuerten Last zugeführten Impulsen phasenverschoben sind.