DE69413962T2

DE69413962T2 - Differentialgetriebe-einheit für einen farbstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE69413962T2
Application number: DE69413962T
Authority: DE
Inventors: James L. Spring Tx 77379 Stortz
Original assignee: Compaq Computer Corp
Current assignee: Compaq Computer Corp
Priority date: 1993-05-10
Filing date: 1994-05-03
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2014-05-04
Also published as: EP0699133A1; EP0699133B1; AU6907794A; CA2162403C; CA2162403A1; JPH08507012A; WO1994026520A1; AU684289B2; JP2742730B2; DE69413962D1; US5444467A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegenden Erfindung betrifft im allgemeinen Tintenstrahldruckkopfvorrichtungen und betrifft insbesondere Systeme für das piezoelektrische Ansteuern eines Tintenstrahldruckkopfes.

Beschreibung verwandter Technik

Ein piezoelektrisch betätigter Tintenstrahldruckkopf ist eine relativ kleine Vorrichtung, die eingesetzt wird, um selektiv kleine Tintentröpfchen auf ein Papierblatt zu spritzen, das funktionell durch einen Drucker transportiert wird, in den der Druckkopf integriert ist, um so aus den verspritzten Tintentröpfchen einen ausgewählten Text und/oder eine Graphik herzustellen. Bei einem beispielhaften Aufbau hat ein Tintenstrahldruckkopf eine horizontal beabstandete parallele Anordnung innerer Tintenaufnahmekanäle. Diese inneren Kanäle sind an ihren vorderen Enden mit einem Plattenelement abgedeckt, durch das hindurch eine beabstandete Reihe kleiner Tintenausstoßdüsen hindurch ausgebildet ist. Jeder Kanal öffnet sich über eine andere der beabstandeten Düsen nach außen.
Eine beabstandete Reihe innerer piezoelektrischer Wandabschnitte des Druckkopfkörpers trennt die Kanäle und grenzt sie in Längsrichtung seitlich ab. Um ein Tintentröpfchen über eine ausgewählte der Ausstoßdüsen auszustoßen, werden die zwei Druckkopfseitenwandabschnitte, die den zu der ausgewählten Düse gehörenden Kanal seitlich begrenzen, piezoelektrisch in den Kanal hinein gebogen und dann in ihre normale nichtgebogene Stellung zurückgeführt. Die gesteuerte Biegung der einander gegenüberliegenden Kanalwandabschnitte nach innen erhöht den Druck der Tinte in dem Kanal soweit, daß eine kleine Menge an Tinte in Tröpfchenform durch die Ausstoßdüse nach außen gedrückt wird.
Gemäß einem in jüngster Zeit vorgeschlagenen Ansteuerungsverfahren für diesen Typ Tintenstrahldruckkopf sind Oberseiten der inneren Kanalunterteilungswandabschnitte gemeinsam mit Erde verbunden, und die Unterseiten der Wandabschnitte sind einzeln mit einer Reihe elektrischer Betätigungsleiter verbunden. Jeder dieser Leiter seinerseits ist mit einem Ansteuerungssteuersystem verbunden, das so betätigt werden kann, daß es selektiv eine Wellenform durch den Leiter leitet, die sich aufeinanderfolgend (1) von Erde zu einer ersten Ansteuerungspolarität, (2) von der ersten Polarität zu der entgegengesetzten Polarität und (3) von der entgegengesetzten Polarität wieder zurück zu Erde ändert.
Wenn diese elektrische Wellenform auf einen piezoelektrischen Wandabschnitt wirkt, der eine Seite eines ausgewählten Kanals begrenzt, und eine zweite analoge elektrische Wellenform entgegengesetzter Polaritätssequenz gleichzeitig (über einen anderen der Betätigungsleiter) an den gegenüberliegenden Kanalwandabschnitt angelegt wird, werden die einander gegenüberliegenden Kanalwandabschnitte durch piezoelektrische Wirkung nacheinander (1) nach außen von dem Kanal weg, den sie seitlich begrenzen, (2) in den Kanal hinein, um ein Tintentröpfchen daraus auszustoßen und (3) wieder in ihre Ausgangs- bzw. "neutralen" Positionen zurück gebogen.
Obwohl das soeben beschriebene Ansteuerungssystem dem Druckkopf zufriedenstellende Druckeigenschaften verleiht, weist es verschiedene inhärente Beschränkungen und Nachteile auf. So sind für das System beispielsweise drei separate Ansteuereinrichtungen erforderlich, d. h., eine für jeden der drei Kanalwand-Ansteuerungsabschnitte, die oben beschrieben sind. Durch diese Anforderung nimmt die Komplexität des Ansteuerungssystems erheblich zu, so daß seine Gesamtkosten auf unerwünschte Weise steigen. Darüber hinaus nimmt dadurch auf unerwünschte Weise der Gesamtplatzbedarf für das Ansteuerungssystem zu.
Aus dem Obenstehenden ist leicht zu ersehen, daß es wünschenswert wäre, ein verbessertes Tintenstrahldruckkopf-Ansteuerungssystem zu schaffen, bei dem die obengenannten Beschränkungen und Nachteile, die das obenbeschriebene Ansteuerungssystem aufweist, wegfallen bzw. zumindest erheblich verringert werden. Dementspre chend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein derartiges verbessertes Tintenstrahldruckkopf Ansteuerungssystem zu schaffen.
EP-A-0528649 offenbart eine Tintenstrahldruckkopf-Anordnung mit mehreren Kanälen, die durch piezoelektrische Betätigungselemente 1 gebildet werden, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
IBM technical disclosure bulletin Band 25 11A vom April 1983 offenbart eine Druckkopfsteuerung.
US-A-4887100 offenbart einen Tintenstrahldruckkopf mit selektiven piezoelektrischen Tintentröpfchen-Herstellungsbetätigungselementen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf geschaffen, der umfaßt:
einen Basisabschnitt, der aus einem inaktivem Material besteht, wobei der Basisabschnitt eine Vielzahl im allgemeinen paralleler, beabstandeter Vorsprünge aufweist, die Tintenaufnahmekanäle bilden, und die sich in Längsrichtung an dem Basisabschnitt entlang erstrecken, wobei jeder der Vorsprünge eine Oberseite hat;
eine Vielzahl von Zwischenabschnitten, die aus einem aktiven piezoelektrischen Material bestehen, wobei jeder Zwischenabschnitt eine Oberseite und eine Unterseite hat, die an der Oberseite eines entsprechenden der Vielzahl von Basisabschnitt-Vorsprüngen angebracht ist; und
einen Abdeckungsabschnitt, der aus einem inaktiven Material besteht und eine Unterseite hat, wobei die Oberseite jedes der Vielzahl von Zwischenabschnitten isolierend an der Unterseite des Abdeckungsabschnitts angebracht ist; gekennzeichnet durch:
eine erste Steuerung, die elektrisch mit der Oberseite jedes der Zwischenabschnitte verbunden ist, wobei die erste Steuerung selektiv entweder eine Ansteuer- oder eine Erdspannung an die Oberseite ausgewählter der Vielzahl von Zwischenabschnitten anlegt; und
eine zweite Steuerung, die elektrisch mit der Unterseite jedes einzelnen der Zwischenabschnitte verbunden ist, wobei die zweite Steuerung selektiv entweder eine Ansteuer- oder eine Erdspannung an die Unterseite ausgewählter der Vielzahl von Zwischenabschnitten anlegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus ein Verfahren zum Betätigen eines Tintenstrahldruckkopfes geschaffen, der einen Körper mit einer Reihe beabstandeter, paralleler innerer, piezoelektrisch biegbarer Seitenwandabschnitte hat, die erste und zweite Bereiche aufweisen und sich von einer Vorderfläche aus durch den Körper hindurch nach hinten erstrecken, wobei die Seitenwandabschnitte in eine Reihe beabstandeter innerer Tintenaufnahmekanäle eingreifen, die sich durch eine Reihe beabstandeter Tintenausstoßdüsen nach außen öffnen, wobei die ersten Bereiche der Seitenwandabschnitte in einer oder mehreren separaten Gruppen erster Bereiche angeordnet sind, ein Teil der zweiten Bereiche der Seitenwandabschnitte in einer oder mehreren separaten Gruppen zweiter Bereiche angeordnet sind und ein verbleibender Teil der zweiten Bereiche der Seitenwandabschnitte als einer oder mehrere einzelne zweite Bereiche angeordnet ist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
gemeinsames und selektives Anlegen einer Ansteuerspannung mit einer vorgegebenen Polarität an ausgewählte der einen oder mehreren separaten Gruppen erster Bereiche bzw. Verbinden derselben mit Erde,
gemeinsames und selektives Anlegen einer Ansteuerspannung mit einer vorgegebenen Polarität an ausgewählte der einen oder mehreren separaten Gruppen zweiter Bereiche bzw. Verbinden derselben mit Erde, und
einzelnes und selektives Anlegen einer Ansteuerspannung der vorgegebenen Polarität an ausgewählte der einen oder mehreren einzelnen zweiten Bereiche der Seitenwandabschnitte bzw. Verbinden derselben mit Erde, wobei die zweiten Bereiche an den Seitenwandabschnitten von den ersten Bereichen daran beabstandet sind.
Fig. 1 ist eine vereinfachte, leicht schematische Perspektivansicht eines Tintenstrahldruckkopfes, der ein speziell konstruiertes differentielles Ansteuerungssystem aufweist, das Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert;
Fig. 2A ist ein in vergrößertem Maßstab ausgeführter Teilschnitt durch den Druckkopf entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, der schematisch die zusammengefaßte Verbindung zwischen Steuerungs- und Seitenwandbetätigungselementteile des Druckkopfes zeigt;
Fig. 2B-2D sind in vergrößertem Maßstab ausgeführte vereinfachte Teilschnitte durch den Druckkopf entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, die ein Ansteuerungsverfahren veranschaulichen, mit dem ein Kanal durch ein Paar Seitenwandbetätigungsteile betätigt wird, die den betätigten Kanal seitlich begrenzen; und
Fig. 3A-3D sind in vergrößertem Maßstab ausgeführte vereinfachte Teilschnitte durch den Druckkopf entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, die in Abfolge eine veranschaulichende Methode des Einsatzes der Steuerungsteile des Druckkopfes zur differentiellen Ansteuerung ausgewählter Seitenwandbetätigungsabschnitte desselben veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Wie zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, schafft die vorliegende Erfindung einen Tintenstrahldruckkopf 10, mit einem speziell aufgebauten Druckkopfkörper 12. Ein linker bzw. vorderer Endabschnitt des Körpers 12 wird durch eine in horizontaler Richtung verlängerte rechteckige Düsenplatte 14 gebildet, die vorzugsweise aus einem nichtpiezoelektrischen keramischen Material besteht. Nach hinten durch die Platte 14 erstreckt sich eine Reihe horizontal beabstandeter kleiner Tintenausstoßdüsen 16. Die Düsen 16 sind, wie dargestellt, in horizontal aufeinanderfolgenden vertikal abgeschrägten Gruppen von vier Düsen 16a-16d gruppenweise angeordnet, wobei die Düsen 16a- 16d kumulativ vier vertikal beabstandete horizontale Reihen R&sub1;-R&sub4; von Düsen bilden.
An der Rückseite der Düsenplatte 14 sind drei aneinander befestigte Körperabschnitte befestigt, die sich von ihr aus nach hinten erstrecken und jeweils rechteckig aufgebaut sind, d. h. ein oberer Abschnitt 18, ein unterer Abschnitt 20 sowie ein vertikal dazwischenliegender Abschnitt 22, der sich zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt befindet. Die Abschnitte 18 und 22 treffen an einem Seitenflächen-Verbindungsbereich 24 aufeinander, während die Abschnitte 20 und 22 an einem Seitenflächen-Verbindungsabschnitt 26 aufeinander treffen.
Der obere und der untere Körperabschnitt 18 und 20 bestehen vorzugsweise aus einem nichtgepolten (nonpolled) keramischen Material, und der vertikale dazwischenliegende Körperabschnitt 22 besteht aus einem piezoelektrisch aktiven keramischen Material, das in der Richtung "P" gepolt ist, die in Fig. 2 angedeutet ist. Der vertikal dazwischenliegende Körperabschnitt 22 erstreckt sich zu weiter unten erläuterten Zwecken über den oberen Abschnitt 18 hinaus nach hinten und weist einen freiliegenden Oberseitenflächenbereich 28 auf, der sich vom hinteren Ende des Verbindungsbereiches 24 aus nach hinten erstreckt. Auf ähnliche Weise erstreckt sich der untere Körperabschnitt 20 über den vertikal dazwischenliegenden Abschnitt 22 hinaus nach hinten und weist einen freiliegenden Oberseitenflächenbereich 30 auf, der sich vom hinteren Ende des Verbindungsbereiches 26 aus nach hinten erstreckt.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 2A zu sehen ist, ist eine Vielzahl vertikaler Nuten mit vorgegebener Breite und Tiefe in den Druckkopfkörperabschnitten 20 und 22 ausgebildet, um in dem Druckkopfkörper 12 eine Reihe beabstandeter, paralleler innerer Tintenaufnahmekanäle 32 zu bilden, die sich von der Düsenplatte 14 aus nach hinten erstrecken, wobei sich das vordere Ende jedes der Kanäle über eine der Tintenausstoßdüsen 16 nach außen öffnet. Eine veranschaulichende Gruppe von Kanälen 32a-32h ist in dem Druckkopfkörperabschnitt dargestellt, der in Fig. 2A im Schnitt zu sehen ist.
Die Kanäle 32 sind seitlich ihrer Länge nach durch einander gegenüberliegende Paare einer Reihe von inneren Betätigungsseitenwandabschnitten A des Druckkopfkörpers begrenzt, die in die Kanäle eingreifen. Eine veranschaulichende Gruppe von Seitenwandbetätigungsabschnitten A&sub1;-A&sub9; ist in dem Druckkopfkörperteil dargestellt, der im Schnitt in Fig. 2A zu sehen ist.
Die Seitenwandabschnitte A haben Oberteile 34a, die durch horizontal beabstandete vertikale Teile des Körperabschnitts 22 gebildet werden, sowie Unterteile 34b, die durch horizontal beabstandete Teile des Körperabschnitts 20 gebildet werden. Die Ober- und die Unterseiten der Betätigungsseitenwandabschnitteile 34a, sowie die Oberseiten der Betätigungsseitenwandabschnitteile 34b sind jeweils mit elektrisch leitenden Metallschichten 36, 38 und 40 beschichtet. Körperabschnitte 18 und 22 sind durch eine Schicht eines isolierenden Klebstoffmaterials 44 aneinander befestigt, die sich zwischen der Unterseitenfläche 18a des Körperabschnitts 18 und der leitenden Metallschicht 36 befindet. Die Körperabschnitte 20 und 22 hingegen sind aneinander durch eine Schicht aus elektrisch leitendem Klebstoffmaterial 46 befestigt, die sich zwischen den Metallschichten 38 und 40 befindet.
Die dargestellten Schichtgruppen aus Metall und elektrisch leitendem Klebstoff bilden vertikal voneinander getrennte obere und untere elektrische Anschlußabschnitte an jedem der Betätigungselemente A. Die oberen elektrischen Anschlußabschnitte, die durch die Metallschichten 36 gebildet werden, sind im allgemeinen an dem Körperabschnitt- Verbindungsbereich 24 angeordnet, und die unteren elektrischen Anschlußabschnitte (durch die Metallschichten 38, 40 und die Klebstoffschichten 46 gebildet) sind im allgemeinen an dem Körperabschnitt-Verbindungsbereich 26 angeordnet.
Jeder der Kanäle 32 ist mit Tinte gefüllt, die aus einem geeigneten Tintenzufuhr-Vorratsbehälter 50 (siehe Fig. 1) empfangen wird, der mit den Kanälen über eine Tintenzuführleitung 52 verbunden ist, die mit den Kanälen über einen Tintenzufuhr-Verteilerhohlraum (nicht dargestellt) in Verbindung steht, der in dem Druckkopfkörper 12 angeordnet und mit den hinteren Endabschnitten der inneren Kanäle 32 verbunden ist.
Auf weiter unten beschriebene Weise kann jedes Paar der einander gegenüberliegenden der Betätigungselemente A piezoelektrisch so in den Kanal 32 hineingebogen werden, daß sie seitlich eine Kraft begrenzen, durch die eine Menge an Tinte, die in dem Kanal angeordnet ist, in Tröpfchenform über seine dazugehörige Düse nach außen gedrückt wird. Um beispielsweise ein Tintentröpfchen aus der Düse 16d, die zu Kanal 32d gehört, auszustoßen, werden die einander gegenüberliegenden Seitenwandabschnitte A&sub4; und A&sub5; aus einer Ruheposition, wie sie in Fig. 2A dargestellt ist, in bezug auf den Kanal 32d nach außen in eine Ausdehnungsstellung gebogen, wie sie in Fig. 2B dargestellt ist, indem gleichzeitig eine positive Spannung an den unteren elektrischen Anschlußteil des Betätigungsseitenwandabschnitts A&sub4; und an den oberen elektrischen Anschlußteil des Betätigungsseitenwandabschnitts A&sub5; angelegt wird, wobei der obere elektrische Anschlußteil des Betätigungsseitenwandabschnitts A&sub4; und der untere elektrische Anschlußteil des Betätigungsseitenwandabschnitts A&sub5; mit Erde verbunden wird. Durch die Biegung der Betätigungsseitenwandabschnitte A&sub4; und A&sub5; in die dargestellte Ausdehnungsstellung wird ein Druckimpuls erzeugt, der sich nach vom und nach hinten in dem Kanal 32d ausdehnt. Die Betätigungsseitenwandabschnitte A&sub4; und A&sub5; werden dann in der nach außen gebogenen Position gehalten, die in Fig. 2B dargestellt ist, so daß der Teil des erzeugten Druckimpulses, der sich nach hinten ausdehnt, von einer Rückwand (nicht dargestellt) des Tintenstrahldruckkopfes 10 als ein sich nach vom ausdehnender Druckimpuls reflektiert wird und sich wieder an seine Ausgangsposition zurückbewegt.
Die Betätigungsseitenwandabschnitte A&sub4; und A&sub5; werden dann in bezug auf den Kanal 32d, wie in Fig. 2C dargestellt, nach innen gebogen, indem die positive Spannung unterbrochen wird, die an den unteren elektrischen Anschlußteil von Betätigungsseitenwandabschnitt A&sub4; und den oberen elektrischen Anschlußteil von Betätigungsseitenwandabschnitt A&sub5; angelegt wird, und die genannten elektrischen Anschlußteile an Erde gehalten werden, wobei eine positive Spannung an den oberen elektrischen Anschlußteil von Betätigungsseitenwandabschnitt A&sub4; und den unteren elektrischen Anschlußteil von Betätigungsseitenwandabschnitt A&sub5; angelegt wird, die vorher an Masse gehalten wurden. Das Biegen der Betätigungsseitenwandabschnitte A&sub4; und A&sub5; in die dargestellte eingezogene Position bewirkt die Erzeugung eines zweiten Druckimpulses, der den sich nach vom ausbreitenden Druckimpuls, der von der Rückwand des Tintenstrahldruckkopfes 10 reflektiert wurde, verstärkt. Die Betätigungsseitenwandabschnitte A&sub4; und A&sub5; werden dann in der nach innen gebogenen Position gehalten, die in Fig. 2C dargestellt ist, während der das Tröpfchen erzeugende, sich nach vom ausbreitende Druckimpuls sich auf die Düse 16D zubewegt. Die Betätigungsseitenwandabschnitte A&sub4; und A&sub5; werden dann in die Ruhestellung zurückgeführt, wie dies in Fig. 2D dargestellt ist, um die Bildung des Tröpfchens zu beenden, indem die positive Spannung unterbrochen wird, die an den oberen elektrischen Anschlußteil von Betätigungsseitenwandabschnitt A&sub4; und an den unteren elektrischen Anschlußteil von Betätigungsseitenwandabschnitt A&sub5; angelegt war.
Die Betätigungselemente A und die dazugehörenden Kanäle 32 sind zueinander so geformt, daß eine Biegung nur eines der einander gegenüberliegenden Betätigungsabschnitte eines bestimmten Kanals nach innen in den Kanal hinein nicht bewirkt, daß ein Tröpfchen aus dem Kanal ausgestoßen wird. Es müssen beide einander gegenüberliegenden Betätigungsseitenwandabschnitte gleichzeitig in den Kanal zwischen ihnen hineingebogen werden, um funktionell das Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus dem Kanal zu bewirken.
Das funktionelle piezoelektrische Biegen der Betätigungsseitenwandabschnitte A wird, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2A zu sehen ist, durch ein speziell konstruiertes differentielles Ansteuerungssystem 54 bewirkt, das Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Ansteuerungssystem 54 enthält eine Reihe beabstandeter elektrischer Leiter 56, die erste Endteile aufweisen, die mit einer Steuerung 58 verbunden sind. Zweite Endteile der Leiter 56 werden durch elektrisch leitende Oberflächenleiterzüge 56a gebildet, die an der freiliegenden Oberseitenfläche 28 des Druckkopfkörperabschnitts 18 freiliegen (siehe Fig. 1), wobei jeder der Leiterzüge 56a mit einem der oberen elektrischen Anschlußteile der Seitenwandbetätigungselemente A verbunden ist, wie dies schematisch in Fig. 2A dargestellt ist.
Die Leiterzüge 56a sind zu vier Leitergruppen LS&sub1;-LS&sub4; zusammengefaßt, die jeweils über Leiter 60, 62, 66 und 64 mit Steuerung 58 verbunden sind. Die vier Leitergruppen LS&sub1;-LS&sub4; sind, wie in Fig. 2A schematisch dargestellt, jeweils mit jedem vierten oberen elektrischen Anschlußteil in verschiedenen ineinandergreifenden Reihen der Betätigungsseitenwandabschnitte A verbunden. So ist beispielsweise bei den Betätigungselementen A&sub1;-A&sub9;, die in Fig. 2A dargestellt sind, Leitergruppe LS&sub1; mit den oberen elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub4; und A&sub8; verbunden, Leitergruppe LS&sub2; ist mit den oberen elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub3; und A&sub7; verbunden, Leitergruppe LS&sub3; ist mit den oberen elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub2; und A&sub6; verbunden und Leitergruppe LS&sub4; ist mit den oberen elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub1;, A&sub5; und A&sub9; verbunden.
Das differentielle Ansteuerungssystem 54 enthält darüber hinaus eine Reihe beabstandeter Leiter in Form elektrisch leitender Leiterzüge 68, die auf der freiliegenden Oberseitenfläche 30 des Druckkopfkörperabschnitts 20 ausgebildet sind und die unteren elektri schen Anschlußteile der Betätigungselemente A und eine Steuerung 70 verbinden, die veranschaulichend auf der Oberseitenfläche 30 angebracht ist.
Ein erster Teil der Leiterzüge 68 ist zu zwei Leitergruppen LS&sub5; und LS&sub5; zusammengefaßt, die über Leiter 72 bzw. 74 mit Steuerung 70 verbunden sind. Die Leitergruppen LS&sub5; und LS&sub6; sind, wie schematisch in Fig. 2A dargestellt, jeweils mit jedem vierten unteren elektrischen Anschlußteil in verschiedenen ineinandergreifenden Reihen der Betätigungsseitenwandabschnitte A verbunden. So ist beispielsweise bei den Betätigungselementen A&sub1;-A&sub9;, die in Fig. 2A dargestellt sind, die Leitergruppe LS&sub5; mit den unteren elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub3; und A&sub7; verbunden, und die Leitergruppe LS&sub5; ist mit den Betätigungselementen A&sub1;, A&sub5; und A&sub5; verbunden.
Die restlichen elektrischen Leiterzüge 68, d. h. die Leiterzüge 68a, sind einzeln zwischen die Steuerung 70 und abwechselnde der unteren elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A geschaltet. So sind beispielsweise bei den Betätigungselementen A&sub1;- A&sub9;, die in Fig. 2A dargestellt sind, die einzeln ansteuerbaren Leiter 68a separat mit den unteren elektrischen Anschlußteilen der abwechselnden Betätigungselemente A&sub2;, A&sub4;, A&sub5; und A&sub8; verbunden.
Über eine geeignete interne Schaltung (nicht dargestellt), kann die Steuerung 58 so betrieben werden, daß sie abwechselnd einen beliebigen oder mehrere der Leiter 60, 62, 64 und 66 (und damit eine beliebige oder mehrere der Leitergruppen LS&sub1;-LS&sub4;) mit einer positiven Ansteuerspannungsquelle 76 oder mit Erde 78 verbindet. Auf ähnliche Weise kann Steuerung 70 so betrieben werden, daß sie alternativ entweder einen oder beide der Leiter 72, 74 (und damit einen oder beide der Leitergruppen LS&sub5; und LS&sub6;) mit der Spannungsquelle 76 oder mit Erde 78 verbindet.
Dementsprechend können die Steuerungen 58 und 70 genutzt werden, um einen Stromfluß entweder in der vertikalen Richtung zwischen den oberen und den unteren elektrischen Anschlußteilen ausgewählter Betätigungselemente A zu erzeugen, um somit selektiv verschiedene der Kanäle 32 zu betätigen, indem die einander gegenüberliegenden Betätigungselemente A, die sie seitlich begrenzen, auf die bereits beschriebene Weise piezoelektrisch gebogen werden.
Wenn beispielsweise die Kanäle 32a und 32e betätigt werden sollen, wird, wie in Fig. 2A dargestellt, die Steuerung 58 so betrieben, daß sie den Leiter 64 mit der positiven Spannungsquelle 76 verbindet und den Leiter 66 mit Erde, während die Steuerung 70 so betrieben wird, daß sie den Leiter 74 mit Erde verbindet und die positive Spannungsquelle 78 mit den beiden einzelnen Leitern 68a verbindet, die an den unteren elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub2; und A&sub6; angeschlossen sind. So wird eine positive Spannung an den oberen elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub1; und A&sub5; und an den unteren elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub2; und A&sub5; erzeugt, und die unteren elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A&sub1; und A&sub5; sowie die oberen elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A&sub2; und A&sub6; werden geerdet. Der entstehende elektrische Strom fließt durch die oberen Teile 22 der Betätigungselemente A&sub1;-A&sub2; sowie A&sub5;-A&sub6; und bewirkt, daß sich die Betätigungselementpaare A&sub1;, A&sub2; sowie A&sub5;, A&sub6; in bezug auf die Kanäle 32a bzw. 32e nach außen biegen. Die erwähnten Spannungen werden dann umgekehrt, d. h. entweder von positiv auf Erde oder von Erde auf positiv, so daß sich die Betätigungselementpaare A&sub1;, A&sub2; und A&sub5;, A&sub6; in bezug auf die Kanäle 32a bzw. 32e nach innen biegen und die Kanäle betätigen. Da die restlichen einzelnen Leiter 68a durch die Steuerung 70 weder mit Erde noch mit der positiven Spannung verbunden sind, liegt auf der Hand, daß kein anderes einander zugewandtes Paar von Betätigungselementen in den Kanal zwischen ihnen hineingebogen wird. Dementsprechend werden keine anderen Kanäle betätigt.
Als ein weiteres Beispiel für die Funktion des differentiellen Ansteuerungssystems 54 können, wenn gewünscht, alle Kanäle 32, die zu den Düsen 16 in jeder der vier Düsenreihen R&sub1;-R&sub4; gehören, gleichzeitig betätigt werden, wie dies schematisch in Fig. 3A-3D dargestellt ist. Um beispielsweise gleichzeitig alle Düsen 16a in der oberen Düsenreihe R&sub1; "abzufeuern", werden die Steuerungen 58, 70 so betätigt, daß sie zunächst die oberen und die unteren elektrischen Anschlußteile der einander gegenüberliegenden Paare von Betätigungselementen, die die Kanäle begrenzen, die zu den Düsen 16a gehören, so positiv laden und erden, daß sich einander gegenüberliegende Betätigungselementpaare von ihren Kanälen weg nach außen biegen, und sie dann die erwähnten positiven Ladungen und Erden umkehren, so daß die einander gegenüberliegenden Paare von Betätigungselementen sich in die Kanäle hinein nach innen biegen, um so das Ausstoßen eines Tintentröpfchens daraus zu bewirken.
Was die Betätigungselemente A&sub1;-A&sub9; angeht, die in Fig. 3A dargestellt sind, so werden die verschiedenen zusammengefaßten Leitergruppen und einzeln ansteuerbaren Leiter zunächst so mit der positiven Spannungsquelle oder mit Erde verbunden, daß eine positive Spannung "+" an die oberen elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A&sub2; und A&sub6; sowie an die unteren elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A&sub1; und A&sub5; angelegt wird, und die oberen elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A&sub1; und A&sub5; sowie die unteren elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A&sub2; und A&sub5; geerdet werden (wie dies durch das Symbol "0" angedeutet ist). Die Verbindungen werden dann umgekehrt, so daß die positive Spannung "+" an den oberen elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub1; und A&sub5; sowie an den unteren elektrischen Anschlußteilen der Betätigungselemente A&sub2; und A&sub6; anliegt, und die oberen elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A&sub2; und A&sub5; sowie die unteren elektrischen Anschlußteile der Betätigungselemente A&sub1; und A&sub5; geerdet werden, wie dies in Fig. 3A dargestellt ist.
Es ist anzumerken, daß die beschriebene Kombination der zusammengefaßten Leitergruppen und einzeln ansteuerbarer Leiter es den Steuerungen 58, 70 ermöglicht, einzelne Düsenreihen abzufeuern, ohne die Düsen der anderen Düsenreihen abzufeuern. Fig. 3B-3D stellen mit den Zeichen "+" und "0" die Verbindungen mit positiver Ladung bzw. Erde dar, die mit den Steuerungen 58, 70 an den dargestellten Betätigungselementen A während des Innenbiegungsabschnitts des Ansteuerungsverfahrens ausgeführt werden können, um die Düsenreihen R&sub2;-R&sub4; abzufeuern.
Die dargestellte versetzte Anordnung der vier Düsen und die entsprechende Kombination zusammengefaßter Leitergruppen und einzeln ansteuerbarer Leiter, die hier gezeigt und beschrieben ist, dient nur der Veranschaulichung, und andere versetzte Düsenanordnungen (beispielsweise eine versetzte Anordnung von drei Düsen) und entsprechende Anordnungen zusammengefaßter Leitergruppen und einzeln ansteuerbarer Leiter könnten, wenn gewünscht, als Alternative dazu eingesetzt werden.
Das obenbeschriebene differentielle Verfahren zum piezoelektrischen Ansteuern des Druckkopfes wird durch den einzigartigen Aufbau des Druckkopfkörpers erheblich erleichtert, der durch die zwei freiliegenden Oberseitenflächenbereiche 28 und 30 des Druckkopfkörpers direkten Verdrahtungszugang zu den Körperabschnitt-Verbindungsbereichen 24 und 26 und damit zu den oberen und unteren elektrischen Anschlußteilen jedes der inneren Seitenwandbetätigungselemente A ermöglicht. Im Vergleich zu Ansteuerungssystemen, die einen Aufbau der Ansteuerungssteuerungkonstruktion erforderlich machen, bei dem elektrische Betätigungsleiter, die damit verbunden sind, aktiv zwischen drei Zuständen, d. h. positiv, negativ und Erde, aktiv angesteuert werden, muß bei dem digitalen Ansteuerungssystem 54 der vorliegenden Erfindung die Ansteuerungssteuerkonstruktion so aufgebaut sein, daß sie elektrische Betätigungsleiter, die damit verbunden sind, lediglich zwischen zwei Zuständen, d. h. positiv und Erde, ansteuert. Dementsprechend sind die Steuerungen 58, 70 des digitalen Ansteuerungssystems 54 erheblich weniger komplex und teuer und brauchen weitaus weniger Raum als die für den Einsatz in anderen Ansteuerungssystemen bestimmten.
Die obenstehende ausführliche Beschreibung ist lediglich als Veranschaulichung und als Beispiel zu verstehen, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt wird.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf (10), der umfaßt:

einen Basisabschnitt (20), der aus einem inaktivem Material besteht, wobei der Basisabschnitt eine Vielzahl im allgemeinen paralleler, beabstandeter Vorsprünge aufweist, die Tintenaufnahmekanäle bilden, und die sich in Längsrichtung an dem Basisabschnitt entlang erstrecken, wobei jeder der Vorsprünge eine Oberseite hat;

eine Vielzahl von Zwischenabschnitten (22), die aus einem aktiven piezoelektrischen Material bestehen, wobei jeder Zwischenabschnitt eine Oberseite und eine Unterseite hat, die an der Oberseite eines entsprechenden der Vielzahl von Basisabschnitt-Vorsprüngen angebracht ist; und

einen Abdeckungsabschnitt (18), der aus einem inaktiven Material besteht und eine Unterseite hat, wobei die Oberseite jedes der Vielzahl von Zwischenabschnitten isolierend an der Unterseite des Abdeckungsabschnitts angebracht ist; gekennzeichnet durch:

eine erste Steuerung (58), die elektrisch mit der Oberseite jedes der Zwischenabschnitte verbunden ist, wobei die erste Steuerung selektiv entweder eine Ansteuer- oder eine Erdspannung an die Oberseite ausgewählter der Vielzahl von Zwischenabschnitten anlegt; und

eine zweite Steuerung (70), die elektrisch mit der Unterseite jedes einzelnen der Zwischenabschnitte verbunden ist, wobei die zweite Steuerung selektiv entweder eine Ansteuer- oder eine Erdspannung an die Unterseite ausgewählter der Vielzahl von Zwischenabschnitten anlegt.

2. Tintenstrahldruckkopf (10) nach Anspruch 1, wobei der Basisabschnitt (20) wenigstens vier im allgemeinen parallele längliche Flüssigkeitsaufnahmekanäle (32a... 32h) enthält.

3. Tintenstrahldruckkopf (10) nach Anspruch 2, wobei jeder Kanal (32a...32h) des weiteren eine untere Wand umfaßt und dementsprechend wenigstens eine Öffnung (16a... 16d) aufweist, wobei vier Reihen von Öffnungen vorhanden sind, und wobei jede der wenigstens einen Öffnungen der ersten, zweiten, dritten und vierten Reihe in einem ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Abstand über der unteren Wand des entsprechenden der Kanäle angeordnet ist.

4. Tintenstrahldruckkopf (10) nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder 3, wobei jeder der Zwischenabschnitte (22) darauf beabstandete erste und zweite elektrische Anschlußteile (36, 40) aufweist, zwischen denen elektrischer Strom in wahlweise entgegengesetzten Richtungen durch ausgewählte der Zwischenabschnitte fließen kann, um ausgewählte der Zwischenabschnitte in entsprechenden einander entgegengesetzten Richtungen piezoelektrisch zu biegen, wobei die ersten elektrischen Anschlußteile (36) in einer oder mehreren separaten Gruppen erster elektrischer Anschlußteile angeordnet sind, ein erster Teil der zweiten elektrischen Anschlußteile (40) in einer oder mehreren separaten Gruppen zweiter elektrischer Anschlußteile angeordnet ist und ein verbleibender Teil der zweiten elektrischen Anschlußteile (40) als eines oder mehrere einzelne zweite elektrische Anschlußteile angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Steuerung (58, 70) mit den ersten bzw. zweiten elektrischen Anschlußteilen verbunden sind.

5. Tintenstrahldruckkopf (10) nach Anspruch 4, wobei der Druckkopf aufweist:

aneinander befestigte obere, untere und vertikal dazwischen befindliche Abschnitte (22), die sich von einem vorderen Endabschnitt des Druckkopfes aus nach hinten erstrecken, wobei der obere Abschnitt mit dem vertikal dazwischenliegenden Abschnitt an einem ersten Verbindungsbereich verbunden ist und der vertikal dazwischenliegende Abschnitt mit dem unteren Abschnitt an einem zweiten Verbindungsbereich verbunden ist,

wobei die ersten elektrischen Anschlußteile (36) der Seitenwandabschnitte im allgemeinen entweder an dem ersten oder dem zweiten Verbindungsbereich angeordnet sind, und

die zweiten elektrischen Anschlußteile (40) der Seitenwandabschnitte im allgemeinen an dem anderen der ersten und zweiten Verbindungsbereiche angeordnet sind.

6. Tintenstrahldruckkopf (10) nach Anspruch 5, wobei:

der Zwischenabschnitt (22) des Druckkopfes einen ersten Oberseitenflächenbereich hat, der sich vom vorderen Endabschnitt über den oberen Abschnitt des Druckkopfes hinaus nach hinten erstreckt,

der Basisabschnitt (20) des Druckkopfes einen freiliegenden zweiten Oberseitenflächenbereich hat, der sich über den Zwischenabschnitt des Druckkopfes hinaus nach hinten erstreckt,

die erste Reihe elektrischer Leiter teilweise durch eine Reihe beabstandeter elektrisch leitender Leiterzüge gebildet wird, die auf dem ersten Oberseitenflächenabschnitt ausgebildet sind und an den Enden derselben funktionell mit den elektrischen Seitenwandabschnittsanschlußteilen verbunden sind, die an dem ersten Verbindungsbereich angeordnet sind, und

die zweite Reihe von elektrischen Leitern teilweise durch eine Reihe beabstandeter elektrisch leitender Leiterzüge gebildet wird, die an dem zweiten Oberseitenflächenbereich ausgebildet sind und an den Enden derselben funktionell mit den elektrischen Seitenwandabschnittsteilen verbunden sind, die an dem zweiten Verbindungsbereich angeordnet sind.

7. Tintenstrahldruckkopf (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei:

Tintenausstoßdüsen (16a... 16d) an dem vorderen Endabschnitt des Druckkopfes in einer länglichen Anordnung von Düsen angeordnet sind, die voneinander in einer ersten Richtung quer zu der Länge der Kanäle beabstandet sind, wobei aufeinanderfolgende Gruppen von vier der Düsen parallel zueinander und in bezug auf die erste Richtung geneigt sind,

jeder vierte elektrische Anschlußteil in jeder einer Vielzahl verschiedener beabstandeter Reihen der ersten elektrischen Seitenwandabschnittsanschlußteile (36) mit einem anderen der ersten zusammengefaßten Leitergruppen verbunden ist, und

jeder vierte elektrische Anschlußteil in jeder einer Vielzahl verschiedener beabstandeter Reihen der zweiten elektrischen Seitenwandabschnittsanschlußteile (40) mit einer anderen der zweiten zusammengefaßten Leitergruppen verbunden ist.

8. Tintenstrahldruckkopf (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerspannungen im allgemeinen gleiche Gleichspannungen sind.

9. Tintenstrahldruckkopf (10) nach Anspruch 8, wobei die Gleichspannungen positive Gleichspannungen sind.

10. Verfahren zum Betätigen eines Tintenstrahldruckkopfes (10), der einen Körper (10) mit einer Reihe beabstandeter, paralleler innerer, piezoelektrisch biegbarer Seitenwandabschnitte hat, die erste und zweite Bereiche aufweisen und sich von einer Vorderfläche aus durch den Körper hindurch nach hinten erstrecken, wobei die Seitenwandabschnitte in eine Reihe beabstandeter innerer Tintenaufnahmekanäle (32a... 32h) eingreifen, die sich durch eine Reihe beabstandeter Tintenausstoßdüsen (16a... 16d) nach außen öffnen, wobei die ersten Bereiche der Seitenwandabschnitte in einer oder mehreren separaten Gruppen erster Bereiche angeordnet sind, ein Teil der zweiten Bereiche der Seitenwandabschnitte in einer oder mehreren separaten Gruppen zweiter Bereiche angeordnet sind und ein verbleibender Teil der zweiten Bereiche der Seitenwandabschnitte als einer oder mehrere einzelne zweite Bereiche angeordnet ist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

gemeinsames und selektives Anlegen einer Ansteuerspannung mit einer vorgegebenen Polarität an ausgewählte der einen oder mehreren separaten Gruppen erster Bereiche bzw. Verbinden derselben mit Erde,

gemeinsames und selektives Anlegen einer Ansteuerspannung mit einer vorgegebenen Polarität an ausgewählte der einen oder mehreren separaten Gruppen zweiter Bereiche bzw. Verbinden derselben mit Erde, und

einzelnes und selektives Anlegen einer Ansteuerspannung der vorgegebenen Polarität an ausgewählte der einen oder mehreren einzelnen zweiten Bereiche der Seitenwandabschnitte bzw. Verbinden derselben mit Erde, wobei die zweiten Bereiche an den Seitenwandabschnitten von den ersten Bereichen daran beabstandet sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei:

der Körper (10) erste, zweite und dritte aneinander befestigte Abschnitte auf weist, die sich parallel zur Länge der Kanäle erstrecken, wobei der erste und der zweite Abschnitt an einem ersten Verbindungsbereich aufeinandertreffen und der zweite und der dritte Abschnitt an einem zweiten Verbindungsbereich aufeinandertreffen,

wobei die ersten Bereiche der Seitenwandabschnitte im allgemeinen an dem ersten Verbindungsbereich angeordnet sind,

die zweiten Bereiche der Seitenwandabschnitte im allgemeinen an dem ersten Verbindungsbereich angeordnet sind, und

das Verfahren des weiteren den Schritt des Verbindens erster und zweiter Gruppen elektrischer Leiter (56, 68) mit den ersten bzw. zweiten Bereichen der Sei tenwandabschnitte im allgemeinen an dem ersten und dem zweiten Verbindungsbereich umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei:

der zweite Abschnitt eine erste freiliegende Seitenfläche hat, die sich an dem ersten Verbindungsbereich entlang und von ihm weg erstreckt,

der dritte Abschnitt eine zweite freiliegende Seitenfläche hat, die sich an dem zweiten Verbindungsbereich entlang und von ihm weg erstreckt,

die erste Gruppe elektrischer Leiter (56) teilweise durch eine Reihe beabstandeter erster elektrisch leitender Oberflächenleiterzüge gebildet wird, die sich an der ersten freiliegenden Seitenfläche entlang erstrecken und an den Enden derselben funktionell mit den ersten Bereichen der Seitenwandabschnitte verbunden sind,

die zweite Gruppe elektrischer Leiter (68) teilweise durch eine Reihe beabstandeter zweiter elektrisch leitender Leiterzüge gebildet wird, die sich an der zweiten freiliegenden Seitenfläche entlang erstreckt und an den Enden derselben funktionell mit den zweiten Bereichen der Seitenwandabschnitte verbunden ist, und

das Verfahren des weiteren den Schritt des Gruppierens der ersten und der zweiten Reihe elektrisch leitender Oberflächenleiterzüge in zusammengefaßte und nichtzusammengefaßte Gruppen derselben umfaßt, und

die Anlegeschritte ausgeführt werden, indem wahlweise eine Ansteuerspannung an wahlweise verschiedene der zusammengefaßten und nichtzusammengefaßten Leiterzüge angelegt wird oder diese mit Erde verbunden werden.