ITTO990609A1

ITTO990609A1 - Testina di stampa integrata.

Info

Publication number: ITTO990609A1
Application number: IT1999TO000609A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Scardovi; Renato Conta
Original assignee: Olivetti Lexikon Spa
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2001-01-12
Also published as: DE60003192T2; EP1202864B1; ATE242124T1; US6565175B1; IT1310098B1; DE60003192D1; JP2003504241A; WO2001003932A1; EP1202864A1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo "TESTINA DI STAMPA INTEGRATA"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una testina di stampa integrata comprendente una matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro a M righe ed L colonne in cui ciascun gruppo ha un unico indirizzo di riga e colonna, primi mezzi di indirizzamento Pj associati alla matrice di gruppi per selezionare una delle M righe della matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro a M righe ed L colonne, secondi mezzi di indirizzamento XK associati alla matrice di gruppi per selezionare una delle L colonne della matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro a M righe ed L colonne, e terzi mezzi di indirizzamento Ai associati alla matrice di gruppi per selezionare., un elemento a getto d'inchiostro in ciascun gruppo di elementi a getto d'inchiostro.

In particolare, la presente invenzione riguarda una testina termica a getto d'inchiostro del tipo IDH (Integrated Drive Head) in cui una pluralità di resistenze termiche o resistori vengono attivati selettivamente da un circuito esterno di controllo per provocare l'eiezione di gocce d'inchiostro attraverso ugelli posti in corrispondenza dei resistori stessi.

E' nota dal brevetto US 5,644,342 una testina di stampa integrata IDH in cui l'attivazione dei vari resistori è effettuata mediante un indirizzamento a tre dimensioni o 3D.

La testina nota 10 (Fig. 1) comprende una pluralità di resistori 11 ciascuno collegato ad un transistor di potenza (transistor) 12. Il controllo dell'attivazione dei resistori 11 è effettuato attraverso un circuito di controllo esterno collegato alla testina stessa 10 per mezzo di due corrispondenti circuiti flessibili (fiat di testina e fiat di stampante) aventi una pluralità di punti di contatto in cui:

- N è il numero di resistori 11 o indirizzi Ai selezionabili all'interno di un gruppo di attivazione 14; - M è il numero di coppie di primitive Pj selezionabili; e - L è il numero di contatti di massa GNDK o colonne selezionabili .

Ad esempio una testina da 624 ugelli può essere realizzata, in accordo all'arte nota, mediante un circuito integrato comprendente 24 coppie (M) di gruppi di attivazione 14 con 13 (N) resistor! 11 ed associati transistor 12.

Infatti:

M N L = 39 contatti permettono al circuito esterno di controllare 1'attivazione selettiva di

24 * 13 * 2 = 624 ugelli

- attivando il collegamento a massa di una colonna di primitive mediante un contatto di massa GNDK=I-L (Ground Select) ;

attivando per un tempo determinato e mediante i transistor 12, un primo indirizzo Ai (Address Line Select); - alimentando elettricamente, nell'ambito della colonna attivata, con impulsi di corrente predefiniti e mediante i contatti Pj {Primitive Select), una configurazione di primitive predefinita corrispondente al primo indirizzo Ai; - attivando in sequenza un secondo indirizzo Ai (Address Line Select) ed i relativi transistor 12;

- alimentando elettricamente, nell'ambito della colonna attivata, con impulsi di corrente predefiniti e mediante i contatti Pj (Primitive Select), una seconda predefinita configurazione di primitive corrispondente al secondo indirizzo Ai;

e così via per passi successivi fino al completamento dell'attivazione degli N indirizzi e poi proseguendo in modo analogo dopo aver disattivato il collegamento a massa della prima colonna di primitive ed attivato quello della seconda colonna di primitive.

Come noto, mediante un indirizzamento 3D è possibile contenere il numero dei punti di contatto fra testina e circuito di controllo quando il numero di ugelli è molto elevato. Ciò è molto importante in quanto, come noto, le testine integrate sono vantaggiose economicamente ed affidabili solo se il numero di contatti è contenuto entro 50-60; infatti solo limitando il numero di contatti è possibile contenere la superficie del circuito integrato che costituisce la testina, la superficie del fiat di testina e/o dell'area di contatto fiat testina/flat stampante.

Ad esempio, come può risultare evidente ad un tecnico del settore, la testina da 624 ugelli di Fig. 1 se realizzata con indirizzamento 2D non sarebbe economicamente vantaggiosa in quanto richiederebbe:

= 85 contatti.

Ma un indirizzamento 3D realizzato nel modo noto di Fig. 1 presenta alcuni problemi tecnici che ne compromettono l'affidabilità e le possibilità di utilizzo.

Un primo problema consiste nel fatto che l'intensità di corrente nei punti di contatto GNDK-I-L fiat testina/flat stampante, essendo direttamente proporzionale alle primitive Pj alimentate contemporaneamente, può assumere valori estremamente variabili, ad esempio compresi fra 250 mA e 6 Ampere (24 * 250 mA), ipotizzando, naturalmente, che la corrente minima di attivazione di un resistore 11 sia 250 mA. Come può risultare evidente ad un tecnico del settore, contatti a pressione fiat testina/flat stampante con tali valori di corrente non sono affidabile e ripetibili nel tempo.

Un secondo problema tecnico consiste nel fatto che i commutatori del circuito di controllo esterno relativi ai contatti di massa GNDK debbono essere sovra-dimensionati e tali da supportare, ad esempio, valori di corrente di picco dell'ordine di 6 Ampere con resistenze di chiusura dei commutatori stessi molto basse.

Un terzo problema tecnico consiste nel fatto che il layout di una testina integrata 3D di tale tipo è molto critico per ciò che riguarda i conduttori di massa, che debbono supportare correnti di picco variabili e molto elevate nei contatti fiat testina/flat stampante, e che presentano resistenze parassite elevate, con percorsi variabili e cadute di tensione elevate e variabili.

Un quarto problema tecnico consiste nel fatto che i contatti a pressione fiat testina/flat stampante, per ciò che riguarda in particolare i punti di contatto GNDK=I-L» possono provocare scintille e scariche elettriche in presenza di correnti di picco elevate.

In estrema sintesi, le testine integrate 3D note, a causa del raggruppamento dei collegamenti a massa, comportano problemi tecnici di difficile soluzione che si traducono in scarsa affidabilità, difficoltà di realizzazione e variabilità di energia fornita ai resistor! 11 per l'attivazione dell'eiezione dell'inchiostro dagli ugelli.

Scopo della presente invenzione e' quello di superare i problemi tecnici sopra esposti con un layout di testina integrata innovativo che allo stesso tempo presenti i vantaggi dell'indirizzamento 3D e, contrariamente all'arte nota, sia di facile realizzazione ed affidabile.

Raggiunge tale scopo la testina di stampa integrata caratterizzata da mezzi logici associati a ciascun gruppo di elementi a getto d'inchiostro ed ai secondi mezzi di indirizzamento ed atti ad essere attivati con segnali logici per selezionare una delle L colonne della matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro.

Secondo un'ulteriore caratteristica della presente invenzione, la testina di stampa integrata, vantaggiosamente, può essere pilotata dal circuito di controllo mediante un indirizzamento a quattro dimensioni o 4D.

Questa ed altre caratteristiche della presente invenzione risulteranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferita di esecuzione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

Fig. 1 rappresenta uno schema logico di una testina di stampa integrata 3D secondo l'arte nota;

Fig. 2 rappresenta una vista d'insieme di una testina di stampa integrata; e

Fig. 3 rappresenta uno schema logico degli elementi circuitali di una testina integrata secondo l'invenzione.

Con riferimento alla Fig. 2, una testina di stampa integrata (testina) 20, secondo l'invenzione, comprende un numero predefinito di ugelli 31, ad esempio 624 ugelli, posizionati sulla testina stessa 20 secondo un ordine predefinito ed atti ad eiettare inchiostro su un supporto, in genere di tipo cartaceo, ed un numero predefinito di contatti 23 atti a collegare la testina stessa 20 ad un circuito di pilotaggio o di controllo, non evidenziato in figura, atto a comandare l'attivazione selettiva dei vari ugelli 31.

La testina 20, costituita da un circuito integrato, ad esempio di tipo NMOS o bipolare, comprende inoltre un numero predefinito di gruppi di attivazione 24 (Fig. 2, Fig. 3), di tipo noto, ad esempio 24 coppie (M) di gruppi di attivazione 24 e, in accordo ad una delle caratteristiche principali della presente invenzione, un equivalente numero di transistor {transistor SWAND) 25, ciascuno associato ad un gruppo di attivazione 24.

Ogni gruppo di attivazione 24, di tipo noto, comprende un numero predefinito N di transistor (transistor di matrice) 22 ed un numero equivalente di resistenze termiche (resistori) 21 che sono atti a provocare, in modo noto, l'eiezione dell'inchiostro dagli ugelli 31.

Ad esempio, in una testina con 624 ugelli 31 che abbia 48 gruppi di attivazione, N è uguale a 13 (48 * 13 = 624).

Ciascun transistor di matrice 22, di tipo noto, ha il terminale "drain" (drain) collegato ad uno dei due terminali del resistere 21, il terminale "source" (source) collegato in comune ai source dei transistor di matrice 22 appartenenti ad uno stesso gruppo di attivazione 24 ed il terminale "gate" (gate) collegato ai contatti 23 corrispondenti a linee di selezione indirizzi (Address Line Select o indirizzi) AI-I-N.

Mediante segnali logici ed in modo noto il circuito di controllo, pertanto, è atto ad attivare in sequenza gli indirizzi Ai e, conseguentemente, gli N gate dei transistor di matrice 22 di tutti i gruppi di attivazione 24.

I resistori 21 appartenenti ad una coppia di gruppi di attivazione 24 disposti su diverse colonne, hanno il secondo terminale collegato in comune e ad un contatto 23 corrispondente ad una linea di alimentazione delle primitive (Primitive Select o primitiva) Pj=m .

Per mezzo di tali contatti Pj, il circuito di pilotaggio è atto, in modo noto, ad alimentare elettricamente, al variare degli indirizzi Ai, configurazioni predefinite di primitive in modo da attivare l'eiezione di inchiostro da parte degli ugelli corrispondenti all'indirizzo attivo Ai ed alla configurazione di primitive alimentata.

Ciascun transistor SWAND 25, di tipo noto, ha il drain collegato ai source dei transistor 22 appartenenti ad un gruppo di attivazione 24 ed il gate collegato in comune a tutti i transistor SWAND 25 appartenenti alla stessa colonna (pari o dispari) e ad un contatto 23 corrispondente ad una linea di selezione colonna (Column Select o colonna) XK=I-L· Pertanto, in accordo ad un elemento caratteristico della presente invenzione, mediante i contati XK il circuito di pilotaggio è atto ad attivare, in sequenza e con soli segnali logici, gli M gate dei transistor SWAND 25 e di conseguenza ad attivare, ad esempio, l'eiezione di inchiostro da parte della colonna pari o della colonna dispari di ugelli 31.

Nella forma preferita di realizzazione, il source del transistor SWAND 25 di un predefinito gruppo di attivazione 24 è collegato al source del transistor SWAND 25 appartenente alla stessa primitiva Pj e diversa colonna, alla coppia di source dei transistor SWAND 25 appartenenti alla primitiva contigua PJ+i e ad un contatto 23 corrispondente ad un collegamento di massa GNDG=I-M/2 · Mediante ciascun collegamento di massa GNDG-I-M/2 il circuito di pilotaggio è atto, in accordo ad un ulteriore elemento caratteristico della presente invenzione, a scaricare a massa una corrente di attivazione che, come apparirà evidente ad un tecnico del settore, al massimo è pari a due volte la corrente di attivazione singola, ad esempio 500 mA {250 mA * 2).

Pertanto la testina 20, secondo la presente invenzione, permette al circuito di pilotaggio di controllare in modalità 3D l'attivazione selettiva, ad esempio, di 624 ugelli :

- con un numero limitato di contatti

24 (M) 13 (N) 2 (L) 12 (M/2) = 51 contatti in cui M è il numero di primitive;

N il numero di indirizzi per primitiva;

L il numero di colonne; e

M/2 il numero di contatti di massa; e

- con correnti di massa contenute sui singoli contatti di massa GNDG.

Il funzionamento della testina di stampa 20 fin qui descritta dipende dalle modalità di programmazione del circuito di pilotaggio e pertanto viene descritto facendo riferimento ad esso.

Il circuito di pilotaggio attiva, attraverso i collegamenti XK e con un segnale logico sui gate dei transistor SWAND 25, una colonna di primitive, ad esempio la colonna Χχ e la mantiene attiva fino a che, in modo analogo a quanto già descritto per le testine 3D note, viene eseguita la scansione degli indirizzi Ai e l'alimentazione delle corrispondenti configurazioni di primitive.

Una volta completata la scansione degli indirizzi della prima colonna Xi, il circuito di pilotaggio, in sequenza, disattiva la prima colonna ed attiva, attraverso i collegamenti XK e con un segnale logico sui gate dei transistor SWAND 25, una seconda colonna di primitive, ad esempio, la colonna X2, in modo che venga eseguita la scansione degli indirizzi Ai e l'alimentazione delle corrispondenti configurazioni di primitive relative alla seconda colonna.

Il circuito di pilotaggio procederà in sequenza ad attivare alternativamente le colonne XK di primitive in modo che venga attivata l'eiezione di inchiostro da parte dei corrispondenti ugelli 31 della testina.

Naturalmente l'attivazione da parte del circuito di pilotaggio degli ugelli 31 può essere eseguita con modalità diverse, ad esempio attivando e disattivando alternativamente le colonne XK di ugelli, a parità di indirizzo Ai selezionato, e variando la corrispondente configurazione di primitive, senza peraltro incidere sulla struttura della testina di stampa descritta.

Grazie al tipo di struttura descritta, la testina di stampa 20 può anche essere controllata in modalità 4D, prevedendo ad esempio che il circuito di pilotaggio controlli selettivamente, mediante i contatti di massa GNDG=I-M/2 (Ground Select), il collegamento a massa dei gruppi di primitive aventi massa comune.

Inoltre, il numero L di collegamenti XK, che nella forma preferita di realizzazione è 2, può essere aumentato, senza peraltro uscire dallo spirito dell'invenzione.

Ad esempio, con una struttura analoga a quella descritta può essere realizzata una testina di stampa da 600 ugelli in cui il numero M di primitive sia 24, il numero N di indirizzi per primitiva sia 5 ed il numero L di colonne 5 utilizzando :

24 (M) 5 (N) 5 (L) 12 (M/2) = 46 contatti

ed ottenendo, naturalmente, (24 * 5 * 5) 600 ugelli.

La testina di stampa 20, secondo l'invenzione, presenta notevoli vantaggi nei confronti dell'arte nota che possono essere così riassunti, senza peraltro esaurirli:

- il layout della testina non è critico, in particolare per ciò che riguarda i conduttori di massa;

- in ogni coppia di transistor, transistor di matrice 22 e transistor SWAND 25, passa una sola corrente di picco elementare e quindi le cadute di tensione sulle interconnessioni sono costanti e la potenza dissipata dipende dalla sola resistenza totale in condizione di conduzione (RON) del transistor di matrice 22 e del transistor SWAND 25 in serie;

- la corrente massima su ciascun contatto di massa GNDG, raggruppando, come nella forma preferita di realizzazione, una massa ogni 4 primitive, corrisponde al doppio della corrente di attivazione dei resistor! 21;

- 1'indirizzamento 3D della testina viene effettuato con un livello logico sul gate dei transistor SWAND e pertanto i contatti XK/ che permettono di selezionare la colonna di primitive da attivare, non sono soggetti a rischio di scintille come per l'arte nota.

Naturalmente, eventuali cambiamenti nelle dimensioni, forme, materiali, componenti, elementi circuitali, collegamenti e contatti, cosi' come nei dettagli della circuiteria e della costruzione illustrata e del metodo di operare possono essere apportati senza allontanarsi dallo spirito dell'invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Testina di stampa integrata comprendente - una matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro a M righe ed L colonne in cui ciascun gruppo ha un unico indirizzo di riga e colonna; - primi mezzi di indirizzamento Pj associati alla matrice di gruppi per selezionare una delle M righe della matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro a M righe ed L colonne; - secondi mezzi di indirizzamento XK associati alla matrice di gruppi per selezionare una delle L colonne della matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro a M righe ed L colonne; e - terzi mezzi di indirizzamento Ai associati alla matrice di gruppi per selezionare un elemento a getto d'inchiostro in ciascun gruppo di elementi a getto d'inchiostro; caratterizzato da - mezzi logici associati a ciascun gruppo di elementi a getto d'inchiostro ed ai secondi mezzi di indirizzamento XK ed atti ad essere attivati con segnali logici per selezionare una delle L colonne della matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro.
2. Testina di stampa secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che detti mezzi logici comprendono almeno un transistor avente un terminale collegato ad un gruppo di elementi a getto d'inchiostro, un terminale collegato a massa ed un terminale di controllo collegato a detti secondi mezzi di indirizzamento XK.
3. Testina di stampa secondo la rivendicazione 1, caratterizzata da ciò che quarti mezzi di indirizzamento GNDG sono previsti associati alle matrici di gruppi di elementi a getto d'inchiostro per selezionare uno o più gruppi G delle M righe della matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro.
4. Testina di stampa secondo la rivendicazione 3/ caratterizzata da ciò che ciascuno gruppo G comprende 2 righe ed L colonne delle M righe della matrice di gruppi di elementi a getto d'inchiostro.
5. Testina di stampa secondo la rivendicazione 3, caratterizzata da - mezzi logici aventi un terminale collegato ad un gruppo di elementi a getto d'inchiostro, un terminale collegato ai secondi mezzi di indirizzamento XK ed un terminale collegato ai quarti mezzi di indirizzamento GNDG.