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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Tintenstrahldruckkopf des Tropfen auf Abruf-Typs zum Ausstoßen von
Tinte in Form von kleinen Tropfen aus einem Tintenreservoir zur
Bildung von gedruckten Punkten auf Aufzeichnungspapier.
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Tintenstrahldruckköpfe des
Tropfen auf Abruf-Typs können
in drei Hauptarten unterteilt werden. Die erste Art ist der sogenannte
Bubble-Jet-Typ, wobei ein Heizelement zum sofortigen Verdampfen
von Tinte an dem oberen Ende einer Düse vorgesehen ist, um dadurch
einen Tintentropfen zu erzeugen und durch Expansionsdruck auszustoßen, der
während des
Verdampfens entsteht. Bei der zweiten Art verbiegt oder dehnt sich
ein piezoelektrisches Element, das in einem ein Tintenreservoir
darstellenden Gefäß vorgesehen
ist, in Übereinstimmung
mit einem elektrischen Signal, das es empfängt, so daß Tinte durch eine Kraft, die
bei Ausdehnung des Elementes entsteht, in Form eines Tropfens ausgestoßen wird.
Bei der dritten Art ist ein piezoelektrisches Element in einem Tintenreservoir
gegenüber
einer Düse
vorgesehen, so daß ein
Tintentropfen durch dynamischen Druck ausgestoßen wird, der in einem Düsenbereich bei
Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes erzeugt wird.
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Wie in der Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Sho-60-8953 offenbart wird, besitzt die obengenannte dritte
Art des Tintenstrahldruckkopfes des Tropfen auf Abruf-Typs einen
Aufbau, wobei eine Mehrzahl von Düsenöffnungen in einer Wand eines ein
Tintenreservoir darstellenden Gefäßes ausgebildet ist und piezoelektrische
Elemente an den jeweiligen Düsenöffnungen
angeordnet sind, die in die Richtung ihrer Ausdehnung und Kontraktion
aufeinander abgestimmt sind.
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Bei diesem Druckkopf wird ein Drucksignal zu
den piezoelektrischen Elementen gesteuert, so daß die piezoelektrischen Elemente
durch die dynamische Kraft, die bei Anregung der piezoelektrischen Elemente
erzeugt wird, nach Bedarf zum Ausstoßen von Tintentropfen aus den
jeweiligen Düsen
angeregt werden, um dadurch Punkte auf dem Druckpapier zu bilden.
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Bei einem solchen Druckkopf ist es
wünschenswert,
daß die
Effizienz bei der Tintentropfenbildung und die Kraft des Tintentropfenausstoßes groß sind.
Da die Einheitslänge
eines piezoelektrischen Elementes und die Geschwindigkeit der Ausdehnung/Kontraktion
desselben pro Einheit Spannung äußerst klein
sind, muß jedoch
eine hohe Spannung angelegt werden, um eine ausreichende Ausstoßkraft zum
Drucken zu erhalten, und daher ist es notwendig, eine Antriebsschaltung
und elektrische Isolatoren zu konstruieren, um einer solchen hohen Spannung
zu widerstehen.
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Zur Erzielung einer hohen Ausstoßkraft offenbart
das Dokument EP-A-0372521 einen Tintenstrahldruckkopf des Tropfen
auf Abruf-Typs, wobei eine piezoelektrische Platte starr an einer
elastischen Metallplatte befestigt ist und entsprechend der Anordnung
der Düsenöffnungen
geschnitten und unterteilt wird, wobei ein Ende der piezoelektrischen
Platte an einem Rahmen befestigt ist, während das andere Ende, das
den Düsenöffnungen
gegenüberliegt,
ein freies Ende ist.
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Bei diesem Druckkopf wird ein Antriebssignal
zu der piezoelektrischen Platte gesteuert, um somit die elastische
Metallplatte zur Speicherung von Energie zu biegen. In diesem Zustand
wird das Anlegen des Antriebssignals beendet, wodurch die elastische
Kraft, die in der elastischen Metallplatte gespeichert ist, freigesetzt
wird, so daß auf
die Tinte ein dynamischer Druck ausgeübt wird, der eine Repulsionskraft erzeugt,
wodurch die Tinte in Form von Tintentropfen durch die Düsenöffnungen
an die Außenseite
abgegeben wird.
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Es besteht jedoch das Problem, daß eine hohe
Spannung an die piezoelektrische Platte angelegt werden muß, um die
elastische Metallplatte in einem solchen Ausmaß zu verbiegen, daß Tintentropfen
gebildet werden.
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Das Dokument US-A-4566018 offenbart
einen Druckkopf mit einer Basis, einer Düsenplatte, die eine Mehrzahl
von Düsenöffnungen
definiert, einer Anordnung von piezoelektrischen Elementen, die
in vorbestimmten Abständen
angeordnet sind und ein Ende aufweisen, das an der Basis befestigt
ist, und ein anderes freies Ende, das mit den Düsenöffnungen konstruiert ist, und
mit einem Tintenreservoir, das zwischen den Düsenöffnungen der Düsenplatte und
dem freien Ende der piezoelektrischen Elemente ausgebildet ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die vorangehenden Probleme des Standes der Technik zu
lösen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Tintenstrahldruckkopf
des Tropfen auf Abruf-Typs gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und
2 gelöst.
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Vorteilhafte Merkmale der Erfindung
gehen aus den abhängigen
Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Der Tintenstrahldruckkopf des Tropfen
auf Abruf-Typs der vorliegenden Erfindung ermöglicht, daß Tintentropfen bei einer niederen
Spannung mit einer hohen Energieeffizienz erzeugt werden können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf des Tropfen auf Abruf-Typs bereitgestellt,
welcher folgendes umfaßt:
eine Anordnung einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen, welche
in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind und an einem ihrer Enden an einer Basis befestigt sind, wobei
die anderen Enden der jeweiligen piezoelektrischen Elemente freie
Enden sind, welche jeweiligen Düsenöffnungen
gegenüberliegen,
wobei die piezoelektrischen Elemente durch Schneiden einer piezoelektrischen
Platte bei vorbestimmter Breite gebildet sind, die durch Brennen
einer Laminierung aus pastenartigem piezoelektrischen Material und
leitendem Material, welches abwechselnd in Schichten übereinander
angeordnet ist, erhalten wird; und Tintenreservoirbereiche, welche zwischen
den Düsenöffnungen
und den freien Enden der piezoelektrischen Elemente gebildet sind.
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Bei dem gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten
Druckkopf wird eine piezoelektrische Platte durch Brennen einer
Laminierung aus pastenartigem piezoelektrischen Material und leitendem Material,
welches abwechselnd in Schichten übereinander angeordnet ist,
erhalten und bei vorbestimmten Breiten in Stücke geschnitten, wodurch die
Anordnung von piezoelektrischen Elementen gebildet wird. Selbst
wenn eine niedere Spannung nach Bedarf an die piezoelektrischen
Materialschichten angelegt wird, welche die jeweiligen piezoelektrischen Elemente
bilden, um dadurch die Schichten anzutreiben, wirkt daher die Summe
der jeweiligen Kraftkomponenten auf die Tinte, so daß es möglich ist,
einen ausreichenden dynamischen Druck zum Ausstoßen der Tinte in Form von Tintentropfen
durch die jeweiligen Düsenöffnungen
zu erzeugen. Da die Anordnung von piezoelektrischen Elementen erzeugt
werden kann, indem die piezoelektrische Platte, die an einer Basis
oder dergleichen befestigt ist, in Streifen geschnitten wird, können äußerst kleine
Vibrationselemente mit hoher Arbeitsgenauigkeit und hoher Effizienz
erzeugt werden.
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1 ist
eine perspektivische Schnittansicht, welche die Struktur eines Hauptteiles
eines Tintenstrahldruckkopfes des Tropfen auf Abruf-Typs zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht, welche die Struktur eines Druckkopfes zeigt;
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3a bis 3f sind erklärende Diagramme, die
Schritte zur Herstellung eines piezoelektrischen Vibrators zeigen;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Struktur einer Vibratoreinheit
zeigt, die durch die in 3a bis 3f dargestellten Schritte
hergestellt wird;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren Tintenstrahldruckkopf
des Tropfen auf Abruf-Typs zeigt, bei dem eine Düsenplatte entfernt ist;
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6a und 6b sind Schnittansichten,
welche die Struktur eines Tintenstrahldruckkopfes des Tropfen auf
Abruf-Typs eines Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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7a und 7b sind perspektivische Ansichten,
welche ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von piezoelektrischen
Elementen zur Verwendung in der Vorrichtung von 6 zeigen;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein anderes Ausführungsbeispiel
der Anordnung von piezoelektrischen Elementen zeigt;
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9 bis 11 sind perspektivische Ansichten, welche
ein Verfahren zum Befestigen einer Anordnung von piezoelektrischen
Elementen an einer Basisplatte zeigen;
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12 bis 14 sind perspektivische Ansichten,
die ein Ausführungsbeispiel
der Düsenplatte
zur Verwendung in dem Druckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigen;
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15 ist
eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Materialbasisplatte
zeigen, die zur Herstellung der in 12 bis 14 dargestellten Düsenplatte
durch Ätzen
geeignet ist;
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16 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Düsenplatte zeigt;
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17 ist
eine Schnittansicht, die einen Druckkopf zeigt, bei dem die in 16 dargestellte Düsenplatte
verwendet wird;
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18 ist
eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zustandes
der Befestigung einer Düsenplatte
zeigt;
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19 ist
eine Planansicht, die ein Ausführungsbeispiel
zeigt, in dem Halteelemente bzw. Halterungselemente zum Halten einer
Düsenplatte
unter gleichzeitiger Verwendung einer piezoelektrischen Platte gebildet
werden;
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20 ist
eine Schnittansicht, die einen Druckkopf zeigt, bei dem eine Anordnung
von piezoelektrischen Elementen, wie in 19 dargestellt, verwendet wird;
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21a und 21b sind Schnittansichten,
die jeweils einen anderen Zustand der Befestigung einer Düsenplatte
und deren Betriebsweise zum Zeitpunkt der Bildung eines Tintentropfens
zeigen;
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22a bis 22c sind Diagramme, die jeweils ein
Ausführungsbeispiel
zeigen, in dem ein elastisches Material wie ein Bindemittel Freiräume von
piezoelektrischen Elementen ausfüllt;
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23a und 23b sind Schnittansichten,
welche einen weiteren Tintenstrahldruckkopf zeigen;
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24a bis 24c sind erklärende Diagramme,
welche Schritte zur Bildung der Anordnung von piezoelektrischen
Elementen für
die in 23a bis 23b dargestellte Vorrichtung
zeigen;
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25a und 25b sind erklärende Diagramme,
welche ein anderes Verfahren zur Bildung der Anordnung von piezoelektrischen
Elementen zeigen;
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26 ist
eine Schnittansicht, welche einen Druckkopf zeigt, bei dem die Anordnung
von piezoelektrischen Elementen, die durch das in 25a und 25b dargestellte
Verfahren hergestellt wurde, verwendet wird;
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27a bis 27c sind erklärende Diagramme,
welche ein weiteres Verfahren zur Bildung einer optimalen Anordnung
von piezoelektrischen Elementen für den in 23a und 24b dargestellten
Druckkopf zeigen;
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28 ist
eine perspektivische Ansicht, welche eine Düsenplatte zeigt, die für die in 27c dargestellte Anordnung
von piezoelektrischen Elementen geeignet ist;
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29 ist
eine Schnittansicht, welche einen Druckkopf zeigt, bei dem die in 27c dargestellte Anordnung
von piezoelektrischen Elementen und die in 28 dargestellte Düsenplatte verwendet werden;
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30a und 30b sind Schnittansichten,
welche einen weiteren Druckkopf zeigen;
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31a bis 31c sind erklärende Diagramme,
welche ein erstes Verfahren zur Herstellung von Leitstücken zeigen,
die für
den in 30a und 30b dargestellten Druckkopf
geeignet sind; und
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32a bis 32c sind erklärende Diagramme,
welche ein zweites Verfahren zur Herstellung von Leitstücken zeigen,
die für
den in 30a und 30b dargestellten Druckkopf
geeignet sind.
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1 und 2 zeigen einen Tintenstrahldruckkopf
des Tropfen auf Abruf-Typs, bei dem eine Basis 2 sich seitlich
erstreckende, vorstehende Teile 2a und 2a an ihrem
einen Endteil aufweist, das heißt,
an ihrem unteren Teil in den Zeichnungen, so daß piezoelektrische Vibratoren 12 und 12' (die später beschrieben
werden) an den vorstehenden Teilen 2a und 2a befestigt
sind.
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An der oberen Oberfläche der
Basis 2 ist eine Vibrationsplatte 4 zum Trennen
eines Tintenreservoirs und der piezoelektrischen Vibratoren 12 befestigt.
In der Vibrationsplatte 4 sind in der Nähe von Bereichen, wo die Vibrationsplatte 4 mit
den piezoelektrischen Vibratoren 12 in Kontakt gelangt,
konkave Teile 4a und 4a ausgebildet, so daß die Vibrationsplatte 4 leicht
auf die Vibration der piezoelektrischen Vibratoren 12 ansprechen
kann.
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Ein Abstandselement 6, das
auch als kanalbildendes Element dient, ist an der Oberfläche der
Vibrationsplatte 4 befestigt. In dem Abstandselement 6 sind
in den Bereichen gegenüber
den piezoelektrischen Vibratoren 12 Ausnehmungsbereiche 6a vorgesehen,
welche gemeinsam mit der Vibrationsplatte 4 Tintenreservoirs
bilden. In einer Düsenplatte 8 (die später beschrieben
wird) sind Ausnehmungsbereiche 6b, die Tintenversorgungskanäle bilden,
so geformt, daß die
Ausnehmungsbereiche 6a, welche die Tintenreservoirs bilden,
die Düsenöffnungen
und die Ausnehmungsbereiche 6b, welche die Tintenversorgungskanäle bilden,
miteinander durch die jeweiligen Durchgangsöffnungen 6c und 6d in
Verbindung stehen. Die Düsenplatte 8 ist
an der Oberfläche
des Abstandselementes 6 befestigt, und in der Düsenplatte 8 ist
eine Mehrzahl von Düsenöffnungen 10 und 10' ausgebildet,
so daß sie
mit der Anordnung der piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' übereinstimmen. Die
jeweiligen Öffnungen
der Ausnehmungsbereiche 6b, die in dem Abstandselement 6 ausgebildet
sind, werden durch die Düsenplatte 8 verschlossen,
so daß die
Tintenversorgungskanäle
entstehen.
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Die jeweiligen einen Endteile der
obengenannten piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' sind an der
Vibrationsplatte 4 befestigt, und die jeweiligen anderen
Endteile derselben sind an den vorstehenden Teilen 2a befestigt.
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3a bis 3f zeigen ein Verfahren zur
Herstellung der obengenannten Vibratoren.
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Eine dünne Beschichtung aus einem
piezoelektrischen Material in pastenartiger Form, zum Beispiel ein
Titansäure/Zirconiumhydroxid-
Leitsystemkeramikverbundmaterial, wird auf eine Oberflächenplatte 20 aufgetragen,
um dadurch eine erste piezoelektrische Materialschicht 21 (in 3a) zu bilden. Eine erste
leitende Schicht 22 wird auf der Oberfläche der ersten piezoelektrischen
Materialschicht 21 gebildet, während ein Teil der ersten piezoelektrischen
Materialschicht 21 als freiliegender Teil 21a (in 3b) verbleibt. Ferner wird
eine dünne
Beschichtung eines piezoelektrischen Materials auf die jeweiligen
Oberflächen
der leitenden Schicht 22 und des freiliegenden Teils 21a der
ersten piezoelektrischen Materialschicht 21 aufgetragen,
um somit eine zweite piezoelektrische Materialschicht 23 zu bilden.
Ferner wird eine leitende Schicht 24 an der anderen Oberfläche der
Schicht 23 gebildet, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf welcher die leitende
Schicht 21a gebildet wurde (in 3c). Die obengenannten Schritte werden
sooft wie nötig
wiederholt.
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In der Stufe, in der eine vorbestimmte
Anzahl von Schichten in Form einer Laminierung wie oben beschrieben
gebildet wurde, wird die Laminierung getrocknet und unter Druck
bei einer Temperatur im Bereich von 1000°C bis 1200°C über etwa eine Stunde gebrannt,
wodurch ein plattenartiges Keramikelement 25 erhalten wird.
Ein Endteil des Keramikelementes 25 wird an jener Stelle,
wo die leitende Schicht 24 freiliegt, mit einem Leitlack
angestrichen, um dadurch eine Sammelelektrode 26 zu bilden,
und der andere Endteil des Keramikelementes 25 wird an jener
Stelle, wo die leitende Schicht 22 freiliegt, mit einem
Leitlack angestrichen, um dadurch eine Sammelelektrode 27 zu
bilden (in 3d), wodurch
eine piezoelektrische Platte 28 gebildet wird. Die derart gebildete
piezoelektrische Platte 28 wird auf dem vorstehenden Teil 2a der
Basis 2 durch ein leitendes Bindemittel (3e) befestigt. Dann wird die piezoelektrische
Platte 28 mit einem Diamantschneider oder dergleichen in
der Nähe
der Oberfläche
der Basis 2 geschnitten, um sie in vorbestimmten Breiten
in eine Mehrzahl von Vibratoren 30 (in 3f) zu unterteilen.
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Somit wird eine Anordnung der piezoelektrischen
Vibratoren 30 gebildet (entsprechend der piezoelektrischen
Platte 12 und 12 in 1),
von welchen jeweils die einen Endteile an der Basis 2 befestigt
sind und die anderen freien Endteile durch Schlitze 29 getrennt
werden, die durch das obengenannte Schneidverfahren gebildet werden.
Die in 3e und 3f dargestellten Schritte
werden auch bei der gegenüberliegenden
Oberfläche
der Basis 2 angewendet, wodurch eine Vibratoreinheit wie
in 4 dargestellt erhalten
wird.
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Einzeln getrennte leitende Elemente
werden mit den entsprechenden Sammelelektroden 26 verbunden,
die mit den Elektroden der einen Seite der jeweiligen piezoelektrischen
Vibratoren 30 der so angeordneten Vibrationseinheit verbunden
werden, während
ein gemeinsames leitendes Element mit den Sammelelektroden 27 verbunden
wird, die jeweils mit den Elektroden der anderen Seite verbunden
werden. Als Alternative wird in dem Fall, in dem die Vibrationsplatte 4 aus
einem leitenden Material besteht, die Vibrationsplatte 4 als
das gemeinsame leitende Element verwendet.
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Wie aus den 2, 3E, 3F, 4 und 5 ersichtlich
ist, umfassen die piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' inaktive Bereiche 12a und 12a', wo eine der Elektroden
nicht in bzw. an dem Bereich existiert, welcher auf dem vorstehenden
Teil 2a der Basis 2 befestigt ist.
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Wenn ein elektrisches Signal von
etwa 30 V zwischen den leitenden Elementen angelegt wird, dehnen
sich die piezoelektrischen Vibratoren 29, an welche das
Signal nach Bedarf über
ihre richtigen leitenden Elemente angelegt wird, infolge des Anlegens der
Anregungsspannung an die jeweiligen piezoelektrischen Materialschichten
in ihre Längsrichtung
aus.
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In diesem Druckkopf ist die Energieeffizienz im
Vergleich mit jener anderer Vibrationsmoden hoch, da die Elektroden
parallel zueinander in die Ausdehnungsrichtung angeordnet sind.
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Die Vibrationsplatte 4,
die an den oberen Enden der piezoelektrischen Vibratoren 12 befestigt
ist, dehnt sich derart aus, daß die
Vibrationsplatte 4, welche mit den piezoelektrischen Vibratoren 12 in
Kontakt steht, in die Richtung zu den Ausnehmungsbereichen 6a verschoben
wird, welche die Tintenreservoirs bilden, wodurch die Tintenreservoirs
zusammengepreßt
werden. Die Tinte, auf die der Druck durch die Volumenreduktion
der Tintenreservoirs ausgeübt
wird, erreicht die entsprechenden Düsenöffnungen 10 durch
die Durchgangsöffnungen 6c und wird
in Form von Tintentropfen ausgestoßen.
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Wenn das Anlegen des Signals beendet wird,
ziehen sich die piezoelektrischen Vibratoren 12 zusammen,
so daß auch
die Vibrationsplatte 4 in ihre ursprüngliche Position zurückkehrt.
Folglich wird das Tintenreservoir auf das Volumen erweitert, das
zu dem Zeitpunkt bestanden hat, als kein Signal angelegt wurde,
so daß die
Tinte in dem Ausnehmungsbereich 6b durch die Durchgangsöffnung 6d in
den Ausnehmungsbereich 6a strömt, wodurch die nächste Tintentropfenerzeugung
vorbereitet wird.
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Gemäß diesem Druckkopf sind die
Tintenreservoirs, die durch die piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' zusammengepreßt werden,
mit den Düsenöffnungen 10 und 10' durch Tintenkanäle wie die Durchgangsöffnungen 6c und 6c verbunden,
so daß es
möglich
ist, den Abstand zwischen den beiden Anordnungen von Düsenöffnungen 10 und 10' unabhängig von
dem Abstand zwischen den beiden Anordnungen von piezoelektrischen
Elementen 12 und 12' zu
verkürzen.
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In 5,
die einen zweiten Druckkopf zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 32 eine
Vibrationsplatte, an deren Oberfläche ein streifenförmiger Stegteil 32a ausgebildet
ist, um die Anordnung von piezoelektrischen Vibratoren 12 von
der Anordnung von piezoelektrischen Vibratoren 12' zu trennen,
und es sind Rillenteile 32b bis 32e ausgebildet,
welche die jeweiligen oberen Enden der piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' umgeben.
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Das Bezugszeichen 33 bezeichnet
eine Düsenplatte,
in der Düsenöffnungen 34 und 34' derart ausgebildet
sind, daß sie
mit der Anordnung der piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' übereinstimmen,
und Stegteile 33a bis 33c sind in den gegenüberliegenden
Seitenbereichen bzw. im Mittelbereich ausgebildet, so daß Ausnehmungsbereiche 33e und 33f gebildet
werden, die Tintenreservoirs an den oberen Enden der piezoelektrischen
Vibratoren 12 und 12' darstellen, wenn die Düsenplatte 33 an
der Vibrationsplatte 32 befestigt wird.
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Wenn die piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' sich bei diesem
Druckkopf in Längsrichtung ausdehnen,
wenn ein elektrisches Signal von etwa 30 V angelegt wird, dehnt
sich die Vibrationsplatte 32, die an den oberen Enden der
piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' befestigt ist,
derart aus, daß die Vibrationsplatte 32,
die mit den piezoelektrischen Vibratoren in Kontakt steht, zu den
Ausnehmungsbereichen 33e und 33f der Düsenplatte 33 verschoben wird,
wodurch die darin befindliche Tinte durch die Vibrationsplatte 32 zusammengepreßt wird.
Die zusammengepreßte
Tinte wird durch die Düsenöffnungen 34 und 34', die in der
anderen Oberfläche
gebildet sind, in Form von Tintentropfen ausgestoßen.
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Wenn das Anlegen des Signals beendet wird,
ziehen sich die piezoelektrischen Vibratoren 12 auf ihren
ursprünglichen
Zustand zusammen, um die Vibrationsplatte 33 in ihre ursprüngliche
Position zurückzubewegen,
so daß das
Tintenreservoir auf das Volumen ausgedehnt wird, das zu dem Zeitpunkt
bestanden hat, als kein Signal angelegt wurde. Folglich strömt die Tinte
in den Ausnehmungsbereichen 32b bis 32e in die
Ausnehmungsbereiche 33e und 33f, welche Tintenreservoirs
darstellen, wodurch die nächste
Erzeugung von Tintentropfen vorbereitet wird. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist kein Abstandselement erforderlich, und der Zusammenbau kann
vereinfacht werden.
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In 6,
die ein Ausführungsbeispiel
des Tintenstrahldruckkopfes des Tropfen auf Abruf-Typs gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, stellt das Bezugszeichen 40 einen Zylinderkörper dar,
der aus einem elektrisch isolierenden Material wie Keramik zusammengesetzt
ist. Der Zylinderkörper 40 weist
an seinen gegenüberliegenden
Enden Öffnungen
auf. Eine Düsenplatte 43 mit
Düsenöffnungen 41 und 42 ist
an dem einen Ende des Zylinderkörpers 40 durch ein
Bindemittel befestigt, während
eine Basisplatte 44, die Anordnungen von piezoelektrischen
Elementen aufweist (wie später
beschrieben wird), an dem anderen Ende des Zylinderkörpers 40 befestigt
ist. Piezoelektrische Elemente 45 und 46 dieser
Anordnungen von piezoelektrischen Elementen sind so angeordnet,
daß die
Richtung der Ausdehnung/Kontraktion den Düsenöffnungen 41 und 42 gegenüberliegt,
wenn elektrische Signale von den Leitungen 47 und 48 angelegt
werden. Zusätzlich
ist auf der Basisplatte 44 eine Trennplatte 49 vorgesehen,
die bis zur Düsenplatte 43 reicht.
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Wenn bei dem derart angeordneten
Druckkopf, bei dem Anordnungen von piezoelektrischen Elementen verwendet
werden, elektrische Signale über
die Leitungen 47 und 48 und eine gemeinsame Elektrode,
die Basisplatte 44 in diesem Ausführungsbeispiel, zu den piezoelektrischen
Elementen 45 und 46 gesteuert werden, dehnen sich
die piezoelektrischen Elemente 45 und 46 in die
Richtung der Laminierung aus, so daß die freien Enden der piezoelektrischen
Elemente 45 und 46 Tinte zu den Düsenöffnungen 41 und 42 pressen,
wodurch die dynamisch unter Druck gesetzte Tinte in die Düsenöffnungen 41 und 42 eintritt
und in Form von Tintentropfen ausgestoßen wird, wodurch Punkte auf
dem Druckpapier entstehen.
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Wenn das Anlegen der elektrischen
Signale beendet wird, ziehen sich die piezoelektrischen Elemente 45 und 46 in
ihren ursprünglichen
Zustand zusammen, so daß Tinte
in den Raum zwischen der Düsenplatte 43 und
den piezoelektrischen Elementen 45 und 46 strömt, wodurch
die nächste
Erzeugung von Tintentropfen vorbereitet wird.
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7a und 7b zeigen ein Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung von piezoelektrischen
Elementen. In 7a stellt
das Bezugszeichen 65 ein Element dar, bei dem die Oberfläche einer
Basisplatte 66, die aus einem plattenartigen Keramikmaterial
gebildet ist, mit einem leitenden Material 67 beschichtet
ist, das auch als Bindemittel dient. Die Oberfläche des leitenden Materials 67 dieser
Basisplatte 66 ist auf dieselbe Weise wie im vorangehenden
Fall (3a bis 3c) mit abwechselnden Schichten
von piezoelektrischen Materialien 68 und leitenden Materialien 69 beschichtet.
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In der Stufe, in der eine Laminierung
einer vorbestimmten Anzahl von Schichten soweit getrocknet wurde,
daß sie
gebrannt werden kann, werden die Basisplatte 66, die piezoelektrischen
Materialien 68 und die leitenden Materialien 69 integral
wie sie sind gebrannt. Folglich werden die Basisplatte 66,
die piezoelektrischen Materialien 68 und die leitenden Materialien 69 durch
die leitenden Schichten 67 verbunden und als Einheit geformt
(in 7b). Anschließend an
den Brennvorgang ist es durch Ausbilden von Schlitzen in konstanten
Abständen,
wie zuvor erwähnt,
möglich,
Anordnungen von piezoelektrischen Elementen auf der Basisplatte 66,
in der die leitenden Schichten 67 ausgebildet sind, einheitlich
zu formen.
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Da ferner die Fähigkeit zum Ausstoßen von Flüssigkeitstropfen,
die von den Düsenöffnungen ausgestoßen werden,
von dem Abstand zwischen der Düsenplatte
und der Oberfläche
des freien Endes des piezoelektrischen Elementes abhängt, kann
der Wert des Abstandes durch Schleifen des Teiles, der das freie
Ende des piezoelektrischen Elementes bildet, während der Bildung des piezoelektrischen
Elementes angepaßt
werden. Zur Erleichterung dieser Anpassung kann eine Schicht S,
die mit der piezoelektrischen Wirkung in keinem Zusammenhang steht, aus
einem piezoelektrischen oder Elektrodenmaterial zuvor auf der freien
Endfläche
gebildet werden, wie in 8 dargestellt,
so daß die
Schicht S zur Durchführung
der Anpassungsarbeit geschliffen werden kann.
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9 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel der
Anordnung von piezoelektrischen Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, werden inaktive Schichten 76 mit einer
Länge,
die einem Viertel der Vibrationswellenlänge entspricht, zwischen einer
Basisplatte 70 und Elektroden 74 gebildet, die
der Basisplatte 70 am nächsten
liegen, wenn die piezoelektrischen Elemente 78 an der Basisplatte 70 zur
Bildung einer Druckkopfanordnung befestigt werden. Folglich werden von
den elastischen Wellen, die innerhalb der piezoelektrischen Elemente
erzeugt werden, die Komponenten von elastischen Wellen, die sich
bis zu der Basisplatte 70 fortgepflanzt haben, an der Oberfläche der
Basisplatte 70 reflektiert, da die akustische Impedanz
der Basisplatte 70 sich von jener des piezoelektrischen
Materials unterscheidet, so daß die elastischen
Wellen zu den freien Enden zurückkehren,
während
ihre Phasen durch einen reziproken Durchgang durch die inaktiven
Bereiche 76 umgekehrt werden, wodurch zu der Tintentropfenerzeugung
beigetragen wird.
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10 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Anordnung von piezoelektrischen Elementen gemäß der vorliegenden
Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
liegt eine Schicht 84 aus einer Substanz mit hochviskoelastischer
Eigenschaft zwischen einer Basisplatte 80 und einer Anordnung
von piezoelektrischen Elementen 82, die als Druckkopf zusammengefügt sind,
oder die piezoelektrischen Elemente werden an der Basisplatte durch
ein Bindemittel befestigt, das eine hochviskoelastische Eigenschaft
nach Beendigung der Verfestigung aufrechterhalten kann, wobei eine
Bindemittelschicht gebildet wird.
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Da elastische Wellen, die sich zu
der Basisplatte 80 fortpflanzen, durch die viskoelastische Schicht 84 abgeschwächt werden,
ist es bei diesem Ausführungsbeispiel
nicht nur möglich,
die Interferenz von reflektierten Wellen von der Basisplatte 80 zu
verringern und somit die Erzeugung und den Ausstoß von Tintentropfen
zu stabilisieren, sondern es ist auch möglich, die Belastung, die zwischen
der Basisplatte 80 und den piezoelektrischen Elementen 82 zu dem
Zeitpunkt der Ausdehnung der piezoelektrischen Elemente 82 entsteht,
durch die viskoelastische Schicht 84 zu absorbieren, so
daß ein
Abbrechen der piezoelektrischen Elemente 82 verhindert wird.
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Da die piezoelektrischen Elemente
sich zu dem Zeitpunkt der Tintenabgabe nicht nur in ihre Längsrichtung,
sondern auch in ihre Breitenrichtung ausdehnen, wirkt andererseits
eine große
Belastung auf deren Verbindungsoberfläche mit der Basisplatte.
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11 zeigt
eine positive Maßnahme
gegen ein solches Problem. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird
ein flacher Schlitz 87 in einer Anordnung von piezoelektrischen
Elementen 86 an deren Seite, die mit einer Basisplatte 85 in
Kontakt steht, gebildet, so daß der
Schlitz 87 die Belastung in die Breitenrichtung absorbieren
kann. Daher ist es möglich,
solche Probleme wie das Abbrechen der piezoelektrischen Elemente 86 zu
verhindern.
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12 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der obengenannten Düsenplatte.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird eine Düsenplatte 92 derart
gebildet, daß eine
Düsenöffnung 89 in dem
Bereich, der dem freien Ende jedes piezoelektrischen Elementes 88 gegenüberliegt,
gebildet wird, und ein elliptischer Ausnehmungsbereich 90 wird
so gebildet, daß er
die Düsenöffnung 89 umgibt.
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Wenn bei dieser Düsenplatte ein Signal angelegt
wird, so daß sich
das freie Ende des piezoelektrischen Elementes 88 zu der
Düsenplatte 92 ausdehnt,
ist die Tinte, die in dem elliptischen Ausnehmungsbereich 90 vorhanden
ist, von einer Wand 94 des Ausnehmungsbereiches 90 umgeben
und von hinten mit dem freien Ende des piezoelektrischen Elementes 88 bei
Empfang des dynamischen Druckes bedeckt, der durch elastische Wellen
von dem piezoelektrischen Element 88 verursacht wird. Da der
Abflußweg
blockiert ist, strömt
die Tinte konzentriert in die Düsenöffnung 89.
Es ist daher möglich, Tintentropfen
effektiv bei einer möglichst
niedrigen angelegten Spannung auszustoßen.
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13 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Düsenplatte.
Bei der Düsenplatte
dieses Ausführungsbeispiels
verläuft
eine Rille 98 mit einer etwas größeren Breite W als die Breite
W' jedes piezoelektrischen
Elementes 96 über
eine Düsenöffnung 100.
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Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel
das piezoelektrische Element 96 nahe genug angeordnet ist,
so daß sein
oberes Ende in die Rille 98 reicht, üben elastische Wellen, die
von dem piezoelektrischen Element 96 erzeugt werden, einen
dynamischen Druck auf die Tinte in der Rille 98 aus. Da
die Tinte in der Rille 98 von den Wänden 102 der Rille 98 umgeben
ist und von hinten mit dem freien Ende des piezoelektrischen Elementes 96 bedeckt
ist, wird die Tinte in der Rille 98 von der Düsenöffnung 100 effektiv
ausgestoßen.
Wenn das Antriebssignal beendet wird, so daß sich das piezoelektrische
Element 96 zusammenziehen kann, strömt Tinte von einem Teil, der
dem piezoelektrischen Element nicht gegenüberliegt, in der Rille 98 in
einen Bereich, der dem piezoelektrischen Element gegenüberliegt,
wodurch der nächste
Druckvorgang vorbereitet wird. Obwohl die Breite der Rille 98 in
diesem Ausführungsbeispiel größer als
jene des piezoelektrischen Elementes 96 ist, so daß das obere
Ende des piezoelektrischen Elementes 96 in die Rille 98 reichen
kann, kann die Breite W der Rille 98 kleiner als die Breite
W' des piezoelektrischen
Elementes 96 gemacht werden, um einen Raum zwischen dem
oberen Ende des piezoelektrischen Elementes 96 und der
Oberfläche
der Düsenplatte 101 zu
erhalten. In diesem Fall wird Tinte, welche die elastischen Wellen
von dem piezoelektrischen Element 96 empfängt, durch
die Wände 102 der
Rille 98 daran gehindert, sich in die Richtung parallel
zu der Düsenplatte 101 auszudehnen,
so daß es
möglich
ist, Tintentropfen effektiv zu erzeugen.
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14 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Düsenplatte.
Bei der Düsenplatte
dieses Ausführungsbeispiels
ist ein Ausnehmungsbereich 106 mit im wesentlichen derselben
Form wie ein piezoelektrisches Element so gebildet, daß er eine
Düsenöffnung 104 umgibt,
und Rillen 108, die flacher als der Ausnehmungsbereich 106 sind,
werden in beiden Seiten des Ausnehmungsbereichs 106 ausgebildet.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
wird auf dieselbe Weise wie in 12,
wenn sich ein piezoelektrisches Element 110 ausdehnt, das
heißt,
wenn elastische Wellen erzeugt werden, ein dynamischer Druck auf
die Tinte in dem Ausnehmungsbereich 106 von dem piezoelektrischen
Element 110 ausgeübt. Die
Tinte, die von der Wand des Ausnehmungsbereichs 106 und
der freien Endfläche
des piezoelektrischen Elementes 110 umgeben ist, wird effektiv durch
die Düsenöffnung 104 ausgestoßen. Andererseits
strömt
Tinte, wenn sich das piezoelektrische Element zusammenzieht, von
den Rillen 108 sofort zu dem Ausnehmungsbereich 106,
wodurch die nächste
Tintentropfenerzeugung vorbereitet wird.
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Zur Bildung einer solchen Düsenplatte
wird eine Platte mit einer dreischichtigen Struktur hergestellt,
wobei Nickelplatten 116 und 118 gepreßt und an
der gegenüberliegenden
Seite einer Kupferplatte 114 befestigt werden, wie in 15 dargestellt, und dann
werden ein Ausnehmungsbereich und Rillen durch ein Ätzmittel
gebildet, das nur die Nickelplatten 116 und 118 nach
Bedarf auflöst.
Daher ist es möglich,
einen Ausnehmungsbereich mit einem glatten Bodenteil zu bilden.
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Zum Beispiel ist es möglich, zur
Bildung einer Platte mit einer solchen dreischichtigen Struktur aus
einer Kupferplatte 114 mit einer Dicke von 50 μm, die zwischen
Nickelplatten 116 und 118 liegt, die jeweils eine
Dicke von 25 μm
aufweisen, die gesamte Nickelplatte an einer Oberfläche der
Kupferplatte gleichzeitig mit der Bildung eines Ausnehmungsbereiches
an der anderen Oberfläche
aufzulösen,
so daß eine
Düsenplatte
mit einer Rille von 50 μm
Breite gebildet werden kann, die eine Düsenöffnung definiert.
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16 und 17 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel
der Düsenplatte.
Bei der Düsenplatte dieses
Ausführungsbeispiels
wird aufgrund des Abschirmens der Seite der piezoelektrischen Elemente 128 ein
dynamischer Druck, der beim Anlegen eines Signals an die piezoelektrischen
Elemente erzeugt wird, durch Trennwände 126 daran gehindert,
sich zu den anderen, benachbarten Düsenöffnungen fortzupflanzen, so
daß es
möglich
ist, ein unnötiges
Ausströmen
der Tinte zu verhindern.
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18 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind zwischen den piezoelektrischen Elementen 132, die
eine Anordnung von piezoelektrischen Elementen bilden, Streben 130 ausgebildet
und an einer Basisplatte 134, an der die Anordnung von
piezoelektrischen Elementen befestigt ist, oder an einer Düsenplatte 136 befestigt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
ist es nicht nur möglich,
den Abstand zwischen der Düsenplatte 136 und
jedem der piezoelektrischen Elemente 132 durch Verwendung
der Streben 130 zu regulieren, sondern es ist auch möglich, dynamischen
Druck daran zu hindern, sich zwischen benachbarten piezoelektrischen
Elementen 132 fortzupflanzen.
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19 zeigt
eine andere Anordnung der Streben 130, die in 18 dargestellt sind. In
diesem Ausführungsbeispiel
wird das vorangehende rechteckige, prismaartige piezoelektrische
Keramikmaterial an einer Basisplatte 142 befestigt, und
dann wird das Keramikmaterial geschnitten und in Teile 144 zur
Bildung von piezoelektrischen Elementen und Teile 146 zur
Bildung der Streben unterteilt, wobei die Teile zur Bildung der
piezoelektrischen Elemente an der Seite ihrer freien Enden ein wenig
geschliffen werden.
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Bei der derart gebildeten Anordnung
von piezoelektrischen Elementen ist eine Düsenplatte 148 so angeordnet,
daß sie
mit den Teilen 146 zur Bildung der Streben, wie in 20 dargestellt, in Kontakt
steht, so daß es
möglich
ist, den Spalt zwischen der Düsenplatte
und dem freien Ende jedes piezoelektrischen Elementes mit einer
vorbestimmten Größe herzustellen.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel ist
es nicht nur möglich,
Streben in dem Vorgang zur Bildung einer Anordnung von piezoelektrischen
Elementen herzustellen, sondern es ist auch möglich, das Zusammenbauen zu
vereinfachen, da der Schritt der Befestigung der Strebenelemente
an der Basisplatte entfällt.
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21a und 21b zeigen ein anderes Verfahren
zur Befestigung einer Düsenplatte:
Eine Düsenplatte 150,
durch welche Düsenöffnungen 152 gebohrt
werden, wird durch Magnete 156 und
158 oder Federn
gegen eine Basisplatte 160 gepreßt, so daß sie immer mit den freien
Enden von piezoelektrischen Elementen 154 in Kontakt steht.
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Eine Spannung wird in die Kontraktionsrichtung
an die piezoelektrischen Elemente 154 angelegt, die sich
in der Position der Tintentropfenbildung befinden. Folglich entsteht
ein Spalt G zwischen der Düsenplatte 150 und
den freien Endoberflächen
der piezoelektrischen Elemente 154 (in 21b), so daß Tinte in diesen Spalt strömt. Wenn
dann das Anlegen des Signals beendet wird oder wenn ein Signal in Richtung
der Ausdehnung angelegt wird, dehnen sich die freien Enden der piezoelektrischen
Elemente 154 zu der Düsenplatte 150 aus.
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Bei diesem Ausdehnungsvorgang wird
die Tinte in dem Spalt G zu der Düsenöffnung 152 gepreßt und als
Tintentropfen zu der Außenseite
ausgestoßen.
Da die Düsenöffnung 152,
die mit der Bildung eines Tintentropfens in keinem Zusammenhang steht,
für einen
elastischen Kontakt mit dem freien Ende des piezoelektrischen Elementes 154 ausgebildet
ist, wirkt der dynamische Druck von den benachbarten piezoelektrischen
Elementen nicht auf die Düsenöffnung 152,
so daß ein
Austreten der Tinte verhindert werden kann.
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Obwohl ein Raum, der das Strömen der
Tinte ermöglicht,
zwischen benachbarten Anordnungen von piezoelektrischen Elementen
und zwischen den Anordnungen von piezoelektrischen Elementen und der
Basisplatte in dem obengenannten Ausführungsbeispiel ausgebildet
ist, wird ein Bindemittel oder -harz 162 mit einer geringen
Viskosität
und hohen Elastizität
zum Zeitpunkt der Verfestigung, zum Beispiel ein Bindemittel des
Epoxidsystems, ein durch Ultraviolettstrahlen härtbares Harz wie G11 oder G31,
hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., oder ein durch
Ultraviolettstrahlen härtbarer
Silikongummi wie TUV6000 oder TW 602, hergestellt von Toshiba Silicon
Co., Ltd., in Bereichen mit Ausnahme der freien Endoberflächen der
piezoelektrischen Elemente 160, wie in 22a bis 22c dargestellt,
eingespritzt und verfestigt, um dadurch den Einfluß der piezoelektrischen
Elemente 160 auf die Vibration so weit wie möglich zu
verringern, so daß es möglich ist,
die mechanische Stärke
der piezoelektrischen Elemente 160 zu erhöhen und
die elektrische Isolierung der leitenden Schichten besser zu gewährleisten.
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23a und 23b zeigen einen Tintenstrahldruckkopf
des Tropfen auf Abruf-Typs, bei dem piezoelektrische Elemente 172 und 174 auf
einer Basisplatte 166 durch leitende Abstandsstücke 168 und 170 angeordnet
werden, so daß die
Richtung der Laminierung der piezoelektrischen Elemente parallel
zu der Basisplatte 166 liegt und die freien Enden der piezoelektrischen
Elemente durch einen vorbestimmten Raum voneinander getrennt sind.
In diesem Raum ist ein Trennwandelement 176 mit vorbestimmten
Spalten zu den jeweiligen freien Enden der piezoelektrischen Elemente 172 und 174 angeordnet.
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In einer Düsenplatte 178 sind
Düsenöffnungen 180 und 182 gegenüber den
Spalten zwischen dem Trennwandelement 176 und den jeweiligen
freien Enden der piezoelektrischen Elemente 172 und 174 ausgebildet
und in vorbestimmten Abständen durch
ein Abstandsstück 184 befestigt.
Ein Tintenbehälter 186 steht
mit den Düsenöffnungen 180 und 182 durch
Verbindungsöffnungen 188 und 190 in
Verbindung.
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24a bis 24c zeigen ein Verfahren
zur Bildung der obengenannten Anordnung von piezoelektrischen Elementen.
Wie in diesen Zeichnungen dargestellt, sind Abstandselemente 196 und 198 durch ein
Bindemittel (in 24a)
an einem Element 194 befestigt, das der Basisplatte 166 in 23a und 23b entspricht. In diesem Zustand werden
piezoelektrische Elementplatten 200 und 202, die
gleich den in 3 dargestellten
sind, an ihren einen Enden durch ein leitendes Bindemittel befestigt,
so daß die
leitenden Schichten an ihrer einen Seite sich an der Seite der Abstandsstücke 196 und 198 befinden (24b). Danach werden Schlitze 204 und 206 in der
Dicke der piezoelektrischen Elementplatten in vorbestimmten Abständen ausgebildet,
die sich parallel zu der Laminierungsrichtung der piezoelektrischen
Elementplatten 200 und 202 erstrecken (24c). Danach werden piezoelektrische
Elemente 205 und 207, die voneinander durch die
Schlitze 204 und 206 getrennt sind, an der Basisplatte 194 derart
ausgebildet, daß Elektroden
an einer Seite durch die Abstandsstücke 196 und 198 miteinander verbunden
sind.
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In diesem Druckkopf wird, wenn ein
Signal an die piezoelektrischen Elemente 172 und 174 angelegt
wird, um Punkte zu bilden (23a und 23b), eine Spannung gleichzeitig
zu den jeweiligen piezoelektrischen Schichten der piezoelektrischen
Elemente 172 und 174 über die leitenden Schichten 171 und 173 des
piezoelektrischen Elementes 172 und die leitenden Schichten 175 und 177 des
piezoelektrischen Elementes 174 angelegt, so daß die Summe
der Expansionskraft der jeweiligen piezoelektrischen Schichten auf
die freien Enden wirkt. Daher wird die Tinte zwischen dem Trennwandelement 176 und dem
freien Ende des piezoelektrischen Elementes 174 aus dem
Raum herausgepreßt
und von der Düsenöffnung 182 an
die Außenseite
ausgestoßen. Wenn
das Anlegen der Spannung an das piezoelektrische Element 174 beendet
wird, zieht sich das piezoelektrische Element zusammen, so daß Tinte
von dem Tintenbehälter 186 in
den Raum strömt,
wodurch die nächste
Punkterzeugung vorbereitet wird.
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Obwohl die piezoelektrischen Elemente durch
ein Abstandsstück
in Form eines Auslegers in einem Druckkopf, der in 23a und 23b dargestellt ist,
wie in 25a befestigt
sind, sind Teile der piezoelektrischen Elementplatten 210 und 212,
die über die
Abstandsstücke 214 und 216 reichen,
durch ein Bindemittel oder -harz 218 mit einer niederen
Viskosität
und einer hohen Elastizität
zum Zeitpunkt der Verfestigung, zum Beispiel ein Bindemittel des
Epoxidsystems, ein durch Ultraviolettstrahlen härtbares Harz wie G11 und G31,
hergestellt von Asahi Chemical Industry Co., Ltd., oder einen durch
Ultraviolettstrahlen härtbaren
Silikongummi wie TUV6000 oder TUV 602, hergestellt von
Toshiba Silicon Co., Ltd., an einer Basisplatte 220 befestigt.
In diesem Zustand werden Schlitze 222 in vorbestimmten
Abständen unter
Verwendung eines Diamantschneiders oder dergleichen ausgebildet,
wodurch piezoelektrische Elemente 224 und 226 gebildet
werden, deren Oberflächen
an einer Seite mit der Basisplatte 220 verbunden sind (25b).
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Gemäß einem solchen Verfahren ist
es möglich,
die Vibration, die zum Zeitpunkt der Bildung der Schlitze entsteht,
zu absorbieren, wodurch verhindert wird, daß die piezoelektrischen Elementplatten
abbrechen.
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Wie in 26 dargestellt,
ist eine Düsenplatte 230 durch
ein Abstandsstück 228 an
der Basisplatte 220 befestigt, an der die so gebildeten
Anordnungen von piezoelektrischen Elementen befestigt sind, wodurch
ein Druckkopf, der gleich dem in 23a dargestellten
ist, erhalten wird. Das Bezugszeichen 232 in 26 stellt ein Trennelement
dar, das zwischen den gegenüberliegenden
Oberflächen
der piezoelektrischen Elemente angeordnet ist, und 234 und 236 stellen
Düsenöffnungen
dar.
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Wenn bei diesem Druckkopf eine Spannung zur
Bildung eines Punktes an das piezoelektrische Element 224 angelegt
wird, das der Düsenöffnung 234 gegenüberliegt,
dehnt sich das piezoelektrische Element 224 aus, während das
Bindemittel 218 elastisch umgeformt wird, wodurch Tinte
zwischen das Trennelement 232 und das freie Ende hiervon
gepreßt
wird und somit die Tinte als Tintentropfen aus der Düsenöffnung 234 ausgestoßen wird.
Da die von dem piezoelektrischen Element 224 erzeugte Kraft besonders
groß ist,
ist die Wirkung der Viskosität
des Bindemittels 218 natürlich besonders klein, so daß die Energie,
die bei der Verformung des piezoelektrischen Elementes erzeugt wird,
von dem Bindemittel nicht absorbiert wird.
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27a bis 27c zeigen ein weiteres Verfahren
zur Bildung einer Anordnung von piezoelektrischen Elementen, wobei
Abstandsstücke 242 und 244 an
den gegenüberliegenden
Enden einer Basisplatte 240 befestigt sind, und ein Bindemittel 246,
das eine niedere Viskosität
und hohe Elastizität
zum Zeitpunkt der Verfestigung besitzt, in einen rillenförmigen Teil
strömt,
der von den Abstandsstücken 242 und 244 gebildet
wird (27a). Eine piezoelektrische Elementplatte 248,
die gleich der obengenannten ist, wird an den Abstandsstücken 242 und 244 mit
einem leitenden Bindemittel befestigt und an der Basisplatte 240 mit
einem Bindemittel 246 (27b).
Wenn sich das Bindemittel verfestigt hat, werden zwei Schlitze 250 und 252 gebildet,
die voneinander getrennt sind und sich zu der äußeren Oberfläche der
Basisplatte 240 erstrecken. Danach werden parallel und
schräg verlaufende
Schlitze 254 in vorbestimmten Abständen ausgebildet, so daß die beiden
Enden der piezoelektrischen Elementplatten, die durch die Schlitze 250 und 252 getrennt
sind, um eine halbe Teilung versetzt sind (27c).
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Folglich werden die freien Enden
der piezoelektrischen Elemente, die einander gegenüberliegen, mit
dem dazwischenliegenden Trennelement 256 um eine halbe
Teilung versetzt, so daß es
möglich
ist, Punkte, die durch die piezoelektrischen Elemente 260 an
einer Seite gebildet werden, zwischen Punkten zu drucken, die durch
die piezoelektrischen Elemente 258 an der anderen Seite
gebildet werden.
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Eine Düsenplatte 266 wird
für die
so angeordneten piezoelektrischen Elemente hergestellt, wobei die
Düsenplatte 266 durch
Versetzen der Düsenöffnungen 262 in
der ersten Spalte und der Düsenöffnungen 264 in
der zweiten Spalte um eine halbe Teilung angeordnet wird, wie in 28 dargestellt.
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Die Düsenplatte 266 wird
an der Basisplatte 240 (27c)
durch ein Abstandsstück 268 befestigt,
wie in 29 dargestellt,
wodurch ein Druckkopf gebildet wird.
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Bei diesem Druckkopf bilden die Schlitze 250 und 252 Tintenkanäle und ein
Teil 256, der durch diese Schlitze 250 und 252 abgetrennt
wird, dient als Trennelement, so daß, wenn ein Signal an die piezoelektrischen
Elemente 258a und 260 angelegt wird, Tintentropfen
aus den Düsenöffnungen 262 und 264 ausgestoßen werden.
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Da ein Trennelement und Tintenkanäle gemeinsam
mit der Bildung der piezoelektrischen Elemente gleichzeitig gebildet
werden können,
ist es bei diesem Druckkopf möglich,
das Herstellungsverfahren zu vereinfachen, und es ist auch möglich, die Dichte
der Punkte zu verbessern, ohne die Breite der piezoelektrischen
Elemente zu verschmälern.
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Bei den Druckköpfen der 6 bis 22 und 23 bis 29 wird die gesamte große Kraft,
die durch die Vibration in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Elemente
erzeugt wird, verwendet, und Tinte wird durch den Druck der piezoelektrischen
Elemente ausgestoßen,
so daß es
möglich
ist, Tintentropfen effektiv nicht nur im Falle der Verwendung einer
normalen Tinte, sondern auch im Falle der Verwendung einer besonders
hochviskosen Tinte wie Heißschmelztinte
zu erzeugen.
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30a und 30b zeigen einen Druckkopf, bei
dem das Bezugszeichen 270 ein Leitstück darstellt, das aus einem
hochelastischen Federelement 272 und einem piezoelektrischen
Element 274 (das später
beschrieben wird) zusammengesetzt ist, das auf das elastische Federelement 272 laminiert
ist, wobei ein Ende des Leitstückes 270 an
einem Abstandsstück 276 befestigt
ist, so daß das
Leitstück 270 einer
Düsenplatte 278 gegenüberliegt,
wobei das andere Ende des Leitstückes 270 als
ein freies Ende ausgebildet ist, so daß das Leitstück flexibel
vibrieren kann. Das Bezugszeichen 278 bezeichnet eine Düsenplatte,
in der Düsenöffnungen
an Positionen ausgebildet sind, die den freien Enden der jeweiligen
Leitstücke 270 gegenüberliegen.
Die Düsenplatte 278 ist
an einem Basiselement 282 befestigt, das auch als Gehäuse dient.
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31a bis 31c zeigen ein Verfahren
zur Herstellung des obengenannten Leitstückes, wobei eine piezoelektrische
Elementplatte 292, die durch das obengenannte Verfahren
hergestellt wurde, durch ein Bindemittel an eine Oberfläche einer
Platte 290 geklebt wird, die aus einer hochelastischen
Metallplatte oder einer Keramik besteht, welche die obengenannte
Federplatte 272 bildet, so daß deren leitende Schichten 294 und 296 parallel
zu der Platte 292 liegen, wodurch eine Platte gebildet
wird.
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Die derart einstöckig gebildete Struktur, die aus
der piezoelektrischen Elementplatte 292 und der Platte 290 besteht,
wird an einer ihrer Seiten (31b)
an einem Abstandsstück 298 befestigt, und
Schlitze 300 werden in regelmäßigen Abständen unter Verwendung eines
Diamantschneiders oder dergleichen ausgebildet, um dadurch Leitstücke 302 abzuziehen,
die an einem ihrer Enden an dem Abstandsstück 298 befestigt sind
und deren andere Enden freiliegen (31c).
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Wenn bei diesem Druckkopf ein elektrisches Signal
in die Richtung der Kontraktion der piezoelektrischen Elementplatte 292 an
die leitenden Schichten 294 und 296 angelegt wird,
werden die freien Enden der Leitstücke 302 zu der piezoelektrischen
Elementplatte 292 gegen die Elastizität der Platte 290 gebogen.
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Wenn in diesem Zustand das Anlegen
des elektrischen Signals beendet wird, wird die in der Platte 290 gespeicherte
elastische Kraft freigesetzt, so daß die Leitstücke 302 in
ihre ursprünglichen
Positionen springen und zurückkehren.
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Folglich wird die Tinte zwischen
der Düsenplatte 278 und
den Leitstücken 270 (30a) zu der Düsenöffnung 282 hinausgepreßt und aus
der Düsenöffnung 282 als
Tintentropfen ausgestoßen.
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Obwohl die piezoelektrische Elementplatte 292,
die im voraus hergestellt wurde, in dem in 31 dargestellten Ausführungsbeispiel an die Platte 290 geklebt
wird, kann eine besonders wärmebeständige Keramik
für die
Platte 290 verwendet werden, so daß es möglich ist, den Klebevorgang
zu unterlassen, wenn die piezoelektrische Elementplatte in dem obengenannten
Verfahren (in 3) darauf gebildet
wird.
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32a bis 32c zeigen ein weiteres Verfahren
zur Herstellung eines Leitstückes,
wobei eine piezoelektrische Elementplatte 312, die durch
das obengenannte Verfahren hergestellt wurde, an eine Oberfläche einer
Platte 310, die aus einer elastischen Metallplatte oder
Keramik zusammengesetzt ist und die obengenannte Federplatte 272 darstellt,
mit einem Bindemittel geklebt wird, so daß leitende Schichten 314 und 316 der
piezoelektrischen Elementplatte 312 senkrecht zu der Platte 310 liegen
( 32a) .
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Die piezoelektrische Elementplatte 312 und die
Platte 310, die als Einheit angeordnet sind, werden an
ihrem einen Endteil an einem Abstandselement 318 befestigt
(in 32b). Dann werden
in der piezoelektrischen Elementplatte 312 und der Platte 310 in
regelmäßigen Abständen Schlitze 320 unter Verwendung
eines Diamantschneiders oder dergleichen ausgebildet, so daß abgezogene
Leitstücke 322 entstehen,
von welchen die einen Enden an dem Abstandsstück 318 befestigt sind
und die anderen Enden freiliegen (32c).
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Wenn bei diesem Druckkopf ein elektrisches Signal
in die Richtung der Kontraktion der piezoelektrischen Elementplatte 312 an
die leitenden Schichten 314 und 316 angelegt wird,
werden die jeweiligen freien Enden der Leitstücke 302 zu der piezoelektrischen
Elementplatte 312 gegen die Elastizität der Platte 310 gebogen.
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Wenn in diesem Zustand das Anlegen
des elektrischen Signals beendet wird, wird die in der Platte 310 gespeicherte
elastische Kraft freigesetzt, so daß die Leitstücke 322 in
ihre ursprünglichen
Positionen springen und zurückkehren.
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Ein Tintenstrahldruckkopf des Tropfen
auf Abruf-Typs umfaßt
eine Basis und eine Anordnung von piezoelektrischen Elementen, welche
jeweils in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind und ein Ende aufweisen, welches auf der Basis befestigt ist, sowie
das andere freie Ende, woran ein Spalt gebildet ist, um Tinte zu
sammeln. Der Tintenstrahldruckkopf des Tropfen auf Abruf-Typs umfaßt des weiteren ein
Trennelement, welches so angeordnet ist, daß es dem freien Ende der piezoelektrischen
Elemente gegenüberliegt,
während
ein Raum zur Bildung eines Tintenreservoirs zwischen dem Trennelement
und dem freien Ende der piezoelektrischen Elemente und einer Düsenplatte
gebildet ist, welche eine Mehrzahl von Düsenöffnungen ausbildet, welche
dem freien Ende der piezoelektrischen Elemente über den Raum gegenüberliegen.
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Das Trennelement ist durch eine piezoelektrische
Platte ausgebildet. Elastisches Material wird in einen Raum zwischen
den benachbarten piezoelektrischen Elementen gefüllt, und eine Richtung des Schneidens
der piezoelektrischen Platte ist relativ zu einer Richtung einer
Düsenanordnung
in einem vorbestimmten Winkel angeordnet.