DE69133583T2

DE69133583T2 - Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE69133583T2
Application number: DE69133583T
Authority: DE
Inventors: Minoru Suwa-shi Usui; Haruhiko Suwa-shi Koto; Haruo Suwa-shi Nakamura; Yozo Suwa-shi Shimada; Tomoaki Suwa-shi Abe
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2011-02-26
Also published as: EP0655333A1; EP0516188B1; DE69133061D1; EP0443628A2; DE69132740D1; US5894317A; DE69127378T2; DE69133469T2; EP0655334B1; DE69126997T2; EP1208983B1; DE69130837D1; DE69130837T3; EP1055519B1; EP0443628B1; EP0443628A3; DE69132740T2; DE69126997T3; JP3041952B2; HK1000440A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf zum Ausstoßen von Tinte in Form von kleinen Tröpfchen aus einem Tintenreservoir zur Bildung von gedruckten Punkten auf Aufzeichnungspapier.
Auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckköpfe können in drei Haupttypen unterteilt werden. Der erste Typ ist der sogenannte Bubble-Jet-Typ, wobei ein Heizelement zum sofortigen Verdampfen von Tinte an dem oberen Ende einer Düse vorgesehen ist, um dadurch ein Tintentröpfchen zu erzeugen und durch Expansionsdruck auszustoßen, der während des Verdampfens entsteht. Bei dem zweiten Typ 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 Tröpfchens ausgestoßen wird. Bei dem dritten Typ ist ein piezoelektrisches Element in einem Tintenreservoir gegenüber einer Düse vorgesehen, so daß ein Tintentröpfchen durch dynamischen Druck ausgestoßen wird, der in einem Düsenbereich bei Ausdehnung des piezoelektrischen Elementes erzeugt wird.
Wie in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho-60-8953 offenbart wird, besitzt der obengenannte dritte Typ des auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopfes 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.
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 Tintentröpfchen aus den jeweiligen Düsen angeregt werden, um dadurch Punkte auf dem Druckpapier zu bilden.
Bei einem solchen Druckkopf ist es wünschenswert, daß die Effizienz bei der Tintentröpfchenbildung und die Kraft des Tintentröpfchenausstoßes 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.
Zur Erzielung einer hohen Ausstoßkraft offenbart das Dokument EP-A-0372521 einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf, 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.
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 Metall platte gespeichert ist, freigesetzt wird, so daß auf die Tinte ein dynamischer Druck ausgeübt wird, der eine Repulsionskraft erzeugt, wodurch die Tinte in Form von Tintentröpfchen durch die Düsenöffnungen an die Außenseite abgegeben wird.
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 Tintentröpfchen gebildet werden.
Druckschrift US-A-4,566,018 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.
Druckschrift US-A-4,418,355 offenbart einen Druckkopf, bei welchem ein Vibrator eine Membran berührt, welche als eine Vibrationsplatte innerhalb eines Bereiches dient, in welchem die Membran hin zu einer Tintenkammer und Düsenöffnung vorgespannt ist. In einer Ausführungsform umfasst der vorgespannte Teil der Membran einen hin zu dem Vibratorfuß erhabenen Abschnitt, welcher im wesentlichen kleiner als der Vibratorfuß und die Kammer ist.
Druckschrift JP-A-60090770 offenbart eine Anordnung von piezoelektrischen Vibratoren, in welcher eine elektrische Leitung mit einer externen Elektrode des piezoelektrischen Vibrators verbunden ist, um den internen Elektroden eine Spannung zuzuführen. Die externen Elektroden sind bei lon gitudinal gegenüberliegenden Enden der Vibratoren angeordnet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorangehenden Probleme des Standes der Technik zu lösen.
Diese Aufgabe wird durch einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Merkmale der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Die Ansprüche sollen verstanden werden, die Erfindung in allgemeinen Begriffen zu definieren.
Der auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung ermöglicht, daß Tintentröpfchen bei einer niederen Spannung mit einer hohen Energieeffizienz erzeugt werden können.
Die vorliegenden Erfindung umfaßt einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1.
Weiterhin wird ein auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, welcher vorzugsweise 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.
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 Tintentröpfchen 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.
1 ist eine perspektivische Schnittansicht, welche die Struktur eines Hauptteiles eines auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopfes zeigt;
2 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur eines Druckkopfes zeigt;
3a bis 3f sind erklärende Diagramme, die Schritte zur Herstellung eines piezoelektrischen Vibrators zeigen;
4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Struktur einer Vibratoreinheit zeigt, die durch die in 3a bis 3f dargestellten Schritte hergestellt wird;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf zeigt, bei dem eine Düsenplatte entfernt ist;
6a und 6b sind Schnittansichten, welche die Struktur eines auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopfes eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
7a und 7b sind perspektivische Ansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von piezoelektrischen Elementen zur Verwendung in der Vorrichtung von 6 zeigen;
8 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein anderes Ausführungsbeispiel der Anordnung von piezoelektrischen Elementen zeigt;
9 bis 11 sind perspektivische Ansichten, welche ein Verfahren zum Befestigen einer Anordnung von piezoelektrischen Elementen an einer Basisplatte zeigen;
12 bis 14 sind perspektivische Ansichten, die ein Ausführungsbeispiel der Düsenplatte zur Verwendung in dem Druckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
15 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Materialbasisplatte zeigen, die zur Herstellung der in 12 bis 14 dargestellten Düsenplatte durch Ätzen geeignet ist;
16 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Düsenplatte zeigt;
17 ist eine Schnittansicht, die einen Druckkopf zeigt, bei dem die in 16 dargestellte Düsenplatte verwendet wird;
18 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zustandes der Befestigung einer Düsenplatte zeigt;
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;
20 ist eine Schnittansicht, die einen Druckkopf zeigt, bei dem eine Anordnung von piezoelektrischen Elementen, wie in 19 dargestellt, verwendet wird;
21a und 21b sind Schnittansichten, die jeweils einen anderen Zustand der Befestigung einer Düsenplatte und deren Betriebsweise zum Zeitpunkt der Bildung eines Tintentröpfchens zeigen;
22a bis 22c sind Diagramme, die jeweils ein Ausführungsbeispiel zeigen, in dem ein elastisches Material wie ein Bindemittel Freiräume von piezoelektrischen Elementen ausfüllt;
23a und 23b sind Schnittansichten, welche einen weiteren Tintenstrahldruckkopf zeigen;
24a bis 24c sind erklärende Diagramme, welche Schritte zur Bildung der Anordnung von piezoelektrischen Elementen für die in 23a bis 23b dargestellte Vorrichtung zeigen;
25a und 25b sind erklärende Diagramme, welche ein anderes Verfahren zur Bildung der Anordnung von piezoelektrischen Elementen zeigen;
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;
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;
28 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Düsenplatte zeigt, die für die in 27c dargestellte Anordnung von piezoelektrischen Elementen geeignet ist;
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;
30a und 30b sind Schnittansichten, welche einen weiteren Druckkopf zeigen;
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
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.
1 und 2 zeigen einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf eines ersten Typs gemäß der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen weist eine Basis 2 sich seitlich erstreckende, vorstehende Teile 2a und 2a an ihrem einen Endteil auf, 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.
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.
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.
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.
3a bis 3f zeigen ein Verfahren zur Herstellung der obengenannten Vibratoren.
Eine dünne Beschichtung aus einem piezoelektrischen Material in pastenartiger Form, zum Beispiel ein Titansäure/Zirconiumhydroxid-Leit-System-Keramikverbundmaterial, 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.
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 leitfähigen Lack 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 leitfähigen Lack 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.
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.
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 E lektroden 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.
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.
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.
In dieser Ausführungsform ist die Energieeffizienz im Vergleich mit jener anderer Vibrationsmoden hoch, da die Elektroden parallel zueinander in der Ausdehnungsrichtung angeordnet sind.
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 Tintentröpfchen ausgestoßen.
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 Tintentröpfchenerzeugung vorbereitet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform 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.
In 5, die eine zweite Ausführungsform 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.
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.
In dieser Ausführungsform dehnt sich, wenn sich die piezoelektrischen Vibratoren 12 und 12' bei diesem Druckkopf in Längsrichtung ausdehnen, wenn ein elektrisches Signal von etwa 30 V angelegt wird, 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 Tintentröpfchen ausgestoßen.
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 Tintentröpfchen vorbereitet wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist kein Abstandselement erforderlich, und der Zusammenbau kann vereinfacht werden.
In 6, die ein Ausführungsbeispiel des auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopfes eines zweiten Typs 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.
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 Tintentröpfchen ausgestoßen wird, wodurch Punkte auf dem Druckpapier entstehen.
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 Tintentröpfchen vorbereitet wird.
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.
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.
Da ferner die Fähigkeit zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen, 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.
9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Anordnung von piezoelektrischen Elementen. 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 Tintentröpfchenerzeugung beigetragen wird.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung von piezoelektrischen Elementen. 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.
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 Tintentröpfchen 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.
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.
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.
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.
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, Tintentröpfchen effektiv bei einer möglichst niedrigen angelegten Spannung auszustoßen.
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.
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, Tintentröpfchen effektiv zu erzeugen.
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.
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 Tintentröpfchenerzeugung vorbereitet wird.
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 mög lich, einen Ausnehmungsbereich mit einem glatten Bodenteil zu bilden.
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.
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.
18 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, wobei zwischen den piezoelektrischen Elementen 132, die eine Anordnung von piezoelektrischen Elementen bilden, Streben 130 ausgebildet sind und an einer Basisplatte 134, an der die Anordnung von piezoelektrischen Elementen befestigt ist, oder an einer Düsenplatte 136 befestigt sind.
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.
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.
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.
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.
In dieser Ausführungsform wird eine Spannung in der Kontraktionsrichtung an die piezoelektrischen Elemente 154 angelegt, die sich in der Position der Tintentröapfchenbildung befinden. Folglich entsteht ein Spalt G zwischen der Düsenplatte 150 und den freien Endoberflächen der piezoelektri schen 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.
Bei diesem Ausdehnungsvorgang wird die Tinte in dem Spalt G zu der Düsenöffnung 152 gepreßt und als Tintentröpfchen zu der Außenseite ausgestoßen. Da die Düsenöffnung 152, die mit der Bildung eines Tintentröpfchens 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.
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 TUV602, 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.
23a und 23b zeigen einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf eines weiteren Typs gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind piezoelektrische Elemente 172 und 174 auf einer Basisplatte 166 durch leitende Abstandsstücke 168 und 170 angeordnet, 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.
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.
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 piezoelektri schen 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.
In dieser Ausführungsform 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.
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 In dustry Co., Ltd., oder einen durch Ultraviolettstrahlen härtbaren Silikongummi wie TUV6000 oder TUV602, 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).
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.
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.
Wenn bei dieser Ausführungsform 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 Tintentröpfchen 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.
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).
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.
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.
Die Düsenplatte 266 wird an der Basisplatte 240 (27c) durch ein Abstandsstück 268 befestigt, wie in 29 dargestellt, wodurch ein Druckkopf gebildet wird.
Bei dieser Ausführungsform 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, Tintentröpfchen aus den Düsenöffnungen 262 und 264 ausgestoßen werden.
Da ein Trennelement und Tintenkanäle gemeinsam mit der Bildung der piezoelektrischen Elemente gleichzeitig gebildet werden können, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, das Herstellungsverfahren zu vereinfachen, und es ist auch möglich, die Dichte der Punkte zu verbessern, ohne die Breite der piezoelektrischen Elemente zu verschmälern.
Bei den Druckköpfen der zweiten und dritten Typen 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, Tintentröpfchen effektiv nicht nur im Falle der Verwendung einer normalen Tinte, sondern auch im Falle der Verwendung einer besonders hochviskosen Tinte wie Heißschmelztinte zu erzeugen.
30a und 30b zeigen eine Ausführungsform eines weiteren Typs der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 270 ein Leitstück, das aus einem hochelastischen Federelement 272 und einem piezoelektrischen Element 274 (das später beschrieben wird) zusam mengesetzt 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.
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.
Die derart einstückig 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).
Wenn bei dieser Ausführungsform 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.
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.
Folglich wird die Tinte zwischen der Düsenplatte 278 und den Leitstücken 270 (30a) zu der Düsenöffnung 282 hinausgepreßt und aus der Düsenöffnung 282 als Tintentröpfchen ausgestoßen.
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.
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).
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).
Wenn bei dieser Ausführungsform ein elektrisches Signal in der 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.
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.
Gemäß eines weiteren Aspektes stellt die vorliegenden Erfindung einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf bereit, welcher eine Basis und eine Anordnung von piezoelektrischen Elementen umfasst, wobei jedes Element in vorbestimmten Intervallen angeordnet ist und ein Ende aufweist, welches an der Basis befestigt ist, und das andere freie Ende, an welchem ein Spalt zum Ansammeln von Tinte gebildet ist. Der auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckkopf umfasst weiterhin ein Trennglied, welches derart angeordnet ist, daß es dem freien Ende der piezoelektrischen Elemente gegenübersteht, während ein Raum zum Bilden eines Tintenreservoirs zwischen dem Trennglied und dem freien Ende der piezoelektrischen Elemente begrenzt ist, und eine Düsenplatte, welche eine Vielzahl von Düsenöffnungen definiert, welche dem freien Ende der piezoelektrischen Elemente durch den Raum gegenüberstehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des obigen Aspekts ist das Trennglied durch eine piezoelektrische Platte gebildet. Es wird weiterhin bevorzugt, daß elastisches Material in den Raum zwischen den angrenzenden piezoelektrischen Elementen gefüllt ist. Außerdem wird bevorzugt, daß eine Richtung des Schneidens der piezoelektrischen Platte relativ zu einer Richtung einer Düsenanordnung durch einen vorgegebenen Winkel versetzt ist.
Ein auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf umfaßt: eine Basis 44, eine Düsenplatte 43, welche eine Vielzahl von Düsenöffnungen 41, 42 definiert, eine Anordnung von piezoelektrischen Elementen 45, 46, welche jeweils in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und ein Ende aufweisen, welches auf der Basis 44 befestigt ist, sowie das andere freie Ende den Düsenöffnungen 41, 42 der Düsenplatte 43 gegenübersteht, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente 45, 46 durch abwechselndes Stapeln pastenförmigen piezoelektrischen Materials und leitfähigen Materials in der Form einer Schicht gebildet sind, wobei eine Laminierung des piezoelektrischen Materials und des leitfähigen Materials gebrannt wird, um eine piezoelektrische Platte bereitzustellen, und die piezoelektrische Platte in eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen mit einer vorbestimmten Breite geschnitten wird, so daß eine Richtung senkrecht zu einer Laminierungsrichtung mit einer Hauptvibrationsrichtung zusammenfällt, und wobei ein Spalt zwischen den Düsenöffnungen 41, 42 der Düsenplatte 43 und dem freien Ende der piezoelektrischen Elemente zum Ansammeln von Tinte darin gebildet ist.
Elastisches Material ist in einen Spalt zwischen den angrenzenden piezoelektrischen Elementen 45, 46 gefüllt. Die Düsenplatte 92 weist eine Ausnehmung 90 auf einer Seite gegenüber dem freien Ende des piezoelektrischen Elements auf. Das piezoelektrische Element 78 weist einen inaktiven Bereich 76 einer einem Viertel der Vibrationslänge entsprechenden Länge auf der Seite der Basis 70 auf. Eine elasti sche Haftmaterialschicht ist zwischen den piezoelektrischen Elementen 82 und der Basis 80 angeordnet, wobei die piezoelektrischen Elemente 82 mittels der elastischen Haftmaterialschicht an der Basis 80 befestigt sind. Die piezoelektrischen Elemente 86 weisen einen Schlitz 87 an der Seite der Basis 85 auf. Ein Unterstützungsglied 146 ist bereitgestellt, um die Düsenplatte 148 weg von dem freien Ende der piezoelektrischen Elemente 144 in einem vorbestimmten Abstand anzuordnen. Das Unterstützungsglied 146 wird durch eine piezoelektrische Elemente-Platte gebildet. Ein Unterstützungsglied 146 ist bereitgestellt, um die Düsenplatte 148 weg von dem freien Ende des piezoelektrischen Elements 144 in einem vorbestimmten Abstand anzuordnen, wobei die Düsenplatte 148 ein Trennglied 146 zwischen den angrenzenden Düsenöffnungen aufweist. Die Düsenplatte 150 ist in elastischem Kontakt mit dem freien Ende des piezoelektrischen Elements 154 gebracht.
Gemäß eines weiteren Beispiels wird ein auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, welcher umfasst: eine Basisplatte 2, eine Düsenplatte, welche eine Vielzahl von Düsenöffnungen definiert, und eine Vibrationseinheit, welche eine Vielzahl von piezoelektrischen Vibratoren 12 umfasst, welche aus einer piezoelektrischen Platte 28 gebildet sind, wobei die piezoelektrische Platte 28 parallel zu einer Oberfläche der Basisplatte laminiert ist, und die piezoelektrischen Vibratoren 12 in vorgegebenen Intervallen angeordnet sind, um so in der Ebenenrichtung der Basisplatte 2 zu vibrieren.
Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin einen auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopf, welcher eine Basisplatte, eine Düsenplatte, welche eine Mehrzahl von Düsenöffnungen definiert, und eine Vibrationseinheit umfaßt, welche eine Mehrzahl von piezoelektrischen Vibratoren umfaßt, wel che laminiert sind. Konkave Teilbereiche sind in der Vibrationsplatte in der Nähe von Teilbereichen gebildet, wo die freien Enden der piezoelektrischen Vibratoren die Vibrationsplatte kontaktieren.
In dem Obigen ist weiterhin ein erstes zusätzliches unabhängiges Ausführungsbeispiel eines auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopfes offenbart, welcher eine Basisplatte, eine Vibrationseinheit, welche eine Mehrzahl von piezoelektrischen Vibratoren umfaßt, welche mit einem Ende an der Basisplatte angebracht sind, und eine Vibrationsplatte umfaßt, welche gegenüber den anderen Enden der piezoelektrischen Vibratoren ist und durch die anderen Enden der piezoelektrischen Vibratoren angetrieben ist und welche die Vibratoren von Tintenreservoiren separiert, welche mit einer Düsenöffnung eines Feldes von Düsenöffnungen kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente laminierte konkave Teilbereiche sind, welche in der Vibrationsplatte in der Nähe von Teilbereichen gebildet sind, wo die freien Enden der piezoelektrischen Vibratoren die Vibrationsplatte kontaktieren.
In einem bevorzugten zweiten zusätzlichen Ausführungsbeispiel des obigen ersten zusätzlichen Ausführungsbeispiels umfaßt der auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckkopf weiterhin eine Laminierungsrichtung der Elektroden der piezoelektrischen Vibratoren, wobei piezoelektrisches Material senkrecht to der Ausstoßrichtung der Tintentröpfchen ist.
In einem bevorzugten dritten zusätzlichen Ausführungsbeispiel des obigen ersten zusätzlichen Ausführungsbeispiels umfaßt der auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckkopf weiterhin eine Düsenplatte, welche eine Mehrzahl von Düsenöffnungen definiert, wobei die piezoelektrischen Vibratoren an gegebenen Intervallen angeordnet sind, um so in der Ebenenrichtung der Basisplatte zu vibrieren, und wobei die Vibra toren relativ zu den Düsenöffnungen versetzt sind und die Düsenöffnungen Tinte in der Vibrationsrichtung der Vibratoren ausstoßen.
In einem bevorzugten vierten zusätzlichen Ausführungsbeispiel des obigen dritten zusätzlichen Ausführungsbeispiels umfaßt der auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckkopf weiterhin eine Laminierungsrichtung der Elektroden der piezoelektrischen Vibratoren, wobei piezoelektrisches Material senkrecht zu einer Vibrationsrichtung ist.
In einem bevorzugten fünften zusätzlichen Ausführungsbeispiel des obigen dritten und vierten zusätzlichen Ausführungsbeispiels ist der auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckkopf derart bereitgestellt, dass die piezoelektrische Platte parallel mit einer Oberfläche der Basisplatte laminiert ist.

Claims

Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf, umfassend: eine Basisplatte (44); eine Vibrationseinheit, welche eine Mehrzahl von piezoelektrischen Vibratoren (45, 46) umfasst, wobei jeder ein erstes Ende, ein zweites Ende in einer longitudinalen Richtung gegenüber von dem ersten Ende, eine erste Oberfläche, welche sich in der longitudinalen Richtung erstreckt, und eine zweite Oberfläche, welche sich gegenüber von der ersten Oberfläche in der longitudinalen Richtung erstreckt, hat; und eine elektrische Leitung (47, 48), welche mit einer externen Elektrode jedes piezoelektrischen Vibrators (45, 46) verbunden ist, um ein elektrisches Signal an die internen Elektrodenschichten jedes piezoelektrischen Vibrators (45, 46) anzulegen, und wobei jeder der piezoelektrischen Vibratoren (45, 46) eine laminierte Struktur von piezoelektrischen Schichten und interne Elektrodenschichten hat, um das erste Ende relativ zu dem zweiten Ende in der longitudinalen Richtung bei Anlegen eines elektrischen Signals an die internen Elektrodenschichten davon zu bewegen, gekennzeichnet dadurch, dass die Basisplatte (44) an der ersten Oberfläche jedes piezoelektrischen Vibrators (45, 46) bei dem zweiten Ende angebracht ist und dadurch, dass die elektrische Leitung (47, 48) mit der externen Elektrode an der zweiten Oberfläche, bei dem zweiten Ende jedes piezoelektrischen Vibrators (45, 46) verbunden ist.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, wobei jeder der piezoelektrischen Vibratoren (45, 46) weiterhin einen inaktiven Bereich (76) hat, welcher bei dem zweiten Ende jedes piezoelektrischen Vibrators (45, 46) gelegen ist.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 2, wobei in dem inaktiven Bereich (76) keine interne Elektrode vorhanden ist, an welche ein elektrisches Signal anlegbar ist.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welcher weiterhin eine Düsenplatte (43) umfasst, welche eine Mehrzahl von Düsenöffnungen (41, 42) abgrenzt.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 4, wobei die Düsenplatte (43) ein erstes Ende eines zylindrischen Körpers (40) abschließt, um Tinte abzugrenzen.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 5, wobei die Basisplatte (44) ein zweites offenes Ende des zylindrischen Körpers (40) gegenüber seinem ersten Ende abschließt.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 6, welcher weiterhin eine Partitionsplatte (49) umfasst, welche sich zwischen der Düsenplatte (43) und der Basisplatte (44) erstreckt.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Laminierungsrichtung der laminierten Struktur der Vibratoren parallel zu einer Erstreckungsrichtung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende ist.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die piezoelektrischen Vibratoren (45, 46) derart angeordnet sind, dass eine vordere Oberfläche des piezoelektrischen Vibrators (45, 46) bei dem ersten Ende gegenüber einer der Düsenöffnungen (41, 42) ist.
Auf Abruf arbeitender Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die piezoelektrischen Vibratoren in Tinte eingetaucht sind.