DE10215783A1

DE10215783A1 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf und diesen Kopf verwendende Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10215783A1
Application number: DE10215783A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Okuda
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2003-10-23
Also published as: US20020175976A1; US6685305B2; CN1380186A; JP4075317B2; JP2002307676A

Abstract

Bereitgestellt werden ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf und eine diesen Kopf verwendende Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, wobei Ausstoßer in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, die notwendige Breite jedes von mehreren gemeinsamen Tintenseitenwegen reduziert ist und die Anordnungsdichte der Ausstoßer hoch ist. Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf ist durch Schichten und Verkleben einer Düsenplatte, einer gemeinsamen Tintenwegplatte, einer Tintenzufuhrplatte, einer Verbindungswegplatte, einer Druckkammerplatte, einer Schwingungsplatte und piezoelektrischer Aktoren gebildet. Die Tintenzufuhrplatte ist aus einem Harzfilm hergestellt, dessen Steifigkeit gering ist. Da die Tintenzufuhrplatte auch als Luftdämpfer für die mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege wirkt, läßt sich auch bei schmaler Breite jedes der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege eine notwendige und hinreichende akustische Kapazitanz erhalten, damit die Erzeugung von Nebensprechen zwischen zwei benachbarten Ausstoßern verhindert wird. Mit diesem Aufbau kann die Anordnungsdichte der Ausstoßer hoch sein. Ferner ist eine spezielle Platte für die Luftdämpfer erforderlich, weshalb sich die Anzahl von Platten verringern läßt und die Herstellungskosten gesenkt werden können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf und eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung unter Verwendung dieses Kopfs, die Zeichen und Bilder auf einem Aufzeichnungsmedium aufzeichnet, indem sie Tintenstrahlen aus Düsen ausstoßen läßt.

In der JP-B-53-12138 und JP-A-10-193587 ist ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf offenbart, beim dem es sich um einen Typ mit bedarfsgesteuerten Tropfen handelt. Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf stößt Tintentropfen aus Düsen aus, die mit Druckkammern verbunden sind, indem er Druckwellen (Schallwellen) in den mit Tinte gefüllten Druckkammern durch elektromechanische Wandler, z. B. piezoelektrische Aktoren, als ihre Druckerzeugungseinrichtungen erzeugt.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Aufbaus eines herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs. In Fig. 1 sind eine Düse 52 zum Ausstoßen von Tintentropfen 57 und ein Tintenzufuhrweg 54, der Tinte zu einer Druckkammer 51 über einen gemeinsamen Tintenweg 53 aus einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) führt, mit der Druckkammer 51 verbunden. Die Unterseite der Druckkammer 51 ist mit einer Schwingungsplatte 55 abgedeckt, und ein Luftdämpfer 58 befindet sich auf dem gemeinsamen Tintenweg 53.

Zum Ausstoßen der Tintentropfen 57 aus der mit der Druckkammer 51 verbundenen Düse 52 wird eine mechanische Verschiebung an der Schwingungsplatte 55 durch einen piezoelektrischen Aktor 56 erzeugt, der außen an der Schwingungsplatte 55 positioniert ist. Druckwellen (Schallwellen) werden in der Druckkammer 51 erzeugt, indem das Volumen der Druckkammer 51 durch diese mechanische Verschiebung der Schwingungsplatte 55 geändert wird. Mit diesen Druckwellen wird ein Teil der in die Druckkammer 51 gefüllten Tinte durch die Düse 52 ausgestoßen, und die ausgestoßene Tine wird zu den Tintentropfen 57. Die Tintentropfen 57 treffen auf ein Aufzeichnungsmedium, z. B. ein Blatt Papier, und aus den Tintentropfen 57 bestehende Aufzeichnungspunkte werden auf dem Papier gebildet. Durch Wiederholen dieses Verfahrens, um die Aufzeichnungspunkte auf der Basis eingegebener Bilddaten zu bilden, werden Zeichen und Bilder auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet.

Bei diesem herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf ist ein Parameter, der über dessen Aufzeichnungsgeschwindigkeit entscheidet, die Anzahl von Düsen. Je größer die Anzahl von Düsen ist, um so größer ist die Anzahl von Punkten, die je Zeiteinheit erzeugt werden können, und um so mehr nimmt die Aufzeichnungsgeschwindigkeit zu. Um dieser Forderung nachzukommen, wird in einer normalen Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung ein Mehrfachdüsen-Aufzeichnungskopf verwendet, in dem mehrere Tintenstrahlmechanismen (Ejektoren bzw. Ausstoßer) verbunden sind. Hierbei besteht der Ausstoßer aus der Düse 52, der Druckkammer 51, der Schwingungsplatte 55, dem piezoelektrischen Aktor 56 und dem Tintenzufuhrweg 54.

Fig. 2 ist eine Perspektivansicht eines Grundaufbaus eines herkömmlichen Mehrfachdüsen-Tintenstrahlaufzeichnungskopfs. In Fig. 2 ist ein Tintenbehälter 67 mit einem gemeinsamen Tintenweg 63 über ein Filter 66 verbunden, mehrere Druckkammern 61 sind mit diesem gemeinsamen Tintenweg 63 über Tintenzufuhrwege (nicht gezeigt) verbunden, und jede dieser Druckkammern 68 sieht eine Düse 62 vor. Jedoch ist bei diesem Aufbau, bei dem Ausstoßer 68 eindimensional angeordnet sind, die maximale Anzahl von Ausstoßern 68 auf etwa 100 Stück begrenzt, und diese Zahl läßt sich nicht stark steigern.

In der JP-B-2806386 und JP-A-10-508808 ist zur Erhöhung der Düsenanzahl ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf offenbart, in dem Ausstoßer in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind. Im folgenden wird dieser Tintenstrahlaufzeichnungskopf als Matrixkopf bezeichnet.

Fig. 3 ist eine Perspektivansicht eines Grundaufbaus eines herkömmlichen Matrixkopfs für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf. In Fig. 3 besteht der gemeinsame Tintenweg aus einem gemeinsamen Tintenhauptweg 73 und mehreren Tintenseitenwegen 78, und sechs Ausstoßer sind mit jedem der mehreren gewegen 78, und sechs Ausstoßer sind mit jedem der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege 78 verbunden. Außerdem wird Tinte zum gemeinsamen Tintenhauptweg 73 aus einem Tintenbehälter 77 über ein Filter 76 geführt. Sehr vorteilhaft bei diesem Matrixkopfaufbau ist die Erhöhung der Anzahl von Ausstoßern, wobei jeder der Ausstoßer eine Druckkammer 71, eine Düse 72, einen Teil der gemeinsamen Tintenseitenwege 78, eine Schwingungsplatte (nicht gezeigt) und einen piezoelektrischen Aktor (nicht gezeigt) vorsieht. In Fig. 3 gibt es sechs gemeinsame Tintenseitenwege 78 und sechs Druckkammern 71 für jeden der sechs gemeinsamen Tintenseitenwege 78, so daß die Gesamtzahl von Ausstoßern 36 beträgt. Beträgt z. B. die Anzahl der gemeinsamen Tintenseitenwege 78 26 und sind 10 Druckkammern 71 in jedem der gemeinsamen Tintenseitenwege 78 angeordnet, können 260 Ausstoßer im Matrixkopf angeordnet sein. In Fig. 3 bezeichnet Pn den Abstand zwischen zwei benachbarten Ausstoßern, und Pc bezeichnet den Abstand zwischen zwei benachbarten gemeinsamen Tintenseitenwegen 78.

Fig. 4 ist eine Darstellung eines herkömmlichen Matrixkopfs für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf. Fig. 4(a) zeigt eine Schnittansicht des herkömmlichen Matrixkopfs, während Fig. 4(b) eine Draufsicht auf den herkömmlichen Matrixkopf zeigt. Dieser Aufbau ist in der JP-A-10-508808 gezeigt. In Fig. 4 bezeichnet ein Tintenweg A81 einen gemeinsamen Tintenseitenweg, ein Tintenweg B88 bezeichnet einen gemeinsamen Tintenhauptweg, und eine Tintenwegplatte 89 ist in Wirklichkeit durch einen Mehrschichtaufbau aus mehreren Platten gebildet. In Fig. 4 besteht ein Ausstoßer aus einer Düse 82, einer Druckkammer 83, einer Schwingungsplatte 87, einem piezoelektrischen Aktor 84 und einem Tintenzufuhrweg 85.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht durch einen weiteren herkömmlichen Matrixkopf für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf. In Fig. 5 sind zusätzlich zum Aufbau von Fig. 4 eine Luftdämpferplatte 99 und ein Luftdämpfer 98 vorgesehen. Weiterhin zeigt Fig. 5 einen gemeinsamen Tintenseitenweg 91, eine Düse 92, eine Druckkammer 93, einen piezoelektrischen Aktor 94, einen Tintenzufuhrweg 95, eine Düsenplatte 96 und eine Schwingungsplatte 97.

Bei diesem Matrixkopf, in dem die Ausstoßer in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, besteht ein Vorteil in der Erhöhung der Anzahl von Düsen (Ausstoßern). Um aber einen stabilen Tintenausstoß aus Düsen in einem wirklichen Matrixkopf zu realisieren, muß der gemeinsame Tintenweg geeignet gestaltet sein. Fig. 6 ist eine Ersatzschaltung des herkömmlichen Matrixkopfs für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf. Gemäß Fig. 6 ist jeder von zahlreichen Ausstoßern 101 mit einem von gemeinsamen Tintenseitenwegen 102 verbunden, und jeder der gemeinsamen Tintenseitenwege 102 ist mit einem gemeinsamen Tintenhauptweg 103 verbunden. Um daher zu verhindern, daß Druckwelleninterferenz (Nebensprechen) zwischen Ausstoßern 101 erzeugt wird, und um gleichfalls zu verhindern, daß sich die Nachfüllzeit verlängert, ist es beim gleichzeitigen Tintenausstoß durch zahlreiche Ausstoßer 101 notwendig, eine große akustische Kapazitanz in jedem der gemeinsamen Tintenseitenwege 102 zu erhalten. Hierbei ist die Nachfüllzeit die Zeit zum Nachfüllen von Tinte in Düsen, nachdem Tintentropfen aus den Düsen ausgestoßen wurden. In Fig. 6 bezeichnet "m" die Inertanz in kg/m⁴, "r" bezeichnet die akustische Resistanz in Ns/m⁵, "c" bezeichnet die akustische Kapazitanz in m⁵/N. und φ bezeichnet den Druck in Pa. Ferner bezeichnen die Suffixe folgendes: "d" einen Treiberabschnitt, "c" eine Druckkammer, "i" einen Tintenzufuhrweg, "n" eine Düse, "p" einen gemeinsamen Tintenseitenweg und "p'" einen gemeinsamen Tintenhauptweg.

Ist Untersuchungen zufolge die akustische Kapazitanz des gemeinsamen Tintenseitenwegs so eingestellt, daß die Bedingung c_p > 10c_n erfüllt ist, lassen sich Nebensprechen und steigende Nachfüllzeit verhindern. Hierbei ist c_p die akustische Kapazitanz des gemeinsamen Tintenseitenwegs je einem Ausstoßer, und c_n ist die akustische Kapazitanz einer Düse. Ist der Durchmesser der Düse als d_n in m festgelegt und ist die Tintenoberflächenspannung als σ in N/m festgelegt, kann c_n näherungsweise durch Gleichung (1) beschrieben werden. Hierbei ist c_n in der folgenden Gleichung (1) gegeben durch:

In einem allgemeinen Tintenstrahlaufzeichnungskopf beträgt die Tintenoberflächenspannung σ etwa 35 mN/m, wodurch c_n einen Wert von etwa 1,5 × 10^-18 m⁵/N annimmt. Daher ist es notwendig, die akustische Kapazitanz c_p im gemeinsamen Tintenseitenweg auf mindestens 1,5 × 10^-17 m⁵/N einzustellen. Allerdings ist es sehr schwierig, diesen Wert der akustischen Kapazitanz im gemeinsamen Tintenseitenweg zu erhalten.

Ist die Steifigkeit von Wänden des gemeinsamen Tintenseitenwegs hoch, wird die akustische Kapazitanz c_p im gemeinsamen Tintenseitenweg durch nachfolgende Gleichung (2) ausgedrückt. Das Volumen des gemeinsamen Tintenseitenwegs ist als W_p in m³ ausgedrückt, und der Tintenelastizitätsmodul ist κ in Pa. Hierbei ist K ein Korrekturfaktor je nach Steifigkeit der Wände des gemeinsamen Tintenseitenwegs, und sein Wert beträgt allgemein 0,3 bis 0,7.

Beträgt der Tintenelastizitätsmodul κ = 2,2 × 10⁹ Pa und ist K = 0,5, so ist es zum Erhalten eines c_p-Werts von mindestens 1,5 × 10^-17 m⁵/n notwendig, daß das Volumen W_p des gemeinsamen Tintenseitenwegs mindestens 9,9 × 10^-9 m³ beträgt. Nimmt man an, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Ausstoßern 400 µm (Pn in Fig. 3) und die Höhe des gemeinsamen Tintenseitenwegs 150 µm beträgt, so ist die nötige Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs mindestens 260 mm. Das heißt, haben die Wände des gemeinsamen Tintenseitenwegs eine hohe Steifigkeit, wird die Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs sehr groß. Daher lassen sich die Ausstoßer unmöglich in hoher Dichte anordnen.

Zur Erhöhung der akustischen Kapazitanz muß ein Luftdämpfer an einem Teil der Wand des gemeinsamen Tintenwegs vorgesehen sein (siehe den Luftdämpfer 58 in Fig. 1). Jedoch gibt es keine offenbarten Beispiele, in denen der Luftdämpfer am gemeinsamen Tintenseitenweg im Matrixkopf befestigt ist. Allerdings ist ein Mehrfachdüsen-Tintenstrahlaufzeichnungskopf wie der in Fig. 2 in der JP-A-52-49034 und JP-A-10-24568 offenbart. Bei dessen Anwendung auf den herkömmlichen Matrixkopf von Fig. 4 ist die Düsenplatte 86 aus einem steifigkeitsarmen Material hergestellt und wirkt als Luftdämpfer. Alternativ kommt gemäß Fig. 5 ein Aufbau zum Einsatz, bei dem die Luftdämpferplatte 99 mit einem Teil mit geringer Dicke eingesetzt ist und dieses Teil mit geringer Dicke als Luftdämpfer 98 wirkt.

Im Aufbau des herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs als Matrixkopf gemäß Fig. 4 und 5 kann aber die Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs nicht genügend schmal eingestellt werden. Daher besteht ein Problem, daß die Anordnungsdichte der Ausstoßer nicht hoch sein kann. Im folgenden wird dieses Problem anhand von Zahlenwerten verdeutlicht.

Im Aufbau des herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs von Fig. 4 (a) wirkt die Düsenplatte 86 auch als Luftdämpfer für den Tintenweg A81 (gemeinsamen Tintenseitenweg). Ist die Breite des Luftdämpfers als w_d in m, die Dicke des Luftdämpfers als t_d in m, die Länge des Luftdämpfers als l_d in m, der Elastizitätsmodul des Luftdämpfers als E_d in Pa und die Poissonsche Zahl des Luftdämpfers als v_d festgelegt, so kann die akustische Kapazitanz c_d des Luftdämpfers durch Gleichung (3) näherungsweise ausgedrückt sein. Hierbei ist der c_d-Wert in der folgenden Gleichung (3) wie folgt gegeben:

Aus Gleichung (3) ist klar, daß die akustische Kapazitanz c_d des Luftdämpfers umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Luftdämpferdicke t_d ist. Um also die akustische Kapazitanz c_d des Luftdämpfers zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die Luftdämpferdicke t_d möglichst zu verkleinern.

Wie aber zuvor erwähnt wurde, wirkt im Aufbau des herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs von Fig. 4(a) die Düsenplatte 86 auch als Luftdämpfer für den Tintenweg A81 (gemeinsamen Tintenseitenweg). Erhöht man daher die Luftdämpferdicke, verringert sich die Länge der Düse 82. Das heißt, es gibt eine Grenze für die Dickenverringerung des Luftdämpfers. Bei kurzer Länge der Düse 82 kommt es zu folgendem Problem: Die Ausstoßrichtung von Tintentropfen wird anomal, und es kommt zu Blaseneinschluß in den Tintentropfen. Somit beträgt die Untergrenze für die Länge der Düse 82 allgemein 20 bis 50 µm. Daher ist die Untergrenze für die Luftdämpferdicke 20 bis 50 µm, und damit die akustische Kapazitanz c_p des gemeinsamen Tintenseitenwegs mindestens 1,5 × 10^-17 m⁵/N beträgt, muß auch bei Verwendung eines steifigkeitsarmen Polyimidfilms (E_d = 2,0 GPa) für den Luftdämpfer die Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs 0,7 bis 1,5 mm sein. Damit beträgt der Abstand zwischen zwei benachbarten Tintenseitenwegen (Pc in Fig. 3) 1 bis 2 mm, und die Anordnungsdichte der Ausstoßer kann nicht hoch sein.

Ist beim herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf von Fig. 4(a) nur das Teil des Luftdämpfers dünn gestaltet, läßt sich eine große akustische Kapazitanz am Luftdämpfer erhalten, ohne die Länge der Düse 82 zu verkürzen, allerdings nehmen die Herstellungskosten als Problem stark zu.

Liegt ferner ein Teil mit geringer Steifigkeit an der Oberfläche des Kopfs (Düsenfläche) frei, wird beim Abwischen der Kopfoberfläche eine große Druckänderung im Tintenweg erzeugt. Damit stehen Probleme im Zusammenhang, daß Blasen aus der Düse eingeschlossen werden können und der Kopf selbst zerbrechen kann.

Daher ist im Aufbau des herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs von Fig. 4(a) eine Dickenverringerung allein am Teil des Luftdämpfers keine wirkliche Lösung, und es ist sehr schwierig, die Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs zu verringern. Folglich ist es sehr schwierig, daß die Anordnungsdichte der Ausstoßer hoch wird.

Beim Aufbau des herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs von Fig. 5 nimmt ferner die Anzahl von Platten zu, aus denen sich der Kopf zusammensetzt, und die Herstellungskosten steigen problematisch.

Ist die Luftdämpferplatte aus einem Metallmaterial hergestellt, z. B. herkömmlich eingesetztem rostfreiem Stahl, benötigt der gemeinsame Tintenseitenweg eine recht große Breite. Ist z. B. die Luftdämpferplatte aus 15 µm dickem rostfreiem Stahl hergestellt (E_d = 197 GPa), muß für eine akustische Kapazitanz c_p des gemeinsamen Tintenseitenwegs von mindestens 1,5 × 10^-17 m⁵/N der gemeinsame Tintenseitenweg etwa 1,8 mm breit sein. Möglich ist die zusätzliche Verwendung eines Harzfilms für die Luftdämpferplatte, wobei aber in diesem Fall die Anzahl zu schichtender Platten weiter zunimmt und die Kopfherstellungskosten steigen. Daher besteht beim Aufbau von Fig. 5 ein Problem darin, daß es sehr schwierig ist, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf herzustellen, dessen Anordnungsdichte der Ausstoßer bei geringen Kosten hoch ist.

Problematisch beim herkömmlichen Matrixkopf für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf ist ferner, daß es schwierig ist, hohe Maßgenauigkeit zu erhalten. Im Tintenstrahlaufzeichnungskopf sind solche Kennwerte des Tintenzufuhrwegs wie Inertanz und akustische Resistanz wichtige Parameter zum Beeinflussen von Tintenausstoßkennwerten, z. B. Volumen von Tintentropfen und Tintentropfengeschwindigkeit. Daher ist hohe Maßgenauigkeit im Tintenzufuhrweg erforderlich.

Allerdings sind im herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf von Fig. 4(a) die Tintenwege durch Verkleben mehrerer Platten gebildet. Allgemein wird eine Metallplatte geätzt, um den Tintenzufuhrweg zu bilden, wobei ein Problem in diesem Fall ist, daß eine Streuung von etwa ±5 bis 10 µm in der Breite des Tintenzufuhrwegs auftritt.

Bei Schichtung der Platten unter Verwendung von Kleber ragt ein Teil des Klebers in die Tintenwege, und als Problem ergibt sich, daß sich die Querschnittfläche der Tintenwege stark ändert.

Wie zuvor erwähnt, ist es im Aufbau des herkömmlichen Matrixkopfs für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf sehr schwierig, daß die Form des Tintenzufuhrwegs hochgenau ist. Dadurch kommt es zu einer gewissen Streuung im Volumen und in der Ausstoßgeschwindigkeit von Tintentropfen, die aus jedem der Ausstoßer ausgestoßen werden, was die Qualität des Ausgabebilds problematisch beeinträchtigt.

Ferner besteht beim herkömmlichen Matrixkopf für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf ein Problem darin, daß die Fähigkeit zur Blasenabgabe aus der Druckkammer nicht hoch ist.

Wie zuvor erwähnt, werden im Tintenstrahlaufzeichnungskopf Tintentropfen durch in der Druckkammer erzeugte Druckwellen ausgestoßen. Verbleiben aber Blasen in der Druckkammer, sinkt der Wirkungsgrad der Druckerzeugung, das Volumen und die Ausstoßgeschwindigkeit der Tintentropfen gehen zurück, und bei einer großen Menge von Restblasen wird es unmöglich, die Tintentropfen auszustoßen. Daher werden bei einer allgemeinen Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung die Blasen in der Druckkammer durch Absaugen von Tinte aus den Düsen entfernt.

Allerdings liegt das Längen-/Seitenverhältnis der Unterseite der Druckkammer im Matrixkopf nahe 1, und die Querschnittfläche der Druckkammer ist groß. Somit ist es schwierig, eine hohe Fließgeschwindigkeit in der Druckkammer beim Absaugen der Tinte zu erhalten. Insbesondere ist im herkömmlichen Matrixkopf von Fig. 4 die Düse am oberen Mittelteil der Druckkammer positioniert. Als Problem ergibt sich daraus, daß die Blasenabgabe sehr schwierig ist, da der Tintenfluß in der Druckkammer stagnationsanfällig ist.

Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf und eine diesen Kopf verwendende Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Matrixkopf mit hoher Anordnungsdichte von Ausstoßern bei niedrigen Herstellungskosten realisiert. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf und die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der Erfindung haben eine geringe Streuung der Tintenausstoßkennwerte und sind zur hochqualitativen Aufzeichnung geeignet. Außerdem haben der Tintenstrahlaufzeichnungskopf und die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der Erfindung ein hohes Blasenabgabevermögen und eine hohe Zuverlässigkeit.

Die Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden näheren Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Aufbaus eines herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs;
Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Grundaufbaus eines herkömmlichen Mehrfachdüsen-Tintenstrahlaufzeichnungskopfs;
Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Grundaufbaus eines herkömmlichen Matrixkopfs für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf;
Fig. 4 eine Darstellung eines herkömmlichen Matrixkopfs für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren herkömmlichen Matrixkopfs für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf;
Fig. 6 eine Ersatzschaltung eines herkömmlichen Matrixkopfs für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf;
Fig. 7 eine Perspektivansicht eines Plattenaufbaus eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Ausstoßers im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 eine Draufsicht auf einen Teil des Ausstoßers im Tintenstrahlaufzeichnungskopf von Fig. 8; und
Fig. 10 eine Schnittansicht eines Aufbaus eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Anhand der Zeichnungen werden im folgenden Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben. Fig. 7 ist eine Perspektivansicht eines Plattenaufbaus eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs in einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Anhand von Fig. 7 wird die erste Ausführungsform der Erfindung erläutert.
In Fig. 7 ist ein Tintenfließweg im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch gebildet, daß eine Düsenplatte 1, eine gemeinsame Tintenwegplatte 2, eine Tintenzufuhrplatte 3, eine Verbindungswegplatte 4, eine Druckkammerplatte 5 und Schwingungsplatte 6 schichtweise angeordnet und durch einen Kleber verklebt sind.
Ein gemeinsamer Tintenweg besteht aus einem gemeinsamen Tintenhauptweg 7 und fünf gemeinsamen Tintenseitenwegen 8. Der gemeinsame Tintenhauptweg 7 ist mit einem Tintenbehälter (nicht gezeigt) über ein Tintenzufuhrloch 9 verbunden und führt Tinte zu den fünf gemeinsamen Tintenseitenwegen 8. Fünf Druckkammern 12 sind mit jedem der fünf gemeinsamen Tintenseitenwege 8 verbunden. Das heißt, der Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung bildet 25 Ausstoßer. Sind aber 26 gemeinsame Tintenseitenwege 8 und 10 Druckkammern 12 in jedem der gemeinsamen Tintenseitenwege 8 vorgesehen, so kann der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 260 Ausstoßer bilden. Daher ist die Anzahl von Ausstoßern nicht auf die o. g. Anzahl begrenzt. Hierbei sieht jeder der Ausstoßer eine Düse 10, einen gemeinsamen Tintenseitenweg 8, ein Tintenzufuhrloch 11, ein Konkavteil 13, die Druckkammer 12, einen Teil der Schwingungsplatte 6 und einen piezoelektrischen Aktor (nicht gezeigt) vor.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht des Ausstoßers im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 8(a) ist die Druckkammer 12 mit dem gemeinsamen Tintenseitenweg 8 über das Tintenzufuhrloch 11 verbunden, und Tinte ist in die Druckkammer 12 gefüllt. Die Düse 10, aus der Tintentropfen ausgestoßen werden, ist mit der Druckkammer 12 über einen Verbindungsweg 15 verbunden. Der Boden der Druckkammer 12 ist mit der Schwingungsplatte 6 abgedeckt, und ein piezoelektrischer Aktor 14 ist an der Außenseite der Schwingungsplatte 6 als Druckerzeugungseinrichtung befestigt. Die Anzahl der piezoelektrischen Aktoren 14 ist gleich der Anzahl der Druckkammern 12. Beim Anlegen einer Treiberspannungswellenform wird der piezoelektrische Aktor 14 gebogen, wodurch sich die Druckkammer 12 dehnt oder zusammenzieht. Dadurch wird das Volumen der Druckkammer 12 geändert, und Druckwellen werden in der Druckkammer 12 erzeugt. Durch die Kraft der Druckwellen wird die Tinte in der Düse 10 bewegt, und die Tintentropfen fliegen aus der Düse 10 nach außen.
In der ersten Ausführungsform der Erfindung kam eine 60 µm dicke rostfreie Stahlplatte für die Düsenplatte 1 zum Einsatz, und die Düse 10 mit einem Öffnungsloch von 25 µm Durchmesser wurde durch Anwendung eines Preßverfahrens auf die Düsenplatte 1 gebildet.
Die Tintenzufuhrplatte 3 war aus einem Polyimidfilm mit 12,5 µm Dicke (E_d = 2,0 GPa, v_d = 0,4) hergestellt, und die Tintenzufuhrlöcher 11, deren Öffnungsdurchmesser 26 µm beträgt, wurden durch Anwendung eines Excimerlaserverfahrens ausgebildet. Ferner wurden die Verbindungswege 15 in der Tintenzufuhrplatte 3 hergestellt. Diese Tintenzufuhrplatte 3 wirkt auch als Luftdämpfer für die gemeinsamen Tintenseitenwege 8. Der Luftdämpfer wird später erläutert. Um eine große Kapazitanz am Luftdämpfer zu erhalten, beträgt die Dicke der Tintenzufuhrplatte 3 vorteilhaft höchstens 30 µm.
Die gemeinsame Tintenwegplatte 2 und die Verbindungswegplatte 4 waren aus einer 150 µm dicken rostfreien Stahlplatte hergestellt, und ihre Tintenwegmuster wurden durch Ätzen gebildet. Ferner wurden die Druckkammern 12 in der aus rostfreiem Stahl mit 150 µm Dicke hergestellten Druckkammerplatte 5 durch Ätzen hergestellt.
In der Druckkammer 12 beträgt die Länge einer Seite etwa 300 µm, und ihre Form ist nahezu ein Quadrat, dessen Längen-/ Seitenverhältnis fast eins ist. Um Blasen aus der Druckkammer 12 leicht abzugeben, wurden Eckenteile der Druckkammer 12 als Rundecken hergestellt.
In der Verbindungswegplatte 4 wurden die Konkavteile 3 durch Halbätzen an dem Teil gebildet, das zu jedem der gemeinsamen Tintenseitenwege 8 weist. Beim Schichten der Tintenzufuhrplatte 3 und der Verbindungswegplatte 4 wurden diese Konkavteile 13 zu Hohlräumen dazwischen, und die Tintenzufuhrplatte 3 kann durch diese Konkavteile 3 als Luftdämpfer wirken.
Hierbei läßt sich gemäß Fig. 8(b) ohne Bereitstellung der Konkavteile 13 in der Verbindungswegplatte 4 durch zusätzliches Ankleben einer Platte 16 an die Tintenzufuhrplatte 3 und die Verbindungswegplatte 4 nahezu der gleiche Aufbau wie mit den Konkavteilen 13 erhalten. Sind aber als erste Ausführungsform der Erfindung die Konkavteile 13 in der Verbindungswegplatte 4 durch Halbätzen gebildet, läßt sich die Anzahl von Platten reduzieren, aus denen der Kopf besteht. Ferner ist in Fig. 8(a) ein Verbindungsweg (nicht gezeigt) am Konkavteil 13 gebildet, der jedes der Konkavteile 13 mit der Außenluft verbinden. Bei diesem Aufbau hat der Luftdruck im Hohlraum, der durch das Konkavteil 13 gebildet ist, stets den gleichen Luftdruck wie die Außenluft. Damit läßt sich die Luftdämpferfunktion verbessern, und das Plattenschichtungs- und -klebeverfahren kann bei der Kopfherstellung leicht durchgeführt werden, da kein luftdichter Raum vorhanden ist.
Gemäß Fig. 8(a) ist der gemeinsame Tintenseitenweg 8 über der Druckkammer 12 angeordnet. Mit diesem Aufbau läßt sich im Vergleich zu einem Aufbau, in dem ein gemeinsamer Tintenseitenweg und eine Druckkammer in derselben Ebene angeordnet sind, die Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 verbreitern, und ein kleiner Tintenstrahlaufzeichnungskopf kann realisiert werden. Das heißt, in der ersten Ausführungsform der Erfindung lassen sich die Ausstoßer mit hoher Dichte anordnen.
Fig. 9 ist eine Draufsicht auf einen Teil des Ausstoßers im Tintenstrahlaufzeichnungskopf von Fig. 8. In Fig. 9(a) ist eine Draufsicht an der Linie A-A von Fig. 8(a) gezeigt. Ferner zeigt Fig. 9(b) eine Draufsicht an der Linie B-B von Fig. 8(a). Gemäß Fig. 9(a) erreicht die Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 den Maximalwert W₁ an der Stelle zwischen zwei benachbarten Druckkammern 12 und erreicht den Minimalwert W₂ an der Stelle, wo der gemeinsame Tintenseitenweg 8 über der Druckkammer 12 liegt. Das heißt, die Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 ist auf den Minimalwert W₂ verengt. Hat der gemeinsame Tintenseitenweg 8 eine Form, bei der einige Teile davon verengt sind, kann die akustische Kapazitanz des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 maximal werden, ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf kleiner Größe läßt sich realisieren, und die Ausstoßer können in hoher Dichte angeordnet sein. Gemäß Fig. 9(b) hat das Konkavteil 13 auch eine Form, bei der einige Teile davon verengt sind, was der Form des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 entspricht.
Im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Maximalbreite W₁ des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 auf 420 µm eingestellt, die Minimalbreite W₂ des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 ist auf 180 µm eingestellt, und der Abstand Pn zwischen zwei benachbarten Ausstoßern ist auf 400 µm eingestellt. Auf der Unterseite der gemeinsamen Tintenseitenwege 8 ist die Tintenzufuhrplatte 3 angeordnet, deren Steifigkeit gering ist, und die Teile der Tintenzufuhrplatte 3, die mit den gemeinsamen Tintenseitenwegen 8 in Berührung stehen, wirken als Luftdämpfer. Die akustische Kapazitanz c_p (≍ c_d) im gemeinsamen Tintenseitenweg 8 je Ausstoßer beträgt nach der o. g. Gleichung (3) 1,9 × 10^-17 m⁵/N. Die akustische Kapazitanz c_n der Düse 10 beträgt 7,3 × 10^-19 m⁵/N (d_n = 25 µm, σ = 35 mN/m), weshalb c_p das 26- fache von c_n ist und eine ausreichende akustische Kapazitanz im gemeinsamen Tintenseitenweg 8 erhalten werden kann. In der ersten Ausführungsform der Erfindung war die Düsenplatte 1 aus rostfreiem Stahlblech mit 60 µm Dicke hergestellt (E_d = 197 GPa), weshalb die Düsenplatte 1 kaum als Luftdämpfer wirkt. Hierbei beträgt die akustische Kapazitanz der Düsenplatte 1 1,7 × 10^-21 m⁵/N.
Die Schwingungsplatte 6 war aus einer rostfreien Stahlplatte mit 10 µm Dicke hergestellt. Der piezoelektrische Aktor 14 war aus piezoelektrischer Einplattenkeramik mit 30 µm Dicke hergestellt.
Im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung wurden das Volumen von Tintentropfen, die Tintentropfengeschwindigkeit und die Nachfüllzeit gemessen, während die Ausstoßfrequenz und die Anzahl von gleichzeitig ausstoßenden Ausstoßern geändert wurden. Als Ergebnis der Messung lag die Streuung des Tintentropfenvolumens und der Tintentropfengeschwindigkeit in einem Bereich innerhalb von ±2%, und die Streuung der Nachfüllzeit lag in einem Bereich innerhalb von ±2 µs. Somit wurde bestätigt, daß die Erzeugung von Nebensprechen und die Erhöhung der Nachfüllzeit verhindert wurden.
Wie zuvor erwähnt, war in der ersten Ausführungsform der Erfindung die Tintenzufuhrplatte 3 aus einem steifigkeitsarmen Harzmaterial hergestellt und diente auch als Luftdämpfer für jeden der gemeinsamen Tintenseitenwege 8. Damit konnte die notwendige und hinreichende akustische Kapazitanz im gemeinsamen Tintenseitenweg 8 erhalten werden, dessen Maximalbreite W₁ mit 420 µm schmal war. Ferner waren die gemeinsamen Tintenseitenwege 8 über den Druckkammern 12 angeordnet, und die Form der gemeinsamen Tintenseitenwege 8 hatte einige schmale Teile. Folglich konnte der Abstand Pc zwischen zwei benachbarten gemeinsamen Tintenseitenwegen 8 mit etwa 650 µm klein sein. Dadurch konnten 260 Ausstoßer in einer kleinen Fläche von 4 × 17 mm² angeordnet werden, und die Dichte der Ausstoßer betrug das 1,5- bis 3,0-fache der des herkömmlichen Mehrfachkopfs von Fig. 4 und 5.
Außerdem waren in der ersten Ausführungsform der Erfindung die Tintenzufuhrlöcher 11 gebildet, indem das Excimerlaserverfahren auf den Polyimidfilm (die Tintenzufuhrplatte 3) angewendet wurde, weshalb sich die Größengenauigkeit der Tintenzufuhrlöcher 11 erhalten ließ. Das heißt, es läßt sich eine Genauigkeit von ±0,5 bis 1,0 µm für die Tintenzufuhrlöcher 11 durch Anwendung des Excimerlaserverfahrens erhalten. Auch bei Verwendung eines Klebers zum Schichten von Platten konnten Stellen an Teilen C in Fig. 8 erhalten werden, die für vorstehenden Kleber ausreichten, weshalb die Querschnittfläche der Tintenzufuhrlöcher 11 nicht durch den Kleber geändert wurde. Im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung wurden die Streuung des Tintentropfenvolumens und die Streuung der Tintentropfengeschwindigkeit an allen Ausstoßern gemessen, und es wurde bestätigt, daß die jeweilige Streuung höchstens ±3% betrug. Beim herkömmlichen Aufbau des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs von Fig. 4 und 5 betrugen die Streuung des Tintentropfenvolumens und die Streuung der Tintentropfengeschwindigkeit jeweils etwa ±10 bis 20%. Daher ist im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, daß er die Tintenausstoßkennwerte an den Ausstoßern vergleichmäßigt.
In der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 8 ist das Tintenzufuhrloch 11 auf der Gegenseite der Druckkammer 12 für die Düse 10 positioniert. Damit wird die Tintenfließrichtung in der Druckkammer 12 beim Absaugen von Tinte zu einer einzelnen Richtung, es kommt nicht zu Stagnation von Tinte in der Druckkammer 12, und das Blasenabgabevermögen läßt sich stark erhöhen. Dem tatsächlichen Meßergebnis beim Tintenachfüllen zufolge wurden Blasen in allen Druckkammern 12 durch 5-sekündiges Absaugen von Tinte mit einem Absaugdruck von 200 mmHg entfernt.
Auch wenn beim herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf von Fig. 4 die Absaugzeit mit einem Absaugdruck von 200 mmHg verlängert wurde, wurden nicht alle Restblasen abgegeben. Alle Restblasen wurden schließlich abgegeben, indem mit einem Absaugdruck von 350 mmHg etwa 3 Minuten abgesaugt wurde.
Wie oben erwähnt, ist es beim Tintenstrahlaufzeichnungskopf der ersten Ausführungsform der Erfindung leicht, das Tintenzufuhrloch 11 und die Düse 10 an jeweils entgegengesetzten Stellen der Druckkammer 12 zu positionieren, weshalb das Blasenabgabevermögen hoch sein kann.
Als nächstes wird anhand der Zeichnungen eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines Aufbaus eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Grundaufbau des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs der zweiten Ausführungsform ist der gleiche wie in der ersten Ausführungsform. Allerdings kommt in der zweiten Ausführungsform ein steifigkeitsarmer Harzfilm für die Düsenplatte 1 statt des rostfreien Stahls zum Einsatz, und Wände von Tintenzufuhrwegen haben eine Rundform.
Wird in der zweiten Ausführungsform ein steifigkeitsarmes Material für die Düsenplatte 1 verwendet, kann die Düsenplatte 1 auch als Luftdämpfer für die gemeinsamen Tintenseitenwege 8 wirken. Folglich sind auf beiden Oberflächen (Oberseite und Unterseite) der gemeinsamen Tintenseitenwege 8 Luftdämpfer vorgesehen, und eine größere akustische Kapazitanz der gemeinsamen Tintenseitenwege 8 läßt sich leichter erhalten. In der zweiten Ausführungsform wurde ein 20 µm dicker Polyimidfilm für die Düsenplatte 1 verwendet, und die Düsen 10 waren durch das Excimerlaserverfahren hergestellt.
Im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der zweiten Ausführungsform der Erfindung wurde die Maximalbreite W₁ des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 auf 400 µm eingestellt, und die Minimalbreite W₂ des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 wurde auf 180 µm eingestellt. Eine akustische Kapazitanz von 1,7 × 10^-17 m⁵/N wurde vom Luftdämpfer der Unterseite (der Tintenzufuhrplatte 3) erhalten, und eine akustische Kapazitanz von 2,0 × 10^-18 m⁵/N wurde vom Luftdämpfer der Oberseite (der Düsenplatte 1) erhalten. Das heißt, in der zweiten Ausführungsform kann eine akustische Kapazitanz, die der in der ersten Ausführungsform gleicht, dadurch erhalten werden, daß die Maximalbreite W₁ 20 µm kleiner als die in der ersten Ausführungsform ist.
Da ferner in der zweiten Ausführungsform die Breite des gemeinsamen Tintenseitenwegs 8 verringert war, konnte der Abstand zwischen zwei benachbarten Tintenseitenwegen 8 etwa 640 µm betragen, was 10 µm weniger als in der ersten Ausführungsform ist. Dadurch läßt sich die Anordnungsdichte von Ausstoßern verglichen mit der ersten Ausführungsform um etwa 3% erhöhen.
Im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der zweiten Ausführungsform der Erfindung wurden das Volumen von Tintentropfen, die Tintentropfengeschwindigkeit und die Nachfüllzeit gemessen, während die Ausstoßfrequenz und die Anzahl von gleichzeitig ausstoßenden Ausstoßern geändert wurden. Als Meßergebnis lag wie in der ersten Ausführungsform die Streuung des Tintentropfenvolumens und der Tintentropfengeschwindigkeit jeweils innerhalb eines Bereichs von ±2%, und die Streuung der Nachfüllzeit lag innerhalb eines Bereichs von ±2 µs. Zudem wurde bestätigt, daß eine ausreichende akustische Kapazitanz in den gemeinsamen Tintenseitenwegen 8 erhalten wurde.
Weiterhin haben im Tintenstrahlaufzeichnungskopf der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 10 die Wände von Tintenwegen bewußt eine Rundform, indem ein beidseitiges Ätzen an der Druckkammerplatte 5, der gemeinsamen Tintenwegplatte 2 und der Verbindungswegplatte 4 erfolgte. Mit den Rundformwänden der Tintenwege kann die Tinte in den Tintenwegen gleichmäßiger fließen, und das Blasenabgabevermögen läßt sich weiter verbessern. Dem tatsächlichen Meßergebnis beim Tintenachfüllen zufolge wurden Blasen in allen Druckkammern 12 durch 5-sekündiges Absaugen von Tinte mit einem Absaugdruck von 150 mmHg entfernt.
Die Erfindung ist nicht auf die o. g. Ausführungsformen beschränkt, und die Ausführungsformen können innerhalb des erfinderischen Konzepts abgewandelt sein. Zum Beispiel wurde ein piezoelektrischer Aktor als Druckerzeugungseinrichtung in den Ausführungsformen verwendet. Als Druckerzeugungseinrichtung lassen sich aber auch andere Druckerzeugungseinrichtungen einsetzen, z. B. ein elektromechanischer Wandler unter Nutzung von statischer elektrischer Kraft oder magnetischer Kraft und ein elektrothermischer Energiewandler, der Druck unter Verwendung einer Siedeerscheinung erzeugt. Außerdem wurde als piezoelektrischer Aktor ein piezoelektrischer Einplattenaktor in den Ausführungsformen verwendet. Jedoch können auch andere Aktorenarten, z. B. ein mehrschichtiger piezoelektrischer Aktor, der senkrecht schwingt, als piezoelektrischer Aktor verwendet werden.
Ferner diente in den Ausführungsformen der Erfindung rostfreier Stahl zum Bilden der gemeinsamen Tintenwege und Druckkammern, wobei aber auch andere Materialien, z. B. Keramik und Glas, für die gemeinsamen Tintenwege und Druckkammern zum Einsatz kommen können.
In den Ausführungsformen der Erfindung war die Form der Druckkammer ein Quadrat oder Rechteck, wobei die Form aber auch ein Kreis oder ein Sechseck sein kann.
In den Ausführungsformen der Erfindung waren die gemeinsamen Tintenseitenwege so positioniert, daß sie senkrecht zur Kopfabtastrichtung waren, und die gemeinsamen Tintenhauptwege waren parallel zur Kopfabtastrichtung positioniert. Jedoch ist die Positionierung der Tintenwege nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise können die gemeinsamen Tintenseitenwege parallel zur Kopfabtastrichtung positioniert sein, und der gemeinsame Tintenhauptweg kann senkrecht zur Kopfabtastrichtung positioniert sein. In den Ausführungsformen der Erfindung waren mehrere gemeinsame Tintenseitenwege mit einem gemeinsamen Tintenhauptweg verbunden, wobei aber der gemeinsame Tintenhauptweg auch in mehrere Wege aufgeteilt sein kann.
Ferner wurde in den Ausführungsformen der Erfindung die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung erläutert, in der mehrere Arten farbiger Tinte auf ein Aufzeichnungspapierblatt auftreffen und Zeichen und Bilder auf dem Papier aufgezeichnet werden. Jedoch ist die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der Erfindung nicht auf das Aufzeichnen der Zeichen und Bilder auf Papier beschränkt. Das heißt, ein Aufzeichnungsmedium ist nicht auf Papier beschränkt, und auch eine auf das Aufzeichnungsmedium treffende Flüssigkeit ist nicht auf Farbtinte beschränkt. Zum Beispiel können Farbfilter für eine Anzeige dadurch gebildet werden, daß man die Farbtinte auf einen Polymerfilm oder Glas auftreffen läßt, und Lötkontakthügel zur Anordnung von Komponenten lassen sich auf einer Leiterplatte (PCB) bilden, indem man geschmolzenes Lot auf die PCB treffen läßt. Das heißt, die Erfindung kann für eine Flüssigtropfen-Ausstoßvorrichtung verwendet werden, die gewerblich zum Einsatz kommt.
Wie oben erwähnt, sind erfindungsgemäß im Vergleich zum herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, bei dem Luftdämpfer für gemeinsame Tintenseitenwege durch eine Düsenplatte oder eine spezielle Luftdämpferplatte gebildet sind, Luftdämpfer in der Erfindung durch eine Tintenzufuhrplatte gebildet. Mit diesem Aufbau läßt sich eine große akustische Kapazitanz in den gemeinsamen Tintenseitenwegen durch Schichten einer kleinen Anzahl von Platten erhalten. Außerdem läßt sich ein Matrixkopf mit einer großen Anzahl von Ausstoßern in kleiner Größe und zu geringen Kosten realisieren.
Ferner sind erfindungsgemäß Tintenzufuhrlöcher in einer Tintenzufuhrplatte gebildet, weshalb sich ein Matrixkopf realisieren läßt, in dem hohe Maßgenauigkeit für die Tintenzufuhrwege gewahrt und die Gleichmäßigkeit von Ausstoßkennwerte ausgezeichnet ist.
Weiterhin kann erfindungsgemäß das Tintenzufuhrloch auf der Gegenseite der Düse für die Druckkammer positioniert sein, wodurch sich ein hohes Blasenabgabevermögen erhalten läßt und ein Matrixkopf realisiert werden kann, dessen Zuverlässigkeit hoch ist.

Claims

1. Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der mehrere Druckkammern hat, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet und mit mehreren Tintenzufuhrrouten verbunden sind, die mit mehreren gemeinsamen Tintenseitenwegen einzeln über einen gemeinsamen Tintenhauptweg verbunden sind, und Tintentropfen aus Düsen ausstößt, die mit den mehreren Druckkammern verbunden sind, in die Tinte über die mehreren Tintenzufuhrrouten einzeln gefüllt wurde, indem Druckänderungen in den mehreren Druckkammern unter Verwendung einer Druckerzeugungseinrichtung erzeugt werden, mit:
mehrschichtigen Platten, wobei:
die mehrschichtigen Platten mindestens aufweisen: eine Düsenplatte zum Bilden der Düsen, eine gemeinsame Tintenwegplatte zum Bilden des gemeinsamen Tintenhauptwegs, der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege und eines Teils von Verbindungswegen, die die Düsen einzeln mit den mehreren Druckkammern verbinden, eine Tintenzufuhrplatte zum Bilden der Tintenzufuhrrouten und eines Teils der Verbindungswege, und eine Druckkammerplatte zum Bilden der mehreren Druckkammern, wobei:
die Tintenzufuhrplatte auch als Luftdämpfer für die mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege wirkt.

2. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, wobei:
die Tintenzufuhrplatte aus einem Harzfilm hergestellt ist.

3. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 2, wobei:
die Dicke der Tintenzufuhrplatte höchstens 30 µm beträgt.

4. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei:
die Tintenzufuhrrouten Löcher sind, die in der Tintenzufuhrplatte gebildet sind.

5. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei:
die Tintenzufuhrrouten durch Anwenden eines Laserverfahrens auf die Tintenzufuhrplatte gebildet sind.

6. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit:
einer Verbindungswegplatte, in der ein Teil der Verbindungswege gebildet ist und auch Konkavteile auf der zu den mehreren gemeinsamen Tintenseitenwegen weisenden Oberfläche gebildet sind, indem die Verbindungswegplatte zwischen der Tintenzufuhrplatte und der Druckkammerplatte plaziert ist.

7. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 6, wobei:
die Konkavteile eine Form haben, die einer Form der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege entspricht.

8. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 6 oder 7, wobei:
jedes der Konkavteile mit der Außenluft über einen Weg verbunden ist.

9. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei:
die Düsenplatte durch eine rostfreie Stahlplatte gebildet ist.

10. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei:
die Düsenplatte durch einen Harzfilm gebildet ist.

11. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 10, wobei:
die Düsenplatte auch als Luftdämpfer für die mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege wirkt.

12. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei:
jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege so positioniert ist, daß jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege über einigen der mehreren Druckkammern liegt, die in der Druckkammerplatte gebildet sind, indem die Tintenzufuhrplatte zwischen ihnen plaziert ist.

13. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 12, wobei:
die Breite jedes der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege an der Stelle breit ist, an der jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege nicht über den mehreren Druckkammern liegt, und an der Stelle schmal ist, an der jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege über den mehreren Druckkammern liegt.

14. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei:
Ecken jeder der Druckkammern Rundecken sind.

15. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei:
Wände jeder der Druckkammern eine Rundform durch beidseitiges Ätzen der Druckkammerplatte haben.

16. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei;
Wände jedes der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege eine Rundform durch beidseitiges Ätzen der gemeinsamen Tintenwegplatte haben.

17. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 6 bis 16, wobei:
Wände jedes der Verbindungswege eine Rundform durch beidseitiges Ätzen der Verbindungswegplatte haben.

18. Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei:
jede der Tintenzufuhrrouten auf der Gegenseite jeder der Düsen für jede der mehreren Druckkammern positioniert ist.

19. Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit:
einer Düsenplatte, die eine rostfreie Stahlplatte ist, in der Düsen zum Ausstoßen von Tintentropfen gebildet sind;
einer gemeinsamen Tintenwegplatte, in der ein Teil eines gemeinsamen Tintenhauptwegs, mehrere gemeinsame Tintenseitenwege und ein Teil von Verbindungswegen gebildet sind;
einer Tintenzufuhrplatte, in der Tintenzufuhrlöcher, ein Teil des gemeinsamen Tintenhauptwegs und ein Teil der Verbindungswege gebildet sind;
einer Verbindungsplatte, in der ein Teil des gemeinsamen Tintenhauptwegs, ein Teil der Verbindungswege und Konkavteile gebildet sind; und
einer Druckkammerplatte, in der mehrere Druckkammern, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, gebildet sind, wobei:
die Düsenplatte, die gemeinsame Tintenwegplatte, die Tintenzufuhrplatte, die Verbindungswegplatte und die Druckkammerplatte von oben in dieser Reihenfolge auf einer Schwingungsplatte geschichtet sind, Tinte zu jeder der Druckkammern über den gemeinsamen Tintenhauptweg, jeden der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege, jedes der Tintenzufuhrlöcher und jeden der Verbindungswege geführt wird,
jede der Druckkammern Tintentropfen aus jeder der Düsen über jeden der Verbindungswege ausstößt, indem Druckänderungen in jeder der Druckkammern durch eine Druckerzeugungseinrichtung erzeugt werden, wobei:
die Tintenzufuhrplatte aus einem Harzfilm hergestellt ist, dessen Dicke höchstens 30 µm beträgt, und auch als Luftdämpfer für die mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege wirkt,
die Tintenzufuhrlöcher durch ein Laserverfahren gebildet sind,
die Konkavteile auf der zu den mehreren gemeinsamen Tintenseitenwegen über die Tintenzufuhrplatte weisenden Oberfläche auf der Verbindungswegplatte gebildet sind, indem sie eine Form haben, die der Form der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege entspricht, und als Luftdämpfer für die mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege wirkt, und die Konkavteile mit der Außenluft verbunden sind,
jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege so positioniert ist, daß jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege über einigen der mehreren Druckkammern liegt, die in der Druckkammerplatte gebildet sind, indem die Tintenzufuhrplatte zwischen ihnen plaziert ist, die Breite jedes der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege an der Stelle breit ist, an der jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege nicht über den mehreren Druckkammern liegt, und an der Stelle schmal ist, an der jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege über den mehreren Druckkammern liegt,
Ecken jeder der Druckkammern Rundecken sind,
jedes der Tintenzufuhrlöcher auf der Gegenseite jeder der Düsen für jede der mehreren Druckkammern positioniert ist.

20. Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit:
einer Düsenplatte, die ein Harzfilm ist, in dem Düsen zum Ausstoßen von Tintentropfen gebildet sind;
einer gemeinsamen Tintenwegplatte, in der ein Teil eines gemeinsamen Tintenhauptwegs, mehrere gemeinsame Tintenseitenwege und ein Teil von Verbindungswegen gebildet sind;
einer Tintenzufuhrplatte, in der Tintenzufuhrlöcher, ein Teil des gemeinsamen Tintenhauptwegs und ein Teil der Verbindungswege gebildet sind;
einer Verbindungsplatte, in der ein Teil des gemeinsamen Tintenhauptwegs, ein Teil der Verbindungswege und Konkavteile gebildet sind; und
einer Druckkammerplatte, in der mehrere Druckkammern, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, gebildet sind, wobei:
die Düsenplatte, die gemeinsame Tintenwegplatte, die Tintenzufuhrplatte, die Verbindungswegplatte und die Druckkammerplatte von oben in dieser Reihenfolge auf einer Schwingungsplatte geschichtet sind,
Tinte zu jeder der Druckkammern über den gemeinsamen Tintenhauptweg, jeden der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege, jedes der Tintenzufuhrlöcher und jeden der Verbindungswege geführt wird,
jede der Druckkammern Tintentropfen aus jeder der Düsen über jeden der Verbindungswege ausstößt, indem Druckänderungen in jeder der Druckkammern durch eine Druckerzeugungseinrichtung erzeugt werden, wobei:
die Tintenzufuhrplatte aus einem Harzfilm hergestellt ist, dessen Dicke höchstens 30 µm beträgt, und auch als Luftdämpfer für die mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege wirkt,
die Tintenzufuhrlöcher durch ein Laserverfahren gebildet sind,
die Konkavteile auf der zu den mehreren gemeinsamen Tintenseitenwegen über die Tintenzufuhrplatte weisenden Oberfläche auf der Verbindungswegplatte gebildet sind, indem sie eine Form haben, die der Form der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege entspricht, und als Luftdämpfer für die mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege wirkt, und die Konkavteile mit der Außenluft verbunden sind,
die Düsenplatte auch als Luftdämpfer für die mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege wirkt,
jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege so positioniert ist, daß jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege über einigen der mehreren Druckkammern liegt, die in der Druckkammerplatte gebildet sind, indem die Tintenzufuhrplatte zwischen ihnen plaziert ist, die Breite jedes der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege an der Stelle breit ist, an der jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege nicht über den mehreren Druckkammern liegt, und an der Stelle schmal ist, an der jeder der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege über den mehreren Druckkammern liegt,
Ecken jeder der Druckkammern Rundecken sind,
Wände jeder der Druckkammern eine Rundform durch beidseitiges Ätzen der Druckkammerplatte haben,
Wände jedes der mehreren gemeinsamen Tintenseitenwege eine Rundform durch beidseitiges Ätzen der gemeinsamen Tintenwegplatte haben,
Wände jedes der Verbindungswege eine Rundform durch beidseitiges Ätzen der Verbindungswegplatte haben, und jedes der Tintenzufuhrlöcher auf der Gegenseite jeder der Düsen für jede der mehreren Druckkammern positioniert ist.

21. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf nach Anspruch 19 oder 20.