DE19623620A1 - Tintenstrahlkopf mit einer Druckerzeugungsplatte und einer Verformungsschicht zur Verformung der Platte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahlkopf, der eine Auf­ zeichnung durch ein Ausstoßen und fliegende Tintentropfen aus­ führt

Bekannterweise wird bei einem System eines Tintenstrahlkopfes von Produkten Gebrauch gemacht, die auf einer Vielzahl von Prinzipien bei dem Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens beruhen. Miteingeschlossen ist beispielsweise ein System, welches Tinte aus einer Düsenbohrung seiner Tintenkammer durch eine mechani­ sche Verformung ausstößt, die erzielt wird, wenn eine Spannung an ein piezoelektrisches Element (System mit einem piezoelek­ trischen Element) angelegt wird und ein System, welches Blasen bildet durch das Sieden von Tinte durch die Erhitzung mit einer Heizung und die Tinte durch seine Düsenbohrung durch eine Ver­ änderung des Druckes ausstößt, die durch die Bildung von Blasen verursacht wird (Bubble Jet System).

Weiterhin ist ein Tintenstrahlkopf vorgeschlagen worden, der eine Druck erzeugende Einrichtung einsetzt, die zur Erzeugung von Wärme elektrifiziert ist, um eine Verformung der Einrich­ tung hervorzurufen (offengelegte japanische Patentveröffentli­ chung Nr. HEI 2-30543).

Dieser Tintenstrahlkopf wird implementiert durch das Vorsehen einer Elektrode an beiden Enden seiner Düsenplatte mit einer Düsenöffnung, das Spannen einer plattenförmigen Druckerzeu­ gungseinrichtung über die Elektroden, um sie miteinander zu verbinden und die Anordnung einer Abdeckungseinrichtung, die eine Tintenkammer bildet, um sie aufzunehmen.

Jedoch stellt bei einem Tintenstrahlkopf nach einem System mit einem piezoelektrischen Element das piezoelektrische Element nur eine relativ kleine Verformung zur Verfügung. Es ist daher erforderlich, piezoelektrische Elemente zu laminieren oder ei­ nen großflächigen bimorphen Typ einer piezoelektrischen Betäti­ gungseinrichtung zu bilden, um dem Betrag der Verformung zum Ausstoßen eines Tintentropfens zu vergrößern. Daher weisen das piezoelektrische Element und die Tintenkammer große Abmessungen auf und es ist schwierig, beispielsweise einen Kopf mit vielen Düsen zu schaffen, indem eine Vielzahl von Düsen zu einem Kör­ per integriert wird.

Darüber hinaus verwendet der Tintenstrahlkopf nach dem Bubble Jet System Blasen, die durch Sieden der Tinte durch die Erhit­ zung mit einer Heizung erzeugt werden und daher ist es relativ einfach, die Düsen durch eine kompakte Bauweise der Heizung zu integrieren und die Zeit für die Aufzeichnung kann vorteilhaft verringert werden. Es ist jedoch erforderlich, die Heizung in einer kurzen Zeit auf eine Temperatur von etwa 1000°C zu er­ hitzen, um saubere Blasen zu erhalten und infolgedessen neigt die Heizung dazu, Schaden zu nehmen und die Standzeit des Tin­ tenstrahlkopfes zu verringern.

Darüber hinaus besitzt der in der offengelegten japanischen Pa­ tentveröffentlichung HEI 2-30543 beschriebene Tintenstrahlkopf ein Problem derart, daß die Tinte sich zu einer hinteren Fläche der Druck erzeugenden Einrichtung bewegt, wenn auf die Tinte Druck ausgeübt wird und infolgedessen wird der Druck verrin­ gert, um ein Absinken der Ausstoßkraft und einer Ausstoßge­ schwindigkeit der Tinte hervorzurufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, einen Tintenstrahlkopf zu schaffen, der miniaturisiert werden kann, die Ausstoßkraft und die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte an­ steigen läßt und eine lange Lebensdauer sicherstellt.

Zur Lösung der vorstehend erwähnten Aufgabe ist ein Tinten­ strahlkopf zur Erzeugung eines Druckes in einer Tintenkammer zur Abgabe einer Tintenflüssigkeit in der Tintenkammer durch eine Tintenausstoßöffnung nach außerhalb der Tintenkammer vor­ gesehen, wobei die Tintenkammer eine Fensteröffnung an einer Wand­ fläche gegenüber der Tintenausstoßöffnung aufweist, mit:
einer Druckerzeugungsplatte, deren Umfangsbereich beide Endbereiche wenigstens in einer Richtung an der Wandfläche in einem Zustand angeordnet aufweist, bei dem die Druckerzeugungs­ platte die Fensteröffnung im wesentlichen flüssigkeitsdicht ab­ dichtet; und
einer Verformungseinrichtung zum Versetzen der Druckerzeu­ gungsplatte in einen nicht versetzten Zustand, bei dem die Druckerzeugungsplatte flach ist und in einen versetzten Zu­ stand, bei dem ein mittiger Abschnitt der Druckerzeugungsplatte zwischen den beiden an der Wandfläche angeordneten Endbereichen in eine Richtung rechtwinklig zur Wandfläche versetzt ist.

Der vorstehend erwähnte Tintenstrahlkopf wird wie folgt betä­ tigt. Das heißt, im Betrieb wird die Tintenkammer in vorbereitender Weise mit Tinte gefüllt. Es sei angenommen, daß sich die Druc­ kerzeugungsplatte in ihrem nicht versetzten Zustand befindet, in dem die den Druck erzeugende Platte flach ist. Zunächst ver­ setzt die Verformungseinrichtung die Druckerzeugungsplatte in ihren versetzten Zustand, bei dem der mittige Bereich zwischen den beiden an der Wandfläche angeordneten Enden in die Richtung rechtwinklig zur Wandfläche versetzt wird. Durch diese Betäti­ gungen wird innerhalb der Tintenkammer ein Druck erzeugt und aufgrund dieses Druckes wird die Tintenflüssigkeit innerhalb der Tintenkammer nach außerhalb der Kammer ausgestoßen und zwar durch die Tintenausstoßöffnung hindurch. Daraufhin löst die Verformungseinrichtung den versetzten Zustand der Druckerzeu­ gungseinrichtung, um die Druckerzeugungsplatte in ihren nicht versetzten Zustand zurückzusetzen, in dem die Platte flach ist. Durch die Wiederholung einer solchen Versetzung beziehungsweise Verschiebung und die Rückversetzung der Druckerzeugungsplatte wird der Druckvorgang bewirkt.

Entsprechend diesem Tintenstrahlkopf verformt die Verformungs­ einrichtung die Druckerzeugungsplatte in einer Richtung senk­ recht zu der Wandfläche und daher kann der mittige Bereich der Druckerzeugungsplatte in relativ großem Ausmaß versetzt werden. Aus diesem Grund können im Unterschied zu einem bekannten Sy­ stem mit einem piezoelektrischen Element die Abmessungen der Druckerzeugungsplatte und der Tintenkammer klein ausgeführt werden, wodurch es der Tintenstrahlkopf erlaubt wird, eine ge­ ringe Größe einzunehmen. Darüber hinaus kann der Tintenstrahl­ kopf eine beträchtlich vereinfachte Struktur aufweisen, da die Druckerzeugungsplatte die Fensteröffnung der Wandfläche weitge­ hend flüssigkeitsdicht abdichtet, während sie als Teil der Wandfläche fungiert. Zudem dichtet gemäß diesem Tintenstrahl­ kopf die Druckerzeugungsplatte die Fensteröffnung der Wandflä­ che weitgehend flüssigkeitsdicht ab (die Fensteröffnung wird flüssigkeitsdicht gehalten, sogar wenn der mittige Bereich der Druckerzeugungsplatte in die Richtung senkrecht zur Wandfläche versetzt ist) und die Tinte bewegt sich nicht zur rückwärtigen Seite (entgegengesetzt zu einer der Tintenausstoßöffnung gegen­ überliegenden Seite) der Druckerzeugungsplatte herum. Daher kann die Ausstoßkraft und die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte vergrößert werden. Weiterhin kann als die Verformungseinrich­ tung eine Einrichtung zur Aufbringung von Wärme auf die Druk­ kerzeugungsplatte zur Verformung der Druckerzeugungsplatte durch die erzeugte Wärmeausdehnungskraft berücksichtigt werden und eine Einrichtung zur Verformung der Druckerzeugungsplatte durch eine elektrostatische Kraft, eine elektromagnetische Kraft oder dergleichen. Wenn die Einrichtung zur Verformung der Druckerzeugungsplatte durch eine elektrostatische Kraft oder eine elektromagnetische Kraft verwendet wird, ist es selbstver­ ständlich nicht erforderlich, eine Erwärmung durchzuführen. Wenn die Einrichtung zur Aufbringung von Wärme auf die Drucker­ zeugungsplatte zur Verformung der Druckerzeugungsplatte durch die erzeugte Wärmeausdehnungskraft verwendet wird, nimmt die Heiztemperatur höchstens 100°C ein. Das heißt, im Unterschied zu dem bekannten Bubble Jet System ist es nicht erforderlich, die Heiztemperatur auf eine extrem hohe Temperatur (1000°C) zu er­ höhen. Daher wird eine hohe Zuverlässigkeit erzielt, damit der Tintenstrahlkopf eine vergrößerte Standzeit besitzt.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Druckerzeugungsplatte eine Ausbeulplatte, die in einen nicht versetzten Zustand gebracht werden kann, bei dem keine wesent­ liche thermischem Spannung existiert und auch in einen ausge­ beulten Zustand gebracht werden kann, in dem die Ausbeulplatte thermisch vergrößert wird, um sich auf eine Erwärmung hin aus­ zubeulen und die Verformungseinrichtung eine Heizungsschicht ist, die an einer Oberfläche der Ausbeulplatte oder innerhalb der Ausbeulplatte parallel zu der Oberfläche vorgesehen ist und nach einer Spannungsversorgung Wärme erzeugt.

Der vorstehend erwähnte Tintenstrahlkopf wird die folgt betä­ tigt. Das heißt, im Betrieb wird die Tintenkammer in vorbereitender Weise mit Tinte gefüllt. Es sei angenommen, daß sich die Aus­ beulplatte in ihrem nicht versetzten Zustand befindet, in dem die Platte flach ist. Zuerst wird die Heizungsschicht mit Span­ nung versorgt, um erhitzt zu werden. Die Ausbeulplatte nimmt die Wärme von der Heizungsschicht auf, um aus ihrem nicht ver­ setzten beziehungsweise ausgebeulten Zustand in ihren versetz­ ten beziehungsweise ausgebeulten Zustand gebracht zu werden, in dem die Ausbeulplatte thermisch vergrößert wird, um sich aus zu­ beulen. Durch diesen Vorgang wird innerhalb der Tintenkammer ein Druck erzeugt und aufgrund dieses Druckes wird die Tinte innerhalb der Tintenkammer nach außerhalb der Tintenkammer durch die Tintenausstoßöffnung ausgestoßen. Daraufhin wird die Versorgung der Heizungsschicht mit Spannung unterbrochen. Durch diesen Vorgang wird die Ausbeulplatte in ihren nicht versetzten Zustand zurückgebracht. Durch die Wiederholung einer solchen Versetzung und Zurückversetzung der Ausbeulplatte wird der Druckvorgang bewirkt.

Bei dem Tintenstrahlkopf ist die Ausbeulplatte derart ausgebil­ det, daß sie sich in die Richtung rechtwinklig zu der Wandflä­ che ausbeult und zwar durch eine Erhitzung durch die Heizungs­ schicht und daher kann der mittige Bereich der Ausbeulplatte in relativ großem Ausmaß versetzt werden. Daher kann im Unter­ schied zu dem bekannten System mit einem piezoelektrischen Ele­ ment der Tintenstrahlkopf kompakt ausgebildet werden, indem die Ausbeulplatte und die Tintenkammer klein gestaltet werden. Dar­ über hinaus dichtet die Ausbeulplatte die Fensteröffnung der Wandfläche weitgehend flüssigkeitsdicht ab, während sie als ein Teil der Wandfläche fungiert und daher ist es dem Tintenstrahl­ kopf gestattet, eine beträchtlich vereinfachte Struktur zu be­ sitzen. Zudem dichtet gemäß diesem Tintenstrahlkopf die Aus­ beulplatte die Fensteröffnung der Tintenkammer weitgehend flüs­ sigkeitsdicht ab (die Fensteröffnung wird flüssigkeitsdicht ge­ halten sogar wenn der mittige Bereich der Ausbeulplatte in die Richtung senkrecht zur Wandfläche versetzt ist) und daher be­ wegt sich die Tinte nicht zur rückwärtigen Seite (entgegengesetzt zu der der Tintenausstoßöffnung gegenüberlie­ genden Seite) der Ausbeulplatte herum. Daher nehmen die Aus­ stoßkraft und die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte zu. Weiter­ hin wird es der Heiztemperatur der Heizungsschicht gestattet, einen Wert von weitgehend höchstens 100°C einzunehmen, was be­ deutet, daß eine solch extrem hohe Temperatur (1000°C) wie bei dem bekannten Bubble Jet System nicht erforderlich ist. Daher werden ein verringerter Leistungsbedarf und eine hohe Zuverläs­ sigkeit erreicht, so daß die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes ansteigt.

Bei dem Tintenstrahlkopf nach einer Ausführungsform besitzt die Ausbeulplatte eine ovale Plattenform. Daher kann eine geringere Ausbeulenergie eine bestimmte Versetzung in die Richtung senk­ recht zu der Wandfläche hervorrufen als in einem Fall, bei dem die Ausbeulplatte eine rechteckige Platte ist. Daher können ei­ ne große Ausstoßkraft und eine große Ausstoßgeschwindigkeit bei einem geringen Energieverbrauch erreicht werden. Darüber hinaus tritt im Unterschied zu dem Fall, bei dem die Ausbeulplatte ei­ ne rechteckige Platte ist, keine Spannungskonzentration inner­ halb der Ausbeulplatte in dem Zustand auf, bei dem die Platte ausgebeult ist. Daher kann die Ermüdung der Ausbeulplatte und der Heizungsschicht verringert werden, so daß die Standzeit des Tintenstrahlkopfes weiter vergrößert wird.

Bei dem Tintenstrahlkopf nach einer Ausführungsform ist die Ausbeulplatte an dem Bereich zwischen den Endbereichen der Aus­ beulplatte, die an der Wandfläche angeordnet beziehungsweise befestigt sind, bezüglich ihrer Dicke beziehungsweise Stärke teilweise reduziert und daher besitzt die Ausbeulplatte vergli­ chen mit dem Fall, bei dem die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke beziehungsweise Stärke aufweist, ein verringertes Volu­ men. Daher kann ein kleiner Einsatz an Energie die Temperatur der Ausbeulplatte auf eine bestimmte Temperatur erhöhen. Infol­ gedessen können eine große Ausstoßkraft und eine große Ausstoß­ geschwindigkeit mit einem geringen Einsatz an Energie bezie­ hungsweise Energieverbrauch erreicht werden. Darüber hinaus wird die Ausbeulplatte leichter verformt als es der Fall ist, wenn die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke aufweist und daher wird die Belastung der Ausbeulplatte und der Heizungs­ schicht reduziert. Daher kann die Ermüdung der Ausbeulplatte und der Heizungsschicht verringert werden, so daß die Standzeit des Tintenstrahlkopfes vergrößert wird.

Bei dem Tintenstrahlkopf nach einer Ausführungsform ist es vor­ gesehen, daß die Ausbeulplatte eine Scheibenform aufweist und ihr Umfangsbereich über ihren gesamten Umfang an der Wandfläche angeordnet ist, wobei die Heizungsschicht in einem Muster aus­ gebildet ist, welches von dem mittigen Bereich zum Umfangsbe­ reich der Ausbeulplatte weitgehend radial erstreckt und die Ausbeulplatte an ihren Sektorbereichen, die zwischen den Mu­ stern der Heizungsschicht vorliegen, eine Dicke aufweist, die dünner ist als bei einem von den Sektorbereichen der Ausbeul­ platte unterschiedlichen Bereich.

Gemäß dem vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopf besitzt die Ausbeulplatte eine Scheibenform und bezüglich der Dicke Rotati­ onssymmetrie und daher kann eine weit geringere Ausbeulenergie eine bestimmte Versetzung in die Richtung rechtwinklig zu der Wandfläche hervorrufen als es der Fall ist bei einer Ausbeul­ platte Form ovaler Plattenform.

Zudem ist die Dicke des Sektorbereiches zwischen den Mustern der Heizungsschicht der Ausbeulplatte dünner ausgebildet als die Dicke des restlichen Bereiches der Ausbeulplatte, was be­ deutet, daß die Ausbeulplatte ein geringeres Volumen aufweist als bei dem Fall, wenn die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke besitzt. Daher kann ein geringerer Einsatz an Energie die Temperatur der Ausbeulplatte auf eine bestimmte Temperatur an­ steigen lassen. Als ein Ergebnis dieser Faktoren kann eine gro­ ße Ausstoßkraft und eine große Ausstoßgeschwindigkeit bei klei­ nem Energiebedarf erreicht werden.

Darüber hinaus besitzt die Ausbeulplatte eine Scheiben- Plattenform und daher tritt keine Spannungskonzentration auf in dem Zustand, bei dem die Platte ausgebeult ist ähnlich demjeni­ gen Fall, bei dem die Ausbeulplatte eine ovale Plattenform be­ sitzt. Darüber hinaus ist die Ausbeulplatte teilweise bezie­ hungsweise bereichsweise bezüglich ihrer Dicke verringert aus­ gebildet und daher wird sie leichter verformt als bei einem Fall, wenn die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke besitzt. Daher wird die Standzeit des Tintenstrahlkopfes weiter vergrö­ ßert werden. Bei der Ausbeulplatte befindet sich der Sektorbe­ reich, dessen Dicke verringert ist, zwischen den Mustern der Heizungsschicht. Daher wird der Sektorbereichen durch die Hei­ zungsschicht nicht direkt beheizt, wodurch die thermische Bela­ stung des Sektorbereiches relativ klein ist. Daher verringert der Sektorbereich die Lebensdauer des gesamten Tintenstrahlkop­ fes aufgrund dessen Ermüdung nicht.

Nach einer Ausführungsform des Tintenstrahlkopfes ist die Aus­ beulplatte aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Im all­ gemeinen besitzt Metall einen großen Elastizitätsmodul, einen großen linearen Ausdehnungskoeffizienten und eine große thermi­ sche Leitfähigkeit und weist infolgedessen ein hohes Ausmaß an Verformbarkeit auf. Daher kann bei einer aus einem metallischen Werkstoff gefertigten Ausbeulplatte eine große Ausstoßkraft und eine große Ausstoßgeschwindigkeit gewonnen werden, wodurch es ermöglicht wird, den Frequenzgang zu verbessern. Zudem kann die Standzeit des Tintenstrahlkopfes verlängert werden.

Bei dem Tintenstrahlkopf ist es nach einer Ausführungsform vor­ gesehen, daß die Ausbeulplatte eine Scheibenform aufweist und ihr Umfangsbereich über den gesamten Umfang an der Wandfläche angeordnet ist und bei einem Werkstoff, der die Ausbeulplatte bildet, mit einem Elastizitätsmodul E (GPa), einem Poissonschen Beiwert ν und einem Koeffizienten der linearen Ausdehnung α (/°C), wobei die Ausbeulplatte einen Durchmesser D (µm) besitzt und die Ausbeulplatte durch die Erwärmung mit der Heizungs­ schicht einer Temperaturveränderung (°C) ausgesetzt ist, die Dicke h (µm) der Ausbeulplatte dann innerhalb des Bereiches

0<h<{3αtD²(1+ν)/(π²+4c)}^1/2 (wobei c=1.22 eine Konstante ist)

eingestellt ist, so daß die Ausbeulplatte eine Ausbeulenergie zur Aufbringung eines Druckes auf die Tintenflüssigkeit inner­ halb der Tintenkammer erzeugt.

Gemäß dem vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopf besitzt die Ausbeulplatte eine Scheibenform und ist über dem gesamten Um­ fang der Ausbeulplatte an der Wandfläche angeordnet. Weiterhin wird die Dicke h der Ausbeulplatte innerhalb des folgenden Be­ reiches eingestellt:

0<h<{3αtD²(1+ν)/(π²+4c)}^1/2 (wobei c=1.22 eine Konstante ist)

und daher kann die Ausbeulplatte eine Ausbeulenergie zur Auf­ bringung eines Druckes auf die Tintenflüssigkeit innerhalb der Tintenkammer erzeugen.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei einem aus der Tintenaus­ stoßöffnung auszustoßenden Tintentröpfchen mit einer Masse m (kg), einer Ausstoßgeschwindigkeit v (m/s) und einer Oberflä­ chenausdehnung S (µm 2), wobei die Tintenflüssigkeit eine Ober­ flächenspannung σ (N/m), einen Koeffizienten der Viskosität µ (mPa·s) und eine Dichte ρ (kg/m³) besitzt, und die Tintenaus­ stoßöffnung (47a) eine Länge (µm), einen Innendurchmesser d (µm) aufweist und ein Verlustfaktor ξ ist, die Dicke h (µm) der Ausbeulplatte (42) innerhalb eines Bereiches eingestellt, der dem folgenden Ausdruck genügt:

2EhD²C₂²/π³(1-ν²)<mv²/2+σS+32mvlµ/d²ρ+ξmv²/2

(wobei C₂ = π²{h²(π²+4c)-3αtD²(1+ν)}/12D²)

so daß die Ausbeulenergie eine zum Ausstoßen des Tintentröpf­ chens aus der Tintenkammer heraus erforderliche Energie über­ schreitet.

Bei dem vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopf wird die Dicke h der Ausbeulplatte in einem Bereich eingestellt, der dem folgen­ den Ausdruck genügt:

2EhD²C₂²/π³(1-ν²)<mv²/2+σS+32mvlµ/d²ρ+ξmv²/2

(wobei C₂ = π²{h²(π²+4c)-3αtD²(1+ν)}/12D²)

und daher kann die Ausbeulenergie die zum Ausstoßen eines Tin­ tentropfens aus der Tintenkammer heraus erforderliche Energie überschreiten. Es ist zu erwähnen, daß der linksseitige Aus­ druck (2EhD²C₂²/π³(1-ν²)) die Ausbeulenergie darstellt. Der erste Term (mv²/2) auf der rechten Seite repräsentiert die kinetische Energie des Tintentropfens, der zweite Term (σS) des rechtssei­ tigen Ausdruckes repräsentiert die Energie, die zum Lösen des Tintentropfens aus der Oberflächenspannung heraus erforderlich ist, der dritte Term (32mvlµ/d²ρ) des rechtsseitigen Ausdruckes repräsentiert einen Energieverlust aufgrund von Reibung, wenn die Tinte durch die Tintenausstoßöffnung hindurchtritt und der vierte Term (ξmv²/2) des rechtsseitigen Ausdruckes repräsentiert einen Energieverlust aufgrund der plötzlichen Kontraktion des Sektorbereiches, wenn die Tinte durch die Tintenausstoßöffnung hindurch tritt.

Gemäß einer Ausführungsform des Tintenstrahlkopfes wird die Dicke h der Ausbeulplatte auf einen optimalen Wert h_s einge­ stellt, der ausgedrückt wird durch

h_s = {3αtD²(1+ν)/5(π²+4c)}^1/2

und daher kann die Ausbeulenergie maximiert werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgend wiedergegebenen de­ taillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die lediglich der Illustration halber beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, die keine Beschränkung darstellen und bei denen:

Fig. 1A und 1B Ansichten sind, die die Ausbildung eines Tintenstrahlkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung zeigen;

Fig. 2A und 2B Ansichten sind, die einen Zustand zeigen, bei dem eine Ausbeulplatte des vorstehend erwähnten Tinten­ strahlkopfes ausgebeult ist;

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Tintenstrahlkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Er­ findung ist;

Fig. 4A und 4B Ansichten sind, welche den vervollständig­ ten Zustand des vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopfes zeigen;

Fig. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F und 5G Ansichten sind, welche die Herstellungsverfahren des vorstehend erwähnten Tinten­ strahlkopfes zeigen;

Fig. 6A und 6B Ansichten sind, die die Ausbildung eines Tintenstrahlkopfes gemäß einer dritten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 7 eine Ansicht zur Erläuterung einer Spannungskonzen­ tration ist, die das Ausbeulen einer rechteckigen Ausbeulplatte und einer ovalen Ausbeulplatte begleitet;

Fig. 8A und 8B Ansichten sind, welche die Ausbildung eines Tintenstrahlkopfes gemäß einer vierten Ausführungsform nach der folgenden Erfindung darstellen;

Fig. 9A und 9B Ansichten sind, welche die Ausbildung eines Tintenstrahlkopfes gemäß einer fünften Ausführungsform nach der folgenden Erfindung darstellen;

Fig. 10A und 10B Ansichten sind, die ein Modell zur Analy­ se des Vorganges der Ausbeulung einer Ausbeulplatte zeigen;

Fig. 11 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, bei dem die in Fig. 10A und 10B dargestellte Ausbeulplatte ausgebeult ist;

Fig. 12 eine Graphik ist, die eine theoretische Verände­ rung einer potentiellen Energie darstellt, wenn der Betrag der Versetzung der Ausbeulplatte verändert wird;

Fig. 13 eine Graphik, die eine theoretische Veränderung einer Ausbeulenergie darstellt, wenn die Dicke der Ausbeulplat­ te verändert wird; und

Fig. 14 eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zur Gewinnung des optimalen Wertes der Dicke der Ausbeulplatte ist.

Der Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung wird un­ tenstehend auf der Basis von bevorzugten Ausführungsformen im Detail beschrieben werden.

Erste Ausführungsform

Fig. 1A zeigt in schematischer Weise eine Schnittansicht eines Tintenstrahlkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betrachtet in der Richtung des Ausstoßes der Tinte und Fig. 1B zeigt eine Schnittansicht entlang einer durch Pfei­ le 1B-1B in Fig. 1A dargestellten Linie. Dieser Tintenstrahl­ kopf 10 beinhaltet ein parallelepipedförmiges Gehäuse 5 mit ei­ ner rechteckigen Bodenplatte 5E und rechteckigen seitlichen Platten 5A, 5B, 5C und 5D sowie eine flache Düsenplatte 7, die als ein Deckel des Gehäuses 5 dient. Innerhalb des Gehäuses 5 ist eine Flanschplatte 4 vorgesehen, die eine Fensteröffnung 4a besitzt und parallel zu der Bodenplatte 5E verläuft. Die Flanschplatte 4 ist mit einer Ausbeulplatte 2 versehen, die als eine Druck erzeugende Platte dient und zwar in einem Zustand, bei dem sie die Fensteröffnung 4a flüssigkeitsdicht abdichtet. Die Düsenplatte 7, die Flanschplatte 4 und die Ausbeulplatte 2 sowie Abschnitte der Seitenwände 5A, 5B, 5C und 5D des Gehäuses 5 oberhalb der Flanschplatte 4 bilden eine Tintenkammer 6a. Ein Bereich des Gehäuses 5 definiert einen Raum 6b unterhalb der Flanschplatte 4 und der Ausbeulplatte 2.

An einem etwa mittigen Bereich der Düsenplatte 7 ist eine Tin­ tenausstoßöffnung 7a (in Fig. 1A ist die Düsenplatte 7 aus Gründen der Vereinfachung weggelassen und nur die Tintenaus­ stoßöffnung 7a ist durch eine imaginäre Linie dargestellt) vor­ gesehen. Die Tintenausstoßöffnung 7a ist eine im Schnitt kreis­ förmige Durchgangsbohrung, welche die Düsenplatte 7 durchsetzt und ihr Innendurchmesser wird so eingestellt, daß der sich von der Innenseite der Tintenkammer zu der Außenseite hin allmäh­ lich verjüngt. Andererseits ist ein Bereich der Seitenwand 5D des Gehäuses 5 oberhalb der Flanschplatte 4 mit einem Tinten­ einführeinlaß 5a zur Zuführung von Tinte von außen in das Inne­ re der Tintenkammer versehen. Der Tinteneinführeinlaß 5a ist eine im Schnitt kreisförmige Durchgangsbohrung, welche die Sei­ tenwand 5D durchsetzt und ihr Innendurchmesser ist so einge­ stellt, daß er sich von außerhalb der Tintenkammer nach inner­ halb allmählich verjüngt.

Die Ausbeulplatte 2 ist eine rechteckige Platte mit einer gleichförmigen Dicke und Abmessungen, die in diesem Beispiel geringfügig größer sind als diejenigen der Fensteröffnung 4a. Ein Umfangsbereich (d. h., ein sich mit der Flanschplatte 4 überlappender Bereich) 2c der Ausbeulplatte 2 ist derart ange­ ordnet, daß er über den gesamten Umfang an der Flanschplatte 4 haftet, um darauf befestigt zu werden. Die Ausbeulplatte 2 ist aus einem Werkstoff hergestellt, der in einen nicht versetzten Zustand verbracht werden kann, d. h., in einen ausgebeulten Zu­ stand, bei dem weitgehend keine thermische Spannungen auftreten und in einen versetzten Zustand, in dem sie durch eine Erwär­ mung thermisch vergrößert wird, um sich in eine Richtung recht­ winklig zu der Flanschplatte 4 auszubeulen, wobei der Werkstoff beispielsweise ein Aluminiumoxid sein kann. Die Ausbeulplatte 2 spielt die Rolle einer Membran (Trennplatte) zur Abtrennung der Tintenkammer 6a von dem unteren Raum 6b.

Innerhalb der Ausbeulplatte 2 ist eine Heizungsschicht 1 paral­ lel zu der Oberfläche der Platte vorgesehen, die auf eine Elek­ trifizierung beziehungsweise Versorgung mit Spannung hin Wärme erzeugt. Die Heizungsschicht 1 ist aus einem metallischen Werk­ stoff mit einer beschränkten Leitfähigkeit (elektrischer Wider­ stand) gebildet, beispielsweise Ta (Tantal) und ist als ein Mu­ ster ausgebildet, in dem es in einer bandförmigen Form inner­ halb der Fensteröffnung 4a der Ausbeulplatte 2 mäandriert und sich in einer Längsrichtung der Ausbeulplatte 2 erstreckt. Es ist festzuhalten, daß die Breite der Schwingung des mäandrie­ renden Musters der Heizungsschicht 1 konstant ist entsprechend der Breite der Fensteröffnung 4a. In Fig. 1A ist ein Elektro­ den-Anschlußstück 1a am rechtsseitigen Ende der Heizungsschicht 1 vorgesehen, während ein Elektroden-Anschlußstück 1b am linksseitigen Ende der Heizungsschicht 1 vorgesehen ist. Das Elektroden-Anschlußstück am rechtsseitigen Ende ist mit einem Schalter 8 verbunden. Der Schalter 8 dient zum Schalten zwi­ schen einer Spannungsquelle und der Erde. Das Elektroden-An­ schlußstück 1b am linksseitigen Ende ist geerdet.

Der Tintenstrahlkopf 10 wird wie folgt betrieben.

• (1) Im Betrieb wird zur Vorbereitung eine Tintenflüssigkeit 100 über den Tintenzuführeinlaß 5a in die Tintenkammer 6a einge­ strömt. Durch diesen Vorgang wird die Tintenkammer 6a mit der Tinte gefüllt.
• (2) Daraufhin wird der Schalter 8 zur Seite der Spannungsquelle 9 hin betätigt, wie es in Fig. 2A dargestellt ist, um die Span­ nung der Spannungsquelle 9 über die Elektroden 1a und 1b anzu­ legen, um die Heizungsschicht 1 mittels dieser Elektrifizierung zu beheizen. Nach dieser Wärmeaufnahme wird die Ausbeulplatte 2 thermisch vergrößert derart, daß sie versucht, sich innerhalb einer parallel zu der Plattenoberfläche verlaufenden Ebene aus dem nicht versetzten Zustand zu vergrößern. Da jedoch der Um­ fangsbereich der Ausbeulplatte 2 über dem gesamten Umfang an der Flanschplatte 4 festgelegt ist, kann sie sich nicht inner­ halb der zu der Plattenoberfläche parallelen Ebene vergrößern, so daß sich innerhalb der Ausbeulplatte 2 als eine Reaktion hiergegen eine Druckkraft aufbaut. Wenn die Druckkraft eine Ausbeullast überschreitet, die vom Werkstoff, der Form und den Abmessungen der Ausbeulplatte 2 abhängig ist, verformt bezie­ hungsweise beult sich die Ausbeulplatte 2 in einer Richtung rechtwinklig zur Flanschplatte 4 aus, wie es in Fig. 2B darge­ stellt ist, so daß die Ausbeulplatte 2 in einen Zustand ver­ bracht wird, in dem der mittige Bereich 2a zur Seite der Düsen­ platte 7 hin versetzt ist. Als eine Folge der Ausbeulung der Ausbeulplatte 2 wird innerhalb der Tintenkammer 6a ein Druck erzeugt. Durch diesen Druck wird die Tintenflüssigkeit 100 in­ nerhalb der Tintenkammer 6a als ein Tintentropfen 100a durch die Tintenausstoßöffnung 7a der Düsenplatte 7 aus der Kammer nach außen ausgestoßen.
• (3) Danach wird der Schalter 8 zur Seite der Erdung hin zurück betätigt, wie es in Fig. 1A dargestellt ist, um die Spannungs­ versorgung der Heizungsschicht 1 zu beenden. Daraufhin wird die Ausbeulplatte 2 abgekühlt, um sich zusammenzuziehen und in den ursprünglichen und nicht versetzten Zustand zurück verbracht zu werden. Durch eine Wiederholung einer solchen Versetzung und Zurückversetzung der Ausbeulplatte 2 wird ein Druckvorgang auf einem Papier zur Aufzeichnung bewerkstelligt.

Bei diesem Tintenstrahlkopf 10 wird die Ausbeulplatte 2 in die Richtung rechtwinklig zu der Flanschplatte 4 durch die Erzeu­ gung von Wärme durch die Heizungsschicht 1 ausgebeult bezie­ hungsweise verformt und daher wird der mittige Bereich 2a der Ausbeulplatte 2 in relativ großem Ausmaß zur Seite der Düsen­ platte 7 hin versetzt. Daher kann im Unterschied zu dem bekann­ ten System mit einem piezoelektrischen Element der Tinten­ strahlkopf durch die kleine Ausbildung der Ausbeulplatte 2 und der Tintenkammer 6a miniaturisiert werden. Darüber hinaus dich­ tet die Ausbeulplatte 2 die Fensteröffnung 4a der Flanschplatte 4 während der Betätigung als ein Teil der Wandfläche der Tin­ tenkammer 6a in fluiddichter Weise ab und daher wird die Struk­ tur des Tintenstrahlkopfes in beträchtlicher Weise vereinfacht. Zudem dichtet bei diesem Tintenstrahlkopf die Ausbeulplatte 2 die Fensteröffnung 4a der Flanschplatte 4 in fluiddichter Weise ab (die Fensteröffnung wird sogar dann flüssigkeitsdicht gehal­ ten, wenn der mittige Bereich 2a der Ausbeulplatte 2 zur Seite der Düsenplatte 7 hin versetzt ist). Daher bewegt sich die Tin­ tenflüssigkeit 100 nicht zur rückwärtigen Seite 6b der Ausbeul­ platte 2 herum, so daß die Ausstoßkraft und die Ausstoßge­ schwindigkeit der Tinte ansteigen. Darüber hinaus kann die Hei­ zungsschicht 1 eine Heiztemperatur von höchstens etwa 100°C erzeugen, wie es durch ein nachfolgend beschriebenes Ausfüh­ rungsbeispiel dargestellt wird und dies bedeutet, daß eine solch extrem hohe Temperatur (1000°C) nicht erforderlich ist, wie es bei dem bekannten Bubble Jet System der Fall ist. Daher werden ein geringerer Energieverbrauch und eine hohe Zuverläs­ sigkeit erzielt, damit der Tintenstrahlkopf eine verlängerte Standzeit besitzt.

Zweite Ausführungsform

Fig. 3, 4A, 4B und 5A bis 5G zeigen einen Tintenstrahlkopf 20 vom Mehrfachtyp, der durch die gemeinsame Anordnung von vier Tintenstrahlköpfen ausgebildet wird.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Tintenstrahlkopfes 20. Fig. 4A zeigt in schematischer Weise ei­ nen Querschnitt des Tintenstrahlkopfes 20, betrachtet in der Richtung des Ausstoßes der Tinte. Fig. 4B zeigt eine Schnittan­ sicht entlang einer durch Pfeile 4B-4B in Fig. 4A angedeute­ ten Linie.

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, weist dieser Tintenstrahlkopf eine Druck erzeugende Einrichtung 15, eine Unterlegplatte 16, die als Seitenwände der vier Tintenkammern 16a dient und an der Druckerzeugungseinrichtung 15 angeordnet ist und eine Dü­ senplatte 17 auf, die als ein Deckel der Tintenkammern 16a dient.

Die Druckerzeugungseinrichtung 15 besitzt in einstückiger Weise ein Substrat 18, welches mit einen Film 13 zum Schutz der Ober­ fläche versehen ist, Ausbeulplatten 12b und 12t, die an dem Substrat 18 vorgesehen sind und eine Heizungsschicht 11, die entlang der Plattenoberfläche zwischen dem Ausbeulplatten 12b und 12 Fig. ausgebildet ist.

Das Substrat 18 ist aus einem Siliziumeinkristall mit einer Azimuthfläche (100) gebildet. Das Substrat 18 besitzt eine nä­ herungsweise rechteckige plattenförmige äußere Form und, wie es in Fig. 4A und 4B dargestellt ist, ist eine rechteckige Fen­ steröffnung 18a an der Mitte des Substrates 18 vorgesehen (und der die Oberfläche schützende Film 13). Es ist festzuhalten, daß die Fensteröffnung 18a so ausgebildet ist, daß sie sich be­ züglich ihrer Abmessungen von der Seite der rückwärtigen Fläche zu der Seite der vorderen Fläche des Substrates allmählich ver­ ringert.

Die Ausbeulplatten 12b und 12t sind in diesem Beispiel aus ei­ nem Aluminiumoxid gefertigt. Wie es am besten aus Fig. 3 deut­ lich wird, besitzen die Ausbeulplatten 12b und 12t rechteckige plattenförmige Formen, jeweils mit einer gleichförmigen Dicke. Die Ausbeulplatte 12b nimmt die gesamte Fläche des Substrates 18 ein, wohingegen die Ausbeulplatte 12t derart ausgearbeitet ist, daß ihr in einer bandförmigen Fläche 18E entlang einer Vorderseitenfläche 18C (in Fig. 3) des Substrates angeordneter Bereich davon entfernt wird, um die Elektroden-Anschlußstücke 11a und 11b zu bilden, wie es nachfolgend beschrieben werden wird.

Die Heizungsschicht 11 ist aus einem metallischen Werkstoff mit einer begrenzten Leitfähigkeit (elektrischer Widerstand) ge­ richtet, d. h., Ta. Die Heizungsschicht 11 besitzt vier Wärme erzeugende Abschnitte 11c mit einem Muster, welches in einer bandförmigen Form innerhalb einer Fläche mäandriert, die den Tintenkammern entspricht, wobei streifenförmige unabhängige Ab­ schnitte 11d für die Verdrahtung mit einem Ende der Wärme er­ zeugenden Abschnitte 11c verbunden sind und ein rahmenförmiger Abschnitt 11e für die Verdrahtung vorgesehen ist, der mit dem anderen Ende der Wärme erzeugenden Abschnitte 11c verbunden und entlang dreier Seiten 80A, 80B und 80D der Ausbeulplatte 12b angeordnet ist. Die Bereiche der unabhängigen Abschnitte 11d und des Abschnittes 11e zur Verdrahtung, die in der bandförmi­ gen Fläche 18E vorliegen, werden als die Anschlußelektrode 11a für den Betrieb beziehungsweise als die gemeinsame Anschluße­ lektrode 11b freigelegt und zwar dadurch, daß die Ausbeulplatte 12t dort teilweise entfernt wird.

Die Unterlegplatte 16 wird beispielsweise aus einer Edelstahl­ platte mit einer Dicke von 10 bis 50 µm hergestellt. Die Unter­ legplatte 16 ist mit vier rechteckigen Öffnungen 16a versehen, die die Seitenwände der Tintenkammern und die Tintenzuführein­ lässe 16b bilden, die mit den Tintenkammern 16a in Verbindung stehen. Die Unterlegplatte 16 wird beispielsweise mittels eines Schneidvorgangs bearbeitet.

Die Düsenplatte 17 ist beispielsweise aus einem Glaswerkstoff mit einer Dicke von etwa 0,2 mm hergestellt. Die Düsenplatte 17 wird mit vier Tintenausstoßöffnungen 17a durch Ätzen mit bei­ spielsweise einer Flußsäure ausgebildet. Die Tintenausstoßöff­ nungen 17a sind Durchgangsbohrungen beziehungsweise Durchgangs­ löcher, die die Düsenplatte 17 durchsetzen und sind jeweils mit einem Innendurchmesser ausgebildet, der sich von der hinteren zur vorderen Seite der Düsenplatte 17 allmählich verjüngt.

Wie es in Fig. 4A und 4B in einem vervollständigten Zustand dargestellt ist, wird die Unterlegplatte 16 in Haftung auf der Druckerzeugungseinrichtung 15 hergestellt und die Düsenplatte 17 wird mittels eines Klebemittels beziehungsweise Haftmittels in einer haftenden Verbindung auf der Unterlegplatte 16 ange­ ordnet. Durch diese Anordnung werden die oberen und unteren Ab­ schnitte der Öffnungen 16a der Unterlegplatte 16 durch die Dü­ senplatte 17 und die Ausbeulplatten 12b sowie 12t in weitgehend flüssigkeitsdichter Weise abgedichtet und bilden infolgedessen vier Tintenkammern 16a. Die Ausbeulplatte 12t wird an der Un­ terlegplatte 16 über dem gesamten Umfang an ihren Abschnitten, die sich mit den Umfängen der Öffnungen 16a überdecken in einer haftenden Weise angeordnet und daran befestigt. Infolgedessen ist ein Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung an jeder der Tintenkammern 16a vorgesehen.

Andererseits werden die Anschlußelektroden 11a, die an der bandförmigen Fläche 18E an dem Substrat 18 zugänglich sind, einzeln mit einem positiven (+) Anschluß einer Spannungsquelle 19 verbunden und zwar über einen Schalter 14, während die ge­ meinsame Anschlußelektrode 11b mit einem negativen (-) Anschluß der Spannungsquelle 19 verbunden ist.

Im Betrieb können die Wärme erzeugende Berichte 11c der Hei­ zungsschicht 11, die den Tintenkammern 16a entsprechen, durch eine Betätigung der Schalter 14 unabhängig mit Spannung ver­ sorgt werden. Daher kann jeder Kopf unabhängig angetrieben be­ ziehungsweise betätigt werden. Jeder Kopf arbeitet in einer Weise ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten Tintenstrahlkopf 10, um dadurch dieselbe Wirkung zu erzielen.

Die Druckerzeugungseinrichtung 15 wird gemäß dem nachstehend detailliert dargestellten Verfahren hergestellt.

Zuerst wird, wie es in Fig. 5A dargestellt ist, an beiden Sei­ ten des Einkristallsiliziumsubstrates 18 mit einer Azimuthfläche (100) beispielsweise eine Schicht aus Siliziumoxid (SiO₂) (auf die nachfolgend als "PSG Schicht" Bezug genommen wird) 13 als ein die Oberfläche schützender Film mit einer Dicke von etwa 2 µm und einem Gehalt von 6 bis 8 Prozent an Phosphor (P) mit ei­ nem LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) Verfahren ausgebildet.

Danach wird, wie es in Fig. 5B dargestellt ist, beispielsweise ein Film aus Aluminiumoxid mit einer Dicke von 3 µm als die Ausbeulplatte 12b auf der PSG Schicht 13 an der Oberfläche des Substrates ausgebildet.

Danach wird, wie es in Fig. 5C dargestellt ist, beispielsweise ein Ta Film mit einer Dicke von etwa 0,1 µm als ein Stoff der Heizungsschicht 11 an der Ausbeulplatte 12b ausgebildet und der Ta Film wird so bearbeitet, daß er die Muster der Heizungs­ schicht 11 (siehe Fig. 3) besitzt.

Als nächstes wird, wie es in Fig. 5D dargestellt ist, ein Film aus Aluminiumoxid mit einer Dicke von etwa 3 µm als ein Werk­ stoff der Ausbeulplatte 12t an der Oberfläche der Ausbeulplatte 12b ausgebildet, wobei sich die Heizungsschicht 11 dazwischen gelagert befindet und der Aluminiumoxid-Film wird so bearbei­ tet, daß er die Muster zur Anordnung der Elektrodenbereiche der Heizungsschicht 11 besitzt.

Danach wird, wie es in Fig. 5E dargestellt ist, eine Öffnung 13a, die der Fensteröffnung 18 entspricht, an der PSG Schicht 13 an der rückwärtigen Oberfläche des Substrates gebildet.

Daraufhin wird, wie es in Fig. 5F dargestellt ist, eine ver­ jüngte Fensteröffnung 18a ausgebildet, die das Substrat 18 durchsetzt und zwar durch die Ausführung eines anisotropen Ätz­ vorganges mittels einer wäßrigen Lösung von Kaliumhydrat, wo­ bei die PSG Schicht 13 als eine Maske verwendet wird.

Schließlich wird, wie es in Fig. 5G gezeigt ist, ein Ätzvorgang ausgeführt unter Verwendung des Substrates 18 als eine Maske, um die PSG Schicht 13 an der Seite der hinteren Oberfläche und die PSG Schicht 13 an der Seite der vorderen Oberfläche des Substrates zu entfernen, welches innerhalb der Fensteröffnung 18a frei liegt. Durch diese Behandlung beziehungsweise Bearbei­ tung wird die Druckerzeugungseinrichtung 15 gewonnen.

Durch die Befestigung der Unterlegplatte 16 und der Düsenplatte 17 an der Druckerzeugungseinrichtung 15 kann ein Tintenstrahl­ kopf vom Mehrfachtyp beziehungsweise Vielfachtyp von kleinen Abmessungen und geringen Kosten hergestellt werden.

Es ist festzuhalten, daß das vorliegende Beispiel auf der Basis eines Anwendungsfalles erläutert worden ist, bei dem aus Grün­ den der Vereinfachung vier Köpfe verwendet worden sind, die Zahl der Köpfe ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann willkürlich beziehungsweise frei bestimmt werden.

Weiterhin wird bei dem geschilderten Beispiel als Werkstoff für die Ausbeulplatten 12b und 12t Aluminiumoxid eingesetzt. Die Ausbeulplatten 12b und 12t werden vorzugsweise aus dem nachfol­ gend beschriebenen Grund aus einem metallischen Werkstoff ge­ fertigt. Es ist festzuhalten, daß, wenn ein metallischer Werk­ stoff für die Ausbeulplatten 12b und 12t verwendet wird, eine an der Grenzfläche zwischen ihnen und der Heizungsschicht 11 vorzusehende isolierende Schicht notwendig ist.

Dritte Ausführungsform

Bei jeder der vorstehend erwähnten Ausführungsformen wird eine rechteckige plattenförmige Ausbeulplatte eingesetzt, jedoch ist die Form der Ausbeulplatte nicht hierauf beschränkt.

Beispielsweise kann, wie es in Fig. 6A und 6B dargestellt ist, eine zu einer ovalen scheibenförmigen Form mit einer gleichför­ migen Dicke ausgebildete Ausbeulplatte verwendet werden. Fig. 6A zeigt in schematischer Weise einen Querschnitt eines Tinten­ strahlkopfes 30 mit einer solchen Ausbeulplatte 22 und zwar in einer Richtung des Ausstoßes der Tinte gesehen. Fig. 6B zeigt eine Schnittansicht entlang einer durch Pfeile 6B-6B in Fig. 6A dargestellten Linie. Dieser Tintenstrahlkopf 30 ist eine Mo­ difikation des Tintenstrahlkopfes, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, und seine Hauptbestandteile werden durch Bezugszeichen be­ zeichnet, die durch einen Hinzufügung der Zahl 20 zu den ent­ sprechenden in Fig. 1 dargestellten Bezugszeichen gebildet wer­ den.

Dieser Tintenstrahlkopf 30 besitzt ein Gehäuse 25, welches eine ovale scheibenförmige untere Platte 25E und eine im Schnitt ovale rohrförmige Seitenwand 25B besitzt und weist eine Form entsprechend der Form der Ausbeulplatte 22 auf und eine flache Düsenplatte 27, die als ein Deckel des Gehäuses 25 dient. In­ nerhalb des Gehäuses 25 ist eine Flanschplatte 24 mit einer ovalen Fensteröffnung 24a parallel zu der Bodenplatte 25e vor­ gesehen. Die Flanschplatte 24 wird mit der Ausbeulplatte 22 an­ geordnet, die als eine Druck erzeugende Platte dient, während sie die Fensteröffnung 24a in fluiddichter Weise abdichtet.

Die Düsenplatte 27, die Flanschplatte 24, die Ausbeulplatte 22 und ein oberer Bereich der Seitenwand 25B des Gehäuses 25 ober­ halb der Flanschplatte 24 bilden eine Tintenkammer 26a. Ein in­ nerer Bereich des Gehäuses 25 unterhalb der Flanschplatte 24 und der Ausbeulplatte 22 begrenzt einen Raum 26b.

An einem etwa mittigen Bereich der Düsenplatte 27 ist eine Tin­ tenausstoßöffnung 27a vorgesehen (in Fig. 6A ist die Düsenplat­ te 27 aus Gründen der Vereinfachung weggelassen und nur die Tintenausstoßöffnung 27a ist durch eine strichpunktierte Linie angedeutet). Die Tintenausstoßöffnung 27a ist eine im Schnitt kreisförmige Durchgangsbohrung, welche die Düsenplatte 27 durchsetzt und ihr Innendurchmesser ist so bemessen, daß er sich von der Innenseite der Tintenkammer zur Außenseite hin allmählich verringert. Andererseits ist ein Abschnitt der Sei­ tenwand 25B des Gehäuses 25 oberhalb der Flanschplatte 24 mit einem Einlaß 25a zur Zuführung von Tinte in die Tintenkammer von außen her versehen. Der Tintenzuführeinlaß 25a ist eine im Schnitt kreisförmige Durchgangsbohrung, die die Seitenwand 25b durchsetzt und ihr innerer Durchmesser ist so bemessen, daß der sich von der Außenseite der Tintenkammer zur Innenseite hin allmählich verringert.

Die Ausbeulplatte 22 ist eine ovale Platte mit einer gleichför­ migen Dicke und Abmessungen, die geringfügig größer sind als die Abmessungen der vorstehend beschriebenen Fensteröffnung 24a. Ein Umfangsbereich (d. h., ein Bereich, der sich mit der Flanschplatte 24 überlappt) 22c der Ausbeulplatte 22, ist über dem gesamten Umfang zur Haftung an der Flanschplatte 24 ange­ ordnet, um daran befestigt zu werden. Die Ausbeulplatte 22 ist aus einem Werkstoff hergestellt, der in einen nicht versetzten Zustand verbracht werden kann, bei dem weitgehend keine Tempe­ raturspannung vorliegt und auch in einen ausgebeulten Zustand, bei dem die Platte thermisch vergrößert wird durch eine Erhit­ zung, um sich in eine Richtung rechtwinklig zu der Flanschplat­ te 24 auszubeulen, wobei der Werkstoff beispielsweise Aluminiu­ moxid ist. Die Ausbeulplatte 22 spielt die Rolle einer Membran (Trennplatte) zur Trennung der Tintenkammer 26a von dem unteren Raum 26b.

Innerhalb der Ausbeulplatte 22 ist eine Heizungsschicht 21 par­ allel zu der Oberfläche der Platte vorgesehen, die auf eine Elektrifizierung beziehungsweise Versorgung mit Spannung hin Wärme erzeugt. Die Heizungsschicht 1 ist aus einem metallischen Werkstoff mit einer beschränkten Leitfähigkeit (elektrischer Widerstand) gebildet, beispielsweise Ta (Tantal) und ist als ein Muster ausgebildet, in dem es in einer bandförmigen Form innerhalb der Fensteröffnung 24a der Ausbeulplatte 22 mäan­ driert und sich in einer Längsrichtung der Ausbeulplatte 22 er­ streckt. Es ist festzuhalten, daß die Breite der Schwingung des mäandrierenden Musters der Heizungsschicht 21 derart bemessen ist, daß sie am mittigen Bereich groß ist und klein ist an bei­ den Enden, die der Abmessung der Fensteröffnung 24a entspre­ chen. In Fig. 6A ist ein Elektroden-Anschlußstück 21a am rechtsseitigen Ende der Heizungsschicht 21 vorgesehen, während ein Elektroden-Anschlußstück 21b am linksseitigen Ende vorge­ sehen ist. Das Elektroden-Anschlußstück am rechtsseitigen En­ de ist mit einem Schalter 28 verbunden. Der Schalter 28 dient zum Schalten zwischen einer Spannungsquelle und der Erde. Das Elektroden-Anschlußstück 21b am linksseitigen Ende ist geer­ det.

Dieser Tintenstrahlkopf 30 arbeitet in ähnlicher Weise wie der in Fig. 1 dargestellte Tintenstrahlkopf 10, um die gleiche Wir­ kung hervorzurufen.

Darüber hinaus kann, da die Ausbeulplatte 22 eine ovale schei­ benförmige Form besitzt, eine kleinere Ausbeulenergie eine vor­ bestimmte Versetzung beziehungsweise Ausbeulung in die Richtung rechtwinklig zu der Flanschplatte 24 erzeugen als es der Fall ist, wenn die Platte eine rechteckige Form besitzt. Daher kön­ nen eine größere Ausstoßkraft und eine größere Ausstoßgeschwin­ digkeit bei einem kleinen Energieverbrauch gewonnen werden.

Weiterhin tritt, da die Ausbeulplatte 22 eine ovale scheiben­ förmige Form besitzt, keine Spannungskonzentration in dem aus­ gebeulten Zustand auf im Unterschied zu dem Fall, wenn die Platte eine rechteckige Form aufweist. Daher kann die Standzeit des Tintenstrahlkopfes weiter vergrößert werden. Unter Bezug­ nahme auf Fig. 7 betrachten wir nun als die Ausbeulplatte bei­ spielsweise eine rechteckige Platte 2 und eine ovale Platte 22 mit denselben Abmessungen in der Längsrichtung und der Quer­ richtung (die Abmessungen der kürzeren Seite und der längeren Seite der rechteckigen Platte 2 sind gleich denjenigen der Ne­ benachse beziehungsweise der Hauptachse der ovalen Platte 22). In diesem Fall wird, wenn die mittigen Abschnitte 2a und 22a der rechteckigen Platte 2 und der ovalen Platte 22 in eine Richtung rechtwinklig zu der Oberfläche nach Fig. 8 versetzt werden, eine große Spannungskonzentration an den Eckbereichen 2d der rechteckigen Platte 2 erzeugt, wohingegen in der ovalen Platte 22 keine derartige Spannungskonzentration auftritt, da sie keinen solchen Eckbereich besitzt. Daher können die Ermü­ dung der Ausbeulplatte und der Heizungsschicht verringert wer­ den, so daß die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes weiter ver­ größert werden kann.

Vierte Ausführungsform

Die Ausbeulplatte besitzt eine gleichförmige Dicke bei jeder der vorstehend erwähnten Ausführungsformen, jedoch muß die Aus­ beulplatte nicht immer eine solche gleichförmige Dicke aufwei­ sen.

Wie es beispielsweise in Fig. 8A und 8B dargestellt ist, kann die Dicke der Ausbeulplatte teilweise verringert werden. Fig. 8A zeigt in schematischer Weise einen Querschnitt eines Tinten­ strahlkopfes 40 mit einer solchen Ausbeulplatte 32, betrachtet in die Richtung des Ausstoßes der Tinte. Fig. 8B zeigt in sche­ matischer Weise einen Schnitt in Längsrichtung des Tinten­ strahlkopfes 40. Der Tintenstrahlkopf 40 ist eine Modifikation des in Fig. 1 dargestellten Tintenstrahlkopfes, wobei die Hauptbauteile durch Bezugszeichen bezeichnet sind, die durch Hinzufügung der Zahl 30 zu den entsprechenden in Fig. 1 darge­ stellten Bezugszeichen gewonnen werden.

Dieser Tintenstrahlkopf 40 besitzt genau das gleiche Gehäuse 35 und die Düsenplatte 37 wie das Gehäuse 5 und die Düsenplatte 7, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Innerhalb des Gehäuses 35 ist eine Flanschplatte 34 vorgesehen mit einer rechteckigen Fensteröffnung 34a parallel zu der Bodenplatte 35E. Die Flanschplatte 34 wird mit einer Ausbeulplatte 32 angeordnet, die als eine Druck erzeugende Platte dient, während sie in flüssigkeitsdichter Weise die Fensteröffnung 34a abdichtet. Die Ausbeulplatte 32 ist eine rechtwinklige Platte mit Abmessungen, die geringfügig größer sind als diejenigen der Fensteröffnung 34a und sie besitzt eine rechtwinklige Fläche 32b mit einer Dicke, die kleiner ist als diejenigen des restlichen Bereiches an jedem Eckbereich. Ein Umfangsbereich (d. h. ein sich mit der Flanschplatte 34 überlappender Bereich) 32c der Ausbeulplatte 32 ist zur Haftung an der Flanschplatte 34 ausgebildet und zwar über dem gesamten Umfang, um daran befestigt zu werden. Der Werkstoff der Ausbeulplatte 32, der Werkstoff und das Muster der Heizungsschicht 31 und die übrige Ausbildung sind die glei­ chen wie diejenigen des in Fig. 1 dargestellten Tintenstrahl­ kopfes 10.

Dieser Tintenstrahlkopf 40 arbeitet in ähnlicher Weise wie der in Fig. 1 dargestellte Tintenstrahlkopf 10, um die gleiche Wir­ kung hervorzurufen.

Da weiterhin die Ausbeulplatte 32 an den Flächen 32b der Ecken bezüglich der Stärke beziehungsweise Dicke teilweise reduziert ausgebildet ist, besitzt die Ausbeulplatte 32 ein verringertes Volumen verglichen mit dem Fall, bei den die Ausbeulplatte eine gleichförmige Stärke beziehungsweise Dicke aufweist. Daher kann ein geringerer Energieverbrauch die Temperatur der Ausbeulplat­ te 32 auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigen lassen. Infol­ gedessen können eine große Ausstoßkraft und eine große Ausstoß­ geschwindigkeit bei niedrigem Energieverbrauch gewonnen werden.

Weiterhin kann die Ausbeulplatte 32 leichter verformt werden als in dem Fall, bei dem die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke aufweist und daher kann die Belastung der Ausbeulplatte 32 und der Heizungsschicht 31 verringert werden. Daher können die Ermüdung der Ausbeulplatte und der Heizungsschicht verrin­ gert werden, damit die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes ver­ größert werden kann.

Fünfte Ausführungsform

Fig. 9A und 9B zeigen einen Tintenstrahlkopf 50 mit einer Aus­ beulplatte 42, die eine scheibenförmige Form besitzt und eine teilweise verringerte Dicke aufweist.

Fig. 9A zeigt in schematischer Weise einen Querschnitt des Tin­ tenstrahlkopfes 50 mit einer solchen Ausbeulplatte 42, betrach­ tet in der Richtung des Ausstoßes der Tinte. Fig. 9B zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie, die durch Pfeile 9B-9B in Fig. 9A angedeutet ist. Der Tintenstrahlkopf 50 ist eine Modi­ fikation des in Fig. 1 dargestellten Tintenstrahlkopfes, wobei die Hauptbauteile durch Bezugszeichen bezeichnet sind, die durch Hinzufügung der Zahl 40 zu den entsprechenden in Fig. 1 dargestellten Bezugszeichen gewonnen werden.

Entsprechend der Form der Ausbeulplatte 42 weist dieser Tinten­ strahlkopf 50 ein Gehäuse 45 auf, welches eine scheibenförmige Bodenplatte 45E besitzt und eine kreisförmige rohrförmige Sei­ tenwand 45B aufweist und eine flache Düsenplatte 47 besitzt, die als ein Deckel des Gehäuses 45 dient. Innerhalb des Gehäu­ ses 45 ist eine Flanschplatte 44 mit einer kreisförmigen Fen­ steröffnung 44a parallel zu der Bodenplatte 45E vorgesehen. Diese Flanschplatte 44 wird zusammen mit der Ausbeulplatte 42 angeordnet, die als eine Druck erzeugende Platte dient, während sie in fluiddichter Weise die Fensteröffnung 44a abdichtet. Die Düsenplatte 47, die Flanschplatte 44, die Ausbeulplatte 42 und ein oberer Abschnitt der Seitenwand 45B des Gehäuses 45 ober­ halb der Flanschplatte 44 bilden eine Tintenkammer 46a. Ein in­ nerer Bereich des Gehäuses 45 unterhalb der Flanschplatte 44 und der Ausbeulplatte 42 begrenzen einen Raum 46b.

An einem etwa mittigen Bereich der Düsenplatte 47 ist eine Tin­ tenausstoßöffnung 27a vorgesehen (in Fig. 9A ist die Düsenplat­ te 47 aus Gründen der Vereinfachung weggelassen und nur die Tintenausstoßöffnung 47a ist durch eine strichpunktierte Linie angedeutet). Die Tintenausstoßöffnung 47a ist eine im Schnitt kreisförmige Durchgangsbohrung, welche die Düsenplatte 47 durchsetzt und ihr Innendurchmesser ist so bemessen, daß er sich von der Innenseite der Tintenkammer zur Außenseite hin allmählich verringert. Andererseits ist ein Abschnitt der Sei­ tenwand 45B des Gehäuses 45 oberhalb der Flanschplatte 44 mit einem Einlaß 45a zur Zuführung von Tinte in die Tintenkammer von außen her versehen. Der Tintenzuführeinlaß 45a ist eine im Schnitt kreisförmige Durchgangsbohrung, die die Seitenwand 45b durchsetzt und ihr innerer Durchmesser ist so bemessen, daß er sich von der Außenseite der Tintenkammer zur Innenseite hin allmählich verringert.

Die Ausbeulplatte 22 ist eine kreisförmige Platte mit Abmessun­ gen, die geringfügig größer sind als die Abmessungen der vor­ stehend beschriebenen Fensteröffnung 44a. Ein Umfangsbereich (d. h., ein Bereich, der sich mit der Flanschplatte 44 über­ lappt) 42c der Ausbeulplatte 42, ist über dem gesamten Umfang zur Haftung an der Flanschplatte 44 angeordnet, um daran befe­ stigt zu werden. Die Ausbeulplatte 42 ist aus einem Werkstoff hergestellt, der in einen nicht versetzten Zustand verbracht werden kann, bei dem weitgehend keine Temperaturspannung vor­ liegt und auch in einen ausgebeulten Zustand, bei dem die Plat­ te thermisch vergrößert wird durch eine Erhitzung, um sich in eine Richtung rechtwinklig zu der Flanschplatte 44 auszubeulen, wobei der Werkstoff beispielsweise Aluminiumoxid ist. Die Aus­ beulplatte 42 spielt die Rolle einer Membran (Trennplatte) zur Trennung der Tintenkammer 46a von dem unteren Raum 46b.

Innerhalb der Ausbeulplatte 42 ist eine Heizungsschicht 41 par­ allel zu der Plattenoberfläche vorgesehen, die auf die Versor­ gung mit Spannung hin Wärme erzeugt. Die Heizungsschicht 41 ist aus einem metallischen Werkstoff mit einer begrenzten Leitfä­ higkeit (elektrischer Widerstand) gefertigt, beispielsweise Ta (Tantal) und ist in der Form eines Musters ausgebildet, welches sich weitgehend radial von dem mittigen Bereich 42a der Aus­ beulplatte 42 erstreckt. Im Detail besitzt die Heizungsschicht 41 acht Wärme erzeugende Bereiche 41c mit einem Muster, welches vom mittigen Bereich 42a der Ausbeulplatte 42 zum Umfangsbe­ reich 42c der Ausbeulplatte 42 mit einer bestimmten Schwin­ gungsbreite mäandriert. Winkel zwischen benachbarten Wärme er­ zeugenden Bereichen 41c sind gleichförmig auf 45° eingestellt. An den äußeren Enden der Wärme erzeugenden Bereiche 41c sind Anschlußelektroden 41a vorgesehen. Innere Enden 41b der Wärme erzeugenden Bereiche 41c sind gemeinsam angebunden. In Fig. 9A sind vier Anschlußelektroden 41a an der rechten Seite mit einem Schalter 48 verbunden. Der Schalter dient zum Schalten zwischen einer Spannungsquelle 49 und der Erde. In Fig. 9A sind vier An­ schlußelektroden 41b an der linken Seite geerdet.

Die Dicke jedes Sektorbereiches 42b zwischen den Wärme erzeu­ genden Abschnitten 41c der Heizungsschicht ist dünner ausgebil­ det als die Dicke des restlichen Bereiches der Ausbeulplatte 42.

Dieser Tintenstrahlkopf 50 arbeitet in einer zu dem in Fig. 1 dargestellten Tintenstrahlkopf 10 ähnlichen Weise, um dadurch die selbe Wirkung zu ermöglichen.

Darüber hinaus kann, da die Ausbeulplatte 42 eine kreisförmige, einer Scheibe ähnliche Form und bezüglich der Dicke Rotations­ symmetrie aufweist, eine geringere Ausbeulenergie eine bestimm­ te Versetzung in die Richtung rechtwinklig zu der Flanschplatte 44 hervorrufen als es der Fall ist, wenn die Platte eine ovale scheibenförmige Form besitzt. Zudem ist die Dicke der Sektorbe­ reiche 42b zwischen den Mustern der Heizungsschicht 41 der Aus­ beulplatte 42 dünner als die Dicke des restlichen Bereiches der Ausbeulplatte 42 ausgebildet. Aus diesem Grund besitzt die Aus­ beulplatte 42 ein kleineres Volumen als es der Fall ist, wenn die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke aufweist und dies ermöglicht es einen kleinen Energieverbrauch die Temperatur der Ausbeulplatte 42 auf eine bestimmte Temperatur ansteigen zu lassen. Als eine Folge dieser Faktoren können eine große Aus­ stoßkraft und eine große Ausstoßgeschwindigkeit bei nur gerin­ gem Energieverbrauch gewonnen werden.

Da darüber hinaus die Ausbeulplatte 42 eine kreisförmige, einer Scheibe ähnliche Form besitzt, tritt keine Spannungskonzentra­ tion innerhalb der Ausbeulplatte 42 in dem ausgebeulten Zustand auf ähnlich dem Fall, bei dem die Platte eine ovale scheiben­ förmige Form aufweist. Zudem ist die Ausbeulplatte 42 hinsicht­ lich ihrer Dicke teilweise reduziert ausgebildet und daher ist sie leichter verformbar als es der Fall ist, bei dem die Aus­ beulplatte eine gleichförmige Dicke aufweist, was zu einer Ver­ ringerung der Spannung beziehungsweise Belastung führt. Daher kann die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes weiter verlängert werden. Bei der Ausbeulplatte 42 liegen die Sektorbereiche 42b, deren Dicke verringert ist, zwischen den Wärme erzeugenden Be­ reichen 41c der Heizungsschicht 41 vor. Daher werden die Sek­ torbereiche 42b von den Wärme erzeugenden Bereichen 41c nicht direkt erwärmt, wodurch die thermische Belastung der Sektorbe­ reiche 42b relativ klein ausfällt. Daher verringert der Sektor­ bereich 42b die Lebensdauer des gesamten Tintenstrahlkopfes aufgrund seiner Ermüdung nicht.

Sechste Ausführungsform

Untenstehend wird der Mechanismus der Ausbeulung, wenn die kreisförmige und einer Scheibe ähnliche Platte einer Tempera­ turveränderung unterworfen wird, in quantitativer Hinsicht er­ läutert werden.

Fig. 10A und 10B zeigen ein Modell der kreisförmigen, einer Scheibe ähnlichen Platte für die Analyse (wobei 10A eine in ei­ ner Richtung rechtwinklig zu der Oberfläche der Platte betrach­ tete Ausbeulplatte 52 zeigt, während Fig. 10B eine Schnittan­ sicht entlang einer Linie 10B-10B nach Fig. 10A darstellt). Die Ausbeulplatte 52 ist eine kreisförmige Scheibe mit einer gleichförmigen Dicke und ein Umfangsbereich 52c der Ausbeul­ platte 52 ist an einer tragenden Einrichtung 54 festgelegt. Wenn eine Temperaturveränderung (Anstieg der Temperatur) t durch eine Heizungsschicht (nicht dargestellt) auf diese Aus­ beulplatte 52 ausgeübt wird, dann wird die Ausbeulplatte 52 zu einem Zustand verformt, bei dem ihr mittiger Abschnitt 52a die größte Versetzung erfährt (auf den Betrag des Versatzes am mit­ tigen Bereich 52a der Ausbeulplatte 52 wird nachfolgend einfach als "Betrag des Versatzes der Ausbeulplatte" Bezug genommen) In diesem Fall kann eine potentielle Energie U der verformten Ausbeulplatte durch die nachfolgende Gleichung (1) ausgedrückt werden.

U = πEh(C₁δ⁴ _* C₂δ² _* C₃)/4(1-ν²) (1)

wobei

C₁ = π⁴/32D²,
C₂ = π²{h²(π²+4c)-3αtD²(1+ν)}/12D², und
C₃ = α²t²D²(1+v),

wobei E der Elastizitätsmodul der Ausbeulplatte ist,
ν die Poissonsche Zahl der Ausbeulplatte ist,
D der Durchmesser der Ausbeulplatte ist,
h die Dicke der Ausbeulplatte ist,
α der lineare Ausdehnungskoeffizient der Ausbeulplat­ te ist,
δ der Betrag des Versatzes der Ausbeulplatte ist und
c eine Konstante (= 1.22) ist.

Wenn in der Gleichung (1) der Betrag des Versatzes δ der Aus­ beulplatte verändert wird, dann verändert sich ihre potentielle Energie U typischerweise auf eine in Fig. 12 gezeigte Weise. Bei der in Fig. 12 dargestellten Weise nimmt die potentielle Energie U ihren minimalen Wert U₂ ein, wenn δ einen Grenzwert δ_C einnimmt. Die Ausbeulplatte nimmt in einem Zustand, in dem sie den minimalen Wert U₂ einnimmt, eine Ruheposition beziehungs­ weise Gleichgewichtsstellung ein. Der Betrag des Versatzes δ_C kann in diesem Fall durch die Aufstellung eines Differential­ quotienten von U bezogen auf δ zu Null gewonnen werden und wird durch die nachfolgende Gleichung (2) ausgedrückt.

δ_C = 4(-D²C₂/π⁴)^1/2 (2)

Das Innere der quadratischen Wurzel des rechten Gliedes muß im­ mer positiv sein und daher ist es erforderlich, daß die nach­ folgende Gleichung (3) bezüglich der Dicke h der Ausbeulplatte erfüllt ist.

0<h<{3αtD²(1+ν)/(π²+4c)}^1/2 (3)

In diesem Fall drückt die Gleichung (3) einen Bereich der Dicke h der Ausbeulplatte aus, um eine Ausbeulenergie als eine Vor­ aussetzung zur Bewirkung eines Ausstoßes von Tinte zu gewinnen. Unter der Annahme, daß die potentielle Energie U₁ ist, wenn der Betrag des Versatzes δ der Ausbeulplatte Null ist, wird die Ausbeulenergie durch (U₁-U₂) ausgedrückt und dies wird zu ei­ ner Energie, die der Tinte auferlegt wird. Die Ausbeulenergie (U₁-U₂) wird durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt.

U₁ - U₂ = 2EhD²C₂²/π³(1-ν²) (4)

In dieser Gleichung (4) verändert sich die Ausbeulenergie (U₁-U₂) auf eine in Fig. 13 dargestellte Weise, wenn die Dicke h der Ausbeulplatte verändert wird. Der Bereich von h, in dem die Ausbeulenergie (U₁-U₂) positiv ist, ist der durch die Gleichung (3) ausgedrückte Bereich.

Darüber hinaus existiert, wie es aus Fig. 13 ersichtlich ist, ein optimaler Wert h_S, der die Ausbeulenergie (U₁-U₂) innerhalb des durch die Gleichung (3) ausgedrückten Bereiches von h maxi­ miert. Der optimale Wert h_S kann durch die Aufstellung des Dif­ ferentialquotienten von (U₁-U₂) bezogen auf h in der Gleichung (4) zu Null gewonnen werden und wird durch die nachfolgende Gleichung (5) ausgedrückt.

h_S = {3αtD²(1+ν)/5(π²+4c)}^1/2 (5)

Andererseits wird eine Energie U_T, die zum Ausstoßen eines Tin­ tentropfens benötigt wird, durch die nachfolgende Gleichung (6) angegeben und zwar als eine Summe der kinetischen Energie des Tintentropfens, einer zum Lösen des Tintentropfens aus seiner Oberflächenspannung erforderlichen Oberflächenenergie, einem Reibungsenergieverlust, wenn der Tintentropfen durch die Tin­ tenausstoßöffnung hindurchtritt und einer Verlustenergie auf­ grund einer plötzlichen Kontraktion einer Querschnittsfläche der Tinte, wenn die Tinte durch die Tintenausstoßöffnung hin­ durch tritt.

U_T = mv²/2+σS+32mvlµ/d²ρ+ζmv²/2 (6)

wobei
m die Masse des Tintentropfens ist
v die Ausstoßgeschwindigkeit des Tintentropfens ist
S die Oberfläche des Tintentropfens ist
σ die Oberflächenspannung der Tinte ist
µ der Koeffizient der Viskosität der Tinte ist
ρ die Dichte der Tinte ist
l die Länge der Tintenausstoßöffnung ist
d der Innendurchmesser der Tintenausstoßöffnung ist
und
ζ ein Verlustfaktor ist.

In diesem Fall muß, um den Tintentropfen aus der Tintenausstoß­ öffnung auszustoßen, die der Tinte auferlegte Energie (U₁-U₂) größer sein als die erforderliche Energie U_T, d. h., sie muß der folgenden Gleichung (7) genügen.

(U₁-U₂) < U_T

Durch Einsetzen der Gleichungen (4) und (6) in die Gleichung (7) wird die nachfolgende Gleichung (8) gewonnen.

2EhD²C₂²/π³(1-ν²)<mv²/2+σS+32mvlµ/d²ρ+ζmv²/2 (8)

Durch die Einstellung der Dicke h der Ausbeulplatte innerhalb eines Bereiches, der der Gleichung (8) genügt, kann der Tinten­ tropfen tatsächlich aus der Tintenausstoßöffnung ausgestoßen werden.

Darüber hinaus macht Gleichung (4) deutlich, daß ein Werkstoff mit einem großen Elastizitätsmodul und einem großen linearen Ausdehnungskoeffizienten für die Ausbeulplatte geeignet ist, um die Ausbeulenergie zu erhöhen. Zudem wird es bevorzugt, einen Werkstoff mit einer großen Wärmeleitfähigkeit zu verwenden, um eine verbesserte Charakteristik der Antwort auf eine Frequenz zu erhalten, indem die Geschwindigkeit der Erwärmung und der Abkühlung der Ausbeulplatte vergrößert wird. Um darüber hinaus das mögliche Auftreten einer Beschädigung der Ausbeulplatte aufgrund einer Ermüdung zu unterdrücken, während der Betrag des Versatzes der Ausbeulplatte vergrößert wird, wird es bevorzugt, einen Werkstoff zu verwenden, der ein großes Maß an Verformbar­ keit besitzt. Wenn man die vorstehend erwähnten Bedingungen in einer Zusammenfassung betrachtet, dann wird vorzugsweise ein Metall als Werkstoff für die Ausbeulplatte verwendet.

Auf der Basis der vorstehend erwähnten Gleichungen wird unten­ stehend die Dicke h der Ausbeulplatte, die für das Ausstoßen der Tinte geeignet ist, gewonnen. Es wird angenommen, daß der Werkstoff für die Ausbeulplatte Nickel ist und die Temperatur­ veränderung t 100°C beträgt. Weiterhin wird davon ausgegangen, daß die Parameter die nachfolgenden Werte aufweisen:

σ = 60 × 10-³N/m,
µ = 2cP = 2mPa·s,
ρ = 1050 kg/m³,
l = 100 µm,
d = 30 µm,
ζ = 0.5,
α = 13.4 × 10-⁶/°C,
E = 210 GPa,
ν = 0.306, und
D = 250 µm.

In diesem Fall beträgt die zum Ausstoßen eines Tintentropfens von 50 µm mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s erforderliche Energie U_T gemäß Gleichung (6) 10 nJ.

Darüber hinaus beträgt der Bereich der Dicke h der Ausbeulplat­ te zur Gewinnung der Ausbeulenergie (der Bereich, in dem die Ausbeulenergie (U₁-U₂) in Fig. 14 positiv ist):

0 < h < 4.72 µm

gemäß Gleichung (3). Um einen Wert zu erhalten, der doppelt so groß ist wie die zum Ausstoßen des Tintentropfens erforderliche Energie U_T, d. h. 20 nJ oder größer, muß der Bereich der Dicke h der Ausbeulplatte gemäß Gleichung (8)
1.37 µm < h < 2.83 µm

sein. Darüber hinaus wird der optimale Wert h_S der Dicke h der Ausbeulplatte erhalten als:

h_S = 2.11 µm

gemäß der Gleichung (5). Die Dicke h der Ausbeulplatte wird in bevorzugter Weise so gewählt, daß sie sich in der Nähe des op­ timalen Wertes h_S befindet.

Anders ausgedrückt bedeutet die Tatsache, daß der optimale Wert h_S der Dicke h der Ausbeulplatte auf diese Weise gewonnen wer­ den kann, daß die Temperaturveränderung (Heiztemperatur) t der Ausbeulplatte einen Wert von höchstens 100°C einnehmen kann und daß die Erwärmung nicht auf bis zu solch einer extrem hohen Temperatur (1000°C) ausgeführt werden muß wie bei dem bekann­ ten Bubble Jet System. Daher können ein niedriger Energiever­ brauch und eine hohe Zuverlässigkeit erreicht werden, damit die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes verlängert werden kann.

Die vorstehend erwähnten Ausführungsformen sind auf der Basis nur desjenigen Falles erläutert worden, daß eine Ausbeulplatte verwendet wird als die Druck erzeugende Platte, eine Heizungs­ schicht, die auf die Versorgung mit Spannung hin Wärme erzeugt als die Verformungseinrichtung eingesetzt wird und die Ausbeul­ platte durch die Heizungsschicht so erwärmt wird, daß sie sich in der Form einer Ausbeulung verformt. Jedoch sind weder die Druck erzeugende Platte noch die Verformungseinrichtung auf die geschilderten Beispiele beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, ein Laminat zu verwenden, welches durch Laminieren von zwei oder mehr Typen von Werkstoffen mit unterschiedlichen li­ nearen Ausdehnungskoeffizienten gebildet wird und zwar als die Druck erzeugende Platte, eine Heizungsschicht ähnlich der vor­ stehend erwähnten als die verformende Einrichtung einzusetzen und die Druck erzeugende Platte zu verformen unter Einsatz ei­ nes Biegemomentes aufgrund einer Differenz zwischen den linea­ ren Ausdehnungskoeffizienten. Weiterhin ist es möglich, eine Druck erzeugende Platte zu verwenden, die aus einem Werkstoff gefertigt ist, der nur eine Elastizität beziehungsweise Flexi­ bilität besitzt, eine Verformungseinrichtung einzusetzen, die zur Aufnahme einer darauf ausgeübten mechanischen Druckkraft, einer elektrostatischen Kraft, einer elektromagnetischen Kraft oder dergleichen in der Lage ist und die Druck erzeugende Plat­ te durch eine von der Verformungseinrichtung ausgeübten äußeren beziehungsweise von außen wirkenden Kraft zu verformen. Darüber hinaus kann die Druck erzeugende Platte eine solche sein, die durch eine Veränderung ihrer chemischen Eigenschaft oder kri­ stallinen Struktur verformt wird.

Wie es aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, ver­ formt bei dem Tintenstrahlkopf nach der vorliegenden Erfindung die Verformungseinrichtung die Druck erzeugende Platte in die Richtung senkrecht zu der Wandfläche der Tintenkammer und daher kann der mittige Bereich der Druck erzeugende Platte in relativ großem Ausmaß verformt werden. Aus diesem Grund können im Un­ terschied zu dem bekannten System mit einem piezoelektrischen Element die Abmessungen der Druck erzeugenden Platte und der Tintenkammer klein ausgeführt werden, wodurch es dem Tinten­ strahlkopf gestattet wird, miniaturisiert zu werden. Darüber hinaus dichtet die Druck erzeugende Platte die Fensteröffnung der Wandfläche weitgehend flüssigkeitsdicht ab, während sie als ein Teil der Wandfläche fungiert und daher kann der Tinten­ strahlkopf eine beträchtlich vereinfachte Struktur besitzen.

Zudem dichtet gemäß diesem Tintenstrahlkopf die Druck erzeugen­ de Platte die Fensteröffnung der Wandfläche weitgehend flüssig­ keitsdicht ab (die Fensteröffnung wird sogar flüssigkeitsdicht gehalten, wenn der mittige Abschnitt der Druck erzeugenden Platte in die Richtung rechtwinklig zu der Wandfläche versetzt ist) und die Tinte bewegt sich nicht zur rückwärtigen Seite der Druck erzeugenden Platte herum hin (entgegengesetzt einer der Tintenausstoßöffnung gegenüberliegenden Seite). Aus diesem Grund können die Ausstoßkraft und die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte vergrößert werden. Zudem kann als die Verformungsein­ richtung eine Einrichtung zur Aufbringung von Wärme auf die Druckerzeugungsplatte eingesetzt werden, um die Druck erzeugen­ de Platte durch die erzeugte thermische Ausdehnungskraft zu verformen, nämlich eine Einrichtung zur Verformung der Druck erzeugenden Platte durch eine elektrostatische Kraft, eine elektromagnetische Kraft oder dergleichen. Wenn eine Einrich­ tung zur Verformung der Druck erzeugenden Platte durch eine elektrostatische Kraft oder eine elektromagnetische Kraft ver­ wendet wird, ist es selbstverständlich nicht erforderlich, eine Erhitzung beziehungsweise Heizung auszuführen. Wenn die Ein­ richtung zur Aufbringung von Wärme auf die Druck erzeugende Platte zur Verformung der Druck erzeugenden Platte durch die erzeugte thermische Ausdehnungskraft verwendet wird, kann die Heiztemperatur einen Wert von weitgehend höchstens 100°C ein­ nehmen. Das heißt im Unterschied zu dem bekannten Bubble Jet System ist es nicht erforderlich, die Heiztemperatur auf eine extrem hohe Temperatur (1000°C) zu erhöhen. Daher wird eine hohe Zu­ verlässigkeit gewonnen, damit die Lebensdauer des Tintenstrahl­ kopfes vergrößert werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform des Tintenstrahlkopfes nach der vorliegenden Erfindung ist die Ausbeulplatte so ausgebildet, daß sie sich in die Richtung rechtwinklig zu der Wandfläche der Tintenkammer ausbeult und daher kann der mittige Bereich der Ausbeulplatte in einem relativ großen Ausmaß versetzt werden. Daher kann im Unterschied zu dem bekannten System mit einem piezoelektrischen Element der Tintenstrahlkopf kompakt ausge­ bildet werden, indem die Ausbeulplatte und die Tintenkammer klein ausgebildet wird. Darüber hinaus dichtet die Ausbeulplat­ te die Fensteröffnung der Wandfläche weitgehend flüssigkeits­ dicht ab, während sie als ein Teil der Wandfläche fungiert und daher kann der Tintenstrahlkopf eine beträchtlich vereinfachte Struktur aufweisen. Zudem dichtet gemäß diesem Tintenstrahlkopf die Druck erzeugende Platte die Fensteröffnung der Tintenkammer weitgehend flüssigkeitsdicht ab (die Fensteröffnung wird sogar flüssigkeitsdicht gehalten, wenn der mittige Abschnitt der Aus­ beulplatte in die Richtung rechtwinklig zu der Wandfläche ver­ setzt ist) und die Tinte bewegt sich nicht zur rückwärtigen Seite der Ausbeulplatte herum hin (entgegengesetzt einer der Tintenausstoßöffnung gegenüberliegenden Seite). Aus diesem Grund können die Ausstoßkraft und die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte vergrößert werden. Weiterhin kann die Heiztemperatur der Heizungsschicht einen Wert von weitgehend höchstens 100°C einnehmen, was bedeutet, daß eine solch extrem hohe Temperatur (1000°C) wie bei dem bekannten Bubble Jet System nicht notwen­ dig ist. Aus diesem Grund werden ein reduzierter Energiever­ brauch und eine hohe Zuverlässigkeit erreicht, so daß die Le­ bensdauer des Tintenstrahlkopfes verlängert werden kann.

Bei dem Tintenstrahlkopf nach einer Ausführungsform besitzt die Ausbeulplatte eine ovale Plattenform. Daher kann eine kleinere Ausbeulenergie eine bestimmte Versetzung in die Richtung recht­ winklig zu der Wandfläche hervorrufen als es der Fall ist, wenn die Ausbeulplatte eine rechteckige Platte ist. Daher können ei­ ne große Ausstoßkraft und eine große Ausstoßgeschwindigkeit bei kleinem Energieverbrauch erreicht werden. Darüber hinaus tritt anders als bei dem Fall, bei dem die Ausbeulplatte eine recht­ eckige Platte ist, keine Spannungskonzentration in der Ausbeul­ platte in ausgebeultem Zustand auf. Aus diesem Grund kann die Ermüdung der Ausbeulplatte und der Heizungsschicht verringert werden, so daß die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes weiter verlängert werden kann.

Nach einer Ausführungsform des Tintenstrahlkopfes ist die Aus­ beulplatte an dem Bereich zwischen den beiden Endbereichen der Ausbeulplatte, die an der Wandfläche angeordnet sind in ihrer Dicke verringert ausgebildet und daher besitzt die Ausbeulplat­ te verglichen mit dem Fall, bei dem die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke aufweist ein verringertes Volumen. Daher kann ein kleinerer Energieverbrauch die Temperatur der Ausbeul­ platte auf eine bestimmte Temperatur ansteigen lassen. Infolge­ dessen können eine große Ausstoßkraft und eine große Ausstoßge­ schwindigkeit bei verringertem Energieverbrauch erzielt werden. Darüber hinaus wird die Ausbeulplatte leichter verformt als es der Fall ist, wenn die Ausbeulplatte von gleichförmiger Dicke ist und daher wird die Belastung der Ausbeulplatte und der Hei­ zungsschicht verringert. Daher kann die Ermüdung der Ausbeul­ platte und der Heizungsschicht verringert werden, so daß die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfes weiter verlängert werden kann.

Gemäß dem Tintenstrahlkopf nach einer Ausführungsform besitzt die Ausbeulplatte eine Scheibenform und bezüglich der Dicke Ro­ tationssymmetrie und daher kann eine weit geringere Ausbeule­ nergie eine bestimmte Versetzung in die Richtung rechtwinklig zu der Wandfläche hervorrufen als es der Fall ist bei einer Ausbeulplatte Form ovaler Plattenform.

Zudem ist die Dicke des Sektorbereiches zwischen den Mustern der Heizungsschicht der Ausbeulplatte dünner ausgebildet als die Dicke des restlichen Bereiches der Ausbeulplatte, was be­ deutet, daß die Ausbeulplatte ein geringeres Volumen aufweist als bei dem Fall, wenn die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke besitzt. Daher kann ein geringerer Einsatz an Energie die Temperatur der Ausbeulplatte auf eine bestimmte Temperatur an­ steigen lassen. Als ein Ergebnis dieser Faktoren kann eine gro­ ße Ausstoßkraft und eine große Ausstoßgeschwindigkeit bei klei­ nem Energiebedarf erreicht werden.

Darüber hinaus besitzt die Ausbeulplatte eine Scheibenform und daher tritt keine Spannungskonzentration auf in dem Zustand, bei dem die Platte ausgebeult ist ähnlich demjenigen Fall, bei dem die Ausbeulplatte eine ovale Plattenform besitzt. Darüber hinaus ist die Ausbeulplatte teilweise beziehungsweise be­ reichsweise bezüglich ihrer Dicke verringert ausgebildet und daher wird sie leichter verformt als bei einem Fall, wenn die Ausbeulplatte eine gleichförmige Dicke besitzt. Daher wird die Standzeit des Tintenstrahlkopfes weiter vergrößert werden.

Nach einer Ausführungsform des Tintenstrahlkopfes ist die Aus­ beulplatte aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Im all­ gemeinen besitzt Metall einen großen Elastizitätsmodul, einen großen linearen Ausdehnungskoeffizienten und eine große thermi­ sche Leitfähigkeit und weist infolgedessen ein hohes Ausmaß an Verformbarkeit auf. Daher kann bei einer aus einem metallischen Werkstoff gefertigten Ausbeulplatte eine große Ausstoßkraft und eine große Ausstoßgeschwindigkeit gewonnen werden, wodurch es ermöglicht wird, den Frequenzgang zu verbessern. Zudem kann die Standzeit des Tintenstrahlkopfes verlängert werden.

Bei dem Tintenstrahlkopf ist es nach einer Ausführungsform vor­ gesehen, daß die Ausbeulplatte eine Scheibenform aufweist und ihr Umfangsbereich über den gesamten Umfang an der Wandfläche angeordnet ist und bei einem Werkstoff, der die Ausbeulplatte bildet, mit einem Elastizitätsmodul E (GPa), einem Poissonschen Beiwert ν und einem Koeffizienten der linearen Ausdehnung α (/°C), wobei die Ausbeulplatte einen Durchmesser D (µm) besitzt und die Ausbeulplatte durch die Erwärmung mit der Heizungs­ schicht einer Temperaturveränderung (°C) ausgesetzt ist, die Dicke h (µm) der Ausbeulplatte dann innerhalb des Bereiches

0<h<{3αtD²(1+ν)/(π²+4c)}^1/2 (wobei c=1.22 eine Konstante ist)

eingestellt ist, so daß die Ausbeulplatte eine Ausbeulenergie zur Aufbringung eines Druckes auf die Tintenflüssigkeit inner­ halb der Tintenkammer erzeugt.

Bei dem Tintenstrahlkopf besitzt die Ausbeulplatte eine Schei­ benform und ist über dem gesamten Umfang der Ausbeulplatte an der Wandfläche angeordnet. Weiterhin wird die Dicke h der Aus­ beulplatte innerhalb des folgenden Bereiches eingestellt:

0<h<{3αtD²(1+ν)/(π²+4c)}^1/2 (wobei c=1.22 eine Konstante ist)

und daher kann die Ausbeulplatte eine Ausbeulenergie zur Auf­ bringung eines Druckes auf die Tintenflüssigkeit innerhalb der Tintenkammer erzeugen.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei einem aus der Tintenaus­ stoßöffnung auszustoßenden Tintentröpfchen mit einer Masse m (kg), einer Ausstoßgeschwindigkeit v (m/s) und einer Oberflä­ chenausdehnung S (µm²), wobei die Tintenflüssigkeit eine Ober­ flächenspannung σ (N/m), einen Koeffizienten der Viskosität µ (mPa·s) und eine Dichte ρ (kg/m³) besitzt, und die Tintenaus­ stoßöffnung (47a) eine Länge (µm), einen Innendurchmesser d (µm) aufweist und ein Verlustfaktor ξ ist, die Dicke h (µm) der Ausbeulplatte (42) innerhalb eines Bereiches eingestellt, der dem folgenden Ausdruck genügt:

2EhD²C₂²/π³(1-ν²)<mv²/2+σS+32mvlµ/d²ρ+ξmv²/2

(wobei C₂ = π²{h²(π²+4c)-3αtD²(1+ν)}/12D²)

so daß die Ausbeulenergie eine zum Ausstoßen des Tintentröpf­ chens aus der Tintenkammer heraus erforderliche Energie über­ schreitet.

Bei dem Tintenstrahlkopf wird die Dicke h der Ausbeulplatte in einem Bereich eingestellt, der dem folgenden Ausdruck genügt:

2EhD²C₂²/π³(1-ν²)<mv²/2+σS+32mvlµ/d²ρ+ξmv²/2

(wobei C₂ = π²{h²(π²+4c)-3αtD²(1+ν)}/12D²)

und daher kann die Ausbeulenergie die zum Ausstoßen eines Tin­ tentropfens aus der Tintenkammer heraus erforderliche Energie überschreiten.

Nach einer Ausführungsform des Tintenstrahlkopfes wird die Dic­ ke h der Ausbeulplatte auf einen optimalen Wert h_S eingestellt, der ausgedrückt wird durch:

h_S = {3αtD²(1+ν)/5(π²+4c)}^1/2

und daher kann die Ausbeulenergie maximiert werden.

Es ist ein Tintenstrahlkopf vorgesehen, der in seiner Tinten­ kammer (6a) Druck erzeugt, um eine Tintenflüssigkeit (100) durch eine Tintenausstoßöffnung (7a) aus der Kammer heraus nach außen auszustoßen und miniaturisiert werden kann, die Ausstoß­ kraft und die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte vergrößert und eine lange Standzeit sicherstellt. Die Tintenkammer (6a) be­ sitzt eine Fensteröffnung (4a) an einer Wandfläche (4) gegen­ über der Tintenausstoßöffnung (7a). Es ist eine Druckerzeu­ gungsplatte (2) aus einem flexiblen Material vorgesehen, die die Fensteröffnung (4a) im wesentlichen flüssigkeitsdicht ab­ dichtet. Die Druckerzeugungsplatte (2) ist mit ihren beiden Endbereichen an der Wandfläche (4) angeordnet und zwar in we­ nigstens einer Richtung bezüglich ihres Umfangsbereiches (2c). Die Druckerzeugungsplatte (2) ist mit einer Verformungseinrich­ tung (1) versehen, um die Druckerzeugungsplatte in einem nicht versetzten Zustand zu verbringen, während dessen die Drucker­ zeugungsplatte flach ist und in einen versetzten Zustand, wäh­ rend dessen ihr mittiger Bereich (2a) zwischen den beiden an der Wandfläche (4) angeordneten Enden in einer Richtung recht­ winklig zu der Wandfläche (4) versetzt ist.

Obwohl die Erfindung wie vorstehend dargelegt beschrieben wor­ den ist, ist es offensichtlich, daß sie auf vielfältige Weise modifiziert werden kann. Solche Modifikationen werden nicht als Abweichung vom Wesen und dem Umfang der Erfindung angesehen und alle diese dem Fachmann offensichtlichen Modifikationen sind von den beigefügten Ansprüchen umfaßt.

Claims (10)

1. Tintenstrahlkopf (10, 20, 30, 40, 50) zur Erzeugung eines Druckes in einer Tintenkammer (6a, 16a, 26a, 36a, 46a) zur Ab­ gabe einer Tintenflüssigkeit (100, 110, 120, 130, 140) in der Tintenkammer (6a, 16a, 26a, 36a, 46a) durch eine Tintenausstoß­ öffnung (7a, 17a, 27a, 37a, 47a) nach außerhalb der Tintenkam­ mer (6a, 16a, 26a, 36a, 46a), wobei die Tintenkammer eine Fensteröffnung (4a) an einer Wandfläche gegenüber der Tintenausstoßöffnung (7a, 17a, 27a, 37a, 47a) aufweist, mit:
einer Druckerzeugungsplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52), deren Umfangsbereich beide Endbereiche wenigstens in einer Richtung an der Wandfläche in einem Zustand angeordnet aufweist, bei dem die Druckerzeugungsplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52) die Fenster­ öffnung (4a) im wesentlichen flüssigkeitsdicht abdichtet; und
einer Verformungseinrichtung (1, 11, 21, 31, 41) zum Ver­ setzen der Druckerzeugungsplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52) in ei­ nen nicht versetzten Zustand, bei dem die Druckerzeugungsplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52) flach ist und in einen versetzten Zu­ stand, bei dem ein mittiger Abschnitt der Druckerzeugungsplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52) zwischen den beiden an der Wandfläche angeordneten Endbereichen in eine Richtung rechtwinklig zur Wandfläche versetzt ist.

2. Tintenstrahlkopf (10, 20, 30, 40, 50) nach Anspruch 1, wobei die Druckerzeugungsplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52) eine Ausbeul­ platte ist, die in einen nicht versetzten Zustand bringbar ist, bei dem im wesentlichen keine Temperaturspannung auftritt und einen versetzten Zustand, bei dem die Ausbeulplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52) thermisch zur Ausbeulung nach einer Erwärmung ver­ größert ist und
die Verformungseinrichtung (1, 11, 21, 31, 41) eine Hei­ zungsschicht (1, 11, 21, 31, 41) ist, die an einer Oberfläche der Ausbeulplatte oder innerhalb der Ausbeulplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52) parallel zu der Oberfläche vorgesehen ist und nach einer Spannungsversorgung Wärme erzeugt.

3. Tintenstrahlkopf (30) nach Anspruch 2, wobei die Ausbeul­ platte (22) eine ovale Plattenform aufweist.

4. Tintenstrahlkopf (40, 50) nach Anspruch 2, wobei die Aus­ beulplatte (32, 42) wenigstens an ihrem Abschnitt (32b, 42b) zwischen den beiden Endbereichen (32c, 42c) eine teilweise ver­ ringerte Dicke besitzt.

5. Tintenstrahlkopf (50) nach Anspruch 2, wobei
die Ausbeulplatte (42) eine Scheibenform aufweist und ih­ ren Umfangsbereich über dem gesamten Umfang an der Wandfläche angeordnet aufweist,
die Heizungsschicht (41) in einem sich weitgehend radial von dem mittigen Bereich zu dem Umfangsbereich der Ausbeulplat­ te (42) erstreckenden Muster ausgebildet ist, und
die Ausbeulplatte (42) an ihren Sektorbereichen (42b), die zwischen den Mustern (41c) der Heizungsschicht (41) bestehen, eine Dicke aufweist, die dünner ist als ein anderer Abschnitt (42c) als die Sektorbereiche (42b) der Ausbeulplatte (42).

6. Tintenstrahlkopf (10, 20, 30, 40, 50) nach Anspruch 2, wobei die Ausbeulplatte (2, 12, 22, 32, 42, 52) aus einem metalli­ schen Werkstoff gefertigt ist.

7. Tintenstrahlkopf (50) nach Anspruch 2, wobei
die Ausbeulplatte (42, 52) eine Scheibenform aufweist und ihr Umfangsbereich über den gesamten Umfang an der Wandfläche angeordnet ist und
bei einem Werkstoff, der die Ausbeulplatte (42, 52) bil­ det, mit einem Elastizitätsmodul E (GPa), einem Poissonschen Beiwert ν und einem Koeffizienten der linearen Ausdehnung α (/°C), wobei die Ausbeulplatte einen Durchmesser D (µm) besitzt und die Ausbeulplatte (42, 52) durch die Erwärmung mit der Hei­ zungsschicht (41) einer Temperaturveränderung (°C) ausgesetzt ist, die Dicke h (µm) der Ausbeulplatte (42, 52) dann innerhalb des Bereiches 0<h<{3αtD²(1+ν)/(π²+4c)}^1/2 (wobei c=1.22 eine Konstante ist)eingestellt ist, so daß die Ausbeulplatte (42) eine Ausbeule­ nergie zur Aufbringung eines Druckes auf die Tintenflüssigkeit (140) innerhalb der Tintenkammer (46a) erzeugt.

8. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 7, wobei bei einem aus der Tintenausstoßöffnung (47a) auszustoßen­ den Tintentröpfchen mit einer Masse m (kg), einer Ausstoßge­ schwindigkeit v (m/s) und einer Oberflächenausdehnung S (µm²), wobei die Tintenflüssigkeit (140) eine Oberflächenspannung σ (N/m), einen Koeffizienten der Viskosität µ (mPa·s) und eine Dichte ρ (kg/m³) besitzt, und die Tintenausstoßöffnung (47a) eine Länge (µm), einen Innendurchmesser d (µm) aufweist und ein Verlustfaktor ξ ist, die Dicke h (µm) der Ausbeulplatte (42) innerhalb eines Bereiches eingestellt ist, der dem folgenden Ausdruck genügt: 2EhD²C₂²/π³(1-ν²)<mv²/2+σS+32mvlµ/d²ρ+ξmv²/2(wobei C₂ = π²{h²(π²+4c)-3αtD²(1+ν)}/12D²)so daß die Ausbeulenergie eine zum Ausstoßen des Tintentröpf­ chens aus der Tintenkammer (46a) heraus erforderliche Energie überschreitet.

9. Tintenstrahlkopf (50) nach Anspruch 7, wobei die Dicke h der Ausbeulplatte (42, 52) auf einen optimalen Wert h_S eingestellt ist, der durch h_S = {3αtD²(1+ν)/5(π²+4c)}^1/2ausgedrückt ist, so daß die Ausbeulenergie maximiert ist.

10. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 8, wobei die Dicke h der Ausbeulplatte (42, 52) auf einen optimalen Wert h_S eingestellt ist, der durch h_S = {3αtD²(1+ν)/5(π²+4c)}^1/2ausgedrückt ist, so daß die Ausbeulenergie maximiert ist.