DE60000584T2

DE60000584T2 - Tintenstrahldruckkopf mit verbesserten Tintenzufuhrkanälen

Info

Publication number: DE60000584T2
Application number: DE60000584T
Authority: DE
Inventors: Satoru Hosono; Tomoaki Takahashi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: EP1024003A3; EP1024003A2; DE60000584D1; EP1024003B1; US20020167569A1; US6557985B2; ATE226146T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahl- Bildaufzeichnungsvorrichtung, die als Tintenstrahldrucker verwendet wird, einen Tintenstrahlplotter, oder dergleichen, und einen darin aufgenommenen Tintenstrahldruckkopf.
Ein Druckknopf im Stand der Technik setzt eine Konfiguration ein, in der eine Vielzahl von druckerzeugenden Kammern, die jeweils eine Düsenöffnung besitzen, nebeneinander gebildet ist, ein länglicher, gemeinsamer Tintenbehälter ist entlang einer Anordnungsrichtung der druckerzeugenden Kammern gebildet, der gemeinsame Tintenbehälter und die druckerzeugenden Kammern sind derart ausgeführt, um miteinander durch Tintenzufuhrkanäle zu kommunizieren, jede druckerzeugende Kammer ist mit einem druckerzeugenden Element über eine Vibrationsplatte ausgestattet, und ein Tintentropfen wird durch die Düsenöffnung ausgestoßen, wenn das druckerzeugende Element das Auftreten einer Druckfluktuation in der druckerzeugenden Kammer verursacht. Der gemeinsame Tintenbehälter besitzt eine sich verjüngende Form, wobei die Breite der Strömungspassage in linken und rechten Endabschnitten unter dem größten Abstand von einem Tintenzufuhrrohr zum Zuführen von Tinte zu dem gemeinsamen Tintenbehälter zum Zwecke des Verringerns der Querschnittsfläche verengt ist, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der Tinte erhöht ist, wodurch verbleibende Blasen während des Füllens mit Tinte oder während des Reinigens beim Saugen durch die Düsenöffnungen beseitigt werden.
Eine Fläche des gemeinsamen Tintenbehälters ist durch einen elastischen Film aufgeteilt, was eine große Nachgiebigkeit zum Zwecke des Absorbierens des Drucks von Tinte, die von dem Tintenzufuhrkanal während des Tintenausstoßes zurückfließt ergibt und Tinte schnell zu jeder druckerzeugenden Kammer fördert.
Falls allerdings mit dem Druckkopf des Standes der Technik die druckerzeugenden Elemente in demselben Zustand betrieben werden, tritt ein Phänomen auf, in welchem die Strahlcharakteristik eines durch die Düsenöffnung der druckerzeugenden Kammer, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter an dessen Endabschnitt (Endabschnitt in einem Abstand von dem Tintenzufuhrrohr) kommuniziert, ausgestoßenen Tropfens sich von der Strahlcharakteristik eines durch irgendeine andere Düsenöffnung ausgestoßenen Tropfens unterscheidet. Es ist zu erwarten, dass ein solches Phänomen auftritt, da ein Druckabfall an dem Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters auftritt, und negativer Druck tritt am dem Eingang des Tintenzufuhrkanals auf. Um dieses Problem zu lösen, wurde in Betracht gezogen, dass die Nachgiebigkeit des gemeinsamen Tintenbehälters vergrößert wird, jedoch muss der Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters verjüngt sein, um die Blasenausschließfähigkeit zu verbessern, und somit ist es schwierig, den Abschnitt, der Nachgiebigkeit besitzt, einfach zu erweitern.
Es gibt eine Tendenz, die Anzahl von Düsen pro Reihe aufgrund der Anforderungen des Beschleunigens der Bildaufzeichnung, des Vergrößerns des Aufzeichnungsziels, etc. zu erhöhen. Allerdings, falls eine Reinigungspumpe vergrößert wird und die Blasenausschließfähigkeit verbessert wird, wächst die Menge ausgestoßener Tinte an, und somit ist ein Verjüngen der Spitze des gemeinsamen Tintenbehälters unvermeidlich.
JP 58011175 diskutiert, wie eine gleiche Tintenmenge von jeder Düse mit derselben Geschwindigkeit ausgestoßen werden kann.
JP 61100469 offenbart eine Konstruktion, in der mindestens zwei Ausstoßkanalsysteme mit unterschiedlicher Länge in einem Tintenstrahlkopf vorgesehen sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Tintenstrahldruckkopf bereitzustellen, der eine Vielzahl von Düsenöffnungen aufweist und ermöglicht, dass die Strahleigenschaften der Düsenöffnungen gleichmäßig ausgeführt sind, und eine Bilddruckvorrichtung bereitzustellen, welche den obigen Tintenstrahldruckkopf einschließt.
Gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, der aufweist:
einen gemeinsamen Tintenbehälter;
eine Tintenzufuhrpassage zum Zuführen von Tinte zu dem gemeinsamen Tintenbehälter;
eine Vielzahl von Hohlräumen, die in einer Längsrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters angeordnet sind, die druckerzeugende Kammern sind; und
einen Tintenzufuhrkanal, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter und den jeweiligen Hohlräumen kommuniziert,
worin mindestens ein in der Nähe eines längsgerichteten Endabschnitts des gemeinsamen Tintenbehälters gelegener Tintenzufuhrkanal mindestens eines einer unterschiedlichen Querschnittsfläche und einer unterschiedlichen Länge von den anderen Tintenzufuhrkanälen besitzt.
Gemäß der zweiten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß der ersten Zielrichtung, kommuniziert die Tintenzufuhrpassage mit dem gemeinsamen Tintenbehälter im wesentlichen in dem Zentrum dessen Längsrichtung.
Gemäß der dritten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß der ersten oder zweiten Zielrichtung, ist eine Querschnittsfläche des gemeinsamen Tintenbehälters an dessen Endabschnitt verringert.
Gemäß der vierten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf gemäß einer der ersten bis dritten Zielrichtungen, sind Vibrationsdämpfungskoeffizienten der jeweiligen Tintenzufuhrkanäle im wesentliche dieselben.
Gemäß der fünften Zielrichtung der Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, der aufweist: einen gemeinsamen Tintenbehälter, in welchem eine Querschnittsfläche mindestens eines Endabschnitts in Längsrichtung vermindert ist;
eine Zufuhrpassage zum Zuführen von Tinte zu den gemeinsamen Tintenbehältern;
eine Vielzahl von Hohlräumen, die in einer Längsrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters angeordnet sind, die druckerzeugende Kammern sind; und
einen Tintenzufuhrkanal, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter und den jeweiligen Hohlräumen kommuniziert,
worin eine Inertanz mindestens einen Tintenzufuhrkanal, der in der Nähe des Endabschnitts in Längsrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters gelegen ist, geringer ist als eine Inertanz der über den Tintenzufuhrkanäle.
Gemäß der sechsten Zielrichtung der Erfindung, in dem Druckkopf der fünften Zielrichtung, ist das Volumen der jeweiligen Hohlräume konstant ausgeführt.
Gemäß der siebten Zielrichtung der Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, der aufweist:
einen gemeinsamen Tintenbehälter, in welchem eine Querschnittsfläche mindestens eines Endabschnitts in Längsrichtung vermindert ist;
eine Tintenzufuhrpassage zum Zuführen von Tinte zu dem gemeinsamen Tintenbehälter;
eine Vielzahl von Hohlräumen, die in einer Längsrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters angeordnet sind, die druckerzeugende Kammern sind;
einen Tintenzufuhrkanal, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter und den jeweiligen Hohlräumen kommuniziert; und
einen hypothetischen Tintenzufuhrkanal, der aus einer Summe der Länge des Tintenzufuhrkanals, der in der Nähe des Endabschnitts des gemeinsamen Behälters gelegen ist, und der Länge von einem Punkt, an welchem die Querschnittsfläche des gemeinsamen Tintenbehälters anfängt vermindert zu werden, zu einem Punkt des Tintenzufuhrkanals, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter kommuniziert, definiert ist,
worin eine Inertanz der jeweiligen hypothetischen Tintenzufuhrkanäle identisch ist mit einer Inertanz der jeweiligen anderen Tintenzufuhrkanäle.
Gemäß der achten Zielrichtung der Erfindung, in dem Druckkopf gemäß der siebten Zielrichtung, ist das Volumen der jeweiligen Hohlräume konstant ausgeführt.
Gemäß der neunten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf einer der fünften bis achten Zielrichtungen, besitzt der Tintenzufuhrkanal, der in der Nähe des Endabschnitts des gemeinsamen Tintenbehälters gelegen ist, mindestens eines einer unterschiedlichen Querschnittsfläche und einer unterschiedlichen Länge von den anderen Tintenzufuhrkanälen, um dessen Inertanz zu bestimmen.
Gemäß der zehnten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf einer der fünften bis neunten Zielrichtungen, kommunizieren die Tintenzufuhrkanäle mit den zugehörigen Hohlräumen auf einer hypothetischen Linie, die sich in der Anordnungsrichtung der Hohlräume erstreckt.
Gemäß der elften Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf einer der fünften bis zehnten Zielrichtungen, ist die Länge der Tintenzufuhrkanäle, die in der Nähe des Endabschnitts des gemeinsamen Tintenbehälters gelegen sind, vermindert. Eine nachgiebige Region des gemeinsamen Tintenbehälters in der Nähe des Endabschnitts davon ist ausgedehnt in Übereinstimmung mit dem verringerten Betrag der Länge des Tintenzufuhrkanals.
Gemäß der zwölften Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf einer der dritten bis elften Zielrichtungen, ist die Querschnittsfläche stufenweise vermindert.
Gemäß der dreizehnten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf einer der ersten bis zwölften Zielrichtungen, teilt eine Trennung jeden Tintenzufuhrkanal in eine Vielzahl von Kanälen.
Gemäß der vierzehnten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf einer der ersten bis dreizehnten Zielrichtungen, sind die jeweiligen Tintenzufuhrkanäle und ein Teil der jeweiligen Hohlräume durch eine Trennwand derart aufgeteilt, dass ein oberer Abschnitt und eine unterer Abschnitt definiert sind. Die abgeteilten Abschnitte kommunizieren miteinander. Mindestens einer des oberen Abschnitts und des unteren Abschnitts der Tintenzufuhrkanäle sind durch mindestens eine Trennung in die mehrfachen Kanäle aufgeteilt.
Gemäß der fünfzehnten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf der vierzehnten Zielrichtung, sind die in den jeweiligen oberen Abschnitten der Tintenzufuhrkanäle vorgesehenen Trennungen in Übereinstimmung mit Positionen von piezoelektrischen Elementen angeordnet, die auf einer oberen Wand der jeweiligen Hohlräume zu montierten sind. Die in den jeweiligen unteren Abschnitten der Tintenzufuhrkanäle vorgesehenen Trennungen sind in Übereinstimmung mit den Positionen der in den oberen Abschnitten vorgesehenen Trennungen derart angeordnet, dass das Volumen der jeweiligen Hohlräume konstant ist.
Gemäß der sechzehnten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf der vierzehnten bis fünfzehnten Zielrichtungen, sind eine Inertanz der jeweiligen oberen Abschnitte der Tintenzufuhrkanäle und eine Inertanz der jeweiligen unteren Abschnitte der Tintenzufuhrkanäle unterschiedlich.
Gemäß der siebzehnten Zielrichtung der Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt, der aufweist:
einen gemeinsamen Tintenbehälter;
eine Tintenzufuhrpassage zum Zuführen von Tinte zu dem gemeinsamen Tintenbehälter;
eine Vielzahl von Hohlräumen, die in einer Längsrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters angeordnet sind, die druckerzeugende Kammern sind; und
einen Tintenzufuhrkanal, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter und den jeweiligen Hohlräumen kommuniziert;
eine in den jeweiligen Hohlräume gebildete Düsenöffnung;
einen Druckerzeuger zum Beaufschlagen der jeweiligen druckerzeugenden Kammern mit Druck, um einen Tintentropfen von dort auszustoßen; und
einen Regler zum Erzeugen eines Antriebssignals, um den Druckerzeuger zu regeln,
worin die Geschwindigkeit des von den jeweiligen Düsenöffnungen ausgestoßenen Tintentropfes innerhalb ±5% eines gewünschten Wertes liegt, wenn die jeweiligen druckerzeugenden Kammern durch den Druckerzeuger in Übereinstimmung mit dem im wesentlichen selben Antriebssignals mit Druck beaufschlagt werden.
Gemäß der achtzehnten Zielrichtung der Erfindung, in dem Tintenstrahldruckkopf der siebzehnten Zielrichtung, besitzt mindestens ein Tintenzufuhrkanal, der in der Nähe des mindestens einen Endabschnitts in Längsrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters gelegen ist, mindestens eines einer unterschiedlichen Querschnittsfläche und einer unterschiedlichen Länge von den anderen Tintenzufuhrkanälen.
Gemäß der neunzehnten Zielrichtung der Erfindung wird eine Tintenstrahldruckvorrichtung bereitgestellt, die einen Tintenstrahldruckkopf gemäß einer der ersten bis siebzehnten Zielrichtungen aufweist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den begleitenden Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer Bilddruckvorrichtung, die einen Tintenstrahldruckkopf der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 2 ist eine explosionsartige Perspektivansicht des Druckkopfes aus Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines in dem Druckkopf gebildeten Aktuators;
Fig. 4 ist eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines Kanalbildungsubstrats;
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Vibrationssystem des Druckkopfes durch eine äquivalente Schaltung repräsentiert;
Fig. 6 ist eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines Kanalbildungssubstrats;
Fig. 7 ist eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform eines Kanalbildungssubstrats;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, um den Hauptteil des Druckkopfes zu zeigen, geführt entlang des Pfeils X in Fig. 10;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht, um dem Hauptteil des Druckkopfes zu zeigen, geführt entlang des Pfeils Y in Fig. 10;
Fig. 10 ist eine Draufsicht einer vierten Ausführungsform eines Kanalbildungssubstrats;
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe eines verengten Bereichs eines gemeinsamen Tintenbehälters;
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung des Hauptteils einer Ausführungsform, worin ein vergrößerter, nachgiebiger Bereich in Übereinstimmung mit einer Verkürzung der Tintenzufuhrkanäle gebildet ist;
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung des Hauptteils einer weiteren Ausführungsform, worin ein vergrößerter, nachgiebiger Bereich in Übereinstimmung mit einer Verkürzung der Tintenzufuhrkanäle gebildet ist;
Fig. 14 ist eine schematische Darstellung des Hauptteils einer Ausführungsform, worin die Nachgiebigkeit eines Tintenzufuhrkanals korrigiert ist durch Verändern der Strömungspassagenbreite des Tintenzufuhrkanals; und
Fig. 15 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform, worin eine Reihe von Düsenöffnungen in Gruppen aufgeteilt ist, und gemeinsame Tintenbehälter sind in einer eins zu eins Entsprechung mit den Gruppen vorgesehen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der Erfindung gezeigt.
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer Bilddruckvorrichtung 2, die einen Tintenstrahldruckkopf verwendet, der nachfolgend als Druckkopf 1 bezeichnet wird.
Die Bilddruckvorrichtung 2 wird in einem Zustand verwendet, in welchem sie mit einem Computer (nicht gezeigt) zusammen mit einem Scanner (nicht gezeigt) verbunden ist. Ein vorbestimmtes Programm wird auf dem Computer geladen und ausgeführt, wobei die Gesamtheit der Maschinen als Druckvorrichtung in einem Stück funktioniert. In dem Computer läuft ein Anwendungsprogramm unter der Steuerung eines vorbestimmten Betriebssystems und während eine vorbestimmte Verarbeitung für ein Bild etc., eingelesen durch den Scanner, durchgeführt wird, wird ein Bild auf einem CRT-Display (nicht gezeigt) dargestellt. Wenn das Anwendungsprogramm einen Druckauftrag ausgibt, gibt der Computer die durch den Scanner eingelesenen Bilddaten, die durch eine Tastatur eingegebenen Textdaten, und dergleichen, zu der Bilddruckvorrichtung 2 aus.
Die Bilddruckvorrichtung 2 weist einen Schlitten 3 auf, der mit einem Schlittenmotor 5 über einen Antriebsriemen 4 verbunden ist und durch ein Führungselement 6 zum Hin- und Herbewegen in der Papierbreitenrichtung des Druckpapiers 7 geführt ist. Die Bilddruckvorrichtung 2 ist ebenso mit einem Papierzufuhrmechanismus mittels einer Papierzufuhrwalze 7' ausgestattet. Ein Druckkopf 1 ist auf der Seite der Bilddruckvorrichtung 2, die dem Druckpapier gegenüberliegt, angebracht, nämlich der unteren Seite in der Ausführungsform, er empfängt Tinte, die von einem Tintenbehälter 9 zugeführt ist, der auf einem Halter 8 eingesetzt ist, welcher wiederum auf der Oberseite des Schlittens befestigt ist, und strahlt Tintentropfen auf das Papier 7, wenn sich der Schlitten bewegt, wodurch ein Bild, Text etc. gedruckt werden.
Eine Deckeinheit 10 ist in einem Nichtdruckbereich (Nichtaufzeichnungsbereich) außerhalb des Druckpapiers 7 zum Abdichten von Düsenöffnungen des Druckkopfes 1, während Drucken nicht durchgeführt wird, vorgesehen. Daher kann eine Erhöhung der Viskosität der Tinte oder Bildung eines Tintenfilms vermieden. Die Deckeinheit 10 ist mit einer Pumpe über ein Saugrohr, obwohl nicht gezeigt, verbunden; Saugen durch die Düsenöffnungen wird durchgeführt, um Blasen in einer Tintenströmungspassage in dem Druckkopf 1 auszuschließen, wenn Tinte neu eingefüllt wird, oder wenn ein Reinigungsvorgang durchgeführt wird.
Die Oberfläche des Druckkopfes 1 (die mit den Düsenöffnungen ausgebildete untere Fläche) wird durch eine Wischeinheit 11 aufgewischt, die in der Nähe der Deckeinheit 10 platziert ist, um Tintenablagerungen, Papierstaub etc. zu entfernen, die sich auf der Oberfläche des Druckkopfes 1 abgelagert haben.
Fig. 2 ist eine explosionsartige Perspektivansicht des Druckkopfes 1 der Tintenstrahlbilddruckvorrichtung 2, die in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Aktuators des Druckkopfes 1. Fig. 4 ist eine Draufsicht eines Kanalbildungssubstrats 12 des Druckkopfes 1.
Um den in Fig. 1 und 2 gezeigten Druckkopf herzustellen, werden eine Düsenplatte 14, die mit Reihen von Düsenöffnungen 13 gebildet ist, ein Kanalbildungssubstrat 12, das mit Druck erzeugenden Kammern 20 gebildet ist, die mit den Düsenöffnungen 13 kommunizieren, und eine elastische Platte 21, die mit Vibrationsbereichen gebildet ist, welche die druckerzeugenden Kammern 20 wie Inseln überlagern, in dieser Reihenfolge zum Bilden einer Kanaleinheit 22 abgelegt, dann wird die Kanaleinheit 22 auf ein Kopfgehäuse überlagert, das druckerzeugende Elemente 23 trägt, die Spitzen der druckerzeugenden Elemente 23 werden an die Vibrationsbereiche der elastischen Platte angelegt und angeklebt, und die Seite der Düsenplatte 14 wird mit einer Randabdeckung 25 abgedeckt.
Die Düsenplatte 14 weist eine dünne Platte wie eine rostfreie Platte auf, die mit den Düsenöffnungen 13 mit einem Durchmesser von 20 um bis 30 um in Abständen, welche der Punktbildungsdichte entsprechen, gebildet ist. Wie in Fig. 4 gezeigt weist das Kanalbildungssubstrat 12 ein etwa 400 um dickes Silikonsubstrat auf, das durch Nassätzen etc., mit Durchgangslöcher gebildet ist, und die Durchgangslöcher bilden einen gemeinsamen Tintenbehälter 26, längliche Tintenzufuhrkanäle 27, die von dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 zu Positionen, welche die Düsenöffnungen 13 in der Düsenplatte 14 überlagern, gebildet sind, und die druckerzeugenden Kammern 20.
Die elastische Platte 21 weist eine Kompositplatte auf, die aus einer rostfreiem Platte 29 und einem Harzfilm 30 besteht, wobei rostfreie Abschnitte als inselartige Vibrationsbereiche (Inselabschnitte) 31 in den die druckerzeugenden Kammern 20 wie Inseln überlappenden Bereichen gelassen sind, und nur der Harzfilm 30 jeden Vibrationsbereich 31 umgebend belassen ist. Die elastische Platte 21 ist mit einem Tintenzufuhrloch 32 in dem den gemeinsamen Tintenbehälter 26 überlappenden Bereich gebildet.
Das Kopfgehäuse 24 besitzt ein in der Spitzenfläche gebildetes Fenster 33. Wenn die druckerzeugenden Elemente 23, die wie Kammzähne gebildet sind, wobei das Basisende an einem rostfreien Befestigungssubstrat 34 befestigt ist, in das Kopfgehäuse 24 eingefügt werden, dringt die Spitze des druckerzeugenden Elements 23 in das Innere des Fensters 33 ein. Das Kopfgehäuse 24 ist mit einer Tintenzufuhrpassage 35 gebildet.
In dem beschriebenen Druckkopf 1, wenn ein Spannungsimpuls auf das druckerzeugende Element 23 aufgebracht wird, wird das druckerzeugende Element 23 derart zusammengezogen, um das Volumen der druckerzeugenden Kammer 20 auszudehnen, was das Auftreten eines negativen Drucks in der druckerzeugenden Kammer 20 verursacht. Daraus ergibt sich, dass ein Meniskus von Tinte in das Innere der Düsenöffnung 13 gezogen wird, und Tinte fließt in die druckerzeugende Kammer 20 über den Tintenzufuhrkanal 27 von dem gemeinsamen Tintenbehälter 26. Andererseits, wenn ein Entladungsimpuls auf das druckerzeugende Element 23 aufgebracht wird, wird das druckerzeugende Element 23 ausgedehnt, um das Volumen der druckerzeugenden Kammer 20 zu verringern, was das Auftreten positiven Drucks in der druckerzeugenden Kammer 20 verursacht. Daraus ergibt sich, dass ein Tintentropfen durch die Düsenöffnung 13 ausgestoßen. In dem Betrieb werden Ausdehnung und Zusammenziehen des druckerzeugenden Elements 23 über den Vibrationsbereich 31 auf die elastische Platte 21 übertragen.
Die Ausführungsform des in Fig. 4 gezeigten Kanalbildungssubstrats 12 ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass die Tintenzufuhrpasse 35 mit einem Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters 26 kommuniziert, und somit sind die Tintenzufuhrkanäle 27, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in dem Bereich eines gegenüberliegenden Endabschnitts in einem Abstand von der Tintenzufuhrpasse 35 kommunizieren, graduell erweitert in der Richtung von einer Düse 13-4 zu einer Düse 13-1. In anderen Worten die Tintenzufuhrkanäle 27 sind graduell erweitert, wenn sie von dem Zentrum des gemeinsamen Tintenbehälters 26 und dessen Spitze positioniert sind.
Der gemeinsame Tintenbehälter 26, der in dem Kanalbildungssubstrat 12 gebildet, besitzt eine gleichmäßige Tiefe, sodass die Querschnittsflächen der Eingänge der Tintenzufuhrkanäle 27 (Zufuhröffnungen entsprechend zu der Düse 13-4 bis Düse 13-1) graduell vergrößert sind und Variationen in der Tintengeschwindigkeit und der Tintenmenge, die von der Düse 13-4 zu der Düse 13-1 auftreten, können unterdrückt werden.
Das Prinzip wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 diskutiert.
Mn, Ms und Ma sind Inertanzen der Düsenöffnungen 13, des Tintenzufuhrkanals 27 bzw. des druckerzeugenden Elements 23. Rn, Rs und Ra sind Widerstände der Düsenöffnung 13, des Tintenzufuhrkanals 27 bzw. des druckerzeugenden Elements 23. Cn, Cc und Ca sind Nachgiebigkeiten der Düsenöffnung 13, der druckerzeugenden Kammer bzw. des druckerzeugenden Elements 23. Us und Un sind Volumengeschwindigkeiten der in die Seite der Düsenöffnung 13 fließenden Tinte und der in die Seite des Tintenzufuhrkanals 27 fließenden Tinte. Ua ist die Volumengeschwindigkeit von Tinte pro Zeiteinheit, die in der druckerzeugenden Kammer auftritt, wenn das druckerzeugende Element 23 arbeitet. Daher wird die Summe der Geschwindigkeiten Un und Us Ua.
Die Oszillationsfrequenz der in die druckerzeugende Kammer 20 (Fink) fließenden Tinte ist durch folgenden Ausdruck dargestellt:
In dieser Ausführungsform Mn = 1,27 · 10&sup8; (kg/m&sup4;), Ms = 1,50 · 10&sup8; (kg/m&sup4;), und Cc = 2,44 · 10&supmin;²&sup0; (m&sup5;/N), so dass sich für Fink etwa 123 kHz ergibt.
Obwohl das Verhältnis zwischen Un und Us durch das Verhältnis zwischen dem Widerstand auf der Düsenseite Zn und dem Widerstand auf der Tintenzufuhrseite Zs bestimmt ist, kann angenommen werden, dass Zn = Mn, und dass Zs = Ms, da Fink eine sehr hohe Geschwindigkeit ist.
Daher Un/Us = Mn/Ms, und Un/Us kann durch Einstellen von Ms der Tintenzufuhröffnung gesteuert werden. Da angenommen werden kann, dass die Geschwindigkeit der durch die Düsenöffnung ausgestoßenen Tinte die Volumengeschwindigkeit Un (m³/s) geteilt durch die Düsenöffnungsfläche (m²) ist, falls Un verringert ist, kann die Tintengeschwindigkeit vermindert werden. Gleichermaßen, falls Un verringert ist, kann die Tintenmenge ebenso vermindert werden.
Ms kann durch folgenden Ausdruck dargestellt werden:
Ms = ρl/S
wobei
ρ: Dichte der Tinte
l: Länge des Tintenzufuhrkanals 27
S: Querschnittsfläche des Tintenzufuhrkanals 27
Somit ist die Querschnittsfläche des Tintenzufuhrkanals 27, S, vergrößert wodurch sich Ms verkleinert und die Tintengeschwindigkeit und die Tintenmenge können gesteuert bzw. geregelt werden.
Falls die Länge des Tintenzufuhrkanals 27 verkürzt wird, kann ein ähnlicher Effekt wie oben beschrieben bereitgestellt werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 6 gezeigt ist, diskutiert. Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass eine Tintenzufuhrpassage 35 etwa im Zentrum in Bezug auf die Längenrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters 26 positioniert ist. Eine derartige Zusammensetzung ermöglicht es, die Länge von der Tintenzufuhrpassage 35 zu dem Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters 26 etwa halb so lang auszuführen als in der ersten Ausführungsform; falls die Düsenreihe lang wird, kann ein Kopfverlustproblem, das durch die Querschnittsfläche und die Länge des gemeinsamen Tintenbehälters 26 verursacht ist, umgangen werden.
In der Ausführungsform wird der Abstand von der Tintenzufuhrpassage 35 zu einem Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters 26 derselbe wie derjenige von der Tintenzufuhrpassage 35 zu einem gegenüberliegenden Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters 26, somit sind beide Endabschnitte derart geformt, um sich zu verjüngen, wobei die Querschnittsflächen graduell abnehmen, und Tintenzufuhrkanäle 27, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in dem Bereich des verjüngten Endabschnitts (verengter Bereich 36) kommunizieren, sind graduell erweitert, wenn sie von dem Zentrum zu der Spitze positioniert sind.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 7 gezeigt ist, diskutiert. Die dritte Ausführungsform der Erfindung ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Tintenzufuhrkanäle 27 für eine druckerzeugende Kammer 20 gebildet ist.
In der ersten Ausführungsform besitzt der gemeinsame Tintenbehälter 26 eine ausgezeichnete Blasenausschließungsfähigkeit, und die Tintenmenge und die Tintengeschwindigkeit an dem Endabschnitt können korrigiert werden; um das Drucken weiter zu beschleunigen, ist es notwendig, eine Vibration der Tinte in der druckerzeugenden Kammer 20 effizient zu dämpfen.
Ein Dämpfungskoeffizient kann im allgemeinen durch Ms/Rs dargestellt werden.
Hier kann Rs durch folgenden Ausdruck dargestellt werden:
Rs = 12ul/Wt³
wobei
u: Viskosität of Tinte (Pa·s)
l: Länge des Tintenzufuhranschlusses (Tintenzufuhrkanal 27) (m)
W: lange Seite des Querschnitts des Tintenzufuhranschlusses (wenn Tintenzufuhranschluss einen rechteckigen Querschnitt besitzt)
t: kurze Seite des Querschnitts des Tintenzufuhranschlusses (wenn Tintenzufuhranschluss einen rechteckigen Querschnitt besitzt).
In der Ausführungsform ist ein Kanalbildungssubstrat 12 200- 500 um dick und ein Tintenzufuhrkanal 27 ist 10-50 um breit, so dass wenn ein Versuch gemacht wird, Ms durch Einstellen der Breite des Tintenzufuhrkanals 27 wie in der ersten Ausführungsform zu vermindern, Rs sich proportional zur dritten Potenz der Breite vermindert.
Da der Dämpfungskoeffizient Mn/Rn kleiner ist, kann Vibration von Tinte schneller gedämpft werden; allerdings können die Tintengeschwindigkeit und die Tintenmenge vermindert werden durch Einstellen der Breite des Tintenkanals 27, jedoch verschlechtert sich die Dämpfung, was das Realisieren von Hochgeschwindigkeitsdrucken im Wege steht.
Die dritte Ausführungsform ist allerdings durch die Tatsache gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Tintenzufuhrkanälen 27 für eine druckerzeugende Kammer 20 vorgesehen sind, so dass Mn parallel betrachtet werden kann, und es wird ermöglicht, Mn an dem Endabschnitt als Äquivalent zu dem Tintenzufuhrkanal 27 einzustellen, wobei der Dämpfungskoeffizient Mn/Rn durch Einstellen der Länge l, der Breite W und der Tiefe t des Tintenzufuhrkanals 27 nicht korrigiert ist.
In der Ausführungsform ist in dem Tintenzufuhrkanal 27 eine Trennung, etc., nicht gebildet, jedoch das Innere des Tintenzufuhrkanals 27 kann sich nach oben und unten oder nach links und rechts verzweigen und sich mit der druckerzeugenden Kammer 20 verschmelzen.
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen, von den Tintenzufuhrkanälen 27, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 kommunizieren, sind die Tintenzufuhrkanäle 27, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 an dessen Endabschnitt kommunizieren, unterschiedlich ausgeführt zumindest entweder in ihrer Querschnittsfläche oder der Länge von den Tintenzufuhrkanälen 27, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 an anderen Teilen als dem Endabschnitt kommunizieren, ausgeführt, wodurch gleichmäßige Strahleigenschaften von durch die Düsenöffnungen 13 ausgestoßenen Tintentropfen erzielt werden. Das heißt, die Tintenzufuhrmengen und die Tintentropfengeschwindigkeiten werden gleichmäßig gemacht, um die Druckqualität zu erhöhen. Dies bedeutet, dass von Tintenpfaden von den Tintenzufuhrkanälen 27, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 durch die druckerzeugenden Kammern 20, welche mit den Tintenzufuhrkanälen 27 kommunizieren, zu den Düsenöffnungen 13 der druckerzeugenden Kammern 20, die Tintenpfade, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in den verengten Bereichen 36 kommunizieren, unterschiedlich ausgeführt sind zumindest hinsichtlich Form, Länge oder Querschnittsfläche von den Tintenpfaden, die mit dem gemeinsamen Tintenbehältern 26 in anderen Bereichen als in beengten Bereichen 36 kommunizieren, wodurch die Geschwindigkeiten von durch die Düsenöffnungen 13 ausgestoßenen Tintentropfen gleichmäßig gemacht werden.
Nachfolgend beschriebene Ausführungsformen sind zur weiteren Verbesserung der Druckqualität vorgesehen.
Zum leichteren Verständnis wird eine ausführliche Beschreibung gegeben, obwohl ein Teil der Beschreibung mit den oben beschriebenen Ausführungsformen doppelt ist.
Ein in Fig. 8 und 9 gezeigter Druckkopf, wie derjenige der oben beschriebenen Ausführungsformen, ist etwa durch Einfügen eines piezoelektrischen Vibrators 41 als Druckerzeugniselement in eine Gehäusekammer 40 eines Kopfgehäuses 24 von einer Öffnung mit den Spitzen wie Kammzinken entgegengesetzt zu einer entgegengesetzten Öffnung (Fenster 33), Verbinden einer Kanaleinheit 22 mit der Oberfläche des Kopfgehäuses 24 auf der Öffnungsseite (Bodenfläche), und Anlegen und Befestigen der kammzinkenartigen Spitzen des piezoelektrischen Vibrators 41 gegen und an vorbestimmte Teile der Kanaleinheit 22, gebildet.
Die Kanaleinheit 22, wie diejenige der oben beschriebenen Ausführungsform, weist eine Düsenplatte 14 und eine elastische Platte 21, die auf beiden Seiten mit einem Kanalbildungssubstrat 12 dazwischen abgelegt ist, auf.
Die Düsenplatte 14 ist eine rostfreie, dünne Platte, die mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen in Reihen in Abständen entsprechend zu der Punktbildungsdichte gebildet. In der Ausführungsform sind fünf Reihen von Düsenöffnungen 13 (96 Düsenöffnungen pro Reihe) mit Abständen von 0,141 mm (180 dpi) ausgeführt. Die Düsenplatte 14 kann integral mit irgendeinem anderen Element wie dem Kanalbildungssubstrat 12 geformt bzw. gegossen sein.
Das Kanalbildungssubstrat 12, das auf einer Fläche der Düsenplatte 14 abgelegt ist, ist ein plattenartiges Element, das mit nebeneinander angeordneten Hohlräumen gebildet ist, die die druckerzeugenden Kammern 20 entsprechend zu den Düsenöffnungen 13 der Düsenplatte 14 werden, in einem Zustand, in welchem sie durch Trennwände getrennt sind, gebildet mit einem Hohlraum, der ein gemeinsamer Tintenbehälter 26 entlang der Anordnungsrichtung der druckerzeugenden Kammern 20 wird, und gebildet mit Hohlräumen, die Tintenzufuhrkanäle 27 werden, durch welche der gemeinsame Tintenbehälter 26 mit den druckerzeugenden Kammern 20 kommuniziert.
Der gemeinsame Tintenbehälter 26 ist eine Kammer zum Zuführen von in einem Tintenbehälter 9 gespeicherter Tinte zu den druckerzeugenden Kammern 20; eine Tintenzufuhrpassage 35 kommuniziert mit dem gemeinsamen Tintenbehälter annähernd im Zentrum in der Längsrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters 26, und ein beengter Bereich 36, bei dem die Strömungspassagenbreite derart verengt ist, um die Querschnittsfläche im Vergleich zu irgendeinem anderen Teil zu vermindern, ist in jenem Endabschnitt in einem Abstand von der Tintenzufuhrpassage 35 (line und rechte Endabschnitte) eingestellt, wie in Fig. 10 gezeigt. Um den verengten Bereich 36 zu bilden, wobei die Seite der druckerzeugenden Kammern 20 gerade bleibt, wird die Seite auf der gegenüberliegenden Seite zu den druckerzeugenden Kammern 20 geknickt oder gebogen und nahe zu den druckerzeugenden Kammern 20 gebracht. Der Abschnitt zwischen dem nahen linken oder rechten Abschnitt der Tintenzufuhrpassage 35 (zentraler Abschnitt) und des verengten Bereichs 36 ist in geeigneter Weise zur Verbindung geneigt; in der Ausführungsform ist der vordere Abschnitt des verengten Bereichs 36 zu der Seite der druckerzeugenden Kammer 20 unter einem steileren Spitzenwinkel als irgendein anderer Abschnitt geneigt, wodurch der verengte Bereich 36 auf mehr als einer Stufe gebildet ist.
Die druckerzeugende Kammer 20 ist eine in einer Richtung senkrecht zu der Reihe der Düsenöffnungen 13 längliche Kammer; ein Teil der druckerzeugenden Kammer 20 (Seite der Düsenöffnung 13) ist durch ein rechteckiges Durchgangsloch 20a gebildet, das das Kanalbildungssubstrat 20 in dessen Dickenrichtung durchstößt, und andere Abschnitte sind aus ebenen, konkaven Kammern gebildet, die durch eine vertikale Trennwand 42 nach oben und oben aufgeteilt sind, welche in dem Zentrum in der Dickenrichtung des Kanalbildungssubstrats 12 gebildet ist. In der Erfindung sind alle 96 druckerzeugenden Kammern 20 derart gebildet, um dasselbe Volumen zu besitzen.
Die Tintenzufuhrkanäle 27 sind Passagen, durch welche der gemeinsame Tintenbehälter 26 mit den druckerzeugenden Kammern 20 kommuniziert. In der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform ist eine Trennung (flacher Abschnitt) 43 zwischen einem Eingang 27a, der auf der Seite des gemeinsamen Tintenbehälters 26 geöffnet ist, mit einem Ausgang 27b, der auf der Seite der druckerzeugenden Kammern 20 geöffnet ist, gebildet, und die Strömungspassagenbreite und die Strömungspassagenlänge sind gemäß den Abmessungen des flachen Abschnitts 43 eingestellt, wodurch jede Inertanz eingestellt ist. Insbesondere ist in der Ausführungsform die Inertanz zwischen dem Eingang 27a und dem Ausgang 27b jedes Tintenzufuhrkanals 27, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 kommuniziert, in dem verengten Bereich 36 kleiner eingestellt als die Inertanz irgendeines anderen Tintenzufuhrkanals 27, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in anderen Abschnitten als dem verengten Bereich 36 kommuniziert, die Inertanz des Tintenzufuhrkanals 27, wenn der Tintenzufuhrkanal 27 auf einer Seite der Spitze positioniert ist, ist klein eingestellt, und das Volumen der druckerzeugenden Kammer 20, die mit dem Tintenzufuhrkanal mit der klein eingestellten Inertanz kommuniziert, ist an das Volumen irgendeiner anderen druckerzeugenden Kammer 20, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in anderen Abschnitten als dem beengten Bereich 36 kommuniziert, angepasst.
Genauer gesagt ist die Breite des flachen Abschnitts 43A des Tintenzufuhrkanals 27A entsprechend zu dem äußeren Ende der drei druckerzeugenden Kammern 20A, 20B und 20C, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 kommunizieren, in dem in Fig. 11 gezeigten beengten Bereich 36 minimal ausgeführt, und die Länge ist als kürzeste eingestellt, wodurch die Inertanz des Tintenzufuhrkanals 27A auf das Minimum eingestellt ist; der flache Abschnitt 43B, der an dem zweitäußersten Ende neben dem Tintenzufuhrkanal 27A positioniert ist, ist etwas breiter ausgeführt als der ebene Abschnitt 43A, ist nämlich auf die Standardbreite eingestellt, und die Länge ist auf die kürzeste eingestellt, wodurch die Inertanz des Tintenzufuhrkanals 27B auf die zweitkleinste Inertanz eingestellt ist; und der flache Abschnitt 43C, der am drittäußersten Ende neben dem Tintenzufuhrkanal 27B positioniert ist, ist auf die Standardbreite eingestellt, und die Länge ist etwas länger eingestellt als diejenige des ersten oder zweiten ebenen Abschnitts, ist nämlich auf eine mittlere Länge eingestellt, wodurch die Inertanz des Tintenzufuhrkanals 27C auf die drittkleinste Inertanz eingestellt ist.
Somit werden die Abmessungen der ebenen Abschnitte 43 verändert, um die Querschnittsfläche der Strömungspassage zwischen dem Eingang 27a und dem Ausgang 27b jedes Tintenzufuhrkanals 27 zu verändern, wodurch die Inertanz jedes Tintenzufuhrkanals kleiner eingestellt wird, wenn der Tintenzufuhrkanal an dem äußersten Ende (Spitze des verengten Bereichs 36) positioniert ist; die Positionen der Ausgänge 27b der Tintenzufuhrkanäle 27, nämlich die Positionen der Druckkammer-seitigen Endabschnitte der flachen Abschnitte 43, sind auf einer gestrichenen Linie L1 entlang der Anordnungsrichtung der druckerzeugenden Kammern 20 ausgerichtet, wodurch die Volumina der druckerzeugenden Kammern 20 gleichmäßig ausgeführt sind.
Der flache Abschnitt 43 des Tintenzufuhrkanals 27 jeder druckerzeugenden Kammer 20D, 20E, ..., die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in anderen Abschnitten als dem verengten Bereich 36 kommunizieren, ist auf dieselbe Standardbreite wie bei dem flachen Abschnitt 43B an dem zweitäußersten Ende, dem flachen 43C an dem drittäußersten Ende eingestellt, und ist auf dieselbe Standardlänge wie der flache Abschnitt 43C an dem drittäußersten Ende eingestellt. Daher sind die Inertanzwerte der Tintenzufuhrkanäle 27 gleichmäßig als größere Werte als diejenigen der drei druckerzeugenden Kammern 20A, 20B und 20C, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in dem verengten Bereich 36 kommunizieren.
In der Ausführungsform, wie in Fig. 8 gezeigt, dient die elastische Platte 21 sowohl als Dichtungsplatte, die auf eine gegenüberliegenden Fläche Kanalbildungssubstrats 12 abgelagert ist, positioniert auf der gegenüberliegenden Seite zu der Düsenplatte 14 zum Abdichten einer Öffnungsfläche der druckerzeugenden Kammer 20, und ein elastischer Film (dünner Filmteil) ist auf einer gegenüberliegenden Fläche des Kanalbildungssubstrats 12 zum Abdichten einer Öffnungsfläche des gemeinsamen Tintenbehälters 26 abgelagert, und besitzt eine doppelte Struktur, die einen Polymerfilm 30 aus PPS, etc., aufweist, der auf eine rostfreie Platte 29 laminiert ist. Da sowohl die Dichtungsplatte als auch der elastische Film aus demselben Element gebildet sind, wird die rostfreie Platte 29 des Abschnitts, der als Dichtungselement funktioniert, nämlich des Abschnitts, der die druckerzeugende Kammer 20 überlappt, geätzt, um einen dicken Abschnitt (Inselabschnitt 31) wie eine Insel zum Anliegen und Befestigen der Spitze eines piezoelektrischen Vibrators 41 zu bilden, und die rostfreie Platte 29 des Abschnitts, der als elastischer Film funktioniert, nämlich des Abschnitts, der den gemeinsamen Tintenbehälter 26 überlappt, wird durch Ätzen entfernt, um nur einen Film 30 (elastischer Film) zurückzulassen. Ein Tintenzufuhrloch 32, das mit der Tintenzufuhrpassage 35 zum Zuführen von Tinte in den gemeinsamen Tintenbehälter 26 kommuniziert, ist in der den gemeinsamen Tintenbehälter 26 überlappenden Bereich ausgeführt (siehe Fig. 10).
In dem beschriebene Druckkopf 1 wird der piezoelektrische Vibrator 41 in der Längenrichtung des Vibrators ausgedehnt, wodurch der Inselabschnitt 31 gegen die Düsenplatte 14 gedrückt wird, der den Inselabschnitt 31 umgebende Film (elastischer Film) 30 wird verformt, und die druckerzeugende Kammer 20 wird zusammengezogen. Falls der piezoelektrische Vibrator 41 in der Längenrichtung des Vibrators zusammengezogen wird, wird die druckerzeugende Kammer 20 ausgedehnt infolge der Elastizität des elastischen Films 30. Ausdehnung und Zusammenziehen der druckerzeugenden Kammer 20 werden geregelt, wodurch ein Tintentropfen durch die Düsenöffnung 13 ausgestoßen wird.
Beim Saugen durch die Düsenöffnungen 13 durch den Betrieb einer Deckeinheit 10 während des Füllens mit Tinte oder während des Reinigens sind die verengten Bereiche 36 in dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 an dessen linken und rechten Endabschnitten gebildet, so dass die Tintenströmungsgeschwindigkeit in den Abschnitten erhöht wird, so dass Blasen ohne eingefangen zu werden ausgeschlossen werden können, und die verbleibenden Blasen können beseitigt werden.
Somit sind in der Ausführungsform die Endabschnitte des gemeinsamen Tintenbehälters 26 verengt, um die verbleibenden Blasen zu vermindern, und obwohl die Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters 26 verengt sind, sind die Strahleigenschaften der Düsenöffnungen 13 gleichförmig ausgeführt durch Einstellen (Korrigieren) der Inertanz der Tintenzufuhrkanäle 27. Die Strahleigenschaften werden nachfolgend diskutiert.
Ein Vibrationssystem in dem Druckkopf 2 kann durch eine äquivalente Schaltung, die in Fig. 5 gezeigt ist, dargestellt werden. Hier bezeichnet das Symbol M die Inertanz der Inertialkomponente eines Mediums (Kg/m&sup4;), Symbol Ma bezeichnet die Inertanz in dem piezoelektrischen Vibrator 41, Symbol Mn bezeichnet die Inertanz in der Düsenöffnung 13, und Symbol Ms bezeichnet die Inertanz in dem Tintenzufuhranschluss 27. Das Symbol R bezeichnet den Widerstand der internen Verluste eines Mediums (N·s/m&sup5;), Symbol Rn bezeichnet den Widerstand in der Düsenöffnung 13, und Symbol Rs bezeichnet den Widerstand in dem Tintenzufuhranschluss 27. Symbol C bezeichnet die Nachgiebigkeit der Volumenänderung pro Einheitsdruck (m&sup5;/N), Symbol Cc bezeichnet die Nachgiebigkeit der druckerzeugenden Kammer 20, Symbol Ca bezeichnet die Nachgiebigkeit des piezoelektrischen Vibrators 41, und Symbol Cn bezeichnet die Nachgiebigkeit in der Düsenplatte 14. Symbol P bezeichnet den mit der Zeit durch dem piezoelektrischen Vibrator 41 erzeugten Druck, in anderen Worten einen äquivalenten Druck, in welchen Spannungsimpulse, die auf den piezoelektrischen Vibrator 41 aufgebracht werden, umgewandelt werden.
Die Nachgiebigkeit der druckerzeugenden Kammer 20, Cs, besteht hauptsächlich aus der Nachgiebigkeit der elastischen Platte 21, Cs, und der Tintennachgiebigkeit C.ink.
Die Tintenachgiebigkeit C.ink kann durch folgenden Ausdruck (1) dargestellt werden:
wobei V das Volumen der druckerzeugenden Kammer 20 ist, ρ ist die Tintendichte, und c ist die Schallgeschwindigkeit in der Tinte.
Hier sind ρ und c konstant, und somit kann C.ink auch dargestellt werden als:
C.ink = kV (k: konstant) (2)
Die Nachgiebigkeit der druckerzeugenden Kammer 20, Cc, bezieht sich auf die jeweilige Nachgiebigkeit der Trennwand des kanalbildenden Substrats 12, die als innere Wandfläche der druckerzeugenden Kammer 20 funktioniert, der elastischen Platte 21, und der Düsenplatte 14, die die druckerzeugende Kammer 20 bilden. Bezeichnet man die Nachgiebigkeit der Komponenten der druckerzeugenden Kammer 20 mit C.str, ist dieses C.str die Volumenveränderung ΔV in Bezug auf die Druckveränderung der ΔP, und kann durch folgenden Ausdruck (3) dargestellt werden:
Falls von der Nachgiebigkeitskomponente des Druckkopfes 1 der Prozentsatz der Nachgiebigkeit C.ink von Tinte in der druckerzeugenden Kammer 20 größer ausgeführt ist als der Prozentsatz der Nachgiebigkeit C.str der Komponenten der druckerzeugenden Kammer 20 wie die Trennwand und die elastische Platte 21, welche die druckerzeugende Kammer 20 bilden (C.ink > C.str), wird die Nachgiebigkeit des Druckkopfes derart, dass er kaum durch die Verarbeitungsgenauigkeit der Komponenten der druckerzeugenden Kammer wie der Trennwand des kanalbildenden Substrats 12 und der elastischen Platte 21 beeinflusst wird, insbesondere dem Bearbeitungszustand des Inselabschnitts 31 der elastischen Platte 21 und ein Fehler der Dicke des Films 30. In anderen Worten, falls der Prozentsatz in Abhängigkeit von der Nachgiebigkeit von Tinte in der druckerzeugenden Kammer 20, von den die Nachgiebigkeit des Druckkopfes 1 bestimmenden Faktoren relativ erhöht ist, ist der Prozentsatz in Abhängigkeit von der Verarbeitungsgenauigkeit des Druckkopfes 1 relativ abgesenkt, wodurch Variationen in der Nachgiebigkeit des Bearbeitungskopfes 1 vermindert werden können.
Die Strahleigenschaften der Düsenöffnungen 13 der druckerzeugenden Kammer 20, die mit dem verengten Bereich 36 des gemeinsamen Tintenbehälters 26 verbunden sind, können an die Strahleigenschaften der Düsenöffnungen 13 der druckerzeugenden Kammern, die mit den anderen Bereichen verbunden sind, angepasst werden, indem die Volumina der druckerzeugenden Kammern 20 konstant ausgeführt werden, wodurch gleichmäßige Tintendruckresonanzzyklen in den druckerzeugenden Kammern 20 hergestellt werden. Der Tintendruckresonanzzyklus Tc kann durch Ausdruck (4) dargestellt werden, die Inertanz des Tintenzufuhrkanals 27, Ms, kann durch Ausdruck (5) dargestellt werden, und eine parallele Berechnung von Inertanz Mn und Inertanz Ms kann durch Ausdruck (6) dargestellt werden.
Tc = 2π (4)
MS = ρL/nS (5)
wobei ρ die Tintendichte ist, S ist die Querschnittsfläche des Tintenzufuhrkanals 27, und ist die Anzahl paralleler Strömungspassagen der Tintenzufuhranschlüsse 24.
Um die Tintendruckresonanzzyklen Tc gleichmäßig zu machen, ist verständlich, dass Inertanz und Druck von Ausdruck (4) gleichmäßig gemacht werden müssen. In diesem Punkt, in der Ausführungsform, da die Tintenzufuhrkanäle 27, die mit dem verengten Bereich 36 des gemeinsamen Tintenbehälters 26 verbunden sind, die Inertanz zwischen dem Eingang 27a und dem Ausgang 27b jedes Tintenzufuhrkanals 27 kleiner wird, wenn die Tintenzufuhrkanäle 27 an den Endabschnitten des gemeinsamen Tintenbehälters 26 platziert sind, durch Einstellen der Abmessungen der flachen Abschnitte 43.
Somit ist die wesentliche Inertanz als dieselbe ausgeführt durch Korrigieren der Inertanz des Tintenzufuhrkanals 27 zu der kleinen Inertanz für die Inertanzkomponente, die in dem Abschnitt hinzugefügt ist, wenn der gemeinsame Tintenbehälter 26 verengt (verjüngt) ist. Darüber hinaus sind die Ausgänge 27b der Tintenzufuhrkanäle 27 ausgerichtet, so dass die Nachgiebigkeit in Cc der druckerzeugenden Kammern 20 ebenso dieselben sind.
Durch Ausführen dieser Korrektur wird daher der Tintendruckresonanzzyklus jedes Tintenzufuhrkanals 27, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 20 in dem beengten Bereich 36 davon verbunden ist, gleich zu demjenigen jedes Tintenzufuhrkanal 27, der mit dem gemeinsamen Tintenbehältern anderen Bereichen als den verengten Bereich 36 verbunden ist. Somit können die Strahleigenschaften der Düsenöffnungen 13 gleichmäßig ausgeführt werden, und es kann erwartet werden, dass ein Bild mit guter Qualität bereitgestellt wird.
Um die Strahleigenschaften noch weiter gleichmäßig zu machen, wird angenommen, dass die Strömungspassage, die aus dem Hinzufügen der Länge von dem Startende des verengten Bereichs 36 zu jedem Eingang 27a zu der Strömungspassage zwischen dem Eingang 27a und dem Ausgang 27b jedes Tintenzufuhrkanals 27, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in dem verengten Bereich 36 davon kommuniziert, resultiert, eine hypothetische Strömungspassage des Tintenzufuhrkanals 27 ist, und die Inertanz in jeder hypothetischen Strömungspassage wird an die Inertanz der Strömungspassage von dem Eingang 27a zu dem Ausgang 27b jedes Tintenzufuhrkanals 27, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in irgendeinem anderen Bereich als dem verengten Bereich 36 kommuniziert, angepasst.
Auf diese Weise kann eine Anpassung ausgeführt werden einschließlich der hinzugefügten Inertanz, wenn der Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters 26 verengt ist, um den verengten Bereich 36 zu bilden; sowohl eine Verringerung der verbleibenden Blasen als auch konstante Strahleigenschaften der Düsenöffnungen 13 können erzielt werden.
Für die Nachgiebigkeit des gemeinsamen Tintenbehälters 26, falls der Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters 26 verengt ist, ist die Breite des Films 30 in der Nähe jedes Tintenzufuhrkanals 27, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in dessen verengten Bereich 36 (Nachgiebigkeitsbereich 50) verbunden ist, ist verengt, so dass die Nachgiebigkeit lokal abnimmt in der Nähe der Tintenzufuhrkanäle 27. Dies führt zu einem Faktor für die Tatsache, dass wenn Tinte ausgestoßen wird, die Fähigkeit zum Absorbieren des Drucks von Tinte, die von den Tintenzufuhrkanälen 27 zurückfließt, abnimmt an dem Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters 26, was die Tintenstrahleigenschaften an dem Endabschnitt verändert. Um dies zu beseitigen, wie beispielsweisein Fig. 12 gezeigt, wenn die Endabschnitte der flachen Abschnitte 43A, 43B und 43C auf der Seite des gemeinsamen Tintenbehälters 26 (Endabschnitte auf der Seite des Eingangs 27a) sich zu der Seite der druckerzeugenden Kammer 20 zurückziehen (die Länge zu kurz), kann der nachgiebige Bereich 50 des gemeinsamen Tintenbehälters 26 zu der Seite des Tintenzufuhrkanals 27 in Übereinstimmung mit den Längen der Verkürzung der Tintenzufuhrkanäle 27 vergrößert werden.
Somit, falls die Zusammensetzung des Erhöhens eines vergrößerten nachgiebigen Bereichs 50a angewendet wird, wird die Nachgiebigkeit des verengten Bereichs 36 des gemeinsamen Tintenbehälters 26 vergrößert, die hinzugefügte Inertanz des beengten Bereichs 36 wird wesentlich erhöht, und die Korrekturbeträge der mit dem verengten Bereich 36 verbundenen Tintenzufuhrkanäle 27 können verringert werden.
Die Spitze des verengten Bereichs 36 des gemeinsamen Tintenbehälters 26 kann schräg in einer Richtung weg von den druckerzeugenden Kammern 20 gebildet sein, wie in Fig. 13 gezeigt, zur komfortablen Bearbeitung des kanalbildenden Substrats 12, in welchem Fall die Seite des Films 30 (Nachgiebigkeitsbereich 50) auf der Seite der druckerzeugenden Kammer 20 linear zu dem Endabschnitt hin ausgeführt werden kann, oder zu der Seite der druckerzeugenden Kammer 20 hin vergrößert sein kann, um den vergrößerten Nachgiebigkeitsbereich 50a zu erhöhen.
Um jeden Tintenzufuhrkanal 27 in eine Strömungspassage 27dn auf der Seite der Düsenöffnung 13 (Seite der Düsenplatte 14) und eine Strömungspassage 27up auf der Seite der elastischen Platte 21 aufzuteilen, um den Tintenzufuhrkanal 27 zu bilden, wie in Fig. 8 und 9 gezeigt, ist eine Begrenzung in die Position des flachen Abschnitts 43 gesetzt, der in der Strömungspassage 27up auf der Seite der elastischen Platte 21 gebildet ist, um eine Interferenz mit dem Inselabschnitt 31 zu vermeiden. Dann, wie in Fig. 9 gezeigt, kann der flache Abschnitt 43dn auf der Seite der Düsenplatte 13 zu der Seite der druckerzeugenden Kammer 20 vorgeschoben werden, um einen Abstand so groß wie der flache Abschnitt 43up auf der Seite der elastischen Platte 21 zu der Seite des gemeinsamen Tintenbehälters 26 zurückgezogen ist, wodurch die Volumina der druckerzeugenden Kammern 20 konstant ausgeführt werden. Die Inertanz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Tintenzufuhrkanals 27up auf der Seite der elastischen Platte 21 und die Inertanz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Tintenzufuhrkanals 27dn auf der Seite der Düsenplatte 13 können korrigiert werden durch Einstellen der Breiten und Längenabmessungen der flachen Abschnitte 43up und 43dn. Daher können sich die Inertanz des Tintenzufuhrkanals 27up auf der Seite der elastischen Platte 21 und die Inertanz des Tintenzufuhrkanals 27dn auf der Seite der Düsenplatte 13 unterscheiden, und die Flexibilität des Designs wird vergrößert.
In der Ausführungsform ist der flache Abschnitt 43 an einem mittleren Punkt jedes Tintenzufuhrkanals 27 vorgesehen, um die Tintenzufuhrströmungspassage zu trennen, jedoch ist der Tintenzufuhrkanal 27 in der Erfindung nicht hierauf begrenzt; die Inertanz zwischen dem Eingang 27a und dem Ausgang 27b jedes Tintenzufuhrkanals 27 kann in der Lage sein, korrigiert zu werden. Beispielsweise, wie in Fig. 14 gezeigt, kann sie korrigiert werden durch Verändern der Strömungspassage 13 der Tintenzufuhrkanäle 27, nämlich durch Aufweiten der Strömungspassagen, die an der Spitze des verengten Bereichs 36 platziert sind. Somit, falls die Strömungspassagenbreiten der Tintenzufuhrkanäle 27 verändert werden, kann die Inertanz korrigiert werden, wie anhand des oben genannten Ausdrucks (5) ersichtlich ist.
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird die Inertanz zwischen dem Eingang 27a und dem Ausgang 27b jedes Tintenzufuhrkanals 27 korrigiert, jedoch ist der Anwendungsbereich der Erfindung nicht hierauf begrenzt; die Inertanz in dem Bereich, der ebenso den beengten Bereich 36 des gemeinsamen Tintenbehälters 26 enthält, kann angepasst werden.
In der Beschreibung der Ausführungsformen ist der piezoelektrische Vibrator 41 als Beispiel des druckerzeugenden Elements 43 angenommen, jedoch ist das druckerzeugende Element 23 der Erfindung nicht hierauf begrenzt. Beispielsweise kann der Druck in der druckerzeugenden Kammer 20 verändert werden durch Vorsehen eines Heizelements zum Erzeugen von Blasen in der Tinte.
Ein gemeinsamer Tintenbehälter 26 ist für eine Reihe von Düsenöffnungen 13 vorgesehen, jedoch wie in Fig. 15 gezeigt kann eine Reihe von Düsenöffnungen 13 in Gruppen klassifiziert sein, und gemeinsame Tintenbehälter können in einer eins zu eins Entsprechung mit den Gruppen vorgesehen sein. Das heißt, zwei oder mehr gemeinsame Tintenbehälter (in Fig. 15 drei Kammern) können für eine Reihe der Düsenöffnungen 13 vorgesehen sein, so dass mehr als eine Farbtinte durch eine Reihe von Düsenöffnungen 13 ausgestoßen wird. In der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform, wie der oben beschriebenen Ausführungsform, ist ein verengter Bereich 36 an dem Endabschnitt jedes gemeinsamen Tintenbehälters 26 in einem Abstand von einer Tintenzufuhrpassage 35 gebildet, und der Querschnittsbereich und die Länge jedes Tintenzufuhrkanals 27, der mit dem verengten Bereich 36 kommuniziert, ist unterschiedlich ausgeführt zu denjenigen jedes Tintenzufuhrkanals 27, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter 26 in irgendeinem anderen Bereich als dem verengten Bereich 36 kommuniziert, so dass die Geschwindigkeiten und die Mengen der durch die Düsenöffnungen 13 ausgestoßenen Tintentropfen gleichmäßig werden.
Wie in der gesamten Beschreibung beschrieben, gemäß der Erfindung, falls die Anzahl von Düsen pro Reihe erhöht wird und die Länge des gemeinsamen Tintenbehälters lang wird, können die Tintengeschwindigkeiten und die Tintenmengen in den Düsenöffnungen in dem Endabschnitt gleichmäßig gemacht werden, wobei die ideale Form des gemeinsamen Tintenbehälters ausgezeichnet in der Blasenausschließungsfähigkeit ist, und die Tintenvibration kann effizient gedämpft werden, wodurch eine Bildaufzeichnung zum Bereitstellen ausgezeichneter Aufzeichnungsqualität bei hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
Das heißt, in dem Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters in einem Abstand von dem Tintenzufuhrrohr besitzt der gemeinsame Tintenbehälter einen verengten Bereich, der eine Querschnittsfläche besitzt, die im Vergleich zu irgendeinem anderen Abschnitt verringert ist, wodurch verhindert werden kann, dass Blasen während des Einfüllens von Tinte in den Tank oder während des Reinigens oder beim Saugen durch die Düsenöffnungen verbleiben und die Aufzeichnungsqualität kann verbessert werden.
Die Inertanz jedes Tintenzufuhrkanals, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter in dem verengten Bereich kommuniziert, ist geringer eingestellt als die Inertanz jedes Tintenzufuhrkanals, der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter in irgendeinem anderen Abschnitt als dem verengten Bereich kommuniziert, die Inertanz jedes Tintenzufuhrkanals ist kleiner eingestellt als die des Tintenzufuhrkanals, der an der Spitze des gemeinsamen Tintenbehälters positioniert ist, und die Volumina der druckerzeugenden Kammern, die mit den Tintenzufuhrkanälen kommunizieren, deren Inertanz klein eingestellt ist, sind an die Volumina der druckerzeugenden Kammern, die mit dem gemeinsamen Tintenbehälter in irgendeinem anderen Abschnitt als dem verengten Bereich kommunizieren, angepasst, so dass die Tintendruckresonanzzyklen in den druckerzeugenden Kammern gleichförmig gemacht werden können.
Daher können die Strahleigenschaften der Düsenöffnungen, die an dem Endabschnitt positioniert sind, an diejenige der Düsenöffnungen im Zentrum angepasst werden. Somit wird die Bildqualität weiter verbessert und der Druckkopf kann mit dem Vergrößern eines Druckziels und der Beschleunigung des Bilddrucks umgehen.
Somit werden gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl die Blasenausschließfähigkeit an dem Endabschnitt des gemeinsamen Tintenbehälters und konstante Strahleigenschaften bereitgestellt.
Darüber hinaus kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Geschwindigkeit des von der jeweiligen Düsenöffnung ausgestoßenen Tintentropfens innerhalb ±5% eines gewünschten Wertes passen, wenn die jeweiligen druckerzeugenden Kammern durch den Druckerzeuger in Übereinstimmung mit im wesentlichen demselben Antriebssignal mit Druck beaufschlagt werden.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf (1), der aufweist:

einen gemeinsamen Tintenbehälter (26);

eine Tintenzufuhrpassage (35) zum Zuführen von Tinte zu dem gemeinsamen Tintenbehälter;

eine Vielzahl von Hohlräumen (20), die in einer Längsrichtung des gemeinsamen Tintenbehälters angeordnet sind, die druckerzeugende Kammern (20) sind; und

einen Tintenzufuhrkanal (27), der mit dem gemeinsamen Tintenbehälter und jedem Hohlraum kommuniziert, worin der gemeinsame Tintenbehälter einen verengten Abschnitt (36) besitzt, dessen Querschnittsfläche nahe mindestens einem Endabschnitt davon in Längsrichtung graduell vermindert ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Inertanz mindestens eines Tintenzufuhrkanals, der in dem verengten Abschnitt (36) gelegen ist, geringer ist als eine Inertanz der anderen Tintenzufuhrkanäle.

2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, worin mindestens ein Tintenzufuhrkanal (27), der in dem verengten Abschnitt (36) gelegen ist, mindestens eine größere Querschnittsfläche oder eine geringere Länge als die anderen Tintenzufuhrkanäle besitzt.

3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 2, worin eine Inertanz in einem Teil, definiert als eine Summe der Länge des mindestens einen der Tintenzufuhrkanäle (27), der in dem verengten Abschnitt (36) gelegen ist, und der Länge von einem Startpunkt des verengten Abschnitts zu einem Einlass der Tintenzufuhrkanäle, identisch ist mit einer Inertanz der anderen Tintenzufuhrkanäle.

4. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Tintenzufuhrpassage (35) mit dem gemeinsamen Tintenbehälter (26) im wesentlichen in dem Zentrum dessen Längsrichtung kommuniziert.

5. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin Dämpfungskoeffizienten der jeweiligen Tintenzufuhrkanäle (27) im wesentlichen dieselben sind.

6. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine Trennung (43) jeden Tintenzufuhrkanal (27) in eine Vielzahl von Kanälen auf teilt.

7. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die jeweiligen Tintenzufuhrkanäle und ein Teil der jeweiligen Hohlräume durch eine Trennwand derart geteilt sind, dass ein oberer Abschnitt (27up) und ein unterer Abschnitt (27dn) definiert sind, und die aufgeteilten Abschnitte stehen in Kommunikation miteinander.

8. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 7, worin mindestens der obere Abschnitt (27up) oder der untere Abschnitt (27dn) der Tintenzufuhrkanäle (27) durch mindestens eine Trennung in die mehreren Kanäle aufgeteilt sind.

9. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 7 oder 8, worin eine Inertanz der jeweiligen oberen Abschnitte (27up) der Tintenzufuhrkanäle und eine Inertanz der jeweiligen unteren Abschnitte (27dn) der Tintenzufuhrkanäle (27) unterschiedlich sind.

10. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche (20), worin das Volumen der jeweiligen Hohlräume konstant ausgeführt ist.

11. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Tintenzufuhrkanäle (27) mit den assoziierten Hohlräumen (20) auf einer hypothetischen Linie (L1) kommunizieren, die sich in der Anordnungsrichtung der Hohlräume (20) erstreckt.

12. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Länge des Tintenzufuhrkanals (27), der in dem verengten Abschnitt (36) des gemeinsamen Tintenbehälters (26) gelegen ist, vermindert ist, und

eine Übereinstimmungsregion (50) des gemeinsamen Tintenbehälters (26) ist in dessen verengtem Abschnitt. (36) in Übereinstimmung mit dem verringerten Maß der Länge des Tintenzufuhrkanals (27) erweitert.

13. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Querschnittsfläche des gemeinsamen Tintenbehälters (26) schrittweise verringert ist.

14. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Geschwindigkeit des von den jeweiligen Düsenöffnungen (13) ausgestoßenen Tintentropfens innerhalb ±5% eines gewünschten Wertes liegt, wenn die jeweiligen druckerzeugenden Kammern (20) durch den Druckgenerator in Übereinstimmung mit dem im wesentlichen selben Antriebssignal mit Druck beaufschlagt sind.

15. Tintenstrahldruckvorrichtung, die den Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.