DE60104068T2

DE60104068T2 - Elektrostatisch geschaltete Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE60104068T2
Application number: DE60104068T
Authority: DE
Inventors: Ronald E. New Milford Marusak
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2021-08-25
Also published as: HK1046387A1; US6299291B1; CA2356505A1; AU6186501A; CN1346740A; ATE270192T1; KR20020025675A; DE60104068D1; IL145659A; CN1189322C; JP2002120370A; CA2356505C; TW520327B; IL145659A0; AU752161B2; EP1193064B1; KR100823562B1; EP1193064A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidstrahlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb.
Hintergrund der Erfindung
Eine Fluidstrahlvorrichtung und ein Verfahren dieser Art ist aus der JP 7266557A, Patentzusammenfassungen aus Japan bekannt. Sie zeigt konzentrisch zueinander angeordnete Elektroden. Die JP 10067102 A , Patentzusammenfassungen aus Japan, zeigt eine Fluidstrahlvorrichtung, die ein Stellglied aufweist, das durch eine erste Spannung verschoben wird, um so eine Lücke zwischen einer Membran und einer Steuerplatte zu erzeugen. Durch Anlegen einer zweiten Spannung in Form einer Impulsspannung von 80 V zwischen der Membran und der Steuerplatte vibriert die Membran durch die elektrostatische Kraft zwischen der Membran und der Steuerplatte. Die Lücke zwischen der Membran und der Steuerplatte kann durch das Stellglied variiert werden, in Abhängigkeit von der an das Stellglied angelegten Spannung.
Tintenstrahldrucker sind als eine Art anschlagsfreie Drucker bekannt, die keinen physischen Kontakt mit der Oberfläche haben, auf der sie drucken. Wie der Name "Tintenstrahl" andeutet, stößt ein Tintenstrahldrucker einen Tintenstahl aus dem Druckkopf durch die freie Luft auf eine zu bedruckende Oberfläche aus. Aufgrund seiner Fähigkeit auf verschieden geformten und strukturierten Oberflächen ohne Kontakt zu drucken, findet die Tintenstrahltechnologie tägliche neue Anwendungen, insbesondere bei allen Arten von Industrien, die auf das Markieren, Codieren, Datieren oder Identifizieren von Produkten angewiesen sind. Der Tintenstrahldruck (Text und Grafik) hat sich auch beträchtlich entwickelt.
Die Tintenstrahltechnologie fällt in zwei Hauptkategorien. Eine ist die kontinuierliche Tintenstrahltechnologie, bei der ein Tintenstrom kontinuierlich vom Druckerkörper durch den Druckkopf und zurück zum Druckerkörper zirkuliert. Die Tinte wird an der Düse in Tröpfchen aufgebrochen und dann durch elektrische Ladung abgelenkt, um entweder das Ziel zu erreichen oder in einem Rückkehrblock zu landen. Die andere Technologie ist Tropfen-nach-Bedarf, bei der Tintentröpfchen nur zu einer geeigneten Zeit aus der Düse gedrängt werden, wenn sie benötigt werden. In einigen Fällen wird die Tinte durch Erhitzen eines Widerstandes ausgestoßen, was bewirkt, dass eine Luftblase expandiert. Wenn die Blase kollabiert, brechen die Tröpfchen ab und das System kehrt in seinen Ausgangszustand zurück. In anderen Fällen wird die Tinte durch Druckpulsen ausgestoßen, was durch mechanisch induzierte volumetrische Änderungen in der Tinte hervorgerufen wurde.
Ein typisches Tropfen-nach-Bedarf-Tintenstrahldrucksystem des letzteren Falls ist im US-Patent Nr. 4 459 601 von Howkins offenbart. Bei Howkins wird das Volumen einer Ausstoßkammer durch einen piezoelektrischen Wandler variiert, der mit einer beweglichen Wand der Ausstoßkammer kommuniziert. Der Wandler expandiert und kontrahiert sich, um Tinte durch eine Öffnung zu treiben. Eine Drucksteuerspannung wird an Elektroden angelegt, die über dem piezoelektrischen Wandler platziert sind, um die Expansions- oder Kontraktionsbewegungen des Wandlers hervorzurufen.
Im allgemeinen sind bei der obigen Hawkins-Struktur die Wandler in vorbestimmten Positionen durch einen Klebstoff oder ähnliches angeordnet, um an den Ausstoßkammern zu haften. Insbesondere bei qualitativ hochwertigen Druckern ist es wünschenswert, eine erhöhte Anzahl von Düsen zu konstruieren, um Tintentropfen in einem Tintenstrahl-Druckkopf auszustoßen. Da die Dimension des Tintenstrahl-Druckkopfes begrenzt ist, müssen die in einer dicht gepackten Anordnung angeordneten Wandler so klein wie möglich sein. Deshalb gibt es im Falle einer hochdichten Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit einer großen Anzahl von Düsen eine Beschränkung im Hinblick auf die Genauigkeit bei der Ausrichtung und Befestigung der Wandler an ihren jeweiligen beweglichen Wänden. Die zwischen der beweglichen Wand und dem piezoelektrischen Wandler liegende Klebstoffschicht kann auch die Antriebseffizienz der Tintenstrahlvorrichtung verringern.
Die herkömmliche Tintenstrahlvorrichtung verwendet zusätzlich für jeden Kanal einen separaten Wandler. Ein Paar elektrischer Elektroden muss auch einzeln an jedem Wandler ausgebildet sein. Folglich muss zur Konstruktion solch eines Druckerkopfes eine große Anzahl von einzelnen Teilen verwendet werden, und es sind eine große Anzahl von Schritten zur Montage der Anordnung erforderlich. Aus diesen Gründen war die Herstellung eines Tintenstrahl-Druckkopfes mit sehr hoher Dichte bisher schwer durchführbar.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstahlvorrichtung zu schaffen, die ein gewisses Maß an Fehlausrichtung zwischen dem Wandler und der Kammer toleriert, ohne die Genauigkeit zu opfern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstrahlvorrichtung zu schaffen, die den Bedarf an einer physischen Klebeverbindung zwischen dem Wandler und der Kammer beseitigt und so den Antriebswirkungsgrad der Tintenstrahlvorrichtung verbessert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstrahlvorrichtung zu schaffen, die gemeinsame Wandler und Kammern verwendet und doch die obigen Ziele erreicht.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahl-Druckkopf zu schaffen, bei dem ein einzelner Wandler zwischen mehreren Kanälen geteilt werden kann, und so die Anzahl der verwendeten Teile verringert und das Montageverfahren bei der Herstellung des Tintenstrahl-Druckkopfes vereinfacht wird.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch die Verwendung von elektrostatischer Anziehung, um die bewegliche Wand der Ausstoßkammer an den Wandler zu binden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Fluidjetvorrichtung eine Fluidkammer und ein Stellglied auf. Die Fluidkammer hat eine Düse und eine flexible Wand, die zu Vibrationen fähig ist, um ein Volumen der Fluidkammer zu ändern. Das Stellglied erzeugt gemäß einem Steuersignal mechanische Bewegungen. Die flexible Wand und das Stellglied werden durch elektrostatische Verbindungsanordnungen verbunden, wodurch die mechanischen Bewegungen des Stellgliedes in Vibrationen der flexiblen Wand umgewandelt werden.
Die vorstehenden Ziele der vorliegenden Erfindung werden auch durch eine Tintenstrahlvorrichtung mit einer Tintenkammer und einem Stellglied erreicht. Die Tintenkammer weist eine Düse, einen Einlass und eine flexible Wand auf. Elektrostatische Verbindungsanordnungen werden zur Bildung einer elektrostatischen Verbindung zwischen der flexiblen Wand und dem Stellglied vorgesehen. Wenn sich daher das Stellglied bewegt, wird die flexible Wand deformiert, um Tinte durch die Düse auszustoßen und um Tinte durch den Einlass hereinzuziehen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weisen die elektrostatischen Verbindungsanordnungen ein Elektrodenpaar auf, das direkt oder indirekt an einer Kante des Stellgliedes und an der äußeren Oberfläche der flexiblen Wand befestigt ist.
Die vorstehenden Ziele der vorliegenden Erfindung werden auch durch einen Tintenstrahl-Druckkopf erreicht, der eine Mehrzahl von Ausstoßkammern, mindestens ein Bewegungsantriebselement und eine Verbindungssteuerschaltung aufweist. Jede Ausstoßkammer weist eine Düse, einen Einlass und eine flexible Wand auf. Es gibt eine Mehrzahl erster elektrostatischer Verbindungselemente, die je einer flexiblen Wand zugeordnet sind. Mindestens ein zweites elektrostatisches Verbindungselement ist auch für das mindestens eine Bewegungsantriebselement vorgesehen. Die Verbindungssteuerschaltung erzeugt wahlweise elektrostatische Verbindungen zwischen ausgewählten ersten elektrostatischen Verbindungselementen und dem mindestens einen zweiten elektrostatischen Verbindungselement. Wenn deshalb das mindestens eine Bewegungsantriebselement sich bewegt, werden nur die den ausgewählten ersten elektrostatischen Verbindungselementen zugeordneten flexiblen Wände deformiert, um Tinte durch ihre Düsen auszustoßen und um Tinte durch ihre Einlässe herein zu ziehen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die elektrostatischen Verbindungselemente Elektroden, die direkt oder indirekt an einer Kante des mindestens einen Bewegungsantriebselements und an den äußeren Oberflächen der flexiblen Wände befestigt sind.
Die vorstehenden Ziele der vorliegenden Erfindung werden auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer Tintenstrahlvorrichtung erreicht. Die Tintenstrahlvorrichtung weist eine Tintenkammer mit einer flexiblen Wand und einem Stellglied auf. Gemäß dem Verfahren wird zwischen der flexiblen Wand und dem Stellglied eine elektrostatische Verbindung erzeugt. Als nächstes wird die flexible Wand als Antwort auf eine Bewegung des Stellgliedes in einer ersten Richtung deformiert. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kehrt die flexible Wand dann in ihren Ausgangszustand zurück, entweder als Antwort auf eine Bewegung des Stellgliedes in einer zweiten Richtung oder wenn die elektrostatische Verbindung entfernt wird.
Die vorstehenden Ziele der vorliegenden Erfindung werden auch durch ein Verfahren zum Betrieb eines Tintenstrahl-Druckkopfes gelöst. Der Tintenstrahl- Druckkopf weist eine Mehrzahl von Ausstoßkammern und mindestens ein Stellglied auf. Gemäß dem Verfahren werden zwischen den flexiblen Wänden ausgewählter Ausstoßkammern und dem mindestens einen Stellglied selektiv elektrostatische Verbindungen erzeugt. Als nächstes werden die flexiblen Wände als Antwort auf eine Bewegung des mindestens einen Stellgliedes in einer ersten Richtung deformiert. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kehren die flexiblen Wände dann in ihren Ausgangszustand zurück, entweder als Antwort auf eine Bewegung des Stellgliedes in einer zweiten Richtung oder wenn die elektrostatischen Verbindungen entfernt werden. Deshalb wird Tinte nur aus den ausgewählten Ausstoßkammern ausgestoßen.
Noch andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann schnell aus der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich, wobei nur die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind durch Darstellung der als am besten zur Ausführung der Erfindung betrachteten Art und Weise. Wie man feststellen kann, ist die Erfindung zu anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen fähig und ihre verschiedenen Details sind in verschiedenen offensichtlichen Beziehungen zu Modifikationen in der Lage, je ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Folglich sollen die Zeichnung und die Beschreibung nur als erläuternd aber nicht als beschränkend betrachtet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird mittels Beispielen und nicht beschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellt, wobei Elemente mit den gleichen Bezugszahlen immer die gleichen Elemente darstellen und wobei
1 eine schematische Schnittansicht einer Tintenstrahlvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
die 2A bis 2C schematische Schnittansichten sind, die den aufeinanderfolgenden Betrieb der in 1 dargestellten Tintenstrahlvorrichtung zeigen,
3 eine schematische Schnittansicht einer Tintenstrahlvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
4 eine schematische Schnittansicht eines Tintenstrahl-Druckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
Eine Tintenstrahlvorrichtung zur Verwendung bei einem Tintenstrahl-Druckkopf und ein Verfahren zu dessen Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung werden beschrieben. In der folgenden detaillierten Beschreibung sind zum Zweck der Erklärung zahlreiche spezielle Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen.
Mit Bezug auf 1 weist eine Tintenstrahlvorrichtung 10 eine Kammer 1 und ein Stellglied 5 auf. Die Kammer 1 ist mit Tinte 2 gefüllt, die durch eine an einer Wand der Kammer 1 gebildete Düse 4 ausgestoßen wird, um ein Pixel auf einem Ziel (nicht dargestellt) zu bilden. Die Tinte 2 wird der Kammer 1 durch einen Einlass 3 zugeführt, der mit einem Tintenbehälter (nicht dargestellt) in Verbindung steht. Die Kammer 1 hat ferner eine flexible Wand 8, die vibriert, um das Volumen der Kammer 1 zu variieren. Wenn das Volumen der Kammer 1 abnimmt, erhöht sich der Tintendruck in der Kammer 1 und drängt Tinte 2 durch die Düse 4 heraus. Im Gegensatz dazu nimmt, wenn das Volumen der Kammer 1 sich erhöht, der Tintendruck in der Kammer 1 ab und zieht Tinte 2 durch den Einlass 3 herein. Obwohl es in 1 dargestellt wurde, dass die Düse 4 an einer der flexiblen Wand gegenüberliegenden Wand 8 gebildet ist und der Einlass 3 an einer Seitenwand der Kammer 1 gebildet ist, werden von einem Fachmann schnell verschiedene Anordnungen in Erwägung gezogen. Andere Details wie die Form, das Material oder die Abmessungen struktureller Komponenten der Kammer 1 sind allgemein bekannt und müssen hier nicht genannt werden.
Die Tintenstrahlvorrichtung 10 verwendet mechanische Bewegungen des Stellgliedes 5, um Vibrationen der flexiblen Wand 8 anzutreiben. Details wie Typ, Form, Material oder Abmessungen des Stellgliedes 5 sind wiederum allgemein bekannt und müssen hier nicht genannt werden. Das Stellglied 5 kann zum Beispiel aus einem piezoelektrischen Material hergestellt werden, das sich ausdehnt oder zusammenzieht, wenn eine Spannung über es angelegt wird. Obwohl es in 1 dargestellt wurde, dass das Stellglied 5 koaxial zur Kammer 1 angeordnet ist, wobei eine Kante der flexiblen Wand 8 gegenüber und geringfügig beabstandet liegt, werden von einem Fachmann schnell verschiedene Anordnungen in Erwägung gezogen. Es ist auch klar, dass das Stellglied 5 sich nicht notwendigerweise längs der zentralen Achse (nicht dargestellt) der Kammer 1 bewegen muss.
Um die Bewegungen des Stellglieds 5 in Vibrationen der flexiblen Wand 8 umzuwandeln, verwendet die Tintenstrahlvorrichtung der Erfindung eine elektrostatische Bindung in Form von Anziehungskräften eines elektrostatischen Feldes. Das elektrostatische Feld wird zwischen einer ersten Elektrode 6 und einer zweite Elektrode 7 erzeugt, wenn eine Spannung daran angelegt wird. Ein Fachmann wird schnell viele Anordnungen der ersten und zweiten Elektroden erkennen, um eine ausreichend starke elektrostatische Bindung zwischen dem Stellglied 5 und der flexiblen Wand 8 zu schaffen.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die erste Elektrode 6 an der nahen Kante des Stellgliedes 5 gebildet, während die zweite Elektrode 7 an der äußeren Oberfläche der flexiblen Wand 8 gebildet ist. Ein Isolator 9 ist zwischen dem Elektrodenpaar 6 und 7 angeordnet, um einen Kurzschluss zu verhindern. Die zweite Elektrode 7 und der Isolator 9 sind vorzugsweise einer Art, die nicht die Vibrationen der flexiblen Wand 8 stören. Der Isolator 9 der in 1 dargestellten Tintenstrahlvorrichtung 10 ist an der ersten Elektrode 6 befestigt, wobei es eine kleine Lücke 15 zwischen dem Isolator 9 und der zweiten Elektrode 7 gibt. Andere Anordnungen, wenn der Isolator 9 mit der zweiten Elektrode 7 in Kontakt ist anstelle der ersten Elektrode 6, oder wenn der Isolator 9 an der zweiten Elektrode 7 befestigt ist, sind jedoch nicht ausgeschlossen. Die zweite Elektrode 7 kann als ein dünner Film über der äußeren Oberfläche der flexiblen Wand 8 durch allgemein im Stand der Technik bekannte Techniken gebildet sein. Als eine Alternative können die zweite Elektrode 7 und die flexible Wand 8 in einen einzigen Körper integriert sein.
Der Betrieb der Tintenstrahlvorrichtung 10 wird am besten mit Bezug auf die 2A–2c verstanden. Wie in 2A dargestellt, wird, wenn eine Spannungsdifferenz V₁ an das Paar der Elektroden 6 und 7 angelegt wird, ein starkes elektrostatisches Feld erzeugt und eine Elektrode zieht die andere an. Die flexible Wand 8 und das Stellglied 5 werden nun miteinander verbunden, und Vibrationen der flexiblen Wand 8 werden durch Bewegungen des Stellgliedes 5 angetrieben. Wen eine separate Spannung V₂ an das Stellglied 5 aus einem piezoelektrischen Material angelegt wird, kontrahiert das Stellglied 5 und zieht sich von der Kammer 1 weg, wie durch einen Pfeil A angegeben. Da die erste Elektrode 6 und die zweite Elektrode 7 durch das elektrostatische Feld verbunden sind, zieht das Stellglied 5 an der flexiblen Wand 8 und deformiert sie in den expandierten Zustand, der in 2A dargestellt ist. Wenn sich die flexible Wand 8 deformiert, erhöht sich das Volumen der Kammer 1 und bewirkt, dass der Tintendruck in der Kammer 1 abnimmt, so dass Tinte 2 durch den Einlass 3 in die Kammer 1 gezogen wird.
Im nächsten Schritt wird die Spannung V₂ am Stellglied 5 verändert, z. B. entfernt, um es dem Stellglied zu ermöglichen, schnell in seine frühere Position zurückzukehren, wie durch einen Pfeil B in 2B angegeben. Folglich kehrt die flexible Wand 8 in ihren Ausgangszustand zurück, wobei in der Kammer 1 eingeschlossene Tinte 2 komprimiert wird. Der sich erhöhende Tintendruck in der Kammer 1 drängt Tinte 2 aus der Düse 4 und bildet einen Tintentropfen 20, der sich zum Ziel hin bewegt. Druckübergänge in der Kammer 1 lässt man sich verringern, und die Spannung V₁ wird wahlweise von dem Elektrodenpaar 6, 7 entfernt. Dies beendet den Zyklus und die Tintenstrahlvorrichtung 10 ist bereit für den nächsten Zyklus.
Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass das Ändern der Spannung V₁ bewirkt, dass die flexible Wand 8 vom expandierten Zustand in 2A in den Ausgangszustand zurückkehrt, sowie dass der Tintentropfen 20 durch die Düse 4 ausgestoßen wird. Dies geschieht deshalb, weil, wenn die Spannung V₁ geändert oder entfernt wird, die elektrostatische Bindung verschwindet oder ausreichend schwach wird. Das Elektrodenpaar 6 und 7 lässt dann einander los und die flexible Wand 8 kann in ihren Ausgangszustand zurückkehren.
In ähnlicher Weise bewegt sich die flexible Wand 8 nicht vom Ausgangszustand in den expandierten Zustand, wenn die elektrostatische Bindung zwischen der ersten Elektrode 6 und der zweiten Elektrode 7 nicht stark genug ist, trotz der Bewegung des Stellglieds 5. Wie in 2C dargestellt, kontrahiert sich, wenn die Spannung V₂ angelegt wird, das Stellglied 5 und zieht sich von der Kammer 1 weg, wie durch den Pfeil A angedeutet. Da die Spannung V₁ jedoch nicht an das Elektrodenpaar 6 und 7 (V₁ = 0) angelegt ist, wird kein elektrostatisches Feld aufgebaut und deshalb ziehen die erste Elektrode 6 und die zweite Elektrode 7 einander nicht an. Die flexible Wand 8 wird nicht durch die Bewegung des Stellglieds 5 angetrieben und die Kammer 1 ist in Ruhe. Deshalb strömt keine Tinte 2 in die Kammer 1, und es wird keine Tinte aus der Düse 4 ausgestoßen, wenn das Stellglied 5 zurückkehrt.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Die meisten der Komponenten einer Tintenstrahlvorrichtung 30 in 3 sind ähnlich wie die der Tintenstrahlvorrichtung 10 in 1 und brauchen nicht wieder beschrieben zu werden. Die Tintenstrahlvorrichtung 30 unterscheidet sich von der Tintenstrahlvorrichtung 10, indem die zweite Elektrode 7 nicht an der äußeren Oberfläche der flexiblen Wand 8 gebildet ist, sondern stattdessen über einen Umkehrmechanismus, wie einen Hebelmechanismus 36, mit der flexiblen Wand 8 verbunden ist.
Wie zuvor zieht das Elektrodenpaar 6 und 7 einander als Reaktion auf das Anlegen der Spannung V₁ an, und das Stellglied 5 zieht sich in der Richtung des Pfeils A als Reaktion auf das Anlegen der Spannung V₂ weg. Bei der Tintenstrahlvorrichtung 30 kehrt jedoch der Hebelmechanismus 36 die Deformationsrichtung der flexiblen Wand 8 um. Insbesondere, wenn die zweite Elektrode 7 durch die erste Elektrode 6 angezogen wird und sich in der Richtung des Pfeils A bewegt, bewegt sich ein Arm 33 des Hebelmechanismus 36 in einer entgegengesetzten Richtung, die durch den Pfeil B angegeben ist. Der Arm 33 drückt die flexible Wand 8 nach innen in das Innere der Kammer 1 und drängt dadurch Tinte 2 aus der Düse 4 und bildet den Tintentropfen 20. Wenn dann das Stellglied 5 zurückkehrt oder wenn die elektrostatische Bindung entfernt wird, kehren der Arm 33 des Hebelmechanismus 36 und die flexible Wand 8 in ihre Ausgangspositionen zurück. Der Tintendruck in der Kammer 1 nimmt ab und bewirkt so, dass Tinte 2 in die Kammer 1 strömt. Die Tintenstrahlvorrichtung 30 ist für den nächsten Zyklus bereit. Diese Art ist im Stand der Technik bekannt als Feuern-Vor-Befüllungs-Art.
Es wird von Fachleuten in Erwägung gezogen, dass viele Details der vorstehenden Beschreibung nur Beispiele sind. Zum Beispiel kann das piezoelektrische Material des Stellgliedes 5 derart sein, dass es expandiert, wenn es unter die Spannung V₂ gesetzt wird. Das Stellglied 5 bewegt sich dann nach vorne anstatt von der flexiblen Wand 8 weg. Eine andere Alternative ist, dass die zweite Elektrode 7 noch an der flexiblen Wand 8 gebildet ist, während die erste Elektrode 6 mit dem Stellglied 5 über den Hebelmechanismus 36 verbunden ist. Die Tintenstrahlvorrichtungen der Erfindung sind ferner nicht auf Tintenstrahlanwendungen beschränkt, sondern auch bei irgendeiner Technologie anwendbar, die das Ausstoßen eines Fluides aus einer Fluidkammer erfordert.
Mit Bezug auf 4 wird ein Tintenstrahl-Druckkopf 100 der Erfindung beschrieben. Der Tintenstrahl-Druckkopf 100 weist eine Anzahl von Tintenstrahlvorrichtungen auf, die fast mit der in 1 dargestellten Tintenstrahlvorrichtung identisch sind und nicht wieder im Detail beschrieben werden müssen. Der Unterschied liegt darin, dass flexible Wände 58, 68 und 78 von einigen Tintenstrahlvorrichtungen 50, 60 und 70 durch das gleiche Stellglied 5 angetrieben werden. Elektrodenpaare sind zwischen jeder der flexiblen Wände 58, 68 und 78 und dem Stellglied 5 angeordnet. Zweite Elektroden 57, 67 und 77 sind je an jeder der flexiblen Wände 58, 68 und 78 gebildet. Erste Elektroden sind an der Kante des Stellgliedes 5 entweder separat, z. B. als eine der flexiblen Wand 58 entsprechende erste Elektrode 56 oder zusammen als eine den flexiblen Wänden 68 und 78 entsprechende erste Elektrode 66 ausgebildet. Isolatoren 59, 69 und 79 sind in einer ähnlichen Weise angeordnet.
Der Tintenstrahl-Druckkopf 100 weist ferner eine Verbindungssteuerungsschaltung 80 zum Auswählen der Tintenstrahlvorrichtungen auf, die in einem Zyklus ausstoßen sollen. Die Verbindungssteuerschaltung 80 erzeugt insbesondere nur elektrostatische Bindungen zwischen dem Stellglied 5 und den flexiblen Wänden der ausgewählten Tintenstrahlvorrichtungen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindungssteuerschaltung 80 elektrisch mit den ersten Elektroden 56 und 66 und den zweiten Elektroden 57, 67 und 77 verbunden, um die Spannung V₁ an die ausgewählten Elektrodenpaare anzulegen.
Bei dem in 4 dargestellten Beispiel werden die Tintenstrahlvorrichtungen 50 und 70 mit der an ihre Elektrodenpaare angelegten Spannung V₁ ausgewählt, während die Tintenstrahlvorrichtung 60 mit der Spannung V₁ = 0 nicht ausgewählt wird. Zwischen den flexiblen Wänden 58 und 78 und dem Stellglied 5 der ausgewählten Tintenstrahlvorrichtungen 50 und 70 werden elektrostatische Bindungen erzeugt. Folglich deformieren, wenn sich das Stellglied 5 in den durch die Pfeile 'A und B angegebenen Richtungen bewegt, die flexiblen Wände 58 und 78 und kehren in der bei der Erörterung der 2A und 2b beschriebenen Weise zurück. Als Ergebnis werden Tintentropfen 25 und 27 durch die Tintenstrahlvorrichtungen 50 und 70 ausgestoßen. Während dieses Zyklus bleibt die nicht ausgewählte Tintenstrahlvorrichtung 60 inaktiv, in der bei der Erörterung der 2C beschriebenen Weise, da ihre flexible Wand 68 nicht elektrostatisch an das Stellglied 5 gebunden ist. Der Tintestrahldruckkopf 100 enthält ferner eine Bewegungssteuerungsschaltung 90 zum Anlegen der Spannung V₂ an das piezoelektrische Stellglied 5, um dessen Bewegungen zu verursachen.
Von besonderer Bedeutung ist, dass die oben erwähnten Modifikationen der Tintenstrahlvorrichtung, wie z. B. die Typen piezoelektrischer Materialien, die für das Stellglied verwendet werden, Elektrodenanordnungen und der Einschluss eines Umkehrmechanismus auch bei der Tintenstrahlvorrichtung des Tintenstrahl-Druckkopfes 100 anwendbar sind.
Es sollte nun klar sein, dass eine Tintenstrahlvorrichtung zur Anwendung bei einem Tintenstrahl-Druckkopf und ein Verfahren zu dessen Betrieb beschrieben wurden. Gemäß der vorliegenden Erfindung dient die elektrostatische Anziehung als ein Klebstoff zwischen einem gemeinsamen Stellglied und einer flexiblen Wand der Fluidkammer. Daher werden herkömmliche Klebebindungen wirkungsvoll ersetzt und das Fehlausrichtungsproblem zwischen der Fluidkammer und dem Stellglied wird verringert. Ferner kann ein einziges Stellglied unter Kanälen zum Austreiben von Tinte aus ihren jeweiligen Düsen geteilt werden. Da das elektrostatische Feld an- und abgeschaltet werden kann, werden einzelne Kanäle wahlweise mit dem Stellglied nur dann verbunden, wenn sie Tropfen ausstoßen sollen. Daher kann das Stellglied größer sein als herkömmliche Stellglieder, was das Stellglied-Herstellungsverfahren vereinfacht. Die Lebensdauer des piezoelektrischen Stellglieds wird auch verbessert, da die zeitlich variierenden Drucksteuerungsspannungen an die Elektrodenpaare angelegt werden können anstatt an das Stellglied selbst.
Während spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt wurden, ist es klar, dass Variationen in den Details der speziell dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, zu verlassen.

Claims

Fluidstrahlvorrichtung aufweisend: eine Fluidkammer (1) mit einer Düse (4) und einer flexiblen Wand (8; 58, 68, 78), die zur Änderung eines Volumens der Fluidkammer (1) vibrieren kann; ein Stellglied (5) zur Erzeugung mechanischer Bewegungen; und eine zwischen der flexiblen Wand (8; 58, 68, 78) und dem Stellglied (5) angeordnete elektrostatische Kupplung (6, 7, 9; 56, 57, 59, 66, 67, 69, 77, 79) zur Umwandlung der mechanischen Bewegungen des Stellglieds (5) in Vibrationen der flexiblen Wand; wobei die elektrostatische Kupplung (6, 7, 9; 56, 57, 59, 66, 67, 69, 77, 79) eine erste Elektrode (6; 56, 66) und eine zweite Elektrode (7; 57, 67, 77) aufweist, von denen eine am Stellglied (5) befestigt ist, um seinen mechanischen Bewegungen in der einen oder der anderen entgegengesetzter Richtungen (A, B) zu folgen, und die andere mit der flexiblen Wand (8; 58, 68, 78) verbunden ist, um zusammen sich in die eine oder die andere der entgegengesetzten Richtungen (A, B) zu bewegen; wobei die erste Elektrode (6; 56, 66) und die zweite Elektrode (7; 57, 67, 77), wenn eine Spannung angelegt wird, einander anziehen, was eine elektrostatische Bindung zwischen der flexiblen Wand (8;58, 68, 78) und dem Stellglied (5) liefert; dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6, 7; 56, 66, 57, 67, 77) eine nach der anderen in den genannten Richtungen (A, B) angeordnet sind, und dass ein Isolator (9; 59, 69, 79) zwischen der ersten Elektrode (6; 56, 66) und er zweiten Elektrode (7; 57, 67, 77) angeordnet ist, um einen Kurzschluss zu verhindern.
Fluidstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (6) an einer Kante des Stellgliedes (5) oder an einer äußeren Oberfläche der flexiblen Wand (8) angeordnet ist, und die zweite Elektrode (7) parallel zur ersten Elektrode und von ihr beabstandet angeordnet ist.
Fluidstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Elektrode (7) am anderen der genannten Kante des Stellgliedes (5) oder der äußeren Oberfläche der flexiblen Wand (8) angeordnet ist.
Fluidstrahlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend einen Umkehrmechanismus (36), um in Zusammenwirkung mit der elektrostatischen Kupplung (6, 7, 9; 56, 57, 59, 66, 67, 69, 77, 79) die mechanischen Bewegungen des Stellgliedes (5) reversibel in Vibrationen der flexiblen Wand (8; 58, 68, 78) umzuwandeln.
Fluidstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Elektrode (7) am Umkehrmechanismus (36) angebracht ist.
Fluidstrahlvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolator (9; 59, 69, 79) an einer der Elektroden (6; 56, 66) angebracht ist.
Fluidstrahlvorrichtung nach Anspruch 6, wobei zwischen dem Isolator (9; 59, 69, 79) und der jeweiligen anderen Elektrode (7; 57, 67, 77) in den entgegengesetzten Richtungen (A, B) eine kleine Lücke vorhanden ist.
Verfahren zum Betrieb einer Tintenstrahlvorrichtung mit einer Tintenkammer (1) mit einer Düse (4), einem Einlass (3) und einer flexiblen Wand (8; 58, 68, 78) und einem sich in einer ersten Richtung (A) und einer zweiten Richtung (B) bewegenden Stellglied (5), die folgenden Schritte aufweisend: a) Erzeugen einer elektrostatischen Bindung zwischen der flexiblen Wand (8; 58, 68, 78) und dem Stellglied (5) durch eine elektrostatische Kupplung, b) Deformieren der flexiblen Wand (8; 58, 68, 78) von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand als Reaktion auf eine Bewegung des Stellgliedes (5) in der ersten Richtung (A); und c) Zurückführen der flexiblen Wand (8) vom zweiten Zustand in den ersten Zustand; und den Schritt aufweisend der Verwendung einer genannten elektrostatischen Kupplung (6, 7, 9; 56, 57, 59, 66, 67, 69, 77, 79), die eine erste Elektrode (6; 56, 66) und eine zweite Elektrode (7; 57, 67; 77) aufweist, von denen eine am Stellglied (5) befestigt ist, um seinen mechanischen Bewegungen in der einen oder der anderen entgegengesetzter Richtungen (A, B) zu folgen, und die andere mit der flexiblen Wand (8, 58, 68, 78) verbunden ist, um sich zusammen in der einen oder der anderen der entgegengesetzten Richtungen (A, B) zu bewegen; wobei die erste Elektrode (6; 56, 66) und die zweite Elektrode (7; 57, 67, 77) einander anziehen, wenn eine Spannung angelegt wird, was eine elektrostatische Bindung zwischen der flexiblen Wand (8; 58, 68, 78) und dem Stellglied (5) liefert; gekennzeichnet durch den Einschluss des Schritts der Verwendung einer solchen elektrostatischen Kupplung, wobei die Elektroden (6, 7; 56, 66, 57, 67, 77) nacheinander in den Richtungen (A, B) angeordnet sind, und dadurch, dass ein Isolator (9; 59, 69, 79) zwischen der ersten Elektrode (6; 56, 66) und der zweiten Elektrode (7; 57, 67, 77) angeordnet ist, um einen Kurzschluss zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Schritt c) unter Veranlassung einer Bewegung des Stellgliedes (5) in der zweiten Richtung (B) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Schritt c) unter Entfernung der elektrostatischen Bindung zwischen der flexiblen Wand (8; 58, 68, 78) und dem Stellglied (5) durchgeführt wird.