DE60121653T2

DE60121653T2 - Tintenstrahlkopf und Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE60121653T2
Application number: DE60121653T
Authority: DE
Inventors: Seiko Epson Corporation Masahiro Suwa-shi Nagano-ken Fujii; Seiko Epson Corporation Hiroyuki Suwa-shi Nagano-ken Ishikawa; Seiko Epson Corporation Yasushi Suwa-shi Nagano-ken Matsuno
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2007-07-12
Also published as: EP1136270A2; ATE333997T1; US6419344B2; EP1136270B1; KR20010091915A; CN1313191A; CN1179849C; EP1136270A3; DE60121653D1; KR100527221B1; HK1040506B; HK1040506A1; US20010020965A1; DE60121653T8

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlkopf des Typs mit elektrostatischem Antrieb und bezieht sich insbesondere auf einen Tintenstrahlkopf, der kompakt ist, eine reduzierte Anzahl an Teilen benötigt und leicht herzustellen ist. Ganz besonders betrifft die Erfindung einen Tintenstrahldrucker, in den der Tintenstrahlkopf eingebaut ist.
Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Wie allgemein bekannt, ist der Tintenstrahlkopf des Typs mit elektrostatischem Antrieb so konstruiert, daß ein Volumen einer mit einer Tintenausstoßdüse in Verbindung stehenden Tintendruckkammer mittels einer elektrostatischen Kraft veränderbar ist, und daß eine vorherbestimmte Gestalt eines Tintentröpfchens aus der Tintenstrahldüse mittels einer in der Tintendruckkammer hervorgerufenen Druckänderung ausgestoßen wird. Diese Art von Tintenstrahlkopf ist beispielsweise im US Patent 5 513 431 vom 7. Mai 1996 offenbart, welches dem gleichen Übernehmer wie die vorliegende Anmeldung übertragen wurde.
Ein allgemein bekannter Tintenstrahlkopf des Typs mit elektrostatischem Antrieb hat eine Vielzahl von Tintendruckkammern, die jeweils mit einer Vielzahl von fluchtend angeordneten Tintenausstoßdüsen in Verbindung stehen. Um einen Einfluß der Druckänderung in jeder Tintendruckkammer auf eine andere Tintendruckkammer zu verhindern, ist jede Tintendruckkammer über eine Tintenzufuhröffnung mit einer gemeinsamen Tintenkammer verbunden, die ein großes Fassungsvermögen hat. Die gemeinsame Tintenkammer ist mit einer Tintenzufuhröffnung versehen. Tinte wird der gemeinsamen Tintenkammer von einer Tintenquelle durch die Tintenzufuhröffnung zugeleitet.
Wie aus der genannten US Patentschrift hervorgeht, sind an der Rückseite der fluchtend angeordneten Tintenausstoßdüsen die Tintendruckkammern in Richtung der Ebene angeordnet. An der Rückseite dieser Tintendruckkammern sind Tintenzufuhröffnungen, die sich zur Rückseite des Tintenstrahlkopfes erstrecken, ausgebildet. An der Rückseite dieser Tintenzufuhröffnungen ist die gemeinsame Tintenkammer in der gleichen Ebenenrichtung angeordnet. Die der gemeinsamen Tintenkammer durch die Tintenzufuhröffnung zugeleitete Tinte fließt zur Vorderseite des Tintenstrahlkopfes in der Richtung der Ebene und wird jeder Tintendruckkammer vom Stirnbereich der gemeinsamen Tintenkammer aus durch die Tintenzufuhröffnung zugeführt.
Auf der anderen Seite ist der Tintenstrahlkopf mit elektrostatischem Antrieb der vorstehend beschriebenen Konstruktion typischerweise mit einem Halbleitersubstrat aufgebaut. Durch anisotro pes Naßätzen der Oberfläche des monokristallinen Siliziumsubstrats ist beispielsweise eine Rille für die gemeinsame Tintenkammer sowie Rillen für die Tintendruckkammern ausgebildet. Durch anisotropes Naßätzen von der Oberfläche des monokristallinen Siliziumsubstrats mit einer Kristallorientierungsfläche (100) wird normalerweise eine vorherbestimmte Tiefe einer rechteckigen Rille in ebener Gestalt beispielsweise für die gemeinsame Tintenkammer gebildet.
Hier, in dem herkömmlichen Tintenstrahlkopf mit elektrostatischem Antrieb sind die Tintendruckkammern, die Tintenzufuhröffnungen sowie die gemeinsame Tintenkammer auf der gemeinsamen Ebene in einer Längsrichtung des Tintenstrahlkopfes angeordnet. Folglich ist der Tintenstrahlkopf in Längsrichtung langgestreckt.
Deshalb wird beispielsweise, wie im US Patent 5 963 234 vom 5. Oktober 1999, welches dem gleichen Übernehmer wie die vorliegende Anmeldung übertragen wurde, in Betracht gezogen, die Tintendruckkammern in einer Höhenlage anzuordnen, die sich von der Ebene unterscheidet, in der die Tintendruckkammern vorgesehen sind. Der in der genannten Veröffentlichung offenbarte Tintenstrahlkopf ist vom Typ mit piezoelektrischem Antrieb. Die Konstruktion ist, so wie sie ist, nicht für den Tintenstrahlkopf mit elektrostatischem Antrieb anwendbar. Außerdem sind bei dem in der genannten US Patentschrift offenbarten Tintenstrahlkopf die gemeinsame Tintenkammer, die Tintendruckkammern und die Tintenzufuhröffnungen durch Aufeinanderstapeln einer Vielzahl von Substraten festgelegt. Auch wenn eine solche Konstruktion eine Verkürzung der Länge in Längsrichtung ermöglicht, nimmt die Abmessung in Richtung der Dicke bedeutend zu. Außerdem wird nicht nur die Anzahl der Bauelemente groß, sondern auch die der Fertigungsschritte.
Im Fall des herkömmlichen Tintenstrahlkopfes mit elektrostatischem Antrieb, der mit der gemeinsamen Tintenkammer von rechteckiger Gestalt in Sicht der Ebene versehen ist, erstreckt sich die innere Seitenwand der gemeinsamen Tintenkammer, wo die Tintenzufuhröffnungen mit der Kammer in Verbindung stehen, in Richtung der Breite des Tintenstrahlkopfes und erstreckt sich folglich im wesentlichen rechtwinklig zu den Tintenzufuhröffnungen, die sich in Längsrichtung des Tintenstrahlkopfes erstrecken. Infolgedessen kann es an der inneren Seitenfläche der gemeinsamen Tintenkammer, insbesondere in beiden Eckbereichen derselben zu einer Stagnation der Tinte kommen. So können sich gemischt mit der Tinte in die gemeinsame Tintenkammer eindringende Bläschen in den Eckbereichen ansammeln. Sobald sich Bläschen in den Eckbereichen der gemeinsamen Tintenkammer angesammelt haben, wird es schwierig, die Tinte den Tintendruckkammern durch die Tintenzufuhröffnungen stabil zuzuführen, welche sich in der Nähe der Eckbereiche befinden.
Wenn den an beiden Enden befindlichen Tintendruckkammern nicht genügend Tinte zugeführt wird, kann das Ausstoßen der Tintentröpfchen in angemessenem Zustand nicht durch solche Tintenausstoßdüsen erfolgen, die mit derartigen Tintendruckkammern in Verbindung stehen. Wenn ein solches Versagen verursacht wird, kann das wegen der Schwankung der Tintenausstoßeigenschaften der betroffenen Tintenausstoßdüsen zu einer Verschlechterung der Druckqualität führen.
Ein Tintenstrahlkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus JP 11-129463 A bekannt. Bei diesem Stand der Technik sind die Tintenausstoßdüsen auf der gleichen Seite des Tintenstrahl kopfes wie eine Tintenzufuhröffnung angeordnet, durch die die Tinte der gemeinsamen Tintenkammer zugeleitet wird. Mit anderen Worten, die Tintenzufuhröffnung ist an der Seite des Tintenstrahlkopfes vorgesehen, längs der das Papier vorbeiläuft.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Tintenstrahlkopf des Typs mit elektrostatischem Antrieb zu schaffen, der eine Länge in Längsrichtung desselben verkürzen kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tintenstrahlkopf des Typs mit elektrostatischem Antrieb zu schaffen, der eine kleinere Anzahl von Bauelementen besitzt, leicht herzustellen und in Längsrichtung kurz ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines kurzen Tintenstrahlkopfes des Typs mit elektrostatischem Antrieb, der eine Ansammlung von Bläschen in der gemeinsamen Tintenkammer, welche zu einer Schwankung von Tintenausstoßmerkmalen unter den Tintenausstoßdüsen führt, vermeiden kann und der verhindern kann, daß Tintenausstoßeigenschaften der Tintenausstoßdüse an beiden Stirnseiten abgesenkt werden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Tintenstrahldruckers, der den neuartigen Tintenstrahlkopf besitzt.
Diese Ziele werden mit einem Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Statt die Düsenrillen zur Schaffung der Tintenstrahldüsen im dritten Substrat auszubilden, kann der Tintenstrahlkopf ferner ein viertes Substrat aufweisen, in welchem die Tintenstrahldüsen ausgebildet sind, wobei mit den Tintendruckkammern in Verbindung stehende Tintenverbindungslöcher an vorderen Stirnflächen der aufgestapelten zweiten und dritten Substrate freiliegen und das vierte Substrat an den Stirnflächen so angebracht ist, daß die jeweiligen Tintendüsen mit den entsprechenden Tintenverbindungslöchern in Verbindung stehen.
Die gemeinsame Tintenkammer kann von einer Rille zur Schaffung der gemeinsamen Tintenkammer an der Oberseite des dritten Substrats und einem die Rille abdichtenden Film gebildet sein, und mindestens eine Tintenzufuhröffnung ist durch den unteren Bereich der Rille gebildet, welche die gemeinsame Tintenkammer schafft. Im Vergleich mit der Ausbildung der dünnen Rillen an der Oberfläche des Substrats ist die Erzeugung von Durchgangslöchern im unteren Bereich der gemeinsamen Tintenkammer zur Schaffung von Tintenzufuhröffnungen leichter. Auch eine Vielzahl von Tintenzufuhröffnungen kann verhältnismäßig einfach geschaffen werden. Außerdem kann die Freiheit in der Auslegung des Abschnitts und der Dimension der Bohrung vergrößert werden, was die Einstellung des Strömungswiderstands der Tintenzufuhröffnung erleichtert und es damit einfacher macht, die Tintenausstoßmerkmale des Tintenstrahlkopfes einzustellen. Durch die Schaffung einer größeren Anzahl von Tintenzufuhröffnungen kann eine nennenswerte Steigerung des Tintenströmungswiderstandes vermieden werden, falls eine der Bohrungen durch in der Tinte enthaltene Fremdstoffe blockiert wird. Hierdurch kann eine kontinuierliche Tintenzufuhr aufrechterhalten werden, was einen schädlichen Einfluß auf die Menge der ausgestoßenen Tinte, die Tintenausstoßgeschwindigkeit und dergleichen verhindert.
Zur Herstellung des dritten Substrats mit den Düsenrillen zur Schaffung der Tintenausstoßdüsen, der Tintenzufuhröffnungen und der gemeinsamen Tintenkammer handelt es sich bei dem dritten Substrat um ein monokristallines Siliziumsubstrat. Die Düsenrillen, welche die Tintenausstoßdüsen bilden sollen, und die Tintenzufuhröffnungen werden durch Vertiefungsätzen mittels einer induktiv gekoppelten Plasmaentladung, ICP, gebildet, und die Rille, welche die gemeinsame Tintenkammer darstellen soll, wird durch anisotropes Naßätzen gebildet.
Der Film kann mit der Tintenzufuhröffnung gebildet werden, und eine Rippe zum Stützen des Films ist in der gemeinsamen Tintenkammer vorgesehen, um zu verhindern, daß der Bereich des Films, wo sich die Tintenzufuhröffnung befindet, in Richtung aus der Ebene heraus durchbiegt.
Der Tintenstrahlkopf kann ferner eine Tintenzufuhröffnung zum Einführen von Tinte in die gemeinsame Tintenkammer aufweisen. Die Tintenzufuhröffnungen stehen mit einem ersten Stirnbereich der gemeinsamen Tintenkammer in Verbindung, und die Tintenzufuhröffnung steht mit einem zweiten Stirnbereich der gemeinsamen Tintenkammer in Verbindung, und die Gestalt der gemeinsamen Tintenkammer in Draufsicht ist verjüngt, sie ist weiter vom zweiten Stirnbereich zum ersten Stirnbereich. Mit dieser Gestaltung der gemeinsamen Tintenkammer kann die durch die Tintenzufuhröffnungen in die gemeinsame Tintenkammer gelangende Tinte rasch zu den Tintenzufuhröffnungen in der gemeinsamen Tintenkammer fließen, ohne darin zu stagnieren. Dementsprechend kann eine Ansammlung von Bläschen in der gemeinsamen Tintenkammer aufgrund darin stockender Tinte erfolgreich vermieden oder eingeschränkt werden. Insbesondere kann das Stocken von Tinte im Eckbereich der gemeinsamen Tintenkammer an beiden Endabschnitten in seitlicher oder Breitenrichtung vermieden oder eingeschränkt werden.
Bei der typischen Konstruktion kann das erste Ende ein Ende der gemeinsamen Tintenkammer an der rückwärtigen Stirnseite des Tintenstrahlkopfes sein, und das zweite Ende ist ein Ende der gemeinsamen Tintenkammer an der vorderen Stirnseite des Tintenstrahlkopfes.
Ein unterer Abschnitt und eine innere Umfangsseitenwand der gemeinsamen Tintenkammer kann von einer Rille bestimmt sein, die durch anisotropes Naßätzen eines monokristallinen Siliziumsubstrats bis in eine vorherbestimmte Tiefe gebildet ist, und die Kristallorientierung des monokristallinen Siliziumsubstrats ist (100), und die Rille ist begrenzt durch innere Umfangsseitenwände mit entsprechenden Ausrichtungen parallel zur (011) Ausrichtungsfläche, 45° zur (011) Betriebsfläche sowie 90° zur (011) Ausrichtungsfläche. Insbesondere ist es wünschenswert, daß die Rille begrenzt ist von inneren Umfangsseitenwänden mit entsprechenden Ausrichtungen parallel zur (011) Ausrichtungsfläche, 19° zur (011) Betriebsfläche, 45° zur (011) Betriebsfläche und 90° zur (011) Ausrichtungsfläche.
Wenn ein isotropes Naßätzen durchgeführt wird, können die jeweiligen inneren Umfangsseitenwände der gemeinsamen Tintenkammer leichter als ebene Oberflächen gebildet werden, die Strömung der Tinte in der gemeinsamen Tintenkammer wird glatt, was dazu beiträgt, einen Bläschenstau darin einzuschränken oder zu eliminieren.
Die elektrostatische Betätigungsvorrichtung kann eine Schwingungsplatte umfassen, die in einem unteren Bereich jeder der Tintendruckkammern ausgebildet ist, sich elastisch in Richtung aus der Ebene verlagern läßt und als gemeinsame Elektrode dient, sowie eine der Schwingungsplatte mit gegebenem Abstand gegenüberliegende, individuelle Elektrode, die an der Oberseite des ersten Substrats gebildet ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung ist anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung besser zu verstehen, welches allerdings nicht als die Erfindung beschränkend zu verstehen ist, sondern lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dient.
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine allgemeine Draufsicht auf einen Tintenstrahlkopf des Typs mit elektrostatischem Antrieb, auf den die vorliegende Erfindung angewandt ist;
2 eine Querschnittsteilansicht längs eines Tintenzufuhrröhrchens 7 des Tintenstrahlkopfes gemäß 1 in Richtung längs der Linie II-II in 1 gesehen;
3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Hauptteils des Tintenstrahlkopfes gemäß 1;
4 ein allgemeines Fließschema eines Herstellungsverfahrens einer Düsenplatte im Tintenstrahlkopf gemäß 1;
5(a) bis 5(d) Ansichten zur Erläuterung des jeweiligen Herstellungsverfahrens der Düsenplatte;
6(a) und 6(b) allgemeine Schnittansichten einer Abwandlung des in 1 gezeigten Tintenstrahlkopfes;
7 ein allgemeiner Schnitt durch einen Tintenstrahlkopf des Zeilentyps, auf den die vorliegende Erfindung angewandt ist;
8 eine perspektivische Ansicht des wesentlichen Teils des in 7 gezeigten Tintenstrahlkopfes;
9 eine perspektivische Außenansicht eines Beispiels eines Tintenstrahldruckers, in den der Tintenstrahlkopf gemäß 7 eingebaut ist; und
10 eine perspektivische Teilansicht eines Anbringungsteils des Tintenstrahlkopfes im Tintenstrahldrucker gemäß 9.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im einzelnen anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Tintenstrahlkopfes des Typs mit elektrostatischem Antrieb der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezifische Einzelheiten genannt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Allerdings ist dem Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung auch ohne diese spezifischen Einzelheiten verwirklicht werden kann. Andererseits ist ein allgemein bekannter Aufbau nicht im einzelnen gezeigt, um eine unnötige Unverständlichkeit der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 ist eine allgemeine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahlkopfes des Typs mit elektrostatischem Antrieb gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 ist ein allgemeiner Schnitt durch den Teil längs der Linie II-II, und 3 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht des Hauptteils des ersten Ausführungsbeispiels des elektrostatischen Tintenstrahlkopfes. Die folgende Beschreibung orientiert sich an den Zeichnungen. Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlkopfes 1 umfaßt eine Vielzahl von Tintenstrahldüsen 3, die in Richtung der Breite X des Kopfes an der vorderen Stirnfläche 2 desselben fluchtend angeordnet sind. Jede der Tintenstrahldüsen 3 ist mit einer Tintendruckkammer 4 verbunden, die sich an der Rückseite in Längsrichtung Y des Kopfes befindet.
Die Tintendruckkammern 4 sind in Form einer Matrix auf einer Ebene in Richtung der Breite X des Kopfes fluchtend in gegenseitigen Abständen mit einer Trennwand 4a zwischen einander benachbarten Kammern angeordnet. Jede Tintendruckkammer 4 steht mit einer gemeinsamen Tintenkammer 6 über eine Tintenzufuhröffnung 5 in Verbindung. Die gemeinsame Tintenkammer 6 ist auf der Oberseite jeder Tintendruckkammer 4 in Richtung der Dicke Z des Kopfes gestapelt. An der Oberseite der gemeinsamen Tintenkammer 6 ist eine Tintenzufuhröffnung 9 gebildet. Von einer nicht gezeigten, äußeren Tintenquelle zugeführte Tinte gelangt über ein Tintenzufuhrröhrchen 7 und einen Filter 8 durch die Tintenzufuhröffnung 9 in die gemeinsame Tintenkammer 6.
Das Volumen jeder Tintendruckkammer 4 ist mittels einer weiter unten beschriebenen elektrostatischen Betätigungsvorrichtung individuell veränderbar. Mit Hilfe der durch Ändern des Volumens jeder Tintendruckkammer 4 verursachten Druckschwankung wird aus jeder Tintenausstoßdüse 3 ein Tintentröpfchen 10 ausgestoßen.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlkopfes 1 umfaßt ein Elektrodenglassubstrat (erstes Substrat) 11, ein Hohlraumsubstrat (zweites Substrat) 12, welches von einem auf die Oberfläche des ersten Substrats 11 geschichteten, monokristallinen Siliziumsubstrat gebildet ist, sowie ein Düsensubstrat (drittes Substrat) 13, welches von einem auf die Oberfläche des zweiten Substrats 12 geschichteten, monokristallinen Siliziumsubstrat gebildet ist. Diese drei Substrate sind in Richtung der Dicke Z des Kopfes aufeinandergestapelt.
Das Hohlraumsubstrat 12 ist zwischen das Elektrodenglassubstrat 11 und das Düsensubstrat 13 geschichtet und mit einer Vielzahl von Rillen 21 versehen, welche an der Oberseite 12a desselben die Tintendruckkammern bilden. An der Unterseite 13b des Düsensubstrats 13, welches auf die Oberseite 12a des Hohlraumsubstrats 12 geschichtet ist, sind Tintenrillen 22 im vorderen Stirnbereich ausgebildet, die sich in Längsrichtung Y des Kopfes erstrecken und die Tintenausstoßdüsen darstellen. Im hinteren Stirnbereich sind die Tintenzufuhröffnungen 5 ausgebildet, die sich durch das Düsensubstrat 13 in Richtung der Dicke Z des Kopfes erstrecken.
Durch das Aufeinanderschichten des Hohlraumsubstrats 12 und des Düsensubstrats 13 werden die Tintenausstoßdüsen 3 und die Tintendruckkammern 4 festgelegt. Jede Tintenausstoßdüse 3 steht mit jeder Tintendruckkammer 4 in Verbindung. Auf der anderen Seite hat die Tintendruckkammer 4 einen hinteren Stirnbereich, wo sie mit einer Vielzahl von Tintenzufuhröffnungen 5 in Verbindung steht.
Auf der Oberseite 13a des Düsensubstrats 13 ist eine Rille 24 gebildet, die sich in seitlicher bzw. Breitenrichtung X des Kopfes erstreckt und die gemeinsame Tintenkammer begrenzt. Eine obere Öffnung der Rille 24 ist von einem Film 25 verschlossen, der auf die Oberfläche 13a des Düsensubstrats 13 geschichtet ist, um die gemeinsame Tintenkammer 6 zu begrenzen. Durch den Film 25 hindurch ist die Tintenzufuhröffnung 9 ausgebildet. An der Tintenzufuhröffnung 9 ist ein Ende des Tintenzufuhrröhrchens 7 durch Verkleben befestigt.
Als nächstes soll die elektrostatische Betätigungsvorrichtung zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus jeder Tintenausstoßdüse 3 beschrieben werden. Zunächst wird im unteren Bereich jeder Rille 21, die zur Schaffung der Tintendruckkammer im Hohlraumsubstrat 12 vorgesehen ist, eine Schwingungsplatte 26 vorgesehen, die aus der Ebene (Richtung der Dicke Z des Kopfes) elastisch verformbar ist. In der Oberseite 11a des Elektrodenglassubstrats 11, welches auf die Unterseite 12b des Hohlraumsubstrats 12 geschichtet ist, ist an einer Stelle der Schwingungsplatte 26 gegenüber eine Rille 27 in gegebener Tiefe gebildet. An der Unterseite der Rille 27 ist eine individuelle Elektrode 28 in Form eines ITO-Films oder dergleichen ausgebildet. Jede individuelle Elektrode 28 und die Schwingungsplatte 26 sind einander mit gegebenem Abstand gegenüber angeordnet, und die zwischen ihnen entstehende Lücke ist mit Dichtungsmaterial 36 hermetisch abgedichtet.
Eine elektrostatische Anziehungskraft wird zwischen der Schwingungsplatte 26 und der ihr gegenüberliegenden individuellen Elektrode 28 erzeugt, wenn zwischen einer gemeinsamen Elektrode 29, die im hinteren Stirnbereich der Oberseite 12a des Hohlraumsubstrats 12 ausgebildet ist, und jeder individuellen Elektrode 28 eine Ansteuerspannung angelegt wird. Die elektrostatische Anziehungskraft zwingt die Schwingungsplatte 26, sich in Richtung zur individuellen Elektrode 28 elastisch zu verformen. Unmittelbar nach Aufheben der angelegten Ansteuerspannung verschwindet die elektrostatische Anziehungskraft, und die Schwingungsplatte 26 bewegt sich aufgrund ihrer eigenen elastischen Eigenschaften in die Ausgangsstellung zurück. Hierdurch wird eine Druckschwankung in jeder Tintendruckkammer 4 erzeugt, und dadurch wird das Tintentröpfchen durch die entsprechende Tintenausstoßdüse 3 ausgestoßen. Da das Funktionsprinzip der elektrostatischen Betätigungsvorrichtung an sich bekannt ist, wird es nicht weiter beschrieben.
Im Tintenstrahlkopf 1 des gezeigten Ausführungsbeispiels mit dem oben beschriebenen Aufbau ist die gemeinsame Tintenkammer 6 auf die Tintendruckkammern 4 gestapelt. Im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau, bei dem die gemeinsame Tintenkammer 6 und die Tintendruckkammern 4 in der gleichen Ebene liegen, kann also die Abmessung in Richtung der Länge Y bzw. in Längsrichtung des Tintenstrahlkopfes kleiner gewählt werden.
Auf der anderen Seite hat das gezeigte Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlkopfes 1 einen Aufbau, bei dem drei Substrate aufeinandergestapelt sind und sowohl die Düsenrillen 22 zur Schaffung der Tintenausstoßdüsen als auch die Rille 24 zur Schaffung der gemeinsamen Tintenkammer 24 sind im Düsensubstrat 13 ausgebildet. Folglich ist es nicht nötig, ein weiteres Substrat einzubauen, um die gemeinsame Tintenkammer 6, die auf den Tintendruckkammern 4 vorgesehen ist, unterzubringen. Das hat zur Folge, daß beim Anordnen der gemeinsamen Tintenkammer auf den Tintendruckkammern die Vergrößerung der Abmessung des Kopfes in Richtung der Dicke Z reduziert ist. Folglich kann ein Tintenstrahlkopf verwirklicht werden, der kompakter ist als ein herkömmlicher, und auch die Anzahl der Teile kann verringert werden, was die Herstellung erleichtert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind außerdem die Tintenzufuhröffnungen 5 vertikal im unteren Wandbereich der gemeinsamen Tintenkammer 6 im Düsensubstrat 13 gebildet. Wenn die gemeinsame Tintenkammer 6 auf der gemeinsamen Ebene mit den Tintendruckkammern 4 angeordnet wird, müssen feine Rillen an der Oberfläche des Substrats vorgesehen werden, um die Tintenzufuhröffnungen zur Verbindung zwischen der gemeinsamen Tintenkammer 6 und der Tintendruckkammer 4 herzustellen. Im Vergleich mit der Schaffung der feinen Rillen in der Oberfläche des Substrats ist es leichter, Durchgangsbohrungen im Bodenbereich der gemeinsamen Tintenkammer 6 als Tintenzufuhröffnungen 5 vorzusehen. Auch eine Vielzahl der Tintenzufuhröffnungen 5 kann relativ leicht geschaffen werden. Darüber hinaus wird die Freiheit für die Auslegung des Schnitts und die Dimension der Bohrung größer, was die Einstellung des Strömungswiderstandes der Tintenzufuhröffnung erleichtert und es dadurch leichter macht, die Tintenausstoßeigenschaften des Tintenstrahlkopfes 1 einzustellen.
Sollte eine der Bohrungen durch in der Tinte enthaltene Fremdstoffe blockiert werden, so kommt es angesichts der größeren Anzahl von Tintenzufuhröffnungen nicht zu einem Anstieg des Tintenströmungswiderstandes, sondern es kann eine kontinuierliche Tintenzufuhr gewährleistet werden, wodurch eine schädliche Einwirkung auf die Tintenausstoßmenge, Tintenausstoßgeschwindigkeit und so weiter vermieden wird.
In der gemeinsamen Tintenkammer 6 des dargestellten Ausführungsbeispiels des Tintenstrahlkopfes 1 erstreckt sich die innere Umfangsseitenwand 241 in seitlicher Richtung bzw. Richtung der Breite X des Kopfes an der hinteren Stirnseite der Rille 24. Längs der inneren Umfangsseitenwand 241 an der rückwärtigen Stirnseite des Kopfes sind die Tintenzufuhröffnungen 5 im Bodenbereich der Rille 24 gebildet. Im Gegensatz dazu befindet sich die Tintenzufuhröffnung 9 in der Nähe des gegenüberliegenden Endes der gemeinsamen Tintenkammer 6, nämlich der inneren Umfangsseitenwand 242 an der vorderen Stirnseite des Kopfes.
Die Tintenzufuhröffnungen 9 sind im Film 25 an beiden Seiten in Breitenrichtung des Kopfes vorgesehen. In den der jeweiligen Tintenzufuhröffnung 9 gegenüberliegenden Bereichen der gemeinsamen Tintenkammer 6 sind Stützrippen 31 gebildet, um die Auslenkung des Films 25 in Richtung aus der Ebene in demjenigen Bereich einzuschränken, in dem sich die Tintenzufuhröffnungen 9 befinden. Jede Stützrippe 31 erstreckt sich von der inneren Umfangsseitenwand 242 der gemeinsamen Tintenkammer 6 nach hinten und diametral über die entsprechende Tintenzufuhröffnung 9, um beide Innenkantenbereiche der Tintenzufuhröffnung 9 einander diametral gegenüber abzustützen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gestalt der gemeinsamen Tintenkammer 6 in Draufsicht symmetrisch zur Längsmittelachse des Kopfes und erweitert sich von der Tintenzufuhröffnung 9 zu den Tintenzufuhröffnungen. Mit anderen Worten, die die gemeinsame Tintenkammer 6 begrenzende Rille 24 ist von der vorderen und hinteren inneren Umfangsseitenwand 242 und 241, einem Paar linker und rechter innerer Umfangsseitenwände 243, die sich seitlich an einer gegenüber der Stellung der inneren Umfangswand 242 versetzten Stelle erstrecken, einem Paar innerer Umfangsseitenwände 244, die sich von Enden der inneren Umfangsseitenwände 243 mit Neigungswinkeln von 19° erstrecken, einem Paar innerer Umfangswand 245, welche sich von Enden der inneren Umfangsendwände 244 mit Neigungswinkeln von 45° gegenüber den inneren Umfangswänden 243 erstrecken, und einem Paar innerer Umfangswände 246 gebildet, die sich in Richtungen rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung der inneren Umfangsendwände 243 erstrecken und mit der inneren Umfangswand 241 an der Rückseite verbunden sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die die gemeinsame Tintenkammer bestimmende Rille 24 durch anisotropes Naßätzen der Oberfläche des monokristallinen Siliziumsubstrats mit Kristallflächenorientierung (100) gebildet, und die Richtungen der inneren Umfangsseitenwände 241 und 242 und der inneren Umfangsseitenwände 243 sind parallel zur (011) der Flächenorientierung. Infolgedessen haben die inneren Umfangswände 244 Flächen, die sich mit einer Neigung von 19° gegenüber der Flächenorientierung (011) erstrecken, und die inneren Umfangswände 245 haben Flächen, die sich mit einer Neigung von 45° gegenüber der Flächenorientierung von 246 erstrecken.
Im Tintenstrahlkopf 1 des gezeigten Ausführungsbeispiels sind die Tintenzuführöffnungen 9 an einer Seite (Vorderseite im gezeigten Ausführungsbeispiel) in Richtung der Ebene der gemeinsamen Tintenkammer 6 gebildet, und die Tintenzufuhröffnungen 5 sind an der anderen Seite (Rückseite im gezeigten Ausführungsbeispiel) gebildet. In Draufsicht gesehen hat die gemeinsame Tintenkammer 6 eine nach hinten ansteigende Gestalt, wie sie in den inneren Umfangsseitenwänden 244, 245 und 246 bestimmt ist.
Bei einer solchen Gestalt der gemeinsamen Tintenkammer 6 kann die durch die Tintenzufuhröffnungen 9 in die gemeinsame Tintenkammer 6 eingeführte Tinte rasch zu den Tintenzufuhröffnungen 5 in der gemeinsamen Tintenkammer 6 fließen, ohne darin zu stagnieren. Folglich kann eine Ansammlung von Bläschen in der gemeinsamen Tintenkammer 6 aufgrund eines Stockens von Tinte darin erfolgreich vermieden oder eingeschränkt werden. Insbesondere kann ein Stocken der Tinte im Eckbereich der gemeinsamen Tintenkammer 6 an beiden Enden in seitlicher bzw. Breitenrichtung X vermieden oder eingeschränkt werden.
In der Rille 24, welche beim gezeigten Ausführungsbeispiel die gemeinsame Tintenkammer bildet, können aufgrund der beschriebenen, festgelegten Richtung der inneren Umfangsseitenwände 241 bis 246 diese inneren Umfangsseitenwände leicht mit einer ebenen Oberfläche erzeugt werden, wenn die Rille 24 durch antistrophisches Naßätzen geschaffen wird. Dadurch, daß die jeweiligen inneren Umfangsseitenwände der gemeinsamen Tintenkammer eine ebene Oberfläche haben, wird die Strömung der Tinte in der gemeinsamen Tintenkammer glatt, was zur Einschränkung oder Eliminierung einer Stagnation von Bläschen darin beiträgt.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß das gezeigte Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlkopfes 1 vom Kantendüsentyp ist, bei dem die Tintenausstoßdüsen an der vorderen Stirnfläche des Tintenstrahlkopfes vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung ist aber gleichermaßen anwendbar auf einen Flächendüsentyp, bei dem die Tintenausstoßdüsen in der Oberfläche des Tintenstrahlkopfes münden.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlkopfes 1 kann als Tintenstrahlkopf für einen Tintenstrahldrucker in Form eines Serielldruckers benutzt werden, der durch Ausstoßen des Tintentröpfchens auf einen Bedruckstoff mit Abtasten des Tintenstrahlkopfes druckt. Wenn man eine Vielzahl Tintenstrahlköpfe des gezeigten Ausführungsbeispiels zu einer Tintenstrahlkopfeinheit der Länge einer Druckzeile ausrichtet, kann der Tintenstrahlkopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Zeilentintenstrahlkopf in einem Zeilendrucker verwendet werden, der dadurch druckt, daß er das Tintentröpfchen zum Bedruckstoff unter Abtasten des Bedruckstoffs in eine Hilfsabtastrichtung (Papiervorschubrichtung) ausstößt.
(Herstellungsverfahren des Tintenstrahlkopfes)
Der Tintenstrahlkopf 1, dessen Aufbau vorstehend beschrieben wurde, kann durch individuelle Herstellung des Düsensubstrats 13, des Hohlraumsubstrats 12 und des Elektrodenglassubstrats 11 und Laminieren dieser drei Substrate hergestellt werden. Das Hohlraumsubstrat 12 und das Elektrodenglassubstrat 11 können mittels eines bekannten Verfahrens hergestellt werden, wie es im US Patent 5 513 431 offenbart ist, auf das formal Bezug genommen wurde und dessen Inhalt durch diesen Hinweis hier eingeschlossen ist.
So wird nachfolgend das Herstellungsverfahren des Düsensubstrats beschrieben, welches die Düsenrillen 22 für die Tintenausstoßdüsen sowie die Rille 24 für die gemeinsame Tintenkammer umfaßt. Hierzu wird auf das Fließschema in 4 und erläuternde Darstellungen in den 5(a) bis 5(d) verwiesen.
(Schaffung eines ersten thermischen Oxidationsfilms und Strukturierungsverfahren A)
Zuerst wird eine vorherbestimmte Dicke einer Siliziumscheibe 100 bereitgestellt. Durch thermische Oxidation der Siliziumscheibe 100 wird auf der gesamten Oberfläche ein SiO₂-Film als Resistschicht gebildet. Als nächstes wird ein Resistmaterial (lichtempfindliches Harz) aufgeschleudert. Dann wird der Resistfilm belichtet und entwickelt, um Bereiche 230 für Bohrungen zu schaffen, damit Durchgänge 23 als Tintenzufuhröffnungen entstehen, sowie Bereiche 220 für Düsenrillen, um die Düsenrillen 22 für die Tintenstrahldüsen zu öffnen. Danach wird der SiO₂-Film mittels BHF strukturiert (Fluorammonium). Dann wird der Resistfilm entfernt. Damit ist, wie 5(a) zeigt, eine Strukturierung geschaffen, nämlich der SiO₂-Film 110, der die Oberfläche der Siliziumscheibe 100 bedeckt, die Bereiche 230 für Bohrungen, welche die Tintenzufuhröffnungen bilden, und die Bereiche 220 für Düsenrillen, welche die Düsenrillen bilden.
(Trockenätzverfahren B)
Wie 5(b) zeigt, wird die Siliziumscheibe 100 einem Vertiefungsätzen mittels ICP-Entladung unterzogen. Hierdurch wird die Oberfläche der Siliziumscheibe 100 in einer Gestalt entsprechend dem Muster auf dem SiO₂-Film in Richtung senkrecht zur Oberfläche geätzt, um eine Vielzahl von Blindlöchern 231 von vorherbestimmter Tiefe in den Bereichen 230 für Bohrungen zu erzeugen, welche die Durchgänge darstellen, die als Tintenzufuhröffnungen dienen. Auch die Düsenrillen 22 für Tintenausstoßdüsen werden in den Bereichen 220 für Düsenrillen gebildet. Nach dem Ätzen wird der SiO₂-Film entfernt.
(Schaffung des zweiten Oxidationsfilms und Strukturierungsverfahren C)
Dann wird die Siliziumscheibe erneut einer thermischen Oxidation unterzogen, um über der gesamten Oberfläche einen SiO₂-Film zu erzeugen, der als Resistfilm dient. Dann wird das Resistmaterial (lichtempfindliches Harz) aufgeschleudert. Danach wird der Resistfilm belichtet und entwickelt, um einen Bereich für Rillen zu schaffen, der die Rille 24 für die gemeinsame Tintenkammer ergibt. Anschließend wird der SiO₂-Film mittels BHF (Fluorammonium) strukturiert. Dann wird das Resistmaterial aus lichtempfindlichem Harz entfernt. Das Ergebnis ist die in 5(c) gezeigte Strukturierung, nämlich der Bereich 240 für Rillen, der die Rille 24 für die gemeinsame Tintenkammer bildet.
(Naßätzverfahren D)
Dann wird die Siliziumscheibe 100 in ein Ätzfluid (KOH oder dgl.) getaucht, um den belichteten Bereich 240 der Siliziumscheibe einem anisotropen Ätzen zu unterziehen. Die Oberfläche der Siliziumscheibe hat eine Kristallflächenorientierung von (100). Das Ätzen wird längs der Oberfläche der Kristallflächenorientierung (111) fortgesetzt, um die vorherbestimmte Tiefe für die Rille 24 zu erhalten. Als Ätzfluid für die Siliziumscheibe 100 kann ein Fluid mit 25% KOH benutzt werden, wobei das Ätzen der Siliziumscheibe bei etwa 808 C durchgeführt wird. Um eine glattere Ätzfläche zu erhalten, kann ein Ätzfluid benutzt werden, welches 29% KOH und 20% Ethanol enthält, wobei die Ätztemperatur bei etwa 658 C gehalten wird.
5(d) zeigt das Ergebnis, nämlich die Rille 24 für die gemeinsame Tintenkammer, die Blindbohrungen 231 von vorherbestimmter Tiefe, die von der entgegengesetzten Seite durch Vertiefungsätzen ausgebildet wurden, wie schon gesagt. Durch Einstellen der Tiefe der Rille 24 zur Verbindung mit den Blindbohrungen 231 wird aus der Blindbohrung 231 eine Durchgangsbohrung, die als Tintenzufuhröffnung dient.
Nach dem anisotropen Ätzen wird der SiO₂-Film 120 entfernt.
(Abschließendes thermisches Oxidationsverfahren)
Schließlich wird noch eine thermische Oxidation an der Siliziumscheibe zur Schaffung von SiO₂ vorgenommen, damit die Tintenkorrosionsbeständigkeit der Siliziumscheibe garantiert und eine Adhäsionsfähigkeit für eine wasserabweisende Beschichtung der Düsenoberfläche erhalten wird. Mit dem vorstehenden Verfahren wird die Düsenplatte 2 erhalten.
(Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels)
6(a) ist eine allgemeine Schnittansicht einer Abwandlung des beschriebenen Tintenstrahlkopfes 1. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Tintenstrahlkopf 40 so gestaltet, daß die Tintenstrahldüsen 3 durch festes Verbinden einer getrennt hergestellten Düsenplatte 43 (ein viertes Substrat) mit der vorderen Stirnfläche 42 gebildet werden. In der Düsenplatte 43 sind durchgängig Tintenstrahldüsen 3 ausgebildet. Die Tintenstrahldüsen 3 stehen mit Düsenverbindungslöchern 3a in Verbindung, die in der vorderen Stirnfläche 42 des Kopfes gebildet sind. Die Düsenverbindungslöcher 3a stehen jeweils mit entsprechenden Tintendruckkammern 4 in Verbindung. Da die erwähnte Konstruktion im wesentlichen die gleiche ist wie die des Tintenstrahlkopfes 1 werden einander entsprechende Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal im einzelnen beschrieben, um eine Wiederholung zu vermeiden und dadurch die Offenbarung einfach genug zu halten, damit die vorliegende Erfindung klar verstanden werden kann.
Wenn für die Düsenplatte 43 eine vorherbestimmte Dicke vorgesehen und Durchgangslöcher für die Tintenausstoßdüsen gebildet werden, können die Eigenschaften der Tintenausstoßdüsen 3 ohne weiteres eingestellt werden, da die Handhabung der Gestalt des Durchgangslochs einfach ist.
Wenn die Düsenplatte 43 benutzt wird, ermöglicht außerdem eine gute Adhäsionsfähigkeit einer auf die Oberfläche 43a (vordere Stirnfläche 42 der Düse) aufgetragenen, Tinte abweisenden Schicht, die Flugrichtung der Tintentröpfchen gleichmäßig zu machen. Wie für das Ausführungsbeispiel gezeigt, kann eine bessere Haftfähigkeit durch Auftragen der Tinte abweisenden Schicht auf die Oberfläche 43a der Düsenplatte 43 aus dem einzigen Material im Vergleich zu dem Fall erreicht werden, bei dem die Tinte abweisende Schicht auf die vordere Stirnfläche der Düse aufgetragen wird, die von den vorderen Stirnflächen der laminierten Substrate 12 und 13 gebildet ist.
Auch die im Substrat 13 gebildeten Düsenverbindungslöcher 3a können in Gestalt und Abmessung verhältnismäßig frei anders als die Tintenausstoßdüsen 3 festgelegt werden, was die Tintenausstoßeigenschaften und dergleichen beeinflußt. Durch die Schaffung eines größeren Tintenströmungsbereichs für die Düsenverbindungslöcher 3a als für die Tintenausstoßdüsen 3 ... dementsprechend die Möglichkeit einer Blockade der Düsenverbindungslöcher 3a durch Verstopfen von Fremdstoffen darin beim Öffnen der Tintenverbindungslöcher 3a durch Schneiden oder Schleifen.
Da die Düsenplatte 43 dünn ist, sei noch darauf hingewiesen, daß üblicherweise in beiden Stirnbereichen Verstärkungsrippen 44 und 45 ausgebildet sind. Diese Verstärkungsrippen 44 und 45 können so beibehalten werden, wie in 6(a) gezeigt. Es ist aber auch möglich, die Verstärkungsrippen 44 und 45 in den oberen und unteren Kantenbereichen der vorderen Stirnfläche 42 der Düsen wegzuschneiden. Insbesondere wenn die Verstärkungsrippen 44 und 45, wie in 6(b) gezeigt, nach vorn vom Tintenstrahlkopf vorstehen, werden die Verstärkungsrippen 44 und 45 an den mit strichpunktierten Linien 51 und 52 gezeigten Stellen weggeschnitten, damit die Verstärkungsrippen 44 und 45 den Vorschub des Druckpapiers oder dergleichen nicht stören.
Das Material der Düsenplatte 43 kann ein Silizium sein, bei dem es sich um das gleiche handelt wie das Siliziumsubstrat 13. In diesem Fall können die Tintenausstoßdüsen 3 in der gleichen Bearbeitungsweise wie die Tintenzufuhröffnungen 5 im Düsensubstrat 13 gebildet werden. Die zur Bearbeitung des Düsensubstrats 13 eingesetzte Bearbeitungsvorrichtung kann also auch zur Bearbeitung der Düsenplatte 43 benutzt werden, was den Verarbeitungsvorgang vernünftig und einfach macht.
Wenn das Düsensubstrat 13 und die Düsenplatte 43 aus dem gleichen Material mit dem gleichen linearen Dehnungskoeffizienten gemacht werden, kommt es selbst bei wiederholter Änderung der Umgebungstemperatur nicht zu einem Abschälen der Düsenplatte 43 vom Düsensubstrat 13 aufgrund eines unterschiedlichen linearen Dehnungskoeffizienten. Angesichts der großen Zuverlässigkeit des Anhaftens der Düsenplatte 43 ist die Schaffung des Tintenstrahlkopfes in Vielfachdüsenkonstruktion durch die Verwendung einer großformatigen Düsenplatte 43 mit einer großen Anzahl von Tintenausstoßdüsen erleichtert.
Als Material für die Düsenplatte 43 kann auch ein Harz, beispielsweise ein Polyimidfilm oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall können nach dem Ankleben der nicht mit Tintenausstoßdüsen versehenen Düsenplatte an die vordere Stirnfläche 42 des Kopfes die Tintenausstoßdüsen in der Düsenplatte mittels Laserverarbeitung erzeugt werden. Mit diesem Herstellungsverfahren erübrigt es sich, zwischen den Tintenausstoßdüsen und den Tintenverbindungslöchern eine Ausrichtung herzustellen, was den Verbindungsvorgang für die Düsenplatte erleichtert.
Auf der anderen Seite kann als Material für die Düsenplatte 43 aber auch rostfreier Stahl verwendet werden. In diesem Fall ist die Herstellung erleichtert, weil im Herstellungsprozeß der Düsenplatte keine Rißbildung oder ein Mangel am Düsenmaterial verursacht wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Als nächstes zeigen die 7 und 8 einen Längsschnitt eines Beispiels eines Tintenstrahlkopfes vom Zeilentyp, auf den die vorliegende Erfindung angewandt ist, bzw. eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Hauptteils desselben. Die Beschreibung bezieht sich auf diese Zeichnungen. Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlkopfes 70 hat eine Vielzahl von Tintenausstoßdüsen, die längs der Breitenrichtung X des Kopfes an der vorderen Stirnfläche 72 miteinander fluchten. Jede Tintenausstoßdüse 73 steht durch Düsenverbindungslöcher 71 in der Rückseite in Längsrichtung des Kopfes mit den Tintendruckkammern 74 in Verbindung, die an der Rückseite der Düsenverbindungslöcher gebildet sind.
Die Tintendruckkammern 74 sind in Richtung der Breite X des Kopfes in Richtung der Ebene durch nicht gezeigte Trennwände im Abstand voneinander angeordnet. Jede Tintendruckkammer 74 ist mit der gemeinsamen Tintenkammer 76 über jeweilige Tintenzufuhröffnungen 75 verbunden. Die gemeinsame Tintenkammer 76 ist auf die Oberseite der Tintendruckkammern in Richtung der Dicke Z des Kopfes gestapelt. In der Oberseite der gemeinsamen Tintenkammer 76 sind Tintenzufuhröffnungen 79 gebildet. Die von einer nicht gezeigten, äußeren Tintenquelle zugeführte Tinte wird über nicht gezeigte Tintenzufuhrröhrchen und nicht gezeigte Filter durch die Tintenzufuhröffnungen 79 in die gemeinsame Tintenkammer 76 eingeleitet.
Jede Tintendruckkammer 74 ist mittels einer nachfolgend näher beschriebenen elektrostatischen Betätigungsvorrichtung in ihrem Volumen veränderbar. Unter Ausnutzung der durch die Volumenveränderung der Tintendruckkammer 74 hervorgerufenen Druckschwankung wird ein Tintentröpfchen 80 aus jeder Tintenausstoßdüse 73 ausgespritzt.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlkopfes 70 hat ein Glassubstrat 81 (erstes Substrat), ein Siliziumsubstrat 82 (zweites Substrat), gebildet von einem auf die Oberfläche des ersten Substrats 81 laminierten, monokristallinen Siliziumsubstrat, ein Siliziumsubstrat 83 (drittes Substrat), gebildet von einem auf die Oberfläche des zweiten Substrats 82 laminierten, monokristallinen Siliziumsubstrat, und ein Düsensubstrat (viertes Substrat), gebildet von dem gleichen monokristallinen Siliziumsubstrat. Drei Substrate 81, 82 und 83 sind also in Richtung der Dicke Z des Kopfes aufeinandergestapelt. An der vorderen Stirnfläche der aufeinandergestapelten Substrate 81, 82 und 83 ist eine Düsenplatte 84 angeklebt, in der die Tintenausstoßdüsen 73 ausgebildet sind.
Das Siliziumsubstrat 82, welches zwischen das Glassubstrat 81 und das Siliziumsubstrat 83 geschichtet ist, hat eine Vielzahl von Rillen 91, welche die Tintendruckkammern an der Oberseite 82a bilden. An der Unterseite 83b des auf die Oberseite 82a des Siliziumsubstrats 82 geschichteten Siliziumsubstrats 83 sind im vorderen Stirnbereich Verbindungsrillen 92, die sich in Längsrichtung Y des Kopfes erstrecken, ausgebildet, um als Düsenverbindungslöcher zu dienen. Im rückwärtigen Stirnbereich erstrecken sich Tintenzufuhröffnungen 75 durch das Siliziumsubstrat 83 in Richtung der Dicke Z des Kopfes.
Durch Laminieren der Siliziumsubstrate 82 und 83 werden die Düsenverbindungslöcher 71 und die Tintendruckkammern 74 gebildet. Jedes Düsenverbindungsloch 71 steht mit jeder Tintendruckkammer 74 in Verbindung. Der hintere Stirnbereich der Tintendruckkammer 74 hingegen steht in Verbindung mit einer Vielzahl von Tintenzufuhröffnungen 75.
In der Oberseite 83a des Siliziumsubstrats 83 ist zur Schaffung der gemeinsamen Tintenkammer eine Rille 94 ausgebildet, die in seitlicher Richtung bzw. in Richtung X der Breite des Kopfes langgestreckt ist. Die obere Öffnung der Rille 94 ist von einem auf die Oberseite 83a des Siliziumsubstrats 83 geschichteten Film 95 geschlossen, um die gemeinsame Tintenkammer 76 zu begrenzen. Dieser Film 95 hat zwei Tintenzufuhröffnungen 79, mit denen nicht gezeigte Tintenzufuhrröhrchen verbunden sind. Der Film 95 ist durch Laminieren einer Dünnschicht aus rostfreiem Stahl und einer Dünnschicht aus Harz hergestellt, und aus der Dünnschicht aus rostfreiem Stahl sind dann vorherbestimmte Bereiche 95a weggeätzt. Der Laminataufbau des Films 95 aus der Dünnschicht aus rostfreiem Stahl und der Dünnschicht aus Harz ermöglicht eine Verbesserung der Konformität der gemeinsamen Tintenkammer und bietet gleichzeitig eine angemessene Festigkeit, die zum Verbinden von Teilen der Tintenzufuhrröhrchen und dergleichen erforderlich ist. Der Film 95 kann auch eine Dünnschicht aus rostfreiem Stahl sein.
Als nächstes soll die elektrostatische Betätigungsvorrichtung zum Ausstoßen des Tintentröpfchens aus jeder Tintenausstoßdüse 73 beschrieben werden. Zunächst wird im Bodenbereich jeder im Siliziumsubstrat 82 für die Tintendruckkammer gebildeten Rille 91 eine Schwingungsplatte 96 vorgesehen, die in Richtung aus der Ebene (Richtung der Dicke Z des Kopfes) elastisch verformbar ist. An einer Stelle der Schwingungsplatte 96 gegenüber ist in der Oberseite 81a des Glassubstrats 81, welches auf die Unterseite 82b des Siliziumsubstrats 82 laminiert ist, eine Rille 97 in gegebener Tiefe ausgebildet. An der Unterseite der Rille 97 ist eine individuelle Elektrode 98 in Form eines ITO-Films oder dergleichen geschaffen. Jede individuelle Elektrode 98 und die Schwingungsplatte 96 liegen einander mit gegebenem Abstand gegenüber.
Ein gemeinsamer Elektrodenanschluß 99 ist am rückwärtigen Stirnbereich der Oberseite 82a des Siliziumsubstrats 82 gebildet. Individuelle Elektrodenanschlüsse 98a führen Rückseite des Kopfes über einen Dichtungsbereich 80 von der individuellen Elektrode 98. Sie sind durch ein Verdrahtungsmuster 131 verbunden, welches auf einem Relaissubstrat 130 ausgebildet ist. Auf dem Relaissubstrat 130 ist ein IC Chip 132 mit einem Kopftreiber oder dergleichen angebracht. Mit dem Relaissubstrat ist eine flexible Leiterplatte 133 zur externen Verdrahtung verbunden. Wenn zwischen einer gemeinsamen Elektrode 99 und jeder individuellen Elektrode 98 eine Ansteuerspannung anliegt, wird zwischen der Schwingungsplatte 96 und der individuellen Elektrode 98 eine elektrostatische Anziehungskraft erzeugt. Durch die elektrostatische Anziehungskraft wird die Schwingungsplatte 96 zu einer elastischen Verformung in Richtung zur gegenüberliegenden, individuellen Elektrode 28 gezwungen. Sobald keine Ansteuerspannung mehr anliegt, bewegt sich die Schwingungsplatte 26, weil die elektrostatische Anziehungskraft verschwunden ist, aufgrund ihrer eigenen elastischen Merkmale in Richtung zu ihrer Ausgangsposition. Infolgedessen wird eine Druckveränderung in der Tintendruckkammer 74 hervorgerufen, wodurch das Tintentröpfchen aus der entsprechenden Tintenausstoßdüse 73 ausgespritzt wird. Da das Funktionsprinzip der elektrostatischen Betätigungsvorrichtung an sich bekannt ist, wird keine weitere Beschreibung gegeben.
Der Tintenstrahlkopf 70 des Zeilentyps mit dem oben beschriebenen Aufbau hat bei diesem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Konstruktion, bei der die gemeinsame Tintenkammer 76 auf die Tintendruckkammern 74 gestapelt ist. Im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau, bei dem die gemeinsame Tintenkammer 76 und die Tintendruckkammern 74 in der gleichen Ebene liegen, kann folglich die Abmessung in Richtung der Länge Y bzw. in Längsrichtung des Tintenstrahlkopfes kleiner gewählt werden.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Tintenstrahlkopfes 70 stehen die Verbindungsrillen 92 zur Schaffung der Düsenverbindungslöcher mit den Tintenausstoßdüse 73 in Verbindung, und die Rillen 94 für die gemeinsame Tintenkammer sind im Siliziumsubstrat 83 ausgebildet. Deshalb ist es nicht nötig, ein weiteres Substrat für die Anordnung der gemeinsamen Tintenkammer 76 aufgestapelt auf die Tintendruckkammern 74 vorzusehen. So kann beim Aufeinanderstapeln der gemeinsamen Tintenkammer auf den Tintendruckkammern die Vergrößerung der Abmessung des Kopfes in Richtung der Dicke Z reduziert werden. Auf diese Weise kann ein Tintenstrahlkopf erhalten werden, der kompakter ist als ein herkömmlicher. Auch die Zahl der Teile kann reduziert werden, was die Herstellung erleichtert.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Tintenzufuhröffnungen 75 senkrecht (Richtung der Dicke Z des Kopfes) in dem unteren Wandbereich der gemeinsamen Tintenkammer 76 im Düsensubstrat 83 ausgebildet. Wenn die gemeinsame Tintenkammer 76 auf der gemeinsamen Ebene mit den Tintendruckkammern 74 angeordnet wird, müssen feine Rillen in der Oberfläche des Substrats geschaffen werden, um die Tintenzufuhröffnungen zur Verbindung zwischen der gemeinsamen Tintenkammer 76 und der Tintendruckkammer 74 auszubilden. Im Vergleich mit der Schaffung feiner Rillen in der Oberfläche des Substrats ist die Schaffung von Durchgangslöchern im unteren Bereich der gemeinsamen Tintenkammer 76 zum Erhalt der Tintenzufuhröffnungen 75 leichter. Außerdem kann eine Vielzahl der Tintenzufuhröffnungen 75 verhältnismäßig einfach hergestellt werden. Ferner kann die Auslegungsfreiheit für den Schnitt und die Abmessung der Bohrung vergrößert werden, was die Einstellung des Strömungswiderstandes der Tintenzufuhröffnung erleichtert und damit die Einstellung der Tintenausstoßmerkmale des Tintenstrahlkopfes 70 erleichtert.
Angesichts der Schaffung einer größeren Anzahl von Tintenzufuhröffnungen wird im Fall einer Blockierung einer der Bohrungen durch in der Tinte enthaltene Fremdstoffe keine nennenswerte Erhöhung des Tintenströmungswiderstandes verursacht, so daß die Tintenzufuhr fortgesetzt werden kann und eine schädliche Einwirkung auf die Tintenausstoßmenge, Tintenausstoßgeschwindigkeit usw. vermieden wird.
Wenn eine vorherbestimmte Dicke der mit den Tintenausstoßdüsen 73 versehenen Düsenplatte 84 an die vordere Stirnfläche der laminierten drei Substrate 81, 82 und 83 geklebt werden, da die Handhabung der Gestalt des Durchgangslochs bei der Schaffung der Durchgangsbohrungen für die Tintenausstoßdüsen im Substrat einfach ist, können die Eigenschaften der Tintenausstoßdüsen 73 ohne weiteres eingestellt werden.
Wenn die Düsenplatte 84 verwendet wird, ferner gutes Haftvermögen eines auf die Oberfläche aufgetragenen, Tinte abweisenden Films (vordere Stirnfläche 72 der Düse), um die Flugrichtung der Tintentröpfchen gleichmäßig zu machen. Wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels kann ein besseres Haftvermögen durch das Auftragen des Tinte abweisenden Films auf die Oberfläche der aus dem einzigen Material hergestellten Düsenplatte 84 erzielt werden als wenn der Tinte abweisende Film auf die vordere Stirnfläche der Düse aufgetragen wird, die von den vorderen Stirnflächen der laminierten Substrate 12 und 13 gebildet ist.
Auch können die im Substrat 83 ausgebildeten Düsenverbindungslöcher 71 in Gestalt und Abmessung verhältnismäßig frei anders als die Tintenausstoßdüsen 73 bestimmt werden, was die Tintenausstoßmerkmale oder dergleichen betrifft. Durch die Schaffung einer größeren Tintenströmungsfläche für die Düsenverbindungslöcher 71 als für die Tintenausstoßdüsen 73, wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels, die Möglichkeit einer Blockierung der Düsenverbindungslöcher 71 durch Verstopfen mit Fremdstoffen beim Öffnen der Tintenverbindungslöcher 71 durch Schneiden.
Das Material der Düsenplatte 84 kann ein Silizium, dasselbe wie das Siliziumsubstrat 83 sein. In diesem Fall können die Tintenausstoßdüsen 73 mit der gleichen Bearbeitungsweise wie die Tintenzufuhröffnungen 75 im Siliziumsubstrat 83 geschaffen werden. So kann die gleiche Bearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung des Siliziumsubstrats 83 und für die Bearbeitung der Düsenplatte 84 verwendet werden, was den Verarbeitungsvorgang vernünftig und einfach macht.
Wenn das Siliziumsubstrat 83 und die Düsenplatte 84 aus dem gleichen Siliziummaterial mit dem gleichen linearen Dehnungskoeffizienten gemacht sind, wird selbst bei wiederholter Änderung der Umgebungstemperatur ein Abschälen der Düsenplatte 84 vom Düsensubstrat 13 aufgrund des Unterschiedes im linearen Dehnungskoeffizienten niemals verursacht. Da die Zuverlässigkeit der Verbindung der Düsenplatte 84 groß ist, ist die Schaffung eines Tintenstrahlkopfes vom Zeilentyp mit einer Vieldüsenkonstruktion unter Verwendung einer großformatigen Düsenplatte 84 erleichtert.
Als Material für die Düsenplatte 84 kann auch Harz, beispielsweise ein Polyimidfilm oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall können nach dem Ankleben der nicht mit Tintenausstoßdüsen versehenen Düsenplatte an der vorderen Stirnfläche 72 des Kopfes die Tintenausstoßdüsen durch Laserbearbeitung in der Düsenplatte erzeugt werden. Durch die Anwendung dieses Bearbeitungsverfahrens ist es unnötig, die Lage der Tintenausstoßdüsen mit der der Tintenverbindungslöcher in Übereinstimmung zu bringen, was den Verbindungsvorgang der Düsenplatte erleichtert.
Andererseits kann als Material der Düsenplatte 43 auch rostfreier Stahl verwendet werden. In diesem Fall verursacht der Herstellungsprozeß der Düsenplatte keine Rißbildung und keinen Mangel im Düsenmaterial, was die Herstellung erleichtert.
In der gemeinsamen Tintenkammer 76 des gezeigten Ausführungsbeispiels des Tintenstrahlkopfes 70 erstreckt sich die innere Umfangsseitenwand 941 seitlich oder in Richtung der Breite X des Kopfes am hinteren Ende der Rille 94. Längs der inneren Umfangsseitenwand 941 an der hinteren Seite des Kopfes sind die Tintenzufuhröffnungen 75 im unteren Bereich der Rille 94 ausgebildet. Im Gegensatz hierzu befindet sich die Tintenzufuhröffnung 79 in der Nähe des entgegengesetzten Endes der gemeinsamen Tintenkammer 76, nämlich an der inneren Umfangsseitenwand 942 an der vorderen Stirnseite des Kopfes.
Die Tintenzufuhröffnungen 79 sind im Film 95 zu beiden Seiten in Richtung der Breite des Kopfes ausgebildet. An den Stellen der gemeinsamen Tintenkammer 76 gegenüber den jeweiligen Tintenzufuhröffnungen 79 sind Stützrippen 141 ausgebildet, um die Auslenkung des Films 95 in Richtung aus der Ebene an der Stelle zu beschränken, wo sich die Tintenzufuhröffnungen 79 befinden. Jede Stützrippe 141 erstreckt sich nach hinten von der inneren Umfangsseitenwand 942 der gemeinsamen Tintenkammer 76 und diametral über die entsprechende Tintenzufuhröffnung 79, um diametral gegenüberliegend beide Innenrandbereiche der Tintenzufuhröffnung 79 zu stützen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gestalt der gemeinsamen Tintenkammer 76 in Draufsicht symmetrisch zur Längsmittelachse des Kopfes und ist weiter von der Tintenzufuhröffnung 79 zu den Tintenzufuhröffnungen 75. Die die gemeinsame Tintenkammer begrenzende Rille 94 ist nämlich von den vorderen und hinteren, inneren Umfangsseitenwänden 942 und 941, einem Paar innerer Umfangswand 945, die sich von Enden der inneren Umfangsendwände 942 mit Neigungswinkeln von 45° erstreckt, und einem Paar innerer Umfangswände 946 gebildet, die sich in Richtungen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der inneren Umfangswände 942 erstrecken und mit der inneren Umfangswand 941 an der Rückseite verbunden sind.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rille 94 zur Schaffung der gemeinsamen Tintenkammer durch anisotropes Naßätzen der Oberfläche des monokristallinen Siliziumsubstrats gebildet, welches eine Kristallflächenorientierung (100) hat, und die Richtungen der inneren Umfangsseitenwände 941 und 942 und der inneren Umfangsseitenwände 243 ist parallel zu (011) der Flächenorientierung. Infolgedessen sind die inneren Umfangswände 945 Flächen, die sich mit einer Neigung von 45° gegenüber der Flächenorientierung (011) erstrecken.
Im Tintenstrahlkopf 70 des gezeigten Ausführungsbeispiels sind die Tintenzufuhröffnungen 79 an einer Seite (Vorderseite im gezeigten Ausführungsbeispiel) in Richtung der Ebene der gemeinsamen Tintenkammer 76 gebildet, und die Tintenzufuhröffnungen 75 sind an der anderen Seite (Rückseite im gezeigten Ausführungsbeispiel) gebildet. In Draufsicht gesehen hat die gemeinsame Tintenkammer 76 eine nach hinten ansteigende Gestalt, bestimmt durch die inneren Umfangsseitenwände 945, von den Tintenzufuhröffnungen 79 zu den Tintenzufuhröffnungen 75.
Bei einer solchen Gestalt der gemeinsamen Tintenkammer 76 kann die durch die Tintenzufuhröffnungen 79 in die gemeinsame Tintenkammer 76 eingeführte Tinte rasch innerhalb der gemeinsamen Tintenkammer 76 fließen, ohne darin zu stagnieren. Infolgedessen kann eine Ansammlung von Bläschen in der gemeinsamen Tintenkammer 76 durch Stagnieren von Tinte in derselben mit Erfolg vermieden oder eingeschränkt werden. Insbesondere kann eine Stagnierung von Tinte im Eckbereich der gemeinsamen Tintenkammer 76 an beiden Enden in seitlicher oder Breitenrichtung X verhindert oder eingeschränkt werden.
Da in der Rille 94, die im gezeigten Ausführungsbeispiel die gemeinsame Tintenkammer bilden soll, die Orientierung der inneren Umfangsseitenwände 941, 942, 945 und 946 wie vorstehend beschrieben festgelegt ist, können die inneren Umfangsseitenwände ohne weiteres bei der Schaffung der Rille 94 durch antistrophisches Naßätzen ohne weiteres als ebene Oberflächen ausgebildet werden. Weil die jeweiligen inneren Umfangsseitenwände der gemeinsamen Tintenkammer als ebene Oberflächen ausgebildet sind, wird die Strömung der Tinte in der gemeinsamen Tintenkammer glatt, was dazu beiträgt, die Stagnation von Bläschen darin einzuschränken oder zu eliminieren.
(Tintenstrahldrucker des Zeilentyps)
9 ist eine perspektivische Außenansicht eines Beispiels des Tintenstrahldruckers, in dem der Tintenstrahlkopf gemäß 7 eingebaut ist, und 10 ist eine perspektivische Teilansicht eines Anbringungsbereichs des Tintenstrahlkopfes im Tintenstrahldrucker gemäß 9.
Wie die 9 und 10 zeigen, umfaßt das dargestellte Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldruckers 300 einen Aufnahmeteil 302 für eine bandförmige Druckpapierrolle 301, einen Vorschubmechanismus 305, der bandförmiges Druckpapier 303 herauszieht, das herausgezogene Druckpapier längs eines vorherbestimmten Zufuhrweges vorschiebt und aus einer Ausstoßöffnung 304 abgibt, sowie den Tintenstrahlkopf 70 des Zeilentyps, der das vorbeigeführte bandförmige Druckpapier 303 bedruckt. Wie aus 10 zu entnehmen ist, handelt es sich bei dem Tintenstrahlkopf 70 um einen Tintenstrahlkopf des Zeilentyps, dessen Länge die gesamte Druckbreite des bandförmigen Druckpapiers 303 überspannt. In Bewegungsrichtung an einer Stelle vor und hinter einer Druckposition 308, wo das Drucken mittels des Tintenstrahlkopfes 70 durchgeführt wird, ist ein Walzenpaar 306 bzw. 307 angeordnet. Mittels des die Transportwalzenpaare 306 und 307 umfassenden Vorschubmechanismus 305 wird das bandförmige Druckpapier 303 in der durch Pfeil A angedeuteten Richtung über die Druckposition hinwegbewegt. Dabei wird die Oberfläche des über die Druckposition bewegten, bandförmigen Druckpapiers 303 in einem vorherbestimmten Druckvorgang mittels des Tintenstrahlkopfes 70 bedruckt.
Da bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Tintenstrahldruckers 300 die Längserstreckung des an ihm angebrachten Tintenstrahlkopfes 70 kurz ist, ist der Einbauraum für den Tintenstrahlkopf klein. Das erlaubt folglich einen kompakten Tintenstrahldrucker.
Im Tintenstrahlkopf 70 kann die Tinte glatt durch die darin ausgebildete Tintenkammer 76 fließen, ohne einen Bläschenstau zu erzeugen. So kann eine Verschlechterung der Merkmale des Tintenaustoßes aus jeder Tintenausstoßdüse aufgrund des Vorhandenseins von Bläschen oder dergleichen vermieden werden. Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Tintenstrahldruckers 300 kann also in hoher Qualität drucken.
Wie schon gesagt, kann beim Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung die Länge des Tintenstrahlkopfes dadurch verkürzt werden, daß eine Konstruktion gewählt wird, bei der die gemeinsame Tintenkammer auf die in der gleichen Ebene angeordneten Tintendruckkammern gestapelt ist.
Auf der anderen Seite ist bei der vorliegenden Erfindung der Tintenstrahlkopf durch Laminieren von drei Substraten aufgebaut, und die Rille, welche die gemeinsame Tintenkammer bildet, ist in dem Substrat geschaffen, auf dem die Düsenrillen für die Düsenausstoßdüsen oder Düsenverbindungslöcher gebildet sind. Infolgedessen ist es unnötig, ein weiteres Substrat zum Aufstapeln der gemeinsamen Tintenkammer aufzustapeln. Deshalb kann die Vergrößerung der Abmessung des Tintenstrahlkopfes in Richtung der Dicke begrenzt werden. Somit kann ein kompakter Tintenstrahlkopf als Ganzes verwirklicht werden.
Die Tintenzufuhröffnungen, die mit jeder Tintendruckkammer in Verbindung stehen, und die gemeinsame Tintenkammer können dadurch geschaffen werden, daß die Durchgangsöffnung sich in der Dicke des Tintenstrahlkopfes im Substratbereich erstreckt, der die Trennung zwischen den Tintendruckkammern und der gemeinsamen Tintenkammer bildet. Das bedeutet, daß die Tintenzufuhröffnungen im Vergleich zu dem Fall, bei dem Rillen, welche die Tintenzufuhröffnungen bilden, an der Oberfläche des Substrats ausgebildet werden, leicht herzustellen sind. Auch kann die Dimension leicht gehandhabt werden. Ferner können, da die Vielzahl der Tintenzufuhröffnungen leicht geschaffen werden kann, die Merkmale der Tintenzufuhröffnungen, wie Strömungswiderstand oder dergleichen leicht eingestellt werden.
Im Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der gemeinsamen Tintenkammer, welche Tinte zu den jeweiligen Tintendruckkammern liefert, in der Ebene betrachtet, die mit den Tintendruckkammern in Verbindung stehenden Tintenzufuhröffnungen und die Tintenzufuhröffnungen an entgegengesetzten Seiten angeordnet. Ferner ist die ebene Gestalt der gemeinsamen Tintenkammer so verjüngt, daß sie von den Tintenzufuhröffnungen zu den Tintenzufuhröffnungen weiter ist.
Folglich kann gemäß der vorliegenden Erfindung Tinte glatt von den Tintenzufuhröffnungen zu den Tintenzufuhröffnungen fließen, ohne einen Stau zu verursachen. Deshalb kann ein Stau der Tinte in der gemeinsamen Tintenkammer erfolgreich vermieden werden, insbesondere im Eckbereich in der gemeinsamen Tintenkammer. Damit kann eine Ansammlung von Bläschen in der gemeinsamen Tintenkammer vermieden werden, wodurch ein Versagen der Tintenzufuhr von den Tintenzufuhröffnungen zu den Tintendruckkammern erfolgreich vermieden wird. Das hat zur Folge, daß aus allen Tintenausstoßdüsen ein gleichmäßiger Tintenausstoßbetrieb durchgeführt werden kann, um mit Sicherheit eine Verschlechterung der Druckqualität aufgrund eines Bläschenstaus in der gemeinsamen Tintenkammer zu verhüten.
Beim Schaffen des Rillenbereichs zur Bestimmung der gemeinsamen Tintenkammer in der genannten Form mittels anisotropen Naßätzens können durch Festlegen der Ausrichtung jeweiliger innerer Umfangsseitenflächen, welche die Rille begrenzen, ebene innere Umfangsseitenflächen geschaffen werden. Folglich kann die Strömung der gemeinsamen Tintenkammer geglättet werden, damit eine Stagnation von Bläschen in der gemeinsamen Tintenkammer mit Sicherheit vermieden wird.
Auch wenn die vorliegende Erfindung hier unter Hinweis auf Beispiele gezeigt und beschrieben wurde, sei der Fachmann darauf hingewiesen, daß die vorstehenden und verschiedene weitere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf das vorstehend erläuterte spezifische Ausführungsbeispiel begrenzt aufgefaßt werden, sondern als alle möglichen Ausführungsbeispiele umfassend, die innerhalb eines erfaßten Umfangs und dem gleichwertig hinsichtlich des in den beigefügten Ansprüchen beschriebenen Merkmals verwirklicht werden können.

Claims

Tintenstrahlkopf, aufweisend: eine Vielzahl Tintenausstoßdüsen (3); eine Vielzahl Tintendruckkammern (4) in einer eins-zu-eins Entsprechung zu den Tintenausstoßdüsen und jeweils in Verbindung stehend mit den entsprechenden Tintenausstoßdüsen (3); eine gemeinsame Tintenkammer (6) zur Zufuhr von Tinte zu der Vielzahl von Tintendruckkammern (4); eine Vielzahl Tintenzufuhröffnungen (5), welche die jeweiligen Tintendruckkammern (4) mit der gemeinsamen Tintenkammer (6) verbinden; elektrostatische Betätigungsvorrichtungen (26, 28) zum Variieren des Volumens ausgewählter Tintendruckkammern (4) mittels einer elektrostatischen Kraft zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aus den entsprechenden Tintenausstoßdüsen (3); ein erstes Substrat (11), ein zweites Substrat (12) und ein drittes Substrat (13), die so aufeinandergestapelt sind, daß das zweite Substrat (12) schichtartig zwischen dem ersten und dritten Substrat liegt; wobei in dem zweiten Substrat (12) die Tintendruckkammern (4) ausgebildet sind; in dem dritten Substrat (13) die gemeinsame Tintenkammer (6) und die Tintenzufuhröffnungen (5) ausgebildet sind, so daß die Tintendruckkammern (4) in einer Ebene angeordnet sind und die gemeinsame Tintenkammer (6) auf die Tintendruckkammern (4) gestapelt ist; und die elektrostatischen Betätigungsvorrichtungen (26, 28) zwischen dem ersten Substrat (11) und dem zweiten Substrat (12) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenausstoßdüsen (3) an einer Stirnseite (2) der gestapelten zweiten und dritten Substrate (13) angeordnet sind.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1, ferner umfassend: Düsenrillen (22) zur Schaffung der Tintenausstoßdüsen (3), wobei die Düsenrillen (22) in der Oberfläche des dritten Substrats (13), dem zweiten Substrat (12) gegenüber ausgebildet sind; zweite Rillen (21) zur Schaffung der Tintendruckkammern (4), wobei die zweiten Rillen (21) in der Oberfläche des zweiten Substrats (12), dem dritten Substrat (13) gegenüber ausgebildet sind.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1, der ferner ein viertes Substrat (43) aufweist, in welchem die Tintenausstoßdüsen (3) gebildet sind, und Tintenverbindungslöcher (3a), die mit den Tintendruckkammern (4) in Verbindung stehen, wobei die Tintenverbindungslöcher (3a) an Stirnflächen der aufeinandergestapelten zweiten und dritten Substrate freiliegen, welche die besagte Stirnseite bilden, wobei das vierte Substrat (43) an diesen Stirnflächen angebracht ist.
Tintenstrahlkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die gemeinsame Tintenkammer (6) von einer Rille (24) zur Schaffung der gemeinsamen Tintenkammer (6) in der vom zweiten Substrat (12) abgewandten Oberfläche des dritten Substrats (13) und einem Film (25) gebildet ist, welcher die Rille abdichtet, und mindestens eine Tintenzufuhröffnung (5) durch einen Bodenbereich der Rille (24) zur Schaffung der gemeinsamen Tintenkammer gebildet ist.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 4, ferner mit Düsenrillen (22) zur Schaffung der Tintenausstoßdüsen (3), wobei das dritte Substrat (13) ein monokristallines Siliziumsubstrat ist, die Düsenrillen (22) zum Schaffen der Tintenausstoßdüsen (3) und die Tintenzufuhröffnungen (5) durch Vertiefungsätzen mittels einer ICP-Entladung gebildet sind, und die Rille zur Schaffung der gemeinsamen Tintenkammer (6) durch anisotropes Naßätzen gebildet ist.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 4, bei dem der Film zusammen mit einer Tintenzufuhröffnung gebildet ist und eine Rippe zum Stützen des Films in der gemeinsamen Tintenkammer (6) vorgesehen ist, um eine Ablenkung in Richtung aus der Ebene heraus desjenigen Teils des Films, wo die Tintenzufuhröffnung gebildet ist, zu vermeiden.
Tintenstrahlkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrostatischen Betätigungsvorrichtungen (26, 28) eine Schwingungsplatte (26) umfassen, die in einem Bodenbereich einer entsprechenden Tintendruckkammer (4) gebildet, in einer Richtung aus der Ebene elastisch auslenkbar ist und als gemeinsame Elektrode dient, und ferner eine individuelle Elektrode (28) umfassen, die auf der dem zweiten Substrat (12) zugewandten Oberfläche des ersten Substrats (11) gebildet ist und der Schwingungsplatte (26) mit einem gegebenen Spielraum zwischen beiden gegenüber liegt.
Tintenstrahlkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine Tintenzufuhröffnung zum Einführen von Tinte in die gemeinsame Tintenkammer (6) aufweist, wobei die Tintenzufuhröffnungen (5) mit einem ersten Stirnbereich der gemeinsamen Tintenkammer (6) in Verbindung stehen und die Tintenzufuhröffnung mit einem zweiten Stirnbereich der gemeinsamen Tintenkammer (6) in Verbindung steht, wobei die Gestalt der gemeinsamen Tintenkammer (6) in Draufsicht verjüngt ist und sich vom zweiten Stirnbereich zum ersten Stirnbereich erweitert.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 8, bei dem der erste Stirnbereich der gemeinsamen Tintenkammer (6) sich an der Hinterseite des Tintenstrahlkopfes befindet und der zweite Stirnbereich der gemeinsamen Tintenkammer (6) sich an der Vorderseite des Tintenstrahlkopfes befindet, wobei die Vorderseite diejenige ist, wo die Tintenausstoßdüsen (3) angeordnet sind.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 9, bei dem ein Bodenbereich und eine innere Umfangsseitenwand (241–246) der gemeinsamen Tintenkammer (6) von einer Rille (24) begrenzt sind, die durch anisotropes Naßätzen eines monokristallinen Siliziumsubstrats in eine vorherbestimmte Tiefe gebildet ist, und die Kristallorientierung des monokristallinen Siliziumsubstrats (100) ist, und die Rille von inneren Umfangsseitenwänden begrenzt ist, welche entsprechende Ausrichtungen parallel zu einer (011) Orientierungsfläche, 45° zu einer (011) Betriebsfläche und 90° zu der (011) Orientierungsfläche haben.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 9, bei dem ein Bodenbereich und innere Umfangsseitenwand der gemeinsamen Tintenkammer (6) von einer Rille gebildet ist, die durch anisotropes Naßätzen eines monokristallinen Siliziumsubstrats in eine vorherbestimmte Tiefe gebildet ist, und die Kristallorientierung des monokristallinen Siliziumsubstrats (100) ist, und die Rille von den inneren Umfangsseitenwänden begrenzt ist, die jeweilige Ausrichtungen parallel zu einer (011) Orientierungsfläche, 19° zu einer (011) Betriebsfläche, 45° zu der (011) Betriebsfläche und 90° zu der (011) Orientierungsfläche haben.
Tintenstrahldrucker, aufweisend: einen Tintenstrahlkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; einen Druckpapier-Vorschubmechanismus (305) zum Transport eines Druckpapiers an einer Druckposition vorbei, wo mit dem Tintenstrahlkopf Drucken durchgeführt wird; und eine Antriebssteuereinrichtung zum Ansteuern des Tintenstrahlkopfes zur Durchführung des Druckens auf dem an der Druckposition vorbeibewegten Druckpapier.
Tintenstrahldrucker nach Anspruch 12, bei dem der Tintenstrahlkopf ein Zeilentintenstrahlkopf ist, dessen Tintenausstoßdüsen (3) über eine gesamte Druckbreite hinweg angeordnet sind.
Tintenstrahldrucker nach Anspruch 12, der ferner einen Schlitten aufweist, welcher den Tintenstrahlkopf über die Druckbreite hin- und her beweglich trägt.