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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahlkopf für ein Tintenstrahldruckgerät.
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Tintenstrahldruckgeräte sind
kürzlich
weit verbreitet genutzt. Ein Tintenstrahlkopf (d. h. ein Druckkopf),
der in einem Tintenstrahldruckgerät verwendet wird, ist derart
aufgebaut, daß Tinte
von einem Tintentank in Verteilerleitungen geliefert wird und zu
einer Mehrzahl von Druckkammern verteilt wird, die in dem Tintenstrahlkopf
abgegrenzt sind. Durch selektives Anlegen von Druck an die Druckkammern
wird Tinte selektiv durch die Düsen
ausgestoßen,
die entsprechend den Druckkammern definiert sind. Zum selektiven
Anlegen von Druck an die entsprechenden Druckkammern wird eine Betätigungseinheit,
die aus laminierten Blättern
aus piezoelektrischer Keramik zusammengesetzt ist, weit benutzt.
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Ein
Beispiel eines solchen Tintenstrahlkopfes ist in dem US-Patent 5 402 159
offenbart, dessen Lehre hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Das
oben beschriebene Patent offenbart einen Tintenstrahlkopf, der eine
Betätigungseinheit
mit Keramikschichten enthält,
die aufeinanderfolgende laminierte Ebenen sind, die sich über eine
Mehrzahl von Druckkammern erstrecken. In dem Tintenstrahlkopf des
oben erwähnten
Patentes enthalten die piezoelektrischen Keramikschichten der Betätigungseinheit allgemein
aktive Schichten und inaktive Schich ten. Die aktiven Schichten sind
an der Druckkammerseite angeordnet und zwischen einer gemeinsamen
Elektrode, die auf einem Massepotential gehalten wird, und Treiberelektroden
(individuelle Elektroden) eingeschlossen, die entsprechend an Stellen
entsprechend den Druckkammern angeordnet sind. Die inaktiven Schichten
sind auf einer Seite gegenüber
den Druckkammern angeordnet und nicht mit Elektroden versehen. Durch
selektives Steuern des Potentiales der Treiberelektroden unterschiedlich
von dem der gemeinsamen Elektroden expandieren/kontrahieren die
aktiven Schichten in der gestapelten Richtung der Schichten gemäß einem
piezoelektrischen Longitudinaleffekt. Mit dieser Expansion/Kontraktion
der aktiven Schichten variiert das Volumen innerhalb der entsprechenden
Druckkammer, wodurch Tinte selektiv aus den Druckkammern ausgestoßen wird.
Die inaktiven Schichten verformen sich sehr wenig und dienen zum
Tragen der aktiven Schichten von oben so, daß die aktiven Schichten effektiv
expandieren/kontrahieren in der gestapelten Richtung der Schichten.
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Kürzlich hat
es ein großes
Verlangen für hochintegrierte
Druckkammern gegeben. Der Tintenstrahlkopf der Art, wie er in dem
oben erwähnten
Patent beschrieben ist, ist jedoch unzureichend, solch ein Verlangen
zu erfüllen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Hinblick auf das Obige ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft
darin, daß ein
Tintenstrahlkopf mit hoch integrierten Druckkammern vorgesehen ist.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein Tintenstrahlkopf vorgesehen, der mit
einer Mehrzahl von Druckkammern, von denen jede derart aufgebaut
ist, daß ein
Ende davon mit einer Ausga bedüse verbunden
ist und das andere Ende mit einem Tintenlieferer verbunden ist,
und einer Betätigungseinheit für die Mehrzahl
von Druckkammern versehen. Genauer, die Betätigungseinheit enthält eine
Mehrzahl von inaktiven Schichten und mindestens eine aktive Schicht,
die beide aus piezoelektrischem Material hergestellt sind. Die Mehrzahl
von inaktiven Schichten ist auf einer Druckkammerseite zum Bedecken der
Mehrzahl von Druckkammern angeordnet. Die mindestens eine aktive
Schicht ist auf einer gegenüberliegenden
Seite der Druckkammern in bezug auf die inaktiven Schichten angeordnet.
Bei einer Ausführungsform
ist die aktive Schicht in eine Mehrzahl von Segmenten segmentiert,
die an Positionen entsprechend der Mehrzahl von Druckkammern angeordnet
sind. Weiter ist jedes Segment der aktiven Schicht zwischen einer
gemeinsamen Elektrode und einer Treiberelektrode eingeschlossen.
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Optional,
wenn eine auf einem Segment der aktiven Schicht vorgesehene Treiberelektrode
so eingestellt ist, daß sie
eine Spannung unterschiedlich von dem Potential der gemeinsamen
Elektrode aufweist, verformt sich das Segment der aktiven Schicht gemäß dem piezoelektrischen
Transversaleffekt. In diesem Fall wird ein unimorpher Effekt durch
die Verformung des Segmentes der aktiven Schicht in Verknüpfung mit
den inaktiven Schichten zum Variieren eines Volumens der Druckkammer
entsprechend dem Segment erzeugt.
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Optional,
mindestens eine Schicht enthält eine
Mehrzahl von aktiven Schichten.
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Weiter
optional, eine Elektrode, die am weitesten von der Druckkammer entfernt
angeordnet ist, kann so aufgebaut sein, daß sie die dünnste Elektrode zwischen der
gemeinsamen Elektrode und der Treiberelektrode ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist eine Elektrode am nächsten zu der Druckkammer die gemeinsame
Elektrode. In einem speziellen Fall beträgt eine Dicke einer jeden der
mindestens einen aktiven Schicht 20 μm oder weniger. In einer Ausführungsform
ist die Bedingung: t/T ≤ 0,8erfüllt, worin t eine Dicke der
aktiven Schicht darstellt und T die Gesamtdicke der aktiven Schicht
und der inaktiven Schichten darstellt. Bevorzugter kann t/T 0,7
oder weniger sein.
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Weiter
können
Bedingungen: 0,1 mm ≤ L ≤ 1 mmund 0,3 ≤ δ/L ≤ 1erfüllt sein,
worin L eine Breite der aktiven Schicht in einer kürzeren Seite
darstellt und worin δ eine
Breite einer Treiberelektrode in einer Richtung ähnlich zu der Breite L der
aktiven Schicht darstellt.
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Noch
optional, alle der mindestens einen aktiven Schicht und die mindestens
eine inaktive Schicht können
aus dem gleichen Material gebildet sein.
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Optional
oder alternativ, alle der mindestens einen aktiven Schicht und die
inaktiven Schichten weisen im wesentlichen die gleiche Dicke auf.
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In
einer Ausführungsform
ist die Zahl der aktiven Schichten und die Zahl der inaktiven Schichten eins
bzw. zwei. Alternativ kann die Zahl der aktiven Schichten und die
Zahl der inaktiven Schichten zwei bzw. zwei sein.
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Noch
optional, die gemeinsame Elektrode kann auf einem Massepotential
gehalten werden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist ein Tintenstrahlkopf vorgesehen,
der mit einer Mehrzahl von Druckkammern, von denen jede derart aufgebaut
ist, daß ein
Ende davon mit einer Ausgabedüse
verbunden ist und das andere Ende davon mit einem Tintenlieferer
verbunden ist, und einer Betätigungseinheit
für die
Mehrzahl von Druckkammern versehen. Weiter enthält die Betätigungseinheit eine Mehrzahl
von inaktiven Schichten, die auf einer Druckkammerseite angeordnet
sind und aus piezoelektrischem Material gebildet sind, und mindestens eine
aktive Schicht, die auf einer gegenüberliegenden Seite der Druckkammern
in bezug auf die inaktiven Schichten angeordnet ist und aus piezoelektrischem
Material gebildet ist, wobei die Mehrzahl von inaktiven Schichten
zum Bedecken der Mehrzahl von Druckkammern angeordnet ist, die mindestens
eine aktive Schicht segmentiert ist zum Anordnen an Positionen entsprechend
der Mehrzahl von Druckkammern. Weiter ist jedes Segment der mindestens
einen aktiven Schicht zwischen einer gemeinsamen Elektrode und einer
Treiberelektrode eingeschlossen, und jedes Segment der mindestens
einen aktiven Schicht, das zwischen der gemeinsamen Elektrode und
der Treiberelektrode eingeschlossen ist, verformt sich gemäß dem piezoelektrischen
Transversalverformungseffekt so, daß jedes Segment eine unimorphe
Verformung gemäß einer
Spannung durchführt,
die an jede der Treiberelektroden angelegt ist. Optional kann die
gemeinsame Elektrode auf einem Massepotential gehalten werden.
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Kurze Beschreibung
der begleitenden Zeichnungen
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1 ist
eine Bodenansicht eines Tintenstrahlkopfes gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Gebietes, das von einer gestrichelten Linie in 1 umgeben
ist;
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Gebietes, das von einer gestrichelten Linie in 2 umgeben
ist;
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4 ist
eine Schnittansicht eines primären Teiles
des in 1 gezeigten Tintenstrahlkopfes;
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5 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des primären Teiles
des in 1 gezeigten Tintenstrahlkopfes;
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6 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Gebietes, das durch eine gestrichelte Linie in 4 umgeben
ist; und
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7 zeigt
eine Modifikation der in 6 gezeigten Struktur.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsform
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Hier
im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Bodenansicht eines Tintenstrahlkopfes 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. 2 ist eine vergrö ßerte Ansicht
eines Gebietes, das durch eine gestrichelte Linie in 1 umgeben
ist. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Gebietes,
das von einer gestrichelten Linie in 2 umgeben
ist. 4 ist eine Schnittansicht eines Primärteiles
des in 1 gezeigten Tintenstrahlkopfes. 5 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Hauptteiles
des in 1 gezeigten Tintenstrahlkopfes. 6 ist
eine vergrößerte Seitenansicht
eines Gebietes, das von einer gestrichelten Linie in 4 umgeben
ist.
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Der
Tintenstrahlkopf 1 wird in einem Tintenstrahldruckgerät verwendet,
das ein Bild auf ein Blatt durch Ausstoßen von Tinten gemäß von Bilddaten aufzeichnet.
Wie in 1 gezeigt ist, weist der Tintenstrahlkopf 1 gemäß der Ausführungsform,
wenn er von dem Boden gesehen wird, eine im wesentlichen rechteckige
Form auf, die in einer Richtung verlängert ist (welche eine Hauptabtastrichtung
des Tintenstrahldruckgerätes
ist). Die Bodenoberfläche
des Tintenstrahlkopfes 1 ist mit einer Mehrzahl von trapezförmigen Tintenausstoßflächen 2 gebildet,
die in zwei Linien angeordnet sind, die sich in der Längsrichtung
(d. h. der Hauptabtastrichtung) des Tintenstrahlkopfes 1 erstrecken,
und die auch versetzt sind (d. h. abwechselnd auf den zwei Linien
angeordnet sind).
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Eine
Mehrzahl von Tintenausgabeöffnungen 8 (siehe 2 und 3)
ist auf der Oberfläche
eines jeden Tintenausstoßgebietes 2 angeordnet,
wie später
beschrieben wird. Ein Tintenreservoir 3 ist innerhalb des
Tintenstrahlkopfes 1 entlang der Längsrichtung davon definiert.
Das Tintenreservoir 3 steht in Verbindung mit einem Tintentank
(nicht gezeigt) durch eine Öffnung 3a,
die an einem Ende des Tintenreservoirs 3 vorgesehen ist,
wodurch das Tintenreservoir 3 mit Tinte zu jeder Zeit gefüllt wird.
Eine Mehrzahl von Paaren von Öffnungen 3b und 3b ist für das Tintenreservoir 3 entlang
der Längsrichtung davon
(d. h. in der Hauptabtastrichtung) in einer versetzten Anordnung
vorgesehen. Jedes Paar der Öffnungen 3b und 3b ist
in einem Gebiet gebildet, in dem die Tintenausstoßgebiete 2 nicht
gebildet sind, wie von dem Boden gesehen wird.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, steht das Tintenreservoir 3 mit
einer unterliegenden Verteilerleitung 5 durch die Öffnungen 3b in
Verbindung. Optional können
die Öffnungen 3b mit
einem Filter zum Entfernen von Staub in der Tinte versehen sein,
die da durchgeht. Das Ende der Verteilerleitung 5 verzweigt
sich in zwei Unterverteilerleitungen 5a und 5a (siehe 2).
Die zwei Unterverteilerleitungen 5a und 5a erstrecken
sich in den oberen Teil des Tintenausstoßgebietes 2 von jeder
der zwei Öffnungen 3b und 3b,
die neben entsprechenden Enden der Tintenausstoßgebiete 2 in der
Längsrichtung
des Tintenstrahlkopfes 1 angeordnet sind. Somit erstreckt
sich in dem oberen Teil von einem Tintenausstoßgebiet 2 eine Gesamtheit
von vier Unterverteilerleitungen 5a entlang der Längsrichtung
des Tintenstrahlkopfes 1. Jede der Unterverteilerleitungen 5a ist
mit Tinte gefüllt,
die von dem Tintenreservoir 3 geliefert wird.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl
von Tintenausgabeöffnungen 8 auf
der Oberfläche
eines jeden Tintenausstoßgebiete 2 angeordnet.
Wie in 4 gezeigt ist, ist jede der Tintenausstoßöffnungen 8 als
eine Düse
mit einem zulaufenden Ende gebildet und steht in Verbindung mit
der Unterverteilerleitung 5a durch eine Öffnung 12 und eine
Druckkammer (Hohlraum) 10. Die Druckkammer 10 weist
eine ebene Form auf, die allgemein ein Rhombus ist (900 μm lang und
350 μm breit).
Ein Tintenkanal 32 ist so gebildet, daß er sich in dem Tintenstrahlkopf 1 von
dem Tintentank zu der Tintenausstoßöffnung 8 durch das
Tintenreservoir 3, die Verteilerleitung 5, die
Un terverteilerleitung 5a, die Öffnung 12 und die
Druckkammer 10 erstreckt. Es soll angemerkt werden, daß in 2 und 3 die
Druckkammern 10 und die Öffnungen 12 mit durchgezogenen
Linien zum Zwecke der Klarheit gezeichnet sind, obwohl sie in dem
Inneren des Tintenausstoßgebietes 2 gebildet
sind und daher normalerweise mit gestrichelten Linien gezeichnet
werden sollten.
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Wie
in 3 gesehen wird, sind weiter die Druckkammern 10 nahe
zueinander innerhalb des Tintenausstoßgebietes 2 so angeordnet,
daß eine Öffnung 12,
die in Verbindung mit einer Druckkammer 10 steht, die benachbarte
Druckkammer 10 überlappt.
Solch eine Anordnung kann realisiert werden, da die Druckkammern 10 und
die Öffnungen 12 auf
verschiedenen Niveaus (Höhen)
gebildet sind, wie in 4 gezeigt ist. Die Druckkammern 10 können dicht
so angeordnet werden, daß Hochauflösungsbilder
mit dem Tintenstrahlkopf 1 erzeugt werden können, der
eine relativ kleine Fläche
belegt.
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Die
Druckkammern 10 sind innerhalb der Tintenausstoßgebiete 2,
die innerhalb der in 2 gezeigten Ebenen sind, entlang
von zwei Richtungen, d. h. der Längsrichtung
des Tintenstrahlkopfes 1 (erste Feldrichtung) und einer
Richtung, die etwas in Bezug auf eine Breitenrichtung des Tintenstrahlkopfes 1 geneigt
ist (zweite Feldrichtung) angeordnet. Die Tintenausstoßöffnung 8 ist
mit einer Dichte von 50 dpi (Punkte pro Zoll) in der ersten Feldrichtung
angeordnet. Es sind zwölf
Druckkammern 10 im Maximum in der zweiten Feldrichtung
derart angeordnet, daß zwölf Druckkammern 10 im
Maximum in der zweiten Ausrichtungsrichtung angeordnet sind. Es soll
angemerkt werden, daß eine
relative Versetzung einer Druckkammer 10, die an einem
Ende des Feldes von zwölf
Druckkammern 10 angeordnet ist, und einer anderen Druckkammer 10 an
dem anderen Ende des Feldes einer Größe der Druckkammer 10 in der
ersten Feldrichtung ent spricht. Somit sind zwischen zwei Tintenausstoßöffnungen 8 benachbart zueinander
in der ersten Feldrichtung zwölf
Tintenausstoßöffnungen 8 vorhanden,
obwohl sie an verschiedenen Positionen in der Breitenrichtung des Tintenstrahlkopfes 1 sind.
Es soll angemerkt werden, daß in
Feldern an dem Umfangsabschnitt in der ersten Richtung die Zahl
der Druckkammern 10 weniger als zwölf beträgt. Der Umfangsabschnitt des
nächsten
Ausstoßgebietes 2 (die
Felder davon, die den Feldern gegenüber sind, die weniger als zwölf Druckkammern 10 aufweisen)
ist jedoch so aufgebaut, daß sie
einander ausgleichen, und somit erfüllt der Tintenstrahlkopf 1 als
Ganzes die obige Bedingung.
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Somit
ist der Tintenstrahlkopf 1 gemäß der Ausführungsform in der Lage, Drucken
mit einer Auflösung
von 600 dpi in der Hauptabtastrichtung durch Ausstoßen von
Tinte aus einer Mehrzahl von Tintenausstoßöffnungen 8 zu drucken,
die in der ersten und zweiten Feldrichtung angeordnet sind, gemäß der Bewegung
des Tintenstrahlkopfes 1 in der Breitenrichtung relativ
zu einem Blatt.
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Als
nächstes
wird der Schnittaufbau des Tintenstrahlkopfes 1 beschrieben.
Wie in 4 und 5 gezeigt, ist, weist der Hauptteil
an der Bodenseite des Tintenstrahlkopfes 1 eine laminierte
Struktur auf, in der eine Gesamtheit von zehn Blatteilen laminiert
ist. Die zehn Blatteile sind die Betätigungseinheit 21,
eine Hohlraumplatte 22, eine Basisplatte 23, eine Öffnungsplatte 24,
eine Liefererplatte 25, Verteilerleitungenplatten 26, 27, 28,
eine Abdeckplatte 29 und eine Düsenplatte 30 in dieser
Reihenfolge von der Oberseite.
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Die
Betätigungseinheit 21 ist
derart aufgebaut, wie später
im größeren Detail
beschrieben wird, daß fünf piezoelektrische
Blätter
laminiert sind. Elektroden sind für die Betätigungs einheit 21 so
vorgesehen, daß drei
der Blätter
aktiv sind und zwei der anderen inaktiv sind. Die Hohlraumplatte 22 ist
eine Metallplatte, die mit einer Mehrzahl von Öffnungen von einer im allgemeinen
Rhombusform zum Bilden der Druckkammer 10 versehen ist.
Die Basisplatte 23 ist eine Metallplatte, die für jede Druckkammer 10 der Hohlraumplatte 22 ein
Verbindungsloch zum Verbinden der Druckkammer 10 und der Öffnung 12 und
ein Verbindungsloch, das sich von der Druckkammer 10 zu
der Tintenausstoßöffnung 8 erstreckt,
enthält.
Die Öffnungsplatte 24 ist
eine Metallplatte, die zusätzlich zu
den Öffnungen 12 ein
Verbindungsloch, das sich von der Druckkammer 10 zu der
Tintenausstoßöffnung 8 für jede Druckkammer 10 der
Hohlraumplatte 22 erstreckt, enthält. Die Liefererplatte 25 ist
eine Metallplatte, die für
jede Druckkammer 10 der Hohlraumplatte 22 ein
Verbindungsloch zum Verbinden der Öffnung 12 und der
Unterverteilerleitung 5a und ein Verbindungsloch, das sich
von der Druckkammer 10 zu der Tintenausstoßöffnung 8 erstreckt,
enthält. Die
Verteilerleitungsplatten 24 sind Metallplatten, die zusätzlich zu
der Unterverteilerleitung 5a ein Verbindungsloch, das sich
von der Druckkammer 10 zu der Tintenausstoßöffnung 8 für jede Druckkammer 10 der
Hohlraumplatte 22 erstreckt, enthalten. Die Abdeckplatte 29 ist
eine Metallplatte, die für
jede Druckkammer 10 der Hohlraumplatte 22 ein
Verbindungsloch enthält,
das sich von der Druckkammer 10 zu der Tintenausstoßöffnung 8 erstreckt.
Die Düsenplatte 30 ist
eine Metallplatte, die für
jede Druckkammer 10 der Hohlraumplatte eine zulaufende
Tintenausstoßöffnung 8 aufweist,
die als eine Düse
dient.
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Die
zehn Blatteile 21 bis 30 werden laminiert, nachdem
sie zum Bilden eines Tintenkanals 32 ausgerichtet sind,
wie in 4 gezeigt ist. Dieser Tintenkanal 32 erstreckt
sich nach oben von der Unterverteilerleitung 5a, dann horizontal
an der Öff nung 12. Der
Tintenkanal 32 erstreckt sich dann weiter nach oben, dann
horizontal an der Druckkammer 10 und dann schräg nach unten
für eine
gewisse Länge
in eine Richtung weg von der Öffnung 12 und
dann vertikal nach unten zu der Tintenausstoßöffnung 8.
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Wie
in 6 gezeigt ist, enthält die Betätigungseinheit 21 drei
piezoelektrische Blätter 41, 42 und 43 mit
im wesentlichen der gleichen Dicke von ungefähr 15 μm. Das piezoelektrische Blatt 41 ist
aus einer Mehrzahl von Segmenten aufgebaut, die nur über den
entsprechenden Druckkammern 10 vorgesehen sind. Genauer,
jedes Segment des piezoelektrischen Blattes 41 weist eine ähnliche
Form wie die Druckkammer 10 auf, wenn von oben gesehen
wird (d. h. 850 μm
lang und 250 μm
breit), und die Fläche davon,
die entlang der laminierten Richtung projiziert ist, ist etwas größer als
die der Druckkammer 10, so daß die erstere in der letzteren
enthalten ist.
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Diese
piezoelektrischen Blätter 42 und 43 sind
kontinuierliche planare Schichten und so angeordnet, daß sie sich über eine
Mehrzahl von Druckkammern 10 erstrecken, die innerhalb
eines jeden der Tintenausstoßgebiete 2 des
Tintenstrahlkopfes 1 verteilt sind. Da sich die piezoelektrischen
Blätter 42 und 43 über eine
Mehrzahl von Druckkammern 10 als die kontinuierlich ebenen
Schichten erstrecken, kann die mechanische Festigkeit davon aufrecht
erhalten werden, was die Geschwindigkeit der Reaktion in Hinblick
auf das Tintenausstoßen
des Tintenstrahlkopfes 1 verbessert.
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Eine
gemeinsame Elektrode 34 mit einer Dicke von ungefähr 2 μm ist zwischen
dem obersten piezoelektrischen Blatt 41 und dem piezoelektrischen Blatt 42 gebildet.
Weiter sind Treiberelektroden (individuelle Elektrode) 35 für die entsprechenden Druckkammern 10 auf
der oberen Oberfläche
des piezoelektrischen Blattes 41 gebildet (siehe auch 3). Jede
Treiberelektrode 35 ist ungefähr 1 μm dick. Die Treiberelektrode 35 sind über das
piezoelektrische Blatt 41 verteilt. Es sind jedoch keine
Elektroden zwischen den piezoelektrischen Blättern 42 und 43 vorgesehen,
das unmittelbar unter dem piezoelektrischen Blatt 42 ist,
und unter dem piezoelektrischen Blatt 43.
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Die
gemeinsame Elektrode 34 ist auf Masse gelegt. Somit wird
jedes Gebiet der gemeinsamen Elektrode 34 entsprechend
der Druckkammer 10 auf dem Massepotential gehalten. Die
Treiberelektrode 35 ist mit Treibern (nicht gezeigt) durch
getrennte Leitungsdrähte
(nicht gezeigt) verbunden, so daß das Potential der Treiberelektroden
für jede
Druckkammer 10 gesteuert werden kann.
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Es
soll angemerkt werden, daß die
gemeinsame Elektrode 34 nicht notwendigerweise als ein Blatt
gebildet ist, die sich über
das gesamte Gebiet des piezoelektrischen Blattes erstreckte, und
eine Mehrzahl von gemeinsamen Elektroden 34 kann derart
gebildet sein, daß die
Projektion davon in die Schichtstapelrichtung das Gebiet der Druckkammer 10 bedeckt,
oder derart, daß die
Projektion darauf innerhalb des Gebietes der Druckkammer enthalten ist.
In solchen Fällen
ist es notwendig, daß die
gemeinsamen Elektroden elektrisch so verbunden sind, daß die Gebiete,
die der Druckkammer 10 gegenüberliegen, auf dem gleichen
Potential sind.
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Bei
dem Tintenstrahlkopf 1 gemäß der Ausführungsform fällt die
Richtung der Polarisation der piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 mit
der Dickenrichtung davon zusammen. Die Betätigungseinheit 21 ist
zum Bilden eines sogenannten Betätigungselementes
vom unimorphem Typ aufgebaut, bei dem ein piezoelektrisches Blatt 31,
das auf dem oberen Teil (dem Blattabstand von der Druckkammer 10)
vorgesehen ist, eine aktive Schicht ist, und die anderen zwei piezoelektrischen
Blätter 42 und 43 an
dem unteren Teil (die Blätter
näher zu
der Druckkammer 10) inaktive Schichten sind. Wenn die Treiberelektrode 35 auf
ein vorbestimmtes positives/negatives Potential gesetzt wird, wenn
die Richtung des elektrischen Feldes mit der Richtung der Polarisation
zusammenfällt,
kontrahiert der Abschnitt des piezoelektrischen Blattes 41,
das die aktive Schicht ist, in einer Richtung senkrecht zu der Polarisationsrichtung.
Weiterhin kontrahieren die piezoelektrischen Blätter 42 und 43,
die nicht durch das elektrische Feld beeinflußt werden, nicht. Somit verformen
sich das piezoelektrische Blatt 41 der oberen Schicht und
die piezoelektrischen Blätter 42 und 43 der
unteren Schicht unterschiedlich in der Polarisationsrichtung, und
die piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 als
Ganzes verformen sich derart, daß die inaktive Schichtseite
konvex wird (unimorphe Verformung). Da, wie in 6 gezeigt
ist, die Bodenoberfläche
der piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 auf
der oberen Oberfläche
der Unterteilungen 22 befestigt sind, die die Druckkammern 10 definieren,
werden die Druckkammerseitenoberflächen der piezoelektrischen
Blätter 41 bis 43 konvex.
Folglich nimmt das Volumen der Druckkammer 10 ab, das erhöht den Druck
der Tinte und bewirkt, daß die
Tinte aus der Tintenausstoßöffnung 8 ausgestoßen wird.
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Wenn
danach das Anlegen der Treiberspannung an die Treiberelektroden 35 unterbrochen
wird, nehmen die piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 die neutralen
Formen wieder an (d. h. eine ebene Form, wie in 6 gezeigt
ist), und folglich nimmt das Volumen der Druckkammer 10 wieder
das normale Volumen an (d. h. nimmt zu), was in Ansaugen von Tinte aus
der Verteilerleitung 5 resultiert.
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Es
sei angemerkt, daß bei
einem alternativen Treiberverfahren die Spannung anfänglich an
die Treiberelektroden 35 angelegt wird, nach jeder Ausstoßanforderung
unterbrochen wird und zu einer vorbestimmten Zeit nach einer bestimmten
Dauer wieder angelegt wird. In diesem Fall nehmen die piezoelektrischen
Blätter 41 bis 43 ihre
normalen Formen wieder an, wenn das Anlegen der Spannung unterbrochen
wird, und das Volumen der Druckkammer 10 nimmt im Vergleich
mit dem anfänglichen
Volumen zu (d. h. in einem Zustand, in dem die Spannung angelegt
ist), und folglich wird Tinte aus der Verteilerleitung 5 gezogen.
Wenn dann die Spannung wieder angelegt wird, verformen sich die
piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 derart,
daß die
Druckkammerseite davon konvex wird zum Vergrößern des Tintendruckes durch
Verringern des Volumens der Druckkammer, und somit wird die Tinte
ausgestoßen.
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Wenn
die Richtung des elektrischen Feldes entgegengesetzt zu der Richtung
der Polarisation ist, dehnen sich die Abschnitte des piezoelektrischen Blattes 41,
das die aktive Schicht ist, die von den Elektroden eingeschlossen
ist, in eine Richtung senkrecht zu der Polarisationsrichtung aus.
Folglich biegen sich in diesem Falle die Abschnitte des piezoelektrischen
Blattes 41, das von den Elektroden 34 und 35 eingeschlossen
ist, durch den piezoelektrischen Transversaleffekt so, daß die Druckkammerseitenoberflächen konkav
werden. Wenn somit die Spannung an die Elektroden 34 und 35 angelegt wird,
nimmt das Volumen der Druckkammer 10 zu, und Tinte wird
aus der Verteilerleitung 5 gezogen. Wenn dann das Anlegen
der Spannung an die Treiberelektroden 35 gestoppt wird,
nehmen die piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 ihre
normale Form wieder an, und folglich nimmt das Volumen der Druckkammer 10 wieder
ein normales Volumen an, wodurch Tinte aus der Düse ausgestoßen wird.
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Der
Tintenstrahlkopf 1 kann die elektrische Effektivität (d. h.
die Änderung
des Volumens der Druckkammer 10 pro Einheit der elektrostatischen Kapazität) oder
die Flächeneffektivität (d. h.
die Änderung
des Volumens der Druckkammer 10 pro Einheit der projizierten
Fläche)
im Vergleich mit jenen des Tintenstrahlkopfes verstärken, der
die aktive Schicht auf der Druckkammerseite und die inaktive Schicht
auf der gegenüberliegenden
Seite aufweist, wie in der zuvor erwähnten Publikation beschrieben wurde,
da er eine Mehrzahl von piezoelektrischen Blättern 42 und 43 als
inaktive Schichten aufweist. Die Verbesserung in der elektrischen
Effektivität
oder der Flächeneffektivität ermöglicht eine
Verkleinerung der Treiber zum Treiben der Elektroden 35,
was zur Verringerung der Herstellungskosten dafür beiträgt. Weiterhin können die
Druckkammern 10 kompakt hergestellt werden. Selbst wenn
die Druckkammern 10 hoch integriert sind, kann ein ausreichender
Betrag von Tinte ausgestoßen
werden. Daher kann eine Verkleinerung des Tintenstrahlkopfes 1 und
eine hohe Dichte der gedruckten Punkte erzielt werden. Dieser Effekt
wird verbessert, wenn eine Mehrzahl von aktiven Schichten vorgesehen
wird. Wenn zum Beispiel die Zahl der aktiven Schichten vier oder mehr
ist, ist ein signifikanter Effekt zu erwarten.
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7 zeigt
eine Modifikation der Ausführungsform.
Bei der in 7 gezeigten Konfiguration weist
eine Betätigungseinheit 21M zwei
aktive Schichten (d. h. piezoelektrische Blätter 41 und 41A) und
zwei inaktive Schichten (d. h. piezoelektrische Blätter 42 und 43)
auf. Bei diesem in 7 gezeigten Beispiel ist oberhalb
einer jeden Treiberelektrode 35 eine andere aktive Schicht 41A vorgesehen,
und eine andere gemeinsame Elektrode 34a ist oberhalb der aktiven
Schicht 41A vorgesehen. Mit diesem Aufbau kann, wie oben
beschrieben wurde, ein verbesserter Effekt erwartet werden.
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Weiterhin
sind gemäß dem Tintenstrahlkopf 1 eine
Mehrzahl von inaktiven Schichten 42 und 43 vorgesehen.
Mit diesem Aufbau ist im Vergleich mit einem Fall, in dem ein einzelnes
dickes Blatt einer aktiven Schicht vorgesehen ist, das Herstellen
davon einfacher. Da weiter die aktiven und inaktiven Schichten aus
dem gleichen Material gebildet sind, wenn sie durch Backen hergestellt
werden, kontrahieren sie sich mit dem gleichen Kontraktionsprozentsatz,
was die Dimensionsgenauigkeit verbessert.
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Der
oben erwähnte
Effekt ist bemerkenswert, da in dem Tintenstrahlkopf 1 die
Dicke der aktiven Schicht, d. h. des piezoelektrischen Blattes 41 relativ dünn ist,
d. h. 15 μm.
Es ist wünschenswert,
die Dicke des piezoelektrischen Blattes 41 bei 20 μm oder niedriger
zu halten zum Verbessern der elektrischen Effektivität oder der
Flächeneffektivität.
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Weiter
beträgt
in dem Tintenstrahlkopf 1 die Gesamtdicke der aktiven Schichten
und der inaktiven Schichten (die Gesamtdicke der piezoelektrischen Blätter 41 bis 43)
45 μm, und
die Dicke der aktiven Schicht (die Dicke des piezoelektrischen Blattes 41) beträgt 15 μm, und folglich
ist das Verhältnis
der beiden 15/45 = 0,33. Wegen dieses Aufbaus ist der oben erwähnte Effekt
weiter bemerkenswert bei dem Tintenstrahlkopf 1.
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Von
dem Gesichtspunkt der Verbesserung der elektrischen Effektivität oder der
Flächeneffektivität ist es
bevorzugt, daß t/T
= 0,8 oder niedriger ist und bevorzugter 0,7 oder niedriger ist,
wobei T die Gesamtdicke der aktiven und inaktiven Schichten (die
Gesamtdicke der piezoelektrischen Blätter 41 bis 43)
darstellt und t die Dicke der aktiven Schicht (die Dicke des piezoelektrischen
Blattes 41) darstellt.
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Der
oben erwähnte
Effekt ist bemerkenswert in dem Tintenstrahlkopf 1 gemäß der Ausführungsform,
da die Länge
der Druckkammer 10 in der Querrichtung 350 μm beträgt, und
die Länge
(Aktivierungsbreite) der Treiberelektrode 35 in der gleichen Richtung
250 μm beträgt, und
folglich ist das Verhältnis
der zwei 250/350 = 0,714 .... Von dem Gesichtspunkt der Verbesserung
der elektrischen Effektivität und
der Flächeneffektivität ist es
bevorzugt, daß Bedingungen
0,1 mm ≤ L ≤ 1 mm und
0,3 ≤ δ/L ≤ 1 erfüllt sind,
wobei L die Länge
der Druckkammer in der Querrichtung darstellt und δ die Länge der
Treiberelektrode 35 in der gleichen Richtung wie die Länge L darstellt
(siehe 10).
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Weiterhin
wird die Elektrode, die an der höchsten
Druckkammerseite angeordnet ist, aus den Elektroden, die in dem
Tintenstrahlkopf 1 verwendet werden (d. h. Elektroden 34 und 35),
als die gemeinsame Elektrode 34 benutzt. Dieser Aufbau
verhindert unstabiles Drucken aufgrund des Effektes der Potentialvariation
der Treiberelektrode 35 auf die Tinte, die Leitfähigkeit
aufweist.
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Bei
der Ausführungsform
sind die piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 aus
Bleizirkonattitanat-(PZT)Material hergestellt, das Ferroelektrizität zeigt.
Die Elektroden 34 und 35 sind aus Metall, z. B. Ag-Pd-Metall
hergestellt.
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Die
Betätigungseinheit 21 ist
durch Stapeln des Keramikmaterials für das piezoelektrische Blatt 43,
des Keramikmaterials für
das piezoelektrische Blatt 42, des Metallmaterials für die gemeinsame Elektrode 34 und
des Keramikmaterials für
das piezoelektrische Blatt 41 hergestellt, und dann wird
der Stapel der Blätter 43, 42, 34 und 41 gebacken.
Danach wird das piezo elektrische Blatt 41 so gebildet, daß es eine
Form entsprechend der Druckkammer 10 aufweist, wie oben
beschrieben wurde, mittels Ultraschallhonen oder Schneiden mit einem
Substratzerteiler. Dann wird das Metallmaterial für die Treiberelektroden 35 auf
die Oberfläche
des piezoelektrischen Blattes 41 plattiert, und unnötige Abschnitte davon
werden mittels Laserbemusterung entfernt.
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Alternativ
kann die Treiberelektrode 35 auf das piezoelektrische Blatt 41 mittels
Dampfabscheiden unter Benutzung einer Maske mit einer Öffnung geschichtet
werden.
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Im
Gegensatz zu anderen Elektroden werden die Treiberelektroden 35 nicht
zusammen mit den Keramikmaterialien der piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 gebacken.
Dieses ist so, da die Treiberelektroden 35 nach außen offen
liegen und daher leicht zu verdampfen sind, wenn sie bei hoher Temperatur gebacken
werden, was die Steuerung der Dicke der Treiberelektroden 35 relativ
schwierig im Vergleich mit der gemeinsamen Elektrode 34 macht,
die mit den Keramikmaterialien bedeckt ist. Die Dicke der gemeinsamen
Elektrode 34 nimmt auch mehr oder weniger ab, wenn sie
gebacken wird. Daher ist es schwierig, die gemeinsame Elektrode 34 dünn zu machen,
während
die gleiche Gleichförmigkeit
selbst nach dem Backen behalten wird. Die Treiberelektroden 35 können so
dünn wie
möglich
im Gegensatz zu der gemeinsamen Elektrode 34 gemacht werden,
da die Treiberelektroden 35 nach dem Backen gebildet werden,
wie oben beschrieben wurde.
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Wie
oben werden bei dem Tintenstrahlkopf 1 gemäß der Ausführungsform
die Treiberelektrode 35 auf der äußersten oberen Schicht dünner als
die anderen Elektroden 34 gemacht und behindern daher nicht
die Verschiebung des piezoelektrischen Blattes 41 (d. h.
der aktiven Schicht) so sehr, was wiederum die Effektivität (elektrische
Effektivität
und Flächeneffektivität) der Betätigungseinheit 21 verbessert.
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Bei
dem Tintenstrahlkopf 1 sind das piezoelektrische Blatt 41 oder
die aktive Schicht und die piezoelektrischen Blätter 42 und 43 oder
die inaktiven Schichten aus dem gleichen Material hergestellt. Folglich
kann der Tintenstrahlkopf 1 durch ein relativ einfaches
Herstellungsverfahren erzeugt werden, das keinen Austausch von Materialien
benötigt.
Daher kann eine Verringerung der Herstellungskosten erwartet werden.
Da weiter alle piezoelektrischen Blätter 41 bis 43 im
wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, kann der Herstellungsvorgang
der piezoelektrischen Blätter
vereinfacht werden, was weiterhin die Herstellungskosten verringert.
Dieses ist so, da es möglich
ist, den Vorgang zum Einstellen der Dicke der Keramikmaterialien
zu vereinfachen, die zum Bilden der piezoelektrischen Blätter gestapelt
werden.
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Zusätzlich werden
bei dem Tintenstrahlkopf gemäß der Ausführungsform
die Betätigungseinheiten 21 für entsprechende
Tintenausstoßgebiete 2 sektorisiert.
Dieses ist so, da, wenn die Betätigungseinheiten 21 gleichförmig gebildet
werden, die kleine Verschiebung zwischen der Hohlraumplatte 22 und der
Betätigungseinheit 21,
die darüberliegt,
sich an dem Abstand am weitesten von dem Ausrichtungspunkt vergrößert und
in größeren Verschiebungen der
Treiberelektroden 35 der Betätigungseinheit 21 für die entsprechende
Druckkammer 10 resultieren kann. Gemäß der Ausführungsform treten solche Verschiebungen
kaum auf, und eine gute Genauigkeit der Ausrichtung kann erzielt
werden.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist im einzelnen beschrieben worden. Es soll angemerkt
werden, daß die
Erfin dung nicht auf den Aufbau der oben beschriebenen beispielhaften
Ausführungsform
begrenzt ist, und verschiedene Modifikationen sind möglich, ohne
den Kern der Erfindung zu verlassen.
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Zum
Beispiel sind die Materialien der piezoelektrischen Blätter und
der Elektroden nicht auf jene oben erwähnten begrenzt und können durch
andere geeignete Materialien ersetzt werden. Weiterhin können die
ebene Form, die Schnittform und die Anordnung der Druckkammern geeignet
modifiziert werden. Die Zahl der aktiven und inaktiven Schichten kann
unter der Bedingung geändert
werden, daß die Zahl
der inaktiven Schichten zwei oder mehr ist. Weiter können die
aktiven und die inaktiven Schichten unterschiedliche Dicken aufweisen.