DE69012216T2

DE69012216T2 - Kopf für einen Tintenstrahldrucker.

Info

Publication number: DE69012216T2
Application number: DE69012216T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kanayama
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2010-06-09
Also published as: EP0402171A2; JPH0310846A; JPH0733087B2; EP0402171A3; US5128694A; DE69012216D1; EP0402171B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kopf für einen Tintenstrahldrucker.
Tintenstrahldrucker sind als eine Art von Datenendstellenausrüstung für Computer bekannt. Fig. 1 ist ein schematischer Kopf für einen Tintenstrahldrucker. Wie in Fig. 1 dargestellt, verfügt der dargestellte Kopf über einen Glasbehälter 1 mit zwei Aussparungen, ein erstes piezoelektrisches Element 5a und ein zweites piezoelektrisches Element 5b. Ein erste Platte 2a aus rostfreiem Stahl ist so angeordnet, daß sie eine Aussparung des Glasbehälters 1 abdeckt, und diese Aussparung und die erste Platte 2a aus rostfreiem Stahl bilden eine erste Tintenkammer 3a. Die andere Aussparung ist mit einer zweiten Platte 2b aus rostfreiem Stahl abgedeckt, und diese Aussparung und die zweite Platte 2b aus rostfreiem Stahl bilden eine zweite Tintenkammer 3b. Die erste Tintenkammer 3a ist so ausgebildet, daß sie mit einer ersten Düse 4a in Verbindung steht, während die zweite Tintenkammer 3b so ausgebildet ist, daß sie mit einer zweiten Düse 4b in Verbindung steht. Das erste piezoelektrische Element 5a ist an der ersten Platte 2a aus rostfreiem Stahl befestigt, während das zweite piezoelektrische Element 5b an der zweiten Platte 2b aus rostfreiem Stahl befestigt ist. Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet der Kopf in Fig. 1 zwei Parallel angeordnete Düseneinheiten, von denen jede aus einer Kammer, einem piezoelektrischen Element, einer rostfreien Platte und einer Düse besteht.
Der Betrieb des herkömmlichen Kopfs wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, die eine schematische Vorderansicht ist, die den Kopf von Fig. 1 zeigt.
Im Betrieb wird eine Spannung an das erste piezoelektrische Element 5a angelegt, um es dazu zu veranlassen, sich in der durch einen Pfeil A gekennzeichneten Richtung zusammenzuziehen. Die erste Platte 2a aus rostfreiem Stahl ist am ersten piezoelektrischen Element 5a befestigt, und sie wird ihrerseits in der Richtung ausgelenkt, die durch den Pfeil b gekennzeichnet ist. Wenn die erste Platte 2a aus rostfreiem Stahl in Richtung des Pfeils B ausgelenkt wird, wird ein Druck auf die Tinte in der ersten Tintenkammer 3a ausgeübt, und ein Strahl Tintentröpfchen wird aus der ersten Düse 4a ausgestoßen. Sowohl die erste Düse 4a als auch die zweite Düse 4b sind so ausgebildet, daß sie den vorstehend beschriebenen Vorgang unabhängig voneinander ausführen, um dadurch das Aufzeichnen von Information zu ermöglichen.
Ein Kopf für einen Tintenstrahldrucker ist so ausgebildet, daß mehrere Düseneinheiten, von denen jede der in Fig. 1 dargestellten Düseneinheit ähnlich ist, Parallel zueinander angeordnet sind. Bei einem solchen Aufbau erfordert, da jede Tintenkammer mit einem piezoelektrischen Element auf die vorstehend genannte Weise versehen ist, die Herstellung des Kopfs zeitaufwendige Prozesse, um das piezoelektrische Element einzeln für jede Tintenkammer anzuordnen usw.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die vorstehend genannten Schwierigkeiten zu lindern und einen Kopf für einen Tintenstrahldrucker zu schaffen, der mit hoher Produktivität hergestellt werden kann.
Aus EP-A-0 095 911 ist eine Druckimpuls-Tröpfchenausstoßeinrichtung bekannt, bei der ein einzelner piezoelektrischer Wandler von mehr als einer Ausstoßeinrichtung gemeinsam verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist ein Flüssigkeitsstrahldrucker-Kopf mit mehreren koplanaren Kammern und mehreren mit diesen Kammern in Verbindung stehenden Flüssigkeitsausstoßdüsen geschaffen, der folgendes aufweist:
- ein integral laminiertes piezoelektrisches Element mit einer zwischen Elektrodenschichten eingebetteten Piezoelektrischen Schicht, das so ausgebildet ist, daß es über den mehreren koplanaren Flüssigkeitskammern liegt;
- wobei derjenige Teil des piezoelektrischen Elements, der am dichtesten bei den Kammern liegt, durch Schlitze in elektrisch isolierte Druckabschnitte unterteilt ist, welche Schlitze sich ausgehend von der den Kammern benachbarten Fläche des Teils im wesentlichen rechtwinklig in den Teil hinein erstrecken, und die die Druckabschnitte von anderen Abschnitten des piezoelektrischen Elements abtrennen, wobei jeder der elektrisch isolierten Druckabschnitte über einer jeweiligen der Kammern liegt und wobei jeder der elektrisch isolierten Druckabschnitte einen jeweils getrennten Abschnitt der Laminatanordnung aus der piezoelektrischen Schicht und den Elektrodenschichten aufweist.
Ein Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß es nicht erforderlich ist, mehrere piezoelektrische Elemente für einzelne Tintenkammern jeweils einzeln anzubringen, wie bei der herkömmlichen Weise. So kann die Produktivität bei der Kopfherstellung verbessert werden.
Beim erfindungsgemäßen Kopf beinhaltet jeder der Druckabschnitte eine Laminatstruktur aus der piezoelektrischen Schicht und den Elektrodenschichten, und sie drückt die Kammer durch eine Expansion aufgrund des piezoelektrischen Effekts zusammen, wenn eine elektrische Spannung an die Elektrodenschichten in jedem der Druckabschnitte angelegt wird. Dadurch wird die Flüssigkeit in der zusammengedrückten Kammer unter Druck gesetzt, was einen Strahl Flüssigkeitströpfchen aus der dem Druckabschnitt entsprechenden Düse hervorruft. All diese Druckabschnitte, die demgemäß einzeln arbeiten, sind im einzigen piezoelektrischen Element vorhanden, und sie sind durch die Schlitze von den anderen Abschnitten des piezoelektrischen Elements abgetrennt.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
Fig. 1 ist eine schematische Vorderansicht, die einen herkömmlichen Kopf für einen Tintenstrahldrucker in einem Zustand zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht, die den Kopf von Fig. 1 in einem anderen Zustand zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine schematische Vorderansicht, die das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 zeigt; und
Fig. 5a bis 5c sind Prozeßdiagramme, die dazu dienen, die Schrittfolge bei einem Verfahren zum Herstellen eines Piezoelektrischen Elements zur Verwendung beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 zu veranschaulichen.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Fig. 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kopfs für einen Tintenstrahldrucker zeigt. Fig. 4 ist eine schematische Vorderansicht, die das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 zeigt. Gemäß den Fig. 3 und 4 verfügt ein Kopf 10 über einen mit zwei Aussparungen versehenen Behälter 11 und über ein piezoelektrisches Element 13, das für einen piezoelektrischen, vertikalen Effekt dient. Der Behälter 11 besteht z. B. aus Glas. Das piezoelektrische Element 13 ist in Form eines quaderförmigen Blocks ausgebildet, und es verfügt über eine Laminatstruktur, bei der mehrere Schichten aus piezoelektrischem Material und mehrere Elektrodenschichten 15a, 15b aufeinanderlaminiert sind, wie in Fig. 4 dargestellt.
Die Schichten des piezoelektrischen Materials des piezoelektrischen Elements 13 bestehen z. B. aus Bleititanatzirkonat. Die Elektrodenschichten 15a, 15b bestehen z. B. aus Nickel. Das piezoelektrische Element 13 verfügt über Schlitze 16a, 16b, 16c und 16d, die sich in der Richtung rechtwinklig zur Blattoberfläche in Fig. 4 erstrecken. Der durch die Schlitze 16a und 16b festgelegte Bereich bildet einen ersten Druckabschnitt 17a, und ein Satz erster Elektroden 15a ist im ersten Druckabschnitt 17a angeordnet. Der durch die Schlitze 16c und 16d festgelegte Bereich bildet einen zweiten Druckabschnitt 17b, und ein Satz zweiter Elektroden 15b ist im zweiten Druckabschnitt 17b angeordnet.
Eine elastische Platte 12 ist über den zwei Aussparungen des Behälters 11 angebracht. Die Platte 12 besteht z. B. aus Glas, rostfreiem Stahl oder dergleichen. Eine Aussparung des Behälters 11 und die Platte 12 bilden eine erste Tintenkammer 18a, während die andere Aussparung des Behälters 11 und die Platte 12 eine zweite Tintenkammer 18b bilden. Die erste Tintenkammer 18a steht mit einer ersten Düse 19a in Verbindung, während die zweite Tintenkammer 18b mit einer zweiten Düse 19b in Verbindung steht.
Es wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5a bis 5c ein Verfahren zum Herstellen des piezoelektrischen Elements 13 erläutert.
Wie in Fig. 5a dargestellt, werden neun ungebrannte Folien 20 aus z. B. Bleititanatzirkonat aufeinandergestapelt. Vorab werden Elektroden 14 auf entgegengesetzte Flächen jeder der oberen vier ungebrannten Folien 20 aufgedruckt, um die Elektrodenschichten zu bilden.
Wie in Fig. 5b dargestellt, werden die neun übereinandergestapelten, ungebrannten Folien 20 gesintert, um das piezoelektrische Element 13 zu bilden.
Wie in Fig. 5c dargestellt, werden die Schlitze 16a bis 16d im piezoelektrischen Element 13 in der Richtung rechtwinklig zur Oberfläche des Zeichnungsblatts ausgebildet. So sind die Elektroden 14 in den Satz erster Elektroden 15a und den Satz zweiter Elektroden 15b unterteilt. Das piezoelektrische Element 13 wird durch den vorstehend beschriebenen Prozeß hergestellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun der Betrieb des Kopfs 10 mit dem piezoelektrischen Element 13 erläutert. Wenn eine Spannung an die ersten Elektroden 15a angelegt wird, dehnt sich, da das piezoelektrische Element 13 einen piezoelektrischen, vertikalen Effekt zeigt, der erste Druckabschnitt 17a in der durch einen Pfeil C angezeigten Richtung, d. h. in der Richtung rechtwinklig zu den Oberflächen der Elektroden 15a aus. Demgemäß wird die Platte 12 in der Richtung des Pfeils C ausgelenkt, um Druck an die Tinte in der ersten Tintenkammer 15a anzulegen. Wenn Druck auf die ersten Tintenkammer 18a ausgeübt wird, wird von der ersten Düse 19a ein Strahl Tintentröpfchen ausgestoßen.
Der zweite Druckabschnitt 17b wird auf dieselbe Weise wie der erste Druckabschnitt 17a unter Verwendung der Elektroden 15b betrieben.
Da das beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendete piezoelektrische Element 13 über eine Laminatstruktur verfügt, kann das Ausmaß der Auslenkung des piezoelektrischen Elements 13 proportional zur Anzahl der Laminatschichten erhöht werden. Demgemäß ist es im ersten und zweiten Druckabschnitt 17a und 17b selbst dann, wenn die Längen der durch die entsprechenden Pfeile D mit beidseitiger Spitze bezeichneten Bereiche in Fig. 4 auf ein vernünftiges Ausmaß verringert werden, immer noch möglich, ausreichend Druck an die erste und zweite Tintenkammer 18a und 18b anzulegen. Demgemäß kann, da der Abstand E zwischen der ersten Düse 19a und der zweiten Düse 19b durch Verlängern der Länge D der Tintenkammern 18a und 18b ausreichend klein gemacht werden kann, die Packungsdichte der Düsen erhöht werden.
Beim Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 14 auf die entgegengesetzten Flächen einiger der ungebrannten Folien 20 aufgedruckt, und dadurch werden durch Ausbilden der Schlitze 16a und 16d die Elektroden 14 in die ersten Elektroden 15a und die zweiten Elektroden 15b unterteilt. Demgemäß ermöglicht es das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel, die Produktivität gegenüber einem herkömmlichen Verfahren zu verbessern, bei dem Elektroden für einzelne Tintenkammern auf piezoelektrische Elemente aufgedruckt werden.
Obwohl mehrere ungebrannte Folien 20 zum Herstellen des piezoelektrischen Elements 13 aufeinandergestapelt werden, kann eine einzige ungebrannte Folie mit den Elektrodenschichten verwendet werden.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beinhaltet das piezoelektrische Element 13 ungebrannte Folien 20 und Elektroden 14. Jedoch kann auf der der Platte 12 entgegengesetzten Seite eine Substratschicht z. B. aus Kunststoff vorhanden sein, um die Form des piezoelektrischen Elements 13 nach dem Ausbilden der Schlitze 16 beizubehalten.
Obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ein piezoelektrisches Element 13 verwendet, das den piezoelektrischen, vertikalen Effekt nutzt, kann ein piezoelektrisches Element mit piezoelektrischem, lateralem Effekt verwendet werden. Der Betrieb eines piezoelektrischen Elements mit dem piezoelektrischen, lateralen Effekt ist der folgende. Gemäß Fig. 4 dehnt sich dann, wenn eine Spannung an den ersten Druckabschnitt 17a angelegt wird, dieser erste Druckabschnitt 17a in der Richtung aus, die im wesentlichen parallel zu den Elektroden 15a ist, d. h. in derjenigen Richtung, in der die Schlitze 16a und 16b geschlossen sind. Wenn der erste Druckabschnitt 17a die Schlitze 16a und 16b ganz schließt und er sich weiter ausdehnen will, ist dies nicht weiter möglich, weswegen er in der durch den Pfeil C in Fig. 4 angezeigten Richtung ausgelenkt wird. Demgemäß wird, da die erste Tintenkammer 18a zusammengedrückt wird, ein Strahl Tintentröpfchen aus der ersten Düse 19a ausgestoßen.
Wie es aus dem Vorstehenden erkennbar ist, ist beim derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel das piezoelektrische Element 13 so ausgebildet, daß es über der ersten Tintenkammer 18a und der zweiten Tintenkammer 18b liegt, und die Schlitze 16a bis 16d sind im Abschnitt des piezoelektrischen Elements 13 ausgebildet, der den Tintenkammern gegenübersteht. Das piezoelektrische Element 13 verfügt über einen ersten Druckabschnitt 17a und einen zweiten Druckabschnitt 17b, deren Bereiche so festgelegt sind, daß sie einem der Schlitze 16a bis 16d entsprechen. Demgemäß kann, da es nicht erforderlich ist, jeweils ein piezoelektrisches Element für jede einzelne Tintenkammer anzubringen, die Produktivität bei der Herstellung von Köpfen für Tintenstrahldrucker erhöht werden.
Beim vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiel sind in jedem Kopf zwei Düseneinheiten vorhanden, von denen jede aus einer Tintenkammer, einem Druckabschnitt, einer Düse usw. besteht. Jedoch können bei Bedarf mehr als zwei Düseneinheiten in einem Kopf auf dieselbe Weise wie beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel vorhanden sein.

Claims

1. Flüssigkeitsstrahldrucker-Kopf (10) mit mehreren koplanaren Kammern (18) und mehreren mit den Kammern (18) in Verbindung stehenden Flüssigkeitsausstoßdüsen (19), welcher Flüssigkeitsstrahldrucker-Kopf (10) folgendes aufweist:

- ein integral laminiertes piezoelektrisches Element (13) mit einer zwischen Elektrodenschichten (15) eingebetteten piezoelektrischen Schicht, das so ausgebildet ist, daß es über den mehreren koplanaren Flüssigkeitskammern (18) liegt;

- wobei derjenige Teil des piezoelektrischen Elements (13), der am dichtesten bei den Kammern (18) liegt, durch Schlitze (16) in elektrisch isolierte Druckabschnitte (17) unterteilt ist, welche Schlitze sich ausgehend von der den Kammern (18) benachbarten Fläche des Teils im wesentlichen rechtwinklig in den Teil hinein erstrecken, und die die Druckabschnitte (17) von anderen Abschnitten des piezoelektrischen Elements (13) abtrennen, wobei jeder der elektrisch isolierten Druckabschnitte (17) über einer jeweiligen der Kammern (18) liegt und wobei jeder der elektrisch isolierten Druckabschnitte (18) einen jeweils getrennten Abschnitt der Laminatanordnung aus der piezoelektrischen Schicht und den Elektrodenschichten (15) aufweist.

2. Kopf (10) nach Anspruch 1, bei dem die Kammern (18) parallel angeordnet sind.

3. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Schichten parallel zur Ebene der koplanaren Flüssigkeitskammern (18) sind.

4. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Druckabschnitte (17) durch piezoelektrische Ausdehnung Druck in den jeweiligen Kammern (18) erzeugen, wenn eine Potentialdifferenz zwischen die Elektroden (15) in den jeweiligen Abschnitten (17) angelegt wird.

5. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die piezoelektrische Schicht aus Bleititanatzirkonat besteht.

6. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die piezoelektrische Schicht aus einer ungebrannten Folie aus Bleititanatzirkonat besteht.

7. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Kammern (18) eine elastische Platte (12) aufweisen, an der der Druckabschnitt (17) befestigt ist und wobei eine Aussparung in einem Behälter (11) ausgebildet ist, die von der elastischen Platte (12) abgedeckt wird.

8. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die mehreren Kammern (18) eine einzige elastische Platte (12) aufweisen, an der die Druckabschnitte (17) befestigt sind, und bei dem mehrere Aussparungen in einem einzelnen Behälter (11) ausgebildet sind und von der elastischen Platte (12) abgedeckt werden.

9. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Druckabschnitte (17) durch eine piezoelektrische Ausdehnung im wesentlichen parallel zu den koplanaren Flüssigkeitskammern (18) Druck in den jeweiligen Kammern (18) ausüben.

10. Kopf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Druckabschnitte (17) durch piezoelektrische Ausdehnung im wesentlichen rechtwinklig zu den koplanaren Flüssigkeitskammern (18) Druck in den jeweiligen Kammern (18) ausüben.

11. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Elektrodenschichten (15) aus Nickel bestehen.

12. Kopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der ein Tintenstrahldrucker-Kopf ist.