DE69215790T2

DE69215790T2 - Tintenstrahldruckkopf hoher Dichte

Info

Publication number: DE69215790T2
Application number: DE69215790T
Authority: DE
Inventors: Donald J Hayes; John R Pies; David B Wallace
Original assignee: Compaq Computer Corp
Current assignee: Compaq Computer Corp
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2012-08-14
Also published as: NZ243926A; JPH05338156A; CA2075783C; JP2879654B2; CA2075783A1; MY108389A; EP0528647B1; JPH0839797A; KR930004076A; EP0528647A1; KR960014061B1; IE922585A1; IL102825A0; ATE146132T1; CN1050804C; AU2102592A; AU646351B2; BR9203186A; JP2717609B2; US5235352A

Description

GRUNDLAGEN ZU DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf hoher Dichte und insbesondere betrifft sie einen Tintenstrahldruckkopf hoher Dichte mit einer Vielzahl von Kanälen und einer Seitenwandauslösung, der zu einem im Übersprechen verringerten Betrieb konfiguriert ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Drucker stellen eine Vorrichtung zum Ausgeben einer permanenten Aufzeichnung in für den Menschen lesbarer Form bereit. Typischerweise kann ein Druckverfahren entweder als Anschlagdrucken oder anschlagfreies Drucken eingeteilt werden. Beim Anschlagdrucken wird ein Bild durch Anschlagen eines Farbbands, das in der Nähe der Papieroberfläche sich befindet, gebildet. Die Anschlagdruckverfahren können weiter entweder als Vollzeichendrucken oder Matrixdrucken charakterisiert werden. Beim Vollzeichendrucken besteht das Element, das auf das Farbband zur Bilderzeugung anschlägt, aus einem vorstehenden Spiegelbild des gewünschten Zeichens. Belin Matrixdrucken wird das Zeichen als eine Reihe von eng benachbarten Punkten gebildet, die durch Anstoßen eines vorgesehenen Drahtstifts oder von Drahtstiften gegen das Farbband erzeugt werden. Hier werden die Zeichen als eine Reihe von eng beabstandeten Punkten gebildet, die durch Anstoßen des vorgesehenen Drahtstifts oder der Drahtstifte gegen das Farbband erzeugt werden. Durch selektives Anstoßen der vorgesehenen Drahtstifte kann jedes durch eine Punktematrix darstellbare Zeichen erzeugt werden.
Ein anschlagfreies Drucken ist oft gegenüber einem Anschlagdrucken vorteilhaft im Hinblick auf seine Eignung zum Erzielen höherer Druckgeschwindigkeiten wie auch seiner besseren Eignung zum Drucken von graphischen Darstellungen und von Halbtonbildern. Anschlagfreie Druckverfahren umfassen Druckverfahren eines Matrixtyps, elektrostatischen Typs und elektrophotographischen Typs. Beim Drucken eines Matrixtyps werden Drähte selektiv durch elektrische Pulse erwärmt, und die dabei erzeugte Hitze bewirkt, daß eine Marke auf einem Papierblatt erscheint, bei dem es sich nortnalerweise um speziell behandeltes Papier handelt. Beim Drucken des elektrostatischen Typs entfernt eine elektrische Bogenentladung zwischen dem druckenden Element und dem leitfähigen Papier eine lichtundurchlässige Beschichtung auf dem Papier zuin Freilegen einer darunterliegenden Schicht mit einer sich davon abhebenden Farbe. Schließlich wird beim elektrophotographischen Drucken ein photoleitfähiges Material selektiv unter Verwendung einer Lichtquelle wie eines Lasers aufgeladen. Ein Tonerpulver wird an den aufgeladenen Bereichen angezogen und bei Berührung mit einem Blatt Papier auf die Oberfläche des Papiers übertragen. Der Toner wird dann Wärme ausgesetzt, die ihn an das Papier schmilzt.
Eine weitere Form von anschlagfreiem Drucken wird normalerweise als Tintenstrahldrucken klassifiziert. Tintenstrahldrucksysteine verwenden den Ausstoß von winzigen Tintentröpfchen zum Erzeugen eines Bildes. Diese Vorrichtungen erzeugen hochgradig reproduzierbare und steuerbare Tröpfchen, so daß ein Tröpfen an einer Stelle druckbar ist, die durch digital gespeicherte Bilddaten spezifiziert ist. Die meisten kommerziell erhältlichen Tintenstrahldrucksysteme können allgemein entweder als ein Tintenstrahldrucksystem mit "kontinuierlichem Strahl", bei dem Tröpfchen kontinuierlich aus dem Druckkopf ausgestoßen werden und entweder zu dem Papier hin gerichtet werden oder davon weg, in Abhängigkeit von dem zu erzeugenden gewünschten Bild, oder als ein Tintenstrahldrucksystem eines Typs "Tropfen bei Aufforderung" klassifiziert werden, bei welchem Tröpfchen von dem Druckkopf in Erwiderung auf eine bestimmte Anweisung, die mit dem zu erzeugenden Bild im Zusammenhang steht, ausgestoßen werden.
Tintenstrahldrucksysteme des kontinuierlichen Strahltyps basieren auf dem Phänomen einer gleichmäßigen Tröpfchenbildung aus einem von einer Mündung austretendem Flüssigkeitsstrom. Es ist bereits früh beobachtet worden, daß aus einer Mündung mit ungefähr 50 bis 80 µm Durchmesser unter Druck ausgestoßenes Fluid dazu neigt, bei der Verstärkung von Kapillarwellen, die beispielsweise durch eine elektromechanische Vorrichtung, die den Durchgang von Druckoszillationen durch das Fluid hervorruft, in dem Strahl induziert werden, in einheitliche Tröpfchen aufzubrechen. Beispielsweise kann man in der Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Tintenstrahldruckers 200 eines Typs mit kontinuierlichem Strahl sehen. Hier pumpt eine Pumpe 202 Tinte von einer Tintenbereitstellung 204 zu einer Düsenanordnung 206. Die Düsenanordnung 206 enthält einen Piezokristall 208, der kontinuierlich durch eine von einem Kristalltreiber 210 bereitgestellte elektrische Spannung angesteuert wird. Die Pumpe 202 erzwingt, daß an die Düsenanordnung 206 geförderte Tinte durch eine Düse 212 in einem kontinuierlichen Strom ausgestoßen wird. Der kontinuierlich oszillierende Piezokristall 208 erzeugt Druckstörungen, die bewirken, daß der kontinuierliche Tintenstrom in gleichmäßige Tintentröpfchen aufbricht und eine elektrostatische Ladung aufgrund der Anwesenheit eines oft als Aufladungsfeld bezeichneten elektrostatischen Felds annimmt, das durch Elektroden 214 erzeugt wird. Unter Verwendung der Hochspannungsablenkplatten 216 kann die Trajectorie von ausgewählten elektrostatisch aufgeladenen Tröpfen so gesteuert werden, daß sie einen gewünschten Punkt auf einem Blatt Papier 218 treffen. Die Hochspannungsablenkplatten 216 lenken auch nicht ausgewählte elektrostatisch aufgeladene Tröpfen von dem Papierblatt 218 weg und in ein Reservoir 220 zum Zwecke der Wiederverwendung. Aufgrund der kleinen Größe der Tröpfchen und der genauen Trajectoriensteuerung kann die Qualität eines Tintenstrahldrucksystems des Typs mit kontinuierlichem Strahl die Qualität von Vollzeichenanschlagdrucksystemen erreichen. Ein Nachteil von Tintenstrahldrucksystemen des Typs mit kontinuierlichem Strahl besteht jedoch darin, daß das Fluid ausgespritzt werden muß, sogar wenn kein oder nur geringfügiges Drucken erforderlich ist. Diese Anforderung verschlechtert die Tinte und verringert die Zuverlässigkeit des Drucksystems.
Aufgrund dieses Nachteils gab es ein erhöhtes Interesse für die Erzeugung der Tröpfchen durch elektromechanisch induzierte Druckwellen. Bei diesem Systemtyp wird eine volumenmäßige Veränderung in dem Fluid durch die Anwendung eines Spannungspulses auf ein piezoelektrisches Material hervorgerufen, das direkt oder indirekt an das Fluid gekoppelt ist. Diese volumenmäßige Veränderung bewirkt das Auftreten von Druck/Geschwindigkeitsveränderungen in dem Fluid, die daraufhin gerichtet sind, ein Tröpfchen zu erzeugen, das aus einer Mündung austritt. Da die Spannung nur dann angewendet wird, wenn ein Tröpfen erzeugt werden soll, werden diese Arten von Tintenstrahldrucksystemen als "drop-on-demand"-Systeme bezeichnet. Beispielsweise ist in der Fig. 2 ein drop-on-demand-Tintenstrahldrucker schematisch dargestellt. Eine Düsenanordnung 306 zieht Tinte aus einem Reservoir (nicht gezeigt). Eine Ansteuerung 310 empfängt die Zeichendaten und betreibt das piezoelektrische Material 308 in Abhängigkeit davon. Wenn beispielsweise die empfangenen Zeichendaten erfordern, daß ein Tintentröpfchen von der Düsenanordnung 306 aüsgestoßen wird, wird die Ansteuerung 310 eine Spannung auf das piezoelektrische Material 308 anwenden. Das piezoelektrische Material wird sich dann auf solche Weise deformieren, daß der Ausstoß eines Tintentröpfchens aus der Mündung 312 durch die Düsenanordnung 306 erzwungen wird. Das ausgestoßene Tröpfchen wird dann auf ein Blatt Papier 318 treffen.
Die Verwendung des piezoelektrischen Materials in Tintenstrahldruckern ist wohl bekannt. Herkömmlicherweise wird piezoelektrisches Material in einem piezoelektrischen Wandler verwendet, durch den elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird durch Anwenden eines elektrischen Feldes über das Material, wodurch eine Deformation des piezoelektrischen Materials hervorgerufen wird. Diese Fähigkeit zur Verformung des piezoelektrischen Materials ist oft dazu verwendet worden, den Ausstoß von Tinte aus tintenführenden Kanälen von Tintenstrahldruckern zu erzwingen. Eine derartige Tintenstrahldruckeranordnung, die die Verformung eines piezoelektrischen Materials zum Tintenausstoß verwendet, enthält einen rohrförmigen piezoelektrischen Wandler, der einen tintenführenden Kanal umgibt. Wenn der Wandler durch die Anwendung eines elektrischen Spannungspulses angeregt wird, wird der tintenführende Kanal komprimiert und ein Tintentropfen wird aus dem Kanal ausgestoßen. Beispielsweise kann man einen Tintenstrahldrucker, der zirkulare Wandler verwendet, in dem US- Patent Nr. 3 857 049 von Zoltan sehen. Die relativ komplizierte Anordnung des piezoelektrischen Wandlers und des zugeordneten tintenführenden Kanals bewirkt jedoch, daß derartige Vorrichtungen einen relativ hohen Zeitaufwand und Kostenaufwand bei der Herstellung aufweisen.
Zur Verringerung der Herstellungskosten eines Tintenstrahldruckkopfes pro tintenführenden Kanal (oder "Strahl"), insbesondere bei jenen Tintenstrahldruckköpfen, die eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung aufweisen, ist es seit langem wünschenswert, einen Tintenstrahldruckkopf herzustellen, der ein Kanalfeld aufweist, in dem die einzelnen Kanäle, die das Feld umfaßt, derart angeordnet sind, daß der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Kanälen relativ klein ist. Beispielsweise wäre es sehr wünschenswert, einen Tintenstrahldruckkopf mit einem Kanalarray zu bauen, bei dem nebeneinanderliegende Kanäle ungefähr zwischen 100 und 200 µm (4 bis 8 mils) beabstandet sind. Ein derartiger Tintenstrahldruckkopf wird daher als Tintenstrahldruckkopf "hoher Dichte" bezeichnet. Zusätzlich zur Verringerung der Herstellungskosten pro tintenführenden Kanal bestünde ein weiterer Vorteil, der sich aus der Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes mit einer hoher Kanaldichte ergeben würde, in einer Erhöhung in der Druckergeschwindigkeit. Der sehr enge Abstand zwischen den Kanglen in dem vorgeschlagenen Tintenstrahldruckkopf hoher Dichte stellte lange Zeit jedoch ein sehr großes Problem bei der Herstellung solcher Druckköpfe dar.
Kürzlich wurde die Verwendung von piezoelektrischen Schermodenwandlern für Tintenstrahldruckkopfvorrichtungen gebräuchlich. Beispielsweise offenbaren die US-Patente Nrn. 4 584 590 und 4 825 227, beide von Fischbeck et al., piezoelektrische Schermodenwandler für Tintenstrahldruckköpfe mit einem Parallelkanalarray. In diesen beiden Patenten von Fischbeck et al. ist eine Reihe von parallelen Tintendruckkammern mit offenem Ende mit einer Schicht aus einem piezoelektrischen Material entlang ihrer Ober(Dach-)seiten abgedeckt. An gegenüberliegenden Seiten der Schicht aus piezoelektrischen Material sind Elektroden derart vorgesehen, daß positive Elektroden über den die Druckkammern trennenden vertikalen Wänden angeordnet sind, und negative Elektroden über der Kammer selbst angeordnet sind. Wenn ein elektrisches Feld über diese Elektroden angelegt wird, verformt sich das piezoelektrische Material, das in einer Richtung senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes seine Hammerbahn aufweist, in einer Schermodenform zum komprimieren der Tintendruckkammer. Bei diesen Anordnungen ist jedoch ein Großteil des piezoelektrischen Materials inaktiv. Weiter ist das Ausmaß der Verformung des piezoelektrischen Materials sehr klein.
Ein Tintenstrahldruckkopf mit einem Parallelkanalarray, der piezoelektrische Materialien zum Aufbau der Seitenwände der tintenführenden Kanäle verwendet, ist aus dem US-Patent Nr. 4 536 097 von Nilsson bekannt. Bei Nilsson wird eine Matrix aus Tintenstrahlkanälen durch eine Reihe von Streifen aus einem piezoelektrischen Material gebildet, die in beabstandeter paralleler Beziehung angeordnet sind und an entgegengesetzten Seiten durch erste und zweite Platten abgedeckt sind. Eine Platte ist aus einem leitfähigen Material aufgebaut und bildet eine für alle Streifen des piezoelektrischen Materials gemeinsame Elektrode. Auf der anderen Seite der Streifen werden elektrische Kontakte dazu verwendet, kanalbildende Paare der Streifen aus piezoelektrischem Material elektrisch zu verbinden. Wenn eine Spannung an die beiden Streifen des piezoelektrischen Materials, das einen Kanal bestimmt, angelegt wird, werden die Streifen schmäler und höher, so daß die von dem Kanal eingeschlossene Querschnittsfläche vergrößert wird und Tinte in den Kanal gezogen wird. Wenn die Spannung weggenommen wird, kehren die Streifen zu ihrer ursprünglichen Form zurück, wodurch sich das Kanalvolumen verringert und daraus Tinte ausgestoßen wird.
Ein Tintenstrahldruckkopf mit einem Feld von parallelen tintenführenden Kanälen, der ein piezoelektrisches Material zur Bildung einer Schermodenbetätigungsvorrichtung für die senkrechten Wände der Kanäle verwendet, ist ebenfalls offenbart worden. Beispielsweise offenbaren jeweils die US-Patente Nrn. 4 879 568 von Bartky et al. und 4 887 100 von Michaelis et al. ein Kanalfeld eines Tintenstrahldruckkopfes, bei dem ein piezoelektrisches Material für die senkrechten Wände entlang der gesamten Länge eines jeden das Feld bildenden Kanals verwendet wird. In diesen Anordnungen sind die senkrechten Kanalwände aus zwei in ihrer Hammerschlagrichtung entgegengesetzten Stükken aus piezoelektrischem Material, die nebeneinander angebracht sind und in Sandwich-Art zwischen oberen und unteren Wänden zur Bildung der Tintenkanäle eingefügt sind, aufgebaut. Nach der Bildung der Tintenkanäle werden dann Elektroden entlang der gesamten Höhe der vertikalen Kanalwand abgelagert. Wenn ein elektrisches Feld senkrecht zur Hammerschlagrichtung der Stücke aus piezoelektrischem Material zwischen den Elektroden erzeugt wird, verformt sich die vertikale Kanalwand so, daß der Tintenstrahlkanal auf Schermodenweise komprimiert wird.
Das Dokument US-A-4 887 100 zeigt auch eine Ausführungsform, die eine andere Art von Schermodenbetätigungsvorrichtung verwendet. Die Betätigungsvorrichtungen sind in jeder Wand des Feldes zwischen den oberen und unteren Wänden vorgesehen. Die Elektroden nehmen die Form von zwei steifen Metall- vorzugsweise Wolfram-Blöcken ein. Ein Block ist an der Spitze des Wandteils der Betätigungsvorrichtung, die sich von dem oberen Wandteil aus erstreckt, vorgesehen und der andere ist an der Spitze des Wandteils der Betätigungsvorrichtung, die sich von der Bodenwand aus erstreckt, vorgesehen. Elektroden sind zwischen oberen Wandteilen und der oberen Wand und zwischen unteren Wandteilen und der unteren Wand gelegen. Dementsprechend ist das auf die gepolten Wandteile angewendete elektrische Feld senkrecht zu der oberen und unteren Wand. Die Elektrodenverbindungen sind an den Enden der Kanäle entfernt von den Düsen durch Dreipunktverbindungen mittels Verbindungsvorrichtungen ausgeführt. Die Verbindungsvorrichtungen eines Satzes von Verbindungsvorrichtungen verbinden eine Leitung auf Potential Null mit den Elektroden einer Betätigungsvorrichtungswand und mit den Wolfram-Blöcken der danebenliegenden Betätigungsvorrichtungswand. Die Verbindungsvorrichtungen eines zweiten Satzes von Verbindungsvorrichtungen verbinden eine Leitung auf Potential V mit Elektroden einer anderen Betätigungsvorrichtungswand und auch die Blöcke in der nächsten danebenliegenden Betätigungsvorrichtungswand.
Die Kanäle sind in ersten und zweiten Gruppen abwechselnder Kanäle angeordnet, und die elektrischen Verbindungen ermöglichen ein Schalten der Spannung V oder Null an ausgewählte Kanäle einer jeden Gruppe zum Betrieb beider Seitenwände eines jedes betätigten Kanals.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf geschaffen mit:
einem Basisteil, das aus einem aktiven piezoelektrischen Material gebildet ist, wobei das Basisteil eine Vielzahl von im allgemeinen parallelen, beabstandeten Erhebungen aufweist, die sich in Längsrichtung entlang des Basisteils erstrecken, wobei jede Erhebung eine Oberseite aufweist;
einer Vielzahl von Zwischenteilen, wobei jedes Zwischenteil eine Oberseite und eine Unterseite, die leitfähig auf der Oberseite einer entsprechenden Erhebung der Vielzahl von Erhebungen des Basisteils angebracht ist, aufweist, wobei jedes Zwischenteil aus einem aktiven piezoelektrischen Material gebildet ist;
einem Oberteil, das leitfähig auf der Oberseite eines jeden der Vielzahl von Zwischenteilen angebracht ist, wobei das Oberteil aus einem inaktiven Material gebildet ist, wobei das Basisteil, die Vielzahl von Zwischenteilen und das Oberteil eine Vielzahl von im allgemeinen parallelen, sich axial erstreckenden Tintenkanälen bestimmen, aus denen Tinte ausgestoßen werden kann, wobei die Erhebungen des Basisteils und die Zwischenteile erste und zweite Seitenwände für jeden aus der Vielzahl von Tintenkanälen bestimmen; und
einer Vorrichtung zum Einprägen von Spannungen entgegengesetzter Polarität auf die ersten und zweiten Seitenwände, um dadurch ein elektrisches Feld zu erzeugen, das von einer der Seitenwände nach unten führt, durch den aktiven Basisabschnitt und nach oben zu der anderen Seitenwand.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die vorliegende Erfindung in einem Tintenstrahldruckkopf mit:
einem im allgemeinen U-förmigen Betätigungselement mit einer Basis und mit Erhebungen, die aus einem aktiven Material gebildet sind, wobei die Erhebungen erste und zweite obere Wände schaffen;
einem ersten Seitenbetätigungselement mit einer unteren Wand, die leitfähig an der ersten oberen Wand des im allgemeinen U- förmigen Betätigungselements angebracht ist, und einer oberen Wand;
einem zweiten Seitenbetätigungselement mit einer unteren Wand, die leitfähig an der zweiten oberen Wand des im allgemeinen U- förmigen Betätigungselements angebracht ist, und einer oberen Wand;
einem Oberteil mit einer unteren Wand, die leitfähig an den oberen Wänden der ersten und zweiten Seitenbetätigungselemente angebracht ist;
wobei das im allgemeinen U-förmige Betätigungselement, das erste Seitenbetätigungselement, das zweite Seitenbetätigungselement und das Oberteil einen länglichen Flüssigkeitseinschlußkanal bestimmen;
einer Vorrichtung zum selektiven Anwenden einer ersten Spannung auf die leitfähige Anbringung, die das erste Seitenwandbetätigungselement und die erste Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements verbindet; und
einer Vorrichtung zum selektiven Anwenden einer zweiten Spannung entgegengesetzter Polarität an die leitfähige Anbringung, die das zweite Seitenbetätigungselement und die zweite Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements verbindet, um dadurch ein elektrisches Feld zu erzeugen, das von einer Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements nach unten geht, durch das im allgemeinen U-förmige Betätigungselement, und nach oben zur anderen Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements.
Durch Bezug auf die begleitenden Zeichnungen kann die vorliegende Erfindung besser verstanden werden und seine zahlreichen Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann dadurch deutlich werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Tintenstrahldruckkopfs eines Typs mit kontinuierlichem Strahl;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Tintenstrahldruckkopfs des drop-on-demand-Typs;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines schematisch dargestellten gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten Tintenstrahldruckkopfs;
Fig. 4 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Tintenstrahldruckkopfs nach der Fig. 3, die entlang der Linien 4-4 genommen wurde und das Feld aus parallelen Kanälen des Tintenstrahldruckkopfs nach Fig. 3 darstellt;
Fig. 5 eine Seitenaufrißansicht des Tintenstrahldruckkopfs nach Fig. 3;
Fig. 6a eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Rückseitenabschnitts des Tintenstrahldruckkopfs nach Fig. 4, die entlang der Linien Ga-6a genommen wurde;
Fig. 6b eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Rückseitenabschnitts des Tintenstrahldruckkopfs nach der
Fig. 4, die entlang der Linien 6b-6b genommen wurde; Fig. 7 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht des rückseitigen Teils des Tintenstrahldruckkopfs nach der Fig. 3, von dem die Körperoberseitenteile entfernt sind;
Fig. 8a eine Vorderseitenaufrißansicht einer nicht ausgelenkten Seitenwand eines Betätigungselements des Tintenstrahldruckkopfs nach der Fig. 3;
Fig. 8b eine Vorderseitenaufrißansicht der Seitenwand eines einzelnen Betätigungselements nach der Fig. 8a nach Auslenkung;
Fig. 9a eine Vorderseitenansicht einer anderen Ausführungsform des schematisch in der Fig. 3 dargestellten Tintenstrahldruckkopfs, dessen Vorderwand entfernt ist, und dessen Betätigungsseitenwände des parallelen Kanalfelds ausgelenkt sind;
Fig. 9b eine vergrößerte Vorderseitenteilansicht des schematisch in der Fig. 9a dargestellten Tintenstrahldruckkopfs;
Fig. 9c eine graphisch dargestellte Analyse der elektrostatischen Feldverschiebung für die Seitenwandanordnung nach der Fig. 9b;
Fig. 10a eine Vorderseitenaufrißansicht einer zweiten Ausführungsform der nicht ausgelenkten Betätigungsseitenwand, die in der Fig. 8a dargestellt ist;
Fig. 10b eine Vorderseitenaufrißansicht der Betätigungsseitenwand nach der Fig. 10a nach Auslenkung;
Fig. 11a eine Vorderseitenaufrißansicht einer dritten Ausführungsform der in der Fig. 8a dargestellten, nicht ausge lenkten Betätigungsseitenwand;
Fig. 11b eine Vorderseitenaufrißansicht der Betätigungswand nach der Fig. 11a nach Auslenkung;
Fig. 12a eine Vorderseitenaufrißansicht einer vierten Ausführungsform der in der Fig. 9a dargestellten, nicht ausgelenkten Betätigungsseitenwand;
Fig. 12b eine Vorderseitenaufrißansicht der Betätigungswand nach der Fig. 12a nach Auslenkung;
Fig. 13a eine Vorderseitenaufrißansicht einer fünften Ausführungsform der nicht ausgelenkten Betätigungswand, die in der Fig. 8c dargestellt ist;
Fig. 13b eine Vorderseitenaufrißansicht der Betätigungswand nach der Fig. 13c nach Auslenkung;
Fig. 14 eine Teilquerschnittsansicht einer weiteren, anderen Ausführungsform des Tintenstrahldruckkopfs nach der Fig. 3, die entlang der Linien 14-14 genommen wurde;
Fig. 15a eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht noch einer weiteren anderen Ausführungsform des Tintenstrahldruckkopfs nach der Fig. 3;
Fig. 15b eine zweite Vorderseitenansicht des Tintenstrahldruckkopfs nach der Fig. 15a, dessen Vorderwand entfernt ist und nach einer ersten Auslenkung in einer Auslenkungssequenz der Betätigungsseitenwände des Felds aus parallelen Kanälen;
Fig. 15c der Tintenstrahldruckkopf nach der Fig. 15b nach einer zweiten Auslenkung der Auslenkungssequenz; und
Fig. 15d der Tintenstrahldruckkopf nach der Fig. 15b nach einer dritten Auslenkung der Auslenkungssequenz.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Obwohl die Numerierung der Elemente in der folgenden ausführlichen Beschreibung in einer etwas ungewöhnlichen Reihenfolge erscheinen mag, so wurde diese Reihenfolge dafür gewählt, soweit wie möglich eine Übereinstimmung in der Numerierung zwischen dieser Anmeldung und parallelen Anmeldungen zu schaffen, die zuvor durch Bezugnahme eingeschlossen wurden.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen Dikken und andere Dimensionen in den verschiedenen Figuren je nach Bedarf zur Erläuterung übertrieben dargestellt wurden, und wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente in den verschiedenen Ansichten bezeichnen. In der Fig. 3 kann man einen gemäß der erfindungsgemäßen Lehre aufgebauten Tintenstrahldruckkopf 10 sehen. Der Tintenstrahldruckkopf 10 enthält einen Hauptkörperteil 12, der mit einem Zwischenkörperteil 14 ausgerichtet, angepaßt und verbunden ist, welcher wiederum mit einem oberen Körperteil 16 ausgerichtet, angepaßt und verbunden ist. Wie man besser in der Fig. 6a sieht, erstreckt sich in der hier dargestellten Ausführungsform der Erfindung der Hauptkörperteil 12 nach hinten über den Zwischenkörperteil 14 und den oberen Körperteil 16 hinaus, wodurch eine Oberfläche auf dem Tintenstrahldruckkopf 10 geschaffen wird, auf der eine Steuerung (in der Fig. 3 nicht sichtbar) für den Tintenstrahldruckkopf 10 angebracht werden kann. Andererseits können aber der Hauptkörperteil 12, der Zwischenkörperteil 14 und der obere Körperteil 16 auch alle die gleiche Länge aufweisen, was es erforderlich macht, daß die Steuerung 50 entfernt von dem Tintenstrahldruckkopf angeordnet ist.
Eine Vielzahl von vertikalen Rillen vorbestimmter Breite und Tiefe sind durch den Zwischenkörperteil 14 und den Hauptkörperteil 12 gebildet, um somit eine Vielzahl von Druckkammern oder Kanälen 18 (in der Fig. 3 nicht sichtbar) zu bilden, wodurch ein Kanalfeld für den Tintenstrahldruckkopf 10 geschaffen wird. Ein Verteilsystem 22 (ebenfalls in der Fig. 3 nicht sichtbar), das mit den Kanälen 18 in Verbindung steht, ist in der Nähe des Endbereichs des Tintenstrahldruckkopfs 10 ausgebildet. Vorzugsweise umfaßt das Verteilsystem 22 einen sich durch den Zwischenkörperteil 14 und den oberen Körperteil 16 in einer Richtung im allgemeinen senkrecht zu den Kanälen 18 erstreckenden Kanal. Wie nachfolgend ausführlicher zu beschreiben ist, steht das Verteilsystem 22 mit einer externen Tintenleitung 46 in Verbindung zur Schaffung einer Vorrichtung zur Bereitstellung von Tinte an die Kanäle 18 von einer Tintenquelle 25, die mit der externen Tintenleitung 46 verbunden ist.
Weiter unter Bezugnahme auf die Fig. 3 enthält der Tintenstrahldruckkopf 10 weiter eine Vorderseitenwand 20 mit einer Vorderseite 20a, einer Rückseite 20b und einer Vielzahl von sich verjüngenden Mündungen 26, die dadurch hindurchreichen. Die Rückseite 20b der Vorderseitenwand 20 ist mit den Haupt-, Zwischen- und den oberen Körperteilen 12, 14 und 16 jeweils ausgerichtet, angepaßt und verbunden, derart, daß jede Mündung 26 in Verbindung mit einem entsprechenden Kanal aus der Vielzahl von Kanälen 18 in Verbindung steht, die in dem Zwischenkörperteil 14 ausgebildet sind, wodurch Tintenausstoßdüsen für die Kanäle 18 gebildet werden. Vorzugsweise sollte jede Mündung 26 derart angeordnet sein, daß sie an der Mitte des Endes eines entsprechenden Kanals liegt, wodurch Tintenausstoßdüsen für die Kanäle 18 geschaffen werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Enden eines jeden Kanals 18 als Mündungen für den Ausstoß von Tintentropfen beim Druckvorgang dienen könnten ohne Notwendigkeit des Vorsehens einer Vorderseitenwand 20 und der Mündung 26. Es ist weiter denkbar, daß die Dimensionen des Mündungsfeldes 27, das die Mündungen 26 umfaßt, verändert werden könnten, um verschiedene ausgewählte Längen entlang der Vorderseitenwand abzudecken, in Abhängigkeit von den Kanalanforderungen des bestimmten, ins Auge gefaßten Tintenstrahldruckkopfs 10. Beispielsweise ist es in einer Ausführungsform denkbar, daß das Mündungsfeld 27 eine Höhe von ungefähr 1,63 mm (0,064 Zoll) und eine Länge von ungefähr 4,9 mm (0,193 Zoll) aufweist und ungefähr achtundzwanzig Mündungen 26 umfaßt, die in einer stufenförmig versetzten Anordnung vorgesehen sind, wobei die Mittelpunkte nebeneinanderliegender Mündungen 26 ungefähr 0,173 mm (0,0068 Zoll) voneinander entfernt liegen würden.
Es wird als nächstes auf die Fig. 4 Bezug genommen, in der man eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Tintenstrahldruckkopfs 10, die entlang der Linien 4-4 der Fig. 3 genommen wurden, sehen kann. Wie man klar erkennt, enthält der Tintenstrahldruckkopf 10 eine Vielzahl von parallelen beabstandeten Kanälen 18, wobei sich jeder Kanal 18 senkrecht von dem oberen Körperteil 16 entlang des Zwischenkörperteils 14 und teilweise in den Hauptkörperteil 12 in vertikaler Richtung erstreckt und sich in Längsrichtung durch den Tintenstrahldruckkopf 10 erstreckt. Der Hauptkörperteil 12 und der obere Körperteil 16 sind aus einem inaktiven Material, beispielsweise unpolarisiertem piezoelektrischem Material aufgebaut. Nebeneinanderliegende Kanäle 18 werden durch Seitenwandbetätigungselemente 28 getrennt, von denen jedes einen ersten Seitenwandabschnitt 30 und einen zweiten Seitenwandabschnitt 32 enthält. Der erste Seitenwandabschnitt 30 ist aus einem inaktiven Material, beispielsweise unpolarisiertem piezoelektrischein Material aufgebaut, und in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einstückig mit dem Körperteil 12 ausgebildet. Der zweite Seitenwandabschnitt 32 ist aus einem piezoelektrischen Material, beispielsweise Bleizirkoniumtitanat (oder "PZT"), aufgebaut, das in der Richtung "P" senkrecht zu den Kanälen 18 polarisiert ist.
Auf der Oberseite eines jeden ersten Seitenwandabschnitts 30 ist eine metallisierte leitfähige Oberfläche 34, beispielsweise ein Metallstreifen, angebracht. Auf ähnliche Weise sind metallisierte leitfähige Oberflächen 36 und 38, die ebenfalls aus einem Metallstreifen gebildet sind, jeweils auf den oberen und unteren Seiten eines jeden zweiten Seitenwandabschnitts 32 vorgesehen. Eine erste Schicht eines leitfähigen Haftstoffs 40, beispielsweise eines Epoxymaterials, ist dazu vorgesehen, die metallisierte leitfähige Oberfläche 34, die an dem ersten Seitenwandabschnitt 30 angebracht ist, leitfähig an der metallisierten leitfähigen Oberfläche 38 anzubringen, die an dem zweiten Seitenwandabschnitt 32 vorgesehen ist. Schließlich ist die Unterseite des oberen Körperteils 16 mit einer metallisierten leitfähigen Oberfläche 42 versehen, die ihrerseits leitfähig an den metallisierten leitfähigen Oberflächen 36 des zweiten Seitenwandabschnitts 32 durch eine zweite Schicht aus einem leitfähigen Haftstoff 44 angebracht ist. Auf diese Weise wird eine Reihe von Kanälen 18 geschaffen, wobei jeder Kanal durch das unpolarisierte piezoelektrische Material des Hauptkörperteils 12 entlang seines Bodens, die Schicht aus leitfähigem Haftstoff 44 entlang seiner Oberseite und ein Paar von Seitenwandbetätigungselementen 28 bestimmt ist. Nebeneinanderliegende Kanäle 18 haben jeweils ein Seitenwandbetätigungselement 28 gemeinsam. Der erste Seitenwandabschnitt 30 kann mit einer relativ zu dem zweiten Seitenwandabschnitt 32 beliebigen Anzahl von verschiedenen Höhen ausgebildet sein. Man hat jedoch festgestellt, daß ein Verhältnis von 1,3 zu 1 zwischen dem ersten Seitenwandabschnitt 30, der aus nicht ausrückendem piezoelektrischen Material aufgebaut ist, und dem zweiten Seitenwandabschnitt 32, der aus polarisiertem piezoelektrischen Material gebildet ist, sich im Gebrauch als ganz zufriedenstellend ergeben hat. Während weiter die in der Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung die Verwendung von metallisierten leitfähigen Oberflächen 34, 36, 38 und 42 enthält, hat man entdeckt, daß die Verwendung derartiger Oberflächen weggelassen werden kann, ohne die Verwirklichung der Erfindung ungünstig zu beeinflussen.
Es wird als nächstes auf die Fig. 5 Bezug genommen, in der man eine Seitenaufrißansicht eines Tintenstrahldruckkopfs 10 mit hoher Dichte sehen kann, die besser die Vorrichtung zum Bereitstellen von Tinte an die Kanäle 18 von einer Tintenquelle 25 darstellt. Die in dem Tintenvorrat gespeicherte Tinte wird über die externe Tintenleitung 46 an eine interne Tintenleitung 24 bereitgestellt, die sich senkrecht durch den oberen Körperabschnitt 16 erstreckt. Die interne Tintenleitung 24 kann irgendwo in dem oberen Körperteil 16 des Tintenstrahldruckkopfs 10 gelegen sein, obwohl sich in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die interne Tintenleitung 24 durch die allgemeine Mitte des oberen Körperteils 16 erstreckt. Durch die interne Tintenleitung 24 bereitgestellte Tinte wird an ein Verteilsystem 22 übertragen, das sich im allgemeinen senkrecht zu und in Verbindung mit jedem der Kanäle 18 erstreckt. Das Verteilsystem 24 kann innerhalb des Zwischenkörperteils 14 oder des oberen Körperteils 16 ausgebildet sein, obwohl in dem hier dargestellten Druckkopf das Verteilsystem 22 innerhalb des oberen Körperteils 16 gebildet ist. Während sich die Kanäle 18 über die gesamte Länge des Tintenstrahldruckkopfs 10 erstrecken, sperrt ein Block 48 aus Verbundinaterial die rückseitigen Enden der Kanäle 18 ab, so daß an die Kanäle 18 bereitgestellte Tinte bei Betätigung der Kanäle 18 in der Vorwärtsrichtung angetrieben werden kann, wo sie den Tintenstrahldruckkopf 10 über jeweils eine entsprechende sich verjüngende Mündung 26 verläßt.
Es wird als nächstes auf die Fig. 6a Bezug genommen, in der man eine Querschnittsansicht eines Rückseitenabschnitts des Tintenstrahldruckkopfs 10 sehen kann, die entlang der Linie 6a-6a der Fig. 3 genommen wurde, und die eine Seitenwand des Kanals 18 darstellt. Hier ist weiter der elektrische Anschluß an den Tintenstrahldruckkopf 10 sichtbar. Eine Steuerung 50, beispielsweise ein Mikroprozessor oder ein anderer integrierter Schaltkreis, ist elektrisch mit der metallisierten leitfähigen Oberfläche 34 verbunden, die die ersten und zweiten Abschnitte 30, 32 des Seitenwandbetätigungselements trennt. Es sei weiter betont, daß es denkbar ist, daß die Steuerung auf einem sich nach hinten erstreckenden Abschnitt 12' des Hauptkörperteils 12 angebracht sein kann, obwohl in der in der Fig. 6a dargestellten Ausführungsform eine entfernt gelegene Steuerung offenbart ist. Jede metallisierte leitfähige Oberfläche 42, die den zweiten Seitenwandabschnitt 32 und den oberen Körperteil 15 trennt, ist andererseits mit Massepotential verbunden. Während die Fig. 6a die elektrische Verbindung eines einzigen leitfähigen Streifens 34 mit der Steuerung 50 und eines einzigen leitfähigen Streifens 42 mit Massepotential darstellt, muß man klarerweise erkennen, daß jedes Seitenwandbetätigungselement 30 ähnlich aufgebaute leitfähige Streifen 34 aufweist, die sich nach außen an dem rückseitigen Abschnitt des Tintenstrahldruckkopfs 10 zur Verbindung mit der Steuerung 50 erstrecken, und ähnlich aufgebaute leitfähige Streifen 42 zur Verbindung mit dem Massepotential. Wie nachfolgend ausführlicher zu beschreiben ist, betreibt die Steuerung 50 den Tintenstrahldruckkopf 10 durch Übertragen einer Reihe von positiven und/oder negativen Ladungen an ausgewählte leitfähige Streifen 34. Da der obere Körperteil 16 und der Hauptkörperteil 12 nicht leitfähig sind, und die Schicht aus haftfähigem Material 40, die leitfähige metallisierte Oberfläche 38, der Zwischenkörperteil 14, die leitfähige metallisierte Oberfläche 36, die Schicht aus haftfähigem Material 44 und die leitfähige metallisierte Oberfläche 42 leitfähig sind, wird ein Spannungsabfall über die Zwischenkörperteile 14 entsprechend den ausgewählten metallisierten leitfähigen Oberflächen 34 erzeugt werden. Dies wird bewirken, daß sich die Seitenwände, die den Zwischenkörperabschnitt 14 enthalten, über den sich ein Spannungsabfall ausgebildet hat, in einer bestimmten Richtung deformieren. Somit können durch selektives Anlegen ausgewählter Spannungen an die verschiedenen Seitenwandbetätigungselemente die Kanäle 18 selektiv "schießen", d.h. zum Ausstoßen von Tinte in einem bestimmten Muster veranlaßt werden, wodurch ein gewünschtes Bild erzeugt wird.
Die genaue Anordnung einer Pulssequenz. zum selektiven Schießen der Kanäle 18 kann ohne Abweichung von den Lehren der vorliegenden Erfindung verändert werden. Beispielsweise kann man eine geeignete Pulssequenz in dem Artikel von David B. Wallace mit dem Titel "A Method of Characteristic Model of a Drop-on- Demand Ink-Jet Device Using an Integral Method Drop Formation Model" in 89-WA/FE-4 (1989) sehen. In seiner allgemeinsten Form umfaßt die Pulssequenz für ein Seitenwandbetätigungselement 28 ein positives (oder "+") Seginent, das einen Druckpuls auf den durch das Seitenwandbetätigungselement 28 abgefeuerten Kanal 18 ausübt, und ein negatives (oder "-") Segment, das einen komplementären, additiven Druckpuls auf den Kanal 18 ausübt, der neben dem abgefeuerten Kanal 18 liegt und der die betätigte Seitenwand 28 mit diesem gemeinsam hat. Beispielsweise weist in einer Ausführungsform der Erfindung jedes Seitenwandbetätigungselement 28 des Paars von nebeneinanderliegenden Seitenwandbetätigungselementen 28, die einen Kanal bestimmen, eine Pulssequenz auf, die die zuvor erwähnten positiven und negativen Spannungssegmente enthält, für die jedoch die positiven und negativen Spannungssegmente während entgegengesetzter Zeitintervalle für die jeweiligen Elemente des Paars angewendet werden, wodurch ein +, -, +, - Spannungsinuster gebildet wird, das jeden zweiten Kanal 18 dazu veranlassen würde, ein Tintentröpfchen nach der Anwendung der Spannung auszustoßen. In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann ein erstes Paar nebeneinanderliegender Seitenwandbetätigungselemente 28, die einen ersten Kanal bestimmen, eine Pulssequenz aufweisen, die die zuvor erwähnten positiven und negativen Spannungssegmente enthält, die während entgegengesetzter Zeitintervalle auf die jeweiligen Elemente des ersten Paars angewendet werden, und ein zweites Paar von nebeneinanderliegenden Seitenwandbetätigungselementen 28, die einen zweiten Kanal neben dem ersten Kanal bestimmen, kann keine während dieser Zeitintervalle darauf angewendeten Spannungen aufweisen, wodurch ein +, -, 0, 0 Spannungsmuster gebildet wird, bei dem jeder vierte Kanal 18 nach Anwendung der Spannung feuern würde. Wie man weiter sehen kann, können viele Muster von Kanalbetätigungen, die zur einzelnen Erwähnung zu zahlreich sind, durch die selektive Anwendung von Spannungen an die erste Schicht aus leitfähigem Haftmaterial 40, die jedem ersten Seitenwandbetätigungselement 28 entspricht, geschaffen werden.
Es wird nun auf die Fig. 6b Bezug genommen, die eine Querschnittsansicht des rückseitigen Teils des Tintenstrahldruckkopfs 10 zeigt, die entlang der Linie 6-6 genommen wurde, und die den Tintenzuführungsweg an den Kanal 18 über die interne Tintenleitung und das Verteilersystem 22 besser darstellt. In der Fig. 6b ist der Block 48 deutlicher sichtbar, der typischerweise aus einem isolierenden Verbundmaterial gebildet ist, der das hintere Ende des Kanals 18 versperrt, so daß in den Kanal 18 eingespeiste Tinte sich bei der Auslösung eines Druckpuls auf eine Weise, die an anderer Stelle ausführlicher beschrieben ist, bei der Auslösung eines Druckpulses bewegen wird.
Es wird als nächstes auf die Fig. 7 Bezug genommen, in der der rückseitige Abschnitt des Tintenstrahldruckkopfs mit entferntem oberen Körperteil 16 und entferntem Block aus Verbundmaterial 48 nun dargestellt ist, um deutlicher die Einzelheiten des Aufbaus des Tintenstrahldruckkopfs 10 hoher Dichte zu zeigen. Wie man hier sehen kann, werden beim Bilden der Kanäle 18, vorzugsweise durch Einsägen des Hauptkörperteils 12 und des angebrachten Zwischenkörperteils 14 an vorbestimmten Stellen, Teile der metallisierten leitfähigen Oberflächen 34 entfernt, wodurch ermöglicht wird, daß die metallisierten leitfähigen Oberflächen 34 als individuelle elektrische Kontakte für jede Seitenwand 30 dienen, oder weiter ermöglicht wird, daß Teile der metallisierten leitfähigen Oberflächen 36 als individuelle Masseverbindungen für jede Seitenwand dienen.
Es wird als nächstes auf die Fig. 8a Bezug genommen, in der man eine einzige Betätigungswand des Tintenstrahldruckkopfs 10 sehen kann. Das Seitenwandbetätigungselement 28 umfaßt einen ersten Seitenwandbetätigungsabschnitt 30 und einen zweiten Seitenwandbetätigungsabschnitt 32, die sich beide entlang der gesamten Länge von nebeneinanderliegenden Kanälen 18 erstrekken. Der erste Seitenwandabschnitt 30 besteht aus nicht polarisiertem piezoelektrischem Material, das einstückig mit dem Hauptkörperteil 12 des Tintenstrahldruckkopfs 10 ausgebildet ist. Der zweite Seitenwandabschnitt 32 besteht aus einem piezoelektrischen Material, das in einer Richtung senkrecht zu dem danebenliegenden Kanal 18 gepolt ist und leitfähig an dem oberen Körperteil 16 des Tintenstrahldruckkopfs 10 mit hoher Dichte angebracht ist, welches, wie zuvor dargelegt wurde, ebenfalls aus einem nicht polarisierten piezoelektrischen Material gebildet ist. Der erste und zweite Seitenwandbetätigungsabschnitt 30 und 32 sind leitfähig aneinander angebracht.
Beispielsweise können der erste und der zweite Seitenwandabschnitt 30 und 32 jeweils mit einer Schicht aus leitfähigem Material 34 und 38 versehen sein und durch eine Schicht aus leitfähigem Haftstoff 40 miteinander verbunden sein. Schließlich ist die Oberseite des zweiten Seitenwandbetätigungselements 32 leitfähig an dem oberen Körperteil 16 durch leitfähige Anbringung der metallisierten leitfähigen Oberflächen 36 und 42 angebracht.
Es wird als nächstes auf die Fig. 8b Bezug genommen, in der die Verformung der Betätigungswand nach der Fig. 8a dargestellt ist, wenn ein elektrisches Feld zwischen den metallisierten Oberflächen 34 und 42 angelegt wird, wie nun im einzelnen beschrieben wird. Wenn eine ausgewählte Spannung an die metallisierte leitfähige Oberfläche 34 angelegt wird, wird ein elektrisches Feld senkrecht zur Richtung der Polarisation erzeugt. Der zweite Seitenwandabschnitt 32 wird dann versuchen, eine Scherverformung auszuführen. Da die metallisierte leitfähige Oberfläche 36 des zweiten Seitenwandabschnitts 32 festgelegt ist, wird sich die metallisierte leitfähige Oberfläche 38 in einer Scherbewegung bewegen, während die metallisierte leitfähige Oberfläche 36 fixiert bleibt. Der erste Seitenwandabschnitt 30, der aus einem inaktiven Material gebildet ist, wird durch das elektrische Feld nicht beeinflußt. Da der erste Seitenwandabschnitt 30 jedoch an dem eine Scherverformung ausführenden zweiten Seitenwandabschnitt 32 angebracht ist, wird der erste Seitenwandabschnitt 30 durch den zweiten Seitenwandabschnitt 32 gezogen, wodurch der erste Seitenwandabschnitt 30 zu einer Verbiegung gezwungen wird, die hier als eine "scherförmige Bewegung" bezeichnet wird. Diese Bewegung durch die Seitenwand 28 erzeugt einen Druckpuls, der den Druck in einem der nebeneinanderliegenden Kanäle 18, die teilweise durch die Wand bestimmt sind, erhöht, wodurch der Ausstoß eines Tintentröpfchens aus dem Kanal 18 kurz danach hervorgerufen wird, und wodurch ein nachführender Druckpuls in dem anderen der nebeneinanderliegenden Kanäle 18 erzeugt wird.
Es wird als nächstes unter Bezug auf die Fig. 9a der typische Betrieb einer wechselweise betriebenen Ausführungsform des Kanalfeldes des Tintenstrahldruckkopfs 10 mit hoher Dichte, die Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, beschrieben werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung wurden die metallisierten leitfähigen Oberflächen 34 und 38 und die Schicht aus leitfähigem Haftstoff 40 durch eine einzige Schicht aus leitfähigem Haftstoff 51 ersetzt. Auf ähnliche Weise wurden die metallisierten leitfähigen Oberflächen 36 und 42 und die Schicht aus leitfähigem Haftstoff 44 durch eine einzige Schicht aus leitfähigem Haftstoff 52 ersetzt. Um jedoch die zuvor erwähnten metallisierten leitfähigen Oberflächen auszuschließen unter Beibehaltung eines zufriedenstellenden Betriebs des Tintenstrahldruckkopfs 10 mit hoher Dichte müssen eine Oberfläche 14b des Zwischenkörperteils 14 und eine Oberfläche 12a des Hauptkörperteils 12 leitfähig auf solche Weise aneinander angebracht werden, daß eine Spannung unmittelbar an die einzelne Schicht aus leitfähigem Haftstoff 51 anlegbar ist, und eine Oberfläche 14a des Zwischenkörperteils 14 und eine Oberfläche 16a des oberen Körperteils 16 müssen leitfähig auf solche Weise aneinander angebracht, daß die einzelne Schicht aus leitfähigem Haftstoff 52 dazwischen unmittelbar mit Masse verbindbar ist.
Zum Betreiben des Tintenstrahldruckkopfs 10 spricht die Steuerung 51 (in der Fig. 9a nicht gezeigt) auf ein Bildeingabesignal, das für das zu druckende gewünschte Bild repräsentativ ist, an und legt Spannungen vorbestimmter Stärke und Polarität an ausgewählte Schichten aus leitfähigem Haftstoff 51 an, die den entsprechenden Elementen der Seitenwandbetätigungselemente 28 an jeder Seite des zu betätigenden Kanals 18 entsprechen. Wenn beispielsweise eine positive Spannung an eine Schicht aus leitfähigem Haftstoff 51 angelegt wird, dann wird ein elektrisches Feld E senkrecht zur Richtung der Polarisation in der Richtung von der Schicht aus leitfähigem Haftstoff 51 gegen die Schicht aus leitfähigem Haftstoff 52 hin erzeugt, und der zweite Seitenwandabschnitt 32 wird sich in einer Scherbewegung in einer ersten Richtung senkrecht zu dem Kanal 18 verformen unter Mitnahme des ersten Seitenwandabschnitts 30, wodurch eine scherförmige Verformung der Seitenwand hervorgerufen wird. Andererseits wird durch Anwendung der negativen Spannung an den Kontakt 34 die Richtung des elektrischen Felds E umgekehrt und der zweite Seitenwandabschnitt 32 wird sich in einer Scherbewegung in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung und senkrecht zu dem Kanal 18 verformen. Somit wird durch Anlegen gleicher Ladungen entgegengesetzter Polarität an den nebeneinanderliegenden Seitenwänden, die einen Kanal 18 dazwischen bestimmen, eine positive Druckwelle in dem Kanal 18 zwischen den beiden nebeneinanderliegenden Seitenwänden erzeugt und ein Tintentropfen wird ausgestoßen, entweder durch das offene Ende 28 der Druckkammer 18 oder durch die sich verjüngende Mündung 26.
Es wird als nächstes auf die Fig. 9b Bezug genommen, in der eine vergrößerte Ansicht eines Paars von Seitenwandbetätigungselementen 28 und ein einzelner Kanal 18 des Kanalfeldes der Fig. 9a in einem nicht aktivierten Zustand zu sehen ist. Da die hier dargestellten Seitenwandbetätigungselemente 28 in ihrem Aufbau identisch sind zu jenen, die in bezug auf die Fig. 9a beschrieben wurden, ist eine weitere Beschreibung nicht notwendig. Vor der Betätigung der Seitenwandbetätigungselemente 28 werden die Kanäle 18 mit einer nicht leitfähigen Tinte gefüllt. Das piezoelektrische Material, das zur Bildung der Seitenwandbetätigungselemente verwendet wird, weist eine relative Dielektrizitätskonstante von 3300 auf, und die nicht leitfähige Tinte weist eine relative Dielektrizitätskonstante von 1 auf. Es wurden zwei getrennte Tests unter Verwendung dieser Ausführungsform der Erfindung durchgeführt, wobei beim ersten Test jeder vierte Kanal 18 durch Anwendung eines Spannungsmusters von (plus, minus, null, null, ...) betätigt wurde und beim zweiten Test jeder zweite Kanal 18 durch Anwenden eines Spannungsmusters von (plus, minus, plus, minus, ...) betrieben wurde. Da sich keine bedeutenden Unterschiede zwischen den beiden Tests ergaben, werden nur die Ergebnisse des zweiten Tests nachfolgend beschrieben. In diesem Test wurde die Schicht aus leitfähigem Material 52 bei null Volt gehalten, die Schicht aus leitfähigem Material 51a wurde bei plus 1,0 Volt gehalten, und die Schicht aus leitfähigem Material 51b wurde bei minus 1,0 Volt gehalten. Eine derartige Anordnung würde bewirken, daß sich der mittlere Kanal 18' zusammenzieht.
Als nächstes wird auf die Fig. 9c Bezug genommen, in der eine graphische Analyse des während der Betätigung der Seitenwandbetätigungselemente 28 gemäß den Parametern des zweiten Tests erzeugten elektrischen Feldes zu sehen ist. Wie man hier sehen kann, wies die Verformung des polarisierten piezoelektrischen Materials eine Stärke derart auf, daß die Zahn-zu-Zahn- und Strahl-zu-Strahl-Übersprecheffekte für nicht leitfähige Tinten vernachlässigbar sind. Ein unerwartetes Ergebnis bestand darin, daß die Stärke des elektrischen Feldes in dem nicht polarisierten piezoelektrischen Material über 60% von der des gepolten piezoelektrischen Materials war. Dieses Phänomen trat auf, da der Ladungsfluß durch die hohe Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Materials dominiert wird. Zusätzlich ist die Feldrichtung in dem unpolarisierten piezoelektrischen Material derart, daß, falls dieses Material polarisiert wäre, die Verschiebung des Zahns um mehr als 60% zunehmen würde aufgrund des unpolarisierten Abschnitts des Zahns, der länger ist als der polarisierte Abschnitt. Wenn somit das längere piezoelektrische Materialstück polarisiert wäre, wäre die Verschiebung sogar noch größer.
Obwohl es hier nicht dargestellt ist, wurden ähnliche Tests unter Verwendung von leitfähigen Tinten ausgeführt. In einem derartigen Test würde die leitfähige Tinte die Schichten aus leitfähigem Material 51 und 52 kurzschließen, wenn nicht die Seitenwandbetätigungselemente 28 durch eine dünne Schicht aus leitfähigem Material entlang der Oberfläche der Seitenwandbetätigungselemente angrenzend an die mit leitfähiger Tinte gefüllten Kanäle isoliert sind. Es ist daher denkbar, daß das Innere des Kanals mit einer Schicht aus dielektrischem Material mit einer im allgemeinen gleichmäßigen Dicke von ungefähr zwischen 2 und 10 µm überzogen ist, wenn eine Verwendung einer leitfähigen Tinte in Betracht gezogen wird. Abgesehen von dem Erfordernis einer Schicht aus dielektrischem Material unterschied sich der Betrieb des Tintenstrahldruckkopfs 10 nicht wesentlich, wenn eine leitfähige Tinte verwendet wurde.
Es wird als nächstes auf die Fig. 10a Bezug genommen, in der eine zweite Ausführungsform des Seitenwandbetätigungselements 28 zu sehen ist. Diese Ausführungsform umfaßt einen ersten Seitenwandabschnitt 30, der aus einem unpolarisierten piezoelektrischen Material besteht und einstückig mit dem Hauptkörperteil 12 ausgebildet ist und sich von diesem aus erstreckt, einen zweiten Seitenwandabschnitt 54, der aus einem piezoelektrischen Material gebildet ist, und einen dritten Seitenwandabschnitt 56, der ebenfalls aus einem piezoelektrischen Material aufgebaut ist. Der zweite und dritte Seitenwandabschnitt 54 und 56 sollten derart miteinander verbunden sein, daß die Polungsrichtungen um 180º zueinander gedreht sind. Jeder Seitenwandabschnitt aus gepoltem piezoelektrischen Material 54 und 56 sollte jeweils obere und untere Metallschichten aus metallisiertem Material 57 und 58 und 60 und 62 aufweisen. Die erste metallisierte leitfähige Oberfläche 57 des zweiten Seitenwandabschnitts 54 ist an der metallisierten leitfähigen Oberfläche 34 des ersten Seitenwandabschnitts 30 durch die erste Schicht aus leitfähigem Haftstoff 40 angebracht, und die zweite metallisierte leitfähige Oberfläche 58 des zweiten Seitenwandabschnitts 54 ist an der ersten metallisierten leitfähigen Oberfläche 60 des dritten Seitenwandabschnitts 56 durch eine dritte Schicht aus leitfähigem Haftstoff 64 angebracht. Schließlich ist die zweite metallisierte leitfähige Oberfläche 62 des dritten Seitenwandabschnitts 56 an dem oberen Körperteil 16 durch die zweite Schicht aus leitfähigem Haftstoff 44 angebracht. Die leitfähige Oberfläche 58 und die leitfähige Oberfläche 38 sollten verbunden sein und auf gleichem Potential gehalten werden, d.h. gemeinsam auf Masse. Ein elektrisches Feld wird durch Anlegen einer Spannung an die leitfähige Oberfläche zwischen dem zweiten und dritten Seitenwandabschnitt 54, 56 er zeugt. Wie man in der Fig. 10b sehen kann, unterscheidet sich die Verformung des Seitenwandbetätigungselements nicht beträchtlich von der zuvor beschriebenen, mit der Ausnahme, daß jeder Abschnitt 54, 56 individuelle Scherverformungen ausführt.
Es wird als nächstes auf die Fig. 11a Bezug genommen zur Beschreibung der dritten Ausführungsform des Seitenwandbetätigungselements 28 in größeren Einzelheiten. Insbesondere sind in dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Seitenwandabschnitte beide aus gepoltem piezoelektrischen Material derart aufgebaut, daß die Richtung der Polung ausgerichtet ist. Ein elektrisches Feld wird durch Anlegen einer Spannung an die Oberfläche zwischen den beiden gepolten piezoelektrischen Materialabschnitten 30, 32 erzeugt. Der elektrische Feldvektor für den oberen Seitenwandabschnitt 32 beträgt 1800 relativ zu dem des ersten Seitenwandabschnitts 30. Dementsprechend scheren der obere und untere Seitenwandabschnitt in entgegengesetzten Richtungen aus. Es sollte jedoch weniger als die halbe Spannung notwendig sein, um die gleiche Verformung zu erzielen. Hier umfaßt das Seitenwandbetätigungselement wieder ein Paar von Seitenwandabschnitten, wobei jedoch hier der erste und zweite Seitenwandabschnitt 66 und 68 jeweils erste und zweite metallisierte leitfähige Oberflächen 70 und 72 und 74 und 76 aufweisen, die beide aus einem aktiven Material gebildet sind. Hier bringt die erste Schicht aus leitfähigem Haftstoff 40 die erste metallisierte leitfähige Oberfläche 34 des Hauptkörperteils 12 leitfähig an der ersten metallisierten leitfähigen Oberfläche 70 des ersten Seitenwandabschnitts 66 an, und eine vierte Schicht aus leitfähigem Haftstoff 78 bringt die zweite metallisierte leitfähige Oberfläche 72 des ersten Seitenwandabschnitts 66 an der ersten metallisierten leitfähigen Oberfläche 74 des zweiten Seitenwandabschnitts 68 leitfähig an, und die zweite Schicht aus leitfähigem Haftstoff 44 bringt die zweite metallisierte leitfähige Oberfläche 76 des zweiten Seitenwandabschnitts 68 an der metallisierten leitfähigen Oberfläche 42 des oberen Körperteils 16 leitfähig an. Wie in der Fig. 11b dargestellt ist, führen in dieser Ausführungsform der Erfindung jedoch beide Seitenwandabschnitte 68, 70 individuelle Scherverformungen aus.
Als nächstes wird unter Bezug auf die Fig. 12a die vierte Ausführungsform des Seitenwandbetätigungselements 28 in größeren Einzelheiten beschrieben. Hier umfaßt das Seitenwandbetätigungselement 28 einen ersten Seitenwandabschnitt 30, der aus einem inaktiven Material gebildet ist, und einen zweiten, dritten und vierten Seitenwandabschnitt 80, 82 und 84, die aus einem aktiven Material gebildet sind. Jeder aktive Seitenwandabschnitt 80, 82 und 84 weist jeweils erste und zweite metallisierte leitfähige Oberflächen 86 und 88, 90 und 92, und 94 und 96 auf. In dieser Ausführungsform bringt die erste Schicht aus einer leitfähigen Haftstoffschicht 40 die metallisierten leitfähigen Oberflächen 34 und 36 leitfähig an, eine dritte leitfähige Haftstoffschicht 98 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächen 88 und 90 leitfähig an, eine vierte leitfähige Haftstoffschicht 100 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächen 92 und 94 leitfähig an, und die zweite leitfähige Haftstoffschicht 44 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächen 96 und 42 leitfähig an. Wie man in der Fig. 12b sehen kann, ist die Verformung ähnlich zu der, die in bezug auf die Fig. 8b dargestellt und beschrieben wurde.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 13a die fünfte Ausführungsform des Seitenwandbetätigungselements 28 in größeren Einzelheiten beschrieben. Hier umfaßt das Seitenwandbetätigungselement 28 erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Seitenwandabschnitte 104, 106, 108, 110, 112 und 114, die jeweils aus einem aktiven Material gebildet sind und von denen jeder jeweils erste und zweite metallisierte leitfähige Oberflächen 116 und 118, 120 und 124, 126 und 128, 130 und 132, 134 und 136, 138 und 140 aufweist, die jeweils aneinander angebracht sind. Die erste leitfähige Haftstoffschicht 40 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächen 34 und 116 an, eine dritte leitfähige Haftstoffschicht 142 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächenschichten 118 und 120 leitfähig an, eine vierte leitfähige Haftstoffschicht 144 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächen 124 und 126 leitfähig an, eine fünfte leitfähige Haftstoffschicht 146 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächen 128 und 130 leitfähig an, eine sechste leitfähige Haftstoffschicht 148 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächen 132 und 134 leitfähig an, eine siebte leitfähige Haftstoffschicht 150 bringt die Schichten 136 und 138 leitfähig an, und die zweite leitfähige Haftstoffschicht 44 bringt die metallisierten leitfähigen Oberflächen 140 und 42 leitfähig an. Wie man aus der Fig. 13b sieht, ist die Verformung des in dieser Ausführungsform der Erfindung dargestellten Seitenwandbetätigungselements 28 ähnlich zu der, die in bezug auf die Fig. 11b beschrieben und dargestellt wurde.
Es wird als nächstes auf die Fig. 14 Bezug genommen, in der man eine weitere Ausführungsform der Erfindung sehen kann. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Tintenstrahldruckkopf 410 aus einem Zwischenkörperteil 414 gebildet, das identisch zu dem Zwischenkörperteil 14 aufgebaut ist, und an einen Hauptkörperteil 412 angepaßt und mit diesem verbunden ist. Wie zuvor ist der Zwischenkörperteil 414 aus in einer Richtung P gepoltem piezoelektrischen Material aufgebaut und weist metallisierte leitfähige Oberflächen 436, 438 auf, die jeweils an den Oberflächen 414b, 414a vorgesehen sind. In dieser Ausführungsform dieser Erfindung ist jedoch der Hauptkörperteil 412 ebenfalls aus einem in der P-Richtung gepolten piezoelektrischen Material gebildet und weist eine Oberfläche 412a auf, auf der eine Schicht aus leitfähigem Material 434 abgelagert ist. Der Zwischenkörperteil 414 und der Hauptkörperteil 412 sind durch eine Schicht aus leitfähigem Haftstoff 440 verbunden, der die metallisierte leitfähige Oberfläche 434 des Hauptkörperteils 412 leitfähig an der metallisierten leitfähigen Oberfläche 438 des Zwischenkörperteils 414 anbringt. Alternativ dazu kann die Verbindung zwischen der metallisierten leitfähigen Oberfläche 434 des Hauptkörperteils 412 und der metallisierten leitfähigen Oberfläche 438 des Zwischenkörperteils 414 durch Verlöten der metallisierten leitfähigen Oberflächen 434 und 438 miteinander erzielt werden. Es ist weiter denkbar, daß gemäß einem Aspekt der Erfindung eine oder beide metallisierten leitfähigen Oberflächen 434 und/oder 438 eliminierbar sind unter Beibehaltung eines zufriedenstellenden Betriebs der Erfindung.
Nachdem der Hauptkörperteil 412 und der Zwischenkörperteil 414 leitfähig aneinander angebracht sind, wird dann ein mechanischer Bearbeitungsvorgang verwendet zum Bilden eines Kanalfeldes für den Tintenstrahldruckkopf 410. Wie man in der Fig. 14 sehen kann, wird eine Reihe von sich in axialer Richtung erstreckenden, im wesentlichen parallelen Kanälen 418 durch Herausarbeiten von Rillen gebildet, die sich durch den Zwischenkörperteil 414 und in den Hauptkörperteil 412 erstrecken. Vorzugsweise sollte der Bearbeitungsvorgang derart ausgeführt werden, daß jeder dabei gebildete Kanal 418 sich nach unten derart erstrecken sollte, daß die metallisierte leitfähige Oberfläche 436, der Zwischenkörperteil 414 aus polarisiertem piezoelektrischen Material, die metallisierte leitfähige Oberfläche 438, die Schicht aus leitfähigem Haftstoff 440, die metallisierte leitfähige Oberfläche 438, die Schicht aus leitfähigem Haftstoff 440, die metallisierte leitfähige Oberfläche 434 und ein Teil des Hauptkörperteils 412 aus polarisiertem piezoelektrischen Material entfernt werden.
Somit werden die Kanäle 418, die das Kanalfeld für den Tintenstrahldruckkopf darstellen, und die Seitenwandbetätigungselemente 428, die jeweils einen ersten Seitenwandbetätigungselementabschnitt 430 und einen zweiten Seitenwandbetätigungselementabschnitt 432 aufweisen, die die Seiten der Kanäle 418 bestimmen, gebildet. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben werden wird, wird durch Bilden des Feldes aus parallelen Kanälen auf die hier beschriebene Weise ein im allgemeinen U- förmiges Seitenwandbetätigungselement 450 (in der Fig. 14 strichliert dargestellt) für jeden der Kanäle 418 geschaffen, das erste Seitenwandbetätigungselementabschnitte 430 an gegenüberliegenden Seiten eines Kanals 418 und einen Teil des Hauptkörperteils 412 umfaßt, der die ersten Seitenwandbetätigungselementabschnitte 430 an gegenüberliegenden Seiten des Kanals 418 verbindet.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 14 wird das Kanalfeld für den Tintenstrahldruckkopf durch leitfähiges Anbringen eines dritten Blocks 416 aus nicht polarisiertem piezoelektrischen Material oder anderem inaktiven Material mit einer an seiner Unterseitenfläche 416a ausgebildeten einzelnen Schicht aus einer metallisierten leitfähigen Fläche 442 an der metallisierten leitfähigen Oberfläche 436 des Zwischenkörperteils 414 gebildet. Der dritte Block 416, der hier im folgenden als oberes Körperteil 416 des Tintenstrahldruckkopfs bezeichnet werden soll, kann auf eine Weise ähnlich zu der zuvor in bezug auf den oberen Körperteil 16 beschriebenen Weise aufgebaut sein. Zur Vervollständigung der Anordnung des Kanalfeldes des Tintenstrahldruckkopfs wird die metallisierte leitfähige Oberfläche 442 des oberen Körperteils 416 leitfähig an der metallisierten leitfähigen Oberfläche 436 des zweiten Seitenwandabschnitts 432 durch eine zweite Schicht aus leitfähigem Haftstoff 444 angebracht. Vorzugsweise sollte die Schicht aus leitfähigem Haftstoff 444 über der metallisierten leitfähigen Oberfläche 42 ausgebreitet sein, und der obere Körperteil 416 sollte dann auf der metallisierten leitfähigen Oberfläche 436 angeordnet werden. Wie zuvor ist es denkbar, daß in einer Ausführungsform der Erfindung entweder eine oder beide metallisierten leitfähigen Oberflächen 436 oder 442 eliminierbar sind unter Beibehaltung eines zufriedenstellenden Betriebs des Tintenstrahldruckkopfs hoher Dichte.
Zum elektrischen Verbinden des in der Fig. 14 dargestellten Feldes aus parallelen Kanälen derart, daß ein im allgemeinen U-förmiges Betätigungselement 450 für jeden der Kanäle 418 geschaffen wird, wird ein elektrischer Kontakt 452 an einer Seite des Kanals mit einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) von +1 V verbunden, wobei es sich bei dem elektrischen Kontakt in unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung um die metallisierten leitfähigen Oberflächen 436 und 438, die durch den leitfähigen Haftstoff 440 leitfähig aneinander angebracht sind, handeln kann, oder um die miteinander verlöteten metallisierten leitfähigen Oberflächen 436 und 438 oder um eine einzelne Schicht aus leitfähigem Haftstoff, die die Oberflächen 412a und 414a aneinander anbringt. Ein zweiter elektrischer Kontakt 454 ist dann mit einer Spannungsquelle von -1 V verbunden. Zur Vervollständigung der elektrischen Verbindungen des Feldes aus parallelen Kanälen wird die Schicht aus leitfähigem Haftstoff 444 mit Masse verbunden. Auf diese Weise wird der Kanal 18 ein im allgemeinen U-förmiges Betätigungselement 450 aufweisen mit einem Spannungsabfall von 2 V zwischen dem Kontakt 452 und dem Kontakt 454, sowie ein erstes Seitenwandbetätigungselement mit einem Spannungsabfall von +1 V zwischen dem Kontakt 452 und Masse und ein zweites Seitenwandbetätigungselement mit einem Spannungsabfall von -1 V zwischen dem Kontakt 454 und Masse. Bei Aufbau auf diese Weise werden bei Anlegung eines +, -, +, - Spannungsmusters an die Kontakte 405, um zu bewirken, daß jeder zweite Kanal 418 ein Tintentröpfchen bei der Anwendung der Spannung ausstößt, beträchtlich größere zusammenziehende und/oder expandierende Kräfte an dem Kanal 418 durch die Kombination eines U-förmigen Betätigungselements 450 und das Paar von Seitenwandbetätigungselementen 432, die an den Kanal 418 grenzen, erzeugt, als auf den Kanal 18 durch die Seitenwandbetätigungselemente 28 ausgeübt wird.
Während die Dimensionen eines Tintenstrahldruckkopfs hoher Dichte mit einem Feld aus parallelen Kanälen mit einem U- förmigen Betätigungselement für jeden Kanal jederzeit veränderbar ist, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wird insbesondere in Betracht gezogen, daß der die vorliegende Erfindung verkörpernde Tintenstrahldruckkopf mit den folgenden Abmessungen aufgebaut wird:
Mündungsdurchmesser: 40 µm
PZT-Länge: 15 mm
PZT-Höhe: 120 µm
Kanalhöhe: 356 µm
Kanalbreite: 91 µm
Seitenwandbreite: 81 µm
In den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung teilt sich jedes Paar von nebeneinanderliegenden Kanälen 18 ein Seitenwandbetätigungselement 30, so daß daher der Ausstoß von Tinte aus einem der beiden Kanäle hervorgerufen werden kann. Beispielsweise wird nach der Fig. 9a jeder zweite Kanal 18a durch Verformung beider Seitenwandbetätigungselemente 30 gefeuert, die die Seitenwände für die betätigten Kanäle 18a bilden, wobei diese Kanäle sich zusammenziehen. Die Kanäle 18b, die neben den abgefeuerten Kanälen 18a liegen, verbleiben nicht abgefeuert. Da sich jedoch ein abgefeuerter Kanal 18a und ein nicht abgefeuerter Kanal 18b jeweils ein Seitenwandbetätigungselement 30 teilen, werden die Seitenwandbetätigungselemente 30, die die Seitenwände der nicht abgefeuerten Kanäle 18b bilden, ebenfalls verformt, jedoch nicht auf eine Weise, die den Ausstoß eines Tintentröpfchens daraus hervorrufen würden. Der in den nicht abgefeuerten Kanälen 18b durch die Verformung der Seitenwandelemente 30, die zum Betätigen der abgefeuerten Kanäle 18a notwendig ist, erzeugte Druckpuls wird allgemein als "Ubersprechen" bezeichnet. Unter bestimmten Bedingungen, wie z.B. Verwendung einer Tinte geringer Viskosität und einer Tinte geringer Oberf lächenspannung, kann das durch die Seitenwandbetätigungselemente 30 in den nicht abgefeuerten Kanäle 18b, die neben den abgefeuerten Kanilen 18a liegen, erzeugte Übersprechen zu einer nicht gewünschten Betätigung des nicht abgefeuerten Kanals 18b führen.
Als nchstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 15a eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Vorderwandabschnitts 20' des Tintenstrahldruckkopfs 10 der Fig. 3, die zum Eliminieren oder Verringern von Übersprechen verwendet wird, das während des Betriebs des Tintenstrahldruckkopfs 10 der Fig. 9a erzeugt wird, in größeren Einzelheiten beschrieben werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Mündungsfeld 27' die Mündungen 26-1, 26-2, 26-3, 26-4, 26-5, 26-6, 26-7 und 26-8, die in einer schrägen Feldanordnung vorgesehen sind. Insbesondere erstreckt sich jede Mündung 26-1 bis 26-8 durch die Abdeckung 20', um jeweils mit einem entsprechenden Kanal 18-1, 18-2, 18-3, 18-4, 18-5, 18-6, 18-7 und 18-8 des Tintenstrahldruckkopfs 10 in Verbindung zu stehen, und sie sind derart zusammengruppiert, daß jede Mündung 26-1 bis 26-8 in einer bestimmten. Gruppe um eine Strecke "d", die in einer Ausführungsform der Erfindung ungefähr 1/3 eines Pixels beträgt, in einer Bewegungsrichtung "A" von der nächstliegenden Mündung, die ebenfalls in der besonderen Gruppe enthalten ist, versetzt ist. Beispielsweise bilden in dem Mündungsfeld 27, das in der Fig. 15a dargestellt ist, die Mündungen 26-1 und 26-2; 26-3, 26-4 und 26-5; und 26-6, 26-7 und 26-8 jeweils erste, zweite und dritte Mündungsgruppen. Während des Betriebs des erfindungsgemäß aufgebauten Tintenstrahldruckkopfs 10 mit einem wie in der Fig. 15a dargestellten Mündungsfeld werden die Mündungen 26-1, 26-4 und 26-7, die in einer ersten Zeile angeordnet sind, zusammen abgefeuert, die Mündungen 26-2, 26-5 und 26-8, die in einer zweiten Zeile angeordnet sind, werden zusammen abgefeuert, und die Mündungen 26-3, 26-6 und 26-9, die in einer dritten Zeile angeordnet sind, werden zusammen abgefeuert durch Zusammenziehen der Seitenwandbetätigungselemente 28 (in der Fig. 15 nicht gezeigt), die die Seitenwände der abgefeuerten Kanäle bestimmen. Durch Abfeuern der Mündungen 26-1 bis 26-8 auf diese Weise werden Übersprecheffekte minimiert. Insbesondere werden bei t=1 (vergleiche Fig. 15b) beide Seitenwände 28, die die Kanäle 18- 3, 18-6 und 18-9 bestimmen, (die einer ersten Zeile aus Mündungen 26-3, 26-6 und 26-9 entsprechen) gleichzeitig betätigt durch Anlegen eines positiven Spannungsabfalls über die zweiten Seitenwandabschnitte 32 auf die zuvor in bezug auf die Fig. 9a beschriebene Weise. In Erwiderung darauf werden die Kanäle 18-3, 18-6 und 18-9 komprimiert, wodurch ein Druckpuls auf die Tinte innerhalb der Kanäle ausgeübt wird, um den Ausstoß eines Tintentröpfchens daraus zu bewirken. Die Wahrscheinlichkeit einer ungewünschten Betätigung nebeneinanderliegender Kanäle 18-2, 18-4, 18-5, 18-7 und 18-8 wird verringert, da nur eine der Seitenwände 28, die diese Kanäle bestimmen, betätigt worden ist, wodurch die Stärke des auf den nicht betätigten Kanal ausgeübten Druckpuls auf die Hälfte verringert wird.
Bei t=2 (vergleiche Fig. 15c) hat sich das Papier um ungefähr 1/3 eines Pixels in der Richtung "A" bewegt und die Kanäle 18- 1, 18-4 und 18-7 (die einer zweiten Reihe aus Mündungen 26-1, 26-4 und 26-7) entsprechen, die in der zweiten Reihe liegen, sollten nun auf ähnliche Weise betätigt werden. Wie zuvor ist die Wahrscheinlichkeit einer ungewollten Betätigung der Kanäle 18-2, 18-3, 18-5, 18-6 und 18-8 aufgrund der Verringerung der Größe des auf die nicht abgefeuerten Kanäle ausgeübten Druckimpuls um die Hälfte verringert. Schließlich hat sich bei t=3 (vergleiche Fig. 15d) das Papier ungefähr um ein weiteres Drittel eines Pixels in der Richtung "A" bewegt und die Kanäle 18-2, 18-5 und 18-8 (die einer dritten Reihe von Mündungen 26- 2, 26-5 und 26-8 entsprechen), die in einer dritten Reihe liegen, sollten nun auf ähnliche Weise wieder betätigt werden. Wie zuvor ist die Wahrscheinlichkeit einer ungewünschten Betätigung der angrenzenden Kanäle 18-1, 18-3, 18-4, 18-6, 18-7 und 18-9 im Hinblick auf die Verringerung der Größe des auf die nicht betätigten Kanäle ausgeübten Druckpulses verringert.
Somit wurde hier ein Tintenstrahldruckkopf hoher Dichte beschrieben und dargestellt, der viele, sich durch ihn hindurch erstreckende tintenführende Kanäle und Seitenwandbetätigungselemente aufweist, die aus einem aktiven Material aufgebaut sind und die nebeneinanderliegenden Kanälen gemeinsam sind. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß verschiedene Veränderungen und Abwandlungen neben den besonders erwähnten in den hier beschriebenen Verfahren möglich sind, ohne wesentlich von dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sei klar herausgestellt, daß die hier beschriebene Form der Erfindung nur beispielhaft ist und keine Beschränkung des Schutzbereichs sein soll.

Claims

1. Ein Tintenstrahldruckkopf (10), mit:

einem Basisteil (12), das aus einem aktiven piezoelektrischen Material gebildet ist, wobei das Basisteil eine Vielzahl von im allgemeinen parallelen, beabstandeten Erhebungen aufweist, die sich in Längsrichtung entlang des Basisteils erstrecken, wobei jede Erhebung eine Oberseite aufweist;

einer Vielzahl von Zwischenteilen (14), wobei jedes Zwischenteil eine Oberseite und eine Unterseite, die leitfähig auf der Oberseite einer entsprechenden Erhebung der Vielzahl von Erhebungen des Basisteils angebracht ist, aufweist, wobei jedes Zwischenteil aus einem aktiven piezoelektrischen Material gebildet ist;

einem Oberteil (16), das leitfähig auf der Oberseite eines jeden der Vielzahl von Zwischenteilen angebracht ist, wobei das Oberteil aus einem inaktiven Material gebildet ist, wobei das Basisteil, die Vielzahl von Zwischenteilen und das Oberteil eine Vielzahl von im allgemeinen parallelen, sich axial erstreckenden Tintenkanälen (18) bestimmen, aus denen Tinte ausgestoßen werden kann, wobei die Erhebungen des Basisteils und die Zwischenteile erste und zweite Seitenwände (30, 32) für jeden aus der Vielzahl von Tintenkanälen bestimmen; und

einer Vorrichtung (50) zum Einprägen von Spannungen entgegengesetzter Polarität auf die ersten und zweiten Seitenwände, um dadurch ein elektrisches Feld zu erzeugen, das von einer der Seitenwände nach unten führt, durch den aktiven Basisabschnitt (12) und nach oben zu der anderen Seitenwand.

2. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (50) zum Einprägen von Spannungen jeweils auf die ersten und zweiten Seitenwände (30, 32) weiter umfaßt:

eine Vorrichtung (50) zum selektiven Anwenden einer positiven Spannung auf die leitfähige Anbringung (36), die die Erhebung und das Zwischenteil (14) einer jeden aus der Vielzahl von ersten Seitenwänden (30) verbindet; und

eine Vorrichtung (50) zum selektiven Anwenden einer negativen Spannung auf die leitfähige Anbringung (38), die die Erhebung und das Zwischenteil (14) einer jeden der Vielzahl von zweiten Seitenwänden (32) verbindet.

3. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) gemäß Anspruch 2, der weiter eine Vorrichtung (50) zum Schaffen einer Verbindung der leitfähigen Anbringungen (42), die das Oberteil (16) und die Vielzahl von Zwischenteilen (14) verbinden, mit Masse umfaßt.

4. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) gemäß Anspruch 3, wobei jedes der Vielzahl von Zwischenteilen (14) in einer Richtung im allgemeinen senkrecht zu der Richtung der axialen Erstreckung der Vielzahl von parallelen Kanälen (18) gepolt ist.

5. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) gemäß Anspruch 4, wobei das Basisteil (12) ebenfalls in der Richtung im allgemeinen senkrecht zu der Richtung der axialen Erstreckung der Vielzahl von Kanälen (18) gepolt ist.

6. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) mit:

einem im allgemeinen U-förmigen Betätigungselement (12) mit einer Basis und mit Erhebungen, die aus einem aktiven Material gebildet sind, wobei die Erhebungen erste und zweite obere Wände schaffen;

einem ersten Seitenbetätigungselement (14) mit einer unteren Wand, die leitfähig an der ersten oberen Wand des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements angebracht ist, und einer oberen Wand;

einem zweiten Seitenbetätigungselement (14) mit einer unteren Wand, die leitfähig an der zweiten oberen Wand des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements angebracht ist, und einer oberen Wand;

einem Oberteil (16) mit einer unteren Wand, die leitfähig an den oberen Wänden der ersten und zweiten Seitenbetätigungselemente angebracht ist;

wobei das im allgemeinen U-förmige Betätigungselement (12), das erste Seitenbetätigungselement (14), das zweite Seitenbetätigungselement (14) und das Oberteil (16) einen länglichen Flüssigkeitseinschlußkanal (18) bestimmen;

einer Vorrichtung (50) zum selektiven Anwenden einer ersten Spannung auf die leitfähige Anbringung (36), die das erste Seitenwandbetätigungselement und die erste Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements verbindet; und

einer Vorrichtung (50) zum selektiven Anwenden einer zweiten Spannung entgegengesetzter polarität an die leitfähige Anbringung (38), die das zweite Seitenbetätigungselement und die zweite Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements verbindet, um dadurch ein elektrisches Feld zu erzeugen, das von einer Oberseite des im allgemeinen U- förmigen Betätigungselements nach unten geht, durch das im allgemeinen U-förmige Betätigungselement, und nach oben zur anderen Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements.

7. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) gemäß Anspruch 6, der weiter eine Vorrichtung zur Schaffung einer elektrischen Verbindung an das im allgemeinen U-förmige Betätigungselement (12) umfaßt zur selektiven Anwendung eines ersten Druckpulses auf den länglichen Flüssigkeitseinschlußkanal (18).

8. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) gemäß Anspruch 7, der weiter eine Vorrichtung (50) zur Schaffung einer elektrischen Verbindung an das erste Seitenbetätigungselement (14) umfaßt zum selektiven Anwenden eines zweiten Druckpulses auf den länglichen Flüssigkeitseinschlußkanal (18)

9. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) gemäß Anspruch 8, der weiter eine Vorrichtung (50) umfaßt zur Schaffung einer elektrischen Verbindung an das zweite Seitenbetätigungselement (14) zum selektiven Anwenden eines dritten Druckpulses auf den länglichen Flüssigkeitseinschlußkanal (18).

10. Ein Tintenstrahldruckkopf (10) gemäß Anspruch 9, weiter mit:

einer Vorrichtung (50) zum selektiven Anwenden einer positiven Spannung an die leitfähige Verbindung (36), die das erste Seitenbetätigungselement (14) und die erste Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements (12) verbindet; und

einer Vorrichtung (50) zum selektiven Anwenden einer negativen Spannung an die leitfähige Anbringung (38), die das zweite Seitenbetätigungselement (14) und die zweite Oberseite des im allgemeinen U-förmigen Betätigungselements (12) verbindet;

einer Vorrichtung (50) zum Verbinden der leitfähigen Anbringung (42), die eine Verbindung der Oberseite mit den ersten und zweiten Seitenbetätigungselementen schafft, mit Masse.