DE69228273T2

DE69228273T2 - Gerät mit Tröpfchenstrahl

Info

Publication number: DE69228273T2
Application number: DE69228273T
Authority: DE
Inventors: Hiroto C/O Brother Kogyo K. K. Nagogya-Shi Aichi-Ken Sugahara; Masahiko C/O Brother Kogyo K. K. Nagogya-Shi Aichi-Ken Suzuki; Yoshikazu C/O Brother Kogyo K. K. Nagogya-Shi Aichi-Ken Takahashi
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2012-04-28
Also published as: US5410341A; EP0516284A2; EP0516284A3; EP0516284B1; DE69228273D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tröpfchenstrahlvorrichtung und insbesondere auf einen Aufbau einer Strahldüse in einer Tröpfchenstrahlvorrichtung.
Es ist ein Tintenstrahldrucker vorgeschlagen worden eines Blasenstrahltypes, der ein Elektroheizmeßaufnehmerelement als ein Druckerzeugungsteil benutzt, oder eines piezoelektrischen Types, der ein elektromechanisches Meßaufnehmerelement als ein Druckerzeugungsteil benutzt. Solche Tintenstrahldrucker haben die Aufmerksamkeit der Kunden wegen ihres niedrigen Geräusches im Vergleich mit den Aufschlagdruckern erhalten.
Ein piezoelektrischer Tintenstrahldrucker wird ein Tröpfchen-auf- Verlangen-System genannt, da das Volumen eines Tintenkanales durch eine Änderung in der Abmessung eines piezoelektrischen Betätigungselementes geändert wird. Wenn das Volumen des Tintenkanales verringert wird, wird die Tinte in dem Tintenkanal aus einer Strahldüse ausgespritzt, während Tinte durch ein Ventil in den Tintenkanal eingeführt wird, wenn das Volumen des Tintenkanales vergrößert wird. Eine Mehrzahl solcher Strahleinheiten sind nahe beieinander angeordnet, und die Tinte wird aus gewünschten der Strahleinheiten zum Bilden von Zeichen und Bildern auf einem Aufzeichnungsmedium wie ein Papier ausgespritzt.
Diese Art von Tintenstrahlvorrichtung ist zum Beispiel in dem US- Patent 4 879 568 und dem US-Patent 4 887 100 beschrieben. Fig. 10 und 11 zeigen schematisch eine herkömmliche Tröpfchenstrahlvorrichtung. Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines Teiles eines Feldes 61, das die Tröpfchenstrahlvorrichtung darstellt, eine piezoelektrische Keramikplatte 62, die in einer Richtung eines Pfeiles 51 polarisiert ist, weist eine Mehrzahl von Seitenwänden wie 63A, 63B, 63C, 63D und 63E auf. Die piezoelektrische Keramikplatte 62 ist durch eine Verbindungsschicht 67 mit einer Abdeckplatte 66 verbunden, die aus einem Metall, Glas oder Keramiken gebildet ist. Bei diesem Aufbau ist eine Mehrzahl von Tintenkanälen wie 64A, 64B, 64C und 64D so gebildet, daß sie voneinander in einer seitlichen Richtung beabstandet sind, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Jeder der Tintenkanäle 64 ist entlang jeder Seitenwand 63 länglich und weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Jede Seitenwand 63 erstreckt sich über eine volle Länge eines jeden Tintenkanales 64 und ist in der Richtung senkrecht zu einer Achse eines jeden Tintenkanales 64 und der Polarisationsrichtung 51 zum Ändern eines Tintendruckes, der in den Tintenkanal 64 geliefert wird, verformbar. Eine Metallelektrode 65 zum Anlegen eines elektrischen Treiberfeldes an die Seitenwand 63 ist auf einer Oberfläche einer jeden Seitenwand 63 gebildet. Die Metallelektrode 65 ist zum Verhindern von Korrosion durch die Tinte oberflächenbehandelt.
Wenn die Strahleinheit 64B in dem Feld 61 gemäß gewünschter Druckdaten zum Beispiel gewählt wird, wird ein elektrisches Treiberfeld zwischen den Metallelektroden 65A und 65B und zwischen den Metallelektroden 65C und 65D angelegt. Da die Richtung des elektrischen Treiberfeldes und die Polarisationsrichtung senkrecht zueinander stehen, wird die Seitenwand 63B und die Seitenwand 63C in die interne Richtung des Tintenkanales 64B durch einen piezoleketrischen Dickenschlupfeffekt verformt. Diese Verformung verursacht eine Verringerung im Volumen des Tintenkanales 64B zum Erhöhen des Tintendruckes in dem Tintenkanal 64B. Folglich wird ein Tintentröpfchen in dem Tintenkanal 64B aus einer in Fig. 11 gezeigten Strahldüse ausgespritzt. Wenn das Anlegen des elektrischen Treiberfeldes gestoppt wird, kehren die Seitenwände 63B und 63C zu ihren ursprünglichen Positionen vor der Verformung zurück, so daß der Tintendruck in dem Tintenkanal 64B verringert wird und Tinte von einem Tintenlieferabschnitt (nicht gezeigt) in den Tintenkanal 64B geliefert wird.
Das oben erwähnte Feld 61 wird durch das folgende Verfahren hergestellt. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, wird die piezoelektrische Keramikplatte 62, die in die Richtung eines Pfeiles 51 polarisiert ist, durch Schleifen durch Drehen einer Diamantschneidescheibe zum Bilden einer Mehrzahl von parallelen Rillen 64 gerillt, die die oben dargestellten Tintenkanäle 64 darstellen. Die oben erwähnte Metallelektrode 65 wird auf der Oberfläche einer jeden Rille 74 durch Sputtern gebildet. Die Abdeckplatte 66 wird mit einer oberen Oberfläche 73A der piezoelektrischen Keramikplatte 62 auf der Seite der Rillen 64 verbunden. Eine Düsenplatte 70 mit einer Mehrzahl von Strahldüsen 71, die die Endpositionen der Tintenkanäle 64 entsprechen, ist mit einer Endoberfläche 73B der piezoelektrischen Keramikplatte 62 auf der Seite des Tintenstrahles verbunden. Bei dem Schritt des Verbindens der Düsenplatte wird ein Epoxidklebstoff benutzt und auf 150ºC während einer Dauer von einer halben bis einer Stunde zum Härten des Epoxidklebstoffes erwärmt. Weiter wird, wenn kein Drucken ausgeführt wird, eine Kappe 80 zum Verhindern des Verstopfens der Tintenkanäle 74 aufgrund des Austrocknens der Tinte auf einer vorderen Oberfläche der Düsenplatte 70 angebracht.
Folglich ist bei der oben erwähnten herkömmlichen Vorrichtung die Zahl der Teile und der Herstellungsschritte groß, und das Verstopfen der Tintenkanäle nach dem Verbinden der Düsenplatte 70 durch den Epoxidklebstoff tritt häufig auf. Weiter wird die Temperatur des piezoelektrischen Meßaufnehmers in dem Schritt des Verbindens der Düsenplatte erhöht, was eine Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Keramikplatte 62 verursacht.
Das US-Patent 4 752 788, auf dem der Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1 basiert, betrifft eine piezoelektrischen Tintenstrahlkopf mit einer Mehrzahl von länglichen Tintenhohlräumen, die in einer piezoelektrischen Platte zusammen mit entsprechenden Düsen gebildet sind, und eine gemeinsame Abdeckplatte, die an der piezoelektrischen Platte befestigt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Tröpfchenstrahlvorrichtung vorgesehen mit einer Mehrzahl von Strahleinheiten zum Ausspritzen von Tinte, wobei jede Strahleinheit aufweist:
eine piezoelektrische Keramikplatte mit einer Düsenendoberfläche;
mindestens einem Paar von Seitenwänden, die durch einen piezoelektrischen Meßaufnehmer gebildet sind, der auf der piezoelektrischen Keramikplatte angebracht ist, wobei das Paar von Seitenwänden einen Tintenkanal abgrenzt, der ein Ende in einem Abstand von der Düsenendoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte aufweist;
eine Abdeckplatte, die auf den Seitenwänden angebracht ist; und
eine Strahldüse, die in einer der Abdeckplatte und der piezoelektrischen Keramikplatte gebildet ist, wobei die Strahldüse mit dem Tintenkanal in Verbindung steht;
dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenoberfläche des Tintenkanales kontinuierlich schräg mit einem Winkel relativ zu der Düsenachse abfällt, der von einem Wert von 180º zu der Strahldüse derart abnimmt, daß die Schräge der Bodenoberfläche noch einen stumpfen Winkel mit der Düsenachse bei der Strahldüse bildet.
Mit diesem Aufbau wird, wenn das Paar von Seitenwänden durch Anlegen eines elektrischen Treiberfeldes daran verformt wird, das Volumen der Tintenkanäle entsprechend einer gewünschten der Strahleinheiten verringert, und die Tinte in dem Tintenstrahl wird aus der Strahldüse entsprechend dem Tintenkanal ausgespritzt.
Die vorliegende Erfindung kann eine Tröpfchenstrahlvorrichtung vorsehen mit einer verringerten Zahl von Teilen und Herstellungsschritten, indem die Düsenplatte vermieden wird.
Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls eine Tröpfchenstrahlvorrichtung vorsehen, die die Ausbeute vergrößert, die Herstellungskosten verringert und das Verstopfen der Tintenkanäle verhindert; und eine Tröpfchenstrahlvorrichtung, die eine Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Meßaufnehmers verhindern kann.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, kann gemäß der Tröpfchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Strahldüse ohne Vorsehen der Düsenplatte so gebildet werden, daß die Zahl von Teilen und Verbindungsschritten verringert werden kann. Die verringerte Zahl von Teilen und Verbindungsschritten realisiert eine Verringerung der Herstellungskosten, und das Verstopfen der Tintenkanäle kann verhindert werden, wodurch eine Verbesserung der Ausbeute realisiert wird.
Da weiter kein Schritt des Verbindens der Düsenplatte notwendig ist, wird eine Temperaturerhöhung des piezoelektrischen Meßaufnehmers und eine Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Meßaufnehmers aufgrund der Temperaturerhöhung vermieden.
Die vorliegende Erfindung wird weiter hier im folgenden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Feldes ist, das einen Teil einer Tröpfchenstrahlvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht eines Teiles des in Fig. 1 gezeigten Feldes ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht des Feldes ist, das einen Teil der Tröpfchenstrahlvorrichtung darstellt;
Fig. 4 eine Schnittansicht ist, die einen Treiberzustand des Feldes durch eine elektrische Schaltung darstellt;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Feldes ist, das einen Teil einer Tröpchenstrahlvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht ähnlich zu Fig. 5 ist, die einen Zustand darstellt, in dem die Verbindung zwischen den Tintenkanälen und den Strahldüsen abgeschnitten ist;
Fig. 7 eine vertikale Schnittansicht eines Teiles des in Fig. 6 gezeigten Feldes ist;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Herstellungsverfahren für ein Feld darstellt, das einen Teil einer Tröpfchenstrahlvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht, die ein Herstellungsverfahren für ein Feld darstellt, das einen Teil einer Tröpfchenstrahlvorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 10 eine Schnittansicht eines Feldes ist, das einen Teil einer Tröpfchenstrahlvorrichtung im verwandten Stand der Technik darstellt; und
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Herstellungsverfahren eines Feldes darstellt, das einen Teil der Tröpfchenstrahlvorrichtung im verwandten Stand der Technik darstellt.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 beschrieben.
Fig. 1 ist eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht Ansicht eines Feldes 1. Das Feld 1 weist eine piezoelektrische Keramikplatte 2 als einen piezoelektrischen Meßaufnehmer und eine Abdeckplatte 6 auf, die mit einer oberen Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 verbunden ist. Piezoelektrische Keramiken, piezoelektrisches Harz wie Polyvinylidenfluorid oder einer Mischung von piezoelektrischen Keramiken und piezoelektri schem Harz können als der piezoelektrische Meßaufnehmer benutzt werden. Die piezoelektrische Keramikplatte 2 weist eine Mehrzahl von Tintenkanälen 4 auf, die durch eine Mehrzahl von parallel angeordneten ersten Rillen gebildet werden. Die Abdeckplatte 6 weist eine Mehrzahl von Strahldüsen 10 auf, die durch eine Mehrzahl von parallel angeordneten zweiten Rillen gebildet werden. Die zweiten Rillen sind in einer Ein-zu-Eins-Entsprechung der ersten Rillen gebildet.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Ende eines jeden Tintenkanales 4 mit einem vorbestimmten Abstand von einer Endoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 auf der Tintenstrahlseite beanstandet, das heißt, ein nicht gerillter Abschnitt 3 mit dem vorbestimmten Abstand ist zwischen dem einen Ende eines jeden Tintenkanales 4 und der Endoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 belassen. Jede Strahldüse 10 weist eine Breite kleiner als die eines jeden Tintenkanales 4 und eine Länge länger als die eines jeden nicht gerillten Abschnittes 3 in die Richtung der Erstreckung eines jeden Tintenkanales 4 auf. Jeder Tintenkanal 4 steht nahe seinem einen Ende mit der entsprechenden Strahldüse 10 in Verbindung. Das andere Ende eines jeden Tintenkanales 4 steht mit einem Tintenlieferabschnitt (nicht gezeigt) in Verbindung.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Feldes 1 an den Verbindungsabschnitten zwischen den Tintenkanälen 4 und den Strahldüsen 10. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die piezoelektrische Keramikplatte 2 in Richtung eines Pfeiles 28 polarisiert. Die Tintenkanäle 4 sind aus den parallel angeordneten ersten Rillen gebildet, wobei jede erste Rille eine Breite von 0,1 mm und eine Tiefe von 0,25 mm aufweist.
Die piezoelektrische Keramikplatte 2 weist eine Mehrzahl von Seitenwänden 5 auf, die die Tintenkanäle 4 abgrenzen, wobei jede Seitenwand 5 eine Breite von 0,2 mm aufweist. Die Abdeckplatte 6 weist die Strahldüsen 10 auf, die aus den parallel angeordneten zweiten Rillen gebildet sind, wobei jede zweite Rille eine halbovale Form im Schnitt aufweist und eine Breite von 0,04 mm und eine Tiefe von 0,06 mm aufweist.
Die piezoelektrische Keramikplatte 2 ist aus einem Keramikmaterial mit einer Ferroelektrizität wie Bleititanatzirkonat (PZT) gebildet, wobei die Platte 2 eine Dicke von 0,4 mm aufweist. Die ersten Rillen, die die Tintenkanäle 4 darstellen, sind auf der piezoelektrischen Keramikplatte 2 durch Schleifen wie durch Drehung einer Diamantschneidescheibe oder durch Laserstrahlbearbeitung gebildet. Eine Metallelektrode 7 ist auf der Seitenoberfläche einer jeden ersten Rille gebildet. Die Oberfläche der Metallelektrode 7, die dem Tintenkanal 4 zugewandt ist, ist elektrisch isoliert, damit ein Kurzschluß der Metallelektroden 7 durch die Tinte in den Tintenkanälen 4 vermieden wird. Die Abdeckplatte 6 kann aus dem gleichen Material wie das der piezoelektrischen Keramikplatte 2 oder einem anderen Material wie Borsilikatglas, das sich von dem Material der Platte 2 unterscheidet, sein. Die Abdeckplatte 6 ist nicht polarisiert und weist eine Dicke von 0,2 mm auf. Die zweiten Rillen, die die Strahldüsen darstellen, sind auf der Abdeckplatte 6 durch Schleifen wie durch Drehung einer Diamantschneidescheibe, einer Laserstrahlbearbeitung oder Ätzen gebildet. Die Abdeckplatte 6 wird unter Benutzung eines Epoxidharzes oder eines Klebstoffes mit ähnlichen Biegeeigenschaften mit der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 so verbunden, daß die Strahldüsen 10 teilweise mit den Tintenkanälen 4 in einer Eins-zu-Eins-Beziehung überlappen.
Eine Tröpfchenstrahlvorrichtung 1 weist das Feld 1 und eine Treiberschaltung 99 auf. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Treiberschaltung 99 einen LSI-Chip 16 und eine Taktleitung 18, eine Datenleitung 20, eine Spannungsleitung 22 und eine Masseleitung 24, die mit dem LSI-Chip 16 verbunden sind. Elektroden 7A bis 7G sind ebenfalls einzeln mit dem LSI-Chip 16 verbunden. Tintenkanäle 4A bis 4E sind in eine erste und eine zweite Gruppe nicht benachbart zueinander unterteilt. Die erste und die zweite Gruppe werden aufeinanderfolgend durch kontinuierliche Taktpulse getrieben, die von der Taktleitung 18 zu liefern sind.
Welche der zwei Gruppe, die erste Gruppe oder die zweite Gruppe zu bestätigen ist, wird durch Mehrbitwortdaten bestimmt, die in der Datenleitung 22 erscheinen. Eine Spannung V wird von der Spannungsleitung 22 an die geeigneten Elektroden 7A bis 7 G der Gruppe angelegt, die durch eine Schaltung in dem LSI-Chip 16 ausgewählt wird. Seitenwände 5A bis 5F, die auf den gegenüberliegenden Seiten der Tintenkanäle 4A bis 4E gebildet sind, die oben ausgewählt sind, werden aufgrund des piezoelektrischen Effekte wegen der angelegten Spannung V verformt. Somit werden alle Tintenkanäle 4A bis 4E in einer Gruppe betreibbar gemacht. Die geeigneten Elektroden 7A bis 7 G der anderen Tintenkanäle 4A bis 4E der Gruppe, die für den Betrieb ausgewählt ist, die nicht betrieben werden, werden auf Masse gelegt. Die geeigneten Elektroden 7A bis 7G in den Tintenkanälen 4A bis 4E in der anderen nicht betriebenen Gruppe werden ebenfalls auf Masse gelegt.
Der Betrieb der obigen bevorzugten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, die den Fall darstellt, in dem eine Strahleinheit 34C gemäß den gewünschten Druckdaten ausgewählt wird. In diesem Fall wird die Spannung V von der Spannungsleitung 22 an die Elektrode 7C in dem Tintenkanal 4C angelegt. Die anderen Elektroden 7A, 7B, 7D, 7E, 7F und 7 G werden auf Masse gelegt. Da das elektrische Feld an die Seitenwände 5C und 5D in der Richtung (durch Pfeile P bezeichnet) senkrecht zu der Polarisationsrichtung 28 angelegt wird, werden die Seitenwände 5C und 5D in eine umgekehrte V-Form zu dem Tintenkanal 4C aufgrund des piezoelektrischen Dickenschlupfeffektes verformt, wobei die Verformung durch die flexible Epoxidharzbindung zwischen der Abdeckplatte 6 und den Seitenwänden ermöglicht wird. Folglich wird ein Volumen des Tintenkanales 4C verringert zum Ausspritzen von Tinte in dem Tintenkanal 4C aus der Strahldüse 10C. Wenn das An legen der Spannung gestoppt wird, kehren die Seitenwände 5C und 5D zu ihren ursprünglichen Positionen zurück, so daß das Volumen des Tintenkanales 4C vergrößert wird zum Einführen von Tinte von einem Tintenlieferabschnitt, nicht gezeigt. Ähnlich werden, wenn eine andere Strahleinheit wie die Strahleinheit 34B ausgewählt wird, die Seitenwände 5B und 5C verformt zum Ausspritzen von Tinte in dem Tintenkanal 4B aus der entsprechenden Strahldüse 10B.
Die oben erwähnte bevorzugte Ausführungsform ist nicht begrenzend, aber verschiedene Modifikationen können gemacht werden, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Zum Beispiel wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 7 beschrieben, in denen die gleichen oder entsprechenden Teile, wie sie in den Fig. 1 und 2 gefunden werden, mit den gleichen Bezugszeichen zur Erleichterung der Erläuterung bezeichnet werden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 5, die eine perspektivische Ansicht eines Feldes 1 ist, wobei das Feld 1 allgemein aus einer piezoelektrischen Keramikplatte 2 und einer Abdeckplatte 6 benachbart zu einer oberen Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 aufgebaut ist. Die piezoelektrische Keramikplatte 2 weist eine Mehrzahl von Tintenkanälen 4 auf, die aus einer Mehrzahl von parallel angeordneten ersten Rillen gebildet sind. Die Abdeckplatte 6 weist eine Mehrzahl von Strahldüsen 10 auf, die aus einer Mehrzahl von parallel angeordneten zweiten Rillen gebildet sind. Die zweiten Rillen sind in einer Eins-zu-Eins- Beziehung zu den ersten Rillen gebildet. Ein Paar von elastischen Federn 14, die aus Gummi oder ähnlichem gebildet sind, sind an einem Ende davon an einer oberen Oberfläche der Abdeckplatte 6 durch Stifte 32 befestigt und an dem anderen Ende an einer unteren Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 befestigt. Eine Nocke 12 ist drehbar hinter der Abdeckplatte 6 vorgesehen. Die Nocke 12 berührt normalerweise die hintere Endoberfläche der Abdeckplatte 6 in dem Zustand, in dem eine kurze Achse der Nocke 12 in der Längsrichtung der Tintenkanäle 4 orientiert ist. Die Nocke 12 wird durch einen Motor M gedreht.
Der Grundaufbau und der Druckbetrieb der Tröpfchenstrahlvorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist im wesentlichen der gleiche wie der der ersten in Fig. 1 bis 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform. Da dieses so ist, wird eine detaillierte Erläuterung dieses Betriebes weggelassen.
Bei dem Feld 1 jedoch, das die Tröpfchenstrahlvorrichtung der zweiten bevorzugten Ausführungsform aufweist, wird, wenn kein Drucken ausgeführt wird, die Nocke 12 zu der in Fig. 6 gezeigten Position gedreht, in der eine längere Achse der Nocke 12 in der Längsrichtung der Tintenkanäle 4 orientiert ist. Als Resultat wird die Abdeckplatte 6 durch die Nocke 12 so gedrückt, daß sie nach vorn in der Längsrichtung der Tintenkanäle 4 um einen Abstand gleitet, der mehr als einen Unterschied zwischen der Länge einer jeden zweiten Rille, die jede Strahldüse 10 bildet, und der Länge eines jeden Nichtrillenabschnittes 3 der piezoelektrischen Keramikplatte 2, das heißt mehr als den Abstand, um den sich die Rillen, die die Strahldüsen 10 bilden, über die Tintenkanäle 4 erstrecken. Zur gleichen Zeit werden die elastischen Federn 14 in einer Scherweise zum Speichern elastischer Energie verformt. In diesem Zustand steht jede Strahldüse 10 nicht mit ihrem entsprechendem Tintenkanal 4 in Verbindung, wie in Fig. 7 gezeigt ist, wodurch der Kontakt der Tinte in den Tintenkanälen 4 mit der Außenluft zum Verhindern des Trocknens der Tinte abgeschnitten ist. Wenn das Drucken ausgeführt wird, wird die Nocke 12 zu ihrer ursprünglichen Position gedreht, die elastischen Federn 14 geben die elastische darin gespeichert Energie durch Zurückkehren zu ursprünglichen Form frei. Folglich kehrt die Abdeckplatte 6 zu ihrer in Fig. 5 gezeigten ursprünglichen Position zurück, so daß die Strahldüsen 10 in Verbindung mit den entsprechenden Tintenkanälen 4 gebracht werden.
Im Vergleich mit der in Fig. 11 gezeigten herkömmlichen Tröpfchenstrahlvorrichtung benötigt die Tröpfchenstrahlvorrichtung gemäß der Erfindung die Düsenplatte 70 mit den Strahldüsen 71 und der Kappe 80 nicht. Folglich kann die Zahl der Teile und der Verbindungsschritte verringert werden, wodurch die Herstellungskosten verringert werden. Weiter trat ein Verstopfen der Tintenkanäle oft bei dem Verbindungsschritt auf, wodurch ein Nichtdruckzustand für jene Kanäle erzeugt wurde. Dieses Problem wird gelöst, wodurch der Druck und die Zuverlässigkeit verbessert werden.
Es ist anzumerken, daß die obige zweite bevorzugte Ausführungsform ebenfalls nicht begrenzend ist, sondern, daß verschiedene Modifikationen durchgeführt werden könne, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Zum Beispiel kann die Platte mit den Tintenkanälen aus einem nicht-piezoelektrischen Material gebildet werden und die Abdeckplatte mit den Strahldüsen kann aus piezoelektrischen Keramiken gebildet werden, die ausgelegt sind, daß sie durch einen vertikalen piezoelektrischen Effekt zu bilden sind. Weiter kann ein Elektrowärmemeßaufnehmerelement als das Druckerzeugungsteil benutzt werden. Entsprechend ist die Gleitrichtung der Abdeckplatte relativ zu der piezoelektrischen Keramikplatte nicht auf die Längsrichtung der Tintenkanäle begrenzt, sondern sie kann in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Tintenkanäle erfolgen. Die relative Gleitrichtung ist optional, da die Funktion, die sie vorsieht, wichtig ist, daß der Kontakt zwischen der Tinte und der Außenluft abgeschnitten werden kann.
Zusätzliche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 beschrieben.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 8, ein Herstellungsverfahren für eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben. Eine in der Richtung eines Pfeiles 28 polarisierte piezoelektrische Keramikplatte 102 wird durch Schleifen wie durch Drehen einer Diamantschneidescheibe oder durch Laserstrahlbearbeitung bearbeitet zum Bilden einer Mehrzahl von ersten Rillen 104, die jeweils einen Tintenkanal darstellen, und einer Mehrzahl von zweiten Rillen 110, die entsprechend die ersten Rillen 104 fortsetzen. Die zweiten Rillen 110 sind auf der Tintenstrahlseite der piezoelektrischen Keramikplatte 102 gebildet. Die zweiten Rillen 110 weisen eine Tiefe kleiner als die der ersten Rillen 104 auf. In dem Fall des Schleifens unter Benutzung der Diamantschneidescheibe können die zweiten Rillen 110 leicht durch Aufwärtsbewegen der Diamantschneidescheibe nahe der Endoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 102 gebildet werden. In dem Fall der Laserstrahlbearbeitung können die zweiten Rillen 110 leicht durch Verringern der Laserleistung nahe der Endoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 102 gebildet werden. Eine Metallelektrode 107 zum Anlegen eines elektrischen Treiberfeldes an den piezoelektrischen Meßaufnehmer ist auf der Oberfläche einer jeden ersten Rille 104 durch Sputtern oder ähnliches gebildet. Eine Abdeckplatte 106 ist mit einer oberen Oberfläche 102A der piezoelektrischen Keramikplatte 102 auf der Seite der ersten und zweiten Rillen 104, 110 verbunden.
Im Betrieb, wenn die Seitenwände 105A und 105B zum Beispiel des piezoelektrischen Meßaufnehmers durch Anlegen eines elektrischen Treiberfeldes an die entsprechenden Metallelektroden verformt werden, wird ein Volumen der ersten Rille 104, die zwischen den Seitenwänden 105A und 105B abgegrenzt ist, geändert, so daß Tinte aus der entsprechenden zweiten Rille 110 ausgespritzt wird.
Die oben erwähnte Ausführungsform von Fig. 8 ist nicht begrenzend, sondern verschiedene Modifikationen können durchgeführt werden, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Zum Beispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 eine vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der die gleichen oder ent sprechende Teile, wie sie in Fig. 8 gefunden werden, mit den gleichen Bezugszeichen zur Erleichterung der Erläuterung bezeichnet werden.
Eine in der Richtung eines Pfeiles 28 polarisierte piezoelektrische Keramikplatte 102 wird durch Schleifen wie durch Drehen einer Diamantschneidescheibe oder einer Laserstrahlbearbeitung zum Bilden einer Mehrzahl von ersten Rillen 104 bearbeitet, die jeweils den Tintenkanal darstellen. Die ersten Rillen 104 sind so gebildet, daß sie eine Endoberfläche 102B der piezoelektrischen Keramikplatte 102 auf der Tintenstrahlseite nicht erreichen. Eine Mehrzahl von zweiten Rillen 110 ist so gebildet, daß sie sich von den ersten Rillen 104 so fortsetzen, daß sie die Endoberfläche 102B erreichen. Die zweiten Rillen 110 weisen eine Querschnittsfläche kleiner als die der ersten Rillen 104 auf. Eine Metallelektrode 107 zum Anlegen eines elektrischen Treiberfeldes an den piezoelektrischen Meßaufnehmer ist auf der Oberfläche einer jeden ersten Rille 104 durch Sputtern oder ähnliches gebildet. Eine Abdeckplatte 105 ist mit einer oberen Oberfläche 102A der piezoelektrischen Keramikplatte 102 auf der Seite der ersten und zweiten Rillen 104, 110 verbunden.
Wiederum, bei der Tröpfchenstrahlvorrichtung der dritten und vierten bevorzugten Ausführungsform ist es nicht notwendig, wie oben erwähnte wurde, eine Düsenplatte mit der Endoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte auf der Tintenstrahlseite zu verbinden, wodurch die Zahl der Teile und der Herstellungsschritte verringert wird und folglich die Herstellungskosten verringert werden. Da weiter kein Schritt des Verbindens der Düsenplatte benötigt wird, wird die zugehörige Temperaturerhöhung des piezoelektrischen Meßaufnehmers und die Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaften der Elemente aufgrund der Temperaturzunahme vermieden.
Obwohl die Bildung der Tintenkanäle durch Verbinden der Abdeckplatte 106 mit der piezoelektrischen Keramikplatte 102 bei den obigen bevorzugten Ausführungsformen bewirkt wird, kann sie durch Verbinden zweier piezoelektrischer Keramikplatten mit der gleichen Form bewirkt werden.

Claims

1. Tröpfchenstrahlvorrichtung mit einer Mehrzahl von Strahleinheiten zum Ausspritzen von Tinte, wobei jede Strahleinheit aufweist:

eine piezoelektrische Keramikplatte (2) mit einer Düsenendoberfläche;

mindestens ein Paar von Seitenwänden, die durch einen piezoelektrischen Meßaufnehmer gebildet sind, der auf der piezoelektrischen Keramikplatte angebracht ist, wobei das Paar von Seitenwänden einen Tintenkanal (4) abgrenzt, der ein Ende in einem Abstand von der Düsenendoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte aufweist;

eine Abdeckplatte (6), die auf den Seitenwänden angebracht ist; und

eine Strahldüse (10), die auf einer der Abdeckplatte und der piezoelektrischen Keramikplatte gebildet ist, wobei die Strahldüse mit dem Tintenkanal in Verbindung steht;

dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenoberfläche kontinuierlich schräg mit einem Winkel relativ zu der Düsenachse abfällt, der von einem Wert von 180º zu der Strahldüse derart abnimmt, daß die Schräge der Bodenoberfläche noch einen stumpfen Winkel mit der Düsenachse an der Strahldüse bildet.

2. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Strahldüse eine Querschnittsfläche kleiner als eine Querschnittsfläche des Tintenkanales aufweist.

3. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Abdeckplatte (6) einen Strahlkanal (10) aufweist, der die Strahldüse aufweist.

4. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter mit einem Strahlkanal (110) in der Basisplatte (2), der den Tintenkanal mit der Düsenendoberfläche verbindet, wobei der Strahlkanal die Strahldüse aufweist.

5. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter mit Elektroden (7), die auf beiden Seitenoberflächen der Seitenwände gebildet sind.

6. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, weiter mit einem Treibermittel (16) zum Anlegen einer Spannung an die Elektroden.

7. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der mindestens ein Paar der Seitenwände ein Teil der Basisplatte (2) ist.

8. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Basisplatte eine Rille (4) aufweist, die den Tintenkanal aufweist.

9. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der eine Mehrzahl der Tintenkanäle (4) in einer einzelnen piezoelektrischen Keramikplatte (2) gebildet ist und eine Mehrzahl von Strahldüsen (10), die entsprechend mit den Tintenkanälen der piezoelektrischen Keramikplatte in Verbindung stehen, in einer einzelnen Abdeckplatte (6) gebildet ist.

10. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Abdeckplatte mit der piezoelektrischen Keramikplatte durch ein Klebematerial verbunden ist.

11. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter mit einem Versetzungsmittel (12, M) zum Versetzen der Abdeckplatte zum Unterbrechen der Verbindung zwischen dem Tintenkanal und dem Strahlkanal.

12. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Abdeckplatte zwischen einer Betriebsposition, an der jede Strahldüse mit jedem Tintenkanal in Verbindung steht, und einer Ruheposition, an der jede Strahldüse nicht mit dem Tintenkanal zum Verhindern von Kontakt mit Tinte von Außenluft in Verbindung steht, versetzbar ist.

13. Tröpfchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der das Versetzungsmittel weiter aufweist: ein Rückführmittel (14) zum Zurückführen der Abdeckplatte zu einer Betriebsposition während Drucktätigkeiten.