DE69410503T2

DE69410503T2 - Tintenstrahlgerät

Info

Publication number: DE69410503T2
Application number: DE69410503T
Authority: DE
Inventors: Manabu C/O Brother Kogyo K. K. Nagoya-Shi Aichi-Ken Yoshimura
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2014-02-11
Also published as: EP0612620A3; EP0612620A2; DE69410503D1; EP0612620B1; US5971528A; JPH06246916A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Tintenstrahlgerät mit einer piezoelektrischen Keramikanordnung mit Tintenkanälen, die durch Wände getrennt sind und mit Tinte gefüllt sind. Die Wände der Tintenkanäle werden selektiv durch den piezoelektrischen Effekt zum Variieren der Volumen der Kanäle so deformiert, daß Tinte darin durch die Düsen ausgespritzt wird, die jenen Kanälen entsprechen.
Der obige Typ eines Tintenstrahlgerätes ist herkömmlicherweise in Tintenstrahidruckern benutzt worden, wie sie in der EP 0364136A und der EP 0513971A beschrieben sind, auf denen der Oberbegriff des beigefügten Anspruches 1 beruht. Ein erstes Beispiel eines typischen Tintenstrahlgerätes des Standes der Technik wird unten unter Bezugnahme auf Figur 6 erläutert. In Figur 6 ist jede Tintenkammer 70 durch ein Gehäuse 72 einschließlich Seitenwänden 74 gebildet, die mit piezoelektrischen Keramikvorrichtungen 76 ausgerüstet sind. Elektroden 77 sind auf beiden Seiten einer jeden mit piezoelektrischen Keramikvorrichtung 76 vorgesehen und mit einer Treiberschaltung 79 verbunden.
Wenn die Treiberschaltungen 79 eine Treiberspannung an die Elektroden 77 anlegt, wird die daran angebrachte piezoelektrischen Keramikvorrichtung 76 entsprechend deformiert. Wenn die piezoelektrischen Keramikvorrichtung 76 deformiert wird, wird die Seitenwand 74 in die durch die gestrichelte Linie in Figur 6 gezeigte Form deformiert, wodurch das Volumen der Tintenkammer 70 verringert wird. Die Verringerung des Volumens der Tintenkammer 70 verursacht, daß Tinte darin als ein Tintentröpfchen 80 durch eine Düse 82 ausgespritzt wird.
Wenn danach die Treiberspannung entfernt wird, kehrt die mit piezoelektrischen Keramikvorrichtung 76 zu ihrer ursprünglichen Form zurück und vergrößert somit das Volumen der Tintenkammer 70. Die Vergrößerung des Volumens der Tintenkammer 70 führt zusätzliche Tinte dahinein durch eine Tintenleitung 84 ein. Typischerweise weisen Tintenstrahldrucker eine Vielzahl von Tintenkammern 70 auf, wenn sie hergestellt werden.
Ein zweites Beispiel eines typischen Tinüenstrahlgerätes nach dem Stand der Technik wird unten unter Bezugnahme auf Figur 7 erläutert. In Figur 7 weist ein Tintenstrahldruckkopf 1 eine mit piezoelektrische Keramikplatte 2, eine Abdeckplatte 3, eine Düsenplatte 31 und ein Substrat 41.
Die piezoelektrische Kanalplatte 2 weist eine Mehrzahl von Rillen 8 auf. Seitenwände 11, die die Rillen 8 abgrenzen, sind in der durch einen Pfeil 5 gezeigten Richtung polarisiert. Die RillenB sind von gleichförmiger Tiefe und parallel zueinander. Die Rillen 8 werden allmählich flacher, wenn sie sich einer Kante 15 der piezoelektrischen Keramikplatte 2 nähern. Nahe der Kante 15 verschmelzen sich die Rillen 8 mit flachen Rillen 16. Innerhalb der Rillen 8 ist die obere Hälfte einer jeden der Seitenwände 11 mit einer Metallelektrode 15 bedeckt, die darauf durch Sputtern oder durch andere geeignete Vorgänge gebildet ist. Innerhalb der flachen Rillen 16 sind die gesamten Seitenwände und die Böden mit Metallelektroden 9 bedeckt, die durch Sputtern oder durch andere geeignete Vorgänge abgeschieden sind. Bei dieser Anordnung sind die auf beiden Seiten einer jeden Rille 8 gebildeten Metallelektroden elektrisch mit den über den flachen Rillen 16 vorgesehenen Metallelektroden 9 verbunden.
Die Abdeckplatte 3 ist aus Keramik oder Kunststoffharz gemacht. Auf der Abdeckplatte 3 sind Tinteneinlaßöffnungen 21 und Verteilerleitungen 22 durch Schleifen oder durch Schneiden gebildet. Die Seite der piezoelektrischen Keramikplatte 2, die die darauf gebildeten Rillen 8 aufweist, ist mit der Seite der Abdeckplatte 3, die die darauf gearbeiteten Verteilerleitungen 22 aufweist, unter Benutzung eines Epoxyharzklebstoffes oder ähnliches verbunden. Indem die Oberseite der Rillen 8 auf diese Weise mit der Platte 3 bedeckt ist, wird eine Mehrzahl von Tintenkanälen 12 gebildet (Figur 9), die quer in einem Abstand voneinander in dem Tintenstrahldruckkopf 1 angeordnet sind. Jeder Tintenkanal 12 weist einen rechteckigen Querschnitt auf und ist lang und schmal in der Form. Alle Tintenkanäle 12 sind während des Betriebes mit Tinte gefüllt.
Die Düsenplatte 31 ist an einem Ende der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 3 angebracht. Die Düsenplatte 31 weist Düsen 32 auf, die an Positionen entsprechend den Tintenkanälen 12 gebildet sind. Die Düsenplatte 31 ist aus Kunststoff wie Polyalkylen (z.B. Ethylen), Terephthalat, Polyimid, Polyetherimid, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polycarbonat oder Celluloseacetat gemacht.
Ein Substrat 41 ist unter Benutzung eines Epoxyharzklebstoffes oder ähnliches mit der Oberfläche gegenüber der Seite der piezoelektrischen Keramikplatte 2 mit den Rillen 8 verbunden. Das Substrat 41 weist leitende Schichtmuster 42 entsprechend den Positionen der Tintenkanäle 12 auf. Die Metallelektroden 9 an den Böden der flachen parallelen Rillen 16 sind mit den leitenden Schichtmustern 42 durch Leiter 43 verbunden, die durch Drahtbonden abgeschieden sind.
Der Steuerabschnitt des Gerätes nach dem Stand der Technik wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben, die ein schematisches Schaubild des Steuerabschnittes ist. Jedes der leitenden Schichtmuster 42 auf dem Substrat 41 ist individuell mit einem LSI-Chip 51 verbunden. Ebenfalls sind eine Taktleitung 52, eine Datenleitung 53, eine Spannungsleitung 54 und eine Masseleitung 55 mit dem LSI-Chip 51 verbunden. Indem sie mit kontinuierlichen Taktpulsen durch die Taktleitung 52 als auch mit Daten von der Datenleitung 53 versehen wird, entscheidet der LSI-Chip 51, durch welche der Düsen 32 Tintentröpfchen auszuspritzen sind. Auf der Grundlage seiner Entscheidung legt der LSI-Chip 51 selektiv die Spannung V der Spannungsleitung 54 an die mit den Metallelektroden 13 verbundenen leitenden Schichtmuster 42 an, die zu den Zieltintenkanälen 12 gehören. Der LSI-Chip 51 legt auch eine Nullspannung der Masseleitung 55 an jene leitenden Schichtmuster 42 an, die mit Metallelektroden 13 verbunden sind, die mit Tintenkanälen 12 verknüpft sind, die nicht zum Ausspritzen ausgewählt sind.
Der Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes 1 wird unter Bezugnahme auf Figuren 9 und 10 beschrieben. Es sei angenommen, daß unter Versorgung mit geeigneten Daten der LSI-Chip 51 entscheidet, daß ein Tintentröpfchen aus einem Tintenkanal 12b auszuspritzen ist. Dann wird eine positive Treiberspannung V an die Metallelektroden 13e und 13f angelegt, während die Metallelektroden 13d und 13g mit Masse verbunden werden. Dieses entwickelt ein elektrisches Treiberfeld in einer Seitenwand 11b in der Richtung eines Pfeiles 14b und ein anderes elektrisches Treiberfeld in einer Seitenwand 11c in der Richtung eines Pfeiles 14c wie in Figur 10 dargestellt ist. Da die Richtungen 14b und 14c der elektrischen Treiberfelder senkrecht zu der Richtung der Polarisation 4 ist, werden die Seitenwände 11b und 11c schnell zu der Innenseite der Tintenkammer 12b aufgrund des piezoelektrischen Dickenschlupfeffektes deformiert. Die Seitenwanddeformation verringert das Volumen des Tintenkanales 12b und hebt schnell den Tintendruck darin an. Die resultierende Druckwelle bewirkt, daß ein Tintentröpfchen durch die Düse 32 (Figur 7) ausgespritzt wird, die mit dem Tintenkanal 12b verbunden ist.
Ein Nachteil des Tintenstrahlgerätes nach dem Stand der Technik ist es, daß die Düse 32 innerhalb eines jeden Tintenkanales 12 angeordnet ist, d.h. die Position der Düse 32 ist nicht relativ zu dem Tintenkanal 12 definitiv fixiert. Die Mittelpositionen der Düsen 32 kann mit den Mitten der Tintenkanäle 12 ausgerichtet sein oder nicht. Die Flußrate der Tinte in der Mitte eines jeden Tintenkanales 12 kann sich von der Flußrate außerhalb seiner Mitte unterscheiden. Die Unterschiede der Flußrate können sich in verschiedene Strahlgeschwindigkeiten der Tintentröpfchen von den Düsen übersetzen, wodurch die Druckgeschwindigkeit sich von einem Tintenstrahldruckkopf 1 zu dem nächsten unterscheidet. Solche Geschwindigkeitsdiskrepanzen können bewirken, daß der Tintenstrahldruckkopf 1 nicht für eine Massenprodukt fähig ist.
Bei demselben Tintenstrahldruckkopf 1 können die Mittelpositionen der individuellen Düsen 32 mit den Mitten der entsprechenden Tintenkanälen 12 ausgerichtet sein oder nicht. Das bedeutet, daß die Ausspritzgeschwindigkeit der Tintentröpfchen von einer Düse zur anderen Düse 32 in den gleichen Tintenkopf unterschiedlich ist. Die Strahlgeschwindigkeitsdiskrepanzen können zu einer deutlichen Verschlechterung der Druckqualität bei dem Tintenstrahldruckkopf 1 führen. In manchen Fällen funktioniert der Druckkopf überhaupt nicht. Als Resultat kann es viele fehlerhafte Druckköpfe geben, wenn die Druckköpfe in Massenproduktion hergestellt werden.
Bei dem Tintenstrahlgerät nach dem Stand der Technik wird angenommen, daß die Düsen 32 die Tintentröpfchen in stabileren Mengen und mit stabileren Geschwindigkeiten ausspritzen, wenn sie sich zu der Tintenstrahlseite von der Tintenkanalseite zunehmend verjüngern (d.h. angeschrägt), als wenn sie anders geformt sind (d.h. sich allmählich zu der Tintenstrahlseite von der Tintenkanalseite erweitern oder gerade gebohrt sind, so daß sie den gleichen Durchmesser sowohl an der Tintenstrahiseite als auch an der Tintenkanalseite aufweisen). Herkömmlicherweise gibt es jedoch kein fest bestimmtes Verhältnis der Querschnittsfläche der Düse auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Tintenkanalseite. Das Verhältnis kann unverhältnismäßig groß in einem Tintenstrahlkopf und ausgesprochen klein in einem anderen sein. Als Resultat kann die Strahlgeschwindigkeit der Tintentröpfchen und somit die Druckgeschwindigkeit von einem Tintenstrahldruckkopf 1 zu einem anderen variieren. Solche Geschwindigkeitsdiskrepanzen können zu einer Verschlechterung der Druckqualität bei den Tintenstrahldruckköpfen führen, was sie nicht geeignet für eine Massenproduktion macht.
Bei demselben Tintenstrahldruckkopf 1 kann das Verhältnis der Querschnittsfläche der Düse auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Tintenkanalseite signifikant von einer individuellen Düse zu einer anderen variieren. Dieses bedeutet, daß die Strahlgeschwindigkeit der Tintentröpfchen von Düse zu Düse bei dem gleichen Druckkopf variieren kann. Die Strahlgeschwindigkeitsdiskrepanzen können zu einer deutlichen Verschlechterung der Druckqualität bei dem Tintenstrahldruckkopf 1 führen. In manchen Fällen funktioniert der Druckkopf überhaupt nicht. Als Resultat kann es viele fehlerhafte Tintendruckköpfe geben, wenn die Druckköpfe durch Massenproduktion hergestellt werden.
Weiter gibt es bei dem Tintenstrahlgerät nach dem Stand der Technik keinen eindeutig bestimmten Anschrägungswinkel θ, mit dem sich der Durchmesser der Düse 32 zunehmend von der Tintenkanalseite zu der Tintenstrahlseite verjüngt. Der Anschrägungswinkel kann überverhältnismäßig groß in einem Tintenstrahldruckkopf und außergewöhnlich klein in einem anderen sein. Als Resultat kann die Strahlgeschwindigkeit der Tintentröpfchen und somit die Druckgeschwindigkeit von einem Tintenstrahldruckkopf 1 zu einem anderen variieren. Solche Geschwindigkeitsdiskrepanzen können zu einer Verschlechterung der Druckqualität bei den Tintenstrahldruckköpfen führen, was sie ungeeignet für Massenproduktion macht.
Bei demselben Tintenstrahldruckkopf 1 kann der Düsenanschrägwinkel signifikant von einer individuellen Düse zu einer anderen Düse 32 variieren. Das bedeutet, daß die Strahlgeschwindigkeit der Tintentröpfchen von Düse zu Düse 32 bei dem gleichen Druckkopf variieren kann. Die Geschwindigkeitsdiskrepanzen können zu einer deutlichen Verschlechterung der Druck-qualität bei dem Tintenstrahldruckkopf 1 führen. In manchen Fällen funktioniert der Druckkopf überhaupt nicht. Als Resultat kann es viele fehlerhafte Tintendruckköpfe geben, wenn die Druckköpfe durch Massenproduktion hergestellt werden.
Bei den Tintenstrahlgeräten muß die minimale Querschnittsfläche der Düsen 32 größer als die maximale projizierte Fläche von festen Tintenteilchen zum Sicherstellen einer guten Tintenstrahlleitung sein. Herkömmlicherweise gibt es jedoch kein fest bestimmtes Verhältnis der minimalen Querschnittsfläche der Düse zu der maximalen projizierten Fläche der festen Tintenteilchen. Während es ein kleines Problem gibt, wenn die Querschnittsfläche der Düsen auf ihrer Tintenstrahlseite ausreichend groß im Vergleich mit der maximalen projizierten Fläche der festen Tintenteilchen ist, kann eine unzureichende Querschnittsfläche der Düsen die Strahlgeschwindigkeit der Tinten aufgrund der Reibung zwischen den Düsen und den festen Tintenteilchen ändern. Die variierenden Strahlgeschwindigkeiten können ebenfalls die Druckgeschwindigkeit von einem Tintenstrahldruckkopf 1 zu einem anderen variieren. Solche Geschwindigkeitsdiskrepanzen können zu einer Verschlechterung der Druckqualität bei den Tintenstrahldruckköpfen führen, was sie ungeeignet für Massenproduktion macht.
Bei demselben Tintenstrahldruckkopf 1 können einige Düsen 32 unzureichende Querschnittsflächen im Vergleich mit der maximalen projizierten Fläche der festen Tintenteilchen aufweisen, während andere ausreichende Querschnittsflächen aufweisen. Das bedeutet, daß die Strahlgeschwindigkeit von Tintentröpfchen von einer individuellen Düse 32 zu einer anderen in dem gleichen Druckkopf variieren kann. Die Geschwindigkeitsdiskrepanzen können zu schwerwiegenden Verschlechterungen der Druckqualität bei dem Tintenstrahldruckkopf 1 führen. In manchen Fällen funktioniert der Druckkopf überhaupt nicht. Als Resultat kann es viele fehlerhafte Tintendruckköpfe geben, wenn die Druckköpfe durch Massenproduktion hergestellt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen und andere Fehler und Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Tintenstrahlgerät vorzusehen, das eine verbesserte Druckqualität anbietet und hochgradig für Massenproduktion geeignet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Tintenstrahlgerät vorgesehen, das Tinte enthält, mit:
einer piezoelektrischen Kanalplatte mit einer Mehrzahl von beabstandeten Seitenwänden darin und auf jeder Seitenwand vorgesehenen Elektroden;
einer mit der Kanalplatte verbundenen Abdeckplatte, wobei die Abdeckplatte und die Seitenwände Tintenkammern für die Tinte abgrenzen und die Tintenkammern auf das Anlegen einer Spannung an die Elektroden ausdehnbar und zusammenziehbar sind;
einer mit der Kanalplatte und der Abdeckplatte verbundenen Düsenplatte mit Düsen darin, die mit den Tintenkammern ausgerichtet sind, wobei jede Düse eine minimale Querschnittsfläche aufweist;
dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Querschnittsfläche einer jeden der Düsen mindestens viermal so groß wie eine maximale projizierte Fläche der festen Tintenteilchen der Tinte ist.
Bevorzugt wird der Mittelposition einer jeden der Düse ermöglicht, von der Mitte zwischen einer Wand des entsprechenden Tintenkanales und der Wand gegenüber dazu um den halben Abstand zwischen den zwei Wänden minus dem halben Durchmesser der Düse innerhalb jeden halben Abstandes des Kanales abzuweichen.
Bei einem bevorzugten Aufbau gemäß der Erfindung sind die Düsen auf einer Düsenplatte vorgesehen, die so positioniert ist, daß die Düsen den Tintenkanälen entsprechen.
Bevorzugt liegt der Anschrägungswinkel θ, um den sich der Durchmesser einer jeden der Düsen zunehmend von der Tintenkanalseite zu der Tintenstrahlseite verjüngt, in dem Bereich von 5º bis 30º.
Im Betrieb nimmt die Strahgeschwindigkeit von Tintentröpfchen signifikant bei einem Tintenstrahlgerät in jedem der vier folgenden Fälle zu. Zuerst nimmt die Strahlgeschwindigkeit der Tintentröpfchen zu, wenn die Mittelposition einer jeden der Düsen von der Mitte zwischen einer Wand des entsprechenden Tintenkanales und der anderen Wand gegenüber dazu um den halben Abstand zwischen den zwei Wänden minus der Hälfte des Durchmessers der Düse innerhalb des halben Abstandes abweichen kann. Weiter nimmt die Strahlgeschwindigkeit von Tintentröpfchen zu, wenn die minimale Querschnittsfläche einer jeden der Düsen mindestens vier mal der maximalen projizierten Fläche der festen Tintenteilchen beträgt. Weiter nimmt die Strahlgeschwindigkeit von Tintentröpfchen zu, wenn der Anschrägungswinkel θ, um den sich der Durchmesser einer jeden der Düsen zunehmend von der Tintenkanalseite zu der Tintenstrahlseite verjüngt, in dem Bereich von 5º bis 30º liegt.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ersichtlicher nach einem Lesen der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine teilweise vergrößerte geschnittene Vorderansicht, die zeigt, wo die Mitte einer jeden Düse in einem Tintenstrahlgerät angeordnet ist, das die Erfindung ausführt;
Figur 2 ist ein Diagramm, daß typische Beziehungen zwischen der Düsenmittelposition und der Tintenstrahlgeschwindigkeit in Zusammenhang mit der Ausführungsform darstellt;
Figur 3 ist ein Diagramm, das typische Beziehungen zwischen dem Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Tintenkanalseite auf einer Seite und der Tintenstrahlgeschwindigkeit andererseits in Zusammenhang mit der Ausführungsform darstellt;
Figur 4(A) ist eine teilweise Seitenschnittansicht, die den Düsenanschrägungswinkel in der bevorzugten Ausführungsform darstellt;
Figur 4(B) ist ein Diagramm, das typische Beziehungen zwischen den Düsenanschrägungswinkel und der Tintenstrahlgeschwindigkeit in Zusammenhang mit der Ausführungsform darstellt;
Figur 5 ist ein Diagramm, das typische Beziehungen zwischen dem Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse auf der Tintenstrahlseite zu der maximalen projizierten Fläche der festen Tintenteilchen einerseits und der Tintestrahlgeschwindigkeit andererseits im Zusammenhang mit der Ausführungsform aufzeigt;
Figur 6 ist eine Teilquerschnittsansicht des ersten Beispieles eines typischen Tintenstrahlgerätes des Standes der Technik;
Figur 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht des zweiten Beispieles eines typischen Tintenstrahlgerätes des Standes der Technik;
Figur 8 ist eine schematische Darstellung des Steuerabschnittes eines Tintenstrahldruckkopfes in dem zweiten Beispiel des Standes der Technik;
Figur 9 ist eine vordere Querschnittsansicht des Tintenstrahldruckkopfes in dem zweiten Beispiel des Standes der Technik; und
Figur 10 ist eine vordere Querschnittsansicht, die den Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes in dem zweiten Beispiel des Standes der Technik zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Der grundsätzliche Aufbau und Betrieb der Ausführungsformen sind die gleichen wie jene des zweiten Beispieles des Standes der Technik und werden nicht weiter erörtert.
Zuerst wird beschrieben, wo die Mitte einer jeden Düse 32 in bezug auf den entsprechenden Tintenkanal 12 anzuordnen ist. Beim Entwickeln des Gerätes maß der Erfinder die Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen, während die Mittelpositionen der Düse 32 relativ zu dem Tintenkanal 12 variiert wurde. Insbesondere wurde von einer Stroboskoplichtvorrichtung Licht mit verschiedenen Intervallen so emittiert, daß die ausgespritzten Tintentröpfchen mit den Lichtemissionen synchronisiert sind. Die Lichtemissionsintervalle in Synchronisation mit den ausgespritzten Tintentröpfchen wurden gemessen und in Strahlgeschwindigkeiten der Tintentröpfchen übersetzt. Figur 2 zeigt typische Beziehungen zwischen der Position der Mitte einer jeden Düse 32 und der auf die obige Weise gemessenen Tintenstrahlgeschwindigkeiten.
Figur 2 zeichnet Messungen von zwei Fällen, einer, in dem der Durchmesser D1 der Düse 32 3oum betrug, und der andere, in dem der Durchmesser D2 der Düse 32 45um betrug. Die zwei Fälle teilten den gleichen Aufbau, bei dem die Länge L zwischen zwei Seitenwänden 11 (d.h. Breite des Tintenkanales 12) 90um betrug, und die Höhe der Wände betrug 3ooum. Die Mitte der Düse 32 war 300 um hoch. Während der Messung der Tintenstrahlgeschwindigkeiten unter Benutzung des obigen Aufbaues wurde die Mitte der Düse 32 von der Mitte zwischen einer Seitenwand 11 des Tintenkanales 12 und der anderen Seitenwand gegenüber dazu in Einheiten von 7,5um, d.h. 1/12 des Abstandes zwischen den zwei Seitenwänden wegbewegt.
Wie in Figur 2 gezeigt ist, waren, wenn der Durchmesser D1 der Düse 32 gleich 30um war, die gemessenen Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen am höchsten und relativ stabil, wenn die Mitte der Düse 32 von der Zwischenwandmitte innerhalb eines Bereiches von 15,0um bis 75,0um von einer Seite wegbewegt war. Wenn der Durchmesser D2 der Düse 32 gleich 45um war, waren die gemessenen Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen am höchsten und relativ stabil, wenn die Mitte der Düse 32 von der Zwischenwandmitte innerhalb eines Bereiches von 22,5um bis 67,5um von einer Seitenwand wegbewegt war.
Es folgt in allgemeineren Ausdrücken, daß die Strahlgeschwindigkeit von Tintentröpfchen am höchsten und relativ stabil ist, wenn der Mitte der Düse 32 ermöglicht wird, daß sie von der Mitte der zwei benachbarten Seitenwänden 11 um den halben Abstand zwischen den zwei Wänden minus dem halben Durchmesser D der Düse 32 innerhalb eines jeden halben Abstandes des Kanales abweichen kann.
Obwohl es nicht gezeigt ist, wurde die Höhe der Mitte der Düse 32 von dem Kanalboden ebenfalls variiert, während die Düsenmitte von der Zwischenwandmitte in Einheiten von 7,5um zum Messen der Tintenstrahlgeschwindigkeiten bewegt wurde. Der erhaltene Trend war der gleiche wie der Effekt, bei dem die Mitte der Düse 32 in der Höhe unverändert blieb. Das heißt, die Mittenposition der Düse 32 in bezug auf den Tintenkanal 12 wurde nicht dadurch beeinflußt, wie hoch oder wie niedrig die Düse 32 relativ zu dem Kanalboden angeordnet war. Bei anderen Experimenten verwendete der Erfinder andere Durchmesser D der Düse 32 zum Messen der Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen, während die Düsenmittenposition quer zwischen den zwei benachbarten Seitenwänden 11 als auch vertikal innerhalb des Tintenkanales 12 variiert wurde. Der erhaltene Trend war der gleiche wie der Effekt, bei dem der Durchmesser D1 gleich 30um war und bei dem der Durchmesser D2 gleich 45um war.
Das bedeutet, daß die Strahlgeschwindigkeit von Tintentröpfchen am höchsten und relativ stabil ist, wenn die Mitte der Düse 32 von der Mitte der zwei benachbarten Seitenwänden 11 um den halben Abstand zwischen den zwei Wänden minus dem halben Durchmesser D der Düse 32 innerhalb des halben Abstandes abweichen kann (d.h. der schraffierte Bereich 90 in Figur 1).
Der Deformationsbetrag in jeder Seitenwand 11 mit der oben beschriebenen Größe betrug ungefähr 30nm, eine sehr kleine Größe im Vergleich mit der Größe der Düse 32. Fluktuationen bei dem Deformationsbetrag der Seitenwände sind somit relativ zu der Größe der Düse 32 vernachlässigbar. Das heißt, derselbe Trend, wie der in Figur 2 gezeigt ist, ist unabhängig von den Variationen der Deformation der Seitenwände 11 effektiv.
Wenn die Düsen 32 in der Düsenplatte 31 auf solche Weise gebildet sind, daß die Mitte einer jeden Düse innerhalb des oben bezeichneten erlaubten Bereiches angeordnet ist, wird die Strahlgeschwindigkeit von Tintentröpfchen hoch und relativ stabil gehalten. Das bedeutet, daß die Genauigkeit, mit der die Positionen der Mitte einer jeden Düse 32 zu positionieren ist, nicht sehr hoch ist. Wenn die Düsenplatte 31 auf solche Weise angebracht wird, daß die Düsen 23 darin mit ihren Mitten positioniert sind, wie oben gefordert wird, kann die Strahigeschwindigkeit von Tintentröpfchen ebenfalls hoch und relativ stabil gehalten werden. Somit muß die Genauigkeit, mit der die Mitten einer jeden Düse 32 in bezug auf den Tintenkanal 12 zu positionieren ist, nicht sehr hoch sein. Die Mitten der individuellen Düsen 32 können von der Mitte zwischen zwei benachbarten Seitenwänden abweichen, solange eine jede Düsenmitte innerhalb eines bestimmten Bereiches in bezug auf jeden Tintenkanal angeordnet ist. Diese Art von Aufbau verringert die Zahl von defekten Tintenstrahldruckköpfen bei der Herstellungsphase. Somit biete das Tintenstrahlgerät eine erhöhte Druckqualität an und ist hochgradig geeignet für Massenproduktion ohne die Notwendigkeit spezieller Einstellungen der individuellen Düsen.
Die Form der Düse 32 wird als nächstes beschrieben. Es wird allgemein geglaubt, daß die Düse Tintentröpfchen in stabileren Mengen und mit stabileren Geschwindigkeiten ausstrahlen, wenn sie sich allmählich verjüngen (d.h. angeschrägt). Insbesondere verjüngt sich die Düse zu der Tintenstrahlseite. Solch eine angeschrägte Düse strahlt Tintentröpfchen in stabileren Mengen und Geschwindigkeiten von der Tintenkanalseite aus, als wenn sie anders geformt ist (d.h. sich allmählich zu der Tintenstrahlseite von der Tintenkanalseite erweitert oder gerade gebohrt ist, so daß sie den gleichen Durchmesser sowohl auf der Tintenstrahlseite als auch der Tintenkanalseite aufweist).
Der Erfinder maß die Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen, während das Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse 32 auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Seite des Tintenkanales 12 variiert wurde. Das Verfahren zum Messen der Tintenstrahlgeschwindigkeiten war das gleiche wie das früher beschriebene. Die genommenen Messungen sind in Figur 3 gezeichnet.
Figur 3 stellt typische Beziehungen zwischen dem Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse 32 auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Tintenkanalseite einerseits und der Tintenstrahlgeschwindigkeit andererseits dar. In diesem Fall betrug der Durchmesser der Düse 32 auf der Tintenstrahlseite fest 30um, während der Düsendurchmesser auf der Seite des Tintenkanales 12 variiert wurde. Die Mitte jeder Düse 32 war ungefähr in der Mitte des Tintenkanales 12 positioniert, während er durch Seitenwände flankiert war. Der Tintenkanal 12 betrug 90um in der Breite und 300um in der Höhe.
Wie in Figur 3 gezeigt ist, waren die gemessenen Strahigeschwindigkeiten von Tintentröpfchen relativ hoch und stabil, wenn das Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden der Düsen 32 auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Seite des Tintenkanales 12 in dem Bereich von 1:2 bis 1:50 und bevorzugt von 1:2 bis 1:15 lag.
Ahnliche Resultate wurden erhalten, wenn die Mittelposition der Düse 32 innerhalb des erlaubten zuvor bezeichneten Bereiches bewegt wurde. Weiter wurden ähnliche Trends erhalten, wenn der Durchmesser jeder Düse 32 auf der Tintenstrahiseite variiert wurde.
Wenn das Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden der Düsen 32 auf der Tintenstrahiseite zu der auf der Seite der Tintenkanäle 12 in dem Bereich von 1:2 bis 1:50 lag, waren die gemessenen Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen hoch und stabil. Dieses erlaubt erhöhte Freiheitsgrade zum Auslegen der Düsen 32. Selbst wenn ein Herstellungsfehler einige Abweichungen in der Form jeder Düse 32 verursacht, bleiben die Geschwindigkeiten der Tintentröpfchen, die aus jeder Düse 32 ausgestrahlt wurden, stabil, solange das Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Tintenkanalseite in dem Bereich von 1:2 bis 1:50 liegt. Diese Art von Anordnung verringert die Zahl fehlerhafter Tintenstrahldruckköpfe bei dem Herstellungsvorgang. Somit bietet das Tintenstrahlgerät eine verbesserte Druckqualität an und ist hochgradig geeignet zur Massenproduktion, wobei keine Notwendigkeit für spezielle Einstellungen individueller Düsen notwendig sind.
Als nächstes maß der Erfinder die Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen, während der in Figur 4(A) dargestellte Anschrägungswinkel θ variiert wurde. Das Verfahren zum Messen der Tintenstrahlgeschwindigkeiten war das gleiche, wie das oben Beschriebene. Die Resultate sind in Figur 4(B) gezeichnet.
Figur 4(B) bezeichnet typische Beziehungen zwischen dem Düsenanschrägungswinkel θ und der Tintenstrahlgeschwindigkeit, die auftrat, wenn der Durchmesser einer jeden Düse 32 auf 30um auf der Tintenstrahlseite fixiert war, während der Anschrägungswinkel θ variiert wurde. Bei diesem Aufbau lag das Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse 32 auf der Tintenkanalseite zu der auf der Tintenkanalseite in dem Bereich von 1:1,5 bis 1:15. Die Mitte einer jeden Düse 32 war in der ungefähren Mitte des Tintenkanales 12 positioniert, während er von zwei Seitenwänden flankiert war. Jeder Tintenkanal 12 war 90um breit und 300um hoch.
Wie in Figur 4(B) gezeigt ist, waren die gemessenen Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen relativ hoch und stabil, wenn der Anschrägungswinkel θ der Düse 32 in dem Bereich von 5º bis 30º lag und bevorzugt von 5º bis 20º lag.
Messungen wurden ebenfalls genommen, während der Durchmesser einer jeden Düse 32 auf der Tintenstrahlseite variiert wurde. Die erhaltenen Resultate waren die gleichen. Weiter wurden Messungen genommen, während die Mitte einer jeden Düse 32 von der Zwischenwandmitte innerhalb des erlaubten Bereiches bewegt wurde, der oben angegeben wurde. Die erhaltenen Resultate waren ebenfalls die gleiche.
Wenn der Anschrägungswinkel θ einer jeden Düse 32 in dem Bereich von 5º bis 30º liegt, sind die Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen hoch und stabil gehalten. Dieses ermöglicht einen vergrößerten Freiheitsgrad der Auswegung von Düsen 32. Selbst wenn ein Herstellungsfehler einige Abweichungen in der Form jeder Düse 32 verursacht, verbleiben die Geschwindigkeiten von Tintentröpfchen, die aus jeder Düse 32 ausgestrahlt werden, stabil, solange der Anschrägungswinkel θ zwischen 5º und 30º liegt. Diese Art von Aufbau verringert die Zahl fehlerhafter Tintenstrahldruckköpfe in der Herstellungsphase. Somit bietet das Tintenstrahlgerät eine verbesserte Druckqualität und ist hochgradig geeignet für Massenproduktion, ohne daß spezielle Einstellungen individueller Düsen notwendig sind.
Unten wird die Signifikanz der Beziehung zwischen maximalen projizierten Fläche fester Tintenteilchen und der minimalen Querschnittsfläche der Düsen 32 in bezug auf die Tintenstrahlgeschwindigkeit beschrieben. Der Erfinder maß die Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen unter Benutzung verschiedener Arten von Tinten, die verschiedene Größen von festen Teilchen enthielten. Die Resultate wurden in Figur 5 aufgezeichnet. Figur 5 zeigt typische Beziehungen zwischen dem Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse 32 auf der Tintenstrahlseite zu der maximalen projizierten Fläche fester Tintenteilchen einerseits und der Tintenstrahlgeschwindigkeit andererseits. Die Beziehungen wurden gemessen, während der Durchmesser einer jeden Düse 23 auf 30um auf der Tintenstrahlseite fixiert wurde, während die maximale Größe der festen Tintenteilchen variiert wurde. Bei diesem Aufbau lag das Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse 32 auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Tintenkanalseite in dem Bereich von 1:1,5 bis 1:15. Der Anschrägungswinkel θ der Düse 32 lag im Bereich von 5º bis 20º. Die Mitte einer jeden Düse 32 war in der ungefähren Mitte des Tintenkanales 12 positioniert, während er von zwei Seitenwänden flankiert. Jeder Tintenkanal 12 war 90um breit und 300um hoch.
Wie in Figur 5 dargestellt ist, waren die gemessenen Tintenstrahlgeschwindigkeiten und hoch und stabil, wenn die Querschnittsfläche der Düse 32 auf der Tintenstrahlseite mindestens viermal so groß wie die maximal projizierte Fläche von festen Tintenteilchen war und bevorzugt mindestens sechzehn Mal der maximalen projizierten Fläche von festen Tintenteilchen betrug. Die gemessenen Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen verschlechterten sich deutlich, wenn die Querschnittsfläche der Düse 32 auf der Tintenstrahiseite weniger als viermal der maximalen projizierten Fläche fester Tintenteilchen betrug. Die Verschlechterung wird der Reibung zugeordnet, die auftritt, wenn feste Tintenteilchen in Kontakt mit der Düse 32 kommen, während Tintentröpfchen ausgespritzt werden.
Bei dem obigen Aufbau wurden Messungen ebenfalls genommen, während die Mittelposition jeder Düse 32 innerhalb des oben bezeichneten Bereiches bewegt wurde. Die erhaltenen Resultate waren die gleichen. Weiterhin wurden Messungen genommen, während der Durchmesser jeder Düse 32 auf der Tintenstrahlseite variiert wurde. Die erhaltenen Resultate waren ebenfalls die gleichen.
Bei den für die Messungen oben benutzten Aufbauten war die minimale Querschnittsfläche der Düse 32 und zufällig gleich der Querschnittsfläche davon auf der Tintenstrahlseite. Der erhaltene Trend war der gleiche wie der in Figur 5 jedoch unabhängig davon, wo die minimale Querschnittsfläche in der Düse 32 angeordnet war.
Wenn wie beschrieben die minimale Querschnittsfläche jeder Düse 32 mindestens viermal der maximalen projizierten Fläche fester Tintenteilchen beträgt, bleiben die gemessenen Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen stabil. Dieses macht es für einen einzelnen Tintenstrahldruckkopf 1 möglich, eine Mehrzahl von Arten von Tinten auszuspritzen, die verschiedene Größen von festen Tintenteuchen enthalten. Von einem anderen Standpunkt, Düsen 32 der gleichen Größe können in einer Mehrzahl von Tintenstrahldruckköpfen 1 benutzt werden, die eine Mehrzahl von Arten von Tinten zum Farbdrucken adressieren. Dieses Merkmal trägt zur Erhöhung des Niveaus der Produktivität beim Herstellen von Tintenstrahldruckköpfen bei. Wenn die minimale Querschnittsfläche jeder dieser Düsen 32 mindestens viermal der maximalen projizierten Fläche fester Tintenteilchen ist, werden die Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen stabil und hoch gehalten. Dieses ermöglicht vergrößerte Freiheitsgrade beim Auslegen von Düsen 32. Selbst wenn Herstellungsfehler einige Abweichungen in der Form jeder Düse 32 verursachen, bleiben die Geschwindigkeiten von Tintentröpfchen, die aus jeder Düse 32 ausgespritzt werden, stabil, solange die minimale Querschnittsfläche jeder Düse 32 mindestens viermal der maximalen projizierten Fläche fester Tintenteilchen beträgt. Diese Art von Anordnung verringert die Zahl von Tintenstrahldruckköpfen in der Herstellungsphase. Somit bietet das Tintenstrahlgerät gemäß der Erfindung verbesserte Druckqualität und ist hochgradig geeignet zur Massenproduktion ohne die Notwendigkeit für spezielle Einstellung individueller Düsen.
Die strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen wurden dann mit dem gleichen Aufbau und Tätigkeiten wie jene des ersten Beispieles des Tintenstrahlgerätes des Standes der Technik gemessen. Die erzielten Resultate ergaben die gleichen Trends, wie in jene in Figuren 2, 3, 4(b) und 5 gezeigten. Die Messungen wurden ebenfalls unter Benutzung des gleichen Aufbaues genommen, mit der Ausnahme, daß die Breite und Höhe eines Tintenkanals 12 variiert wurden. Die erzielten Resultate sahen ebenfalls die gleichen Trends vor, wie jene in Figuren 2, 3, 4(b) und 5. Weiter wurden die Resultate als die gleichen gefunden. Wenn die Düsen 32 rechteckig oder elliptisch im Querschnitt anstatt rund gemacht worden waren.
Wie beschrieben hält das Tintenstrahigerät die Strahlgeschwindigkeit von Tintentröpfchen hoch und stabil in jedem der vier Fälle. Der erste Falle ist der, wenn der Mittelposition einer jeden Düse ermöglicht wird, von der Mitte zwischen einer Wand des entsprechenden Tintenkanales und der anderen Wand gegenüber dazu um den halben Abstand zwischen den zwei Wänden minus der Hälfte des Durchmessers innerhalb des halben Abstandes zu variieren. Der zweite Fall ist der, wenn das Verhältnis der Querschnittsfläche einer jeden Düse auf der Tintenstrahlseite zu der auf der Tintenkanalseite in dem Bereich von 1:2 bis 1:50 liegt. Der dritte Fall gemäß der vorliegenden Erfindung ist der, wenn die minimale Querschnittsfläche einer jeden Düse mindestens viermal der maximalen projizierten Fläche von festen Tintenteuchen ist. Der vierte Fall ist der, wenn der Anschrägungswinkel θ, mit dem sich der Durchmesser einer jeden der Düse zunehmend von der Tintenkanalseite zu der Tintenstrahlseite verjüngt, in dem Bereich von 5º bis 30º liegt. Alle Tintenstrahlgeräte, die irgendeine der obigen Anordnungen aufwiesen, sehen gleichförmige Strahlgeschwindigkeiten von Tintentröpfchen vor, die aus ihren Düsen ausgespritzt werden, und somit stellen sie hohe Niveaus von Druckqualität sicher. Da spezielle Einstellungen individueller Düsen nicht notwendig sind, ist das erfindungsgemäße Tintenstrahlgerät hochgradig zur Massenproduktion geeignet.
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Benutzung spezieller Ausdrücke beschrieben worden sind, dient solche Beschreibung nur für darstellende Zwecke. Es ist zu verstehen, daß Änderungen und Variationen durchgeführt werden können, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Tintenstrahlgerät, das Tinte enthält, mit:

einer piezoelektrischen Kanalplatte (2) mit einer Mehrzahl von beabstandeten Seitenwänden (11) darin und auf jeder Seitenwand (11) vorgesehenen Elektroden (13);

einer mit der Kanalplatte (2) verbundenen Abdeckplatte (3), wobei die Abdeckplatte (3) und die Seitenwände (11) Tintenkammern (12) für die Tinte abgrenzen und die Tintenkammern (12) auf das Anlegen einer Spannung an die Elektroden (13) ausdehnbar und zusammenziehbar sind;

einer mit der Kanalplatte (2) und der Abdeckplatte (3) verbundenen Düsenplatte (31) mit Düsen (32) darin, die mit den Tintenkammern (12) ausgerichtet sind, wobei jede Düse (32) eine minimale Querschnittsfläche aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß

die minimale Querschnittsfläche einer jeden der Düsen (32) mindestens viermal so groß wie eine maximale projizierte Fläche der festen Tintenteilchen der Tinte ist.

2. Tintenstrahlgerät nach Anspruch 1, bei dem jede Düse (32) einen Durchmesser und eine Mitte aufweist und bei dem jede der Düsen (32) mit jeder der Kammern (12) ausgerichtet ist, wobei die Mitte der Düse (32) innerhalb eines Abstandes zentriert auf die Mittellinie der Kammer (12) angeordnet ist, der eine Hälfte eines Abstandes zwischen der Seitenwände minus einer Hälfte des Durchmessers der Düse (32) ist.

3. Tintenstrahlgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die minimale Querschnittsfläche sechzehn Mal einer maximalen projizierten Fläche eines festen Tintenteilchens zur Benutzung in dem Tintenstrahlgerät ist.

4. Tintenstrahlgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem jede Düse (32) eine Tintenstrahlseite und eine Tintenkammerseite aufweist und von der Tintenkammerseite zu der Tintenstrahlseite verjüngt ist und bei dem die Düse (32) in einem Winkel in einem Bereich von 5º bis 30º angeschrägt ist.

5. Tintenstrahlgerät nach Anspruch 4, bei dem jede Düse (32) in einem Winkel in einem Bereich von 5º bis 20º angeschrägt ist.