DE69418352T2

DE69418352T2 - Tintenstrahlgerät

Info

Publication number: DE69418352T2
Application number: DE69418352T
Authority: DE
Inventors: Qiming Zhang
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2014-02-11
Also published as: DE69421727T2; DE69421727D1; EP0810093A2; JPH06234216A; EP0810094A3; EP0611154A3; EP0611154B2; EP0810094A2; DE69405600T3; DE69421725D1; DE69418352D1; DE69421725T2; EP0810093A3; EP0810094B1; EP0611154B1; DE69405600T2; EP0810093B1; EP0611154A2; DE69405600D1; US5914739A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahlvorrichtung, die durch Ausstoßen von Tintentröpfchen unter Druck aus Düsen druckt.

2. Beschreibung der diesbezüglichen Technik

Traditionelle Aufpralldrucker werden nun durch Nicht-Aufpralldrucker ersetzt, und der Markt der Nicht-Aufpralldrucker wird erweitert. Eine bekannte Art von Nicht-Aufpralldruckern ist ein Tintenstrahldrucker, der einfach im Prinzip ist und der leicht ein Drucken in mehreren Maßstäben oder in Farbe bewirken kann. Von allen Typen von Tintenstrahldruckern hat sich ein Tintenstrahldrucker vom Tropfen-auf-Anfrage-Typ, der zum Ausstoßen von Tintentröpfchen zu einem geforderten Zeitpunkt während des Druckens in der Lage ist, aufgrund seiner guten Ausstoßeffizienz und seiner niedrigen Betriebskosten weit verbreitet.
Typische Beispiele von solchen Tintenstrahldruckern vom Tropfen-auf-Anfrage-Typ sind ein Kaiser-Typ, der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 53-12138 offenbart ist, und ein Thermostrahltyp, der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 61-59914 offenbart ist, als Beispiel. Jedoch ist es schwierig, den ersteren in der Größe zu reduzieren, und der letztere erfordert, daß die Tinte einen hohen Wärmewiderstand aufweist, da die Tinte einer hohen Temperatur unterliegt. Derart haben beide Typen schwierige Probleme bei der Anwendung.
Um die obigen Probleme zu lösen, ist neuerlich ein Schermodustyp vorgeschlagen worden, der zum Beispiel in dem U.S.- Patent Nr. 4 887 100 offenbart ist. Die EP-A-0 364 136 ist ein anderes solches Beispiel.
Fig. 16 zeigt eine Tintenstrahlvorrichtung 1 vom Schermodustyp im Stand der Technik. Wie in Fig. 16 gezeigt ist, die Tintenstrahlvorrichtung 1 ist aus einer piezoelektrischen Keramikplatte 2, einer Abdeckplatte 10, einer Düsenplatte 14 und einem Substrat 41 zusammengesetzt.
Die piezoelektrische Keramikplatte 2 ist mit einer Mehrzahl von Nuten 3 mittels Schleifen unter Verwendung einer Diamantklinge oder ähnlichem vorgesehen. Dementsprechend erstreckt sich eine Mehrzahl von Seitenwänden 6 entlang der Nuten 3 in einer solchen Weise, daß jede Seitenwand 6 zwischen benachbarten Nuten der Nuten 3 ausgebildet ist. Jede Seitenwand 6 ist einer Richtung polarisiert, die durch einen Pfeil 5 angezeigt ist. Alle Nuten 3 weisen dieselbe Tiefe auf und sind parallel zueinander. Die Tiefe jeder Nut 3 ist graduell mit ihrer Annäherung an eine hintere Endoberfläche 15 der piezoelektrischen Keramikplatte 2 reduziert, so daß eine flache Nut 7 nahe der hinteren Endoberfläche 15 gebildet wird. Ein Paar von Metallelektroden 8 ist auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen jeder Nut 3 in einem oberen Halbabschnitt derselben durch Sputtern oder ähnliches ausgebildet. Des weiteren ist eine Metallelektrode 9 auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen und einer Bodenoberfläche jeder flachen Nut 7 durch Sputtern oder ähnliches ausgebildet. Das Paar von Metallelektroden 8, das auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen jeder Nut 3 ausgebildet ist, ist mit der Metallelektrode 9, die auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen und der Bodenoberfläche der entsprechenden flachen Nut 7, die anschließend an die Nut 3 ist, ausgebildet ist, verbunden.
Die Abdeckplatte 10 ist aus einem keramischen Material, einem Harzmaterial, etc. ausgebildet. Die Abdeckplatte 10 ist mit ei nem Tinteneinlaßloch 16 und einem Verteiler 18, der mit dem Tinteneinlaßloch 16 kommuniziert, mittels Schleifen, Schneiden, etc. vorgesehen. Die untere Oberfläche der Abdeckplatte 10, auf der der Verteiler 18 ausgebildet ist, ist mit der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2, auf der die Nuten 3 ausgebildet sind, durch einen Epoxyklebstoff 20 verbunden (siehe Fig. 18). Dementsprechend ist eine Mehrzahl von individuellen Tintenkammern 4, die als Tintenkanäle fungieren (siehe Fig. 18), durch die Nuten 3 der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und die untere Oberfläche der Abdeckplatte 10 derart definiert, daß sie in transversaler Richtung gleichmäßig voneinander getrennt sind. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, jede Tintenkammer 4 ist in einem senkrechten Schnitt rechteckig, und sie ist im Betrieb mit Tinte gefüllt.
Wie in Fig. 16 gezeigt ist, die Düsenplatte 14 ist mit der vorderen Endoberfläche des Aufbaues aus der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 10 verbunden. Die Düsenplatte 14 ist mit einer Mehrzahl von Düsen 12 in lateral getrennten Positionen, die den vorderen Endpositionen der Tintenkammern 4 entsprechen, vorgesehen. Die Düsenplatte 14 ist aus einem Plastikmaterial wie Polyalkylenterephthalat (z. B. Polyethylenterephthalat), Polyimid, Polyetherimid, Polyetherketon, Polyethersulfon, Polycarbonat oder Celluloseacetat ausgebildet.
Das Substrat 1 ist mit der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 2 auf der der Abdeckplatte 10 entgegengesetzten Seite mittels eines Klebers wie eines Epoxyklebers verbunden. Eine Mehrzahl von individuellen Leiterfilmmustern 42 ist auf dem Substrat 41 in transversal getrennten Positionen, die den hinteren Endpositionen der Tintenkammern 4 entsprechen, ausgebildet. Jedes Leiterfilmmuster 42 ist über einen Leiterdraht 43 mit der Metallelektrode 9, die auf der Bodenoberfläche der flachen Nut 7 in der entsprechenden Tintenkammer 4 ausgebildet ist, mittels Drahtbonden verbunden.
Fig. 17 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuerabschnittes zum Steuern der Tintenstrahlvorrichtung 1. Wie in Fig. 17 gezeigt ist, die Leiterfilmmuster 42, die auf dem Substrat 41 ausgebildet sind, sind individuell mit einem LSI-Chip 51 verbunden. Außerdem sind mit dem LSI-Chip 51 eine Taktleitung 52, eine Datenleitung 53, eine Spannungsleitung 54 und eine Masseleitung 55 verbunden. Der LSI-Chip 51 bestimmt entsprechend der Daten, die auf der Datenleitung 53 erscheinen, auf der Basis der fortlaufenden Taktpulse, die von der Taktleitung 52 geliefert werden, aus welcher Düse 12 die Tintentröpfchen auszustoßen sind. Dann legt der LSI-Chip 51 entsprechend des Ergebnisses der Bestimmung eine Spannung V auf der Spannungsleitung 54 an das Leiterfilmmuster 52 an, das mit der Metallelektrode 8 in der zur treibenden Tintenkammer 4 verbunden ist. Des weiteren legt der LSI-Chip 51 Null Volt auf der Masseleitung 55 an die anderen Leiterfilmmuster 42 an, die mit den Metallelektroden 8 in den anderen Tintenkammern 4 verbunden sind, die nicht zu treiben sind.
Der Betrieb der Tintenstrahlvorrichtung 1 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 18 und 19 beschrieben. Wenn der LSI-Chip 51 entsprechend der gegebenen Daten bestimmt, daß die Tintentröpfchen aus der Düse 12, die der Tintenkammer 4b als einer der Tintenkammern 4 der Tintenstrahlvorrichtung 1 entspricht, auszustoßen sind, wird eine positive Treiberspannung V an die Metallelektroden 8e und 8f angelegt und die Metallelektroden 8d und 8g werden auf Masse gelegt. Wie in Fig. 19 gezeigt ist, ein treibendes elektrisches Feld in einer Richtung, die durch einen Pfeil 13b angezeigt ist, wird in der Seitenwand 6b erzeugt, und ein treibendes elektrisches Feld in einer Richtung, die durch einen Pfeil 13c angezeigt ist, wird in der Seitenwand 6c erzeugt. Da die durch die Pfeile 13b und 13c angezeigten Richtungen der treibenden elektrischen Felder senkrecht zu der Richtung der Polarisation der piezoelektrischen Keramikplatte 2, die durch den Pfeil 5 angezeigt ist, sind, werden die Seitenwände 6b und 6c schnell durch einen piezoelektrischen Dicken schereffekt in Richtung des Inneren der Tintenkammer 4b deformiert. Diese Deformation der Seitenwände 6b und 6c reduziert das Volumen der Tintenkammer 4b, so daß der Druck der in die Tintenkammer 4b gefüllten Tinte schnell ansteigt und dadurch eine Druckwelle erzeugt wird. Als ein Ergebnis werden Tintentröpfchen aus der Düse 12 (siehe Fig. 19), die mit der Tintenkammer 4b kommuniziert, ausgestoßen.
Wenn das Anlegen der Treiberspannung V gestoppt wird, stellen die Seitenwände 6b und 6c nach und nach ihre ursprünglichen Positionen vor der Deformation (siehe Fig. 18) wieder her und der Druck der Tinte, die in der Tintenkammer 4b enthalten ist, wird daher nach und nach vermindert. Dann wird zusätzliche Tinte aus einem Tintentank (nicht gezeigt) über das Tinteneinlaßloch 16 (siehe Fig. 16) und den Verteiler 18 (siehe Fig. 16) in die Tintenkammer 4b geliefert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 14 zu erläuternden Zwecken, die eine seitliche Schnittansicht der Tintenstrahlvorrichtung entsprechend der Erfindung ist, wenn der Druck in der jeweiligen Tintenkammer 4 zum Ausstoßen der Tintentröpfchen erhöht wird, wird die Tinte aus der entsprechenden Düse 12 gezwungen und gleichzeitig fließt die Tinte umgekehrt aus dem Verteiler 18 in das Tinteneinlaßloch 15. Als ein Ergebnis wird der Druck nahe des Verteilers 18 schnell reduziert, so daß eine Unterdruckwelle erzeugt wird. Wenn diese Unterdruckwelle die Düse 12 erreicht, wird der Tintenstrahl aus der Düse 12 gestoppt. Je kürzer der Abstand y zwischen der vorderen Endoberfläche des Verteilers 18 und der inneren Oberfläche der Düsenplatte 14 ist, desto kürzer ist die Zeit, bis die Unterdruckwelle die Düse 12 erreicht. Dementsprechend wird, wenn der Abstand y reduziert wird, der Tintenstrahl aus der Düse 12 schnell gestoppt, was in einer Reduzierung des Volumens der Tintentröpfchen reduziert, was eine Störung der Druckqualität verursacht. Wenn andererseits der Abstand y stark erhöht wird, um dem Problem gewachsen zu sein, wird der Abstand y zwischen der vorderen Seitenoberfläche des Verteilers 18 und der hinteren Endoberfläche der jeweiligen Tintenkammer 4 sehr klein. Dementsprechend wird der Tintenfluß aus dem Verteiler 18 in die jeweilige Tintenkammer 4 schwierig, so daß eine notwendige Tintenmenge nicht in jede Tintenkammer 4 zugeführt werden kann. Als ein Ergebnis wird das Volumen der Tintentröpfchen reduziert, was eine Störung der Druckqualität verursacht.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstrahlvorrichtung anzugeben, die einen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen notwendigen Druck für einen relativ langen Zeitraum aufrechterhalten kann und die Tinte aus dem Verteiler in die jeweilige Tintenkammer sanft einbringen kann, wodurch die Druckqualität verbessert wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Tintenstrahldruckvorrichtung angegeben, die aufweist:
eine Platte mit einer Mehrzahl von sich longitudinal erstreckenden, aufrechten Wänden, die parallele Tintenkammern definieren, wobei jede der Tintenkammern ein vorderes Ende und hinteres Ende aufweist;
einen Düsenaufbau, der mit der Platte an dem vorderen Ende der Tintenkammern gekoppelt ist und darin ausgebildete Düsen aufweist, wobei die Düsen mit den Tintenkammern ausgerichtet sind; und
eine Abdeckung, die mit der Platte gekoppelt ist und die Tintenkammern verschließt, wobei die Abdeckungen einen Tintenverteiler, der eine Vorseite und eine Rückseite aufweist und in Kommunikation mit den Tintenkammern ist, enthält und einen Tinteneinlaß in dem Verteiler zum Einbringen von Tinte in den Verteiler enthält;
bei der jede der Tintenkammern eine Querschnittsfläche aufweist und der Verteiler eine Querschnittsfläche aufweist, und bei der die Querschnittsfläche des Verteilers mindestens 0,5-mal die Querschnittsfläche aller der Tintenkammern, die kombiniert ist, aufweist.
Bevorzugterweise weist der Abstand zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers und der Düse einen Abstand zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers und einer Öffnung der Düse auf einer Seite, die der Tintenkammer ausgesetzt ist, auf.
Bei der Tintenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die obigen Aufbau aufweist, kann der zum Ausstoßen von Tintentröpfchen notwendige Druck für einen relativ langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Ein Fließwiderstand für die Tinte, die von dem Verteiler in die jeweilige Tintenkammer fließt, kann reduziert werden.
Wie oben beschrieben worden ist, der Abstand zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers und der Düse ist so eingestellt, daß der Druck nahe der Düse für einen notwendigen Zeitraum beim Ausstoßen der Tinte aufrechterhalten werden kann, wodurch ein ausreichendes Volumen der auszustoßenden Tintentröpfchen sichergestellt werden kann. Dementsprechend wird die Druckqualität verbessert. Des weiteren kann, da die notwendige Tintenmenge in die jeweilige Tintenkammer geliefert wird, das Volumen der auszustoßenden Tintentröpfchen auf einen gewünschten Wert gebracht werden, wodurch die Druckqualität verbessert wird.
Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden vollständiger aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den anhängenden Ansprüchen verstanden, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Hauptteils einer Tintenstrahlvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung, die die Größe eines Tinteneinlaßloches zeigt;
Fig. 1B ist eine Teilschnittansicht, die entlang der Linie I-I in Fig. 1A genommen ist;
Fig. 2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Durchmesser des Tinteneinlaßloches und einer Reynoldszahl zeigt;
Fig. 3A ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die ähnlich zu Fig. 1A ist, die die Tiefe eines Verteilers zeigt;
Fig. 3B ist eine Teilschnittansicht, die entlang der Linie III- III in Fig. 3A genommen ist;
Fig. 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Tiefe des Verteilers und der Zentralgeschwindigkeit eines Stromes zeigt;
Fig. 5A ist eine Ansicht, die ähnlich zu Fig. 1A ist, die die Querschnittsfläche des Verteilers und die Gesamtquerschnittsfläche der Tintenkammern zeigt;
Fig. 5B ist ein Querschnitt, der entlang der Linie V-V in Fig. 5A genommen ist;
Fig. 6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche eines Kanals und einem Druckverlust zeigt;
Fig. 7 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Querschnittsfläche des Verteilers zu der Gesamtquerschnittsfläche der Tintenkammern und einem Druckverlust zeigt;
Fig. 8 ist eine schematische Teilschnittansicht, die ähnlich zu Fig. 1B ist, die die Tiefe jeder Tintenkammer und die Dicke einer Abdeckplatte zeigt;
Fig. 9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Produkt aus der Tiefe der jeweiligen Tintenkammer und der Dicke der Abdeckplatte und der Fluggeschwindigkeit der Tintentröpfchen zeigt;
Fig. 10A ist eine Teilschnittansicht, die ähnlich zu Fig. 1B ist, die zeigt, wenn die verbundene Oberfläche der Abdeckplatte glatt ist;
Fig. 10B ist eine Teilschnittansicht, die ähnlich zu Fig. 10A ist, die zeigt, wenn die verbundene Oberfläche der Abdeckplatte rauh ist;
Fig. 11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Oberflächenrauheit der Abdeckplatte und dem Volumen der Tintentröpfchen zeigt;
Fig. 12 ist eine Teilschnittansicht, die ähnlich zu Fig. 10a ist, die den Zustand zeigt, in dem ein Klebstoff zum Verbinden einer piezoelektrischen Keramikplatte und der Abdeckplatte zum Härten erwärmt wird, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient der piezoelektrischen Keramikplatte unterschiedlich von demjenigen der Abdeckplatte ist;
Fig. 12B ist eine Teilschnittansicht, die ähnlich zu Fig. 12A ist, die den Zustand zeigt, in dem der zum Härten erwärmte Klebstoff zur gewöhnlichen Temperatur zurückgekehrt ist;
Fig. 13 ist eine Tabelle, die das Ergebnis eines Ausdauertestes zeigt, wenn verschiedene Materialien für die piezoelektrische Keramikplatte und die Abdeckplatte der Tintenstrahlvorrichtung verwendet werden,
Fig. 14 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die ähnlich zu Fig. 1A ist, die die Position des Verteilers relativ zu der jeweiligen Tintenkammer zeigt;
Fig. 15 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Position des Verteilers und dem Volumen der Tintentröpfchen zeigt;
Fig. 16 ist eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht einer Tintenstrahlvorrichtung vom Schermodustyp im Stand der Technik;
Fig. 17 ist eine schematische Darstellung eines Steuerabschnittes der Tintenstrahlvorrichtung, die in Fig. 16 gezeigt ist;
Fig. 18 ist eine Teilschnittansicht der Tintenstrahlvorrichtung, die in Fig. 16 gezeigt ist; und
Fig. 19 ist eine Teilschnittansicht, die ähnlich zu Fig. 18 ist, die den Betrieb der Tintenstrahlvorrichtung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen dieselben Teile wie diejenigen, die in den Fig. 16 bis 19 gezeigt sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und die Erläuterung derselben wird weggelassen.
Die Fig. 1A und 1B sind vergrößerte Ansichten eines Tinteneinlaßloches 16 und eines Verteilers 18 in der bevorzugten Ausführungsform. Insbesondere ist Fig. 1A ein Querschnitt, der von der Seite einer Tintenstrahlvorrichtung 1 genommen ist, und Fig. 1B ist ein Querschnitt, der entlang der Linie I-I in Fig. 1A genommen ist.
Wie in Fig. 1B gezeigt ist, die Tintenstrahlvorrichtung 1 enthält eine piezoelektrische Keramikplatte 2 und eine Abdeckplatte 10. Die piezoelektrische Keramikplatte 2 weist eine Mehrzahl von Nuten 3 und eine Mehrzahl von Seitenwänden 6, die die Nuten 3 unterteilen, auf. Die Abdeckplatte 10 weist das Tinteneinlaßloch 16 und den Verteiler 18 auf. Die piezoelektrische Keramikplatte 2 und die Abdeckplatte 10 sind miteinander durch einen Klebstoff 20 verbunden, um dadurch eine Mehrzahl von Tintenkammern 4 als Tintenkanäle zu definieren,
Wie in Fig. 1A durch einen Pfeil 30 gezeigt ist, Tinte wird von einem Tintentank (nicht gezeigt) durch eine Tintenzufuhrröhre (nicht gezeigt) in das Tinteneinlaßloch 16, das einen Durchmesser d aufweist, zugeführt. Dann wird die Tinte von dem Tinteneinlaßloch 16 durch den Verteiler 18 in jede Tintenkammer 4 geliefert. Da der Verteiler 18 eine Querschnittsfläche aufweist, die größer als diejenige des Tinteneinlaßloches 16 ist, wie es gezeigt ist, wird Tinte, die aus dem Tinteneinlaßloch 16 in den Verteiler 18 fließt, in diesen eingestrahlt. Dementsprechend unterliegt die Tinte einem divergenten Fließverlust aufgrund der schnellen Vergrößerung eines Kanals. Ein Gesamtfließverlust, der in der von dem Einlaßloch 16 in den Verteiler 18 fließenden Tinte auftritt, variiert entsprechend des Zustandes, in dem die Tinte eingestrahlt wird. Wenn die Tinte in einem Zustand laminaren Flusses eingestrahlt wird, ist der Gesamtfließverlust gleich zu dem divergenten Fließverlust. Wenn die Tinte in einem Zustand turbulenten Flusses eingestrahlt wird, ist der Gesamtfließverlust gleich zu der Summe des divergenten Fließverlustes und eines turbulenten Fließverlustes.
Um den Gesamtfließverlust zu reduzieren und einen stabilen Fluß der Tinte, ausgeschlossen irgendwelche kleinen Fluktuationen, zu erhalten, muß der Strahl in dem laminaren Fließzustand gehalten werden. Zum Erhalten des laminaren Fließzustandes ist es bekannt, daß eine Reynoldszahl Re, die ein wichtiger Parameter ist, der den Fließzustand eines Fluides entscheidet, auf ungefähr 30 oder weniger reduziert werden muß (siehe zum Beispiel Dynamics of Viscous Fluid, Takefumi Ikui und Masahiro Inoue, S. 206, Rikogaku-sha). Der Reynoldszahl Re wird ausgedrückt als Re = ud/ν, wobei u die Geschwindigkeit der von dem Tinteneinlaßloch 16 fließenden Tinte darstellt, d den Durchmesser des Tinteneinlaßloches 16 darstellt, und ν den Koeffizienten der dynamischen Viskosität der Tinte darstellt. Falls der Tintenverbrauch pro Zeiteinheit fixiert ist, ist die Geschwindigkeit u umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Durchmessers d des Tinteneinlaßloches 16. Die Reynoldszahl Re ist daher umgekehrt proportional zu dem Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
In dieser bevorzugten Ausführungsform war der Maximalverbrauch von Tinte pro Zeiteinheit so eingestellt, daß Tintentröpfchen in einem Volumen von 40 pl gleichzeitig aus 25 Düsen mit einer Frequenz von 5 kHz ausgestoßen wurden. Ein Wert von 10 cps für Pigmenttinte, die Tripropylenglykolmonomethylether (TPM) als eine Basis enthält, bei gewöhnlicher Temperatur wurde als der Koeffizient der dynamischen Zähigkeit ν für die Tinte verwendet. Dann wurde der Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16 zum Erhalten der Reynoldszahl Re variiert. Die Beziehung, die in Fig. 2 durch eine durchgezogene Kurve 32 gezeigt ist, wurde als das Ergebnis erhalten.
Die Reynoldszahl Re wird nicht nur durch den Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16 sondern auch durch den Tintenverbrauch pro Zeiteinheit und den Koeffizienten der dynamischen Zähigkeit ν der Tinte beeinflußt. Der Tintenverbrauch pro Zeiteinheit kann nicht reduziert werden, da die Druckgeschwindigkeit und Druckklarheit erhalten werden muß. Der Koeffizient der dynamischen Zähigkeit ν der Tinte kann aufgrund der Notwendigkeit der Stabilität des Strahls der Tintentröpfchen nicht stark erhöht werden. Insbesondere ist es erwünscht, die Erzeugung von ungebührlich kleinen Tintentröpfchen, die Satelliten genannt werden, zu verhindern. Dementsprechend gibt es die Möglichkeit, daß die Beziehung zwischen der Reynoldszahl Re und dem Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16 nach oben, wie es durch eine gestrichelte Linie 34 in Fig. 2 gezeigt ist, entsprechend einer Änderung der Druckgeschwindigkeit oder der Tintenviskosität verschoben werden kann. Jedoch gibt es keine Möglichkeit, daß die Beziehung gegenüber der durchgezogenen Linie 32, die unter Verwendung einer minimalen Druckgeschwindigkeit und einer Tintenviskosität berechnet worden ist, verschoben werden kann.
Unter Verwendung der durch die durchgezogene Linie 32 in Fig. 2 gezeigten Beziehung, je größer der Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16 ist, desto unwahrscheinlicher wird der Strömungszustand der turbulente Fließzustand werden. Wie aus Fig. 2 offensichtlich ist, der Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16 muß auf 0,2 mm oder mehr gesetzt werden, um die Reynoldszahl Re auf 30 oder weniger zu reduzieren.
Wie oben erwähnt worden ist, der Ausströmzustand der Tinte, die von dem Tinteneinlaßloch 16 in den Verteiler 18 fließt, kann durch Setzen des Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16 auf 0,2 mm oder mehr in einen laminaren Fließzustand gebracht werden. Dementsprechend wird der Gesamtfließverlust, der in der von dem Tinteneinlaßloch 16 in den Verteiler 18 fließenden Tinte auftritt, der divergente Fließverlust, so daß der Gesamtfließverlust minimiert werden kann, was darin resultiert, daß keine Turbulenz in dem Tintenfluß in dem Verteiler 18 vorhanden ist. Dementsprechend wird der Druck der Tinte in dem Verteiler 18 konstant, und der Druck der Tinte in jeder Tintenkammer 4 wird daher konstant. Als ein Ergebnis werden das Volu men und die Fluggeschwindigkeit der Tintentröpfchen, die auszustoßen sind, konstant, wodurch die Druckqualität verbessert wird. Des weiteren, da eine gewünschte Tintenmenge jeder Tintenkammer 4 zugeführt wird, wird das Volumen der auszustoßenden Tintentröpfchen eine gewünschte Menge, wodurch die Druckqualität verbessert wird.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Größe des Tinteneinlaßloches 16, das eine runde Gestalt aufweist, gewählt, um die Reynoldszahl Re auf 30 oder weniger zu reduzieren. Wenn das Tinteneinlaßloch 16 rechteckig, elliptisch, etc. ist, kann die Reynoldszahl Re, die einen turbulenten Fluß der Tinte verursachen wird, durch Ausführen eines Testes erhalten werden, um die Größe des Tinteneinlaßloches 16 zu entscheiden.
Bei der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis des in jeder Tintenkammer 4 erzeugten Druckes zu der an jede Elektrode 8 angelegten Treiberspannung groß. Des weiteren ist der Tintenfluß in jede Tintenkammer stabil und ein Widerstand gegenüber dem Tintenfluß ist klein. Dementsprechend kann ein hoher Druck in jeder Tintenkammer 4 durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung erzeugt werden, und Tintentröpfchen können mit einer Geschwindigkeit und einem Volumen, das ausreichend zur Ausbildung von Druckbildern ist, ausgestoßen werden. Entsprechend der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform können Tintentröpfchen stabil mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 8 m/sec und einem Volumen von ungefähr 30 bis 90 pl durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung von ungefähr 20 bis 50 Volt ausgestoßen werden. Derart kann eine Treiberschaltung mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden. Die Tintenstrahlvorrichtung 1 als Ganzes kann daher mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden.
Es wird nun die Tiefe des Verteilers 18 unter Bezugnahme auf Fig. 3a beschrieben. Wie durch einen Pfeil 30 in Fig. 3a ge zeigt ist, Tinte wird aus einem Tintentank (nicht gezeigt) durch eine Tintenzufuhrröhre (nicht gezeigt) in das Tinteneinlaßloch 16 zugeführt. Dann wird die Tinte von dem Tinteneinlaßloch 16 über den Verteiler 18 in jede Tintenkammer 4 zugeführt. Zu dieser Zeit fließt die Tinte in dem Verteiler 18, wie durch die Pfeile 31 in Fig. 3b gezeigt ist, in jede Tintenkammer 4. Da die Tintenkammern 4a und 4b dem Tinteneinlaßloch 16 direkt gegenüberliegen, werden die Tintendrücke in den Tintenkammern 4a und 4b durch den Strom der Tinte, die aus dem Tinteneinlaßloch 16 fließt, geändert.
Fig. 4 zeigt eine Änderung in der Zentralgeschwindigkeit des Tintenstromes, wenn die Tinte von dem Tinteneinlaßloch 16 durch den Verteiler 18 in die Tintenkammern 4a und 4b, die dem Tinteneinlaßloch 16 direkt gegenüberliegen, fließt. In Fig. 4 stellt die Achse der Abszisse die Tiefe h des Verteilers 18 dar, und die Achse der Ordinate stellt die Zentralgeschwindigkeit des Stromes dar. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wurde eine Test unter Verwendung von drei Werten für den Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16 und Einstellen eines maximalen Tintenverbrauches derart, daß Tintentröpfchen in einem Volumen von 40 pl gleichzeitig aus 20 Düsen bei einer Frequenz von 5 kHz ausgestoßen wurden, durchgeführt. Die durchgezogenen Linien 35, 36 und 37, die in Fig. 4 gezeigt sind, entsprechen dem Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16, der auf 0,7, 1,0 bzw. 1,4 mm eingestellt ist.
Wie aus Fig. 4 offensichtlich ist, wenn die Tiefe h des Verteilers 18 gleich Null ist, ist die Zentralgeschwindigkeit u des Tintenstromes, der aus dem Tinteneinlaßloch 16 fließt, in jedem Fall maximal. Wie wohlbekannt ist, die Zentralgeschwindigkeit u des Tintenstromes ist umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Durchmessers d des Tinteneinlaßloches 16. Die Zentralgeschwindigkeit u nimmt relativ schnell mit einem Anstieg in der Tiefe h von Null ab. Wenn die Tiefe h ungefähr 0,2 mm oder mehr, insbesondere 0,3 mm oder wird, wird die Zentralgeschwindigkeit u in jedem Fall ausreichend klein. Selbst wenn die Tiefe h weiter erhöht wird, nimmt die Zentralgeschwindigkeit u in jedem Fall kaum ab. Des weiteren wird, so weit der Durchmesser d des Tinteneinlaßloches 16 gleich 0,2 mm oder mehr ist, eine Tendenz, die ähnlich zu der in Fig. 4 gezeigten ist, gezeigt.
Die Fließgeschwindigkeit des Stromes ist proportional zu dem Tintenverbrauch pro Zeiteinheit, der entsprechend eines Druckmusters variiert. Dementsprechend würden, außer die Tiefe h des Verteilers 18 ist auf einen Wert eingestellt, der ausreicht, um den Einfluß des Tintenstromes, der aus dem Tinteneinlaßloch 16 fließt, zu vermindern, die Tintendrücke in den Tintenkammern 4a und 4b, die dem Tinteneinlaßloch 16 direkt gegenüberliegen, entsprechend des Druckmusters variieren, was eine Instabilität des Ausstoßens der Tintentröpfchen verursacht.
Als Folge ist bei der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform die Tiefe h des Verteilers 18 zum Verteilen der Tinte, die aus dem Einlaßloch 16 zu jeder Tintenkammer 4 fließt, auf 0,2 mm oder mehr bevorzugterweise auf 0,3 mm oder mehr eingestellt.
Da die Tiefe h des Verteilers 18 auf 0,2 mm oder mehr, bevorzugterweise auf 0,3 mm oder mehr eingestellt ist, wird der Tintenfluß in jede Tintenkammer stabil und gleichförmig. Dementsprechend wird der in jeder Tintenkammer 4 auf das Anlegen einer Treiberspannung an die jeweilige Elektrode 8 angelegte Druck konstant, und Tintentröpfchen können mit einer Geschwindigkeit und einem Volumen, die ausreichend zur Ausbildung von Druckbildern sind, ausgestoßen werden. Entsprechend der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform können Tintentröpfchen stabil und gleichförmig mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 8 m/sec und einem Volumen von ungefähr 30 bis 90 pl durch Anlegen einer Treiberspannung von ungefähr 20 bis 50 Volt ausgestoßen werden. Des weiteren, da der Tintenfluß in jede Tintenkammer 4 stabil und gleichförmig ist, ist es nicht notwendig, eine Funktion zum Korrigieren des Tintenflusses in der Treiberschaltung vorzusehen. Derart kann die Treiberschaltung vereinfacht und kompakt gemacht werden. Die Tintenstrahlvorrichtung 1 kann daher stabilisiert und bei niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden.
Die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche des Verteilers 18 und der Gesamtquerschnittsfläche der Tintenkammern 4 wird unter Bezugnahme auf Fig. 5A beschrieben. In dieser Beschreibung bedeutet die Querschnittsfläche des Verteilers 18 die Fläche eines Querschnittes senkrecht zu der Längsrichtung des Verteilers 18, und die Gesamtquerschnittsfläche der Tintenkammern 4 bedeutet die Gesamtflächen der Querschnitte senkrecht zu der Längsrichtung aller der Tintenkammern 4.
Wie durch einen Pfeil 30 in Fig. 5A gezeigt ist, wird Tinte aus einem Tintentank (nicht gezeigt) über eine Tintenzufuhrröhre (nicht gezeigt) in das Tinteneinlaßloch 16 zugeführt. Dann wird die Tinte von dem Tinteneinlaßloch 16 über den Verteiler 18 in jede Tintenkammer 4 zugeführt. Zu dieser Zeit fließt die Tinte in dem Verteiler 18, wie es durch die Pfeile 31 in Fig. 5B gezeigt ist, in jede Tintenkammer 4.
Der Verteiler 18 ist ein rechteckiger Kanal mit einer Querschnittsfläche S1 = w · h, wie es gezeigt ist. Jede Tintenkammer 4 ist ein rechteckiger Kanal mit einer Querschnittsfläche S2 = b · h, wie es gezeigt ist. Wenn die Tinte in diesen Kanälen fließt, unterliegt sie einem Fließwiderstand. Im allgemeinen steigt ein Fließwiderstand proportional zu der Länge eines Kanals an und nimmt schnell mit einer Abnahme im Querschnitt des Kanales ab. Wenn der Kanal einen rechteckigen Querschnitt wie bei dem Verteiler 18 und bei jeder Tintenkammer 4 aufweist, ist der Fließwiderstand auf die Tinte in einer Längeneinheit des Kanales im wesentlichen umgekehrt proportional zu dem Quadrat der Querschnittsfläche des Kanales, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Dieses ist zutreffend, vorausgesetzt, daß das Aspektverhältnis des Kanales im wesentlichen konstant gehalten wird, wenn sich der Querschnitt des Kanales in der Größe ändert. Wenn jedoch die Höhe und die Breite des rechteckigen Querschnittes stark unterschiedlich voneinander sind, wird die in Fig. 6 gezeigte Beziehung nicht erhalten. Angenommen, daß die Höhe und die Breite des rechteckigen Querschnittes in sowohl dem Verteiler 18 als auch jeder Tintenkammer 4 nicht stark unterschiedlich voneinander sind, zeigt die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche des Querschnittes und dem Fließwiderstand in sowohl dem Verteiler 18 als auch in jeder Tintenkammer 4 eine Tendenz, die ähnlich zu der in Fig. 6 gezeigten ist.
Die Tinte, die aus dem Tinteneinlaßloch 16 fließt unterliegt einem Fließwiderstand in dem Verteiler 18, und einem Fließwiderstand in der jeweiligen Tintenkammer 4, bis die Tinte die jeweilige Düse (nicht gezeigt) erreicht. In anderen Worten, der Gesamtfließwiderstand auf die Tinte ist die Summe des Fließwiderstandes in dem Verteiler 18 und des Fließwiderstandes in allen der Tintenkammern 4. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, ein Fließwiderstand von dem Tinteneinlaßloch 16 zu einer Tintenkammer 4b ist größer als der Fließwiderstand von Tinteneinlaßloch 16 zu einer Tintenkammer 4a, als Beispiel. Darum wird der Fließwiderstand auf die Tinte, die in die Tintenkammer 4c fließen wird, größer als der Fließwiderstand auf die Tinte, die in die Tintenkammer 4a fließen wird. Des weiteren unterliegt die Tinte, die in eine andere Tintenkammer 4 fließen wird, die noch entfernter von dem Tinteneinlaßloch 16 als die Tintenkammer 4c ist, einem größeren Fließwiderstand unterliegen.
Um den Tintenfluß in jede Tintenkammer 4 gleichförmig zu machen, ist der Verteiler 18 in einer solchen Weise gestaltet, daß er Fließwiderstand in dem Verteiler 18 ungeachtet der Position der jeweiligen Tintenkammer 4 gleichförmig wird. Alternativ ist der Verteiler 18 so gestaltet, daß eine Querschnittsfläche derart aufweist, daß der Fließwiderstand in dem Verteiler 18 verglichen mit dem Fließwiderstand in der jeweiligen Tintenkammer 4 nicht signifikant ist. Das erstere Verfahren ist im allgemeinen unpraktisch, da die Gestalt und das Ausbilden des Verteilers 18 kompliziert werden. Dementsprechend wird nun das letztere Verfahren beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine Änderung im Gesamtfließwiderstand auf die Tinte bei dieser bevorzugten Ausführungsform, in der die Achse der Abszisse ein Querschnittsflächenverhältnis S1/SA zwischen dem Verteiler 18 und allen Tintenkammern 4 zeigt. Die Querschnittsfläche SA aller der Tintenkammern 4 ist gleich zu dem Produkt der Querschnittsfläche S2 jeder Tintenkammer 4 und der Anzahl aller der Tintenkammern 4. In einem Test entsprechend dieser bevorzugten Ausführungsform wurde der Maximaltintenverbrauch pro Einheitszeit so eingestellt, daß Tintentröpfchen mit einem Volumen von 40 pl gleichzeitig aus 50 Düsen mit einer Frequenz von 2,5 kHz ausgestoßen wurden. Ein Wert von 10 cps für Pigmenttinte, die Tripropylenglykolmonomethylether (TPM) als Basis enthält, bei gewöhnlicher Temperatur wurde als der Koeffizient der dynamischen Zähigkeit ν der Tinte verwendet. Die Abmessungen jeder Tintenkammer 4 waren eine Höhe H von 400 um, eine Breite b von 80 um und eine Länge von 12 mm.
In Fig. 7 ist eine durchgezogene Linie 38 eine Kurve, die den Gesamtfließwiderstand auf die Tinte zeigt, und eine gestrichelte Linie 39 ist eine Linie, die den Fließwiderstand nur in den Tintenkammer 4 ohne den Fließwiderstand in dem Verteiler 18 zeigt. Wie aus Fig. 7 offensichtlich ist, der Gesamtfließwiderstand steigt auf der bezüglich eines Grenzwertes von ungefähr 1 linken Seite des Querschnittsflächenverhältnisses S1/SA schnell an, das heißt er steigt schnell mit einer Abnahme im Querschnittsflächenverhältnis S1/SA gegenüber ungefähr 1 an. Des weiteren nähert sich, wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/SA gegenüber 1 ansteigt, der Gesamtfließwiderstand schnell an den Fließwiderstand in nur den Tintenkammern 4, der durch die gestrichelte Linie 39 gezeigt ist, an. In anderen Worten, wenn das Querschnittflächenverhältnis S1/SA gegenüber 1 ab nimmt, steigt der Fließwiderstand in dem Verteiler 18 schnell an, während, wenn das Querschnittsflächenverhältnis S1/SA gegenüber 1 ansteigt, der Fließwiderstand in dem Verteiler 18 schnell abnimmt.
Dementsprechend muß das Querschnittflächenverhältnis S1/SA auf 1 oder mehr eingestellt werden, um den Fließwiderstand in dem Verteiler 18 zu reduzieren. Des weiteren gibt es bei einer Tintenstrahlvorrichtung, die eine Struktur wie diejenige dieser bevorzugten Ausführungsform aufweist, keine Möglichkeit, daß die Tinte in den benachbarten Tintenkammern 4 gleichzeitig ausgestoßen wird. Dementsprechend wird die Gesamtquerschnittsfläche aller der Tintenkammern 4 in der Realität die Hälfte. Selbst wenn diese Tatsache berücksichtigt wird, muß das Querschnittsflächenverhältnis S1/SA auf 0,5 oder mehr eingestellt werden.
Daher ist der Anstieg in dem Querschnittflächenverhältnis S1/SA notwendig für eine Reduzierung des Fließwiderstandes in dem Verteiler 18. Wenn jedoch das Querschnittflächenverhältnis S1/SA ungefähr 5 oder mehr wird, wird der Fließwiderstand in dem Verteiler stark auf 1% oder weniger des Fließwiderstandes in den Tintenkammern 4 reduziert, was im wesentlichen nicht signifikant ist. Dementsprechend verursacht ein Anstieg des Querschnittsflächenverhältnisses S1/SA über ungefähr 5 lediglich eine Vergrößerung der Tintenstrahlvorrichtung 1 und ist kaum effektiv für die Reduzierung des Gesamtfließwiderstandes. Daher ist es vernünftig, das Querschnittflächenverhältnis S1/SA auf einen Wert bis zu 5 vom Gesichtspunkt einer Reduzierung der Größe und der Kosten der Tintenstrahlvorrichtung 1 einzustellen.
Bei dem Test entsprechend dieser bevorzugten Ausführungsform wurden die Abmessungen jeder Tintenkammer 4 auf 400 um in der Höhe H, 80 um in der Breite b und 12 mm in der Länge eingestellt. Wenn jedoch die Abmessungen jeder der Tintenkammern 4 geändert werden, bleibt das obige, zu bevorzugende Querschnittsflächenverhältnis S1/SA unverändert. Das heißt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, die Kurve 38, die einen Druckverlust zeigt, wird kaum in der senkrechten Richtung auf der Basis der Abszisse erweitert oder zusammengezogen, wie es durch eine gestrichelte Linie 38a oder 38b gezeigt ist.
Als Folge wird bei der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform die Querschnittsfläche des Verteilers 18 zum Verteilen der Tinte, die aus dem Tinteneinlaßloch 16 geflossen ist, in jede Tintenkammer 4 auf ungefähr 0,5-mal bis 5- mal die Gesamtquerschnittsfläche aller der Tintenkammern 4 eingestellt.
Da die Querschnittsfläche des Verteilers 18 auf ungefähr 0,5- mal bis 5-mal die Gesamtquerschnittsfläche aller der Tintenkammern 4 eingestellt ist, wird die Tinte im wesentlichen gleichförmig über den Verteiler 18 in jede Tintenkammer 4 mit einem niedrigen Fließwiderstand verteilt. Dementsprechend kann die Tinte sanft in jede Tintenkammer 4 eingebracht werden, und ein hoher Druck kann in jeder Tintenkammer 4 durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung erzeugt werden. Derart werden Tintentröpfchen mit einer ausreichenden Geschwindigkeit und einem gleichförmigen Volumen zum Ausbilden von Druckbildern ausgestoßen. Entsprechend der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform können Tintentröpfchen stabil mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 8 m/sec und einem Volumen von ungefähr 30 bis 90 pl durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung von 20 bis 50 Volt ausgestoßen werden. Derart kann eine Treiberschaltung mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden. Die Tintenstrahlvorrichtung 1 als Ganzes kann daher mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden.
Es wird nun die Tiefe jeder Nut 3, die die jeweilige Tintenkammer 4 bilden, und die Dicke der Abdeckplatte 10 unter Bezugnah me auf Fig. 8 beschrieben, die eine Schnittansicht eines Teils der Tintenstrahlvorrichtung ist, die die Gestalt der Nuten 3, der Seitenwände 6, der Metallelektroden 8 und der Abdeckplatte 10 zeigt. Das Bezugszeichen b stellt die Breite jeder Nut 3, die auf der piezoelektrischen Keramikplatte 2 ausgebildet ist, dar und das Bezugszeichen H stellt die Tiefe jeder Nut 3 dar. Da jede Metallelektrode 8 auf dem oberen Halbabschnitt jeder Seitenwand 6 ausgebildet ist, wird die Länge von dem oberen Ende zu dem unteren Ende jeder Metallelektrode 8 die Hälfte der Tiefe H jeder Nut 3, das heißt sie wird H/2. Des weiteren stellt das Bezugszeichen k die Dicke der Abdeckplatte 10, die aus demselben Material wie dasjenige der piezoelektrischen Keramikplatte 2 ausgebildet ist, dar.
Die Beziehung zwischen der Tiefe H jeder Nut 3, die die jeweilige Tintenkammer 4 bildet und der Dicke k der Abdeckplatte 10 wurde untersucht, um eine Fluggeschwindigkeit der Tintentropfen zu erhalten, die für ein stabiles Drucken notwendig ist.
Bei einem Test entsprechend dieser bevorzugten Ausführungsform wurden drei Arten von piezoelektrischen Keramikplatten 2 mit unterschiedlichen Nuttiefen H von 0,2, 0,4 und 0,6 mm verwendet. Bei jeder piezoelektrischen Keramikplatte 2 wurde die Breite jeder Seitenwand 6 auf 80 um eingestellt, und die Breite b jeder Nut 3 wurde auf 80 um eingestellt. Piezoelektrische Keramiken aus Bleizirkonattitanat (PZT) wurden als die Materialien der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 10 verwendet. Ein Aluminiumfilm mit einer Dicke von ungefähr 1 um, der durch Vakuumabscheidung ausgebildet wurde, wurde als jede Metallelektrode 8 verwendet, und ein Epoxyklebstoff wurde als der Klebstoff 20 verwendet. Des weiteren wurden vier Arten von Abdeckplatten 10 mit unterschiedlichen Dicken k von 0,25, 0,5, 1 und 2 mm verwendet. Derart wurden insgesamt 12 Arten von Tintenstrahlvorrichtungen 1 unter Verwendung der drei Arten von piezoelektrischen Keramikplatten 2 und der vier Arten von Abdeckplatten 10 in Kombination verwendet. Des weiteren wurde Pigmenttin te, die Tripropylenglykolmonometheylether (TPM) als eine Basis enthält, als die Tinte verwendet, und eine Treiberspannung, die an jede Metallelektrode anzulegen war, wurde auf 40 Volt eingestellt. Die Fluggeschwindigkeit der Tintentröpfchen wurde durch Emittieren von Licht aus einer lichtemittierenden Diode synchron mit einem Treiberspannungspuls zur Ausbildung eines stehenden Bildes der Tröpfchen und durch Verschieben des Zeitablaufs der Lichtemission gegenüber dem Treiberspannungspuls zum Erhalten einer Bewegung des stehenden Bildes der Tintentröpfchen berechnet.
Die Fluggeschwindigkeiten der Tintentröpfchen in den verschiedenen Arten von Tintenstrahlvorrichtungen 1, die wie oben vorbereitet waren, wurde gemessen. Das Ergebnis der Messung ist in Fig. 9 gezeigt, in der die Achse der Abszisse das Produkt H · k aus der Tiefe H jeder Nut 3 und der Dicke k der Abdeckplatte 10 darstellt und die Achse der Ordinate die Fluggeschwindigkeit der Tintentröpfchen darstellt. In Fig. 9 entsprechen die durchgezogenen Linien 40, 42 und 44 den Tintenstrahlvorrichtungen 1 mit den Tiefen H von 0,2, 0,4 bzw. 0,6 mm.
Wie aus Fig. 9 offensichtlich ist, je größer die Tiefe H jeder Nut 3 ist, desto größer ist die Fluggeschwindigkeit der Tröpfchen. Bei jeder der durchgezogenen Linien 40, 42 und 44 nimmt die Fluggeschwindigkeit schnell ab, wenn das Produkt H · k ungefähr 0,2 oder weniger wird. Der Grund für eine solche rapide Abnahme ist, daß, wenn die benachbarten Seitenwände 6 zur Zeit des Ausstoßens der Tinte deformiert werden, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 8 gezeigt ist, die Abdeckplatte 10 in geringem Maß deformiert wird, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 8 gezeigt ist. Je größer das Verhältnis der Deformation der Abdeckplatte 10 zu dem Volumen der jeweiligen Tintenkammer 4 ist, desto kleiner ist der Druckanstieg in jeweiligen Tintenkammer 4, was in einer Reduzierung der Fluggeschwindigkeit der Tröpfchen resultiert. Zum Reduzieren des Verhältnisses der Deformation der Abdeckplatte 10 zu dem Volumen jeder Tintenkammer 4 ist es notwendig, entweder die Tiefe H jeder Nut 3 zu vergrößern oder die Dicke k der Abdeckplatte 10 zu vergrößern. Dementsprechend ist es ausreichend, das Produkt H · k zu vergrößern. Wie aus Fig. 9 offensichtlich ist, ist es zu bevorzugen, das Produkt H · k auf 0,2 oder mehr einzustellen, um derart die Fluggeschwindigkeit der Tintentröpfchen nicht zu schnell zu reduzieren.
Während die Breite jeder Seitenwand 6 auf 80 um bei dem obigen Test entsprechend dieser bevorzugten Ausführungsform eingestellt wurde, wird eine Tendenz, die ähnlich zu der in Fig. 9 gezeigten ist, gezeigt, wenn die Breite jeder Seitenwand 6 gegenüber dem obigen Wert variiert.
Des weiteren wird, während die Breite b jeder Nut 3 auf 80 um bei dem obigen Test eingestellt wurde, eine Tendenz, die ähnlich zu der in Fig. 9 gezeigten ist, gezeigt, wenn die Breite b jeder Nut 3 ungefähr 80 um ist.
Als Folge wird bei der Tintenstrahlvorrichtung 1 entsprechend dieser bevorzugten Ausführungsform das Produkt aus der Tiefe jeder Nut 3 und der Dicke der Abdeckplatte 10 auf 0,2 (mm · mm) oder mehr eingestellt.
Da das Produkt aus der Tiefe jeder Nut 3 und der Dicke der Abdeckplatte 10 auf 0,2 (mm · mm) oder mehr eingestellt ist, kann die Deformation der Abdeckplatte 10 aufgrund der Deformation der Seitenwände 6 so weit wie möglich verhindert werden. Dementsprechend kann das Verhältnis des Druckes, der in jeder Tintenkammer 4 erzeugt wird, zu der Treiberspannung, die an die jeweilige Metallelektrode 8 anzulegen ist, erhöht werden. Dementsprechend kann ein hoher Druck in jeder Tintenkammer 4 durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung erzeugt werden, und Tintentröpfchen können mit einer Geschwindigkeit und einem Volumen, die zur Ausbildung von Druckbildern ausreichen, ausgestoßen werden. Entsprechend der Tintenstrahlvorrichtung 1 diese bevorzugten Ausführungsform können Tintentröpfchen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 8 m/sec und einem Volumen von ungefähr 30 bis 90 pl durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung von ungefähr 20 bis 50 Volt ausgestoßen werden. Derart kann eine Treiberschaltung mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden. Die Tintenstrahlvorrichtung 1 als Ganzes kann daher mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden.
Der Einfluß der Oberflächenrauheit der Abdeckplatte 10 auf die Tintenstrahleigenschaften wird unter Bezugnahme auf Fig. 10A beschrieben. Wie es gezeigt ist, ist jede Seitenwand 6 an einem unteren Ende derselben integral mit der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und ein oberes Ende jeder Seitenwand 6 ist mit der Abdeckplatte 10 mittels des Klebstoffes 20 verbunden. Wenn die Oberfläche der Abdeckplatte 10 glatt ist, wird ein sehr dünner Film des Klebstoffes 20 zwischen jeder Seitenwand 6 und der Abdeckplatte 10 gebildet, und ein verbundener Abschnitt, der durch den Klebstoff 20 gebildet wird, weist eine hohe Steifigkeit auf. Wenn andererseits die Oberfläche der Abdeckplatte 10 rauh ist, ist eine große Menge des Klebstoffes 20 zwischen jede Seitenwand 6 und die Abdeckplatte 10 gesetzt, wie es in Fig. 10B gezeigt ist, was eine niedrige Steifigkeit des verbundenen Abschnittes verursacht. Als ein Ergebnis kann der Druck, der in jeder Tintenkammer 4 beim Ausstoßen der Tintentröpfchen erzeugt wird, nicht ausreichend erhöht werden, so daß ein gewünschtes Volumen der Tintentröpfchen nicht erhalten werden kann.
Das Volumen der ausgestoßenen Tintentröpfchen wurde unter Verwendung der Abdeckplatten 10 mit unterschiedlichen Oberflächenrauheiten gemessen.
Bei der Tintenstrahlvorrichtung 1, die bei diesem Test verwendet wurde, war die Breite W jeder Seitenwand 6 auf 80 um eingestellt, die Tiefe H jeder Nut war gleich der Höhe jeder Seitenwand 6 auf 400 um eingestellt, und die Breite b jeder Nut 3 war auf 80 um eingestellt. Piezoelektrische Keramiken aus Bleizirkontitanat (PZT) wurden als die Materialien der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und jeder Abdeckplatte 10 verwendet. Ein Aluminiumfilm mit einer Dicke von ungefähr 1 um, der durch Dampfabscheidung ausgebildet war, wurde für jede Metallelektrode 8 verwendet. Des weiteren wurde ein Epoxyklebstoff als der Klebstoff 20 verwendet. Die Dicke k jeder Abdeckplatte 10 war auf 1 mm eingestellt, und die Oberflächenrauheit der mit jeder Seitenwand 6 zu verbindenden Oberfläche wurde von 1 bis 8 um geändert. Des weiteren wurde, um irgendwelche Einflüsse, die andere als der Einfluß der Oberflächenrauheit sind, zu eliminieren, der Klebstoff 20 gleichförmig und dünn bei allen Abdeckplatten 10 mit unterschiedlichen Oberflächenrauheiten aufgebracht. Das Volumen der Tintentröpfchen wurde durch Messen des Gewichtes einer vorbestimmten Anzahl der Tintentröpfchen unter Verwendung einer Hochpräzisions-Analysewaage und durch Verwenden des derart gemessenen Gewichtes und der Dichte der Tinte berechnet.
Wie aus Fig. 11 offensichtlich ist, wenn die Oberflächenrauheit der Abdeckplatte 10 gleich 3 um oder weniger ist, ist das Volumen der Tintentröpfchen maximal und im wesentlichen konstant. Im Vergleich dazu nimmt, wenn die Oberflächenrauheit auf ungefähr 4 um ansteigt, das Volumen der Tintentröpfchen um ungefähr 10% ab. Des weiteren nimmt, wenn die Oberflächenrauheit auf ungefähr 5 um oder mehr ansteigt, das Volumen der Tintentröpfchen um 20% oder mehr ab, was eine merkliche Reduzierung der Ausbildungseffizienz der Tintentröpfchen verursacht.
Ein anderer Strahltest unter Verwendung der Tintenstrahlvorrichtung 1, die andere Abmessungen als die obigen Abmessungen aufweist, wurde ausgeführt. Als Ergebnis dieses Testes änderte sich der Betrag des Volumens der Tintentröpfchen, aber die Weise der Änderung aufgrund der Oberflächenrauheit der Oberflächenplatte 10 ist ähnlich zu derjenigen, die in Fig. 11 gezeigt ist.
Des weiteren wird, selbst wenn irgendein Klebstoff (z. B. Phenolklebstoff), der ein anderer als der Epoxyklebstoff ist, verwendet wird, eine Tendenz, die ähnlich zu der in Fig. 11 gezeigten ist, gezeigt.
Als Folge ist bei der Tintenstrahlvorrichtung 1 entsprechend dieser bevorzugten Ausführungsform die Oberflächenrauheit der Abdeckplatte 10 auf 5 um oder weniger, bevorzugterweise auf 3 um oder weniger eingestellt.
Da die Oberflächenrauheit der Abdeckplatte 10 auf 5 um oder weniger, bevorzugterweise 3 um oder weniger eingestellt ist, ist das Verhältnis des Druckes, der in jeder Tintenkammer 4 erzeugt wird, zu der Treiberspannung, die an die jeweilige Metallelektrode 8 angelegt wird, groß. Dementsprechend kann ein hoher Druck in jede Tintenkammer 4 durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung erzeugt werden, und Tintentröpfchen können mit einer Geschwindigkeit und einem Volumen, die zur Ausbildung von Druckbildern ausreichen, ausgestoßen werden. Entsprechend der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform können Tintentröpfchen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 8 m/sec und einem Volumen von ungefähr 30 bis 90 pl, das von der Länge der jeweiligen Tintenkammer 4 abhängt, durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung ungefähr 20 bis 50 Volt ausgestoßen werden. Derart kann eine Treiberschaltung mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden. Die Tintenstrahlvorrichtung 1 als Ganzes kann daher mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden.
Der Einfluß eines Unterschiedes im Material zwischen der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 10 auf die Lebensdauer der Tintenstrahlvorrichtung 1 wird unter Bezugnahme auf Fig. 12A beschrieben. Wie es gezeigt ist, die piezoelektrische Keramikplatte 2 der Tintenstrahlvorrichtung 1 ist mit einer Mehrzahl von Nuten 3, die jeweils eine Tintenkammer 4 bilden, und mit einer Mehrzahl von Seitenwänden 6, die die Nuten 3 unterteilen, ausgebildet. Die Breite b jeder Nut 3 ist auf 80 um eingestellt und die Tiefe H jeder Nut 3 ist auf 400 um eingestellt. Die Breite W jeder Seitenwand 6 ist auf 80 um eingestellt. Die obere Endoberfläche jeder Seitenwand 6 ist mit der Abdeckplatte 10 durch einen Klebstoff 20 verbunden. Ein wärmeaushärtender Klebstoff wie ein Epoxyklebstoff wird als der Klebstoff 20 verwendet. Der Klebstoff 20 wird durch Erwärmen auf ungefähr 160ºC gehärtet. Die Dicke der Abdeckplatte 10 ist auf 1 mm eingestellt.
Bei der Tintenstrahlvorrichtung 1, wie sie oben erwähnt wurde, ist das Material der piezoelektrischen Keramikplatte 2 nicht notwendigerweise dasselbe wie das Material der Abdeckplatte 10. Dementsprechend wird, wenn das Material der piezoelektrischen Keramikplatte 2 einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der unterschiedlich von demjenigen des Materials der Abdeckplatte 10 ist, aufweist, die Deformation der beiden Teile ungleichförmig, wenn die Temperatur des Klebstoffes 20, nachdem er durch Erwärmen gehärtet worden ist, zur gewöhnlichen Temperatur zurückgebracht worden ist. Als ein Ergebnis werden, selbst wenn jede Seitenwand 6 mit der Abdeckplatte 10 bei ungefähr 160ºC in einer solchen Weise verbunden wird, daß die benachbarten Seitenwände 6 parallel zueinander sind, wie es in Fig. 12A gezeigt ist, die Seitenwände nach dem Erreichen gewöhnlicher Temperaturen deformiert, wie es in Fig. 12B gezeigt ist, und eine verbleibende Spannung wird in jeder Seitenwand 6 und dem Klebstoff 20 erzeugt, was insbesondere die Stärke eines verbundenen Abschnittes reduziert.
Im allgemeinen hängt die Größe der verbleibenden Spannung nicht nur von einem Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten sondern auch von dem Elastizitätsmodul (Young's Modul) des Materials ab. Bei der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckplatte 10 jedoch ausreichend dick verglichen mit jeder Seitenwand 6. Derart ist der Einfluß, der durch eine Änderung im Elastizitätsmodul aufgrund eines Un terschiedes im Material der Abdeckplatte 10 verursacht wird, im wesentlichen nicht signifikant.
Dann wird der Einfluß des obigen Phänomens auf das Leben der Tintenstrahlvorrichtung 1 untersucht. Unter Verwendung von drei Arten von piezoelektrischen Keramiken aus Bleizirkontitanat (PZT), die drei lineare Ausdehnungskoeffizienten von 1, 2 und 4 ppm/ºC aufweisen, wurden drei Arten von piezoelektrischen Keramikplatten 2, die unterschiedliche lineare Expansionskoeffizienten aufweisen, vorbereitet. Des weiteren wurden drei Arten von Abdeckplatten 10, die dieselben Materialien wie diejenigen der obigen piezoelektrischen Keramikplatten 2 aufweisen, vorbereitet. Zusätzlich wurden drei Arten von Abdeckplatten 10, die aus Magnesiumoxid (MgO), Zirkonoxid (ZrO&sub2;) und Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) gemacht waren, vorbereitet. Derart wurden insgesamt 6 Arten von Abdeckplatten 10 mit unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten vorbereitet.
Durch Verwenden der verschiedenen Arten von piezoelektrischen Keramikplatten und der verschiedenen Arten von Abdeckplatten 10, die oben erwähnt wurden, wurden verschiedene Tintenstrahlvorrichtungen 1 vorbereitet. Dann wurden Treiberpulse auf einem Spannungspegel von 40 Volt fortlaufend mit einer Frequenz von 8 kHz an jede Tintenstrahlvorrichtung 1 angelegt. Zu dieser Zeit wurde die Anzahl der angelegten Treiberpulse gemessen, bis die Strahlfunktion der jeweiligen Tintenstrahlvorrichtung 1 in einem Ausmaß reduziert war, daß die Tintentröpfchen nicht gebildet werden konnten.
Das Ergebnis der Messung ist in Fig. 13 gezeigt. Wie aus Fig. 13 offensichtlich ist, wenn der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 10 6,0 ppm/ºC oder weniger ist, ist die Lebensdauer der Tintenstrahlvorrichtung 1 gleich 30 · 10&sup8; Ereignisse. Im Gegensatz nimmt, wenn der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten gleich 8,5 ppm/ºC wird, die Lebensdau er auf 20 · 10&sup8; Ereignisse ab. Des weiteren nimmt, wenn der Unterschied in den linearen Ausdehnungskoeffizienten größer wird, die Lebensdauer noch merklicher ab.
Während bei dieser bevorzugten Ausführungsform ein Epoxyklebstoff als der Klebstoff 20 verwendet wird, können irgendwelche andere wärmeaushärtende Klebstoffe wie ein Phenolklebstoff verwendet werden. Auch in diesen Fällen zeigt sich eine Tendenz die ähnlich zu der in Fig. 13 gezeigten ist.
Als Folge ist bei der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 10 auf 8,5 ppm/ºC oder weniger, bevorzugterweise 6,0 ppm/ºC oder weniger eingestellt.
Da der Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 10 auf 8,5 ppm/ºC oder weniger, bevorzugterweise auf 6,0 ppm/ºC oder weniger eingestellt ist, wird die Strahllebensdauer der Tintenstrahlvorrichtung 1 mindestens ungefähr 20 · 10&sup8; Ereignisse, bevorzugterweise 30 · 10$ Ereignisse, was im praktischen Gebrauch ausreichend ist. Dementsprechend kann die Tintenstrahlvorrichtung 1 in ausreichender Weise nicht nur zum Drucken von Bildern von Zeichen sondern auch zum Drucken von Grafikbildern, die eine hohe Frequenz von Tintenstrahlen erfordern, angewandt werden. Dementsprechend kann die Anzahl der Ersetzungen der Tintenstrahlvorrichtung 1 in einen Drucker reduziert werden, und die Zuverlässigkeit des Druckers kann verbessert werden.
Die relative positionsmäßige Beziehung zwischen der jeweiligen Tintenkammer 4 und dem Verteiler 18 wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben, die einen Querschnitt der Tintenstrahlvorrichtung 1, wie sie von einer Seite derselben gesehen wird, zeigt. Wie durch einen Pfeil 30 in Fig. 14 gezeigt ist, Tinte wird von einem Tintentank (nicht gezeigt) über eine Tintenzufuhrröhre (nicht gezeigt) in das Tinteneinlaßloch 16 zugeführt. Dann wird die Tinte von dem Tinteneinlaßloch 16 über den Verteiler 18 in jede Tintenkammer 4 zugeführt. In einem Test unter Verwendung der Tintenstrahlvorrichtung 1 wurden piezoelektrische Keramiken aus Bleizirkontitanat (PZT) als den Materialien der piezoelektrischen Keramikplatte 2 und der Abdeckplatte 10 verwendet. Um eine Änderung im Volumen der Tintentröpfchen aufgrund einer Änderung in der relativen positionsmäßigen Beziehung zwischen dem Verteiler 18 und jeder Tintenkammer 4 zu untersuchen, wurden verschiedene Tintenstrahlvorrichtungen 1 mit unterschiedlichen Abständen x von der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers 18 zu der hinteren Endoberfläche jeder Tintenkammer 4 vorbereitet. Jedoch war bei jeder Tintenstrahlvorrichtung 1 die volle Länge L jeder Tintenkammer 4 auf 17 mm gesetzt. Des weiteren war in jeder Tintenstrahlvorrichtung 1 die Tiefe h des Verteilers 18 auf 0,5 mm gesetzt und die Breite w des Verteilers 18 war auf 5 mm gesetzt. Das Volumen der Tintentröpfchen wurde berechnet durch Messen des Gewichtes einer vorbestimmten Anzahl der Tintentröpfchen, die ausgestoßen wurden unter Verwendung einer Hochpräzisions-Analysewaage und durch Verwenden des derartig gemessenen Gewichtes und der Dichte der Tinte.
Unter Verwendung der obigen verschiedenen Tintenstrahlvorrichtungen 1 mit unterschiedlichen relativen positionsmäßigen Beziehungen zwischen dem Verteiler 18 und jeder Tintenkammer 4 wurde das Volumen der aus der jeweiligen Tintenstrahlvorrichtung 1 ausgestoßenen Tintentröpfchen gemessen. Das Ergebnis der Messung ist in Fig. 15 gezeigt, in der die Achse der Abszisse den Abstand x zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers 18 und der hinteren Endoberfläche jeder Tintenkammer 4 repräsentiert und die Achse der Ordinate das Volumen der Tintentröpfchen repräsentiert. Wie aus Fig. 15 offensichtlich ist, wenn der Abstand x zwischen 1 mm und 6 mm liegt, erreicht das Volumen der Tintentröpfchen einen Maximalwert von 60 pl, der im wesentlichen konstant gehalten wird.
Wenn der Abstand x gleich 1 mm oder weniger wird, nimmt das Volumen der Tintentröpfchen schnell ab. Des weiteren kann, wenn der Abstand x auf ungefähr 0,2 mm abnimmt, die Tinte nicht ausgestoßen werden. Das heißt, x = 1 bedeutet, daß die Entfernung der Überlappung zwischen dem Verteiler 18 und jeder Tintenkammer 4 gleich 1 mm ist, und daß eine Abnahme der Entfernung x unter 1 mm verursacht, daß der Tintenfluß in jede Tintenkammer 4 zunehmend schwierig wird.
Wenn andererseits der Abstand x gleich 6 mm oder mehr wird, nimmt das Volumen der Tintentröpfchen nicht so schnell ab. Dieses ist so aufgrund der Tatsache, daß ein Anstieg in dem Abstand x in einer Annäherung des Verteilers 18 an eine Düsenplatte 14 resultiert, das heißt der Abstand y zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers 18 und der inneren Oberfläche der Düsenplatte 14. Wenn der Druck in der jeweiligen Tintenkammer 4 zum Ausstoßen der Tintentröpfchen aus einer Düse 12, die durch die Düsenplatte 14 ausgebildet ist, erhöht wird, wird die Tinte in der jeweiligen Tintenkammer 4 aus der Düse 12 gezwungen. Gleichzeitig fließt sie rückwärts aus dem Verteiler 18 in das Tinteneinlaßloch 16. Als ein Ergebnis wird der Druck nahe des Verteilers 18 schnell reduziert, so daß eine Unterdruckwelle erzeugt wird. Wenn diese Unterdruckwelle die Düse 12 erreicht, wird der Tintenstrahl aus der Düse 12 gestoppt. Je kürzer der Abstand y ist, desto kürzer ist die Zeit, bis die Unterdruckwelle die Düse 12 erreicht. Dementsprechend wird, wenn der Abstand y reduziert wird, der Tintenstrahl aus der Düse 12 schnell gestoppt, was in einer Reduzierung des Volumens der Tintentröpfchen resultiert.
Wie aus Fig. 15 offensichtlich ist, wenn der Abstand x ungefähr 11 mm (y = L - x = 6 mm) wird, wird das Volumen der Tintentröpfchen ungefähr 30 pl, d. h. die Hälfte des Maximalwertes.
Des weiteren können, wenn der Abstand x auf bis zu 14 mm (y = 3 mm) oder mehr zunimmt, die Tintentröpfchen nicht ausgestoßen werden. Während das Volumen der Tintentröpfchen mehr oder weniger durch Steuern der angelegten Treiberpulse eingestellt werden kann, muß die relative positionsmäßige Beziehung zwischen dem Verteiler 18 und jeder Tintenkammer 4 so definiert werden, daß der Abstand x auf 0,2 mm oder mehr und der Abstand y auf 3 mm oder mehr, bevorzugterweise auf 6 mm oder mehr eingestellt ist.
Während die Tiefe h und die Breite w des Verteilers 18 auf 0,5 mm bzw. 5 mm bei dem obigen Test eingestellt waren, wird eine Tendenz gezeigt, die ähnlich zu der in Fig. 15 gezeigten ist, selbst wenn die Abmessungen des Verteilers 18 gegenüber den obigen Werten variieren.
Des weiteren wird, während die volle Länge L jeder Tintenkammer 4 auf 17 mm bei dem obigen Test gesetzt war, eine Tendenz gezeigt, die ähnlich zu der in Fig. 15 gezeigten ist, selbst wenn die volle Länge L gegenüber 17 mm variiert.
Als Folge ist bei der Tintenstrahlvorrichtung 1 entsprechend dieser bevorzugten Ausführungsform die Position des in der Abdeckplatte 10 auszubildenden Verteilers 18 relativ zu jeder Tintenkammer 4 derart, daß der Abstand zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers 18 und der hinteren Endoberfläche jeder Tintenkammer 4 auf 0,2 mm oder mehr eingestellt ist. Außerdem ist der Abstand zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers 18 und der inneren Oberfläche der Düsenplatte 14 auf 3 mm oder mehr, bevorzugterweise auf 6 mm oder mehr eingestellt.
Da der Abstand zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers 18 und der hinteren Endoberfläche jeder Tintenkammer 4 auf 0,2 mm oder mehr eingestellt ist und der Abstand zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Verteilers 18 und der inneren Oberfläche der Düsenplatte 14 auf 3 mm oder mehr, bevorzugterweise auf 6 mm oder mehr eingestellt ist, können die Tintentröpfchen effizient ausgestoßen werden und die Tinte kann sanft zu jeder Tintenkammer 4 zugeführt werden. Dementsprechend können die Tintentröpfchen mit einer Geschwindigkeit und einem Volumen, die zur Ausbildung von Druckbildern ausreichend sind, ausgestoßen werden. Entsprechend der Tintenstrahlvorrichtung 1 dieser bevorzugten Ausführungsform können die Tintentröpfchen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 8 m/sec und einem Volumen von ungefähr 30 bis 90 pl durch Anlegen einer niedrigen Treiberspannung von ungefähr 20 bis 50 Volt ausgestoßen werden. Derart kann eine Treiberschaltung mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden. Die Tintenstrahlvorrichtung 1 als Ganzes kann daher mit niedrigen Kosten mit einer kleinen Größe hergestellt werden.
Es ist zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die bevorzugte Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, begrenzt ist, sondern daß verschiedene Modifikationen ohne Abweichen von dem Umfang der vorliegenden Erfindung gemacht werden können.
Zum Beispiel kann, während die Tintenstrahlvorrichtung 1 der bevorzugten Ausführungsform ein Schermodustyp ist, so daß die Tinte in jeder Tintenkammer 4 durch die Schermodusdeformation jeder Seitenwand 6, die aus piezoelektrischer Keramik ausgebildet ist, ausgestoßen wird, die Tintenstrahlvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ein anderer Typ wie ein Kaiser-Typ oder ein Thermostrahltyp, wie sie zuvor erwähnt worden sind, sein.

Claims

1. Tintenstrahldruckvorrichtung, die aufweist;

eine Platte (2) mit einer Mehrzahl von sich longitudinal erstreckenden, aufrechten Wänden (6), die parallele Tintenkammern (4) definieren, wobei jede der Tintenkammern (4) ein vorderes Ende und hinteres Ende aufweist;

einen Düsenaufbau (14), der mit der Platte (2) an dem vorderen Ende der Tintenkammern (4) gekoppelt ist und Düsen (12), die darin ausgebildet sind, aufweist, wobei die Düsen (12) mit den Tintenkammern (4) ausgerichtet sind; und

eine Abdeckung (10), die mit der Platte (2) gekoppelt ist und die Tintenkammern (4) verschließt, wobei die Abdeckung (10) einen Tintenverteiler (18), der eine vordere Seite und eine hintere Seite aufweist und in Kommunikation mit den Tintenkammern (4) ist, enthält und einen Tinteneinlaß (6) in dem Verteiler (18) zum Einbringen von Tinte in den Verteiler (18) enthält;

dadurch gekennzeichnet, daß jede der Tintenkammern (4) eine Querschnittsfläche (52) aufweist und der Verteiler (18) eine Querschnittsfläche (51) aufweist, und bei der die Querschnittsfläche (51) des Verteilers (18) mindestens 0,5-mal die Querschnittsfläche (5A) aller der Tintenkammern (4), die kombiniert ist, ist.

2. Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Querschnittsfläche des Verteilers (18) höchstens 5-mal die Querschnittsfläche aller der Tintenkammern (4), die kombiniert ist, ist.

3. Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der Verteiler (18) eine Tiefe aufweist, die der Tinte erlaubt, in die Tintenkammern (4) ohne eine Änderung im Druck zu fließen.

4. Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Abdeckung (10) eine Oberfläche aufweist, die die Platte (2) anblickt, und die Oberfläche einer Rauheit von 5 um oder weniger aufweist.

5. Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Oberfläche einer Rauheit von 3 um oder weniger aufweist.

6. Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Tinteneinlaß (2) so bemessen ist, daß er einen laminaren Fluß der Tinte in den Verteiler erzeugt.

7. Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Tinteneinlaß (16) einen Durchmesser von mindestens 0,2 mm aufweist.

8. Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Verteiler (18) eine Tiefe von mindestens 0,2 mm aufweist.

9. Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Verteiler (18) eine Tiefe von mindestens 0,3 mm aufweist.

10. Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Platte (2) und die Abdeckung (10) mit einem wärmeaushärtenden Klebstoff miteinander verbunden sind.

11. Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Abstand zwischen der vorderen Seite des Verteilers (18) und dem hinteren Ende der Tintenkammern (4) in dem Bereich von 0,2 mm bis 6 mm liegt und ein Abstand zwischen der vorderen Seite des Verteilers (18) und dem vorderen Ende der Tintenkammern (4) an der Düse (12) mindestens 3 mm beträgt.

12. Tintenstrahldruckvorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Abstand zwischen der vorderen Seite des Verteilers (18) und dem vorderen Ende der Tintenkammer (4) an der Düse (12) mindestens 6 mm beträgt.

13. Tintenstrahldruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jede der Tintenkammern (4) eine Tiefe aufweist und die Abdeckung (10) eine Dicke aufweist, und bei der die Tiefe mal die Dicke gleich 0,2 mm² oder mehr beträgt, was die Deformation der Abdeckung (10) unterdrückt.