DE69529039T2

DE69529039T2 - Druckkopf vom Typ mit Antreibung mittels eines elektrischen Feldes und Verfahren für dessen Antreibung

Info

Publication number: DE69529039T2
Application number: DE69529039T
Authority: DE
Inventors: Norihiko Kurashima; Makoto Matsuzaki; Haruo Nakamura
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2015-09-19
Also published as: DE69529039D1; EP0701899A2; EP0701899A3; EP0701899B1; JPH08132608A; JP3303901B2; US5739831A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf und ein Verfahren zum Antreiben desselben.
In dem Tintenstrahldrucker ist der Druckkopf mit einer Mehrzahl von Einheiten versehen, wobei jede eine Druckkammer, eine Düse, welche mit der Druckkammer kommunikativ verbunden ist, und ein Druckerzeugungselement zum Bewirken einer Veränderung eines Drucks in der Druckkammer umfasst. Druckdaten werden an die Druckerzeugungselemente übertragen, wodurch Tintentröpfchen auf ein Druckblatt abgeschossen werden. Der Tintenstrahldrucker ist dem Drahtanschlagdrucker durch geringere Geräuscherzeugung, geringe Größe und geringes Gewicht überlegen, da Ersterer eine kleinere Anzahl von erforderlichen Bauteilen als Letzterer verwendet.
Es gibt einen Vorschlag, die Druckgeschwindigkeit des Druckers zu erhöhen. Der vorgeschlagene Drucker setzt einen Linienkopf ein, der eine Anzahl von Düsenöffnungen auf weist, welche in der Richtung der Breite eines Druckblatts angeordnet sind. Eine Anzahl von Leitungsdrähten zur Signalübertragung ist unumgänglich für den Drucker, welcher einen piezoelektrischen Vibrator oder ein Widerstandselement als ein Betätigungselement verwendet. Die Verdrahtungsstruktur des Druckers ist unvermeidlicherweise komplex.
Das Dokument JP-A-6106725 zum Beispiel offenbart einen Druckkopf, welcher auf die Lösung des Verdrahtungsstrukturproblems ausgerichtet ist. In der Ausführung des Druckkopfs umfassen die Düsen jede ein Paar von festen und elastischen Elektroden, die gegenüberliegenderweise angeordnet sind. Die enthaltene Tinte weist eine hohe Dielektrizitätskonstante auf. Eine der paarweisen Elektroden ist durch eine fotoleitfähige Schicht an eine Hochspannungsquelle angeschlossen. Ein Lichtstrahl, welcher durch ein Drucksignal moduliert wird, macht die fotoleitfähige Schicht wahlweise leitend, wodurch die verbundenen Düsen angetrieben werden, um Tintentröpfchen abzuschießen.
Im Druckkopf wird ein Lichtstrahl, welcher von einer Lichtemissionsdiode ausgesendet wird, durch Druckdaten moduliert. Die fotoleitfähige Schicht wird mit dem Lichtstrahl, welcher die Druckinformation enthält, abgetastet. Als Ergebnis der Lichtstrahlabtastung wird eine Spannung der Hochspannungsquelle gemäß den Druckdaten wahlweise an die Düsen angelegt, so dass Tinte durch eine elektrostatische Anziehungskraft von den Düsen, die wahlweise angetrieben werden, abgeschossen wird. Dieser Druckkopf ist erfolgreich im Ausschalten der Verwendung einer mechanischen Energieerzeugungsquelle, wie beispielsweise eines piezoelektrischen Vibrators. Dies führt zur Vereinfachung der Verdrahtungsstruktur. Allerdings weist der Druckkopf noch immer einige Probleme auf, die es zu losen gilt. Tinte ist in einem Tintenpfad vorhanden, der zwischen den paarweisen Elektroden ausgebildet ist. Die Tinte, die verwendet wird, ist nur auf die Tinte mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten beschränkt. Leitfähige Tinte wie wässrige Tinte ist für den Drucker, der auf diese Weise ausgebildet ist, nicht erhältlich. Verformbare leitende Schichten dienen als eine Druckerzeugungsquelle zum Tintenausstoßen und werden einer Biegebewegung unterzogen. Aus diesem Grund muss für die verformbaren leitenden Schichten ein Material verwendet werden, das gegen mechanische Ermüdung beständig ist.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, diese Probleme zu überwinden. Die Aufgabe wird durch den Tintenstrahldruckkopf von Patentanspruch 1 und das Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß dem unabhängigen Anspruch 10 gelöst.
Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung sind aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf mit einer Anordnung von Düsenöffnungen, welche über die volle Breite eines Druckblatts reicht. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Tintenstrahldruckkopf der Art mit elektrischem Feldantrieb, in welchem Energie zum Ausstoßen von Tintentröpfchen durch Verformen einer elastischen Platte durch ein elektrisches Feld erzeugt wird.
Hinsichtlich der oben erwähnten Hintergründe ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines neu- und einzigartigen Tintenstrahlkopfs der Art mit elektrischem Feldantrieb, welcher die Verwendung jeder Art von Tinte erlaubt und Tintentröpfchen ohne die Hilfe einer Biegeverschiebung der fotoleitfähigen Schicht abschießt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Antreiben eines Tintenstrahlkopfs der Art mit elektrischem Feldantrieb, welcher die Verwendung jeder Art von Tinte erlaubt und Tintentröpfchen ohne die Hilfe einer Biegeverschiebung der fotoleitfähigen Schicht abschießt.
Um die oben erwähnten Aspekte zu erreichen, wird ein Tintenstrahldruckkopf der Art mit elektrischem Feldantrieb bereitgestellt, welcher umfasst: eine Düsenplatte, welche ein Tintenspritzloch umfasst; eine elastische Platte, welche verformbar ist, wenn sie eine elektrostatische Anziehungskraft empfängt; eine Druckerzeugungskammerstruktur, welche zwischen zwei Hauptflächen ausgebildet ist, wobei eine der Hauptflächen der Druckerzeugungskammerstruktur mit der Düsenplatte hermetisch abgedeckt ist und die andere der Hauptflächen mit der elastischen Platte hermetisch abgedeckt ist; eine erste Elektrode, welche auf der elastischen Platte ausgebildet ist, wobei die erste Elektrode entsprechend der Druckerzeugungskammerstruktur angeordnet ist; eine zweite Elektrode, welche von der ersten Elektrode eine Entfernung, welche einem vorbestimmten Zwischenraum entspricht, beabstandet ist, wobei die zweite Elektrode nicht verformbar ist, wenn sie die elektrostatische Anziehungskraft empfängt; eine fotoleitfähige Schicht, welche zwei Hauptflächen umfasst, wobei eine der Hauptflächen der fotoleitfähigen Schicht mit den zweiten Elektroden elektrisch verbunden ist; und ein Substrat, welches aus transparentem Material hergestellt ist, wobei das Substrat eine transparente Elektrode umfasst, welche mit der anderen der Hauptfläche der fotoleitfähigen Schicht elektrisch verbunden ist, wobei die elektrostatische Anziehungskraft, welche zwischen den ersten und zweiten Elektroden erzeugt wird, bewirkt, dass die Druckerzeugungskammerstruktur ausgedehnt wird, und die Wegnahme der elektrostatischen Anziehungskraft erlaubt, dass die Druckerzeugungskammerstruktur zusammengedrückt wird, wodurch bewirkt wird, dass die Druckerzeugungskammerstruktur Tintentröpfchen durch das Tintenspritzloch der Düsenplatte hinausschießt.
Die Erfindung wird durch die Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei
Fig. 1 eine Ansicht ist, welche einen Teil einer Druckvorrichtung darstellt, welche einen Druckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine Baueinheit des Druckkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3 eine Querschnittansicht ist, welche den Druckkopf von Fig. 2 darstellt;
Fig. 4A bis 4C eine Reihe von Ansichten darstellen, welche zur Erklärung eines ersten Verfahrens zum Antreiben des Druckkopfs dienen;
Fig. 5A bis 5D eine Reihe von Ansichten darstellen, welche zur Erklärung eines zweiten Verfahrens zum Antreiben des Druckkopfs dienen;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine Baueinheit des Druckkopfs gemäß einer Abänderung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine Baueinheit des Druckkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 8 eine Schnittansicht ist, welche zur Erklärung des Betriebs der zweiten Ausführungsform dient.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Fig. 1 ist eine Ansicht, welche einen Teil einer Druckvorrichtung darstellt, welche einen Druckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Ein Druckkopf 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist so angeordnet, dass er einer Papierwalze 2 gegenüberliegt, während er sich entlang der Axialrichtung der Papierwalze 2 erstreckt. Ein Polygonspiegel 4 ist auf der Hinterseite des Druckkopfs 1 angeordnet. Der Polygonspiegel 4 empfängt einen Lichtstrahl von einem Halbleiterlaserelement 3 und spiegelt ihn auf der Hinterseite auf eine abtastende Weise wider. Der Laserstrahl wird durch ein Drucksignal moduliert. Ferner ist ein Tintenspeichermittel 5 (Fig. 2) unter dem Druckkopf 1 angeordnet, so dass es das Abtasten durch den Lichtstrahl nicht unterbricht.
Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform des Druckkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung. In den Figuren ist ein Substrat 10 als eine Basis des Druckkopfs aus transparentem Material hergestellt. In dieser Ausführungsform ist das Substrat 10 eine Platte aus optischem Glas. Die Breite und Länge des Substrats 10 entsprechen jenen von Druckkopf 1. Eine transparente Elektrodenschicht 11 ist auf der Seite des Substrats 10, welche näher zu den Düsenöffnungen ist, mittels Vakuumbedampfungsprozess oder Zerstäubung ausgebildet.
Eine fotoleitfähige Schicht 12 ist aus fotoleitfähigem Material hergestellt, welches leitend gemacht wird, wenn es Licht empfängt. Ein Beispiel für ein fotoleitfähiges Material ist amorphes Silizium. Ein Material, welches eine derartige elektrische Beschaffenheit aufweist, dass die Dämpfung ziemlich groß ist bis zum Restpotential, wird für das fotoleitfähige Material verwendet. Hochempfindliches fotoleitfähiges Material, dessen Dämpfungszeit ungefähr 0,1 Millisekunden ist, wird in dieser Ausführungsform verwendet. Eine der Hauptflächen der fotoleitfähigen Schicht 12 ist auf dem Substrat 10 in einem derartigen Zustand angebracht, dass sie gegen die transparente Elektrodenschicht 11 gepresst wird.
Segmentelektroden 14 sind auf der Oberfläche einer elektrisch isolierenden Schicht 13 ausgebildet, während sie jeweils Druckerzeugungskammern 30, die später beschrieben werden, gegenüberliegen. Die Segmentelektroden 14 werden hergestellt, um mit der fotoleitfähigen Schicht 12 in einem derartigen Zustand direkt in Kontakt zu treten, dass diese Elektroden elektrisch kontinuierlich zur fotoleitfähigen Schicht 12 sind. Die Segmentelektroden 14 weisen eine derartige Festigkeit auf, dass sie unter Hochspannung, die daran angelegt wird, wenn Tinte angesaugt wird (später zu beschreiben), auf Grund der Steifheit der Segmentelektroden 14 an sich und der Steifheit der fotoleitfähigen Schicht 12 und des Substrats 10 nicht verformt werden.
Eine elastische Platte 17 ist aus Metall hergestellt, welches verformbar ist unter einem elektrischen Feld, Keramik, Silizium oder dergleichen. Eine einzelne gemeinsame Elektrode 18 ist über der Fläche der elastischen Platte 17 ausgebildet, welche der Isolierschicht 13 gegenüberliegt. Zwischenräume 15 sind zwischen der Isolierschicht 13 und der elastischen Platte 17 ausgebildet und durch Vorsprünge 13a einzeln geteilt. Die Zwischenräume 15 weisen jeder eine derartige Größe auf, dass diese Zwischenräume bis zu einem derartigen Ausmaß verformbar sind, welches erlaubt, dass Tinte aus den Druckerzeugungskammern 30 geschossen wird.
In dieser Ausführungsform ist die Größe des Zwischenraums 0,2 bis 3 um. Die andere Seite der elastischen Platte 17 ist auf einer strömungspfadbildenden Platte 22 auf eine flüssigkeitsdichte Weise angebracht.
Ein elektrisches Feld, welches zum Abschießen von Tintentröpfchen erforderlich ist, wird in Abhängigkeit vom Bereich jedes Segments 14 und der Große jedes Zwischenraums 15 bestimmt. Die Segmentelektroden 14 können ver hältnismäßig flexibel angeordnet werden. Demgemäß kann ein großes elektrisches Feld verwendet werden, während die Zwischenräume 15 gebildet werden, welche groß genug sind, um ein derartiges Verschiebungsmaß der elastischen Platte 17 sicherzustellen, dass Tintentröpfchen abgeschossen werden.
Da Luft in den Zwischenräumen 15 vorhanden ist, ist die Kapazität zwischen den Segmentelektroden 14 und der gemeinsamen Elektrode 18 gering. Im Vergleich zu dem Tintenstrahldruckkopf, welcher einen piezoelektrischen Vibrator verwendet, ist eine Antriebsspannung des Druckkopfs der Ausführungsform mehrere hundert V höher, aber der Leistungsverbrauch davon ist ungefähr 1/10 bis 1/100. Infolgedessen kann eine Leistungsquelle mit geringer Leistung verwendet werden, wenn der Druckkopf der Erfindung auf die Multidüse angewendet wird.
Die strömungspfadbildende Platte 22 umfasst Durchgangslöcher 25, welche als Druckerzeugungskammern 30 dienen. Die Durchgangslöcher 25 sind in denselben Abständen angeordnet wie die Düsenöffnungen 24. In der strömungspfadbildenden Platte 22 ist ein Durchgangsloch 27 mit den Durchgangslochern 25 mittels Rillen 26 verbunden. Das Durchgangsloch 27 dient als eine gemeinsame Tintenkammer. Das Durchgangsloch 27 empfängt Tinte durch eine Tintenzufuhröffnung 19 der elastischen Platte 17. Die Durchgangslöcher 25 werden als die Druckerzeugungskammern 30 verwendet.
Eine Düsenplatte 28 umfasst die Düsenöffnungen 24, welche in vorgegebenen Abständen linear angeordnet sind. Die Düsenplatte 28 ist auf der Vorderseite der strömungspfadbildenden Platte 22 in einem derartigen Zustand angebracht, dass die Düsenöffnungen 24 mit den Durchgangslöchern 25 jeweils kommunikativ verbunden sind. Die Durchgangslöcher 25 bilden die Druckerzeugungskammern 30 der elastischen Platte 17.
Der Druckkopf 1, welcher auf diese Weise aufgebaut ist, ist durch einen Tintenzufuhrpfad 5a mit dem Tintenspeichermittel 5 verbunden, wodurch er Tinte vom Tintenspeichermittel 5 empfängt.
Ein Arbeitsvorgang des Druckkopfs 1, welcher auf diese Weise aufgebaut ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 4A bis 4C beschrieben.
Die gemeinsame Elektrode 18 der elastischen Platte 17 wird an Erde geschlossen, während die transparente Elektrodenschicht 11 an eine Vorspannungsquelle Vb von mehreren hundert V angeschlossen wird (Fig. 4A).
In diesem Zustand wird das Substrat 10 mit den Laserstrahlen L1, L2 und L3, welche durch Druckdaten moduliert werden, in Längsrichtung abgetastet. Nur die Regionen der fotoleitfähigen Schicht 12, welche entsprechend den zu bildenden Punkten angeordnet sind, werden belichtet. Als ein Ergebnis der Belichtung werden diese Regionen leitend gemacht. Nur die Segmentelektroden 141, 142 und 143, welche sich den Düsenöffnungen 24 gegenüberliegend befinden, die entsprechend den zu bildenden Punkten angeordnet sind, werden auf das Potential gleich dem der Vorspannungsquelle Vb gesetzt. In diesem Zustand wird die elastische Platte 17 elektrostatisch in Richtung der Segmentelektroden 141, 142 und 143 angezogen (Fig. 4B).
Bei der Verformung der elastischen Platte 17 werden die Druckerzeugungskammern 301, 302 und 303 ausgedehnt, so dass Tinte vom Tintenspeichermittel 5 durch die Rillen 26 in die Druckerzeugungskammern 301, 302 und 303 fließt.
Innerhalb einer Dauer, in welcher die fotoleitfähige Schicht 12 leitend ist, wird das Potential der transparenten Elektrodenschicht 11 durch einen Schalter S auf Erdpotential umgestellt. Die Segmentelektroden 141, 142 und 143 und die gemeinsame Elektrode 18 werden auf dasselbe Potential gesetzt. In diesem Zustand verschwindet die elektrostatische Anziehungskraft und kehrt die elastische Platte 17 durch ihre Rückstellkraft in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Als ein Ergebnis werden die Druckerzeugungskammern zusammengedrückt und wird der Druck darin erhöht, um Tintentröpfchen durch die Düsenöffnungen 241, 242 und 243 hinauszuschießen (Fig. 4C).
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird die Hinterseite oder die Substratfläche des Druckkopfs mit einem Laserstrahl L, welcher durch Druckdaten moduliert wird, abgetastet, und zwar von einer Seite der Hinterseite davon in der Richtung S in aufeinanderfolgender Reihenfolge. Durch das Abtasten werden die Druckerzeugungskammern wahlweise angetrieben, um Tintentröpfchen durch die Düsenöffnungen 24 hinauszuschießen.
Es besteht kein Bedarf an Leitungsdrähten, um die Segmentelektroden 14, welche auf der Isolierschicht 13 ausgebildet ist, mit der Außenseite zu verbinden. Nur ein Leitungsdraht wird verwendet, um die gemeinsame Elektrode 18 mit der Außenseite zu verbinden. Die transparente Elektrodenschicht 11 verwendet auch nur einen Leitungsdraht für ihre Verbindung mit der Außenseite. Demzufolge beträgt die Gesamtzahl von Leitungsdrähten, welche für den Druckkopf erforderlich sind, nur zwei. Infolgedessen wird die Verdrahtungsstruktur des Druckkopfs beträchtlich vereinfacht.
Die Energie, welche zum Abschießen von Tintentropfchen notwendig ist, wird in der elastische Platte 17 und der Isolierschicht 13 gebildet. Dies wird durch ein elekt risches Feld zwischen den Elektroden 14 und 18 bewirkt, welche gegenüberliegenderweise angeordnet sind. Tinte nimmt am Tintenausstoßvorgang nicht teil. Mit anderen Worten, der Tintenausstoßvorgang ist frei von der elektrischen Beschaffenheit von Tinte. Jede Art von Tinte kann für den Druckkopf der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die mechanische Energie für den Tintenausstoßvorgang hängt nur von der Biegeverschiebung der elastischen Platte 17 ab. Also tritt keine mechanische Ermüdung der fotoleitfähigen Schicht 12 auf.
In der Ausführungsform wird die Dauer des leitenden Zustands der fotoleitfähigen Schicht 12 bis zu einem Zeitpunkt fortgesetzt, an dem der Schalter S zum Umstellen des Potentials der transparenten Elektrodenschicht betätigt wird (Fig. 4C). Wenn der leitende Zustand der fotoleitfähigen Schicht eine kürzere Dauer aufweist, kann die Anforderung durch das zusätzliche Anlegen des Laserstrahls auf die fotoleitfähige Schicht erfüllt werden.
Die gemeinsame Elektrode 18 der elastischen Platte 17 wird an Erde geschlossen, während die transparente Elektrodenschicht 11 an eine Vorspannungsquelle Vb von mehreren hundert V angeschlossen wird (Fig. 5A).
In diesem Zustand wird das Substrat 10 des Druckkopfs mit den Laserstrahlen L1, L2 und L3, welche durch Druckdaten moduliert werden, in Längsrichtung abgetastet. Nur die Regionen der fotoleitfähigen Schicht werden belichtet. Als ein Ergebnis der Belichtung werden diese Regionen der fotoleitfähigen Schicht 12 leitend gemacht. Nur die Segmentelektroden 141, 142 und 143, welche sich den Düsenöffnungen 24 gegenüberliegend befinden, die entsprechend den zu bildenden Punkten angeordnet sind, werden auf das Potential gleich dem der Vorspannungsquelle Vb gesetzt. In diesem Zustand wird die elastische Platte 17 elektrostatisch in Richtung der Segmentelektroden 141, 142 und 143 angezogen (Fig. 5B).
Bei der Verformung der elastischen Platte 17 werden die Druckerzeugungskammern 301, 302 und 303 ausgedehnt, so dass Tinte vom Tintenspeichermittel 5 durch die Rillen 26 in die Druckerzeugungskammern 301, 302 und 303 fließt.
Zu diesem Zeitpunkt wurde die fotoleitfähige Schicht 12 nichtleitend gemacht. In den Segmentelektroden 141, 142 und 143 ist noch Last übrig, und infolgedessen empfängt die, elastische Platte 17 die elektrostatische Anziehungskraft.
In diesem Zustand wird die transparente Elektrodenschicht 11 durch den Schalter S an Erde geschlossen und Laserstrahlen Lo werden wenigstens wieder auf die Regionen der fotoleitfähigen Schicht 12 geworfen, welche entsprechend den zu bildenden Punkten angeordnet sind (Fig. 5D). Diese Regionen der fotoleitfähigen Schicht 12 werden wieder leitend gemacht und die Last der Segmentelektroden 141, 142 und 143 wird durch die fotoleitfähige Schicht 12 entladen und die Segmentelektroden 141, 142 und 143 und die gemeinsame Elektrode 18 werden auf dasselbe Potential gesetzt. In diesem Zustand verschwindet die elektrostatische Anziehungskraft und kehrt die elastische Platte 17 durch ihre Rückstellkraft wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Als ein Ergebnis werden die Druckerzeugungskammern 301, 302 und 303 zusammengedrückt und wird der Druck darin erhöht, um Tintentröpfchen durch die Düsenöffnungen 241, 242 und 243 hinauszuschießen.
Obwohl in der oben erwähnten Ausführungsform der Laserstrahl zum Schreiben von Daten für den Tintenausstoßvorgang verwendet wird, können eine LED-Anordnung, eine elektrische Glühlampe, eine Halogenlampe oder dergleichen zum Aussenden des Lichtstrahls für den Tintenausstoßvorgang verwendet werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform wird eine einzelne Elektrode für die gemeinsame Elektrode 18 auf der elastischen Platte 17 verwendet. Eine Alternative zur gemeinsamen Elektrode 18 ist in Fig. 6 dargestellt. Wie dargestellt, ist eine Mehrzahl von einzelnen Elektroden 35, wie die Segmentelektroden 14, auf der elastischen Platte 17 an den Stellen, welche den Druckerzeugungskammern 30 entsprechen, ausgebildet. Diese Elektroden 35 sind durch ein leitfähiges Muster 36, welches kontinuierlich zu einer Klemme 37 ist, miteinander verbunden.
Unter Bezugnahme nunmehr auf Fig. 7 und 8 wird eine zweite Ausführungsform eines Druckkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 40 ein Substrat, das aus transparentem Material hergestellt ist. Die Breite und Länge des Substrats 40 entsprechen jenen von Druckkopf 1. Eine transparente Elektrodenschicht 41 ist auf der Seite des Substrats 40, welche näher zu einer Düsenplatte 50 ist, mittels Vakuumbedampfungsprozess oder Zerstäubung ausgebildet.
Eine fotoleitfähige Schicht 42 ist aus amorphem Silizium hergestellt, welches leitend gemacht wird, wenn es Licht empfängt. Eine der Hauptflächen der fotoleitfähigen Schicht 42 ist auf dem Substrat 40 in einem derartigen Zustand angebracht, dass sie gegen die transparente Elektrodenschicht 41 gepresst wird.
Eine erste gemeinsame Elektrode 43 weist eine derartige Festigkeit auf, dass sie auf Grund ihrer Steifheit und der Steifheit der fotoleitfähigen Schicht 42 und des Substrats 40 nicht verformt wird, wenn sie eine elektrostatische Anziehungskraft empfängt. Die erste gemeinsame Elektrode 43 ist über der anderen Seite der fotoleitfähigen Schicht 42 ausgebildet, während sie entsprechend einer Druckerzeugungskammer 51 angeordnet ist.
Eine elastische Platte 44 ist aus Metall hergestellt, welches verformbar ist, wenn es ein elektrisches Feld empfängt, oder Keramik, das ebenfalls verformbar ist. Eine zweite gemeinsame Elektrode 45 ist über einer der Hauptflächen der elastischen Platte 44, welche der ersten gemeinsamen Elektrode 43 gegenüberliegt, ausgebildet. Die andere Hauptfläche der elastischen Platte 44 ist auf einer strömungspfadbildenden Platte 47 flüssigkeitsdicht angebracht, wobei ein Zwischenraum 46 dazwischen angeordnet ist (Fig. 8). Der Zwischenraum 46 weist eine derartige Größe auf, dass er bis zu einem derartigen Ausmaß verformbar ist, welches erlaubt, dass Tinte aus der Druckerzeugungskammer 51 geschossen wird. In dieser Ausführungsform ist die Größe des Zwischenraums 46 0,2 bis 3 um.
Die strömungspfadbildende Platte 47 umfasst ein längliches Loch 48, welches sich in der Längsrichtung des Druckkopfs erstreckt. Eine der Seiten der strömungspfadbildenden Platte 47 wird mit der elastischen Platte 44 hermetisch abgedeckt, während die andere mit der Düsenplatte 50 hermetisch abgedeckt wird, wodurch die Druckerzeugungskammer 51 gebildet wird. Die Düsenplatte 50 umfasst einen Schlitz 49.
Auch in der zweiten Ausführungsform wird die transparente Elektrodenschicht 41 an eine Vorspannungsquelle angeschlossen und wird die zweite gemeinsame Elektrode 45 der elastischen Platte 44 geerdet. Wie in Fig. 8 dargestellt, werden die Laserstrahlen L1. L2, L3 und L4 auf die Regionen der fotoleitfähigen Schicht 42 geworfen, die entsprechend den Abschnitten, welche das Ausstoßen von Tintentröpfchen erfordern, angeordnet sind. Diese Regionen der fotoleitfähigen Schicht 42, welche belichtet werden, werden leitend gemacht. Das Potential der ersten gemeinsamen Elektrode 43, welche auf die andere Seite der fotoleitfähigen Schicht geschichtet ist, wird bis zur Vorspannung in den Regionen davon, welche entsprechend den leitenden Regionen der fotoleitfähigen Schicht 42 angeordnet sind, erhöht. Die Regionen der zweiten gemeinsamen Elektrode 45, welche entsprechend den Regionen, die den Laserstrahlen ausgesetzt sind, angeordnet sind, empfangen eine elektrostatische Anziehungskraft. Als ein Ergebnis werden die entsprechenden Regionen der elastischen Platte 44 zur fotoleitfähigen Schicht 42 hin elastisch verformt.
In diesem Zustand wird das Potential der transparenten Elektrodenschicht 41 auf Erdpotential umgestellt. Wiederum wird die elastische Platte 44 von der elektrostatischen Kraft freigegeben und kehrt in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Stoßdruck bei den verformten Regionen der elastischen Platte 44 erzeugt und bewirkt, dass Tinte in Form von Tintentröpfchen durch die zweite gemeinsame Elektrode 45 aus der Druckerzeugungskammer 51 geschossen wird.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, umfasst ein Tintenstrahldruckkopf der Art mit elektrischem Feldantrieb: eine Druckerzeugungskammerstruktur, welche mit einem Tintenspeichermittel kommunikativ verbunden ist, wobei eine der Hauptflächen der Druckerzeugungskammerstruktur mit einer Düsenplatte mit Tintenspritzlöchern hermetisch abgedeckt ist, während die andere mit einer elastischen Platte hermetisch abgedeckt ist, welche verformbar ist, wenn sie eine elektrostatische Anziehungskraft empfängt; eine erste Elektrode, welche über einem Bereich auf der elastischen Platte, welcher entsprechend der Druckerzeugungskammerstruktur angeordnet ist, ausgebildet ist; zweite Elektroden, welche nicht verformbar sind, wenn sie die elektrostatische Anziehungskraft empfangen, und die von der ersten Elektrode eine Entfernung, welche einem vorbestimmten Zwischenraum entspricht, beabstandet sind; eine fotoleitfähige Schicht, welche so angeordnet ist, dass eine der Hauptflächen der fotoleitfähigen Schicht elektrisch kontinuierlich zu den zweiten Elektroden ist; und ein Substrat, welches aus transparentem Material hergestellt ist, wobei eine transparente Elektrode, welche elektrisch kontinuierlich zu der anderen Hauptfläche der fotoleitfähigen Schicht ist, über dem Substrat ausgebildet ist. Bei einem derartigen Aufbau ist keine Tinte zwischen den ersten und zweiten Elektroden vorhanden. Demgemäß erlaubt der Druckkopf der Erfindung sowohl die Verwendung der Tinte mit hoher Dielektrizitätskonstante als auch von wässriger Tinte. Eine Biegeverschiebung zum Bewirken des Tintenspritzens erfolgt in der elastischen Platte, welche von der fotoleitfähigen Schicht beabstandet ist. Demgemäß ist die fotoleitfähige Schicht frei von einer mechanischen Ermüdung.
Die erste Elektrode kann in einer Ebene gebildet werden. Die zweite Elektrode kann ebenfalls in einer Ebene gebildet werden. Mit anderen Worten, diese Elektroden können zweidimensional angeordnet werden. Diese müssen in dem herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf der Art mit elektrischem Feldantrieb auf dreidimensionale Weise abwechselnd geschichtet werden. Demgemäß kann der Druckkopf mit einer Mehrzahl von Düsenreihen, welcher zum Farbdrucken und Drucken mit äußerst hoher Dichte ist, leichter verwirklicht werden, wenn die vorliegende Erfindung verwendet wird.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf, umfassend:

eine Düsenplatte (28, 50) mit wenigstens einem Tintenspritzloch;

eine verformbare elastische Platte (17, 44);

eine Druckerzeugungskammerstruktur. (30, 51);

eine erste Elektrode (18, 45), welche auf der elastischen Platte (17, 44) ausgebildet ist;

wenigstens eine zweite Elektrode (14, 43), welche von der ersten Elektrode (18, 45) beabstandet ist; und

eine fotoleitfähige Schicht (12, 42), welche belichtet werden kann und welche direkt und elektrisch mit der zweiten Elektrode (14, 43) verbunden ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

die Druckerzeugungskammerstruktur (30, 51) zwischen der Düsenplatte (28, 50) und der elastischen Platte (17, 44) ausgebildet ist;

ein Zwischenraum (15, 46) zwischen der zweiten Elektrode (14, 43) und der ersten Elektrode (18, 45) ausgebildet ist;

ein Substrat (10, 40), welches eine weitere Elektrode (11, 41) umfasst, welche mit der fotoleitfähigen Schicht (12, 42) elektrisch verbunden ist.

2. Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat (10, 40) aus einem transparenten Material hergestellt ist und wobei die weitere Elektrode (11, 41) eine transparente Elektrode ist.

3. Tintenstrahldruckkopf gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Tintenstrahldruckkopf von der Art mit elektrischem Feldantrieb ist.

4. Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die elastische Platte (17, 44) verformbar ist, wenn sie eine elektrostatische Anziehungskraft empfängt; die Druckerzeugungskammerstruktur (30, 51) zwischen zwei Hauptflächen ausgebildet ist, eine der beiden Hauptflächen der Druckerzeugungskammerstruktur (30, 51) mit der Düsenplatte (28, 50) hermetisch abgedeckt ist und die andere der Hauptflächen mit der elastischen Platte (17, 44) hermetisch abgedeckt ist; die erste Elektrode (18, 43), welche über der Fläche der elastischen Platte (17, 44) ausgebildet ist, entsprechend der Druckerzeugungskammerstruktur (30, 51) angeordnet ist; die zweite Elektrode (14, 45) von der ersten Elektrode (18, 43) eine Entfernung, welche einem vorbestimmten Zwischenraum (15, 46) entspricht, beabstandet ist, wobei die zweite Elektrode (14, 45) nicht verformbar ist, wenn sie die elektrostatische Anziehungskraft empfängt; eine fotoleitfähige Schicht (12, 42) zwei Hauptflächen umfasst, eine von den beiden Hauptflächen der fotoleitfähigen Schicht (12, 42) direkt und elektrisch mit der zweiten Elektrode (14, 45) verbunden ist; und ein Substrat (10, 40) aus transparentem Material hergestellt ist, wobei das Substrat (10, 40) eine transparente Elektrode (11, 41) umfasst, welche mit der anderen der Hauptflächen der fotoleitfähigen Schicht (12, 42) elektrisch verbunden ist, wobei die elektrostatische Anziehungskraft, welche zwischen den ersten (18, 43) und zweiten (14, 45) Elektroden erzeugt wird, bewirkt, dass die Druckerzeugungskammerstruktur (30, 51) ausgedehnt wird, und die Wegnahme der elektrostatischen Anziehungskraft erlaubt, dass die Druckerzeugungskammerstruktur (30, 51) zusammengedrückt wird, wodurch bewirkt wird, dass die Druckerzeugungskammerstruktur (30, 51) Tintentröpfchen durch das Tintenspritzloch der Düsenplatte (28, 50) hinausschießt.

5. Tintenstrahldruckkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Lichtstrahl, welcher durch ein Drucksignal moduliert wird, auf die Oberfläche des Substrats (10, 40) geworfen wird.

6. Tintenstrahldruckkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tintenstrahldruckkopf eine Reihe von Düsenöffnungen (24) umfasst, welche in festgelegten Abständen angeordnet sind, die in der Düsenplatte (28) ausgebildet sind, wobei die Druckerzeugungskammerstruktur (30, 51) entsprechend den Düsenöffnungen (24) segmentiert ist und wobei die zweiten Elektroden (14) einzelne Segmentelektroden sind.

7. Tintenstrahldruckkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tintenstrahldruckkopf eine Mehrzahl von Druckerzeugungskammern (30) umfasst, wobei die erste Elektrode (14) entsprechend den Druckerzeugungskammern (30) segmentiert ist und wobei die ersten Elektroden (14) durch ein leitfähiges Muster parallel geschaltet sind.

8. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Tintenspritzloch aus einem einzelnen Schlitz (49) gebildet ist.

9. Tintenstrahldruckkopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher ferner eine Isolierschicht (13) umfasst, die zwischen den ersten (18, 43) und zweiten (14, 45) Elektroden vorgesehen ist.

10. Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Anlegen einer Spannung, welche groß genug ist, um die elastische Platte (17, 44) zur Elektrode (11, 41) hin, welche durch das Substrat (10, 40) umfasst wird, zu verformen;

(b) Belichten von Regionen der fotoleitfähigen Schicht (12, 42), die entsprechend dem Abschnitt, welcher das Ausstoßen von Tintentröpfchen erfordert, angeordnet sind;

(c) elektrostatisches Anziehen der elastischen Platte (17, 44) zur zweiten Elektrode (14, 45), welche die Vorspannung empfangen hat, die an die Elektrode (11, 41), welche durch das Substrat (10, 40) umfasst wird, angelegt wurde; und

(d) Ausspritzen von Tintentröpfchen durch Einstellen des Potenzials der zweiten Elektrode (14, 45) auf das Potenzial der ersten Elektrode (18, 43).

11. Druckkopfantriebsverfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Schritt (b) ausgeführt wird durch Schreiben von Projektionslicht auf die Region der fotoleitfähigen Schicht, die entsprechend dem Abschnitt, welcher das Ausstoßen eines Tintentröpfchens erfordert, angeordnet ist.

12. Druckkopfantriebsverfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Schritt (d) ausgeführt wird durch Anlegen des Potenzials der ersten Elektrode (18, 43) an Erde zusammen mit dem Werfen von Lichtstrahlen auf wenigstens die Region der fotoleitfähigen Schicht (12, 42), die entsprechend den Abschnitten, welche das Ausstoßen von Tintentröpfchen erfordern, angeordnet ist.

13. Druckkopfantriebsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Projektion von Licht auf die fotoleitfähige Schicht in dem Schreibschritt auf eine derartige Weise ausgeführt wird, dass die fotoleitfähige Schicht mit einem Laserstrahl, welcher durch ein Drucksignal moduliert wird, abgetastet wird.

14. Druckkopfantriebsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht, welche im Schreibschritt verwendet wird, für die Projektion von Licht im Tintenspritzschritt verwendet wird.

15. Druckkopfantriebsverfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei eine andere Lichtquelle für die Projektion von Licht im Tintenspritzschritt verwendet wird.