DE69534271T2

DE69534271T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE69534271T2
Application number: DE69534271T
Authority: DE
Inventors: Shuzo Hirahara; Tutomu Saito; Hitoshi Nagato; Tetsuro Itakura; Satoshi Takayama; Hideki Nukada; Shunsuke Hattori; Noriko Y. Kudo; Shiroh Saitoh; Masami Sugiuchi; Yoichi Tokai; Fumihiko Murakami; Hisako Tanaka; Chiaki Tanuma; Mamoru Izumi; Isao Amemiya; Atsuko Nakamura; Seizaburou Shimizu; Kumi Okuwada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2015-07-11
Also published as: CN1096944C; US20020044171A1; CN1117436A; EP0692383A2; DE69534271D1; EP0692383A3; EP0692383B1; US6045208A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die Tröpfchen flüssiger Tinte auf ein Aufzeichnungsmedium spritzt, um ein Bild aufzuzeichnen, und genauer gesagt auf eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die Tröpfchen flüssiger Tinte auf ein Aufzeichnungsmedium mittels Drucks spritzt, der durch von piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen erzeugt wird.
Ein sogenannter Tintenstrahldrucker wird in der Praxis verwendet. Dieser Drucker ist eine Aufzeichnungsvorrichtung, die Tröpfchen flüssiger Tinte auf ein Aufzeichnungsmedium spritzt, um dadurch Tintenpunkte darauf zu bilden, und so ein Bild aufzuzeichnen. Er macht weniger Lärm als andere Aufzeichnungsvorrichtungen. Auch erfordert er nicht die Entwicklung oder Fixierung von auf dem Medium aufgezeichneten Bildern. Der Tintenstrahldrucker ist gegenwärtig als eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Daten auf gewöhnlichem Papier üblich. Viele Techniken zum Spritzen von Tintenstrahl-Druckertinte wurden bis heute vorgeschlagen. Unter diesen sind bemerkenswert:

(a) Anlegen des Drucks eines Dampfes, der durch ein Heizelement erzeugt wurde, um ein Tintentröpfchen zu spritzen; und
(b) Anlegen eines mechanischen Druckimpulses, der durch ein piezoelektrisches Element erzeugt wird, um ein Tintentröpfchen zu spritzen.

Ein Tintenstrahldrucker umfasst einen seriellen Abtastkopf. Der Kopf ist an einem Wagen angebracht. Er zeichnet Daten auf, während er sich in der Richtung (hier nachstehend als "Hauptabtastrichtung" bezeichnet) senkrecht zu der Richtung bewegt, in der das Aufzeichnungspapier zugeführt wird (hier nachstehend als "Subabtastrichtung" bezeichnet). Der mechanisch angetriebene serielle Abtastkopf kann sich nicht so schnell wie gewünscht bewegen, um eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung zu erreichen. Es wird vorgeschlagen, dass der serielle Abtastkopf durch einen Zeilen-Abtastkopf ersetzt wird, weil der Zeilen-Abtastkopf schneller aufzeichnen kann, da er so lang wie ein Aufzeichnungsblatt breit ist und sich nicht bewegen muss, um Daten auf dem Aufzeichnungsblatt aufzuzeichnen. Es ist jedoch aus den folgenden Gründen schwierig, einen Zeilen-Abtastkopf zu verwenden.
Bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium neigt Tinte dazu, sich lokal zu konzentrieren, wenn das Lösungsmittel verdampft. Die konzentrierte Tinte verstopft die feinen Düsen, die in einer Dichte angeordnet sind, die die Auflösung eines Bildes bestimmt, das das System bilden kann. Wenn der Druck von Dampf angelegt wird, um einen Tintenstrahl zu bilden, ist es wahrscheinlich, dass sich unlösliche Materie in jeder Düse akkumuliert, wenn er thermisch oder chemisch mit der Tinte reagiert. Wenn der durch ein piezoelektrisches Element erzeugte Druck verwendet wird, um einen Tintenstrahl zu bilden, wird jeder Tintendurchgang in der Struktur komplex, und die Tinte neigt dazu, den Durchgang zu verstopfen.
Düsenverstopfung tritt selten bei einem seriellen Abtastkopf auf, der einige Zehn bis zu Hunderten und mehr Düsen aufweist. Bei einem Zeilen-Abtastkopf, der bis zu einigen tausend Düsen aufweist, tritt Düsenverstopfung aber so häufig auf, dass die Zuverlässigkeit des Kopfes erheblich verringert ist.
Außerdem hilft eine herkömmliche Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung nicht, die Auflösung von aufgezeichneten Bildern zu erhöhen. Wenn Dampfdruck verwendet wird, kann die Vorrichtung kaum ein Tintentröpfchen erzeugen, das eine Größe von 20 μm oder weniger aufweist (das auf einem Aufzeichnungspapier ein Punkt mit einer Größe von ungefähr 50 μm bilden wird). Um den durch ein piezoelektrisches Element erzeugten Druck zu verwenden, hat der Aufzeichnungskopf eine komplexe Struktur und kann mit der existierenden Herstellungstechnologie nicht durch so hergestellt werden, dass er Hochauflösungs-Bilder aufzuzeichnen kann.
Verschiedene Systeme wurden vorgeschlagen, die Tintentröpfchen aus einer Tintenmasse spritzen, mittels Druck von Ultraschallstrahlen, die durch ein Array von piezoelektrischen Dünnschichtelementen erzeugt werden. Diese sind als "düsenloses System" bekannt, das weder Düsen zum Bilden von Punkten auf Aufzeichnungspapier noch Trennwände (Partitionen) für die Tintendurchgänge aufweist. Die düsenlosen Systeme können Tintenverstopfung zuverlässig verhindern und Düsenverstopfung, falls vorhanden, beheben. Außerdem kann das System Hochauflösungs-Bilder aufzeichnen, da es kleine Tintentröpfchen bildet und sie stabil spritzt.
Das düsenlose System muss jedoch eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen umfassen, die in einer gestaffelten Art und Weise angeordnet sind. Nur ein piezoelektrisches Element-Array reicht nicht aus, um Hochauflösungs-Bilder aufzuzeichnen. Dies ist so, weil Ultraschallstrahlen auf Tinte angewendet werden, nachdem sie durch akustische Linsen konvergiert werden, die größer als Pixel sind (z.B. Linsen mit einer Größe, die 30 mal so groß wie die Pixelgröße sind). Das Düsensystem, bei dem piezoelektrische Elemente in einer gestaffelten Art und Weise angeordnet sind, ist jedoch dadurch nachteilhaft, weil sich Konzentration der Tinte periodisch ändert und sich benachbarte Punkte bezogen aufeinander verschieben.
Die in einer gestaffelten Art und Weise angeordneten piezoelektrischen Element-Arrays können durch ein lineares piezoelektrisches Array ersetzt werden, das Ultraschallstrahlen emittiert, so dass die Strahlen miteinander in einem Tintenbehälter interferieren und an einem Punkt konvergieren, wodurch eine sogenannte Phasen-Array-Abtastung erzielt wird.
Eine Phasen-Array-Abtasttechnik ist als "lineare Abtastung" bekannt, bei der die Ultraschallstrahlen von einem piezoelektrischen Element auf einen Punkt in einer Tintenschicht konvergiert werden. Lineare Abtastung kann nicht ohne eine Vielzahl von Treibersignalquellen durchgeführt werden, die imstande sind, Element-Treibersignale zu erzeugen, die genau gesteuerte unterschiedliche Phasen aufweisen. Die lineare Abtastung wird in einer Ultraschall-Diagnosevorrichtung benutzt. Wenn die lineare Abtastung bei einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung benutzt wird, wird ein Problem entstehen.
Die Größe eines Tintentröpfchens, das gespritzt wird, wenn ein durch Ultraschallstrahlen aufgebauter Druck auf flüssige Tinte angelegt wird, hängt sehr von der Frequenz der Ultraschallstrahlen ab. Damit eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung Bilder mit einer ausreichenden Auflösung aufzeichnet, müssen die Ultraschallelemente durch Signale einer hohen Frequenz angetrieben werden, die von einigen zehn Megahertz bis zu Hunderten von Megahertz reicht. Um Phasen-Array-Abtastung mittels derartiger Hochfrequenz-Signale zu erreichen, muss eine Treiberschaltung die Treibersignale mit hoher Genauigkeit in der Größenordnung von ns (10^–9 s) verzögern, angesichts der Differenz in der Länge zwischen den Zeilen zum Liefern der Signale von der Treiberschaltung zu den piezoelektrischen Elementen.
In dem Fall, in dem eine elektronische Sektorabtastung mit dem Phasen-Array durchgeführt wird, d.h. wenn akustische Strahlen in flüssige Tinte eingebracht werden, um eine Phasen-Array-Abtastung zu erreichen, kann es passieren, dass ein Tintentröpfchen nicht senkrecht zu einem Aufzeichnungsmedium fliegt, wenn die Ultraschallstrahlen auf einen Punkt verschiedenen von dem gewünschten Punkt konvergiert werden. Wenn Tintentröpfchen schräg zu dem Medium fliegen, werden Tintenpunkte auf dem Medium mit unterschiedlichen Beabstandungen gebildet. Dies wurde durch Experimente bewiesen, bei denen akustische Strahlen konvergiert wurden, wobei ein einzelner Strahl gebildet wurde, dessen Achse einige Grade zu der Senkrechten zu der Oberfläche von flüssiger Tinte geneigt war.
Um Tintenpunkte mit einer regelmäßigen Beabstandung zu bilden, müssen die Phasen der Signale zum Treiben von piezoelektrischen Elementen mit hoher Genauigkeit gesteuert werden (siehe beispielsweise JP-A-02 184 443). Mit anderen Worten muss sich das Signal zum Treiben eines piezoelektrischen Elements in der Phase sehr gering von dem Signal zum Treiben des direkt benachbarten piezoelektrischen Elements unterscheiden. Um die Phasen der Treibersignale so genau zu steuern, ist es notwendig, eine komplizierte und somit kostenaufwendige Treiberschaltung und einen Speicher zum Speichern einer großen Menge von phasenkorrigierten Daten zu verwenden.
Die piezoelektrischen Elemente, die verwendet werden, um Phasen-Array-Abtastung durchzuführen, sind diskrete Elemente, die durch Schneiden einer piezoelektrischen Schicht hergestellt werden. Wenn die Schicht mit einer begrenzten Länge in viele diskrete piezoelektrische Elemente aufgeteilt wird, die mit einer kleinen Beabstandung gegenüberliegen, um Bilder hoher Auflösung aufzuzeichnen, werden die Elemente schmal und können leicht brechen. Folglich kann das piezoelektrische Element-Array nicht mit hoher Ausbeute hergestellt werden.
Es sei angenommen, dass die piezoelektrischen Elemente mit ausreichend geringer Beabstandung gegenüberliegen, um Tintenpunkte mit einer hohen Dichte zu bilden. Dann wird Rauschen aufgrund des Übersprechens zwischen dem benachbarten piezoelektrischen Elementen erzeugt werden. Das Übersprechen behindert sehr die Konvergenz der von den Elementen emittierten Ultraschallstrahlen.
Das Übersprechrauschen zwischen den Elementen, die eines der beiden Endabschnitte des piezoelektrischen Element-Arrays bilden, unterscheiden sich in dem Betrag von dem Übersprechrauschen zwischen den Elementen, die einen Mittelteil des Arrays bilden. Dies ist so, da keine diskreten Elektroden für die Elemente bereitgestellt werden, die jeden der beiden Endabschnitte bilden, oder weniger diskrete Elektroden als für die anderen Elemente werden für sie bereit gestellt. Das Übersprechrauschen zwischen diesen Elementen, die jeden der beiden Endabschnitte bilden, muss anders als das Übersprechrauschen zwischen den anderen Elementen gesteuert werden. Das Verfahren zum Steuern des Übersprechrauschens ist zwangsweise kompliziert.
Wenn Phasen-Array-Abtastung ausgeführt wird, um Ultraschallstrahlen zu konvergieren, wobei ein einzelner Strahl gebildet wird, der einen Punkt in der Oberfläche von flüssiger Tinte erreicht, neigt sich die Achse des einzigen Strahls zwangsweise zu der Tintenoberfläche, und erstreckt sich nicht senkrecht zu dieser. Als Folge kann es geschehen, dass das Tintentröpfchen nicht in einer Bahn senkrecht zu der Tintenoberfläche fliegt. Um die Angelegenheit schlimmer zu machen, werden die Ultraschallstrahlen gedämpft, wenn sie durch die Glaswände des Tintenbehälters reflektiert werden, wobei der Wirkungsgrad des Spritzens von Tintentröpfchen verringert wird. Um die Reflexion von Strahlen zu verhindern, kann das piezoelektrische Element-Array verarbeitet werden, so dass es eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die Strahlen emittiert. Wenn das Array so verarbeitet wird, wird die Ausbeute des piezoelektrischen Element-Arrays niedriger sein.
Ein Tintenstrahldrucker ist aus der EP-A-572 241 bekannt, der eine akustische Linse zum Konvergieren der Ultraschallstrahlen von dem piezoelektrischen Element-Array an einem Punkt in der Oberfläche der flüssigen Tinte aufweist. Die Linse ist eine Bulklinse bzw. Massenlinse mit einer konvexen Oberfläche, die einen vorbestimmten Krümmungsradius aufweist, oder eine Fresnel'sche Linse (ausgestaltet gemäß der Fresnel'schen Beugungstheorie) zum Verschieben der Phase eines Strahls mit Bezug zueinander. Wenn es in Kombination mit einer akustischen Linse verwendet wird, muss das piezoelektrische Element-Array keine gekrümmte Strahlemissionsoberfläche aufweisen, und kann daher ohne weiteres hergestellt werden. Die Ultraschallstrahlen werden jedoch geschwächt, wenn sie durch die akustische Linse laufen, und jeder Strahl wird teilweise an der Grenzfläche zwischen der Linse und der flüssigen Tinte reflektiert. Die an die Tinte angelegte Ultraschallenergie ist geringer als die, die erforderlich ist, um ein Tintenstrahltröpfchen zu spritzen. Die an die piezoelektrischen Elemente des Arrays angelegten Treibersignale müssen eine Energie aufweisen, die hoch genug ist, um den unvermeidlichen Energieverlust der Ultraschallstrahlen auszugleichen.
Das piezoelektrische Element-Array kann in eine gekrümmte Strahlenemissionsoberfläche ausgebildet sein, so dass die Strahlen, die sie emittieren, an einem Punkt in der Oberfläche der Tinte konvergieren können, was es unmöglich macht, eine akustische Linse zu verwenden. In diesem Fall müssen die Signale zum Treiben des Elements keine hohe Spannung aufweisen, wobei jedoch der Schritt der Bearbeitung des Arrays die Ausbeute des Arrays verringert.
Wie oben beschrieben ist, wird ein piezoelektrisches Element-Array mit einer gekrümmten Strahlemissionsoberfläche oder ein piezoelektrisches Array mit einer flachen Strahlemissionsoberfläche zusammen mit einer akustischen Linse verwendet, um Phasen-Array-Abtastung zu erreichen, um dadurch die Ultraschallstrahlen in einer Ebene senkrecht zu der Achse des Arrays (d.h. der Hauptabtastrichtung) zu konvergieren. Wenn das piezoelektrische Element-Array mit einer gekrümmten Strahlemissionsoberfläche verwendet wird, wird sich die Ausbeutung des Arrays verringern. Wenn ein flaches piezoelektrisches Element zusammen mit einer akustischen Linse verwendet wird, müssen die Signale zum Treiben der piezoelektrischen Elemente eine hohe Energie aufweisen.
Eine sogenannte elektronische Sektorabtastung ist bekannt, die eine Art einer Phasen-Array-Abtastung ist. Bei der elektronischen Sektorabtastung werden die gegenüberliegenden und in der Hauptabtastrichtung beabstandeten piezoelektrischen Elemente durch Signale angetrieben, die in Bezug zueinander verzögert sind. Die Elemente emittieren Ultraschallstrahlen, die sich in der Phase unterscheiden. Die Strahlen werden an einem Punkt nahe der Oberfläche der flüssigen Tinte konvergiert, wodurch ein Tintentröpfchen von diesem Punkt fliegen kann.
Die elektronische Sektorabtastung ist dadurch vorteilhaft, weil der Punkt, von dem ein Tintentröpfchen fliegt, ohne Rücksicht auf den Abstand, mit dem die piezoelektrischen Elemente angeordnet sind, geändert werden kann. Genaue Verzögerungszeiten müssen jedoch den Treibersignalen verliehen werden, so dass die Elemente Ultraschallstrahlen emittieren, die an einem gewünschten Punkt konvergieren. Genaue Verzögerungszeiten können den Signalen nur durch eine Treiberschaltung verliehen werden, die kompliziert und somit sehr kostenaufwendig ist. Ohne eine derartige Treiberschaltung kann die elektronische Sektorabtastung nicht erzielt werden. Wenn die elektronischen Strahlen an einem Punkt verschieden von dem Punkt konvergieren, der direkt über dem Mittelpunkt des Arrays angeordnet ist, wobei ein einzelner Ultraschallstrahl gebildet wird, neigt sich außerdem die Achse des einzelnen Strahls zu der Tintenoberfläche. Ein Tintentröpfchen wird eine Bahn entlang fliegen, der zu dem Aufzeichnungsmedium geneigt ist, wobei ein Tintenpunkt an einer Position beabstandet von der gewünschten Position auf dem Aufzeichnungsmedium gebildet wird.

(1) Bei der Tintenstrahl-Aufzeichnungstechnik, wobei in gestaffelter Art und Weise angeordnet piezoelektrische Elemente verwendet werden, um Ultraschallstrahlen auf Tinte anzuwenden, um ein Tintentröpfchen zu spritzen, ändert sich die Tintenkonzentration periodisch, und die benachbarten Punkte verschieben sich in Bezug zueinander. Da die Hochfrequenzsignale zum Treiben der piezoelektrischen Elemente ferner genau phasengesteuert werden müssen, kann die Phasen-Array-Abtastung nicht ohne eine komplizierte und aufwendige Treiberschaltung ausgeführt werden.
(2) Um Tintenpunkte mit einer gewünschten Beabstandung auf einem Aufzeichnungsmedium zu bilden, muss sich das Signal zum Treiben eines piezoelektrischen Elements in der Phase sehr genau von dem Signal zum Treiben des direkt benachbarten piezoelektrischen Elements unterscheiden. Um die Phasen der Treibersignale so genau zu steuern, ist es notwendig, eine komplizierte und somit kostenaufwendige Treiberschaltung und einen Speicher zum Speichern einer großen Menge von Phasenkorrekturdaten zu verwenden.
(3) Wenn die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die eine Phasen-Array-Abtastung durchführt, um Ultraschallstrahlen auf einen Punkt in der flüssigen Tinten anzuwenden, ein Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium spritzt, können die piezoelektrischen Elemente kaum mit einer kleinen Beabstandung angeordnet sein, um Hochauflösungs-Bilder aufzuzeichnen, wenn jedes Element eine diskrete piezoelektrische Schicht umfasst. Wenn die Elemente dennoch mit einer derartigen kleinen Beabstandung angeordnet werden, wird die Ausbeute der Vorrichtung niedriger.

Die Erfindung liefert eine Tintenstrahl-Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung kann verwendet werden, um die folgenden verbesserten Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtungen bereitzustellen:

(1) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein lineares Array von Ultraschall-Erzeugungselementen umfasst, und die Bilder mit einer gewünschten Auflösung aufzeichnen kann.
(2) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen umfasst, die Tintentröpfchen in parallelen Bahnen spritzen können, die in regelmäßigen Intervallen in der Richtung beabstandet sind, in der die Strahl-Erzeugungselemente nebeneinander liegen.
(3) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die im akustischen Wellenmodus arbeitet und Tintentröpfchen in parallelen Bahnen spritzen kann, die mit regelmäßigen Intervallen beabstandet sind, durch Ausgleichen von periodischen Änderungen in der Tintenkonzentration und durch Verhindern, dass sich benachbarte Tintenpunkte mit Bezug zueinander verschieben.
(4) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zum Emittieren von Ultraschallstrahlen in flüssige Tinte umfasst, um dadurch ein Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium zu spritzen, und die ohne weiteres Bilder mit einer hoher Auflösung aufzeichnen kann.
(5) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zum Emittieren von Ultraschallstrahlen zu flüssiger Tinte umfasst, um dadurch ein Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium zu spritzen, und bei der das Übersprechrauschen zwischen den Strahl-Erzeugungselementen klein ist.
(6) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zum Emittieren von Ultraschallstrahlen in flüssige Tinte umfasst, um dadurch ein Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium zu spritzen, und bei der die Ultraschallstrahlen effizient auf einen Punkt in der Tintenoberfläche konvergiert werden, um dadurch ein Tintentröpfchen mit hohem Wirkungsgrad zu spritzen.
(7) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zum Emittieren von Ultraschallstrahlen in flüssige Tinte umfasst, um dadurch ein Tintentröpfchen in ein Aufzeichnungsmedium zu spritzen, wobei die Elemente flache Strahl-Emissionsoberflächen aufweisen und dazu dienen, die Ultraschallstrahlen mit hohem Wirkungsgrad zu konvergieren.
(8) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zum Emittieren von Ultraschallstrahlen in flüssige Tinte umfasst, um dadurch ein Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium zu spritzen, und bei der die Ultraschallstrahlen effizient an einem Punkt in der Tintenoberfläche konvergiert werden, und eine Bahn, in dem die Tintentröpfchen fliegen, kann genau gesteuert werden.
(9) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zum Emittieren von Ultraschallstrahlen in flüssige Tinte umfasst, um dadurch ein Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium zu spritzen, und bei der das Array eine gekrümmte Strahlemissionsoberfläche aufweist und diskrete Elektroden an der gekrümmten Strahlemissionsoberfläche bereitgestellt werden, wodurch das Array wie eine akustische Linse arbeitet, um die Ultraschallstrahlen mit hohem Wirkungsgrad zu konvergieren.
(10) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zum Emittieren von Ultraschallstrahlen in flüssige Tinte umfasst, die Tintentröpfchen auf einem Aufzeichnungsmedium mit einem Abstand geringer als der Abstand bilden kann, mit dem die Strahl-Erzeugungselemente nebeneinander liegen, und die eine einfache Schaltung zum Treiben der Strahl-Erzeugungselemente umfasst.
(11) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zum Emittieren von Ultraschallstrahlen in flüssige Tinte umfasst, und bei der die Strahl-Erzeugungselemente jeweils eine diskrete Elektrode aufweisen, und die elektrische Kopplung und akustische Kopplung zwischen beliebigen zwei benachbarten diskreten Elektroden gleich denen zwischen beliebigen anderen zwei benachbarten diskreten Elektroden sind, womit das Übersprechrauschen zwischen den Strahl-Erzeugungselementen verringert wird und die Ultraschallstrahlen schließlich mit hohem Wirkungsgrad konvergiert werden.
(12) Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, bei der Ultraschallstrahlen effizient an einem Punkt nahe der Oberfläche der Tinte, zuerst in einer Ebene, die sich in der Hauptabtastrichtung erstreckt und ferner in einer Ebene, die sich senkrecht zu der Hauptabtastrichtung erstreckt, konvergiert werden können, und die ohne weiteres Bilder mit einer hohen Auflösung aufzeichnen kann.

Die Erfindung stellt eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit.
Die Treiberschaltung zum Treiben der Ultraschall-Erzeugungselemente, um dadurch eine lineare elektronische Abtastung durchzuführen, ist in der Struktur einfach. Ein kompakter Tintenstrahlkopf kann hergestellt werden, indem die Treiberschaltung auf einem Kopfsubstrat angebracht wird. Wenn sie mit einem derartigen kompakten Tintenstrahlkopf ausgerüstet ist, kann die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung in eine Zeilenabtast-Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung modifiziert werden, die mit einer hohen Geschwindigkeit arbeiten und die Bilder mit hoher Auflösung aufzeichnen kann.
Eine Modifikation der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung weist eine lineare Fresnel'sche Zonenplatte auf (ebenfalls als "Fresnel'sches Beugungsgitter" oder "Fresnel'sche Linse" bekannt), die anstatt einer zylindrischen Linse verwendet wird. Die lineare Fresnel'sche Zonenplatte wird als eine akustische Linse verwendet, die keine großen Vertiefungen oder Vorsprünge und keine gekrümmten Oberflächen aufweist und daher nur eine kleine Aberration beinhaltet. Sie wurde durch einen In-Oberflächenprozess hergestellt, bei der Photo-Lithographie zuverlässig in der Subabtastrichtung durchgeführt werden kann (d.h. der Richtung in rechten Winkeln zu der Hauptabtastrichtung).
Die lineare Fresnel'sche Zonenplatte ist aus zwei Arten von Streifen aufgebaut, die abwechselnd nebeneinander symmetrisch mit Bezug auf den Mittelpunkt der Platte angeordnet sind. Jeder Streifen des ersten Typs ermöglicht einen Durchgang von Wellen, wohingegen jeder Streifen des zweiten Typs den Durchgang von Wellen sperrt oder die Wellen um eine halbe Wellenlänge verschiebt. Somit ändert sich die Brennweite der linearen Fresnel'schen Zonenplatte nicht wie die einer massiven zylindrischen Linse, sogar wenn Ultraschallstrahlen schräg mit Bezug auf die Achsen der Streifen angelegt werden.
Im Gegensatz zu einer massiven zylindrischen Linse, die Vertiefungen und Vorsprünge aufweist, die jeweils eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, kann die lineare Fresnel'sche Zonenplatte flach sein. Sie kann durch einen zuverlässigen Prozess, wie beispielsweise Photolithographie, hergestellt werden. Sie kann Ultraschallstrahlen mit hoher Genauigkeit konvergieren.
Genauer gesagt kann ein ringförmiges (oder plattenförmiges) Array verwendet werden, das aus ringförmigen Ultraschall-Erzeugungselementen aufgebaut ist. Die Elemente sind konzentrisch und in zwei Gruppen aufgeteilt. Um eine Phasendifferenz von 180° (d.h. p) dem von irgendeinem ringförmigen Element der ersten Gruppe emittierten Ultraschallstrahl und dem von dem benachbarten ringförmigen Element der zweiten Gruppe emittierten Ultraschallstrahl zu verleihen, reicht es aus, die Elemente der ersten Gruppe in eine Richtung und diejenigen der zweiten Gruppe in der entgegengesetzten Richtung zu polarisieren, um eine Elektrode an dem gesamten ringförmigen Array bereitzustellen und eine Treiberspannung an diese Elektrode anzulegen.
Stattdessen kann ein lineares Array verwendet werden, das aus streifenförmigen Ultraschall-Erzeugungselementen aufgebaut ist. Die Elemente sind nebeneinander angeordnet und in zwei Gruppen aufgeteilt. Um dem von irgendeinem streifenförmigen Element der ersten Gruppe emittierten Ultraschallstrahl und dem von dem benachbarten streifenförmigen Element der zweiten Gruppe emittierten Ultraschallstrahl eine Phasen differenz von 180° zu verleihen, ist es ausreichend, die Elemente der ersten Gruppe in einer Richtung und diejenigen der zweiten Gruppe in der entgegengesetzten Richtung zu polarisieren.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, Ultraschallstrahlen zu konvergieren, indem dem von irgendeinem streifenförmigen Element der ersten Gruppe emittierten Ultraschallstrahl und dem von dem benachbarten streifenförmigen Element der zweiten Gruppe emittierten Ultraschallstrahl eine Phasendifferenz von 180° verliehen wird. Mit anderen Worten können die Ultraschallstrahlen effizient an einem Punkt in der Tintenoberfläche konvergiert werden, ohne eine akustische Linse oder ein Ultraschall-Erzeugungselement-Array zu verwenden, die die Funktion einer Linse durchführen können.

(1) Bei einem Beispiel liefert das Treibermittel ein erstes Treibersignal an die Ultraschall-Erzeugungselemente der ersten Gruppe und ein zweites Treibersignal, das in der Phase zu dem ersten Treibersignal entgegengesetzt ist, an die Ultraschall-Erzeugungselementen der zweiten Gruppe.

Wenn das Array in dem ersten Treibermodus angetrieben wird, koinzidieren die Phasen der von den Elementen der ersten Gruppe emittierten Ultraschallstrahlen mit den Phasen der von den Elementen der zweiten Gruppe emittierten Ultraschallstrahlen, wobei sie an der Tintenoberfläche zusammentreffen. Wenn die Elemente beider Gruppen wiederholt angetrieben werden, können jedes Mal n, wobei n geringer als die Anzahl aller Elemente ist, Tintenpunkte auf einem Aufzeichnungsmedium mit dem gleichen Abstand wie die Ultraschall-Erzeugungselemente nebeneinander liegen, gebildet werden, wobei das Array gebildet wird.
Wenn das Array in dem zweiten Treibermodus angetrieben wird, koinzidieren die Phasen der von der ersten Hälfte der gleichzeitig angetriebenen Elemente emittierten Ultraschall strahlen an einem Punkt an einer vertikalen Zeile, die durch den Mittelpunkt der gleichzeitig angetriebenen Elemente läuft, wohingegen die Phasen der von der zweiten Hälfte der gleichzeitig angetriebenen Elemente emittierten Ultraschallstrahlen an einem unterschiedlichen Punkt an der vertikalen Zeile koinzidieren. Einen Tintentröpfchen kann von einem Punkt weg von der vertikalen Zeile fliegen. Der Abstand zwischen diesem Punkt und der vertikalen Zeile hängt von dem Verhältnis des Abstands zwischen den beiden Punkten an der vertikalen Zeile zu der Dicke der Tintenschicht ab. Somit kann die Position, bei der ein Tintentröpfchen fliegen kann, ohne Rücksicht auf die Beabstandung geändert werden, mit dem Ultraschall-Erzeugungselemente nebeneinander liegen. Dies macht es möglich, ein Hochauflösungs-Bild aufzuzeichnen.
Das Treibermittel kann von einer einfachen Struktur sein, da es nur unterschiedliche Signale liefern muss, die in der Phase entgegengesetzt sind, an das Array von Ultraschall-Erzeugungselementen zuführen muss.

(2) Bei einigen Beispielen wird eine Fresnel'sche Zonenplatte bereitgestellt, die eine Mehrzahl von parallelen Sprite-Mustern aufweist, die sich in der gleichen Richtung wie die Array-Richtung der Ultraschall-Erzeugungselemente erstrecken und zum Konvergieren der Ultraschallstrahlen, die von dem Ultraschall-Erzeugungselementen in die Tinte emittiert werden.

Die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung kann eine Fresnel'sche Zonenplatte und eine Ultraschall-Welleninterferenzschicht sowie auch ein Array von Ultraschall-Erzeugungselementen umfassen. Die Elemente werden angetrieben, wobei Ultraschallstrahlen emittiert werden. Die Interferenzschicht konvergiert die Ultraschallstrahlen in einer ersten Ebene, die sich entlang der Achse des Arrays erstreckt. Die Fresnel'sche Zonenplatte konvergiert die Strahlen in einer zweiten Ebene, die die erste Ebene in rechten Winkeln schneidet.
Die piezoelektrische Schicht in der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung kann mindestens einen Spalt aufweisen, um die Array-Richtung der Ultraschall-Erzeugungselement-Arrays zu kreuzen.
Die piezoelektrische Schicht kann vollständig durch die Spalten aufgeteilt sein oder kann Kerben aufweisen, die sich in der Dicke oder der Breite erstrecken. Die Anzahl K von Spalten, die bereitgestellt werden, beträgt vorzugsweise N/2°K°N/n, wobei die n die Anzahl aller piezoelektrischen Strahl-Erzeugungselemente und n die Anzahl der gleichzeitig angetriebenen Elemente ist.
Wie oben erwähnt, wird die piezoelektrische Schicht des Arrays durch Spalten aufgeteilt oder weist Kerben auf, die in der Längenrichtung des Arrays angeordnet sind. Die Spalten oder Kerben schirmen das Übersprechen zwischen den benachbarten Ultraschall-Erzeugungselementen ab. Übersprechrauschen wird somit wirksam verringert.
Eine alternative Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung umfasst mindestens ein Ultraschall-Erzeugungselement zum Emittieren mindestens eines Ultraschallstrahls und ein Anpassungsmittel, das an dem Ultraschall-Erzeugungselement angebracht ist und eine Anpassungsschicht zur akustischen Anpassung zwischen dem Ultraschall-Erzeugungselement und der Tinte aufweist. Das Anpassungsmittel umfasst ferner ein Mittel zum Konvergieren der Ultraschallstrahlen in einer Richtung senkrecht zu einer Ultraschall-Erzeugungsoberfläche der Ultraschall-Erzeugungselemente. Trägermaterial, das zwischen dem Ultraschall-Erzeugungselement und der Elektrode angeordnet ist, wird außerdem bereitgestellt.
Diese Vorrichtung ist durch das Konvergenz/Anpassungsmittel gekennzeichnet, das ein akustisches Anpassungselement aufweist. Das akustische Anpassungselement umfasst Rillen, die basierend auf der Fresnel'schen Ringtheorie ausgebildet sind, zum Konvergieren von Ultraschallstrahlen in einer Ebene, die sich in der Subabtastrichtung erstreckt, die die Hauptabtastrichtung im rechten Winkel schneidet. Das Konvergenz/Anpassungselement weist eine Dicke t auf, die gegeben ist als: t = 1m × (2n + 1)/4 (1)wobei n eine ganze Zahl > 0 und 1m die Wellenlänge der in dem Element laufenden Ultraschallstrahlen ist. Die Geschwindigkeit der Strahlen in dem Element ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Geschwindigkeit der Strahlen in der flüssigen Tinte.
Es sei angenommen, dass das Konvergenz/Anpassungselement die folgende Dicke t aufweist: t = 1m × n/2(2) (2)
In diesem Fall werden die Ultraschallstrahlen total an der Grenzfläche zwischen der Linse und der Tinte reflektiert. Folglich werden praktisch keine Strahlen in die Tinte eingebracht.
Die in der Oberfläche des Konvergenz/Anpassungselements ausgeführten Rillen weisen eine Dicke d auf, die gegeben ist als: d = 1/{2 × (1/1i – 1/1m)} (3)wobei 1i die Wellenlänge der sich in der flüssigen Tinte ausbreitenden Ultraschallstrahlen ist. Wenn 1m im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von 1i ist, erfüllen jeder dicke Abschnitt und jeder dünne Abschnitt des Elements die Gleichung (1), wodurch akustische Anpassung bereitgestellt wird. Als Ergebnis werden die Ultraschallstrahlen wirksam in die Tinte von den dicken und dünnen Abschnitten des Elements emittiert, und ein Tintentröpfchen fliegt auf ein Aufzeichnungsmedium.
Um die Ultraschallstrahlen zu konvergieren, kann eines der oben beschriebenen Verfahren mit einem der später beschriebenen Verfahren kombiniert werden. Unter diesen Verfahren ist ein Verfahren, dass die Verzögerung als eine quadratische Funktion benutzt, ein Verfahren, das eine Fresnel'sche Zonenplatte benutzt, und ein Verfahren zum Treiben von Elementen in Gruppen.
Die akustische Anpassungsschicht wird direkt auf dem Array von Ultraschall-Erzeugungselementen bereitgestellt. Die Rillen, die basierend auf der Fresnel'schen Theorie ausgestaltet und parallel zu der Hauptabtastrichtung angeordnet sind, divergieren die Ultraschallstrahlen in einer Ebene, die sich in der Subabtastrichtung erstreckt. Die Strahlen werden dadurch in die Tinte emittiert, ohne durch die dicken Abschnitte oder dünnen Abschnitte des Konvergenz/Anpassungselements reflektiert zu werden. Somit werden die Strahlen an der Tintenoberfläche konvergiert, wodurch ein Tintentröpfchen wirksam von der Tintenoberfläche gespritzt wird.
Die oben beschriebene Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung kann ein Trägermaterial aufweisen, das auf dieser Oberfläche des Ultraschall-Erzeugungselement-Arrays bereitgestellt wird, das von dem Tintenbehälter-Mittel weg liegt. Das Trägermaterial unterdrückt Restschwingung jedes Ultraschall-Erzeugungselements und hilft, eine effiziente Anwendung der Ultraschallstrahlen in die Tinte zu erreichen.
Ein Tintentröpfchen kann daher in einer korrekten Bahn auf ein Aufzeichnungsmedium gespritzt werden. Vorzugsweise ist das Trägermaterial aus einem Material hergestellt, dessen akustische Impedanz gleich 3 × 10⁶ kg/m²s oder mehr ist. Es ist wünschenswert, dass das Element einen Dämpfungskoeffizienten a aufweist, der die Beziehung von a × 2t × f < –20 dB erfüllt, wobei t die Dicke des Elements und f die Frequenz der Ultraschallstrahlen ist.
Das Trägermaterial kann, da die Verdrahtungsplatte an dem Tintenstrahlkopf und die Treiberschaltung die Restschwingung jedes Ultraschall-Erzeugungselements unterdrücken können und helfen, eine effiziente Anwendung von Ultraschallstrahlen in die Tinte zu erreichen, weggelassen werden. Ohne das Trägermaterial wird die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung in der Struktur einfacher sein.
Bei einigen Beispielen umfasst das Array von Ultraschall-Erzeugungselementen eine piezoelektrische Schicht mit einer gleichförmigen Dicke, eine auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Schicht bereitgestellten gemeinsame Elektrode und diskrete Elektroden, die auf der gegenüberliegenden Oberfläche der piezoelektrischen Schicht bereitgestellt werden. Obwohl die piezoelektrische Schicht nicht in Streifen aufgeteilt ist, können ihre Abschnitte, die die diskreten Elektroden kontaktieren, unabhängig angetrieben werden. Um das Array herzustellen, reicht es aus, ein trockenes oder nasses Ätzen durchzuführen, um die diskreten Elektroden bereitzustellen. Ein Dicing-Prozess muss nicht ausgeführt werden, um die diskreten Elektroden zu bilden. Das Ätzen, trocken oder nass, entwickelt keine Risse in der piezoelektrischen Schicht und macht es für die Schicht möglich, breiter als dick zu sein. Breiter als sie dick ist, kann die piezoelektrische Schicht in ihrer Dickenrichtung schwingen, ohne in der Breitenrichtung in Resonanz zu kommen.
Daher kann das Array mit hoher Ausbeute hergestellt werden und Tintentröpfchen in der Form und Größe spritzen. Da die piezoelektrische Schicht dünn ist, können die einzelnen piezoelektrischen Elemente mit Hochfrequenz-Treibersignalen angetrieben werden, um sehr kleine Tintentröpfchen zu spritzen, so dass ein Hochauflösungsbild auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden kann.
Um Ultraschallstrahlen in einer sich in das Array erstrecken Ebene zu konvergieren, ist es besser, eine Elektroden-Schicht in diskrete Elektroden aufzuteilen, als nicht nur die Elektrodenschicht sondern ebenfalls eine piezoelektrische Schicht in Streifen aufzuteilen, um den Abstand, mit dem sich die piezoelektrischen Elemente gegenüberliegen, zu verringern, wobei das Array gebildet wird. Da die Beabstandung verringert wird, weisen die Gitterkeulen weit geringere Amplituden als der Hauptkeulen auf, oder werden daran gehindert, aufzutreten, und würden nicht bewirken, dass unnötige Tintentröpfchen von der Tintenoberfläche fliegen. Die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung kann daher Hochqualitätsbilder aufzeichnen.
Eine weitere Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die die Erfindung verkörpern kann, umfasst ein Substrat und ein piezoelektrisches Element-Array. Das Substrat weist eine gekrümmte Oberfläche auf, auf der das Array bereitgestellt wird. Um genauer zu sein, umfasst das Array diskrete Elektroden, die auf der gekrümmten Oberfläche des Substrats angebracht sind, eine piezoelektrische Schicht, die auf den diskreten Elektroden bereitgestellt wird, und eine gemeinsame Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht bereitgestellt wird.
Das Verfahren zur Herstellung des Arrays wird beschrieben. Zuerst wird eine wannenähnliche Rille in der oberen Oberfläche eines blockförmigen Substrats hergestellt.
Der gekrümmte Boden der Rille weist eine vorgeschriebene Krümmung auf. Als nächstes werden streifenförmige diskrete Elektroden in der wannenähnlichen Rille mit einer vorbestimmten Beabstandung gegenüberliegend angeordnet. Eine piezoelektrische Schicht mit einer vorgeschriebenen Dicke wird auf den diskreten Elektroden durch Sputtern oder dergleichen ausgebildet. Schließlich wird eine gemeinsame Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht ebenfalls durch Sputtern oder dergleichen ausgebildet.
Die diskreten Elektroden können in zwei alternativen Verfahren hergestellt werden. Bei dem ersten Verfahren wird eine bemusterte Metallfolie an der wannenähnlichen Rille mittels Anoden-Bonding gebondet. Die bemusterte Folie ist eine mit hoher Präzision, die durch Durchführen von Photolithographie auf einer Metallfolie hergestellt werden kann. Während des Anoden-Bonding wird Wärme und eine elektrisches Feld an das aus Glas hergestellte Substrat und die bemusterte Metallfolie angelegt, und die bemusterte Folie wird an dem Glas aufgrund einer elektrostatischen Kraft gebondet, ohne verformt zu werden. Bei dem zweiten Verfahren wird eine nicht bemusterte Metallfolie, an der wannenähnlichen Rille durch Warmpressen oder dergleichen gebondet, eine bemusterte Harzmaske wird auf der Folie ausgebildet, und die Folie wird durch Photolithographie mit der Harzmaske bemustert.
Da die diskreten Elektroden gekrümmt sind und mit einer hohen Genauigkeit in der Größenordnung von Mikronen gebildet werden, kann das Array von piezoelektrischen Elementen die Funktion einer Linse durchführen. Somit emittiert das Array Ultraschallstrahlen, die effizient an einem Punkt in der Tintenoberfläche konvergieren.
Noch eine weitere Tintenstrahl-Vorrichtung, die die Erfindung verkörpern kann, weist ein piezoelektrisches Element-Array auf. Das Array umfasst eine diskrete Elektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine gemeinsame Elektrode. Das Array wird in den folgenden Schritten gebildet. Zuerst werden plattenförmige Leiter und plattenförmige Isolatoren abwechselnd kombiniert, wobei ein rechteckiger Block gebildet wird. Dann wird eine wannenähnliche Rille in der oberen Oberfläche des Blocks hergestellt. Als nächstes wird die piezoelektrische Schicht in der Rille angebracht. Schließlich wird die gemeinsame Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht platziert. In diesem Fall sind die diskreten Elektroden ebenfalls gekrümmt und mit einer hohen Genauigkeit in der Größenordnung von Mikronen gebildet, wobei das Array von piezoelektrischen Elementen die Funktion einer Linse durchführen kann. Das Array emittiert daher Ultraschallstrahlen, die an einem Punkt in der Tintenoberfläche effizient konvergieren.
Eine weitere Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die die Erfindung verkörpern kann, weist ein piezoelektrisches Element-Array auf. Das Array umfasst eine diskrete Elektrode, eine piezoelektrische Schicht und eine gemeinsame Elektrode und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein piezoelektrisches Element an einem der beiden Ende überhaupt nicht angetrieben wird, um einen Ultraschallstrahl zu emittieren. Das heißt, das Array umfasst mehr piezoelektrische Elemente als notwendig, um Tintentröpfchen zu spritzen. Somit ist die durchschnittliche kapazitive Last der angetriebenen Elemente und die akustische Kopplung zwischen beliebigen zwei benachbarten Elementen geringer als sonst. Genauer gesagt ist die elektrische Kopplung und die akustische Kopplung zwischen beliebigen zwei benachbarten diskreten Elektroden gleich der zwischen beliebigen anderen zwei benachbarten diskreten Elektroden. Dies minimiert das Übersprechrauschen zwischen den Strahlerzeugungselementen.
Alle piezoelektrischen Elemente, mit Ausnahme derjenigen, die an den Ende des Arrays angeordnet sind, werden angetrieben, wobei Ultraschallstrahlen emittiert werden. Da die angetriebenen Elemente im Gegensatz zu den Elementen an den Enden des Arrays relativ weit von den Wänden des Tintenbehälters angeordnet sind, werden die Ultraschallstrahlen, die sie emittieren, nicht durch die Wände des Behälters reflektiert. Die Konvergenz der Strahlung wird überhaupt nicht behindert.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen Ausführungsformen 3-1 bis 3-3, dargestellt in 30A bis 35E, spezifische Ausführungsformen der Erfindung sind, und die anderen Beispiele von Vorrichtungen, genannt "Ausführungsformen", sind mit der Erfindung kompatibel, wobei sie jedoch nicht notwendigerweise die Erfindung darstellen.
1 ist eine perspektivische Ansicht des in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung aufgenommenen Aufzeichnungskopfabschnitts gemäß Ausführungsformen 1-1;
2A und 2B sind Diagramme, die den Betrieb des Aufzeichnungskopfabschnitts von Ausführungsform 1-1 erläutern;
3A bis 3E sind Diagramme, die erläutern, wie der Aufzeichnungskopfabschnitt von Ausführungsform 1-1 Phasen-Array-Abtastung durchführt;
4 ist ein Diagramm, das die Positionsbeziehung darstellt, die die Fresnel'sche Zonenplatte und das piezoelektrische Element-Array bei der Ausführungsform 1-1 aufweisen;
5 ist eine perspektivische Ansicht, die den in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-2 aufgenommenen Aufzeichnungskopfabschnitt zeigt;
6 ist ein Diagramm, das erläutert, wie sich der Brennpunkt bei der Ausführungsform 1-2 bewegt;
7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufzeichnungskopfabschnitt zeigt, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-3 aufgenommen ist;
8 ist eine Schnittansicht, die entlang einer Zeile genommen ist, in der die piezoelektrischen Elemente gegenüberliegend angeordnet sind, wie in 7 gezeigt ist;
9 ist ein Diagramm, das den Spannungssignalverlauf des bei der Ausführungsform 1-3 verwendeten Treibersignals darstellt;
10 ist eine Schnittansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der bei eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-4 verwendet wird;
11 ist eine Schnittansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der bei einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-5 verwendet wird;
12 ist eine Schnittansicht, die den Aufzeichnungskopfabschnitt zeigt, wie er in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-6 aufgenommen ist;
13 ist eine Schnittansicht, die den Aufzeichnungskopfabschnitt zeigt, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-7 aufgenommen ist;
14 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der bei einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-8 verwendet wird;
15 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts von Ausführungsform 1-8, von der Richtung senkrecht zu der Reihe von gegenüberliegend angeordneten piezoelektrischen Elementen aus betrachtet, wie in 14 gezeigt;
16 ist ein Diagramm, das erläutert, wie Signale in das Array von piezoelektrischen Elementen eingeben werden, um die Verringerung im Übersprechen bei der Ausführungsform 1-8 zu bestätigen;
17 ist ein Diagramm, das den Signalverlauf des Treibersignals, das verwendet wird, um die Verringerung im Übersprechen bei der Ausführungsform 1-8 zu messen, darstellt;
18 ist ein Diagramm, das den Spannungs-Signalverlauf von Rauschen zeigt, das in einer Leitung erzeugt wird, in die keine Signale eingegeben werden;
19 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Tintenstrahlkopfes zum Vergleich mit dem Aufzeichnungskopfabschnitt von Ausführungsform 1-8;
20 ist ein Diagramm, das erläutert, wie Signale in das Array von piezoelektrischen Elementen eingegeben werden, um die Verringerung im Übersprechen bei dem herkömmlichen Tintenstrahlkopf zu bestätigen;
21 ist ein Diagramm, das den Aufzeichnungskopfabschnitt einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-9 zeigt;
22 ist ein Diagramm einer thermischen Kopf- Treiberschaltung, die auf einem herkömmlichen Kopfsubstrat anzubringen ist;
23 ist ein Diagramm, das die Schaltung zum Treiben des Aufzeichnungskopfabschnitts zeigt, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1-10 aufgenommen ist;
24 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufzeichnungskopfabschnitt zeigt, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2-1 aufgenommen ist;
25A und 25B sind Schnittansichten eines Aufzeichnungskopfabschnitts, der zur Verwendung bei der Ausführungsform 2-1 ausgestaltet ist;
26A und 26B sind perspektivische Ansichten eines Tintenstrahlkopfes, der ein piezoelektrisches Element-Array mit einer akustischen Anpassungs/Linsenschicht aufweist;
27 ist ein Diagramm, das eine Einrichtung zur Herstellung des in 26 gezeigten piezoelektrischen Element-Arrays zeigt;
28 ist eine Schnittansicht der Form, die bei der in 27 gezeigten Einrichtung verwendet wird;
29A und 29B sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des in 26 gezeigten piezoelektrischen Element-Arrays erläutert;
30A und 30B sind Diagramme, die den Betrieb des Aufzeichnungskopfabschnitts erläutern, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 3-1 bereitgestellt wird, wobei insbesondere das erste Beispiel die Erfindung verkörpert;
31A und 31B sind Tabellen, die die Gruppierung von Ultraschall-Erzeugungselementen, die bei der Ausführungsform 3-1 verwendet werden, und die Zweiphasen-Treibersignale, die an die Gruppen von Elementen zu liefern sind, zeigen;
32 ist ein Diagramm, das die Gruppierung von Ultraschall-Erzeugungselementen und einen idealen Querschnitt für die bei der Ausführungsform 3-1 aufgenommene Fresnel'sche Zonenplatte darstellt;
33 ist eine graphische Darstellung, die die Intensitäten darstellt, die ein Ultraschallstrahl bei verschiedenen Abständen von der Mitte von Ultraschall-Erzeugungselementen aufweist, wenn die Ultraschall-Erzeugungselemente gruppiert sind, wie in 32 gezeigt ist;
34A und 34B sind Diagramme, die den Betrieb des Aufzeichnungskopfabschnitts erläutern, der in einer Tintenstrahl-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 3-3 bereitgestellt wird;
35A bis 35E sind Diagramme, die erläutern, wie der Aufzeichnungskopfabschnitt von Ausführungsform 3-3 eine Phasen-Array-Abtastung durchführt;
36A und 36B sind Diagramme, die den Betrieb einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3-4 der Erfindung erläutern;
37 ist ein Blockdiagramm des Abtaststeuerabschnitts, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 aufgenommen ist;
38 ist ein Blockdiagramm, das Treibersignal-Selektoren des in 37 gezeigten Abtaststeuerabschnitts zeigt;
39 ist ein Diagramm, das erläutert, wie Gruppen von Ultraschall-Erzeugungselementen miteinander in dem in 37 gezeigten Abtaststeuerabschnitt verbunden sind;
40 ist ein Blockdiagramm des Datenselektors, der in dem in 37 gezeigten Abtaststeuerabschnitt bereitgestellt wird;
41 ist ein Blockdiagramm, das die Verbindung der in dem in 37 gezeigten Abtaststeuerabschnitt bereitgestellten Datenselektoren darstellt;
42 ist ein Blockdiagramm des bei der Ausführungsform 4 aufgenommenen Aufzeichnungsdatenpuffers zum Ausführen einer intermittierenden Subabtastung bei der Ausführungsform 4;
43 ist ein Diagramm, das den Zustand von Hauptabtastzeilen zum Erläutern des Problems zeigt, das entsteht, wenn eine intermittierende Subabtastung bei der Ausführungsform 4 ausgeführt wird;
44A und 44B sind Diagramme, die erläutern, wie die Hauptabtastzeilen gerade zu machen sind, wenn eine intermittierende Subabtastung der Ausführungsform 4 ausgeführt wird;
45 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Verwendung bei der Erfindung, um Bilder mit mehreren Graustufen aufzuzeichnen;
46 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der bei einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5-1 verwendet wird;
47 ist ein Diagramm, das erläutert, wie das bei der Ausführungsform 5-1 bereitgestellte piezoelektrische Element zu treiben ist;
48 ist ein Diagramm, das die akustische Verteilung auf der Tintenoberfläche darstellt, die bei der Ausführungsform 5-1 beobachtet wird;
49 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Treiben des piezoelektrischen Elements, das bei der Ausführungsform 5-3 verwendet wird, in dem ersten Treibermodus erläutert;
50 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Treiben des piezoelektrischen Element-Arrays, das bei der Ausführungsform 5-3 verwendet wird, in dem zweiten Treibermodus erläutert;
51 ist ein Diagramm, das die akustische Verteilung auf der Tintenoberfläche darstellt, die bei der Ausführungsform 5-3 beobachtet wurde;
52 ist ein Diagramm, das darstellt, wie die fliegenden Tintentröpfchen ihre Position ändern, wenn das piezoelektrische Element-Array von Ausführungsform 5-3 in dem zweiten Treibermodus angetrieben wird;
53 ist eine Schnittansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6-1 aufgenommen ist;
54 ist eine Schnittansicht einer Modifikation des in 53 gezeigten Aufzeichnungskopfabschnitts;
55 ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Elements, das bei dem bei der Ausführungsform 6-1 aufgenommenen Aufzeichnungskopfabschnitt verwendet wird;
56 ist eine Schnittansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6-2 aufgenommen ist;
57 ist eine Schnittansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6-3 aufgenommen ist;
58 ist eine Schnittansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6-4 aufgenommen ist;
59 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 bereitgestellt wird;
60 ist eine Schnittansicht, die die Hauptkomponenten des bei der Ausführungsform 7 aufgenommenen Aufzeichnungskopfabschnitts zeigt;
61 ist ein Diagramm, das den Signalverlauf der bei der Ausführungsform 7 verwendeten Treiberspannung darstellt;
62 ist eine Schnittansicht, die die Hauptkomponenten eines ersten modifizierten Aufzeichnungskopfabschnitts zur Verwendung bei der Ausführungsform 7 zeigt;
63 ist eine Schnittansicht, die die Hauptkomponenten eines zweiten modifizierten Aufzeichnungskopfabschnitts zur Verwendung bei der Ausführungsform 7 zeigt;
64 ist eine Schnittansicht, die die Hauptkomponenten eines dritten modifizierten Aufzeichnungskopfabschnitts zur Verwendung bei der Ausführungsform 7 zeigt;
65 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 8-1 aufgenommen ist;
66A und 66B sind Diagramme, die die Hauptkomponenten des Aufzeichnungskopfabschnitts von Ausführungsform 8-1 zeigen;
67 ist eine Schnittansicht des bei der Ausführungsform 8-1 verwendeten piezoelektrischen Elements;
68 ist eine Draufsicht, die die Elektroden zeigt, die an dem in 67 gezeigten piezoelektrischen Element bereitgestellt werden;
69A und 69B sind Diagramme, die den Aufzeichnungskopfabschnitt zeigen, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 8-2 bereitgestellt wird;
70 ist eine Schnittansicht des bei der Ausführungsform 8-2 verwendeten piezoelektrischen Elements;
71 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlkopfes vom Array-Typ, der bei einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 8-3 verwendet wird;
72 ist eine perspektivische Ansicht, die ausführlicher den in 71 gezeigten Tintenstrahlkopf vom Array-Typ zeigt;
73A und 73B sind eine Schnittansicht und eine Draufsicht des Tintenstrahlkopfes, der bei einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 verwendet wird;
74A bis 74D sind perspektivische Ansichten, die die Schritte zur Herstellung des in 73A und 73B gezeigten Tintenstrahlkopfes erläutern;
75A bis 75F sind perspektivische Ansichten und Schnittansichten, die ein weiteres Verfahren zur Herstellung des in 73A und 73B gezeigten Tintenstrahlkopfes erläutern;
76A und 76B sind eine Schnittansicht und eine Draufsicht eines Tintenstrahlkopfes, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 bereitgestellt wird;
77A und 77B sind perspektivische Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des in 76A und 76B gezeigten Aufzeichnungskopfabschnitts erläutern;
78 ist ein Diagramm, das die Hauptkomponenten des Aufzeichnungskopfabschnitts darstellt, der in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 aufgenommen ist;
79A und 79B sind Diagramme, die die kapazitiven Lasten und akustische Kopplungen erläutern, die in dem piezoelektrischen Element-Array vorhanden sind, das bei dem Aufzeichnungskopfabschnitt von Ausführungsform 11 verwendet wird;
80 ist ein Diagramm, das die Hauptkomponenten eines herkömmlichen Aufzeichnungskopfabschnitts zum Vergleich mit dem Aufzeichnungskopfabschnitt von Ausführungsform 11 zeigt; und
81 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation des Aufzeichnungskopfabschnitts gemäß Ausführungsform 11 darstellt.
Hier werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen Beispiele, die Ausführungsformen der Erfindung aufweisen, ausführlich erläutert. Die einzigen Beispiele, die spezifisch die Erfindung verkörpern, sind Ausführungsformen 3-1 bis 3-3. Die anderen Beispiele werden beibehalten, um beim Verständnis der Erfindung zu helfen und sind im Allgemeinen mit der Erfindung kompatibel.
1 ist eine bildhafte Ansicht eines Teils eines Aufzeichnungskopfabschnitts in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1-1 der Erfindung. Bei der Ausführungsform 1-1 werden piezoelektrische Elemente als Ultraschall-Erzeugungselemente verwendet. Die piezoelektrischen Elemente werden dann in einem eindimensionalen Array angeordnet.
Die Merkmale der Ausführungsform 1-1 sind derart, dass eine Mehrzahl von benachbarten Ultraschallstrahlen, die von den piezoelektrischen Element-Array emittiert werden, gezwungen werden, miteinander innerhalb einer Ultraschall-Interferenzschicht zu interferieren, die aus einem derartigen Material wie Glas gebildet ist, die ebenfalls als eine akustische Anpassungsschicht verwendet wird, und denen ermöglicht wird, in der Hauptabtastrichtung zu konvergieren, und dass eine eindimensionale Fresnel'sche Zonenplatte als ein Mittel zum Zwingen der Ultraschallstrahlen, die von dem piezoelektrischen Element-Array emittiert werden, sich in der Hauptabtastrichtung zu konvergieren.
Der Aufzeichnungskopfabschnitt umfasst eine Ultraschall-Interferenzschicht 11, eine gemeinsame Elektrode 12, eine piezoelektrische Schicht 13, eine diskrete Elektrode 14, ein Düsensubstrat (hier nachstehend manchmal als ein Tinten-Pod bezeichnet wird), eine Fresnel'sche Zonenplatte und eine Treiberschaltung 21.
Die Ultraschall-Interferenzschicht 11, dient ebenfalls als eine akustische Anpassungsschicht zwischen dem piezoelektrischen Elementträger des Aufzeichnungskopfabschnitts und dem piezoelektrischen Element-Array 10 und der Tinte 18 und ist beispielsweise aus Glas ausgebildet. Auf der unteren Oberfläche der Ultraschall-Interferenzschicht 11 ist die piezoelektrische Schicht 13 mittels der gemeinsamen Elektrode 12 ausgebildet, die aus einem dünnen Metallfilm hergestellt ist.
Die piezoelektrische Schicht 13 ist derart, dass eine Schicht eines derartigen Materials, wie ZnO oder PZT vollständig über der gesamten (oder in Streifen auf) der unteren Oberfläche der Ultraschall-Interferenzschicht 11 durch ein Filmbildungs-Verfahren gebildet ist, das imstande ist, die Filmdicke beliebig zu steuern, wie beispielsweise Sputtern. Auf der oberen Oberfläche der Ultraschall-Interferenzschicht 11 sind eine Mehrzahl von diskreten Elektroden 14 mit einem Abstand ausgebildet, der Aufzeichnungspunkten entspricht. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht 13 wird durch die Wellenlänge der verwendeten Ultraschallwellen bestimmt und ausgestaltet, so dass die Gesamtheit ihrer Dicke und die äquivalente Dicke der gemeinsamen Metall-Elektrode und der diskreten Elektrode 14, die zwischen ihnen die piezoelektrische Schicht 13 angeordnet haben, die Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle ist.
Die gemeinsame Elektrode 12, die piezoelektrische Schicht 13 und die diskrete Elektrode 14 bilden das piezoelektrische Element-Array 10 oder das Ultraschall-Erzeugungselement-Array. In 1 weist das piezoelektrische Element-Array 10 nur acht Elemente auf. Im Fall eines tatsächlichen Tintenstrahlkopfs, beispielsweise eines Zeilenkopf so lang wie die Länge eines Blatts der Größe A4 mit einer Auflösung von 600 dpi, sind ungefähr 5000 piezoelektrische Elemente in einer Zeile angeordnet. In diesem Fall sind die einzelnen piezoelektrischen Elemente in dem piezoelektrischen Element-Array 10 in einer Zeile mit regelmäßigen Interfallen angeordnet, die durch die geforderte Aufzeichnungsdichte bestimmt wird. Ein magnetostriktives Wandler-Array kann anstatt des piezoelektrischen Element-Arrays 10 verwendet werden. In diesem Fall wird ein magnetostriktives Wandler-Array als die piezoelektrische Schicht 13 und eine diskrete Anregungsspule (Magnetisierungsspule) 14 als die diskrete Elektrode 14 verwendet. Eine derartige Anordnung wird bei der Ausführungsform 3-3 und Ausführungsform 3-4 erläutert.
Auf der oberen Oberfläche der Ultraschall-Interferenzschicht 11 ist ein Düsensubstrat 15 laminiert, in dem eine schlitzähnliche Düse-mit-Tinte-Kammer mit einem trapezförmigen Querschnitt ausgebildet ist, so dass die Düse-mit-Tinte-Kammer direkt über dem piezoelektrischen Element-Array 10 positioniert werden kann. Die Düse-mit-Tinte-Kammer ist mit flüssiger Tinte 18 gefüllt.
An der Grenze des piezoelektrischen Element-Arrays 10 und der Tinte 18 ist die eindimensionale Fresnel'sche Zonenplatte ausgebildet. Die Fresnel'sche Zonenplatte 16 ist auf eine solche Art und Weise ausgebildet, dass, wenn der Abstand von der Mitte der Brechung x ist, erste Regionen, die Ultraschallwellen ohne Phasenverschiebung weiterleiten, an den Positionen von x = 0 bis 1K, ø3 × K bis ø5 × K, ø7 × K bis ø9 × K, ø11 × K bis ø13 × K, ... angeordnet sind, und zweite Regionen, die die Phase von Ultraschallwellen um eine halbe Wellenlänge verschieben, an den Positionen von x = 1 bis ø3 Λ K, ø5 × K bis ø7 × K, ø9 × K bis ø11 × K bis ø13 × K ... angeordnet sind. Hier ist P die Brennweite oder die Dicke des Düsensubstrats 15, 1 ist die Wellenlänge der verwendeten Ultraschallwelle und K = (1P/2)^1/2. Da sich die ersten und zweiten Regionen relativ voneinander nur um eine halbe Wellenlänge unterscheiden müssen, wird nur entweder die erste oder die zweite Region aus einem Metallaufdampfungsfilm durch Photolithographie ausgebildet. Ihre Dicke wird bestimmt, um etwa einige Mikrometer bis mehrere zehn Mikrometer zu betragen, was ermöglicht, dass eine Phasenverschiebung einer halben Wellenlänge aufgrund der Differenz von einer niedrigen Schallgeschwindigkeit in der Tinte stattfindet.
Der Betrieb der Ausführungsform 1-1 wird mit Bezug auf 2A und 2B erläutert.
Eine typische Phasen-Array-Technik besteht darin, eine spezifische Anzahl von benachbarten piezoelektrischen Elementen in dem piezoelektrischen Element-Array in eine Einheit zu gruppieren und diese Einheiten zu treiben, indem die Phase geeignet verschoben wird, so dass die von ihnen emittierten Ultraschallstrahlen miteinander interferieren können, indem das anzutreibende piezoelektrische Element nacheinander verschoben wird. Hier wird ein Fall beschrieben, in dem eine linearer Abtastung mit vier piezoelektrischen Elementen als eine Einheit ausgeführt wird.
Wie in 2A und 2B gezeigt ist, wird eine Spannung einer Burst-Welle, die aus einem Wechselstrom einer spezifischen Frequenz aufgebaut ist, und ein Impulszug an die diskreten Elektroden 14₁ bis 14₄ von vier piezoelektrischen Elementen angelegt.
Wenn unter diesen Bedingungen eine Spannung einer Burst-Welle einer spezifischen Phase an die zwei inneren 14₂ , 14₃ der vier piezoelektrischen Elemente angelegt wird, und eine Spannung einer Burst-Welle, die der Spannung einer an die diskreten Elektroden 14₂ , 14₃ der beiden inneren piezoelektrischen Elemente vorausgeht, an die diskreten Elektroden 14₁ , 14₄ der beiden äußeren piezoelektrischen Elemente angelegt wird, interferieren die von den jeweiligen piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen miteinander, wobei ein Linseneffekt in der Richtung, in der die piezoelektrischen Elemente in dem piezoelektrischen Element-Array 10 angeordnet sind (hier nachstehend als die Array-Richtung bezeichnet), oder in der Hauptabtastrichtung erzeugt wird. Bei der Ultraschall-Interferenzschicht 11 konvergieren die Strahlen nie in der Richtung senkrecht zu dem piezoelektrischen Element-Array 10 (in der Subabtastrichtung).
Die an der Grenze mit der Tintenkammer ankommenden Ultraschallstrahlen erfahren einen Linseneffekt mittels der Fresnel'schen Zonenplatte 16 auf eine solche Art und Weise, dass sie zentripetal in der Richtung senkrecht zu dem piezoelektrischen Element-Array 10 (d.h. der Subabtastrichtung) konvergieren. Genauer gesagt, startet die Konvergenz der Ultraschallstrahlen in der Hauptabtastrichtung an der Innenseite der Ultraschall-Interferenzschicht 11, die ebenfalls als eine akustische Anpassungsschicht dient, und erstreckt sich zu der Tinte 18 in dem Düsensubstrat 15, wohingegen die Konvergenz in der Subabtastrichtung nur in der Tinte 18 in dem Düsen-Substrat 15 stattfindet. Die Ultraschallstrahlen werden auf der Oberfläche der Tinte, die noch an der Öffnung des Schlitzes an der oberen Oberfläche des Düsensubstrats 15 verbleibt, in sowohl der Hauptabtastrichtung als auch der Subabtastrichtung fokussiert.
Auf diese Art und Weise zwingt der Druck der konvergierten Ultraschallstrahlen ein Tintentröpfchen von der Tintenoberfläche zu fliegen, um ein Bild auf einem Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise auf einem Aufzeichnungspapier (nicht gezeigt), aufzuzeichnen. Mit diesem Aufzeichnungsverfahren wird, wenn die Ultraschallstrahlen gezwungen werden, auf einem Punkt mittels vier piezoelektrischen Elementen zu konvergieren, wie in 3A bis 3E gezeigt ist, ein trennendes Treiben ausgeführt, wenn eine Zeile in vier oder mehr Stücke aufgeteilt wird, die mit einem Viertel der ursprünglichen Zeitsteuerung jeweils angetrieben werden. Die Verschiebung in der Hauptabtastrichtung muss nämlich durch lineares Abtastung mit vier piezoelektrischen Elementen als eine Einheit durchgeführt werden.
Der Betrieb von 3A bis 3E wird kurz erläutert.
3A zeigt bildlich einen Fall, in dem eine Spannung einer Burst-Welle an die zwei inneren 14₃ , 14₄ der gruppierten diskreten Elektroden 14₂ bis 14₅ angelegt wird, und eine Spannung einer Burst-Welle, die zu der Spannung der an die zwei inneren diskreten Elektroden 14₃ , 14₄ führt, wird an die zwei äußeren diskreten Elektroden 14₂ , 14₅ angelegt.
3B zeigt bildlich einen Fall, in dem eine Spannung einer Burst-Welle an die zwei inneren 14₄ , 14₅ der nächsten gruppierten diskreten Elektroden 14₃ bis 14₆ angelegt wird, und eine Spannung einer Burst-Welle, die der Spannung der an die zwei inneren diskreten Elektroden 14₄ angelegten Burst-Welle vorausgeht, wird an die zwei äußeren diskreten Elektroden 14₃ , 14₆ angelegt.
3C zeigt bildlich einen Fall, in dem eine Spannung einer Burst-Welle an die zwei inneren 14₅ , 14₆ der gruppierten diskreten Elektroden 14₄ bis 14₇ angelegt wird, und eine Spannung einer Burst-Welle, die zu der Spannung der an die zwei inneren Elektroden 14₅ , 14₆ angelegten Spannung führt, wird an die zwei äußeren diskreten Elektroden 14₄ , 14₇ angelegt.
3D zeigt bildlich einen Fall, in dem die diskreten Elektroden 14₁ bis 14₈ , die in eine Gruppe von diskreten Elektroden 14₁ bis 14₄ und eine Gruppe von diskreten Elektroden 14₅ bis 14₈ aufgeteilt sind, und die beiden Gruppen mit der gleichen Zeit angetrieben werden, um zwei Tintentröpfchen mit einer spezifischen Beabstandung zu spritzen.
3E zeigt den gleichen Zustand wie in 3A.
Es ist praktisch wünschenswert, dass die Anzahl von piezoelektrischen Elementen, die eine Gruppe bilden, gleich zwanzig oder mehr ist.
Wie oben beschrieben ist, wird durch Gruppierung der piezoelektrischen Elemente in dem piezoelektrischen Element- Array 10, sequentielles Umordnen der Gruppierung sowie Ändern und Anlegen der Spannung der Burst-Welle gemäß den Positionen der piezoelektrischen Elemente in der Gruppierung ein Tintentröpfchen einer konstanten Größe immer gezwungen, gerade in einer konstanten Richtung zu fliegen, was einen Mechanismus zum Steuern der Flugrichtung eines Tintentröpfchens eliminiert, was sehr zu der Vereinfachung der Aufzeichnungsvorrichtung beiträgt.
Außerdem kann durch sequentielles Ändern der Gruppierung in dem piezoelektrischen Element-Array 10 und selektives Anlegen einer spezifischen Wechselstromspannung oder einer Spannung einer Burst-Welle an die piezoelektrischen Elemente 13 gemäß den Positionen der Elemente in der Gruppierung kann die Energiedichte eines Ultraschallstrahls verbessert, können Variationen in der Größe von Tintentröpfchen gemildert und eine Aufzeichnung mit hoher Qualität kann bewirkt werden.
Bei der Ausführungsform 1-1 wurde eine lineare Abtastung in Einheiten von vier piezoelektrischen Elementen erläutert. Die Anzahl von Elementen für eine Einheit, um das piezoelektrische Element-Array bei der linearen Abtastung anzutreiben, das heißt, die Anzahl von piezoelektrischen Elementen, die verwendet werden, um ein Pixel aufzuzeichnen, ist nicht auf eine Einheit von vier piezoelektrischen Elementen beschränkt. Durch Verwenden von mehr piezoelektrischen Elementen wird die Seitenkeule der zentripetal konvergierenden Ultraschallstrahlen, wodurch Veränderungen in dem Tintentröpfchen verringert und die Treiberspannung des piezoelektrischen Element-Arrays 10 abgesenkt wird.
Ein Merkmal der Ausführungsform 1-1 ist, dass die eindimensionale Fresnel'sche Zonenplatte 16 als ein Mittel verwendet wird, um die von dem piezoelektrischen Element- Array 10 emittierten Ultraschallstrahlen zu zwingen, in der Subabtastrichtung zu konvergieren. Die Wirkung des Verwendens der eindimensionalen Fresnel'schen Zonenplatte 16, um die Ultraschallstrahlen zu zwingen, in der Subabtastrichtung zu konvergieren, ist wie folgt. Eine akustische zylindrische Linse mit einem Grundmaterial, das den gleichen Querschnitt entlang des piezoelektrischen Element-Arrays in der Subabtastrichtung aufweist, wird als Ultraschallstrahl-Konvergenzmittel in der Subabtastrichtung verwendet. Von den Ultraschallstrahlen, die durch Phasen-Array-Abtastung gezwungen werden, mit einer zentripetalen Wellenoberfläche zu konvergieren, treffen jedoch diejenigen nahe der Mitte die Linsenfläche oder die Linsenoberfläche in rechten Winkeln, wohingegen diejenigen an beiden Enden der Ultraschallstrahlen die Linsenoberfläche schräg treffen. Wenn die f-Zahl (= Brennweite/Linsenöffnung) auf etwa 1 verringert wird, um den Energiewirkungsgrad zu erhöhen, steigt der Einfallswinkel in die vertikale Achse an beiden Enden um etwa 30° an. Wenn der Einfallswinkel mit Bezug auf die vertikale Achse größer wird, wird die Krümmung der Linsenoberfläche in der Richtung größer, in der der einfallende Strahl fortschreitet, womit die Brennweite der auf diesen Abschnitt einfallenden Ultraschallstrahlen verkürzt wird. Als Ergebnis können sich die Ultraschallstrahlen nicht an einen einzigen Punkt vereinigen. Dies macht den Wirkungsgrad sehr niedrig. Da die Größe des Tintentröpfchen unregelmäßig und instabil ist, ist die Bildqualität niedrig. Außerdem ist es für den Tintenstrahldrucker schwierig, ordnungsgemäß zu arbeiten.
Im Gegensatz dazu wird sich, wenn die eindimensionale Zonenplatte 16 verwendet wird, um Ultraschallstrahlen wie bei der Ausführungsform 1-1 zu zwingen, in der Subabtastrichtung zu konvergieren, die Brennweite nicht ändern, sogar wenn sich der Einfallswinkel der Ultraschallstrahlen mit Bezug auf die Richtung ändert, in der sich die Strahlen in einem Band erstrecken. Daher ist das Problem bei Verwenden einer akustischen zylindrischen Linse mit einem Grundmaterial gelöst.
Außerdem ist die Fresnel'sche Zonenplatte 16 mit einem derartigen geraden Muster bei dem Herstellungsprozess hilfreich. Insbesondere dient bei der Ausführungsform 1-1, wie in 4 gezeigt ist, auf der oberen Oberfläche des Glassubstrats die Ultraschall-Interferenzschicht 11 ebenfalls als eine akustische Anpassungsschicht, wobei sich die Fresnel'sche Zonenplatte 16 mit einem geraden Muster in der Hauptabtastrichtung erstreckt. Auf der unteren Oberfläche des Glassubstrats ist die diskrete Elektrode 14 mit einem geraden Muster, das sich in der Subabtastrichtung erstreckt, auf einer Laminierung der gemeinsamen Elektrode 12 und der piezoelektrischen Schicht 13 ausgebildet. Da jedes Muster aus geraden Zeilen ohne Ecken zusammengesetzt ist, können sie fein, genau und unabhängig erzeugt werden. Die Genauigkeit der Positionierung der oberen und unteren Muster des Glassubstrats, um sie zu kombinieren, kann viel weniger streng als die Genauigkeit des Bildens jedes Musters sein. Daher kann ein Muster, das für Hochauflösung geeignet ist, mit einem einfach zu handhabenden Herstellungsprozess erzeugt werden.
Außerdem besteht ein weiterer Vorteil des Verwendens der eindimensionalen Fresnel'schen Zonenplatte 16 darin, dass im Gegensatz zu einer zylindrischen Linse, die eine gekrümmte Oberfläche eines Grundmaterials verwendet, die Fresnel'sche Zonenplatte verhindert, dass sich der Brennpunkt gemäß dem Einfallswinkel des Ultraschallstrahls bewegt, und verhindert, dass die Aberration auftritt.
(Ausführungsform 1-2)
2 zeigt die Struktur eines Aufzeichnungskopfs gemäß einer Ausführungsform 1-2 der Erfindung. Bei der Ausführungsform 1-2 verwendet ein Mittel zum Zwingen von Ultraschallstrahlen, in der Hauptabtastrichtung zu konvergieren, eine Phasen-Array-Abtastung wie bei der Ausführungsform 1-1, wohingegen eine zylindrische Linse 20, die ein Grundmaterial mit gekrümmter Oberfläche verwendet, als ein Mittel zum Zwingen der Ultraschallstrahlen verwendet wird, in der Subabtastrichtung zu konvergieren.
Wie in 6 gezeigt ist, ist bei dieser Ausführungsform, da die Brennweite (fa) der Strahlen in dem zentralen Abschnitt (7A-7A'), die die Linse 20 in rechten Winkeln treffen, sich von der Brennweite (fb) der Strahlen an den Endabschnitten (7B-7B') unterscheiden, die die Linse 20 schräg treffen, die Konvergenzeigenschaft schlechter als die bei der Ausführungsform 1-1. Außerdem, da die Strahlen von beiden Enden in einer komplizierten dreidimensionalen Ebene gebeugt werden, findet eine Aberration statt.
Daher ist der Aufzeichnungskopf der Ausführungsform 1-2 dem der Ausführungsform 1-1 im Energie-Wirkungsgrad beim Erzeugen von gespritzten Tintentröpfchen und der Gleichmäßigkeit von Tintentröpfchen unterlegen. Da die ausgenommene Seite der zylindrischen Linse 20 als eine Tintenkammer dient, wie sie ist, weist die erstere den Vorteil des Bereitstellens eines Tintendurchgangs mit einem großen Querschnitt auf. Somit weist in dem Fall der Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung der Aufzeichnungskopf von Ausführungsform 1-2 die Vorteile auf, dass er eine ausreichende Tintenmenge liefern kann, um mit der Geschwindigkeit umzugehen, die Änderung der Tintenkonzentration aufgrund der Verdampfung des Tintenlösungsmittels an der Linse langsam ist, und das Verstopfen der Düse weniger wahrscheinlich ist, aufzutreten.
Hier werden nachstehend die Ausführungsform 1-3 bis Ausführungsform 1-8, die die Struktur des piezoelektrischen Elements aufweisen, erläutert.
(Ausführungsform 1-3)
7 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1-3 der Erfindung.
Die Ausführungsform 1-3 ist dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges piezoelektrisches Element mit einer Mehrzahl von diskreten Elektroden ausgestattet ist und eine Mehrzahl von Ultraschallwellen aus dem einzigen piezoelektrischen Element erzeugt werden.
In 7 ist ein piezoelektrisches Element-Array 10 aus einer piezoelektrischen Schicht 13 einer langen Platte mit einer konstanten Dicke zusammengesetzt, wobei eine gemeinsame Elektrode 12 an einer Seite der Schicht und eine Mehrzahl von diskreten Elektroden 14 an der anderen Seite der Schicht ausgebildet sind. Die piezoelektrische Schicht 13, die gemeinsame Elektrode 12 und die diskreten Elektroden 14 bilden nämlich eine Mehrzahl von eindimensional angeordneten piezoelektrischen Elementen.
Auf der Oberfläche der gemeinsamen Elektrode gegenüber der piezoelektrischen Schicht 13 ist eine akustische Linse 11 ausgebildet. Die akustische Linse 11 ist beispielsweise aus einer Glasplatte gebildet, weist eine ausgenommene Oberfläche an der gegenüberliegenden Seite des piezoelektrischen Element-Arrays 10 auf und arbeitet als eine akustische konkave Linse. An der akustischen Linse 11 ist ein Tinten-Pod 15 platziert. In dem Tinten-Pod 15 wird eine Tintenkammer langsam schmäler, um den Durchgang von Ultraschallstrahlen von dem elektrischen Element-Array zu umschließen, das auf der ausgenommenen Oberfläche der akustischen Linse 11 ausgebildet ist. Die Tintenkammer wird mit flüssiger Tinte 18 gefüllt.
Auf der unteren Oberfläche der Glasplatte ist ein Bauelement der akustischen Linse 11, eine integrierte Treiberschaltung (hier nachstehend als ein Treiber-IC bezeichnet) 21, angebracht. Das Treiber-IC 21 ist mit der gemeinsamen Elektrode 12 und diskreten Elektroden 14 über ein Verdrahtungsmuster auf der Glasplatte verbunden.
Das Treiber-IC 21 führt eine lineare elektronische Abtastung durch, indem das piezoelektrischen Element-Array 10 gemäß den aufzuzeichnenden Bilddaten auf eine solche Art und Weise angetrieben wird, das Blöcke von n benachbarten piezoelektrischen Elementen in der Array-Richtung (die Anordnungsrichtung von piezoelektrischen Elementen, die Hauptabtastrichtung) nacheinander angetrieben werden. Insbesondere werden Hochfrequenz-Treibersignale mit einer spezifischen Phasendifferenz an die n piezoelektrischen Elemente in dem ausgewählten Block geliefert und diese piezoelektrischen Elemente gleichzeitig angetrieben werden, wodurch veranlasst wird, dass die von dem piezoelektrischen Element-Array 10 emittierten Ultraschallstrahlen in der Hauptabtastrichtung konvergieren. Genauer gesagt werden, wie in 8 gezeigt ist, wenn die Gesamtzahl von Elementen in dem piezoelektrischen Element-Array 10 gleich N ist, und die Anzahl von zur gleichen Zeit angetriebenen elektrischen Elementen gleich n ist, die ersten bis n-ten piezoelektrischen Elemente gleichzeitig mit einer spezifischen Phasendifferenz zwischen ihnen angetrieben. Dann werden die zweiten bis (n + 1)-ten piezoelektrischen Elemente gleichzeitig mit einer spezifischen Phasendifferenz zwischen ihnen angetrieben. Auf ähnliche Weise werden die Positionen von gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elementen um ein Element jedes Mal verschoben, wenn die piezoelektrischen Elemente angetrieben wurden, wodurch veranlasst wird, die Richtung von Ultraschallstrahlen, die gezwungen werden, zu konvergieren, sich linear in der Hauptabtastrichtung zu bewegen. Der Signalverlauf des Treibersignals kann ein rechtwinkliger Burst sein, wie in 9, oder ein sinusförmiger Burst sein. Das Ändern der Phasendifferenz zum Treiben von n piezoelektrischen Elementen bedeutet, die Zeitsteuerung jedes Mal mit dem Beginn der Verwendung des Treibersignal von 9 zu ändern.
Der Ultraschallstrahl, der von dem piezoelektrischen Element-Array 10 emittiert und gezwungen wird, in der Hauptabtastrichtung zu konvergieren, wird ferner durch die akustische Linse 11 gezwungen, in der Richtung (der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Hauptabtastrichtung zu konvergieren, und konvergiert schließlich auf der flüssigen Oberfläche der Tinte 18 in der Form eines Punktes. Der Druck (Strahlungsdruck), der durch die Ultraschallstrahlen erzeugt wird, die auf der flüssigen Oberfläche der Tinte konvergiert werden, züchtet einen konischen Tinten-Meniskus auf der flüssigen Oberfläche der Tinte, und in einer kurzen Zeit wird ein Tintentröpfchen von der Spitze des Tinten-Meniskus gespritzt. Das gespritzte Tintentröpfchen fliegt gerade auf ein Aufzeichnungsmedium (nicht gezeigt), haftet an ihm und wird getrocknet und fixiert, wodurch die Bildaufzeichnung bewirkt wird.
Hier ist einer der Parameter, die die Größe eines fliegenden Tintentröpfchens bestimmen, die Frequenz einer Ultraschallwelle. Da das piezoelektrische Element-Array 10 Ultraschallstrahlen strahlt, wobei von der Resonanz entlang der Dicke der piezoelektrischen Schicht 13 Gebrauch gemacht wird, wird die Frequenz durch die Dicke der piezoelektrischen Schicht 13 bestimmt. Da die Dicke in umgekehrtem Verhältnis zu der Frequenz ist, ist die Frequenz desto höher, je dünner die piezoelektrische Schicht ist. Daher benötigt ein Drucker mit einer hohen Auflösung Ultraschallwellen von höheren Frequenzen, und der Typ und die Bildung der piezoelektrischen Schicht 13 müssen demgemäss ausgewählt werden.
Zusätzlich zu der Dicke, die durch die Auflösung bestimmt wird, sind Hauptbedingungen zum Auswählen des Typs der piezoelektrischen Schicht ein elektromechanischer Kopplungskoeffizient, der den Wirkungsgrad des Umwandelns einer elektrischen Eingabe in eine Ultraschall-Ausgabe angibt, und eine dielektrische Konstante, die eine Wirkung auf die elektrische Anpassung mit dem Treiber-IC aufweist. Keramik, wie beispielsweise Zirkontitanat (PZT) und Zinkoxid, makromolekulares Material, wie beispielsweise ein Copolymer aus Vinylidenfluorid und Ethylentrifluorid, ein Einkristall, wie beispielsweise Lithiumniobat werden für die piezoelektrische Schicht verwendet. Praktisch ist PZT für einen Drucker mit einer Auflösung von 600 dpi (dots per inch) oder darunter und ZnO ist für einen Drucker mit einer Auflösung (Frequenz) höher als 600 dpi hinsichtlich der Bildung der piezoelektrischen Schicht 13 und der Leistung geeignet. Wenn eine Masse aus PZT die Basis für eine piezoelektrische Schicht ist, liegt eine Klebeschicht zwischen der gemeinsamen Elektrode 12 und der akustischen Linse 11, die in 7 nicht gezeigt ist.
Die Elektrode 12 und die Elektroden 14 werden durch eine Dünnschichttechnik, wie beispielsweise Aufdampfung von Ti, Ni, Al, Co oder Au oder Sputtern oder durch eine Backen (baking technique), basierend auf Drucken mit einem Sieb aus Glasfrits gemischt mit Silberpaste ausgebildet. Außerdem ist die akustische Linse 11 aus Glas oder Harz gebildet. Wenn PZT veranlasst wird, an der akustischen Linse 11 zu haften, werden die Bearbeitbarkeit des Linsenmaterials und die akustische Anpassung mit der Tinte 18 in der piezoelektrischen Schicht 13 berücksichtigt. Wenn ZnO durch Sputtern aufgebracht wird, werden jedoch die Temperatur zur Zeit des Sputtern und die Leichtigkeit der Orientierung der piezoelektrischen Schicht zusätzlich zu den obigen Faktoren berücksichtigt.
(Ausführungsform 1-4)
10 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils des Aufzeichnungskopfabschnitts in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1-4 der Erfindung. Dies ist ein Beispiel des Verwendens einer Fresnel'schen Linse mit gerade Schlitzen in spezifischen Positionen als die akustische Linse 11 anstatt der konkaven Linse von 7. Der Abstand ri zwischen Schlitzen und die Tiefe d werden durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt:
(i = eine natürliche Zahl)
wobei ri der Abstand von der Mitte der Öffnung der Linse, λw die Wellenlänge einer Ultraschallwelle in Tinte und λl die Wellenlänge einer Ultraschallwelle in der Linse ist.
(Ausführungsform 1-5)
11 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils des Aufzeichnungskopfabschnitts in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1-5 der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden durch Bilden des piezoelektrischen Element-Arrays 10 in eine konkave Form mit einem Teil eines kreisförmigen Zylinders anstatt mit einer akustischen Linse Ultraschallstrahlen gezwungen, in der Subabtastrichtung zu konvergieren. In diesem Fall wird das piezoelektrische Element-Array 10 auf dem piezoelektrischen Elementträger 17 getragen.
(Ausführungsform 1-6)
12 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils des Aufzeichnungskopfabschnitts in einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1-6 der Erfindung. Für diese Ausführungsform wird eine akustische Anpassungsschicht 11 an einer Seite der akustischen Linse 11 gegenüber dem piezoelektrischen Element-Array 10 ausgebildet.
(Ausführungsform 1-7)
13 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils des Aufzeichnungskopfabschnitts bei einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1-7 der Erfindung. Während bei der Ausführungsform 1-7 die akustische Linse 11 einer Fresnel'schen Linse ebenfalls als der Träger für das piezoelektrische Element-Array 10 dient, werden bei dieser Ausführungsform der piezoelektrische Träger 17 und die akustische Linse 11 getrennt bereitgestellt.
Eine konkretere Ausführungsform, die der Ausführungsform 1-2 bis 1-7 zugeordnet ist, wird erläutert, wobei die Grundstruktur von 7 als ein Beispiel genommen wird. Fünf 4,5 Zentimeter lange piezoelektrische PZT-Keramikplatten mit einer Permittivität von 2000 wurden als die piezoelektrische Schicht 13 verwendet, deren Resonanzfrequenz bestimmt wurde, 50 MHz zu sein (für eine Dicke von 40 μm). Zur Zeit der Montage wurden diese fünf Keramikplatten auf der akustischen Linse angeordnet, und eine Ti/Ni/Au-Elektrode wurde auf beiden Seiten durch Sputtern auf eine Dicke von 0,05 μm, 0,05 μm und 0,2 μm in dieser Reihenfolge, gefolgt durch einen Polarisationsprozess unter einem elektrischen Feld von 2 kV/mm gebildet. Danach wurden 3000 60 μm breite diskrete Elektroden 14 mit Intervallen von 15 μm durch Ätzen der Elektrode auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht 13 ausgebildet (eine Beabstandung der Anordnung eines piezoelektrischen Elements von 75 μm). Dann bildeten die piezoelektrische Schicht 13, die gemeinsame Elektrode 12 auf der anderen Seite und diese diskreten Elektroden 14 ein piezoelektrisches Element-Array 10.
Ein 1 mm dickes Pyrex wurde als die akustische Linse 11 verwendet und in eine Konkave bearbeitet, um eine Linsenkrümmung von 2,3 mm und eine Öffnung von 1,5 mm bereitzustellen. Die akustische Linse 11 wurde an dem piezoelektrischen Elemente 11 mit einem Epoxidharz-Klebemittel gebondet, so dass sich Öffnung (konkave) der akustischen Linse 11 mit der Position der Elektrode des piezoelektrischen Element-Arrays 10 ausrichten kann. Dann wurde ein Tinten-Pod 15 bereitgestellt und ein Treiber-IC 21 verbunden, wie in 7 gezeigt ist, wobei auf diese Weise ein Tintenstrahlkopf gebildet wurde. Die Tiefe der Tinte 18 wurde bestimmt, 3 mm zu sein, und der Abstand von der gemeinsamen Elektrode 12 zu der flüssigen Oberfläche der Tinte wurde bestimmt, 4 mm zu sein.
Als nächstes wurde als ein Vergleichsbeispiel ein piezoelektrisches Element-Array erzeugt, in dem mit einer Dicing-Säge gemäß der oben beschriebenen Spezifikation geschnitten wurde. Genauer gesagt wurden Elektroden auf beiden Seiten einer 40 μm dicken piezoelektrischen PZT-Schicht auf die gleiche Art und Weise wie bei der obigen Ausführungsform ausgebildet, und die resultierende Schicht wurde an einem akustischen Linsenmaterial mit einem Expoxidharz gebondet. Danach wurden durch Verwenden einer Dicing-Säge mit einem 50 μm dicken Blatt Schlitze so weit wie ein Teil des akustischen Linsenmaterials ausgeführt, so dass die piezoelektrische Schicht vollständig abgeschnitten werden kann.
Durch Messen der Impedanzkennlinie mittels der Ausführungsform 1-3 bis Ausführungsform 1-7 und des ersten Vergleichsbeispiels wurde eine Prüfung durchgeführt, um zu sehen, ob es irgendeinen fehlerhaften Kanal gab. Als Ergebnis stellten, während bei der Ausführungsform 1-3 bis Ausführungsform 1-7 keine von den 3000 piezoelektrischen Elementen fehlerhaft war, bei dem ersten Vergleichsbeispiel 467 von den 3000 piezoelektrischen Elementen eine höhere Impedanz dar. Wenn die Stellen mit hoher Impedanz durch ein Mikroskop betrachtet wurden, wurden Risse in der Array-Richtung der piezoelektrischen Schicht gefunden. Danach wurde der Tintenstrahlkopf des ersten Vergleichsbeispiels in ein Epoxid-Abziehmittel eingetaucht, um von der akustischen Linse getrennt zu werden. Dann wurde die piezoelektrische Schicht geprüft, und es wurde heraufgefunden, dass die Schicht deutlich beschädigt war.
Als ein zweites Vergleichsbeispiel wurde ein Tintenstrahlkopf mit einer Abschneidebeabstandung, die groß genug ist, um Schaden an der piezoelektrischen Schicht zu verhindern, erzeugt. Die Frequenz betrug ebenfalls 50 MHz, und eine 40 μm dicke piezoelektrische PZT-Schicht wurde verwendet. An beiden Seiten der piezoelektrischen Schicht wurden Elektroden wie bei dem ersten Vergleichsbeispiel ausgebildet, und die resultierende Schicht wurde an einem akustischen Linsenmaterial mit einem Epoxidharz gebondet. Danach wurden durch Verwenden einer Dicing-Säge mit einer 15 μm dicken Klinge Schlitze ausgeführt, so weit wie Teil des akustischen Linsenmaterials mit einer Beabstandung von 150 μm. Die Anzahl von piezoelektrischen Elementen betrug 15.000. Wenn die Impedanzkennlinie des Tintenstrahlkopfes bestimmt wurde, wurde kein fehlerhafter Kanal gefunden.
Als nächstes wurde herausgefunden, dass, wenn ein Schallfeld in Wasser mit den Tintenstrahlköpfen der Ausführungsform 1-3 bis Ausführungsform 1-7 und dem zweiten Vergleichsbeispiel gemessen wurde, und die Strahlenbreiten und die Gitterfurchenpegel (grating grove levels) des Ultraschallstrahls an der Mittelachse von –10 dB verglichen wurden, die Strahlenbreite bei den Ausführungsformen 0,16 mm und bei dem zweiten Vergleichsbeispiel 0,2 mm betrug, und dass die Gitterfurchenpegel –17 dB und –6 dB bei dem zweiten Vergleichsbeispiel betrugen. Die Strahlenbreite an der Mittelachse war nämlich schmaler bei den Ausführungsformen, was ermöglichte, dass Ultraschallstrahlen besser konvergieren, wobei die Differenz jedoch nicht ausgeprägt war. Im Gegensatz dazu war der Gitterfurchenpegel bei den Ausführungsformen 11 dB niedriger. Dies bedeutet, dass, während bei den Vergleichsbeispielen es eine Möglichkeit gibt, dass Tinte von irrelevanten Punkten fliegt, die Ausführungsformen 1-3 bis 1-7 frei von einem derartigen Problem sind.
Als nächstes wurde tatsächlich ein Tintentröpfchenflugtest durchgeführt. Der an das piezoelektrische Elementarray angelegte Treibersignalspannungssignalverlauf war ein rechtwinkliger 20 MHz-Burst, die Anzahl von Wellen betrug 500 (29 ms) und die Spannung betrug 100 Volt. Bei der Ausführungsformen 1-3 bis Ausführungsform 1-7 wurde, wenn die 2000 Elemente in dem piezoelektrischen Elementarray in Blöcke von 20 Elementen gruppiert wurden und ein Block gleichzeitig angetrieben wurde, ein Tintentröpfchen lediglich von der Mittelachse gespritzt. Im Gegensatz dazu wurden bei dem zweiten Vergleichsbeispiel zusätzlich zu denen von der Mittelachse Tintentröpfchen von den Plätzen nahe einem Ende der 1500 Elemente gespritzt, wo eine Gitterfurche aufgetreten ist. Die Prüfung des Phänomens zeigte, dass das Fliegen von Tintentröpfchen von den Plätzen verschieden von der zentralen Achse aufgrund einer feinen Neigung des Kopfes stattfand. Es wurde herausgefunden, dass es sehr schwierig war, den Kopf einzustellen. Daher ist es nicht praktisch, dass, wenn nicht nur diskrete Elektroden sondern ebenfalls die piezoelektrische Schicht abgeschnitten werden, die Abschneidebeabstandung verbreitert wird, um Schaden an ihnen zu verhindern.
Die obigen Ergebnisse finden nicht nur auf den Fall Anwendung, in dem die akustische Linse 11 eine konkave Linse ist, sondern ebenfalls auf den Fall, in dem die akustische Linse eine Fresnel'sche Linse ist, und den Fall, in dem das piezoelektrische Element eine konkave Form aufweist, wie in 11 gezeigt. In dem Fall eines konkaven piezoelektrischen Elements ist es schwierig, ein piezoelektrisches Element in eine Konkave zu bilden und dann das konkave Element in ein Array abzuschneiden. Wenn höhere Frequenzen verwendet werden, um Tintentröpfchen kleiner zu machen, muss der Anordnungsabstand an dem piezoelektrischen Elementarray außerdem schmaler gemacht werden, um die Wirkung der Gitterfurche zu beseitigen. Aus diesem Grund ist ein Aufteilen nur diskreter Elektroden, um ein Array zu bilden, viel wirksamer in einem elektrischen Elementarray wie mit der Erfindung.
Wie oben beschrieben ist, können mit den Ausführungsformen 1-3 bis 1-7 durch Array-Aufteilen nur diskreter Elektroden ohne Abschneiden der piezoelektrischen Schicht die Beabstandung der Anordnung an dem piezoelektrischen Elementarray kleiner gemacht werden, ohne die Herstellungsausbeute zu verringern, als wenn die piezoelektrische Schicht sowie auch das Gateelektrodenarray aufgeteilt werden. Außerdem sind diese Ausführungsformen effektive, in dem höhere Ultraschallwellen erzeugt werden, so dass eine Aufzeichnung mit hoher Auflösung leicht ausgeführt werden kann.
(Ausführungsform 1-8)
14 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1-8 der Erfindung.
Die Ausführungsform 1-8 ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem piezoelektrischen Elementarray Spalten oder Schlitze in mindestens einem Teil der longitudinalen Seite der piezoelektrischen Schicht ausgeführt sind.
In 14 ist ein piezoelektrisches Elementarray 10 aus einer piezoelektrischen Schicht 13 einer langen Platte mit einer konstanten Dicke aus einer an einer Seite der Schicht ausgebildeten gemeinsamen Elektrode 12 und aus an der anderen Seite der Schicht ausgebildeten diskreten Elektroden 14 zusammengesetzt. Die piezoelektrische Schicht 13, die gemeinsame Elektrode 12 und die diskreten Elektroden 14 bilden nämlich eine Mehrzahl von eindimensional angeordneten piezoelektrischen Elementen.
Die folgenden Materialien sind für die piezoelektrische Schicht 13 geeignet. Als eine der typischen piezoelektrischen Schichten mit einem großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten wird PZT (Pb(Zr, Ti)O₃) angegeben. Da seine relative Permittivität 500 bis 2000 hoch ist, fällt seine Impedanz beim hochfrequenten Treiben zu sehr ab, und es kann daher nicht verhindert werden. Es ist zum niederfrequenten Antreiben geeignet. ZnO unter keramischen Materialien und PVD (Polyvinyl-Diphenylfluorid) unter organischen Materialien sind für eine piezoelektrische Schicht mit einer relativen Permittivität von nur etwa 10 zum hochfrequenten Treiben geeignet.
Auf der Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 12 ist gegenüber der piezoelektrischen Schicht 13 eine akustische Linse 11 ausgebildet. Die akustische Linse 11 ist eine Fresnel'sche Linse mit geraden Schlitzen in spezifischen Positionen bei der Ausführungsform 1-8 und kann eine Linse sein, die durch Bilden einer Konkave auf der Oberfläche einer Glasplatte gebildet wird. Auf der akustischen Linse 11 ist ein Tintenbehälter 15 platziert. In dem Tintenbehälter 15 wird eine allmählich schmäler werdende Tintenkammer, um den Durchgang von Ultraschallstrahlen von dem piezoelektrischen Elementarray 10 zu umschließen, auf der ausgenommenen Oberfläche der akustischen Linse 11 ausgebildet. Die Tintenkammer ist mit flüssiger Tinte 18 gefüllt.
Der somit aufgebaute Kopfabschnitt ist zusammen mit einem Treiber-IC 21 auf einem Verdrahtungssubstrat 21a angebracht. Das Treiber-IC 21 ist mit der gemeinsamen Elektrode 12 über ein Verdrahtungsmuster (nicht gezeigt) auf dem Verdrahtungssubstrat 21a und ferner mit den diskreten Elektroden 14 über Bond-Drähte verbunden.
Der Grundbildaufzeichnungsvorgang bei dieser Ausführungsform ist der gleiche wie bei der Ausführungsform 1-3. Insbesondere führt das Treiber-IC 21 eine lineare elektronische Abtastung durch Treiben des piezoelektrischen Elementarrays 10 gemäß der aufzuzeichnenden Bilddaten auf eine solche Art und Weise, dass Blöcke von n benachbarten piezoelektrischen Elementen in der Array-Richtung (der Hauptabtastrichtung) nacheinander angetrieben werden. Insbesondere werden Hochfrequenztreibersignale mit einer spezifischen Phasendifferenz an die n piezoelektrischen Elemente in dem ausgewählten Block geliefert, und diese piezoelektrischen Elemente werden gleichzeitig angetrieben, wodurch die von dem piezoelektrischen Elementarray 10 emittierten Ultraschallstrahlen veranlasst werden, in der Hauptabtastrichtung zu konvergieren. Auf ähnliche Weise werden die Positionen von gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elementen um ein Element jedes Mal verschoben, wenn die piezoelektrischen Elemente angetrieben wurden, wodurch veranlasst wird, dass die Richtung von Ultraschallstrahlen, die gezwungen wurden zu konvergieren, sich linear in der Hauptabtastrichtung bewegen.
Der Ultraschallstrahl, der von dem piezoelektrischen Elementarray 10 emittiert wurde und gezwungen wurde, in der Hauptabtastrichtung zu konvergieren, wird ferner durch die akustische Linse 11 gezwungen, in Richtung (der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Hauptabtastrichtung zu konvergieren, und konvergiert schließlich auf der flüssigen Oberfläche der Tinte 18 in der Form eines Punkts. Der Druck (Strahlungsdruck) durch die Ultraschallstrahlen, die auf der flüssigen Oberfläche der Tinte konvergiert werden, lässt einen konischen Tintenmeniskus auf der flüssigen Oberfläche der Tinte wachsen, und in einer kurzen Zeit wird ein Tintentröpfchen von der Spitze des Tintenmeniskus gespritzt. Das gespritzte Tintentröpfchen fliegt gerade auf ein Aufzeichnungsmedium (nicht gezeigt), haftet an ihm und wird getrocknet und fixiert, wodurch die Bildaufzeichnung ausgeführt wird.
15 ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Elementarrays 10 in dem in 14 gezeigten Tintenstrahlkopf, die von der Richtung senkrecht zu der Arrayrichtung betrachtet wird. Wie in der Figur gezeigt ist, wird ein Spalt 22 in der piezoelektrischen Schicht 13 hergestellt, um mindestens durch einen Teil der longitudinalen Seite (der Arrayrichtung) der Schicht über den Spalt zu gehen. Es ist wünschenswert, dass die Anzahl K von Spalten 22, die in der piezoelektrischen Schicht 13 ausgeführt sind, in dem Bereich von N/2°K°N/n sein sollte, und sie sollten in regelmäßigen Intervallen bereitgestellt werden, wobei N die Gesamtzahl von piezoelektrischen Elementen ist, die das piezoelektrische Elementarray 10 bilden, und N die Anzahl von gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elementen ist.
Wenn die piezoelektrische Schicht 13 in N Stücke gemäß den N piezoelektrischen Elementen aufgeteilt wird, die das piezoelektrische Elementarray 10 bilden, ist das Übersprechrauschen am kleinsten. Das Aufteilen der piezoelektrischen Schicht 13 in einzelne Elemente führt zu einem bedeutenden Abfall in der Massenproduktivität. Wenn die Anzahl von Spalten auf N/2°K gesetzt wird, wird der Abstand zwischen den Spalten 22 gleich 100 μm oder mehr sein. Somit können durch tiefes Schneiden in die piezoelektrische Schicht mit einer Schneidvorrichtung (dicer) Spalten bzw. Lücken (gaps) 22 ohne weiteres ausgeführt werden. Wenn die Anzahl von Spalten mindestens in dem Bereich von K°N/n liegt, wird es niemals geschehen, dass die Wirkung des Verringerns von Übersprechen beim Treiben nicht auftritt, so dass einzelne Tröpfchen spritzen. Da die Breite des Spalts 22 bei piezoelektrischen Schichten der Größe entsprechend n Signalleitungen sehr klein bzw. so groß wie ein ganzzahliges Vielfaches dieser Größe sein kann, wird sich die Wirkung nicht ändern. Derartige Spalten, wie sie als Teil der Dicke oder Breite der piezoelektrischen Schicht ausgeführt werden, erzeugen eine ähnliche Wirkung.
Eine konkretere Ausführungsform wird beschrieben. Mit einer piezoelektrischen Schicht, die einen Spalt für alle n piezoelektrischen Elemente (n = 14 in 15) für K°N/n, der minimalen Anzahl von Spalten, aufweist, wie in 15 gezeigt, wurde erzeugtes Übersprechen gemessen. Die piezoelektrische Schicht wurde erzeugt, indem Schlitze in einem 1,05 mm breiten ZnO-gesinterten Material mit einer Schneidvorrichtung (dicer) mit zehn Klingen ausgeführt wurden, die angeordnet war, um sich parallel zu dem Material zu bewegen und einen automatischer Schneidvorgang auszuführen, bei dem die Schneidvorrichtung parallel bewegt wird.
16 zeigt diagrammartig das piezoelektrische Element 10, die piezoelektrische Schicht 13 und diskrete Elektroden 14, um zu erläutern, wie ein Signal an das Array angelegt wird, um die Wirkung des Verringerns von Übersprechen zu untersuchen. Während eine Treibersignalspannung eines in 17 gezeigten 100-MHz-Burst-Signalverlaufs lediglich an den zentralen Abschnitt und beide Endabschnitte der (n) piezoelektrischen Elemente in einem Block angelegt wurde, der ein einziges Tintentröpfchen spritzt, wurde Rauschen, das auf den Leitungen nahe dem Spalt 22, an die keine Treibersignalspannung angelegt wurde, oder Übersprechen gemessen. Obwohl kein Ausgangssignalverlauf auf diesen Leitungen gefunden werden sollte, wurde Rauschen in der Form des durch gestrichelte Linien in 18 gezeigten Ausgangssignalverlaufs gemessen. Ihre Amplitude ist 4% oder weniger (18 weist eine vergrößerte Ordinate von 17 auf), und es gab keine Phasenverschiebung. Mit der piezoelektrischen Schicht 13 mit derartigen Spalten wurde ein Tintenstrahlkopf aufgebaut, wie in 14 gezeigt ist. Somit konnte, wenn der Tintenstrahlkopf an einem Drucker betrieben wurde, ein monochromatischer Druck von A4-Größe mit einer hohen Auflösung von 600 dpi in 30 Sekunden erhalten werden.
Als ein Vergleichsbeispiel wurde ein Tintenstrahlkopf mit der in 19 gezeigten piezoelektrischen Schicht 13 aufgebaut. Die piezoelektrische Schicht 13 in 19 ist die gleiche wie die bei der Ausführungsform mit der Ausnahme, dass kein Spalt ausgeführt ist. Ähnlich 16 zeigt 20 diagrammartig das piezoelektrische Element 10, die piezoelektrische Schicht 13 und diskrete Elektroden 14, um zu erläutern, wie ein Signal an das Array angelegt wird. Wie bei der Ausführungsform wurde, während eine Treibersignalspannung eines in 17 gezeigten 100-MHz-Burst-Signalverlaufs nur an den zentralen Abschnitt und beide Endabschnitte angelegt wurde, Übersprechrauschen, das auf den Leitungen nahe dem Spalt erzeugt wurde, an die keine Treibersignalspannung angelegt wurde, gemessen. Übersprechrauschen wurde in der Form des durch durchgezogene Linien in 18 gezeigten Ausgangssignalverlaufs gemessen. Die Amplitude des Übersprechrauschens war 8% oder weniger, mehr als das Zweifache der bei der Ausführungsform gemessenen Amplitude.
Wie oben beschrieben ist, kann mit der Ausführungsform 1-8 Übersprechen auf einen niedrigen Pegel unterdrückt werden, so dass es möglich ist, eine Tintenstrahlaufzeichnung mit hoher Auflösung zu verwirklichen, die ein Hochfrequenz-Treiben benötigt. Eine relativ kleine Anzahl von Kappen müssen nur auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildet werden, um einen Tintenstrahlkopf zu bilden, wobei die Massenproduktivität beibehalten wird.
(Ausführungsform 1-9)
21 zeigt die Struktur eines Aufzeichnungskopfabschnitts gemäß einer Ausführungsform 1-9 der Erfindung. Die Ausführungsform 1-9 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1-1 dadurch, dass Ultraschallstrahlen gezwungen werden, zu konvergieren, ohne eine Phasen-Array-Abtastung zu bewirken, indem nur eine eindimensionale Fresnel'schen Zonenplatte 16 verwendet wird.
Bei der Ausführungsform 1-9 wird die Wellenlänge des von dem piezoelektrischen Elementarrays 10 emittierten Ultraschallstrahls auf einen ausreichend kleinen Wert verglichen mit der Beabstandung auf dem piezoelektrischen Elementarray 10 eingestellt. Die Ultraschallstrahlen einer derartigen kurzen Wellenlänge schreiten gerade ohne Divergieren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 13 fort, laufen durch die Tintenkammer und treffen die Oberfläche der Tinte 18, wodurch ein Tintentröpfchen 19 mit einer Größe nahe der Wellenlänge in der Tinte 18, d.h. mit einer ausreichend kleinen (oder zu kleinen) Tröpfchengröße mit Bezug auf die notwendige Auflösung, gespritzt wird.
Gemäß einem von den Erfindern durchgeführten Experiment fliegt, sogar wenn die Oberfläche der Tinte 18 durch Ultraschallstrahlen einer relativ langen Wellenlänge verglichen mit einem fliegenden Tintentröpfchen 19 getroffen wird, dass der Wellenlänge der Ultraschallstrahlen wie bei der Ausführungsform 1-9 entspricht, das Tintentröpfchen 19 von dem zentralen Abschnitt genau und stabil, weil die Ultraschallstrahlen eine Intensitätsverteilung aufweisen, wobei sich die Intensität radial nach außen abschwächt.
Das Problem, dass das fliegende Tintentröpfchen 19 verglichen mit der Auflösung zu schmal ist, kann durch Durchführen von mehreren Aufzeichnungen (oder Überschreiben) gelöst werden, wobei Tintentröpfchen gezwungen werden, gerade auf das gleiche Pixel nacheinander zu fliegen, um den Punkt dicker zu machen. Der Vorgang des Dickermachens eines Pixels durch Überschreiben kann den praktischen Gebrauch nur durch ein Verfahren zum Erzeugen von Tintentröpfchen mit einer Hochgeschwindigkeitswiederholungsperiode gebracht werden, die es Punkten ermöglicht, einander in Tintentröpfchen zu vereinigen, in dem ein anschließendes fliegendes Tintentröpfchen gezwungen wird, anzukommen, bevor das vorhergehende Tintentröpfchen von dem Aufzeichnungsblatt absorbiert wurde. Daher ist dies ein Effekt, der für eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung eindeutig ist, die eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung aufweist.
Außerdem können mit der Ausführungsform 1-9, da die Gruppierung in einer Hauptabtastrichtung nicht notwendig ist, viele Tintentröpfchen in einem einzigen Vorgang gespritzt und die Aufzeichnungszeit verringert werden.
(Ausführungsform 1-10)
Mit einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der Erfindung wird eine Wechselspannung einer konstanten Frequenz oder eine Impulsspannung in einem Burst an das piezoelektrische Elementarray 10 angelegt, das dann Ultraschallstrahlen erzeugt, die mit der Frequenz synchronisiert werden. In diesem Fall muss, um eine Phasen-Array-Abtastung bei der Ausführungsform 1-1 und Ausführungsform 1-3 auszuführen, die Phase der von benachbarten piezoelektrischen Elementen erzeugten Ultraschallstrahlen eingestellt werden, so dass sie sich jeweils an spezifischen Positionen vereinigen können.
Bei der Ausführungsform 1-10 wird eine Konfiguration der Treiberschaltung für den Aufzeichnungskopf erläutert, der bei den Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtungen bei der Ausführungsform 1-1 und Ausführungsform 1-2 verwendet wird.
Eine Konfiguration, bei der eine Treiberschaltung für Phasen-Array-Abtastung einstückig an einem Kopfsubstrat angebracht ist, auf dem ein piezoelektrisches Elementarray, ist, das Ultraschallstrahlen erzeugt, ist neu und erzeugt einen eindeutigen Effekt.
Es ist bekannt, dass bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die Ultraschallstrahlen verwendet, fliegende Tintentröpfchen sehr von der Frequenz von Ultraschallwellen abhängen. Um die notwendige Auflösung für einen Drucker zu erhalten, wird die Frequenz der Treiberspannung, die von mehreren zehn MHz bis einigen hundert MHz reicht benötigt. Um eine Spannung von derartigen hohen Frequenzen an jedes piezoelektrische Element anzulegen, um das piezoelektrische Elementarray zu treiben und die Treiberphase mit einer Genauigkeit zu steuern, die für Phasen-Array-Abtastung notwendig ist, muss die Größe der Verzögerung aufgrund langer Verdrahtungsabstände und Variationen in der Verzögerung in der Abtastschaltung von der Größenordnung von Nanosekunden (10^–9 s) berücksichtigt werden. Zu diesem Thema stellten die Erfinder tatsächlich die folgende Schaltung her und führten ein Experiment durch, um die Leistung zu vergleichen. Insbesondere werden die folgenden drei Arten von Oszillatoren, um eine Nutzfrequenz zu erzeugen, miteinander hinsichtlich der Leistung verglichen:

(A1) Ein CR-Oszillator, der aus einer Verzögerungsschaltung, die aus einem Kondensator und einem Widerstand in jedem IC-Chip aufgebaut ist, und einer Pufferschaltung zusammengesetzt ist.
(A2) Ein Ringoszillator, der aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteter Pufferschaltungen zusammengesetzt ist;
(A3) Eine Konfiguration, bei der ein Signal von einem externen Quarzkristalloszillator in ein IC über gedruckte Drähte auf dem Kopfsubstrat gelenkt wird.

Die folgenden drei Arten von Verzögerungsschaltung für die Verzögerungssteuerung werden, um eine Phasendifferenz beim Treiben jedes zur Phasen-Array-Abtastung notwendige piezoelektrischen Elements bereitzustellen, miteinander hinsichtlich Leistung verglichen:

(B1) Eine Verzögerungsschaltung, die aus einem Kondensator und einem Widerstand in jedem IC-Chip zusammengesetzt ist.
(B2) Eine Verzögerungsschaltung, die aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Pufferschaltungen zusammengesetzt ist.
(B3) Eine Konfiguration, bei der eine Mehrzahl von Signalen, die außerhalb der Schaltung verzögert werden, in das IC über eine Mehrzahl von gedruckten Drähten auf dem Kopfsubstrat gelenkt werden.

Die Vergleichsergebnisse zeigten, dass Verfahren, durch die Fehler in jeder Schaltung und Fehler zwischen benachbarten Schaltungen minimiert werden können und die notwendige Genauigkeit erhalten werden kann, (A3) und (B3) sind.
Die obigen Ergebnisse legen nahe, dass eine Schaltung zum Treiben getrennter piezoelektrischer Elemente eine Datenselektorschaltung benötigt. Weil die auf dem Kopfsubstrat angeordneten Treiberschaltungen gedruckte Drähten nahezu parallel mit diesen Schaltungen bereitgestellt werden und jeweils das Anlegen von Impulsfolgen unterschiedlicher Phasen erfordern, benötigen sie eine Datenselektorschaltung, um den Impuls der notwendigen Phase gemäß den jeweiligen Zeitsteuerungen auszuwählen. Mit der Erfindung ist es durch Bereitstellen der Datenselektorschaltung möglich, eine kompakte einfache Treiberschaltung zu realisieren, die die Funktion eines Anlegens an das piezoelektrische Elementarray einer Burst-Impulsspannung, mit einer genauen spezifischen Phasendifferenz, die für Phasen-Array-Abtastung notwendig ist, aufweist.
Eines der typischsten Beispiele eines kompakten Treiberschaltungs-IC, das auf dem Kopfsubstrat angebracht ist, ist ein Treiber-IC für den thermischen Kopf. In 22 gezeigt, umfasst das Treiber-IC für den thermischen Kopf im Allgemeinen ein Bilddatentransferschieberegister 31, das ebenfalls imstande ist, eine Eingabe und Ausgabe zu einem anderen Chip durchzuführen, eine Verriegelungsschaltung 32, das die über das Schieberegister 31 übertragenen Bilddaten parallel aufnimmt, und einen Gate/Treiber 33, der das Durchlaufen eines gemeinsamen Impulses steuert, der die Zeitsteuerung und weiter gemäß der in der Verriegelungsschaltung 32 gehaltenen Bilddaten bestimmt. Die Kopfpunkte (resistive Wärmeelemente) in dem thermischen Kopf TPH werden durch die Ausgangsimpulsspannung von dem Gate/Treiber 33 angetrieben.
Um das piezoelektrische Elementarray in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit Ultraschallstrahlen zu treiben, um Phasen-Array-Abtastung auszuführen, muss der Gate/Treiber 33 von 22 mit einer anderen Schaltung ersetzt werden. Wie oben beschrieben ist, ist es wünschenswert, um Phasen-Array-Abtastung zu verwirklichen, dass der notwendige Impulszug aus mehreren aufeinander folgenden Impulszügen mit unterschiedlichen Phasen ausgewählt werden sollte. Daher muss die Endstufe ein Datenselektor anstatt eines Gate sein. Somit ist das Aufzeichnungskopftreiber-IC in der Ultraschallstrahlen verwendenden Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung aus dem Schieberegister 31, der Verriegelungsschaltung 32 und dem Datenselektor/Treiber 34 zusammengesetzt, wie in 23 gezeigt ist.
In 23 transferiert das Schieberegister 31 die seriell eingegebenen Bilddaten gemäß dem Taktimpuls. Die in das Schieberegister 31 aufgenommenen Bilddaten werden parallel zu der Verriegelungsschaltung 32 transferiert, die sie vorübergehend speichert. Datenelemente, die den beiden benachbarten piezoelektrischen Elementen in den vorübergehend in der Verriegelungsschaltung 32 gespeicherten Bilddaten entsprechen, werden an den Datenselektor/Treiber 34 als Steuercodes S11, S21, S12, S22, S13, S23, S14, S24, ... (wobei S14, S24 nicht gezeigt sind) geliefert. Eine Mehrzahl von Impulszügen 1, 2, 3, ... mit unterschiedlichen Phasen werden in dem Datenselektor/Treiber 34 eingegeben, der irgendeinen der Impulszüge 1, 2, 3, ... gemäß dem von der Verriegelungsschaltung 32 gelieferten Steuersignalcode auswählt. Der Impulszug wird auf einen geeigneten Spannungspegel verstärkt und an die diskrete Elektrode des entsprechenden piezoelektrischen Elements angelegt, wodurch das piezoelektrische Element angetrieben wird. Durch einen derartigen Vorgang kann eine Phasen-Array-Abtastung bewirkt werden.
Die Arbeitsweise der Aufzeichnungskopftreiberschaltung wird konkret erläutert, wobei ein Beispiel des Ausführens einer linearen Abtastung genommen wird, indem vier benachbarten piezoelektrischen Elementen als eine Einheit verwendet wird, wie in 2A bis 3E bei der Ausführungsform 1-1 gezeigt ist, und sie angetrieben werden, während die Phase verschoben wird. Eine Erläuterung wird hinsichtlich eines Fall gegeben, in dem die von der Verriegelungsschaltung 32 an den Datenselektor/Treiber 34 gelieferten Steuersignalcodes auf S11 = 0, S12 = 1, S21 = 1, S22 = 0, S13 = 1, S23 = 0, und S21 = 1 gesetzt sind.
Beispielsweise wird eine Spannung einer Burst-Welle mit einer Phase 1, die 2 vorangeht, an zwei äußere der vier piezoelektrischen Elemente angelegt, und eine Spannung einer Burst-Welle mit Stadium *2 wird an die zwei inneren piezoelektrischen Elemente angelegt, was die Ultraschallstrahlen zwingt, in der Hauptabtastrichtung zu konvergieren und die Tinte zu treffen, wie in 2B gezeigt. Die durch Umwandlung der ursprünglichen Bilddaten bei einer Bilddatenverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) erhaltene Daten werden in das Schieberegister 31 eingegeben, so dass Steuercodes S11, S21, S12, S22, S13, S23, S14, S24, ... die obigen Werte beim Bilden der Aufzeichnungspixel annehmen können. Wenn die ursprünglichen Bilddaten 0 sind oder wenn sie die Daten sind, die kein Aufzeichnungspixel bilden, erfahren die in das Schieberegister 31 eingegebenen Bilddaten eine Umwandlung bei der Bilddatenverarbeitungsschaltung, so dass alle S11, S21, S12, S22, S13, S23, S14, S24, ... 0 sein können.
Die Treiberschaltung bei der Ausführungsform 1-10 ist in den folgenden Punkten neu:

(1) Die Endstufe ist kein einzelnes Gate sondern ein Datenselektor (Datenselektor/Treiber 34).
(2) Eine Mehrzahl von Signaldrähten zum Liefern von Impulszügen, die an dem Datenselektor/Treiber 34 ausgewählt werden, werden als gemeinsame Leitungen für die einzelnen piezoelektrischen Elemente auf dem Kopfsubstrat bereitgestellt.
(3) Ein Mehrbitsignal zum Steuern des Datenselektor/Treibers 34 wird in die serielle Eingangsleitung zum Eingeben der Bilddaten in das Schieberegister 31 eingegeben.

Was das dritte Merkmal betrifft, kann eine parallele Eingabe anstatt der seriellen Eingabe von 23 verwendet werden. Die erstere weist den Vorteil auf, dass die Anzahl von Eingangs/Ausgangsanschlüssen an einem Treiber-IC klein ist, und die letztere weist den Vorteil auf, dass die Übertragungsgeschwindigkeit nicht verringert werden muss.
Wenn die Größe von fliegenden Tintentröpfchen mit der Aufzeichnungskopftreiberschaltung mit der Aufzeichnungskopftreiberschaltung gesteuert werden muss, macht es die Verwendung einer Konfiguration zum Auswählen des notwendigen Impulses aus einander folgenden Impulszügen von unterschiedlichen Frequenzen einfach, die Steuerung zu verwirklichen.
Die Grundkonfiguration der Erfindung wurde beschrieben. Bei der Ausführungsform 3-1 bis Ausführungsform 3-3 wird die Gruppierung von piezoelektrischen Elementen (Vibratoren) erläutert.
(Ausführungsform 2-1)
24 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeichnungskopfabschnitts bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2-1 der Erfindung. 25A und 25B zeigen den Aufzeichnungskopf einer weiteren Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung bei der Ausführungsform 2-1.
Die Ausführungsform 1-3 ist durch eine akustische Anpassungsschicht gekennzeichnet.
In 24 ist ein piezoelektrisches Elementarray 10 aus einer piezoelektrischen Schicht 13 einer langen Platte mit konstanter Dicke, einer gemeinsamen Elektrode 12, die auf einer Seite der Schicht ausgebildet ist, und einer Mehrzahl von diskreten Elektroden, die auf der anderen Seite der Schicht ausgebildet sind, zusammengesetzt. Die piezoelektrische Schicht 13, die gemeinsame Elektrode 12 und die diskrete Elektroden 14 bilden nämlich eine Mehrzahl von eindimensional angeordneten piezoelektrischen Elementen. Eine Keramik, wie beispielsweise Zirkontitanat (PZT), ein makromolekulares Material, wie beispielsweise ein Copolymer von Vinylidenfluorid und Ethylentrifluorid, ein Einkristall, wie beispielsweise Lithiumniobat und ein piezoelektrischer Halbleiter, wie beispielsweise Zinkoxid, wird ausgewählt und für die piezoelektrische Schicht 13 gemäß der Frequenz des Ultraschallstrahls und der Größe des Elements verwendet. Die Elektrode 12 und Elektroden 14 werden auf der piezoelektrischen Schicht durch eine Dünnschichttechnik, wie beispielsweise Aufdampfung von Ti, Ni, Al, Cu oder Au oder Sputtern oder durch eine Einbrenntechnik, basierend auf Drucken mit einem Sieb aus Glasfritten gemischt mit Silberpaste gebildet.
Das piezoelektrische Elementarray 10 ist auf einem Trägermaterial 26 ausgebildet. Das piezoelektrische Elementarray 10 kann direkt auf dem Trägermaterial durch Sputtern oder CVD-Techniken ausgebildet sein, und kann ebenfalls mittels einer Haftschicht 28 gebildet sein, wie in 25A gezeigt ist.
Auf der Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 12 gegenüber der piezoelektrischen Schicht 13 ist eine akustische Anpassungsschicht 27 ausgebildet. Die akustische Anpassungsschicht 27 entspricht dem piezoelektrischen Elementarray 10 mit Tinte akustisch. Die akustische Impedanz der Anpassungsschicht wird auf einen Wert nahe der Quadratwurzel des Produkts der akustischen Impedanz der piezoelektrischen Schicht 13 und der von Tinte eingestellt. Praktisch wird Epoxidharz, eine Mischung aus Epoxidharz und Faser oder einer Mischung aus Epoxidharz und Aluminium- oder Wolframpulver verwendet.
Materialien für eine akustische Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'' umfassen zusätzlich zu Epoxidharz, Harzmaterial, wie beispielsweise Ethylenharz, Propylenharz, Styrenharz, Methylmethacrylatharz, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylazetat, Styrolharz, Zelluloseharz, Imidharz, Amidharz, Fluoridkunststoff, Siliziumharz, Polyester, Polycarbonat, ein Harz vom Polybutadien-Typ, Nylon, Polyazetal, Urethanharz, Phenolharz, Melaminharz oder Ureaharz und ihre Copolymerharze. Sie umfassen ebenfalls Kautschukmaterial, wie beispielsweise Polybutadienkautschuk, Naturkautschuk oder Olefinkautschuk, und eine inorganische Verbindung, wie beispielsweise verschiedene Arten von Glasmaterial, Silizium oder ihre Verbindung. Sie umfassen ferner Metallmaterial, wie beispielsweise Aluminium, Zinn, Blei, Titan, Zink, Messing oder Zirkon.
Auf der Grundlage der Fresnel'schen Zonentheorie sind ferner Rillen in der akustischen Anpassungsschicht 27 ausgeführt, die dann ebenfalls als eine akustische Linse dienen, ein Mittel, um die Ultraschallstrahlen von dem piezoelektrischen Elementarray 10 zu zwingen, in der Richtung (der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Arrayrichtung (der Hauptabtastrichtung) des piezoelektrischen Elementarrays 10 zu konvergieren. Die Dicke t der akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'' wird als t = λm × (2n + 1)/4 ausgedrückt, wie in Gleichung (1) gezeigt, wobei n eine ganze Zahl und λm die Wellenlänge der Ultraschallwelle in dem akustischen Anpassungsmaterial ist.
Im Fall einer Fresnel'schen Linse weist die Dicke t der akustischen Anpassungsschichten mit akustischer Linse 11'' von 24 zwei Typen auf: die Dicke t1 eines Abschnitts ohne Schlitze und die Dicke t2 eines Abschnitts mit Schlitzen. Wie in Gleichung (3) gezeigt ist, wird die Tiefe d der Schlitze in der Fresnel'schen Linse ausgedrückt als d = 1/{2(1/λi – 1/λm)}. Daher ist es vorzuziehen, dass jeweils die Dicke t1 eines Abschnitts ohne Schlitze und die Dicke t2 (t2 = t1 – d) eines Abschnitts mit Schlitzen die Gleichung (1) erfüllen oder die Gleichung (2) nicht erfüllen sollte. Aus Gleichung (2) und Gleichung (3) ist das Verhältnis der Wellenlänge λm in dem akustischen Anpassungsmaterial zu der Wellenlänge λi der Ultraschallwelle in Tinte oder das Verhältnis Vm/Vi der Schallgeschwindigkeit Vm in dem akustischen Anpassungsmaterial zu der Schallgeschwindigkeit Vi in Tinte in dem Bereich, der durch den folgenden Ausdruck angegeben wird: {(2n + 3)/(2n + 1)} < (Vn/Vi) < {(2n + 1)/(2n – 1)} (4)
Unter dieser Bedingung wird eine Fresnel'sche Linse verwirklicht, die eine akustische Anpassung bereitstellt, die Totalreflexion von Ultraschallwellen an der Linsengrenzfläche verhindert und einen hohen Übertragungswirkungsgrad von Ultraschallwellen aufweist.
Außerdem kann, wenn das Material für die akustische Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse, wobei die Schallgeschwindigkeit Vm in dem durch Gleichung (4) gegebenen Bereich ist, gegen das in der Tinte enthaltene Lösemittel nicht widerstandsfähig ist, ein Schutzfilm auf der Linsenoberfläche mit einem Material ausgebildet werden, das gegen das Lösemittel widerstandsfähig ist. Es ist wünschenswert, dass der Schutzfilm eine derartige Dicke aufweisen sollte, die Ultraschallwellen nicht vom Laufen und Konvergieren in Tinte hindert und den Oberflächenzustand aufrechterhält, die in der Tinte enthaltenen Luftblasen daran hindert, an der Oberfläche zu haften. Beispielsweise kann ein Material, wie beispielsweise Polyimid, für den Schutzfilm verwendet werden.
In dem Tinten-Pod 15 wird eine allmählich schmaler werdende Tintenkammer, um den Durchgang von Ultraschallstrahlen von dem piezoelektrischen Elementarray 10 zu umgeben, auf der akustischen Anpassung-mit-akustischer-Linse 11'' ausgebildet. Die Tintenkammer ist mit flüssiger Tinte 18 gefüllt. Das Treiber-IC 21 ist auf dem Trägermaterial 26 ausgebildet und mit der gemeinsamen Elektrode 12 und diskreten Elektroden 14 über ein Verdrahtungsmuster (nicht gezeigt) verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das piezoelektrische Elementarray 10 durch das Treiber-IC 21 auf eine solche Art und Weise angetrieben, dass, wenn die Gesamtzahl von piezoelektrischen Elementen, die das piezoelektrische Elementarray 10 bilden, gleich N ist und die Anzahl von piezoelektrischen Elementen, die gleichzeitig angetrieben werden, gleich n ist, die ersten bis n-ten piezoelektrischen Elemente mit einer spezifischen Phasendifferenz oder auf der Grundlage der Fresnel'schen Beugungstheorie gruppiert, so dass sich die Ultraschallstrahlen auf der flüssigen Oberfläche der Tinte an einem Punkt vereinigen können, und ein Ende durch eine Halbwellenlänge verschoben und angetrieben wird. Dann werden die Positionen der gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elemente um ein Element bewegt, und die zweiten bis (n + 1)-ten piezoelektrischen Elemente werden angetrieben. Ein ähnlicher Vorgang wird wiederholt, bis die (N – n + 1)-ten der N-ten piezoelektrischen Elemente angetrieben sind. Bei der Abtastung kann eine Verschiebung von mehr als einem Element anstatt einer Verschiebung eines einzigen piezoelektrischen Elements verwendet werden. Außerdem sind die gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elemente nicht auf eine Gruppe in der Gesamtzahl der Elemente beschränkt und können zu zwei oder mehr Gruppen gehören.
Ein konkreteres Beispiel gemäß einer Ausführungsform 2-1 der Erfindung wird erläutert.
Eine piezoelektrische PZT-Keramikplatte mit einer relativen Permittivität von 2000 wurde als die piezoelektrische Schicht 13 verwendet, deren Resonanzfrequenz bestimmt wurde, 20 MHz zu sein (für eine Dicke von 100 μm). Eine Ti/Ni/Au-Elektrode wurde auf beiden Seiten der piezoelektrischen Keramikplatte durch Sputtern auf eine Dicke von 0,05 μm, 0,05 μm und 0,2 μm in dieser Reihenfolge gefolgt von einem Polarisierungsprozess unter einem elektrischen Feld von 2 kV/mm ausgebildet. Danach wurden durch Ätzen der Elektroden auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht 13 diskrete Elektroden 14 gebildet, so dass die Breite eines piezoelektrischen Elements 120 μm und der Abstand zwischen Elektroden 30 μm (die Anordnungsbeabstandung von diskreten Elementen gleich 150 μm) sein konnte. Die Länge der Elektrode in der Subabtastrichtung betrug 5 mm.
Dann wurde die akustische Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'' mit einem Material, dessen akustische Impedanz gleich 6 × 10⁶ kg/m²s betrug, durch Mischen von Epoxidharz mit Aluminiumpulver für das akustische Anpassungsmaterial erzeugt. Die Schallgeschwindigkeit in dem akustischen Anpassungsmaterial beträgt 3100 m/s, etwa das Zweifache der Schallgeschwindigkeit in Tinte. Nachdem die Linse an dem harzhaltigen Trägermaterial 26 mit Epoxidharz gebondet wurde, wurde der Tinten-Pod 15 positioniert, wie in 24 gezeigt ist. Dann wurde das Treiber-IC 21 verbunden, was einen Tintenstrahlkopf vervollständigte.
Als ein Vergleichsbeispiel wurde durch Bearbeiten von Glas in eine Konkave ein Tintenstrahlkopf, der Ultraschallstrahlen zwingt, in der Subabtastrichtung zu konvergieren, ohne Verwenden einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse erzeugt.
Mit der Ausführungsform 2-1 wurde eine Auflösung von etwa 200 dpi erreicht, und Tinte war imstande, effizient zu fliegen. Bei dem Vergleichsbeispiel betrug jedoch die Auflösung höchstens etwa 150 dpi, und ein Tintentröpfchen flog manchmal nicht, sogar wenn eine 1,5-fache Treibersignalspannung angelegt wurde.
Obwohl bei der Ausführungsform 2-1 die akustische Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'' eine einzelne Schicht aufweist, kann sie mehr Schichten aufweisen.
Wie oben beschrieben ist, können mit der Ausführungsform 2-1 durch Bilden einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse, die aus dem gleichen Material auf dem piezoelektrischen Elementarray ausgebildet ist, die Ultraschallstrahlen abgestrahlt werden, ohne in der Tinte reflektiert zu werden. Daher ist es möglich, die Ultraschallstrahlen zu zwingen, wirksam auf der flüssigen Oberfläche der Tinte zu konvergieren, um dadurch ein Tintentröpfchen effizient zu spritzen. Außerdem kann durch die elektronische Fokussiertechnik oder einer auf Gruppierung vom Fresnel'schen Typ basierender Treibertechnik ein Tintentröpfchen gezwungen werden, senkrecht zu fliegen, wodurch eine Aufzeichnung mit hoher Auflösung ermöglicht wird.
(Ausführungsform 2-2)
Ein Verfahren zur Herstellung der akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'', die bei der Ausführungsform 2-1 verwendet wurde, wird erläutert.
Die auf dem piezoelektrischen Elementarray bereitgestellte Fresnel'sche Linse weist einen unregelmäßigen Querschnitt auf. Wenn die Wellenlänge der Ultraschallwelle gleich λ ist, können Ultraschallstrahlen konvergieren, vorausgesetzt, dass beispielsweise die Differenz in der Höhe zwischen dem hervorstehenden Abschnitt und dem ausgenommenen Abschnitt gleich λ/2, die Höhe des hervorstehenden Abschnitts gleich 5λ/4 und die Höhe des ausgenommenen Abschnitts gleich 3λ/4 ist. Wenn beispielsweise PZT mit einer relativen Permittivität von 2000 für die piezoelektrische Schicht verwendet wird, und die Ultraschallwellenfrequenz bestimmt wird, gleich 7,5 MHz und die Höhe des hervorstehenden Abschnitts der Fresnel'schen Linse bestimmt wird, 3λ/4 in einer niedrigen Treiberfrequenzregion zu sein, wird die Höhe des projizierten Abschnitts gleich 300 μm und die Höhe des ausgenommenen Abschnitts gleich 100 μm sein. In diesem Fall ist die Genauigkeit der Höhe des hervorstehenden Abschnitts und die des ausgenommenen Abschnitts, die erforderlich sind, damit die Ultraschallstrahlen ausreichend konvergieren, innerhalb ±10%.
Der hervorstehende Abschnitt benötigt eine Bearbeitungsgenauigkeit von ±30 μm, und der ausgenommene Abschnitt erfordert eine Bearbeitungsgenauigkeit von ±10 μm. In diesem Bereich kann die notwendige Bearbeitungsgenauigkeit ohne weiteres beispielsweise durch Schneiden eines geformten Stücks aus Epoxidharz in eine Fresnel'sche Linse und Laminieren der Linse über dem piezoelektrischen Elementarray über eine Haftschicht erreicht werden.
Bei einer höheren Treiberfrequenz, beispielsweise bei einer Ultraschallwellenfrequenz von 200 MHz, wird, wenn λ gleich λ = 16 μm und die Höhe des hervorstehenden Abschnitts gleich 5λ/4 ist, die Höhe des hervorstehenden Abschnitts gleich 20 μm, die Höhe des ausgenommenen Abschnitts gleich 12 μm, die Bearbeitungsgenauigkeit, die an dem hervorstehenden Abschnitt erforderlich ist, gleich 2 μm und die Bearbeitungsgenauigkeit, die an dem ausgenommenen Abschnitt erforderlich ist, gleich 1 μm sein. Daher kann die Schneidarbeit eines geformten Stücks keine ausreichende Genauigkeit liefern. Außerdem ist eines der Mittel zum Herstellen von harzhaltigen geformten Stücken mit einer Bearbeitungsgenauigkeit einer Dickendifferenz von 1 μm an dem unregelmäßigen Abschnitt ein Verfahren zum Formen von thermoplastischem Harz, das eine für Kompaktdisks verwendete Nickelelektroformungs-Stanzeinrichtung als eine Form verwendet. Obwohl Kompaktdisks eine hohe Genauigkeit für die Differenz zwischen den hervorstehenden und ausgenommenen Abschnitten erfordern, benötigen sie eine Dicke von 1 mm 10% im besten Fall. Im Gegensatz dazu erfordert die Fresnel'sche Linse eine hohe Genauigkeit für die Höhe des unregelmäßigen Abschnitts und weist manchmal eine 300 mm lange Form auf, die sich der Länge nach erstreckt. Mit einem für Kompaktdisks verwendeten Formgebungsverfahren ist es schwierig, die Höhe des unregelmäßigen Abschnitts zu steuern, und die Formgebung kann nicht mit einer hohen Genauigkeit für die Dicken Differenz der Dicke der Länge nach ausgeführt werden.
Mit der vorliegenden Ausführungsform, bei einem Verfahren zur Herstellung von harzhaltigen geformten Stücken, zu denen ein Muster transferiert wird, das eine Metallform verwendet, auf deren inneren Form eine umgekehrte linsenförmige Stanzeinrichtung, die ein Transfermuster mit einer Mehrzahl von hervorstehenden parallelen Spuren aufweist, angebracht ist, durch Bilden von Harzreliefrillen (resin relief grooves) parallel zu den hervorstehenden Spuren und Veranlassen, dass Harz in der Richtung senkrecht zu den hervorstehenden Spuren strömt, um ein Muster zu übertragen, ist es möglich, ein Verfahren zur Herstellung einer Transferharzschicht bereitzustellen, deren unregelmäßige Dicke und Dickenbereich der Länge nach mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden. Außerdem liefert dieses Verfahren eine Harzschicht mit einem hochgenauen Linsenmuster. Außerdem wird durch Bereitstellen eines piezoelektrischen Elementarrays an der äußeren Form der Metallform eine akustische Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse aus Harz einstückig auf dem piezoelektrischen Elementarray ausgebildet.
26A und 26B sind perspektivische Ansichten des Aufzeichnungskopfabschnitts, bei dem eine akustische Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'', die der Ausführungsform 2-2 zugeordnet ist, aus Harz einstückig auf dem piezoelektrischen Elementarray 10 ausgebildet wird. Eine vergrößerte Ansicht der Unregelmäßigkeit der Linse 11'' wird ebenfalls in der Figur gezeigt.
Der Tintenstrahlkopf umfasst: ein piezoelektrisches Elementarray 10, bei dem eine gemeinsame Elektrode 12 eines 1 μm dicken Wolframfilms auf einer Seite einer piezoelektrischen Elementschicht 13 von einem 30 μm dicken gesinterten PZT für λ = 16 μm und diskrete Elektroden 14 eines 1 μm dicken Aluminiumfilms mit einem Muster einer Breite von 40 μm und einer Beabstandung von 20 μm auf der anderen Seite der Schicht ausgebildet ist; eine akustische Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'' aus Epoxidharz mit einer Höhe von 20 μm 1 μm an dem hervorstehenden Abschnitt, eine Höhe von 12 μm·1 μm an dem ausgenommenen Abschnitt, einer Länge von 300 mm 10 μm über der longitudinalen Seite und ein 10 mm dickes Kautschukträgermaterial 26.
Als nächstes wird ein Verfahren zum einstückigen Bilden des piezoelektrischen Elementarrays 10 und der akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'' in dem Tintenstrahlkopf erläutert. 27 zeigt diagrammartig einer Herstellungsvorrichtung zum Injizieren von Harz bei einem verminderten Druck in eine Form zum Bilden einer harzhaltigen Schicht, die als eine akustische Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse 11'' dient, die ein hochgenaues Transfermuster (unregelmäßiges Muster) auf dem piezoelektrischen Elementarray 10 durch Injektion des nichtausgeheilten Epoxidharzes aufweist. 28 ist eine Schnittansicht der Metallform.
Der Modus von 28 wird erläutert. Eine Nickelelektrobildungs-Stanzeinrichtung 26a (nicht ausführlich gezeigt), auf deren Oberfläche eine Mehrzahl von 8 μm hohen, 350 mm langen hervorstehenden Spuren ausgebildet sind, wird auf einem bewegbaren Träger 26c, der inneren Form der Metallform, durch eine Stanzklemme installiert. Bei dem bewegbaren Träger 26c ist eine Reliefrille 26d entlang der longitudinalen Seite der hervorstehenden Spur ausgeführt. Druck verringernde und anhebende Löcher 26e und Harz injizierende Einlässe (nicht gezeigt) sind an mehreren Stellen in der Reliefrille 26d ausgeführt. An dem festen Träger 26, der äußeren Form der Metallform, ist das piezoelektrische Elementarray 10 an einem hervorstehenden Fuß 26f befestigt, und ein Anschlag 26g ist ausgebildet.
Nachdem der bewegbare Träger 26c bewegt wird, bis er den Anschlag 26g trifft, und der Druck der Innenseite der Form durch eine Druckminderungspumpe 41 über einen Druckminderungstank 42 vermindert wird, wird ein Druckminderungs/-erhöhungsventil auf einem mittleren Pegel geschlossen, ein Harzventil 44 wird geöffnet, und dann wird eine konstante Harzmenge von einem Harztank 45 gegossen. Zu dieser Zeit kann, da das Harz in der Richtung senkrecht zu dem hervorstehenden Muster zu der Reliefrille 26d in 27 hin fließt, Harz gleichmäßig in das Innere des feinen ausgenommenen Musters ohne Variationen in der Dicke entlang der longitudinalen Seite gegossen werden.
Dann wird das Harzventil 24 geschlossen, und das Harzventil 44 und das Druckminderungs/-erhöhungsventil 43 werden lecken. In diesem Zustand wird, nachdem das Epoxidharz durch Erhöhen der Temperatur der Form auf 250°C ausgeheilt ist, das Druckminderungs/-erhöhungsventil 43 umgeschaltet und der Druck auf etwa 2 bis 10 kg/cm² durch einen Verdichter 46 angehoben. Dann wird die Form geöffnet, während das Harz aus dem bewegbaren Träger 26c, der inneren Form, abgezogen wird. Dann werden das piezoelektrische Elementarray 10 und die harzhaltige Schicht, die auf dem Array ausgebildet ist, herausgenommen und in eine gewünschte Form geschnitten, wodurch ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse erzeugt wird, das in 26A und 26B gezeigt ist.
(Ausführungsform 2-3)
29A und 29B zeigen eine weitere Ausführungsform, bei dem ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse mit einem Harzfilm für λ = 16 μm ausgebildet wird. 29A ist eine vergrößerte Ansicht der Elektrobildungsstanzeinrichtung 26A von 28 und eines Teil des mit einem Harzfilm 29a beschichteten piezoelektrischen Elementarrays 10. 29B ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, bei der eine harzhaltige Schicht 29B durch Bewegen des bewegbaren Trägers 26c von 28 und Transferieren des Musters der Elektrobildungsstanzeinrichtung 26a zu dem Harzfilm 29a gebildet wird.
Für die Elektrobildungsstanzeinrichtung 26a wird ein Transfermuster vorbereitet, auf dessen Oberfläche eine Mehrzahl von hervorstehenden parallelen Spuren, die einen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen und eine Höhe im Rechteck von λ/2 = 8 μm von der Hauptebene aufweisen, ausgebildet. Die Stanzeinrichtung ist an dem bewegbaren Träger 26a angebracht. An dem hervorstehenden Fuß 26f des festen Trägers 26 wurde das piezoelektrische Elementarray 10 vorübergehend befestigt. An dem Array ist ein Polycarbonatharzfilm 29a mit einer Dicke von etwa 20 μm beschichtet.
Dann wird zur gleichen Zeit, wenn der bewegbare Träger 26c zu der Position des an dem festen Träger 26a angebrachten Anschlags 26 bewegt wird und eingestellt wird, so dass der Abstand von w = 3λ/4 zwischen dem hervorstehenden Abschnitt der hervorstehenden Stanzeinrichtung 26a und des piezoelektrischen Elementarrays 10 gleich 12 μm sein kann, wird die Temperatur der Form auf 180°C angehoben, während der Druck in der Form durch die Druckminderungspumpe 41 vermindert wird, wodurch der Harzfilm 29a geschmolzen wird. Weil das geschmolzene Harz in der Richtung senkrecht zu dem hervorstehenden Muster zu der Reliefrille 26d hin strömt, kann das Harz vollständig in das Innere des feinen ausgenommenen Musters ohne Variationen in der Dicke entlang der longitudinalen Seite gegossen werden. Das überschüssige Harz wird gezwungen, in der Richtung senkrecht zu dem hervorstehenden Muster zu strömen, wodurch das Harz in dem Inneren des feinen ausgenommenen Musters ohne Variationen in der Dicke entlang der longitudinalen Seite vollständig füllt wird. In diesem Zustand wird die Temperatur der Form unter der Wärmeverzerrungstemperatur abgekühlt, um das Harz auszuheilen, wodurch eine Harzschicht 29b gebildet wird. Danach wird der Druck von dem Verdichter 46 angelegt. Während die Harzschicht 29b von der inneren Form abgezogen wird, wird die Metallform geöffnet, und ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse wird herausgenommen. Durch Schneiden des Arrays in eine gewünschte Form wird ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse erzeugt, wie in den 26A und 26B gezeigt ist.
(Ausführungsform 2-4)
Eine Ausführungsform, bei der ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse mit Anwendung von Harz gebildet wird, wird erläutert.
Eine Elektrobildungsstanzeinrichtung 26a wird vorbereitet, die ein Transfermuster aufweist, auf deren Oberfläche eine Mehrzahl von hervorstehenden parallelen Spuren, die einen rechtwinkligen Querschnitt und eine Höhe im Rechteck von λ/2 = 8 μm von der Hauptebene aufweisen, ausgebildet sind. Die Stanzeinrichtung ist an dem bewegbaren Träger 26c angebracht. An dem hervorstehenden Fuß 26f des festen Trägers 26 wurde das piezoelektrische Elementarray 10 vorübergehend befestigt. Auf das Array wird ein nicht ausgeheiltem Polycarbonatharzfilm mit einer Dicke von etwa 10 μm aufgebracht, um eine Harzbeschichtungsschicht zu bilden.
Dann wird zur gleichen Zeit, wenn der bewegbare Träger 26c zu der Position des an dem festen Träger 26 angebrachten Anschlag 26g bewegt wird und eingestellt wird, so dass der Abstand von w = λ/4 in dem hervorstehenden Abschnitt der hervorstehenden Stanzeinrichtung 26a und dem piezoelektrischen Elementarray 10 gleich 4 μm sein kann, der Druck in der Form durch die Druckminderungspumpe 41 vermindert. Dies ermöglicht dem geschmolzenen Harz, in der Richtung senkrecht zu dem hervorstehenden Muster zu der Reliefrille 26d hin zu strömen, so dass das Harz vollständig in das Innere des feinen ausgenommenen Musters ohne Variationen in der Dicke entlang der longitudinalen Seite gegossen wird. Das überschüssige Harz wird gezwungen, in der Richtung senkrecht zu dem hervorstehenden Muster zu strömen, wodurch das Harz in das Innere des feinen ausgenommenen Musters ohne Variationen in der Dicke entlang der longitudinalen Seite gefüllt wird. In diesem Zustand wird die Temperatur der Form auf 250°C angehoben, um das Epoxidharz auszuheilen. Danach wird der Druck von dem Verdichter 46 angelegt. Während die Harzschicht von der inneren Form abgezogen wird, wird die Metallform geöffnet und ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse herausgenommen. Durch Schneiden des Arrays in eine gewünschte Form werden ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse erzeugt, wie in 26A und 26B gezeigt ist.
Während bei der Ausführungsform 2-2 bis Ausführungsform 2-4 der hervorstehende Fuß 26f an dem festen Träger 26 bereitgestellt wird, an dem das piezoelektrische Elementarray 10 vorübergehend befestigt ist, kann das piezoelektrische Elementarray vorübergehend direkt an dem festen Träger 26 ohne den hervorstehenden Fuß 26f gemäß den Abmessungen und der Form der Harzschicht befestigt werden. Bei diesen Ausführungsformen wird das Harz mit Füllmaterial, wie beispielsweise Metalloxid oder Metallnitrit, gemischt, so dass der Wärmeausdehnungskoeffizient von Harz näher zu dem der Form sein kann. Unter Berücksichtigung der Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Harz und der Form gemäß der Einschließungsrate des Füllmaterials, kann der ausgenommene Abschnitt der Elektrobildungsstanzeinrichtung 26a ein wenig größer ausgeführt werden, so dass das Volumen von nicht ausgeheiltem oder geschmolzenem Harz, das in den ausgenommenen Abschnitt der Elektrobildungsstanzeinrichtung 26a gegossen wird, von 101% bis 106% von dem der Größe nach dem Formen sein kann.
Die bei der Ausführungsform 2-2 bis Ausführungsform 2-4 erläuterten Verfahren können nicht nur auf die Herstellung von piezoelektrischen Elementarrays mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse angewendet werden, sondern ebenfalls auf einen Fall, in dem eine aus einer Fresnel'schen Linse zusammengesetzte akustische Linse getrennt von einer akustischen Anpassungsschicht bereitgestellt wird.
Wie oben beschrieben ist, kann mit der Ausführungsform 2-2 bis Ausführungsform 2-4, wenn ein harzhaltiges geformtes Stück, auf dem ein Muster transferiert ist, mit einer Metallform erzeugt wird, auf dessen innere Form eine Stanzeinrichtung mit einem Transfermuster angebracht ist, auf dem eine Mehrzahl von hervorstehenden parallelen Spuren umgekehrt zu der Unregelmäßigkeit der als eine akustische Linse wirkenden Fresnel'schen Linse ausgebildet sind, eine Transferharzschicht, deren unregelmäßige Dicke und die Dicke entlang der Seite in der Längsrichtung auf eine hohe Genauigkeit gesteuert werden, ohne weiteres durch Bilden von Harz Reliefrillen parallel zu den hervorstehenden Spuren und durch Ermöglichen, dass das Harz in der Richtung senkrecht zu den hervorstehenden Spuren strömen kann, um das Muster zu transferieren, erhalten werden. Daher können, sogar wenn die Form und die Größe der akustischen Linse feiner wird und eine strenge Größengenauigkeit erforderlich ist, die Anforderungen erfüllt werden. Außerdem kann das Verfahren auf einen Fall angewendet werden, in dem das piezoelektrische Elementarray bei hohen Frequenzen angetrieben wird.
Außerdem ist es durch Bereitstellen eines piezoelektrischen Elementarrays an der äußeren Form der Metallform einfach, ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Linse zu erzeugen, wobei die aus einer Fresnel'schen Linse zusammengesetzte akustische Linse auf einem Harz einstückig auf dem piezoelektrischen Elementarray oder ein piezoelektrisches Elementarray mit einer akustischen Anpassungsschicht-mit-akustischer Linse ausgebildet wird. In diesem Fall ist es möglich, da eine Haftschicht zwischen dem piezoelektrischen Elementarray und der akustischen Linse nicht notwendig ist, die Größe und Form des Harzes, das regional auf dem piezoelektrischen Elementarray laminiert ist, mit höherer Genauigkeit zu erzeugen.
(Ausführungsform 3-1)
Dies ist das erste Beispiel, das die Erfindung spezifisch verkörpert. Da die primäre Konfiguration von Ausführungsform 3-1 die gleiche wie die von Ausführungsform 1-1 ist, wird deren Zeichnung und Erläuterung nicht gegeben. Mit 30A und 30B wird die Arbeitsweise von Ausführungsform 3-1 erläutert. Die Ausführungsform 3-1 ist dadurch gekennzeichnet, dass piezoelektrische Elemente in eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe aufgeteilt sind, und Treibersignale von entgegengesetzten Phasen (z.B. Nullphase und p-Phase) werden an die erste Gruppe und die zweite Gruppe angelegt werden, wie es von der Erfindung verlangt wird.
Der Vorgang des Durchführens einer linearen Abtastung in der Hauptabtastrichtung, die Richtung, in der die piezoelektrischen Elemente in dem piezoelektrischen Elementarray 10 angeordnet sind, wird Phasen-Array-Abtastung durchgeführt. Wie bei der Ausführungsform 1-1 sei zwecks Einfachheit angenommen, dass vier piezoelektrische Elemente eine Gruppe (eine piezoelektrische Elementgruppe) bilden, die gleichzeitig angetrieben wird. Der Vorgang des Ausführens einer linearen Abtastung durch Verschieben der Positionen der piezoelektrischen Elementgruppen eine nach der anderen wird erläutert.
Eine Spannung einer Burstwelle, die aus einer Wechselstromspannung einer spezifischen Frequenz oder eines Impulszugs zusammengesetzt ist, wird an die diskreten Elektroden 14₁ bis 14₄ der vier piezoelektrischen Elemente als ein Treibersignal angelegt. Wie bei der Ausführungsform 1-1 muss die Frequenz des Treibersignals eingestellt werden, so dass mindestens die Wellenlänge der Ultraschallwelle in der Ultraschallinterferenzschicht 11 (die ebenfalls als eine akustische Anpassungsschicht verwendet wird) größer als die Beabstandung auf dem piezoelektrischen Elementarray sein kann. Außerdem muss die Dicke der Ultraschallinterferenzschicht 11 geringer als ein spezifizierter Wert sein. Um die notwendige Auflösung für einen Drucker zu erhalten, muss die Frequenz des Treibersignals in dem Bereich von mehreren zehn MHz bis mehreren hundert MHz sein.
Unter derartigen Bedingungen werden zwei innere der vier piezoelektrischen Elemente als eine erste Gruppe bestimmt, und die zwei äußeren als eine zweite Gruppe bestimmt. Dann wird ein Zweiphasen-Treibersignal von entgegengesetzten Phasen, Nullphase und p-Phase, (eine Spannung der Burstwelle, die aus einer Wechselstromspannung einer spezifischen Frequenz oder eines Impulszuges zusammengesetzt ist) an die piezoelektrischen Elemente der ersten und zweiten Gruppen angelegt.
Die Anzahl von gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elementen (als die Anzahl von gleichzeitig angetriebenen Elementen bezeichnet), die erforderlich ist, damit Tinte gezwungen wird, in der Form eines Tröpfchens zu fliegen, beträgt praktisch 10 bis 100. Diese piezoelektrischen Elementgruppen werden gruppiert, um dem Zweiphasen-Treibersignal von Nullphase und p-Phase zu entsprechen. Die Gruppierung wird durch die Breite und die Beabstandung bestimmt, die aus der Brennweite und der Wellenlänge auf der Grundlage des Konzepts der Fresnel'schen Zonenplatte bestimmt wird. Dann werden die in regelmäßigen Intervallen angeordneten piezoelektrischen Elemente gemäß der bestimmten Breite und Abstand gruppiert. Wenn die piezoelektrischen Elemente 13 (oder diskreten Elektroden 14) beispielsweise mit einer Beabstandung von 50 μm angeordnet sind, wird die Gruppierung mit einem maximalen Fehler von 25 μm ausgeführt. Die Einzelheiten der Gruppierung werden später erläutert.
Ein bekanntes Verfahren besteht darin, piezoelektrische Elemente gemäß der Breite und Beabstandung von piezoelektrischen Elementen anzuordnen. Wenn piezoelektrische Elementarrays in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind, besteht ein bekanntes Verfahren darin, die Treiberverzögerungszeitdifferenz, die den gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elementgruppen gegeben wird, wie bei Phasen-Array-Abtastung in einer Ultraschalldiagnosevorrichtung eng einzustellen. Da jedoch bei der Erfindung lediglich bestimmt werden muss, ob ein Tintentröpfchen gespritzt wird oder nicht, können sogar wenn die in regelmäßigen Intervallen angeordneten piezoelektrischen Elemente in zwei Gruppen aufgeteilt und durch ein Zweiphasen-Treibersignal von Nullphase und p-Phase angetrieben werden, die Ultraschallstrahlen gezwungen werden, auf einem einzigen Punkt zu konvergieren, um das Fliegen eines Tintentröpfchens zu steuern. Dies wurde als Ergebnis der von den Erfindern durchgeführten Experimente bestätigt. Es ist offensichtlich, dass je kleiner die Beabstandung der piezoelektrischen Elemente ist, desto weniger Fehler es gibt und desto höher der Konvergenzwirkungsgrad ist. Dies ermöglicht dem in regelmäßigen Intervallen angeordneten piezoelektrischen Elementarray 10 einen Linseneffekt in der Anordnungsrichtung (der Hauptabtastrichtung) zu erzeugen. Außerdem kann die elektrische Abtastung von Ultraschallstrahlen ohne weiteres durch Ändern der Gruppierung sequenziell verwirklicht werden. Bei der Ultraschallinterferenzschicht 11 konvergieren jedoch die Ultraschallstrahlen nicht in der Richtung (oder der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Arrayrichtung.
Bei dieser Ausführungsform wird die Fresnel'sche Zonenplatte 16 bereitgestellt, und die an der Grenzfläche mit der Tintenkammer ankommenden Ultraschallstrahlen werden einem Linseneffekt unterzogen, der die Strahlen zwingt, zentripetal in der Richtung (oder der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Arrayrichtung mittels der Fresnel'schen Zonenplatte 16 zu konvergieren. Daher startet die Konvergenz in der Hauptabtastrichtung von der Innenseite der Ultraschallinterferenzschicht 11, und die Konvergenz in der Subabtastrichtung findet nur in der Tinte 18 in dem Düsensubstrat 15 statt.
Die Ultraschallstrahlen werden gezwungen, sich auf der Oberfläche der Tinte in einem Brennpunkt zu vereinigen, die aufgrund der Oberflächenspannung an der Schlitzöffnung in der oberen Oberfläche des Düsensubstrats 15 in der Hauptabtastrichtung und in der Subabtastrichtung ruhig bleibt. Der Druck der somit konvergierten Ultraschallstrahlen bewirkt, dass ein Tintentröpfchen 19 von der flüssigen Oberfläche der Tinte 18 fliegt, wie in 3A bis 3E gezeigt ist, wodurch ein Bild auf einem Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise Aufzeichnungspapier (nicht gezeigt), aufgezeichnet wird.
Durch Teilen und Treiben des piezoelektrischen Elementarrays 10, wie oben beschrieben, kann das folgende Problem gelöst werden.
Das Phasen-Array-Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Konvergenzposition eines Ultraschallstrahls auf der flüssigen Oberfläche beliebig durch Steuern der Phasen einer Mehrzahl von Strahlen gesteuert werden kann und eine Mehrzahl von Ultraschallwellenquellen nicht mit Bezug auf die Konvergenzposition des Ultraschallstrahls geändert werden muss. Bei einem Tintentröpfchenerzeugungsmechanismus, der Ultraschallstrahlen zwingt, zu konvergieren, um ein Tintentröpfchen zu erzeugen, wurde jedoch herausgefunden, dass ein Tintentröpfchen in der Richtung fliegt, in der die Ultraschallstrahlen konvergieren. Beispielsweise zeigten Experimente, dass, wenn ein Ultraschallstrahl mit einem Winkel von mehreren Grad zu der Richtung senkrecht zu der flüssigen Oberfläche der Tinte gezwungen wurde, auf der flüssigen Oberfläche der Tinte zu konvergieren, flog das Tröpfchen in der Richtung des Winkels.
Genauer gesagt ändert sich, wenn das Phasen-Array-Verfahren verwendet wird, der Flugwinkel des Tintentröpfchens abhängig von der Position, auf die der Ultraschallstrahl gezwungen wird, zu konvergieren, mit dem Ergebnis, dass die Flugrichtung des Tintentröpfchens von der flüssigen Oberfläche bei einem spezifischen Winkel zu der vertikalen Richtung ist. Dies bedeutet, dass Pixel mit einer unterschiedlichen Beabstandung auf dem Aufzeichnungspapier gebildet werden. Um die Beabstandung der Pixel auf dem Aufzeichnungspapier beizubehalten, ist es daher notwendig, den Winkel vorherzusagen, mit dem ein Tintentröpfchen fliegt, und eine Phasensteuerung der Ultraschallerzeugungselemente durchzuführen. Die Steuerung ist erforderlich, um die Phase kontinuierlich mit hoher Genauigkeit zu steuern. Eine derartige Schaltung weist die Nachteile auf, dass sie sehr komplex in der Konfiguration ist und eine sehr große Speicherkapazität benötigt, ein großes Datenvolumen für die Korrektur zu speichern.
Bei der Ausführungsform 3-1 kann jedoch, da die Größe des Tintentröpfchens immer konstant gehalten wird, wie oben beschrieben ist, und komplexe Prozesse einschließlich der Steuerung der Flugrichtung des Tintentröpfchens nicht benötigt werden, die Vorrichtung mit einer einfacheren Konfiguration verwirklicht werden.
Nun wird die Gruppierung zur Zeit des Treibens des piezoelektrischen Elementarrays 10 ausführlich erläutert.
Wie auf dem Gebiet der Optik bekannt ist, ist die Fresnel'sche Zonenplatte derart, dass in dem Fall eines zweidimensionalen Beispiels Ringe, die aus konzentrischen Kreisen bestehen, deren Radius Rm proportional zu der Quadratwurzel der ganzen Zahl m sind, auf eine solche Art und Weise anzuordnen sind, dass die ersten Ringe, die ermöglichen, dass Licht ohne eine Phasenverschiebung durchlaufen kann, mit zweiten Ringen, die die Phase des Lichtes um eine halbe Wellenlänge verschieben, alternieren, wodurch das Licht von jedem Ring veranlasst wird, an einem Punkt mit der gleichen Phase zu konvergieren. Das Prinzip der Fresnel'schen Zonenplatte kann auf Ultraschallwellen angewendet werden, die Wellenbewegung ähnlich Licht darstellen. Tatsächlich wird die oben erwähnte Fresnel'sche Zonenplatte 16 als eine eindimensionale Fresnel'sche Zonenplatte aufgebaut, wobei von dem Prinzip Gebrauch gemacht wird. In diesem Fall entspricht eine erste Region, die ermöglicht, dass Ultraschallwellen ohne Phasenverschiebung durchlaufen können, dem ersten Ring, und eine zweite Region, die die Phase von Ultraschallwellen um eine halbe Wellenlänge verschiebt, entspricht dem zweiten Ring.
Mit der Erfindung wird durch Bestimmen eines Verfahrens zum Antreiben des piezoelektrischen Elementarrays 10, wobei Elemente eindimensional in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind, das piezoelektrische Elementarray 10 gezwungen, äquivalent als eine eindimensionale Fresnel'sche Zonenplatte zu arbeiten.
31A und 31B zeigen ein Beispiel des Abrundens des Abstands Rm von der Mitte der Fresnel'schen Zonenplatte mit Bezug auf die Anordnungsbeabstandung (50 μm) an dem piezoelektrischen Elementarray 10 (36A) und des Bestimmens der Phase eines an jedes Element in dem piezoelektrischen Elementarray 10 gelieferten Treibersignals auf der Grundlage des abgerundeten Werts Rr (36B) in einem Fall, in dem die Schallgeschwindigkeit in Tinte (die gleiche wie die Schallgeschwindigkeit im Wasser) gleich 1500 m/s, die Frequenz des Treibersignals gleich 100 MHz, die Wellenlänge der Ultraschallwelle in Tinte gleich 15 μm, die Brennweite 11 des Ultraschalls gleich 5 mm, die Anzahl N von Elementen, die gleichzeitig in dem piezoelektrischen Elementarray 10 angetrieben werden, gleich 32 und der Anordnungsabstand P auf dem piezoelektrischen Elementarray 10 gleich 50 μm ist.
Wenn von 32 einander folgenden piezoelektrischen Elementen, die gleichzeitig anzutreiben sind, diejenigen im zentralen Abschnitt der Anordnung (in diesem Beispiel zehn Elemente markiert mit Elementnummern 12 bis 21) bestimmt werden, um eine erste Gruppe zu sein, um diejenigen, die an beiden Seiten der ersten Gruppe (in diesem Beispiel drei Elemente markiert mit Elementnummern 9 bis 11 und weitere drei Elemente markiert mit Elementnummern 22 bis 24) angeordnet sind, bestimmt werden, eine zweite Gruppe zu sein. Ein Nullphasen-Treibersignal wird an die erste Gruppe von piezoelektrischen Elementen und ein p-Phasen-Treibersignal an die zweite Gruppe geliefert.
32 zeigt, wie die Gruppierung in 31A und 31B ausgeführt wird, und einen Querschnitt einer idealen Fresnel'schen Zonenplatte. Aus 32 ist ersichtlich, dass durch Gruppierung des piezoelektrischen Elementarrays die Anwendung eines Nullphasen- und p-Phasen-Treibersignals fast die gleiche Wirkung wie die der Fresnel'sche Zonenplatte erzeugt. 32 zeigt die relative Strahlintensität an der Tiefe des Brennpunkts (der flüssigen Oberfläche der Tinte) bei jedem Abstand von der Mitte, wenn die Gruppierung ausgeführt wird, wie in 32 gezeigt ist. Aus 33 ist offensichtlich, dass die relative Strahlintensität bei weitem am höchsten in dem zentralen Abschnitt des piezoelektrischen Elementarrays ist. Daher können durch Gruppierung der piezoelektrischen Elemente bei der Ausführungsform 3-1 Ultraschallwellen gezwungen werden, wirksam zu konvergieren.
Um Phasen-Array-Abtastung auszuführen, ist eine derartige Gruppierung eine notwendige und minimale Bedingung. Bei der Ausführungsform 3-1 wird die Gruppierung auf eine solche Art und Weise ausgeführt, dass von den piezoelektrischen Elemente außerhalb der zweiten Gruppe, diejenigen, die mit Elementnummern 8 bis 25 markiert sind, bestimmt werden, eine erste Gruppe zu sein, diejenigen, die mit Elementnummern 6 und 7 und Elementnummern 26 und 27 außerhalb dieser ersten Gruppe markiert, als eine zweite Gruppe bestimmt werden, diejenigen, die mit Elementnummern 5 und 28 außerhalb dieser zweiten Gruppe markiert sind, bestimmt werden, die erste Gruppe zu sein, diejenigen, die mit Elementnummern 4 und 9 außerhalb dieser ersten Gruppe markiert sind, bestimmt werden, die zweite Gruppe zu sein, .... Ein Nullphasen-Treibersignal wird an die piezoelektrischen Elemente der ersten Gruppe und ein p-Phasen-Treibersignal wird an die piezoelektrischen Elemente der zweiten Gruppe angelegt. Indem dies ausgeführt wird, kann der Konvergenzwirkungsgrad von Ultraschallwellen verbessert werden.
Durch Ausführen der Gruppierung in eine Gruppe von piezoelektrischen Elementen, die gleichzeitig in dem piezoelektrischen Elementarray 10 angetrieben werden, Anlegen eines Nullphasen- und p-Phasen-Treibersignals an die einzelnen piezoelektrischen Elemente in den ersten und zweiten Gruppen, Verschieben der Position der Gruppe von gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elementen durch Treiben beispielsweise eines Elements zu einer Zeit in der Anordnungsrichtung des piezoelektrischen Elementarrays 10 und Wiederholen des gleichen Treibervorgangs, können die Ultraschallstrahlen gezwungen werden, auf der flüssigen Oberfläche der Tinte 18 zu konvergieren, Konvergenzpunkt kann linear in der Anordnungsrichtung des piezoelektrischen Elementarrays 10 (in der Hauptabtastrichtung) bewegt werden.
Indem dies wie oben beschrieben ausgeführt wird, erfordert die Erfindung lediglich ein Zweiphasen-Treibersignal, das mit einem Inversionsverstärker erzeugt werden kann, wohingegen die herkömmliche Phasen-Array- Abtastung ein Treibersignal mit einer Phasendifferenz erfordert, die genau phasengesteuert wird.
(Ausführungsform 3-2)
Die Konfiguration des Aufzeichnungskopfabschnitts und das Prinzip des Spritzens von Tinte bei der Ausführungsform 3-2 sind die gleichen wie die in 4 und 5 bei der Ausführungsform 1-2, so dass die Zeichnung und Erläuterung von ihnen nicht gegeben wird, und dass, was die Differenz zwischen der Ausführungsform 1-2 und der vorliegenden Ausführungsform ist, wird erläutert.
Wie bei der Ausführungsform 1-2 wird bei der Ausführungsform 3-2 herausgefunden, dass der Energiewirkungsgrad zum Spritzen eines Tintentröpfchens verringert und die Gleichmäßigkeit eines Tintentröpfchens verschlechtert wird. Die Ausführungsform 3-1 ist gekennzeichnet durch Verbessern dieser Faktoren.
Ähnlich der Ausführungsform 1-2 weist die Ausführungsform 3-2 jedoch den Vorteil auf, einen Tintendurchgang mit einem großen Querschnitt zu bilden, da die konkave Linsenoberfläche eine Tintenkammer wird, wie sie ist. Daher erzeugt, nur wenn Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung erforderlich ist, die Ausführungsform 3-2 die Wirkung des Lieferns einer ausreichenden Tintenmenge, um mit der Geschwindigkeit zurecht zu kommen, des Verlangsamens der Änderung der Tintendichte aufgrund der Verdampfung des Tintenlösungsmittels, und des Veranlassens, dass die Düse weniger wahrscheinlich verstopft.
(Ausführungsform 3-3)
Ein piezoelektrisches Element benötigt nicht die Ultraschallerzeugungselemente der Erfindung. Derartige Ausführungsformen werden bei der Ausführungsform 3-4 und Ausführungsform 3-5 gezeigt.
Bei der Ausführungsform 3-3 ist die Hauptkonfiguration des Aufzeichnungskopfabschnitts die gleiche wie die von 1 und deren Zeichnung und Erläuterung wird nicht gegeben. Die Ausführungsform 3-1 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1-2 dadurch, dass durch Elektroden getrennte magnetostriktive Wandler als Ultraschallerzeugungselemente verwendet werden, und die Wandler eindimensional angeordnet sind, um ein Array zu bilden. Wie bei der Ausführungsform 3-1 wird bei der Ausführungsform 3-3 eine Gruppierung ausgeführt, wobei die gleiche Wirkung wie die Fresnel'sche Zonenplatte erzeugt wird.
Die magnetostriktiven Wandler 13 sind derart, dass sie aus Material, wie beispielsweise Te_0,3D_0,7Fe₂ oder Te_0,3D_0,7(Fe_0,9Mn_0,1)₂ auf der gesamten unteren Oberfläche oder in Bändern durch ein Filmbildungsverfahren, das imstande ist, die Filmdicke zu steuern, wie beispielsweise Sputtern, gebildet werden. An beiden Enden des magnetostriktiven Wandlers 13 werden Elemente zum Anlegen eines Magnetfelds (nicht gezeigt) bereitgestellt. Ein Permanentmagnet, der frei von einem Leistungsverbrauchproblem und einem Erwärmungsproblem ist, ist für die Elemente zum Anlegen eines Magnetfelds geeignet. Auf der Oberfläche des magnetostriktiven Wandlers 13 sind diskrete Anregungsspulen 14, die sich mit gemeinsamen Elektroden 12 paaren, mit einer Beabstandung angeordnet, die den Aufzeichnungspunkten entspricht. Das magnetostriktive Wandlerarray kann derart sein, dass inselförmige magnetostriktive Wandler mit einer Beabstandung gebildet werden, der dem Aufzeichnungsbild entsprecht. Die Dicke des magnetostriktiven Wandlers 13 ist ausgestaltet, um mit der Wellenlänge einer verwendeten Ultraschallwelle übereinzustimmen.
Die gemeinsame Elektrode 12, die magnetostriktiven Wandler 13, das Element zum Anlegen eines Magnetfelds und die Anregungsspule 14 bilden ein magnetostriktives Wandlerarray 10, das als ein Ultraschallerzeugungselementarray dient. In dem Fall eines tatsächlichen Tintenstrahlkopfs, beispielsweise eines Zeilenkopfes, der so lang wie die Länge eines A4-Blattes mit einer Auflösung von 600 dpi ist, sind ungefähr 5000 magnetostriktive Wandler in einer Zeile angeordnet. In diesem Fall sind die einzelnen magnetostriktiven Wandler in dem magnetostriktiven Wandlerarray 10 in einer Zeile in regelmäßigen Intervallen angeordnet, die durch die erforderliche Aufzeichnungsdichte bestimmt wird. Die verbleibende Konfiguration ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1-1, so dass die Erläuterung davon nicht gegeben wird.
Mit 34A und 34B wird der Betrieb der Ausführungsform 3-1 erläutert, obwohl ein Teil der Erläuterung mit der von Ausführungsform 1-1 überlappen wird. Der Vorgang des Durchführens einer linearen Abtastung in der Hauptabtastrichtung, der Richtung, in der die magnetostriktiven Wandler in dem magnetostriktiven Wandlerarray 10 angeordnet sind, wird durch Phasen-Array-Abtastung ausgeführt. Wie bei der Ausführungsform 1-1 wird zwecks Einfachheit angenommen, das vier magnetostriktive Wandler eine Gruppe bilden (eine magnetostriktive Wandlergruppe), die gleichzeitig angetrieben wird. Der Vorgang des Ausführens der linearen Abtastung durch Verschieben der Positionen der magnetostriktiven Wandlergruppen eine nach der anderen wird erläutert.
Ein Burst-Strom, der aus einem Wechselstrom einer spezifischen Frequenz oder einem Impulszug zusammengesetzt ist, wird an die diskreten Anregungsspulen 14₁ bis 14₄ angelegt, die mit vier magnetischen Wandlern 14, als ein Treibersignal verbunden sind. Die Frequenz des Treibersignals muss eingestellt sein, so dass mindestens die Wellenlänge der Ultraschallwelle in der Ultraschallinterferenzschicht 11 (ebenfalls als eine akustische Anpassungsschicht verwendet) größer als die Beabstandung an dem piezoelektrischen Elementarray sein kann. Außerdem muss die Dicke der Ultraschallinterferenzschicht 11 kleiner als ein spezifischer Wert sein. Um die notwendige Auflösung für einen Drucker zu erhalten, muss die Frequenz des Treibersignals in dem Bereich von mehreren zehn MHz bis mehreren hundert MHz sein. Unter derartigen Bedingungen werden zwei innere der vier magnetostriktiven Wandler als eine erste Gruppe und die beiden äußeren als eine zweite Gruppe bestimmt. Dann wird ein Zweiphasen-Treibersignal von entgegengesetzten Phasen, Nullphase und p-Phase, (ein Burst-Strom, der aus einem Wechselstrom einer spezifischen Frequenz zusammengesetzt ist, oder ein Impulszug) an die magnetostriktiven Wandler der ersten und zweiten Gruppen angelegt.
Die Anzahl von magnetostriktiven Wandlern, die gleichzeitig angetrieben werden (bezeichnet als die Anzahl von gleichzeitig angetriebenen Elementen), die erforderlich sind, damit Tinte gezwungen wird, in der Form eines Tröpfchens zu fliegen, beträgt praktisch 10 bis 100. Diese magnetostriktiven Wandlergruppen werden gruppiert, um dem Zweiphasen-Treibersignal von Nullphase und p-Phase zu entsprechen. Die Gruppierung wird durch die Breite und den Abstand bestimmt, die aus der Brennweite und der Wellenlänge auf der Grundlage das Konzept der Fresnel'schen Zonenplatte bestimmt werden. Dann werden die in regelmäßigen Intervallen angeordneten magnetostriktiven Wandler gemäß der bestimmten Breite und Beabstandung gruppiert. Wenn die magnetostriktiven Wandler in dem magnetostriktiven Wandlerarray 10 beispielsweise mit einer Beabstandung von 50 μm angeordnet sind, wird die Gruppierung mit dem maximalen Fehler von 25 μm ausgeführt. Die Gruppierung ist die gleiche wie die des piezoelektrischen Elementarrays 10 bei der Ausführungsform 3-1, so dass ihre Erläuterung nicht gegeben wird.
Durch Gruppierung des magnetostriktiven Wandlerarrays 10, wie oben beschrieben, und Treiben derselben mit einem Zweiphasen-Treibersignal kann das in regelmäßigen Intervallen angeordnete piezoelektrische Elementarray 10 einen Linseneffekt in der Anordnungsrichtung (der Hauptabtastrichtung) erzeugen. Außerdem kann die elektronische Abtastung von Ultraschallstrahlen ohne weiteres durch sequenzielles Ändern der Gruppierung verwirklicht werden. Bei der Ultraschallinterferenzschicht 11 konvergieren jedoch die Ultraschallstrahlen nicht in der Richtung (oder der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Arrayrichtung.
Die an der Grenzfläche mit der Tintenkammer ankommenden Ultraschallstrahlen erleiden einen Linseneffekt, der die Strahlen zwingt, zentripetal in der Richtung (oder der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Arrayrichtung mittels der Fresnel'schen Zonenplatte 16 zu konvergieren. Die Konvergenz in der Hauptabtastrichtung startet nämlich von der Innenseite der Ultraschallinterferenzschicht 11 (die ebenfalls als eine akustische Anpassungsschicht verwendet wird), und die Konvergenz in der Subabtastrichtung findet nur in der Tinte 18 in dem Düsensubstrat 15 statt.
Die Ultraschallstrahlen werden gezwungen, sich auf der Oberfläche der Tinte in einem Brennpunkt zu vereinigen, die aufgrund der Oberflächenspannung an der Schlitzöffnung in der oberen Oberfläche des Düsensubstrats 15 in der Hauptabtastrichtung und der Subabtastrichtung ruhig bleibt. Der Druck der somit konvergierten Ultraschallstrahlen bewirkt, dass ein Tintentröpfchen 19 von der flüssigen Oberfläche der Tinte 18 fliegt, wodurch ein Bild auf einem Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise Aufzeichnungspapier (nicht gezeigt) aufgezeichnet wird.
Was ein Aufzeichnungsverfahren betrifft, wenn Ultraschallstrahlen gezwungen werden, auf einem Punkt mittels vier magnetostriktiven Wandlern zu konvergieren, wie in 35A bis 35E gezeigt, wird eine Teilungstreibung auf eine solche Art und Weise bewirkt, dass eine Zeile in vier oder mehr Stücke aufgeteilt und jedes Stück mit einem 1/4 oder weniger Zeitsteuerung angetrieben wird. Da der konkrete Vorgang in 3A bis 3E bei der Ausführungsform 1-1 beschrieben wurde, wird eine ausführliche Erläuterung weggelassen. Zwecks Erläuterung wurde die zusammenwirkende Arbeitsweise der vier Elemente erläutert, wobei es keine Notwendigkeit gibt, die Anzahl von Elementen zu begrenzen. Die Verwendung von mehr Elementen, um ein Pixel aufzuzeichnen, macht die Wellenoberfläche der zentripetal konvergierenden Ultraschallstrahlen glatter und erhöht die Energiedichte der Ultraschallstrahlen an der flüssigen Oberfläche der Tinte 18, wodurch Variationen in dem Tintentröpfchen verringert werden und der an das magnetostriktive Wandlerarray 10 gelieferte Treiberstrom verringert wird.
(Ausführungsform 3-4)
Da die Konfiguration des Aufzeichnungskopfabschnitts bei der Ausführungsform 3-4 die gleiche wie die von der Ausführungsform 3-3 ist, wird deren Zeichnung und Erläuterung nicht gegeben.
Mit Bezug auf 36A und 36B wird die Arbeitsweise eines der Ausführungsform 3-4 zugeordneten Tintenstrahlkopfs erläutert. 36A ist eine Schnittansicht, die entlang der Richtung senkrecht zu einem magnetostriktiven Wandlerarray genommen ist. 36B ist eine Schnittansicht, die entlang der Richtung entlang des magnetostriktiven Wandlerarrays genommen ist. 36A zeigt die Magnetfeldanlegungsmittel 14a, die an beiden Seiten des magnetostriktiven Wandlers 13 bereitgestellt werden und ein Bias-Magnetfeld an die magnetostriktiven Wandler 13 anlegen.
Eine Spannung einer Burst-Welle, die aus einem Wechselstrom einer spezifischen Frequenz (oder einem Impulszug) zusammengesetzt ist, wird an einem Teil des magnetostriktiven Wandlerarrays 10, beispielsweise an diskrete Anregungsspulen 14₁ bis 14₄ , angelegt. Die Frequenz des angelegten Wechselstroms ist derart, dass mindestens die Wellenlänge der Ultraschallwelle in der Ultraschallinterferenzschicht (eine akustische Anpassungsschicht) größer als die Beabstandung der Schallwellenquellen (magnetostriktive Wandler 13) in dem Array ist. Wenn von den diskreten Anregungsspulen 14₁ bis 14₄ an die beiden inneren 14₂ , 14₃ eine Wechselstromspannung angelegt wird und an beiden äußere eine Spannung einer Burst-Welle angelegt wird, die zu den inneren beiden diskreten Anregungsspulen 14₂ , 14₃ in Phase führt (durch eine 1/4-Phase bei dieser Ausführungsform), interferieren die Ultraschallstrahlen miteinander wie bei der Ausführungsform 3-3, wodurch ein Linseneffekt in der Arrayrichtung (der Hauptabtastrichtung) erzeugt wird, in denen die Elemente in dem piezoelektrischen Elementarray 10 angeordnet sind. In der Glasplatte 1 konvergieren jedoch die Ultraschallstrahlen nicht in der Richtung (oder der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Arrayrichtung des piezoelektrischen Elementarrays 10.
Die an der Grenzfläche mit der Tinte 18 angekommenen Ultraschallstrahlen werden einem Linseneffekt ausgesetzt, der die Strahlen zwingt, zentripetal in der Richtung (oder der Subabtastrichtung) senkrecht zu der Arrayrichtung des piezoelektrischen Elements 10 mittels der Fresnel'schen Zonenplatte 7 zu konvergieren. Die Konvergenz in der Hauptabtastrichtung startet nämlich vom Innern der Glasplatte 1, die als eine akustische Anpassungsschicht (eine Schallinterferenzschicht) dient, und die Konvergenz in der Subabtastrichtung findet nur in der Tinte 18 statt. Da das Düsensubstrat 15 zu dieser Zeit ausgewählt und eingestellt wurde, so dass seine Dicke mit dem Brennpunkt übereinstimmen kann, werden die Ultraschallstrahlen gezwungen, sich auf der Oberfläche der Tinte in einem Brennpunkt zu vereinigen, die aufgrund Oberflächenspannung an der eine Düse bildenden Schlitzöffnung ruhig bleibt. Der Druck der somit in der Hauptabtastrichtung und der Subabtastrichtungen konvergierten Ultraschallstrahlen veranlasst ein Tintentröpfchen, ohne weiteres von der flüssigen Tintenoberfläche zu fliegen, wodurch ein klares Bild auf einem Aufzeichnungsmedium ohne Variationen in der Dichte aufgezeichnet wird.
Wie oben beschrieben ist, besteht wie bei der Ausführungsform 3-3 das Wesentliche der Ausführungsform 3-4 darin, dass vier Ultraschallerzeugungselemente (magnetostriktive Wandler) eine Gruppe bilden, eine Zeile mit einer 1/4-Zeitsteuerung auf einmal geteilt angetrieben wird und die diskreten Anregungsspulen 14 in der Hauptabtastrichtung durch lineare Abtastung verschoben werden.
Während bei der Ausführungsform 3-4 eine Gruppe aus vier magnetostriktiven Wandlern besteht, um ein Pixel aufzuzeichnen, kann eine Gruppe aus mehr magnetostriktiven Wandlern bestehen, was die Seitenkeule der Ultraschallstrahlen verhindert, zentripetal zu konvergieren, und die Energiedichte anhebt, wodurch Variationen in dem Tintentröpfchen verringert wird, und der an das magnetostriktive Wandlerarray gelieferte Treiberstrom verringert wird.
Außerdem wird, während bei der Ausführungsform 3-3 und der Ausführungsform 3-4 die Konvergenzposition der Ultraschallstrahlen auf der flüssigen Oberfläche eingestellt wird, die der Mitte des Satzes von gruppierten Ultraschallerzeugungselementen gegenüberliegt, und ein Tröpfchen gezwungen wird, gerade in der Richtung senkrecht zu der Schallwellenerzeugungselementgruppe zu fliegen, kann die Spritzposition durch Ändern der Zeitsteuerung zum Anlegen einer Spannung einer Burst-Welle verschoben werden, wie später beschrieben wird.
(Ausführungsform 4)
Der bei der Ausführungsform 3-1 bis Ausführungsform 3-4 erläuterte Aufzeichnungskopfabschnitt ist als ein Zeilenabtastaufzeichnungskopf aufgebaut, der eine Zeile auf einmal aufzeichnet. Die Konfiguration eines Abtaststeuerabschnitts, der den Zeilenabtastaufzeichnungskopf steuert, um ein Bild aufzuzeichnen, wird mit Bezug auf 37 erläutert.
Ausführungsform 4 benutzt ein Teilungstreiberverfahren, wobei eine Hauptabtastleitung in eine Mehrzahl von Gruppen aufgeteilt wird, und eine Abtastaufzeichnung ausgeführt wird, um höhere Aufzeichnungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Beim Teilungstreiberverfahren wird ein Ultraschallerzeugungselementarray in eine Mehrzahl von (N) Gruppen aufgeteilt, und diese einzelnen Gruppen werden gleichzeitig angetrieben, um N Pixel auf einmal aufzuzeichnen. Ihre Aufzeichnungsgeschwindigkeit ist N-mal so schnell wie der Fall, in dem keine Teilungstreibung bewirkt wird. 37 zeigt einen Fall, in dem die Anzahl N von Aufteilungen gleich 4 ist.
Das Abtaststeuersystem umfasst ein Ultraschallerzeugungselementarray 10 (ein bei der Ausführungsform 3-1 und Ausführungsform 3-3 erläutertes piezoelektrisches Elementarray oder ein bei der Ausführungsform 3-3 erläutertes magnetostriktives Wandlerarray 10), eine Puffertreibergruppe 51, eine Treibersignalselektorgruppe 52, Datenselektoren 53₁ bis 53₄ , Zeigerabtastregister 54₁ bis 54₄ , Treibermusterabtastregister 55₁ bis 55₄ , ein Zeigerregister 56, ein Musterregister 57, ein Taktsteuerabschnitt 58 und einen Anfangseinstellabschnitt 59.
Die Anzahl von Elementen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 wird erläutert.
Wenn ein thermischer Kopf bei einem gewöhnlichen thermischen Aufzeichnungsverfahren verwendet wird, als ein Zeilenaufzeichnungskopf verwendet wird, ist die Anzahl von Pixeln, die in einer Zeile erhalten wird, die gleiche wie die Anzahl von Wärmeelementen in dem Kopf. Mit der Erfindung wird jedoch die lineare Abtastung durch Phasen-Array-Abtastung bewirkt, die den Vorgang des Auswählens einer spezifischen Anzahl von Ultraschallerzeugungselementgruppen in dem Ultraschallelementarray 10 wiederholt, wobei Elemente in Zeilen angeordnet sind, und sie gleichzeitig treibt, während die Ultraschallerzeugungsgruppen einzeln in der Anordnungsrichtung verschoben werden. Daher muss die Gesamtzahl von Ultraschallerzeugungselementen mindestens gleich der Anzahl von Elementen gleich der Summe der Anzahl von Elementen für die Aufzeichnungsbreite sein, und die Anzahl von Elementen, die gleichzeitig angetrieben werden, die für Phasen-Array-Abtastung benötigt werden (die Anzahl von Ultraschallerzeugungselementen in einer Ultraschallerzeugungselementgruppe).
Der Grund dafür ist, dass bei der Phasen-Array-Abtastung, da der Konvergenzpunkt der Ultraschallstrahlen auf einer Zeile senkrecht zu dem Element in der Mitte der Seite angeordnet ist, entlang der Elemente in der Gruppe von Ultraschallerzeugungselementen angeordnet sind, ein Tintentröpfchen zu zwingen, soweit wie die Positionen zu fliegen, die den rechten und linken Enden der Aufzeichnungsbreite des Aufzeichnungsblatts entsprechen, bilden so viele Ultraschallerzeugungselemente wie die Hälfte der Anzahl von Ultraschallerzeugungselementen, die gleichzeitig in der Gruppe angetrieben werden, außerhalb der rechten und linken Enden bereitgestellt werden. Die Anzahl von Ultraschallwellenelementen kann natürlich größer sein. Konkret gesagt wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl von Elementen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 auf 4992 eingestellt, die Summe der Anzahl von Aufzeichnungspixeln in einer Zeile von A4-Größe mit 600 dpi ist gleich 4960, und die Anzahl von gleichzeitig angetriebenen Elementen ist gleich 32.
Ein Zweiphasen-Treibersignal wird von der Puffertreibergruppe 51 angelegt, zwischen den gemeinsamen Elektroden, die den diskreten Elektroden (oder den diskreten Anregungsspulen) gegenüberliegen, die den 4992 Ultraschallerzeugungselementen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 entsprechen. Die Puffertreibergruppe 51 ist aus 4992 Puffertreibern angesetzt, die einzeln den einzelnen Elementen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 entsprechen. In einem Fall, in dem die Ultraschallerzeugungselemente piezoelektrische Elemente sind, liefert eine Spannung von mehreren zehn Volt und eine Frequenz von mehreren hundert MHz eine aus reichende Fähigkeit zum Treiben der Ultraschallerzeugungselemente. Die Puffertreibergruppe 51 wird mit einem von drei Arten von Signalen bei der Treibersignalselektorgruppe 52 ausgewählten Treibersignal geliefert.
38 zeigt die Struktur der Treibersignalselektorgruppe 52 in 37. Die Treibersignalselektorgruppe 52 ist aus n Einheitsselektoren 42₁ bis 42_n (n ist die Anzahl von Ultraschallerzeugungselementen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10) zusammengesetzt. Diese Einheitsselektoren werden mit den jeweiligen Puffertreibern in der Puffertreibergruppe 51 auf einer Eins-zu-Eins-Basis verbunden. Die einzelnen Einheitsselektoren 42₁ bis 42_n empfangen drei Arten von Eingangssignalen, ein Nullphasen-Treibersignal, ein p-Phasen-Treibersignal und ein Nicht-Treibersignal (ein Bezugspotential in der Figur) als Eingänge A, B und C, und wählt einen dieser drei Eingangssignale gemäß zwei Arten von Auswahlsignalen, einem Nullphasen/p-Phasenauswahlsignal und einem Treiber-an/aus-Auswahlsignal aus. Das Treiber-an/aus-Auswahlsignal wird aus einem Aufzeichnungssignal und einem Zeigersignal, das ein Objekt eines Phasen-Arrays bei den Datenselektoren 53₁ bis 53₄ angibt, erzeugt.
Das Ultraschallerzeugungselementarray 10, die Puffertreibergruppe 51 und die Treibersignalselektorgruppe 52 umfassen grundsätzlich keine Struktur für das Teilungstreiben des Ultraschallerzeugungselementarrays 10. Sie sind nur für elektronische lineares Abtastung basiert auf der Phasen-Array-Abtastung. Die Teilungstreibung wird während der Abtaststeuerung ausgeführt.
Mit 39 wird ein Verfahren zum Teilen des Ultraschallerzeugungselementarrays 10 beschrieben. Wie in 39 gezeigt ist, in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10, 16 Pixel an den rechten und linken Enden der Aufzeichnungsbreite abzudecken, die 4960 Pixeln entsprechen, d.h. die ersten bis 16-ten Pixel und die 4944-ten bis 4960-ten Pixel, sind so viele Elemente wie die Anzahl von Elementen, die gleichzeitig bei der Phasen-Array-Abtastung angetrieben werden, 132 Elemente beiden Seiten zugeordnet, und Sätze von 16 Elementen werden als Abdeckungsblöcke bereitgestellt.
Dann wird das Ultraschallerzeugungselementarray 10 in eine erste bis 44te Gruppe aufgeteilt. Bei der Aufteilung werden 4960 Elemente, die der Aufzeichnungsbreite entspricht, in vier geteilt, 1240 Elemente, werden als die Grundzahl von Elementen bestimmt, die eine Gruppe bilden.
Die ersten und vierten Gruppen an beiden Seiten werden aus 1256 Elementen hergestellt, die Summe der Grundzahl von Elementen und die Anzahl von Elementen 16 in den jeweiligen Abdeckungsblöcken L und R. Indem dies ausgeführt wird, kann die Verbindung zwischen Gruppen zuverlässig ausgeführt werden. Der Grundvorgang in dem Verbindungsprozess wird mit Bezug auf die Teilungsanordnung von 39 erläutert.
In 39 wird der Verbindungsprozess ausgeführt, an Abschnitten der einzelnen Verbindungsblöcken wie folgt: an der Verbindung 1 an dem rechten Ende einer ersten Gruppe, an der Verbindung 2 und der Verbindung 3 an beiden Enden einer zweiten Gruppe, an der Verbindung 4 und Verbindung 5 an beiden Enden einer dritten Gruppe und an der Verbindung 6 an dem linken Ende einer vierten Gruppe. Die Anzahl von Elementen in jedem Verbindungsblock beträgt 16, die gleiche wie die in den Abdeckungsblöcken L und R. Aufzeichnungsvorgang durch Phasen-Array-Abtastung beginnt bei dem ersten Pixel in den einzelnen Gruppen, in die eine Zeile von Aufzeichnungspixeln = 4960 Pixel gevierteilt ist, heißt, das erste Pixel, das 1241-te Pixel, das 2481-te Pixel und das 3721 Pixel. In Übereinstimmung damit wird die erste angetriebene Ultraschallerzeugungselementgruppe in jeder gevierteilten Gruppe in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 bestimmt.
Genauer gesagt wird das erste der Aufzeichnungspixel in einer Zeile durch die 16 Elemente in dem Abdeckungsblock L der ersten Gruppe und die 16 benachbarten Elemente, eine Gesamtzahl von 32 Elementen aufgezeichnet, das 1241 Pixel wird durch die 16 Elemente in Verbindung 1 der ersten Gruppe und der 16 benachbarten Elemente in der Verbindung 2 der zweiten Gruppe, eine Gesamtzahl von 32 Elementen, aufgezeichnet; das 2481-te Pixel wird durch die 16 Elemente in Verbindung 3 der zweiten Gruppe und die 16 benachbarten Element in Verbindung 4 der dritten Gruppe, einer Gesamtzahl von 32 Elementen, aufgezeichnet; und das 3721-te Pixel wird durch die 16 Elemente in Verbindung 5 der dritten Gruppe und den 16 benachbarten Elementen in Verbindung 6 der vierten Gruppe, eine Gesamtzahl von 32 Elementen, aufgezeichnet. Dann werden die 32 Elemente, die gleichzeitig in dem Ultraschallerzeugungselementarray 32 angetrieben werden, einzeln verschoben und angetrieben, das aufzuzeichnende Pixel um ein Pixel auf einmal verschiebt, wird das Aufzeichnen durch Phasen-Array-Abtastung bewirkt. Schließlich wird jede Gruppe eines Viertels einer Zeile von Aufzeichnungspixeln um 1240 Pixel verschoben, was das Aufzeichnen einer Zeile abschließt.
Bei der Endstufe des Aufzeichnens einer Zeile wird das letzte Pixel jeder Gruppe eines Viertels einer Zeile von Aufzeichnungspixeln wie folgt aufgezeichnet: das 1240-te Pixel wird durch die 16 Elemente in ein Element der ersten Gruppe und der Verbindung 1 aufgezeichnet, und die 15 Elemente in einem Element der zweiten Gruppe und der Verbindung 2, eine Gesamtzahl von 31 Elementen; das 2480te Pixel wird durch die 16 Elemente in ein Element der zweiten Gruppe und der Verbindung 5, und die 15 Elemente in einem Element der dritten Gruppe und der Verbindung 4, eine Gesamtzahl von 31 Elementen, aufgezeichnet; das 3720-te Pixel wird durch die 16 Elemente in einem Element der dritten Gruppe und der Verbindung 5 und die 15 Elemente in einem Element der vierten Gruppe und der Verbindung 6, eine Gesamtzahl von 31 Elementen, aufgezeichnet; und das 4960-te Pixel wird durch die 17 Elemente der vierten Gruppe und 15 Elemente in dem Abdeckungsblock R benachbart dazu, einer Gesamtzahl von 32 Elementen, aufgezeichnet.
Die Ultraschallerzeugungselemente in jeder Gruppe in dem Ultraschallelementarray eingestellten Verbindungsblock arbeiten bei den Ultraschallerzeugungselementen in dem Block zusammen, um ein von der vorliegenden Gruppe abgedecktes Pixel aufzuzeichnen. Daher wird der Verbindungsblock durch die Steuerblöcke angetrieben, die den beiden Gruppen entsprechen, während der Aufzeichnungsabtastung einer Zeile. Dies ist der Grundverbindungsprozess. Der Verbindungsprozess wird durch den Datenselektor 53, das Zeigerabtastregister 54 und das Treibermusterabtastregister 55 ausgeführt, die in 37 gezeigt sind.
40 zeigt die Struktur einer der Datenselektoren 53₁ bis 53₄ . Die Datenselektoren 53₁ bis 53₄ führen eine Datensteuerung einschließlich des Prozesses des Verbindens von Aufzeichnungsdaten (der aufzuzeichnenden Bilddaten) durch. Sie empfangen sechs Arten von Eingangssignalen: ein Zeigersignal, das die Ultraschallerzeugungselementgruppe angibt, die gleichzeitig in dem Ultraschallerzeugungselementarray anzutreiben ist, Aufzeichnungsdaten C als das aufzuzeichnende Bildsignal in der vorliegenden Gruppe, Aufzeichnungsdaten L und R als die Bildsignale, die in den Gruppen an beiden Seiten aufzuzeichnen sind, und einen Vorbiteingang und einen Nachbiteingang zum Aktivieren der Aufzeichnungsdaten in den Gruppen an beiden Seiten. Sie geben ein Treiber-an/aus-Auswahlsignal an die Treibersignalselektorgruppe 52 aus. Der Ausgangsabschnitt jedes der Datenselektoren 53₁ bis 53₄ wird in drei Selektorschaltungen 63a, 63b, 63c gemäß den zu behandelnden Aufzeichnungsdaten aufgeteilt. Die Selektorschaltungen 63a, 63b, 63c führen den folgenden Vorgang aus.
Die Selektorschaltung 63b entspricht den Ultraschallerzeugungselementen verschieden von denen in dem Verbindungsblock der vorliegenden Gruppe und befasst sich nur mit den Aufzeichnungsdaten C.
Die Selektorschaltung 63a befasst sich entweder mit den Aufzeichnungsdaten L, die den Ultraschallerzeugungselementen in der Gruppe entsprechen, die den Pixelbereich abtastet, der dem Pixelbereich entspricht, der durch die vorliegende Gruppe abgedeckt wurde, und der Eingangsselektorschaltung 61, in einer Zeile von Pixeln, oder den Aufzeichnungsbereich C, der den Ultraschallerzeugungselementen in der vorliegenden Gruppe entspricht. Aufzeichnungsdaten L werden nur ausgewählt, wenn das Zeigersignal, das das untere Ende des Ultraschallerzeugungselements angibt, den vorhergehenden Pixelbereich abtastet, aktiv ist.
Die Selektorschaltung 63c befasst sich entweder mit den Aufzeichnungsdaten R, die der Gruppe entsprechen, die den Pixelbereich abtastet, nach dem Pixelbereich, der von der vorliegenden Gruppe abgetastet wurde, von der Eingangsselektorschaltung 62, in einer Zeile von Pixeln, oder die Aufzeichnungsdaten C, die den Ultraschallerzeugungselementen in der vorliegenden Gruppe entsprechen. Die Aufzeichnungsdaten R werden nur ausgewählt, wenn das Zeigersignal, das das Ultraschallerzeugungselement am oberen Ende in der Gruppe angibt, die den folgenden Pixelbereich abtastet, aktiv ist. Das Zeigersignal, das das Ultraschallerzeugungselement an dem unteren Ende angibt, in der Gruppe, die den vorhergehenden Pixelbereich abtastet, wird als ein Vorbitausgangssignal ausgegeben, und das Zeigersignal, das das Ultraschallerzeugungselement am oberen Ende in der Gruppe angibt, die den folgenden Pixelbereich abtastet, wird als ein Nachbitausgangssignal ausgegeben.
41 zeigt, wie die Datenselektoren 53₁ bis 53₄ miteinander verbunden sind.
An jedem der Datenselektoren 53₁ bis 53₄ ist ein Vorbitausgang und ein Vorbiteingang verbunden, und ferner ein Nachbitausgang und ein Nachbiteingang sind verbunden. Was die Aufzeichnungsdatenelemente L, C, R betrifft, die an die Datenselektoren 53₁ bis 53₄ eingegeben werden, werden die drei oder zwei Datenelemente der vier Aufzeichnungsdatenelemente 1 bis 4 entsprechen, parallel für jede Gruppe transferiert, eingegeben. Wie aus 41 ersichtlich, weisen die Datenselektoren 53₁ bis 53₄ die Strukturbasis auf dem Vorgang der Datenselektoren 53₂ bis 53₃ für die zweiten und dritten Gruppen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 auf. Sogar für die Datenselektoren 53₁ bis 53₄ für die ersten bis vierten Gruppen mit den Abdeckungsblöcken L, R an beiden Seiten in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10, kann die gleiche Struktur wie die der Datenselektoren 53₂ bis 53₄ durch Inaktivieren des Nachbiteingangs und Vorbiteingangs verwendet werden (z.B. indem sie auf ein Bezugspotential platziert werden).
Die Zeigerabtastregister 54₁ bis 54₄ von 37 werden erläutert. Die Zeigerabtastregister 54₁ bis 54₄ können aus seriell-hinein/seriell-hinaus-Schieberegistern, parallel-hinein/parallel-hinaus-Schieberegistern oder parallel-seriell-hinein/parallel-hinaus-Schieberegistern zusammengesetzt sein. Die Anzahl von Stufen von Schieberegistern wird bestimmt, um mit der Anzahl von Elementen in jeder Gruppe in dem Ultraschallelementarray 10 übereinzustimmen. Die parallelen Ausgänge der Zeigerabtastregister 54₁ bis 54₄ laufen durch die Datenselektoren 53₁ bis 53₄ und werden Auswahlsignale an der Treibersignalselektorgruppe 52.
Der Arbeitsweise eines parallel-hinein/parallel-hinaus-Schieberegisters wird erläutert. Die Zeigerabtastregister 54₁ bis 54₄ sind die Register, die die Zeiger abtasten, die die Ultraschallerzeugungselemente angeben, die bei der Phasen-Array-Abtastung aktiv sind. Mit der ersten Zeitsteuerung bei einem Aufzeichnungsvorgang einer Zeile wird das Treiberstartmuster für jede Gruppe in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10, das in dem Zeigerregister 56 in 37 gespeichert ist, anfangs bei dem Anfangseinstellabschnitt 59 eingestellt, und danach wird eine Verschiebeabtastung gemäß der über den Taktsteuerabschnitt 58 gelieferten Abtasttakt ausgeführt. Das anfangs eingestellte Muster in dem Zeigerregister 56 wird durch das Treiberstartelement bestimmt, das in jeder Gruppe in dem Ultraschallerzeugungselementarray eingestellt ist, entsprechend dem Anfang der Aufzeichnungspixel, dem ersten Pixel, dem 1241-ten Pixel, dem 2481-ten Pixel und dem 3721-ten Pixel.
Genauer gesagt ist das Muster derart, dass für das erste Pixel die 16 Elemente in dem Abdeckungsblock L der ersten Gruppe und die 16 benachbarten Elemente, eine Gesamtzahl von 32 Elementen, aktiv sind; für das 1241-te Pixel sind die 16 Elemente in Verbindung 1 der ersten Gruppe und die 16 Elemente in Verbindung 2 der zweiten Gruppe, eine Gesamtzahl von 32 Elementen aktiv; für das 2481-te Pixel sind die 16 Elemente in Verbindung 3 der zweiten Gruppe und die 16 Elemente in Verbindung 4 der dritten Gruppe, eine Gesamtzahl von 32 Elementen aktiv; und für das 3721-te Pixel sind die 16 Elemente in Verbindung 5 der dritten Gruppe und die 16 Elemente in Verbindung 6 der vierten Gruppe, eine Gesamtzahl von 32 Elementen, aktiv.
Die Treibermusterabtastregister 55₁ bis 55₄ sind die Register, die die Nullphasen- und p-Phasen-Treibermuster zum Treiben der aktiven Ultraschallerzeugungselemente durch die Nullphasen- und p-Phasen-Treibersignale angeben. Ähnlich den Zeigerabtastregistern 54₁ bis 54₄ können die Treibermusterabtastregister aus seriell-hinein/parallel-hinaus-Schieberegistern oder parallel-seriell-hinein/parallel-hinaus-Schieberegistern zusammengesetzt sein.
Das Treibermuster ist derart, dass mit der ersten Zeitsteuerung in einem Aufzeichnungsvorgang einer Zeile das Treiberstart-0/p-Phasensignalmuster für jede Gruppe in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10, das in dem Musterregister 56 gespeichert ist, anfangs bei dem Anfangseinstellabschnitt 59 eingestellt wird, und danach eine Schiebeabtastung gemäß dem über den Taktsteuerabschnitt 58 gelieferten Abtasttakt ausgeführt wird. Das anfangs eingestellte Muster in dem Musterregister 57 wird durch das in jeder Gruppe in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 eingestellte Treiberstartelement bestimmt, das den beginnenden Aufzeichnungspixeln für eine Zeile von Pixeln, dem ersten Pixel, dem 1241-ten Pixel, dem 2481-ten Pixel und dem 3721-ten Pixel entspricht.
Genauer gesagt wird das Muster durch Gruppierung der Pixel gebildet, wobei die Breite und der Abstand auf der Grundlage des Konzepts der Fresnel'schen Zonenplatte auf eine derartige Art und Weise abgerundet wird, dass für das erste Pixel die 16 Elemente in dem Abdeckblock der ersten Gruppe und die 16 benachbarten Pixel, eine Gesamtzahl von 32 Elementen, gruppiert werden; für das 1241-te Pixel die 16 Elemente in Verbindung 1 der ersten Gruppe und die 16 Elemente in Verbindung 2 der zweiten Gruppe eine Gesamtzahl von 32 Elementen gruppiert werden; für das 2481-te Pixel die 16 Elemente in Verbindung 3 der zweiten Gruppe und die 16 Elemente in Verbindung 4 der dritten Gruppe, eine Gesamtzahl von 32 Elementen gruppiert werden; und für das 3721-te Pixel die 16 Elemente in Verbindung 5 der dritten Gruppe und die 16 Elemente in Verbindung 6 der vierten Gruppe, eine Gesamtzahl von 32 Elementen gruppiert werden. Hier müssen lediglich immer die Aufzeichnungsdaten, die an vier Gruppen in Einheiten von 32 Elementen geliefert werden, bestimmt werden. Danach werden sie durch das Zeigersignal von dem Zeigerregister 56 maskiert. Die Musterdaten für die gesamte einzelne Zeile werden nicht benötigt.
Eine derartige Reihe von Vorgängen wird durch den Taktsteuerabschnitt 58 und dem Anfangseinstellabschnitt 59 angetrieben, die einen Aufzeichnungsvorgang einer Zeile bereitstellen. Das Zeigerregister 56 und das Musterregister 47 können entweder ein ROM sein, in dem feste Daten geschrieben sind, oder ein RAM oder ein Schieberegister sein, in die Daten extern geschrieben werden können.
Wie oben beschrieben ist, werden bei der Ausführungsform 4, weil das Ultraschallerzeugungselementarray 10 in eine Mehrzahl von Gruppen (vier Gruppen bei dem gezeigten Beispiel) aufgeteilt ist und auf der Grundlage der Aufzeichnungsdaten angetrieben wird, ob die Treibersignalselektorgruppe 52 ein Treibersignal an die entsprechende Ultraschallerzeugungselementgruppe über die Puffertreibergruppe 51 liefert oder nicht, vier Steuermittel, die aus den Datenselektoren 53₁ bis 53₄ , den Zeigerabtastregistern 54₁ bis 54₄ und den Treibermusterabtastregistern 55₁ bis 55₄ zusammengesetzt sind, für die jeweiligen Gruppen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 bereitgestellt. Wenn sich eine Ultraschallerzeugungselementgruppe aus 32 Elementen, die gleichzeitig in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 anzutreiben sind, über zwei Gruppen erstreckt, wird der Verbindungsprozess durch Eingeben eines Bildsignals für die Pixel ausgeführt, die den Ultraschallerzeugungselementen in Verbindung 1 bis Verbindung 4 entsprechen, die sich über die beiden Gruppen erstrecken, zu den beiden Steuermitteln, die den beiden Gruppen entsprechen.
Durch Ausführen des Verbindungsprozesses kann die Abtastaufzeichnung mit einer Kontinuität an der Grenze zwischen den Gruppen ausgeführt werden, sogar wenn das Ultraschallerzeugungselementarray 10 in eine Mehrzahl von Gruppen für ein Teilungstreiberverfahren aufgeteilt ist.
Eine Modifikation der Ausführungsform 4, die einem Verfahren zum Treiben des Ultraschallerzeugungselementarrays 10 zugeordnet ist, wird erläutert.

(1) Während bei der Ausführungsform 4 die Anzahl von Elementen, die in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 gleichzeitig angetrieben wird, oder die Anzahl von Ultraschallerzeugungselementen, die gleichzeitig in jeder Gruppe angetrieben werden, konstant ist (32), kann die gleiche Anzahl abwechselnd gerade oder ungerade in der Anordnungsrichtung sein. Indem dies auf diese Art und Weise durchgeführt wird, kann eine doppelte Aufzeichnungsdichte mit dem gleichen Ultraschallerzeugungselementarray erreicht werden. Genauer gesagt wird, wenn die Anzahl der gleichzeitig angetriebenen Elemente gerade ist, ein Pixel an einer Position entgegengesetzt der Mitte der beiden Ultraschallerzeugungselemente aufgezeichnet. Wenn die Anzahl von gleichzeitig angetriebenen Elementen ungerade ist, wird ein Pixel an einer Position gegenüberliegend einem Ultraschallerzeugungselement selbst aufgezeichnet. Daher ist durch Abwechseln einer ungeraden Zahl von Elementen, die gleichzeitig angetrieben werden, mit einer geraden Zahl von Elementen, die gleichzeitig angetrieben werden, die Aufzeichnungsdichte zweimal so hoch wie die, die bei der Abtastung mit einer festen ungeraden oder geraden Anzahl von Elementen erreicht wird, die gleichzeitig angetrieben werden.

Um dies zu erreichen, werden die Zeigerabtastregister 54₁ bis 54₄ , die Treibermusterabtastregister 45₁ bis 45₄ , das Zeigerregister 46 und das Musterregister 47 in 37 aus einer Zweischichtstruktur hergestellt, und die Anzahl gleichzeitig angetriebener Elemente wird abwechselnd zwischen einer ungeraden und geraden Zahl umgeschaltet, wodurch ein Auswahlsignal an den Datenselektoren 53₁ bis 53₄ erzeugt wird. In diesem Fall wird, wie in 37 gezeigt, ein Modusänderungssignal zum Umschalten zwischen dem normalen Modus und dem Hochauflösungsmodus extern an den Taktsteuerabschnitt 58 geliefert. In dem normalen Modus wird ein Abtasttakt lediglich an die ersten Schichten der Zeigerabtastregister 54₁ bis 54₄ , die Treibermusterabtastregister 55₁ bis 55₄ , das Zeigerregister 56 und das Musterregister 57 geliefert, wobei die Anzahl von gleichzeitig angetriebenen Elementen nur ungerade oder gerade ist. Im Hochdefinitionsmodus wird ein Abtasttakt an sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht geliefert, und die Anzahl der gleichzeitig angetriebenen Elemente wird abwechselnd zwischen ungerade und gerade umgeschaltet.

(2) Ein Steuerverfahren zum Korrigieren des Nachteils des Tintentröpfchenspritzmechanismus, um die Aufzeichnungsgeschwindigkeit zu verbessern, wird erläutert. Mit einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der Erfindung fliegt ein Tintentröpfchen von einer mit Tintenflüssigkeit gefüllten freien flachen Oberfläche. Als Ergebnis erscheinen, wenn ein Tintentröpfchen fliegt, Wellen auf der Tintenoberfläche, und es ist jedes Mal eine bestimmte Zeit erforderlich, damit die Wellen verschwinden, wenn ein Tintentröpfchen fliegt. Wenn ein Tintentröpfchen gezwungen wird, an der Position zu fliegen, die dem Pixel direkt neben dem Pixel entspricht, das gerade durch das vorhergehende Tintentröpfchen aufgezeichnet wurde, d.h., wenn ein Versuch durchgeführt wird, das benachbarte Pixel kontinuierlich in der Zeit aufzuzeichnen, wird der Brennpunkt des Tintentröpfchens nicht bestimmt, und ein instabiles Fliegen des Tintentröpfchens wird resultieren.

Bei den obigen Ausführungsformen wurde eine Abtaststeuerung erläutert, wobei, nachdem die Welligkeiten auf der Tintenoberfläche zu einem gewissen Ausmaß verschwunden sind, das direkt benachbarte Pixel nacheinander aufgezeichnet wird. Um eine Aufzeichnung mit höherer Geschwindigkeit zu erreichen, wird ein Tintentröpfchen gezwungen, zu einem Pixel ausreichend weg von dem gerade aufgezeichneten Pixel und nicht zu den benachbarten Pixeln zu fliegen. D.h., dass durch Aufzeichnen eines Pixels durch überspringende Abtastung die Aufzeichnungsgeschwindigkeit verbessert werden kann.
Der Grundvorgang der an der Konfiguration von 37 verwirklichten Steuerung wird erläutert. Das Ultraschallerzeugungselementarray 10 wird in vier Gruppen aufgeteilt, die in ungerade nummerierte Gruppen und gerade nummerierte Gruppen getrennt sind. Die ungeraden nummerierten Gruppen und die geraden nummerierten Gruppen bewirken abwechselnd eine Aufzeichnung. In diesem Fall wird die Aufzeichnung auf eine solche Art und Weise ausgeführt, dass Pixel in den ungerade nummerierten Gruppen (die erste Gruppe und die dritte Gruppe), beispielsweise das erste Pixel und das 2481-te Pixel, zuerst aufgezeichnet werden; dann Pixel in den gerade nummerierten Gruppen (die zweite Gruppe und die vierte Gruppe) weg von den vorhergehenden Gruppen, beispielsweise das 1241-te Pixel und das 3721-te Pixel aufgezeichnet; danach kehrt der Vorgang zu den ungerade nummerierten Gruppen und den benachbarten Pixeln zurück, oder das zweite Pixel und das 2482-te Pixel werden aufgezeichnet; dann geht der Vorgang zu den geraden nummerierten Gruppen, und das 1242-te Pixel und das 3722-te Pixel werden aufgezeichnet. Dies verdoppelt die Intervallzeit bei Aufzeichnen von zwei benachbarten Pixeln, ermöglicht eine wirksame Verwendung der Zeit, die erforderlich ist, damit Welligkeiten verschwinden.
Während bei der vorhergehenden Erläuterung die vier Gruppen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10 vier Pixel gleichzeitig aufzeichnen, ermöglicht die obige Technik zwei Gruppen, zwei Pixel auf einmal aufzuzeichnen, was die Aufzeichnungsgeschwindigkeit auf die Hälfte verringert. Um die gleiche Wirkung ohne Opfern der Aufzeichnungsgeschwindigkeit zu erhalten, wird das Ultraschallerzeugungselementarray in acht oder mehr Gruppen aufgeteilt, und ein Teilungstreiberverfahren wird durchgeführt, wobei vier oder mehr Gruppen verwendet werden, um vier oder mehr Pixel aufzuzeichnen.

(3) Um ein zweidimensionales Bild mit einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der Erfindung aufzuzeichnen, wird die Vorrichtung mit einem Subabtastmechanismus kombiniert, der Aufzeichnungspapier in der Hauptabtastrichtung des Zeilenabtastaufzeichnungskopfes und in der Richtung senkrecht zu der Hauptabtastrichtung zuführt, wie bei herkömmlichen Bildaufzeichnungsvorrichtungen. Im Allgemeinen umfasst der Subabtastpapierzuführmechanismus zwei Typen: ein Typ eines Papierzuführungsmechanismus führt Aufzeichnungspapier intermittierend synchron mit der Aufzeichnungsgeschwindigkeit einer Zeile auf dem Zeilenabtastaufzeichnungskopf zu, und der andere Typ von Zufuhrmechanismus führt Aufzeichnungspapier kontinuierlich zu. Wenn das Teilungstreiberverfahren, das bei den obigen Ausführungsformen erläutert wurde, oder ein Verfahren zum Teilen des Ultraschallerzeugungselementarrays 10 in beispielsweise vier Gruppen und Antreiben derselben verwendet wird, ist eine Vorkehrung zum Transferieren von Aufzeichnungsdaten an die Steuerschaltung in dem Zeilenabtastaufzeichnungskopf benötigt.
(3-1) 42 zeigt die Struktur des Aufzeichnungsdatenpuffers in dem grundlegenden vierteiligen Treiben mit intermittierender Subabtastung. Der Aufzeichnungsdatenpuffer puffert die Aufzeichnungsdaten, die an die in 37 und 41 gezeigten Selektoren 53₁ bis 53₄ zu liefern sind, und ist aus einem Lese/Schreibsteuerabschnitt 71, einem Schreibzähler 72, einem Lesezähler 73, einem Adressenselektor 74, einem Pufferspeicher 75 und einem Datenselektor 76 zusammengesetzt.

Da bei der intermittierenden Subabtastung das Aufzeichnungspapier ruhig bleibt, bis der Zeilenabtastaufzeichnungskopf das Aufzeichnen einer Zeile beendet hat, weist der Pufferspeicher 75 eine Speicherkapazität für eine Zeile auf und speichert eine Zeile von Druckdaten, die seriell an seinem Ende über den Datenselektor 76 eingegeben werden. Dies wird im Schreibmodus ausgeführt. Unter der Steuerung des Lese/Schreib-Steuerabschnitts 71 transferiert der Datenselektor 76 die Druckdaten an den Pufferspeicher 75. Der Adressenselektor 74 wird durch die Ausgabe von dem Schreibzähler 72 angetrieben und transferiert die Schreibadresse zu dem Pufferspeicher 75. Durch Steuern der Adressen in Gruppen, die entsprechend der Anzahl von Pixeln (1240 Pixel) aufgeteilt sind, in die Anzahl von wirksamen Aufzeichnungspixeln (4960 Pixel bei dem vorhergehenden Beispiel) in dem Zeilenabtastaufzeichnungskopf der Erfindung gevierteilt wird, werden die in dem Pufferspeicher 75 gespeicherten Druckdaten als Aufzeichnungsdaten 1 bis 4 ausgelesen. Dies wird in dem Lesemodus ausgeführt. Unter der Steuerung des Lese/Schreibsteuerabschnitts 71 transferiert der Datenselektor 76 die aus dem Pufferspeicher 75 transferierten Daten in die Datenregister 43₁ bis 43₄ von 37. Der Adressenselektor 74 wird durch die Ausgabe des Lesezählers 73 angetrieben und transferiert die Lesedaten an den Pufferspeicher 75. Die Aufzeichnungsdaten 1 bis 4 werden beginnend bei denen sequenziell gelesen, die dem Kopf jeder aufgeteilten Gruppe entsprechen.
Wenn eine Aufzeichnungszeile auf diese Art und Weise abgeschlossen wurde, wird das Aufzeichnungsblatt um eine Abtastzeile in der Subabtastrichtung vorgerückt. In der Zwischenzeit wird die nächste eine Zeile von Druckdaten in den Pufferspeicher 75 transferiert, und die Aufzeichnung der nächsten Zeile startet. Der Pufferspeicher 75 kann von einer Doppelpufferstruktur sein. Mit dieser Struktur kann durch Umschalten jedes Pufferspeichers abwechselnd zwischen dem Lesemodus und dem Schreibmodus, die Wartezeit für den Druckdatentransfer kürzer gemacht werden.

(3-2) Aufzeichnungsdatentransfer beim geviertelten Treiben (quadrisection driving) mit kontinuierlicher Zufuhr-Subabtastung wird beschrieben. Ein Problem mit einer einfachen Kombination des geteilten Treibens und kontinuierliche Subabtastung besteht darin, dass die Hauptabtastzeile nicht gerade ist. Insbesondere, wie in 43 gezeigt ist, wenn die Hauptabtastbreite W in vier Gruppen aufgeteilt und die einzelnen Gruppen gleichzeitig beginnend von dem linken Ende einer Abtastung unterworfen werden, weisen die Abtastzeilen 1 bis 4, die den jeweiligen Gruppen der Hauptabtastzeile entsprechen, eine Neigung auf, mit dem Ergebnis, dass die gesamte Hauptabtastzeile keine gerade Zeile macht. Der Grund dafür ist, dass das Aufzeichnungsblatt sogar während der Hauptabtastung vorgerückt wird.

Bei dieser Modifikation wird ein Pufferspeicher mit so vielen Zeilen wie die Anzahl von aufgeteilten Gruppen in dem Ultraschallerzeugungselement bereitgestellt. Beispielsweise wird, wenn das Ultraschallerzeugungselementarray in vier Gruppen aufgeteilt ist, ein Pufferspeicher mit vier Zeilen bereitgestellt. Durch Steuern des Pufferspeichers wird die Hauptabtastzeile gerade gemacht.
44A und 44B veranschaulichen das Konzept. 44A zeigt, wie die Druckdaten, aus denen die Aufzeichnungsdaten hergestellt werden, in einem Vier-Zeilen-Pufferspeicher gespeichert sind. In 44A geben A1, A2, A3, A4 die Druckdaten für die erste Zeile, die zweite Zeile, die dritte Zeile und die vierte Zeile an. Jede von ihnen wird in vier Elemente in der Hauptabtastrichtung aufgeteilt und in der Form von A1-1 bis A1-4, A2-1 bis A2-4, A3-1 bis A3-4 und A4-1 bis A4-4 gesteuert.
44B zeigt diagrammartig die tatsächlich aufgezeichneten Signale. B1, B2, B3, B4, B5, B6 geben die Anzahl von Hauptabtastzeilen auf dem Zeilenabtastaufzeichnungskopf an. Wie in 43 gezeigt, ist jede Hauptabtastzeile nicht gerade. Um dieses Problem zu überwinden, werden vier Hauptabtastzeilen als ein Satz behandelt, und die Druckdatenelemente, die dem Satz entsprechen, werden kombiniert, um eine einzige gerade Zeile zu erhalten. Genauer gesagt werden vier Teilelemente A1-1, A1-2, A1-3, A1-4 in Druckdaten A1 für die erste Zeile von 44A den Elementen B1-1, B2-2, B3-3, B4-4 zugeteilt, die sequenziell in der Hauptabtastrichtung der ersten bis vierten Zeilen von 44B verschoben sind.
Indem dies ausgeführt wird, neigt sich die Hauptabtastzeile ein wenig in die Richtung senkrecht zu der Subabtastrichtung als Ganzes, wobei jedoch eine gerade Hauptabtastzeile erzielt werden kann. Wenn die Hauptabtastzeilenbreite W gleich 210 mm ist, wird die Neigung der Hauptabtastzeile in einem Abstand von etwa 170 μm zwischen einem Ende und dem anderen Ende der Hauptabtastbreite W in der Subabtastrichtung umgewandelt, so dass sie so klein ist, dass sie praktisch vernachlässigt werden kann.
Um die Hauptabtastzeile durch die obige Technik gerade zu machen, wird eine Druckdatentransfersteuerung wie folgt ausgeführt. Ein Vierzeilen-Pufferspeicher 70, der die Bildsignale (Druckdaten) für vier Zeilen speichern kann, die gleiche Anzahl, wie die Anzahl von aufgeteilten Gruppen in dem Ultraschallerzeugungselementarray 10, wird bereitgestellt. Die Druckdaten, das Bildsignal, werden in dem Vierzeilen-Pufferspeicher gespeichert, wie in 44A gezeigt. Der Vierzeilen-Pufferspeicher 70 verschiebt die Druckdaten, die jeder Gruppe entsprechen, in der gleichen Zeile nacheinander um eine Zeile, und transferiert sie an Steuermittel, die jeder Gruppe entsprechen, d.h. den Datenselektoren 53₁ bis 53₄ von 37, als Aufzeichnungsdaten 1 bis 4.
Insbesondere werden für Aufzeichnungszeilen B1 nur Daten auf A1-1 an die erste Gruppe B1-1 transferiert; für Aufzeichnungszeilen B2 werden Daten auf A2-1 an die erste Gruppe B2-1 und Daten auf A1-2 an die zweite Gruppe B2-2 transferiert; für Aufzeichnungszeilen B3 werden Daten auf A3-1 an die erste Gruppe B3-1, Daten auf A2-2 an die zweite Gruppe B3-2 und Daten auf A1-3 an die dritte Gruppe B3-3 transferiert; für Aufzeichnungszeilen B4-werden Daten auf A4-1 an die erste Gruppe B4-1, Daten auf A3-2 an die zweite Gruppe B4-2, Daten auf A2-3 an die dritte Gruppe B4-3 und Daten auf A1-4 an die vierte Gruppe B4-4 transferiert; für Aufzeichnungszeilen B5 werden Daten auf A5-1 an die erste Gruppe B5-1, Daten auf A4-2 an die zweite Gruppe B5-2, Daten auf A3-3 an die dritte Gruppe B5-3 und Daten auf A2-4 an die vierte Gruppe B5-4 transferiert.
Wie oben beschrieben ist, verschiebt der Vierzeilen-Pufferspeicher 70 die Druckdaten, die jeder der vier Gruppen in der gleichen Zeile entsprechen, um eine Zeile zeitlich nacheinander und transferiert sie wiederholt als Aufzeichnungsdaten 1 bis 4 an die Datenselektoren 53₁ bis 53₄ mit dem Ergebnis, dass eine gerade Hauptabtastzeile bei der Subabtastung mit kontinuierlicher Zufuhr erhalten werden kann. Um Subabtastung mit kontinuierlicher Zufuhr reibungslos zu erhalten, ist es wünschenswert, dass in dem Fall des Vierteilungs-Treibens ein Zeilen-Pufferspeicher für eine Zeile zu dem Vierzeilen-Pufferspeicher hinzugefügt werden sollte, um einen Fünfzeilen-Pufferspeicher zu bilden. Der zusätzliche Zeilen-Puffer wird für eine anschließende eine Zeile benötigt.

(4) Gradationsaufzeichnung wird erläutert. Gradationsaufzeichnung an einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung der Erfindung kann durch Ändern der Treiberzeit der Ultraschallerzeugungselemente gemäß dem Gradationsbildsignal verwirklicht werden. Genauer gesagt kann die Gradationsaufzeichnung durch Ändern der An-Zeitdauer des Treiber-an/aus-Auswahlsignals durchgeführt werden, das an die Treibersignalselektorgruppe 52 in 37 geliefert wird. Die Aufzeichnungsdatensignale von den Datenselektoren 53₁ bis 53₄ werden als das Treiber-an/aus-Auswahlsignal verwendet wie sie sind, so dass die Impulsbreite jedes Pixels für die Aufzeichnungsdaten nur gemäß den Mehrebenen-Aufzeichnungsdaten, dem Gradationsbildsignal, moduliert werden müssen.

45 zeigt eine Schaltung für die Gradationsaufzeichnung. Bei der Schaltung wandelt eine parallel/seriell-Umwandlungsschaltung 78, die mit dem Pixel-Takt und Mastertakt arbeitet, die bei einem Taktsteuerabschnitt 77 synchron mit einem Transfertakt erzeugt werden, Mehrpegel-Aufzeichnungsdaten in ein Impulsbreitenmodulationssignal um.
(Ausführungsform 5-1)
46 ist eine perspektivische Ansicht des bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5-1 der Erfindung verwendeten Aufzeichnungskopfabschnitts. Wie in 46 gezeigt ist, umfasst der Aufzeichnungskopfabschnitt ein piezoelektrisches Elementarray 10, eine akustische Linse 11, einen Tintenbehälter 15 und eine Treiberschaltung 21. Das piezoelektrische Elementarray 10 ist aus einer piezoelektrischen Schicht 13, einer gemeinsamen Elektrode 12 und einer Mehrzahl von diskreten Elektroden 14 gebildet. Die piezoelektrische Schicht 13 ist eine längliche Platte mit einer gleichmäßigen Dicke. Die gemeinsame Elektrode 12 ist an der oberen Oberfläche der Schicht 13 angebracht. Die diskreten Elektroden 14 sind auf der unteren Oberfläche der Schicht 13 voneinander beabstandet angebracht. Die gemeinsame Elektrode 13, die piezoelektrische Schicht 13 und die diskreten Elektroden 14 bilden eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen. Die piezoelektrischen Elemente werden in einer geraden Zeile, die sich in der Hauptabtastrichtung erstreckt, gegenüberliegend angeordnet.
Die akustische Linse 11 wird an der oberen Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 12 bereitgestellt. Die Linse 11 ist beispielsweise eine Glasplatte. Sie weist eine Konkave in der Oberfläche auf, die von dem piezoelektrischen Elementarray 10 wegblickt und arbeitet als eine akustische konkave Linse. Der Tintenbehälter 15 wird auf der akustischen Linse 11 angeordnet. Der Behälter 15 weist eine Tintenkammer auf. Die Tintenkammer weist einen sektorförmigen Querschnitt auf, der sich allmählich weg von der akustischen Linse 11 zum Führen der Ultraschallstrahlen von den piezoelektrischen Elementen enger wird. Die Tintenkammer wird mit flüssiger Tinte 18 gefüllt.
Die Treiberschaltung 21 ist auf der unteren Oberfläche der Glasplatte, d.h. der akustischen Linse 11, angebracht. Genauer gesagt ist die Treiberschaltung 21 mit der gemeinsamen Elektrode 12 und den diskreten Elektroden 14 durch eine bemusterte Verdrahtung (nicht gezeigt) verbunden, die auf der unteren Oberfläche der Glasplatte bereitgestellt wird.
In Übereinstimmung mit eingegebenen Bilddaten (später ausführlich beschrieben) treibt die Treiberschaltung 21 das piezoelektrische Elementarray 10, wobei eine lineare elektronische Abtastung durchgeführt wird. Um genauer zu sein liefert die Schaltung 21 zuerst Hochfrequenztreibersignale, die gegenseitig verzögert sind, an die n einander folgenden Elemente T(1) bis T(n) des Arrays 10, so dass ein Tintentröpfchen von einem Punkt P0 auf der Oberfläche der Tinte 18 fliegen kann. Die Schaltung 21 liefert dann ähnliche Hochfrequenztreibersignale der n Elemente T(2) bis T(n + 1), so dass ein Tintentröpfchen von einem Punkt P1 fliegen kann, der von dem Punkt P0 durch die Beabstandung beabstandet ist, mit der die piezoelektrischen Elemente in der Hauptabtastrichtung gegenüberliegend angeordnet sind. Als nächstes liefert die Schaltung 21 ähnliche Hochfrequenztreibersignale der n Elemente T(3) bis T(n + 2), so dass ein Tintentröpfchen von einem Punkt P2 fliegen kann, der von dem Punkt P0 um einen Abstand der zweifachen Beabstandung von dem Punkt P0 beabstandet ist. Auf eine ähnliche Art und Weise treibt die Schaltung 21 ferner jedes Mal n piezoelektrischen Elemente auf einmal. Als Ergebnis wird der Aufzeichnungskopfabschnitt Tintentröpfchen nacheinander auf ein Aufzeichnungsmedium (nicht gezeigt) spritzen, wobei eine Zeile darauf gebildet wird.
Die von beliebigen n piezoelektrischen Elementen des Arrays 10 emittierten Ultraschallstrahlen werden an der akustischen Linse 11 angelegt. Die akustische Linse 11 konvergiert die Ultraschallstrahlen in einer Ebene, die sich in der Richtung (Subabtastrichtung) in rechten Winkeln zu der Hauptabtastrichtung erstreckt. Als Ergebnis erreichen die Strahlen einen Punkt in der Oberfläche der Tinte 18. Die Strahlen legen einen Druck (Emissionsdruck) an die Tinte 18 an. Ein konischer Tintenmeniskus wächst, und ein Tintentröpfchen fliegt von dem Meniskus. Das Tintentröpfchen landet auf dem Aufzeichnungsmedium (nicht gezeigt), haftet daran und trocknet, wobei ein Punkt auf dem Medium gebildet wird. Ein Bild wird dadurch auf dem Aufzeichnungsmedium gebildet.
Das Verfahren zum Treiben des piezoelektrischen Elementarrays 10 wird ausführlicher mit Bezug auf 47 erläutert. In 47 ist die akustische Linse 11 zwecks Einfachheit der Erläuterung nicht dargestellt. Wie in 47 gezeigt, umfasst die Treiberschaltung 21 ein Treibersignalquelle 81 und eine Verzögerungsschaltung 82. Die Treibersignalquelle 81 erzeugt Treibersignale in Übereinstimmung mit den eingegebenen Bilddaten. Die Verzögerungsschaltung 82 verzögert die Treibersignale um die durch eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) voreingestellte Zeit. Das Treibersignal, das die Schaltung 82 verzögert hat, wird an die piezoelektrischen Elemente des Arrays 10 geliefert.
Es sei angenommen, dass n benachbarte piezoelektrische Elemente T(1) bis T(n) eine Gruppe bilden. Wenn die Verzögerungsschaltung 82 die Treibersignale verzögert, so dass die Phasen der von den Elementen T(1) bis T(n) emittierten Ultraschallstrahlen an dem Punkt A auf der Oberfläche der Tinte 18 koinzidieren, die direkt über dem Mittelpunkt der ersten Gruppe von piezoelektrischen Elementen angeordnet ist, wird ein Tintentröpfchen von dem Punkt A fliegen. Wenn die Verzögerungsschaltung 81 die Treibersignale verzögert, so dass die Phasen der von den Elementen T(2) bis T(n + 1) emittierten Ultraschallstrahlen an dem Punkt C auf der Oberfläche 18a der Tinte 18 koinzidieren, die direkt über dem Mittelpunkt der Gruppe angeordnet ist, die aus den Elementen T(2) bis T(n + 1) bestehen, wird ein Tintentröpfchen von dem Punkt C fliegen. Offensichtlich ist der Punkt C an einem Abstand d von dem Punkt A, wobei der Abstand d gleich der Beabstandung ist, mit der die piezoelektrischen Elemente einander in der Hauptabtastrichtung gegenüberliegend angeordnet sind.
Es sei ebenfalls angenommen, dass n + 1 benachbarte piezoelektrische Elemente T(1) bis T(n + 1) eine Gruppe bilden. Wenn n eine gerade Zahl ist, verzögert die Schaltung 82 die an die Elemente T(1) bis T(n/2) zu liefernden Signale auf die gleiche Art und Weise, wie es notwendig ist, ein Tintentröpfchen von dem Punkt A zu fliegen lassen, verzögert das an das Element T(n/2 + 1) zu liefernde Treibersignal auf die gleiche Art und Weise, wie es das Treibersignal an das Element T(n/2) verzögert, wie es erforderlich ist, ein Tintentröpfchen von dem Punkt A fliegen zu lassen, und verzögert die Treibersignale, die an die Elemente T(T/2 + 2) bis T(n + 1) zu liefern sind, um mehr als eine Einheitsverzögerungszeit, als die Treibersignale, die an die Elemente T(n/2 + 1) bis T(n) geliefert werden, um ein Tintentröpfchen von dem Punkt A fliegen zu lassen.
Mit anderen Worten wird, wenn n eine gerade Zahl ist, das Muster zum Verzögern der Signale zum Treiben der Elemente T(1) bis T(n), um ein Tintentröpfchen von dem Punkt A zu treiben, in zwei Submuster aufgeteilt. Das erste Submuster wird an die Elemente T(1) bis T(n/2) geliefert, während das zweite Submuster an die verbleibenden Elemente T(n/2 + 2) bis T(n + 1) angelegt wird, und das gleiche verzögerte Treibersignal, wie an die Elemente T(n/2) geliefert wird, wird an das mittlere Element T(n/2 + 1) geliefert.
Wenn n eine ungerade Zahl ist, wird das Muster zum Verzögern der Signale zum Treiben der Elemente T(1) bis T(n), um ein Tintentröpfchen von Punkt A zu spritzen, in zwei Submuster aufgeteilt. Das erste Submuster wird an die Elemente T(1) bis T(n/2 + 0,5) angelegt, während das zweite Submuster an die verbleibenden Elemente T(n/2 + 1,5) bis T(n) angelegt wird, und das gleiche verzögerte Treibersignal, wie das, das ein zusätzliches Element angelegt wird, das zwischen den Elementen T(n/2 + 0,5) und T(n/2 + 1,5) angeordnet sind, wird an das mittlere Element T(n/2 + 1) geliefert.
In diesem Fall fliegt, wenn die piezoelektrischen Elemente (1) bis T(n + 1) gleichzeitig angetrieben werden, ein Tintentröpfchen von dem Punkt B, das an einem Abstand d/2 von dem Punkt A ist. Der Abstand d/2 ist gleich die Hälfte der Beabstandung, mit dem die piezoelektrischen Elemente in der Hauptabtastrichtung gegenüberliegend angeordnet sind.
Wie oben beschrieben, können die piezoelektrischen Elemente in einem ersten Modus angetrieben werden, wobei eine gerade Zahl von Elementen, die eine Gruppe bilden, einen Ultraschallstrahl emittieren, der eine Achse aufweist, die sich durch den Mittelpunkt der Gruppe erstreckt. Alternativ können die Elemente in einem zweiten Modus angetrieben werden, wobei eine ungerade Anzahl von Elementen, die eine Gruppe bilden, einen Ultraschallstrahl emittieren, der eine Achse aufweist, die sich durch den Mittelpunkt der Gruppe erstreckt. In jedem der beiden Fälle spritzt der Aufzeichnungskopfabschnitt Tintentröpfchen mit der halben Beabstandung mit der die piezoelektrischen Elemente gegenüberliegend angeordnet sind. Ferner spritzt der Aufzeichnungskopfabschnitt Tintentröpfchen entlang einer geraden Bahn senkrecht zu der Oberfläche 18a der Tinte 18, da das Muster (d.h. das Treibersignalphasenmuster), in dem die Treibersignale verzögert werden, um Tintentröpfchen von Punkten A, B und C anzulegen, symmetrisch mit Bezug auf den Mittelpunkt der Elemente ist, die zur gleichen Zeit angetrieben werden. Weiterhin ist es einfach, die Treibersignale zu verzögern, da sich das Treibersignalverzögerungsmuster für die Gruppe, die aus n Elementen aufgebaut ist, von dem Treibersignalverzögerungsmuster für die Gruppe, die aus (n + 1) Elementen aufgebaut ist, um nur ein Element unterscheidet, das dem einen piezoelektrischen Element entspricht.
Ein piezoelektrisches Elementarray gemäß Ausführungsform 5-1 wurde hergestellt und durch das oben beschriebene Verfahren angetrieben.
Die piezoelektrischen Elemente wurden mit einer Beabstandung von 50 μm gegenüberliegend angeordnet. Sechsunddreißig (36), die eine Gruppe bilden, wurden gleichzeitig durch Treibersignale mit einer Frequenz von 100 MHz angetrieben. Die Brennweite des von den Elementen jeder Gruppe emittierten Ultraschallstrahls betrug 3 mm. (Die Dicke der Tintenschicht betrug nämlich 3 mm). Die Schallgeschwindigkeit betrug 1,5 km/s in der flüssigen Tinte 18 wie in Wasser. Es folgt, dass die Wellenlänge, den der Ultraschallstrahl aufwies, während er durch die flüssige Tinte 18 lief, 15 μm betrug.
Die Phase (Verzögerungszeit) für jeden der von den 36 piezoelektrischen Elementen, die die Gruppe bilden, emittierten Ultraschallstrahlen, wurde auf einen von zwei Werten basierend auf der Fresnel'schen Beugungstheorie eingestellt. Genauer gesagt wurde der Radius des Fresnel'schen Zonenrings durch Gleichung (1) oder (2) bestimmt:
(n = 0, 1, 2, ..., wobei, wenn n = 0, r(0) = 0.) r(n) = (nλiF)1/2 (n = 0, 1, 2, ...) (2)wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer als 0 (nämlich n = 0, 1, 2, ...), λi die Wellenlänge des Ultraschallstrahls und F die Brennweite (die Dicke der Tintenschicht) ist. Die nachstehend präsentierte Tabelle 1 zeigt die Radien r(n) (n = 0 bis 19) der somit bestimmten Fresnel'schen Zonenringe.
Tabelle 1
Als nächstes wurde die Verzögerungszeit für den Ultraschallstrahl, der von jedem piezoelektrischen Element emittiert wurde, auf einen solchen Wert eingestellt, dass die Strahlen, die von den Elementen bei einem Abstand D emittiert wurden, der größer als r(2n) und geringer als r(2n + 1) war, um die Hälfte der Wellenlänge mit Bezug auf die Strahlen außer Phase waren, die von den Elementen bei einem Abstand D emittiert wurden, der größer als r(2n + 1) und geringer als r(2n + 3), wobei D der Abstand zwischen jedem piezoelektrischen Element und dem Mittelpunkt der Elementgruppe ist. Die somit eingestellten Verzögerungszeiten τ(n) (n = 1 bis 36) waren, wie in der zweiten Spalte der nachstehend präsentierten Tabelle 2 gezeigt ist. Wenn alle Elemente der Gruppe (d.h. die sechsunddreißig Elemente) zur gleichen Zeit angetrieben wurden, flog ein Tintentröpfchen von der Tintenoberfläche 18a an einem Punkt, der direkt über dem Mittelpunkt zwischen den 18-ten und 19-ten piezoelektrischen Elementen angeordnet war. Dieser Punkt entspricht dem in 47 gezeigten Punkt A.
Tabelle 2
Das Array wurde in Gruppen aufgeteilt, die jeweils aus siebenunddreißig piezoelektrischen Elementen bestehen, die gleichzeitig anzutreiben sind, um ein Tintentröpfchen vom Punkt A zu spritzen, das von Punkt B um die Hälfte der Beabstandung beabstandet war, mit dem die piezoelektrischen Elemente in der Hauptabtastrichtung gegenüberliegend angeordnet waren. In diesem Fall wurden die Phasen (Verzögerungszeiten) für die von den Elementen emittierten Ultraschallstrahlen auf die in der zweiten Spalte von Tabelle 2 eingestellten Werte eingestellt. Wie aus Tabelle 2 offensichtlich ist, waren die Verzögerungszeiten für die Strahlen von den ersten bis 18-ten Elementen jeweils identisch mit denen, die für das Spritzen eines Tintentröpfchens von Punkt A eingestellt wurden; die Verzögerungszeit für den Strahl von dem 19-ten Element war gleich der Verzögerungszeit, die für das Spritzen eines Tintentröpfchens vom Punkt A eingestellt wurde; und die Verzögerungszeiten für die Strahlen von dem 20-ten bis 37-ten Elementen waren jeweils mit den 19-ten bis 36-ten Elementen zum Spritzen eines Tintentröpfchens vom Punkt A identisch. Wenn alle piezoelektrischen Elemente der Gruppe (d.h. die siebenunddreißig Elemente) zur gleichen Zeit angetrieben wurden, flog ein Tintentröpfchen von der Tintenoberfläche 18a an dem Punkt B, der direkt über dem 19-ten Element angeordnet war, oder dem Mittelpunkt der Gruppe.
48 stellt die akustische Verteilung dar, die auf der Tintenoberfläche beobachtet wurde, wenn die sechsunddreißig piezoelektrischen Elemente gleichzeitig angetrieben wurden, und ebenfalls die akustische Verteilung, die auf der Tintenoberfläche beobachtet wurde, wenn die siebenunddreißig piezoelektrischen Elemente gleichzeitig angetrieben wurden. In 48 ist auf der Abszisse der Abstand von dem Mittelpunkt der Gruppe der Elemente und auf der Ordinate die relative Intensität des von jedem piezoelektrischen Element emittierten Ultraschallstrahls aufgetragen. Wie aus 48 ersichtlich ist, wurde der Hauptstrahl von einem Punkt bei einem Abstand von 25 μm von dem Mittelpunkt jeder der beiden Gruppen von Elementen (36 oder 37 Elemente) emittiert. Die von den Gruppen von Elementen emittierten Seitenkeulen unterschieden sich in der Intensität, jedoch nur geringfügig. Der Hauptstrahl, der emittiert wurde, wenn die siebenunddreißig Elemente gleichzeitig angetrieben wurden, wies eine Intensität auf, die ungefähr 3% höher wie die Intensität des Hauptstrahls war, der emittiert wurde, wenn die 36 Elemente gleichzeitig angetrieben wurden. Nichtsdestotrotz resultierte praktisch keine Differenz in der Größe des Tintentröpfchens, das tatsächlich von der flüssigen Tinte flog. Je weniger es piezoelektrischen Elemente in einer Gruppe als in der anderen Gruppe gab, desto größer war jedoch die Differenz in der Intensität des Hauptstrahls, wobei eine beträchtliche Differenz in der Größe des Tintentröpfchens erzeugt wurde. Um die Differenz in der Intensität des Hauptstrahls zu verringern, ist es wünschenswert, die Anzahl von piezoelektrischen Elementen zu verringern, die eine größere Gruppe bilden, oder entweder die Treiberspannung oder die Anzahl von Bursts zu ändern.
Bei dem Verfahren zum Einstellen der Verzögerungszeiten auf die in Tabelle 2 gezeigten Werte betrug die Verzögerungszeit 5 ns, um den Phasen der Ultraschallwellen eine Verschiebung um p zu verleihen Diese Verzögerungszeit war die Hälfte der Ein-Zyklusperiode der Treibersignale. Die Verzögerungszeit kann mit einer ungeraden Anzahl von Malen multipliziert werden, um ähnliche Ergebnisse zu liefern. Die Phasen der Ultraschallwellen können nicht nur durch die in 47 gezeigte Verzögerungsschaltung 82 um p verschoben werden. Die Phasen können jedoch ebenfalls durch Treiben der piezoelektrischen Elemente mit einer in der Phase invertierten Treibersignalspannung verschoben werden. Wenn die Elemente mit einer derartigen Treibersignalspannung angetrieben werden, reicht es aus, einen einzigen Umschaltschalter zu verwenden. Die Treiberschaltung ist relativ einfach und kann somit mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Bei dem Verfahren zum Einstellen der Verzögerungszeiten auf die in der Tabelle 2 gezeigten Werte wurden die Verzögerungszeiten derart eingestellt, dass der von dem 19-ten der siebenunddreißig Elemente emittierte Ultraschallstrahl die gleiche Phase wie die die von den 18ten und 20ten Elementen emittierten Strahlen aufwies. Nichtsdestotrotz muss das 19-te Element nicht notwendigerweise angetrieben werden. Ein Tintentröpfchen wird auf die gleiche Art und Weise fliegen, sogar wenn das Muster des Verzögerns der Treibersignale in zwei Submuster aufgeteilt wird, wobei das erste Submuster auf die ersten 18 der sechsunddreißig Elemente und das zweite Submuster auf das 20-te bis 35-te oder 37-te Element angewendet wird.
Bei der Ausführungsform 5-1 wird ein piezoelektrisches Element zu der Gruppe hinzugefügt, die aus 36 Elementen aufgebaut ist, wodurch eine Gruppe bereitgestellt wird, die aus sechsunddreißig Elementen aufgebaut ist. Stattdessen kann jede beliebige ungeraden Anzahl von Elementen zu der Gruppe hinzugefügt werden, die aus sechsunddreißig Elementen aufgebaut ist. Stattdessen kann eine ungerade Anzahl von Elementen aus der Gruppe entfernt werden, die aus 36 Elementen besteht, wobei eine Gruppe bereitgestellt wird, die aus weniger piezoelektrischen Elementen aufgebaut ist. Es ist jedoch wünschenswert, dass ein Element in die Gruppe aus sechsunddreißig Elementen an dem Mittelpunkt der Gruppe eingefügt wird, um eine akustische Verteilung auf der Tintenoberfläche zu erzielen, die mit Bezug auf den Mittelpunkt der Elementgruppe symmetrisch ist.
(Ausführungsform 5-2)
Der in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung aufgenommene Aufzeichnungskopfabschnitt, der die Ausführungsform 5-1 der Erfindung ist, wird beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird der Aufzeichnungskopfabschnitt durch ein elektronisches Fokussierverfahren angetrieben. Um genauer zu sein, werden die Gruppen von piezoelektrischen Elementen mit Verzögerungszeiten angetrieben, die quadratische Funktionen sind, die aus den Abständen zwischen einem Brennpunkt und den piezoelektrischen Elementen eines Brennpunkts erhalten werden. Eine Verzögerungszeit τ(n), die durch die nachstehend gezeigte Gleichung (3) angegeben wird, wird für das n-te der m piezoelektrischen Elemente eingestellt, die eine Gruppe bilden.
wobei d die Beabstandung, mit der die piezoelektrischen Elemente gegenüberliegend angeordnet sind, F die Brennweite (die Dicke der Tintenschicht) und v die Geschwindigkeit von Schall in der flüssigen Tinte ist.
Tabelle 3
In der ersten Spalte der nachstehend präsentierten Tabelle 3 werden die Verzögerungszeiten τ(n) gezeigt, die für sechsunddreißig piezoelektrische Elemente eingestellt sind, die eine Gruppe bilden, wenn die Elemente mit einer Beabstandung von 50 μm gegenüberliegend angeordnet sind und gleichzeitig durch Treibersignale mit einer Frequenz von 100 MHz angetrieben werden und die Brennweite der von den Elementen jeder Gruppe emittierten Ultraschallstrahls 3 mm beträgt (die Dicke der Tintenschicht beträgt nämlich 3 mm). In diesem Fall ist die Mindesteinheit einer Verzögerungszeit, d.h. eine quantisierte Verzögerungszeit, gleich 1 ns. Wenn die sechsunddreißig Elemente mit diesen Verzögerungszeiten angetrieben werden, wird ein Tintentröpfchen von dem Punkt A fliegen (47). Mit dem herkömmlichen elektronischen Fokussierverfahren ist es vergleichsweise einfach, den Brennpunkt zu ändern, bei dem die Ultraschallstrahlen konvergieren. Um ein Tintentröpfchen von dem Punkt B zu spritzen (47), der vom Punkt A (47) um die Hälfte der Beabstandung der piezoelektrischen Elemente beabstandet ist, reicht es folglich aus, siebenunddreißig Elemente mit den Verzögerungszeiten anzutreiben, die durch Gleichung (3) berechnet und in der zweiten Spalte von Tabelle 3 gezeigt sind. Wie es aus Tabelle 3 offensichtlich ist, ist das Muster zum Verzögern der Treibersignale für die 37 Elemente von dem Muster zum Verzögern der Treibersignale für die sechsunddreißig Elemente ziemlich unterschiedlich.
Bei dem elektronischen Fokussierverfahren gemäß Ausführungsform 5-2 werden die Treibersignale für die 37 Elemente in dem Muster verzögert, das in der dritten Spalte von Tabelle 3 spezifiziert ist. Genauer gesagt sind die Verzögerungszeiten für die ersten 18 Elemente jeweils mit den Verzögerungszeiten für die ersten 18 der sechsunddreißig Elemente identisch, die Verzögerungszeit für das 19-te Element ist die gleiche wie die Verzögerungszeit für das 18-te der sechsunddreißig Elemente, und die Verzögerungszeiten für die 20-ten bis 37-ten Elemente sind jeweils mit den verbleibenden 18 der sechsunddreißig Elemente identisch. Wenn die siebenunddreißig piezoelektrischen Elemente mit den in der dritten Spalte von Tabelle 3 gezeigten Verzögerungszeiten angetrieben werden, wird ein Tintentröpfchen von dem Punkt B auf der Tintenoberfläche, der direkt über dem 19-ten Element angeordnet ist, d.h. dem Mittelpunkt der Gruppe aus siebenunddreißig Elementen, fliegen.
Somit kann das elektronische Fokussierverfahren gemäß Ausführungsform 5-2 die Verzögerungszeiten für die siebenunddreißig Elemente einstellen, wobei nur etwa die Hälfte der Datenmenge verwendet wird, die bei dem herkömmlichen elektronischen Fokussierverfahren erforderlich sind. In dieser Hinsicht ist das Verfahren zum Treiben des piezoelektrischen Elementarrays gemäß Ausführungsform 5-2 gegenüber dem herkömmlichen elektronischen Fokussierverfahren vorteilhaft.
Wie oben beschrieben, können sowohl die Ausführungsform 5-1 als auch die Ausführungsform 5-2 Tintentröpfchen in Bahnen senkrecht zu der Tintenoberfläche mit der Hälfte der Beabstandung spritzen, mit dem die piezoelektrischen Element in der Hauptabtastrichtung gegenüberliegend angeordnet sind. Daher können die Ausführungsform 5-1 und 5-2 Bilder aufzeichnen, die eine Auflösung aufweisen, die zweimal so hoch wie die ist, die mit der herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung möglich ist, die eine lineare elektronische Abtastung durchführt. Außerdem müssen die Ausführungsformen 5-1 und 5-2 nur eine Elementtreiberschaltung aufweisen, die in der Struktur einfacher ist, als ihre in der herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung aufgenommenes Äquivalent.
(Ausführungsform 5-3)
Eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5-3 der Erfindung umfasst einen Aufzeichnungskopfabschnitt, der in der Struktur dem Aufzeichnungskopfabschnitt (46) von Ausführungsform 5-1 ähnlich ist.
Sie unterscheidet sich in der Art und Weise, mit der die Treiberschaltung 21 das piezoelektrische Elementarray 10 treibt. Bei dem Arraytreiberverfahren können die piezoelektrischen Elemente in entweder einem ersten Modus oder einem zweiten Modus angetrieben werden. Der erste Modus und der zweite Modus werden mit Bezug auf 49 und 50 erläutert. Bei dem ersten Modus werden Verzögerungszeiten für n piezoelektrische Elemente T(1) bis T(n) eingestellt, die eine Gruppe bilden, so dass die von den Elementen emittierten Ultraschallstrahlen in der Phase an dem Punkt P0 übereinstimmen, wobei sich die vertikale Zeile, die sich von dem Mittelpunkt der durch die Elemente T(1) bis T(n) gebildeten Gruppe erstreckt, die Oberfläche der flüssigen Tinte 18 schneidet, wie in 49 gezeigt ist. Wenn die Schaltung 21 die Elemente T(1) bis T(n) im ersten Modus treibt, wird ein Tintentröpfchen von dem Punkt P0 fliegen. Wenn die Schaltung 21 die Elemente T(2) bis T(n + 1) in dem ersten Modus treibt, wird ein Tintentröpfchen von einem Punkt fliegen, der von dem Punkt P0 durch die Beabstandung der piezoelektrischen Elemente beabstandet ist; wenn die Schaltung 21 die Elemente T(3) bis T(n + 2) in dem ersten Modus treibt, wird ein Tintentröpfchen von einem Punkt fliegen, der von dem Punkt P0 um einen Abstand der zweifachen Beabstandung beabstandet ist und so weiter. Als Ergebnis wird der Aufzeichnungskopfabschnitt Tintentröpfchen nacheinander auf ein Aufzeichnungsmedium spritzen, wobei eine Zeile darauf gebildet wird.
In dem zweiten Modus werden Verzögerungszeiten für n piezoelektrische Elemente T(1) bis T(n) eingestellt, die eine Gruppe bilden, so dass die von den ersten n/2 Elementen emittierten Ultraschallstrahlen, d.h. den Elementen T(1) bis T(n/2), in der Phase mit dem Punkt P1 übereinstimmten, der direkt über dem Mittelpunkt der Gruppe und unter der Oberfläche der Tinte 18 angeordnet ist, wie in 50 dargestellt ist, und dass die verbleibenden n/2 Elemente, d.h. die Elemente T(n/2 + 1) bis T(n) in der Phase an dem Punkt P2 übereinstimmen, der direkt über dem mittleren Element T(n/2 + 1) und über der Oberfläche der Tinte 18 angeordnet ist, wie in 50 dargestellt ist. Als Ergebnis wird ein Tintentröpfchen von einem Punkt verschieden von dem Punkt P0 fliegen, von dem ein Tintentröpfchen fliegt, wie in 49 gezeigt ist, wenn die Treiberschaltung 21 das piezoelektrische Elementarray 10 in dem ersten Modus treibt.
Ein piezoelektrisches Elementarray gemäß Ausführungsform 5-3 wurde hergestellt und tatsächlich durch das mit Bezug auf 49 und 50 erläuterte Verfahren angetrieben.
Genauer gesagt wurden vierunddreißig piezoelektrische Elemente, die eine Gruppe bilden, gleichzeitig durch Treibersignale mit einer Frequenz von 7,5 MHz angetrieben. (Der Ultraschallstrahl, den jedes Element emittiert, wies eine Wellenlänge von 0,2 mm in der flüssigen Tinte 18 auf.) Die Dicke der Tintenschicht betrug 10 mm. Die piezoelektrischen Elemente wurden mit einer Beabstandung von 190 μm gegenüberliegend angeordnet.
Die Verzögerungszeit für jedes der von den vierunddreißig piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen, die die Gruppe bilden, wurde auf einen von zwei Werten basierend auf der Fresnel'sche Beugungstheorie eingestellt. Genauer gesagt wurde in dem ersten Modus die Brennweite auf 10 mm eingestellt (hier nachstehend als "Bezugsbrennpunkt" bezeichnet), so dass die von allen Elementen der Gruppe emittierten Ultraschallstrahlen in der Phase an einem Punkt an der Oberfläche der Tinte 18 übereinstimmen, die direkt über dem Mittelpunkt der Gruppe angeordnet ist. Im zweiten Modus wurde eine Brennweite von 9 mm, die 1 mm kürzer als die Bezugsbrennweite ist, für das erste bis 17-te piezoelektrische Element eingestellt, und eine Brennweite von 11 mm, die 1 mm länger als die Bezugsbrennlänge ist, wurde für die 18-ten bis 34-ten Elemente eingestellt. Um eine Verzögerungszeit einzustellen, um die Phase des von jedem Element emittierten Ultraschallstrahls zu steuern, wurde der Radius des Fresnel'schen Zonenrings durch Gleichung (4) oder (5) bestimmt:
r(n) = (nλiF)1/2 (n = 0, 1, 2, ...) (5)wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer als 0, λi die Wellenlänge des durch die Tinte 18 laufenden Ultraschallstrahls und F die Brennweite ist. Die nachstehend präsentierte Tabelle 4 zeigt die Radien r(n) (n = 0 bis 7) der somit bestimmten Fresnel'schen Zonenringe für die Brennweite von 9 mm, die Brennweite von 10 mm und die Brennweite von 11 mm.
Tabelle 4
Als nächstes wurde die Verzögerungszeit für den von jedem piezoelektrischen Element emittierten Ultraschallstrahl auf einen derartigen Wert eingestellt, dass die von den Elementen bei einem Abstand größer als r(2n) und geringer als r(2n + 1) emittierten Strahlen mit Bezug auf die Strahlen um n außer Phase waren, die von den Elementen bei einem Abstand D emittiert wurden, der größer als r(2n + 1) und geringer als r(2n + 3) war, wobei D der Abstand zwischen jedem piezoelektrischen Element und dem Mittelpunkt der Elementgruppe ist. Um genauer zu sein, wurde eine Verzögerungszeit von 67 ns, die die Hälfte der Ein-Zyklus-Periode der Treibersignale ist, für die Elemente eingestellt, die bei einem Abstand D größer als r(2n) und geringer als r(2n + 1) angeordnet waren, und eine Verzögerungszeit von 0 ns wurde für die Elemente eingestellt, die bei einem Abstand angeordnet waren, der größer als r(2n + 1) und geringer als r(2n + 3) war. Stattdessen kann die Verzögerungszeit von 67 ns für die Elemente eingestellt werden, die bei einem Abstand D angeordnet sind, der größer als r(2n + 1) und geringer als r(r(2n + 3) ist, die die Verzögerungszeit von 0 ns für die Elemente bei einem Abstand D größer als r(2n) und geringer als r(2n + 1). Die Verzögerungszeit kann mit einer ungeraden Anzahl von Malen multipliziert werden, wobei in diesem Fall die von den Elementen bei einem Abstand D emittierten Strahlen, der größer als r(2n) und geringer als r(2n + 1) ist, um p außer Phase mit Bezug auf die Strahlen sein kann, die von den Elementen bei einem Abstand D emittiert werden, der größer als r(2n + 1) und geringer als r(2n + 3) ist. Da es außerdem ausreicht, nur zwei alternative Phasen für den von jedem piezoelektrischen Element emittierten Ultraschallstrahl einzustellen, kann die Phase des Strahls durch Treiben der piezoelektrischen Elemente mit einer in der Phase invertierten Treibersignalspannung verschoben werden. Wenn dies der Fall ist, kann die Verzögerungsschaltung durch einen einfachen Umschaltschalter ersetzt werden, was die Treiberschaltung relativ einfach und kostengünstig macht.
Die somit eingestellt Verzögerungszeiten τ(n)(n = 1 bis 34) waren, wie in der nachstehend präsentierten Tabelle 5 gezeigt ist. Genauer gesagt werden die Werte, die die Verzögerungszeiten τ(1) bis τ(34) für den ersten Modus annehmen, in der ersten Spalte von Tabelle 5 gezeigt, wohingegen die Werte, die die Verzögerungszeiten für den zweiten Modus annehmen, in der zweiten Spalte von Tabelle 5 gezeigt werden. Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, sind die Verzögerungszeiten τ(1) bis τ(17) mit den Verzögerungszeiten τ(34) bis τ(18) nicht jeweils genau identisch.
Tabelle 5
51 ist ein Diagramm, das die akustische Verteilung darstellt, die auf der Tintenoberfläche beobachtet wurde, wenn die 34 piezoelektrischen Elemente in dem ersten Modus angetrieben wurden, und ebenfalls die akustische Verteilung, die auf der Tintenoberfläche beobachtet wurde, wenn die piezoelektrischen Elemente in dem zweiten Modus angetrieben wurden. In 51 ist auf der Abszisse der Abstand von dem Mittelpunkt der Gruppe der Elemente und auf der Ordinate die relative Intensität des von jedem piezoelektrischen Element emittierten Ultraschallstrahls aufgetragen. Wie aus 51 ersichtlich ist, wurde der Hauptstrahl von dem Mittelpunkt der Elemente der Gruppe emittiert, wenn die Elemente in dem ersten Modus angetrieben wurden, und der Hauptstrahl wurde von einem Punkt emittiert, der nach rechts um etwa 110 μm verschoben war, wenn die Elemente in dem zweiten Modus angetrieben wurden. Der Hauptstrahl und die Seitenkeulen, die von der Gruppe von Elementen emittiert wurden, wenn die Elemente in dem zweiten Modus angetrieben wurden, unterschieden sich jedoch geringfügig in der Intensität von dem Hauptstrahl und den Seitenkeulen, die emittiert wurden, wenn die Elemente in dem ersten Modus angetrieben wurden. Wenn die Elemente in dem ersten Modus angetrieben wurden, flog eine Tintentröpfchen von der Tintenoberfläche 18a auf einen Punkt, der direkt über dem Mittelpunkt der Elementgruppe angeordnet war. Wenn die Elemente in dem zweiten Modus angetrieben wurden, flog ein Tintentröpfchen von der Tintenoberfläche 18a auf einen Punkt, der nach rechts um etwa 110 μm verschoben und an der Brennweite angeordnet war, die länger als die Bezugsbrennlänge von 10 mm war. Die Position, wohin das Tintentröpfchen fliegt, kann durch Ändern des Verhältnisses der Differenz zwischen den Brennweiten für die ersten 17 Elemente und die verbleibenden 17 Elemente zu der Dicke der Tintenschicht geändert werden.
52 veranschaulicht, wie sich die Position änderte, zu der ein Tintentröpfchen flog, wenn das Verhältnis der Brennweitendifferenz zu der Tintenschichtdicke geändert wurde. Offensichtlich wurden die mit der Beabstandung von 190 μm gegenüberliegend angeordneten vierunddreißig Elemente gleichzeitig in dem zweiten Modus angetrieben, und die Schicht der Tinte 18 war 10 mm dick. Die beiden Brennpunkte waren jeweils über und unter der Tintenoberfläche 18a um den gleichen Abstand davon.
Das Verhältnis der Brennweitendifferenz zu der Tintenschichtdicke beträgt vorzugsweise 0,4 oder weniger. Wenn das Verhältnis größer als 0,4 ist, wird das Tintentröpfchen in einer Bahn fliegen, der zu der Tintenoberfläche 18a geneigt ist, was es schwierig macht, die Landeposition des Tröpfchens auf dem Aufzeichnungsmedium zu steuern, oder die von den piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen werden nicht ausreichend konvergiert, um ein Tintentröpfchen zu spritzen, es sei denn, dass die Treibersignalspannung oder die Anzahl von Bursts erhöht wird. Um die Ultraschallstrahlen ausreichend zu konvergieren, ist es wünschenswert, dass die Differenz zwischen den beiden Brennweiten eine gerade Anzahl von Malen der Wellenlänge ist, die die Strahlen aufweisen, während sie in der flüssigen Tinte 18 laufen. Bei der Ausführungsform 5-3 sind die beiden Brennpunkte über bzw. unter der Tintenoberfläche 18a jeweils an dem gleichen Abstand der Tintenoberfläche 18a angeordnet. Stattdessen können sie in der Tintenoberfläche 18a sein, wobei in diesem Fall ein Tintentröpfchen von einem Punkt fliegt, der von dem Punkt verschoben ist, der direkt über dem Mittelpunkt der Elementgruppe angeordnet ist. Somit kann die Position, bei der ein Tintentröpfchen fliegt, ohne Rücksicht auf die Beabstandung, mit der die piezoelektrischen Elemente in der Hauptabtastrichtung gegenüberliegend angeordnet sind, lediglich durch Einstellen der Differenz zwischen den Brennweiten für die ersten 17 Elemente und den verbleibenden 17 Elementen gesteuert werden. Wenn die piezoelektrischen Elemente in dem ersten Modus angetrieben werden, kann die Ausführungsform 5-1 ein Hochauflösungsbild aufzeichnen. Wenn die piezoelektrischen Elemente andererseits in dem zweiten Modus angetrieben werden, kann die Ausführungsform 5-3 Tintenpunkte in zwei Größen auf dem Aufzeichnungsmedium bilden, wodurch ein Pseudograustufenbild darauf aufgezeichnet wird.
Es ist höchst wünschenswert, dass die beiden Brennweiten für genau die Hälften der Elementgruppe eingestellt werden, wie bei der Ausführungsform 5-3. Nichtsdestotrotz können die Brennweiten für zwei Gruppen eingestellt werden, die jeweils aus unterschiedlichen Anzahlen von piezoelektrischen Elementen aufgebaut sind.
Wie oben beschrieben ist, kann die Ausführungsform 5-3 Bilder mit einer Auflösung aufzeichnen, die höher als der Wert ist, der durch die Beabstandung definiert ist, mit der die piezoelektrischen Elemente gegenüberliegend angeordnet sind, und kann ein Pseudograustufenbild auf einem Aufzeichnungsmedium aufzeichnen. Außerdem erfordert sie lediglich eine einfache Schaltung zum Treiben der piezoelektrischen Elemente. Dies ist so, weil die Phasen der von den vierunddreißig piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen basierend auf Fresnel'scher Beugungstheorie angetrieben werden.
(Ausführungsform 6-1)
53 ist eine Schnittansicht des in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6-1 der Erfindung aufgenommenen Aufzeichnungskopfabschnitts. Wie 53 zeigt, umfasst der Aufzeichnungskopfabschnitt ein piezoelektrisches Array 10, eine akustische Linse 11, einen Tintenbehälter 15 und eine Trägerschicht 80. Das piezoelektrische Array 10 ist aus einer piezoelektrischen Schicht 13, einer gemeinsamen Elektrode 12 und einer Mehrzahl von diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n ausgebildet. Die gemeinsame Elektrode 12 ist an der oberen Oberfläche der Schicht 13 angebracht. Die diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n sind auf der unteren Oberfläche der Schicht 13 voneinander beabstandet angebracht. Die gemeinsame Elektrode 13, die piezoelektrische Schicht 13, die diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n bilden eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen. Die piezoelektrischen Elemente sind in einer geraden Linie gegenüberliegend angeordnet, die sich in der Hauptabtastrichtung erstreckt. Die akustische Linse 11 ist auf der oberen Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 12 vorgesehen. Die Trägerschicht 80 ist auf den unteren Oberflächen der diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n vorgesehen. Der Tintenbehälter 15 ist auf der akustischen Linse 11 platziert. Der Behälter 15 umfasst eine Tintenkammer, die sich nach oben öffnet und einen Schlitz bildet. Die Tintenkammer ist mit flüssiger Tinte 18 gefüllt.
Die piezoelektrische Schicht 13 ist aus Keramik, wie beispielsweise Blei, Zirkon, Titanat (PZT) oder Bleititanat, einer piezoelektrischen Halbleitersubstanz, wie beispielsweise ZnO oder AlN, oder einer hochmolekularen piezoelektrischen Substanz, wie beispielsweise Polyvinylidinfluorid (PVDF) oder einem Copolymer (P(VDF-TrFE)) aus Polyvinylidinfluorid und Ethylentrifluorid aufgebaut. Die gemeinsame Elektrode 12 und die diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n sind aus Ti, Ni, AL, Cu, Cr, Au oder dergleichen hergestellt, umfassen jeweils eine Mehrzahl von aufgedampften Metallfilmen oder wurden durch Druckbeschichtung einer Glasfritte mit einem Film, der Silberpaste enthält, und dann durch Backen des Films gebildet.
Die akustische Linse 11 ist aus Kunststoff hergestellt, der eine Rille aufweist, die basierend auf Fresnel'scher Beugungstheorie ausgebildet ist. Die Linse 11 kann eine konvexe Linse sein. Die akustische Linse 11 arbeitet, um die Verteilung von akustischer Energie in dem Fall einzustellen, indem die piezoelektrische Schicht 13 aus einer Substanz hergestellt ist, die eine höhere akustische Impedanz als die Tinte 18 aufweist, wie beispielsweise Bleizirkontitanat (PZT) oder ZnO. D.h., die Linse 11 ist aus einem Material hergestellt, deren akustische Impedanz zwischen denen der Schicht 13 und der Tinte 18 liegt, so dass die von dem piezoelektrischen Array 10 emittierten Ultraschallstrahlen in die Tinte 18 mit einem hohen Wirkungsgrad eingebracht werden können. Für den gleichen Zweck weisen die konkaven Abschnitte der Linse 11 jeweils eine Dicke auf, die ein ganzzahliges Vielfaches von λ/4 ist, wobei λ die Wellenlänge ist, die die Ultraschallstrahlen aufweisen, während sie durch die flüssige Tinte 18 laufen.
Die Trägerschicht 80, die unter dem piezoelektrischen Array 10 angeordnet ist und die Ausführungsform 6-1 kennzeichnet, führt zwei Funktionen durch. Zuerst trägt die Schicht 80 das piezoelektrische Array 10 mechanisch. Zweitens hindert die Schicht 80 das piezoelektrische Array 10 am übermäßigen Schwingen, so dass das Array 10 nicht länger schwingen kann, sobald die Versorgung der Treibersignalspannung gestoppt wurde. Um die zweite Funktion durchzuführen, muss die Schicht 80 aus einem Material hergestellt werden, dass eine akustische Impedanz von mindestens 3 × 10⁶ kg/m²s aufweist. Das Material kann Glas, wie beispielsweise Quarz oder Pyrex, Kautschuk, wie beispielsweise Ferritkautschuk oder Silikon, Harz wie beispielsweise Epoxid, Keramik, wie beispielsweise Alumina oder Metall, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium sein. Wenn es aus einem Material hergestellt ist, dessen akustische Impedanz geringer als 3 × 10⁶ kg/m²s ist, wie beispielsweise poröses Material, könnte die Schicht 80 das Array 10 nicht daran hindern, übermäßig zu schwingen. Es ist wünschenswert, dass die Schicht 80 eine akustische Impedanz aufweist, die niedriger als die der piezoelektrischen Schicht 13 ist, so dass der Ultraschallstrahl nicht von der Grenzfläche zwischen dem Array 10 und der Trägerschicht 80 reflektiert werden kann.
Die Trägerschicht 80 dämpft den darin laufenden Ultraschallstrahl. wenn der Strahl von der unteren Oberfläche der Schicht 80 reflektiert wird, erreicht er nicht die piezoelektrische Schicht 10, um die Schwingung des Arrays 10 zu beeinflussen. Die Schicht 80 kann den Strahl ausreichend dämpfen, wenn er einige Millimeter dick ist und aus Ferritkautschuk hergestellt ist, dessen Dämpfungskoeffizient so groß wie etwa 3,8 dB/MHz-mm ist. Wenn die Schicht 80 aus Quarzglas oder dergleichen hergestellt ist, dessen Dämpfungskoeffizient so klein wie etwa 6,5 × 10^–4 dB/MHz-mm ist, muss sie dick ausgeführt oder ihre untere Oberfläche aufgeraut werden, wie in 54 gezeigt, in dem Fall, in dem das piezoelektrische Array 10 Ultraschallwellen mit einer niedrigen Frequenz von einigen zehn MHz erzeugt.
55 ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Arrays 10. Wie in 55 gezeigt ist, ist die gemeinsame Elektrode 12 auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 13 angebracht, die eine längliche Platte ist. Die diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n , die wie Streifen geformt sind, werden auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 13 bereitgestellt und gegenüberliegend angeordnet, wobei sie ein Array bilden. Obwohl die piezoelektrische Schicht 13 nicht in Streifen aufgeteilt ist, können ihre auf den diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n angeordneten Abschnitte schwingen, wenn die Treiberspannung zwischen der gemeinsamen Elektrode 12 und den diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n angelegt wird. Es ist offensichtlich, dass die piezoelektrische Schicht 13 in diskrete Streifen aufgeteilt werden kann. Um dies zu tun, müssen jedoch zwei zusätzliche Herstellungsschritte ausgeführt werden, die zwangsweise die Herstellungskosten des Arrays 10 erhöhen. Zuerst müssen Teile der Schicht 13 isotrop weggeätzt werden, um diskrete piezoelektrische Streifen bereitzustellen. Zweitens müssen die Spalten zwischen den Streifen mit Füllmaterial, wie beispielsweise Siliziumharz, gefüllt werden, um die Streifen sowohl elektrisch als auch mechanisch zu isolieren. Wenn die Schicht 13 in diskrete Streifen aufgeteilt ist, wird das piezoelektrische Elementarray 10 elektrische Energie in mechanische Energie mit hohem Wirkungsgrad umwandeln (d.h. elektromechanischer Kopplungskoeffizient). Ob die Schicht 13 in Streifen aufgeteilt wird oder nicht hängt folglich davon ab, was mehr bedeutsam ist, die Verringerung der Herstellungskosten oder der Anstieg in dem Betriebswirkungsgrad des Arrays 10.
Wie oben angegeben, wird die Trägerschicht 80 auf den unteren Oberflächen der diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n und die akustische Linse 11 auf der oberen Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 12 bereitgestellt. Die Linse 11 ist eine Fresnel'sche Linse, die aus dünnen geraden Streifen und dicken geraden Streifen aufgebaut ist. Die dicken Streifen weisen unterschiedliche Breiten auf und werden durch unterschiedliche Spalten beabstandet, die basierend auf der Fresnel'schen Beugungstheorie ausgestaltet sind.
Im Betrieb werden Treibersignale, die sich in der Phase unterscheiden, gleichzeitig an die diskreten Elektroden 14₁ bis 14_n angelegt, wobei eine spezifische Anzahl von benachbarten piezoelektrischen Elementen angetrieben wird. Die mit den Treibersignalen angetriebenen piezoelektrischen Elemente emittieren die Ultraschallstrahlen an einem Punkt in der Oberfläche der flüssigen Tinte. Mit anderen Worten werden die Strahlen in einer Ebene konvergiert, die sich entlang der Achse des Arrays 10 (Hauptachsenrichtung) erstreckt. Ferner werden die Strahlen durch die akustische Linse 11 in einer Ebene konvergiert, die sich in der Richtung (Subabtastrichtung) in rechten Winkeln zu der Achse des piezoelektrischen Elementarrays 10 erstrecken. Als Ergebnis werden die Ultraschallstrahlen auf einen Punkt in der Tintenoberfläche konvergiert. Die somit konvergierten Strahlen legen einen Druck auf die Tinte 18 an, wobei ein Tintenmeniskus entwickelt wird. Schließlich fliegt ein Tintentröpfchen 19 von diesem Punkt in der Tintenoberfläche. Ein Tintentröpfchen 19 kann von einem unterschiedlichen Punkt in der Tintenoberfläche durch gleichzeitiges Treiben einer unterschiedlichen Kombination von benachbarten piezoelektrischen Elementen gespritzt werden.
(Ausführungsform 6-2)
56 ist eine Schnittansicht des in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6-2 der Erfindung aufgenommenen Aufzeichnungskopfabschnitts. Der Aufzeichnungskopfabschnitt ist an dem gleichen Substrat wie das Treiber-IC 21 angebracht. Er umfasst ein piezoelektrisches Elementarray 10 und eine Trägerschicht 80. Die Schicht 80 ist in einer Ausnehmung ausgebildet, die in der oberen Oberfläche des Substrats hergestellt ist und ist bündig mit der oberen Oberfläche des Substrats angeordnet. Das Array 10 umfasst eine gemeinsame Elektrode 12, eine piezoelektrische Schicht 13 und diskrete Elektroden 14. Die diskreten Elektroden 14 werden teilweise auf der Trägerschicht 80 und teilweise auf der oberen Oberfläche des Substrats bereitgestellt. Die Elektroden 14 weisen daher keine gestuften Abschnitte auf. Jede diskrete Elektrode 14 kann ohne weiteres mit dem Treiber-IC 21 durch einen Metalldraht 21b verbunden sein. Die gemeinsame Elektrode 12 kann mit jedem gewünschten Teil an dem Treiber-IC 21 verbunden sein. Die gemeinsame Elektrode 12 kann in diskrete Elektroden aufgeteilt werden, wobei ein Elektrodenarray gebildet wird. Wenn dies der Fall ist, wird die diskrete Elektrode länger ausgeführt, wie in 57 gezeigt, und mit dem Treiber-IC 21 durch Metalldrähte 21 verbunden, während die diskreten Elektroden 14 mit dem Treiber-IC 21 durch Metalldrähte 17b verbunden sind.
(Ausführungsform 6-3)
51 ist eine Schnittansicht des in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6-3 der Erfindung aufgenommenen Aufzeichnungskopfabschnitts. Dieser Aufzeichnungskopfabschnitt ist durch eine Trägerschicht 80a gekennzeichnet. Die aus einem Material, wie beispielsweise Alumina oder Epoxidharz, hergestellte Schicht 80a weist eine ausreichende mechanische Festigkeit und eine große dielektrische Konstante auf, so dass sie ebenfalls als ein Verdrahtungssubstrat dienen kann. Somit ist nicht nur das piezoelektrische Elementarray 10, sondern ebenfalls das Treiber-IC 21 direkt auf der Trägerschicht 80a angebracht.
Es ist erforderlich, dass die folgende Beziehung erfüllt wird: a × 2t × f < –20 dB,wobei a der Dämpfungskoeffizient von Ultraschallwellen in der Schicht 80a, t die Dicke der Schicht 80a und f die Frequenz der Ultraschallwellen ist. Der Wert von 2 × 2t × f sollte für eine Ultraschallsonde für medizinischen Gebrauch geringer als –60 dB sein. Im Gegensatz dazu sind die Anforderungen für einen Tintenstrahlkopf nicht so streng. Die Frequenz f ist jedoch weit höher als bei der medizinischen Ultraschallsonde, und geeignete Werte müssen für den Dämpfungskoeffizienten a und die Dicke t der Schicht 80a ausgewählt werden. Die Trägerschicht 80a sollte daher aus einem geeigneten Material hergestellt sein und eine passende Dicke aufweisen, um die Beziehung von a × 2t × f < –20 dB zu erfüllen.
Die an der Rückseite des piezoelektrischen Elementarrays 10 bereitgestellte Trägerschicht 80a dient dazu, die von dem Array 10 emittierten Ultraschallstrahlen effizient an einem Punkt in der Tintenoberfläche zu konvergieren und die Bahn eines fliegenden Tintentröpfchens 19 zu steuern.
(Ausführungsform 7)
59 ist eine perspektivische Ansicht des in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung bereitgestellten Aufzeichnungskopfabschnitts. Der Aufzeichnungskopfabschnitt in der Struktur dem Aufzeichnungskopfabschnitt (46) von Ausführungsform 5-1 ähnlich. Er unterscheidet sich nur darin, dass die akustische Linse 11 eine Breite D geringer als die Länge L einer Gruppe von piezoelektrischen Elementen aufweist, die zur gleichen Zeit angetrieben werden.
Einer der Parameter, der die Größe eines Tintentröpfchens bestimmt, den der Aufzeichnungskopfabschnitt spritzt, ist die Frequenz der Ultraschallstrahlen, die die piezoelektrischen Elemente emittieren. Die Frequenz der Strahlen ist umgekehrt proportional zu der Dicke der piezoelektrischen Schicht 13, weil das piezoelektrische Elementarray 10 Ultraschallstrahlen mittels der Resonanz emittieren, die sich vertikal in der piezoelektrischen Schicht 13 entwickelt. Je dünner die Schicht 13 ist, desto höher ist nämlich die Strahlenfrequenz. Je höher die Strahlenfrequenz ist, desto höher ist ferner die Auflösung eines Bilds, das der Kopfabschnitt aufzeichnen kann. Die piezoelektrische Schicht 13 sollte daher aus einem derartigen Material in einem derartigen Verfahren hergestellt werden, dass sie so dünn wie möglich sein kann.
Das Material für die piezoelektrische Schicht 13 wird nicht nur in Übereinstimmung mit seiner gewünschten Dicke sondern ebenfalls mit seinem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (d.h. Wirkungsgrad des Umwandelns elektrischer Energie in mechanische Energie) und seinem dielektrischen Koeffizient, der die elektrische Übereinstimmung zwischen der Schicht 13 und dem Treiber-IC beeinflusst, ausgewählt. Gewünschtes Material ist Keramik genauso wie Bleizirkontitanat (PZT), ein Copolymer von Polyvinylidinfluorid und Ethylentrifluorid, ein Einkristall, wie beispielsweise Lithiumniobat, oder eine piezoelektrische Halbleitersubstanz, wie beispielsweise Zinnoxid (ZnO), oder eine hochmolekulare piezoelektrische Substanz, wie beispielsweise ein Copolymer (P(VDF-TrFE)) von Polyvinylidinfluorid oder Ethylentrifluorid. Um genauer zu sein, sollte die Schicht (3) aus PZT für einen Tintenstrahldrucker, der Bilder mit einer Auflösung von 600 dpi oder weniger aufzeichnet, und aus ZnO für einen Tintenstrahldrucker hergestellt sein, der Bilder mit einer höheren Auflösung als 600 dpi aufzeichnet, hergestellt sein. In dem Fall, in dem die Schicht 13 durch Polieren einer Masse von PZT oder dergleichen vorbereitet wird, wird eine Adhäsionsschicht zwischen der akustischen Linse 11 und der gemeinsamen Elektrode 12 angeordnet. Der Aufzeichnungskopfabschnitt (46) von Ausführungsform 5-1 weist keine derartige Adhäsionsschicht auf.
Die gemeinsame Elektrode 12 und die diskreten Elektroden 14 werden aus Ti, Ni, Al, Cu, Cr, Au oder dergleichen hergestellt, sind jeweils aus einer Mehrzahl von Metallfilmen zusammengesetzt, die entweder durch Aufdampfung oder Sputtern gebildet werden, oder die durch Druck-Beschichtung eines Films, der aus aus Glasfrits enthaltende Silberpaste hergestellt wurde, und dann durch Stützen des Films ausgebildet wurde. Die akustische Linse 11 ist aus Glas, Harz oder dergleichen hergestellt. Wenn eine Schicht aus PZT oder dergleichen mit der akustischen Linse 11 durch ein Klebemittel gebondet ist, muss die Linse 11 aus einem Material hergestellt sein, das leicht zu verarbeiten ist, und die piezoelektrische Schicht 13 muss aus einem Material sein, die eine akustische Anpassung mit der Tinte 18 erreicht. Wenn eine Schicht aus ZnO oder dergleichen durch Sputtern gebildet wird, muss die Linse 11 aus Materialien hergestellt sein, die nicht nur einfach zu verarbeiten sind, sondern ebenfalls der Temperatur des Sputterns widerstehen können, und die piezoelektrische Schicht 13 muss aus einem Material hergestellt sein, das nicht nur akustische Übereinstimmung mit der Tinte 18 erreicht, sondern bei dem es ebenfalls einfach ist, seine Körner zu orientieren.
Bei der Ausführungsform 7 führt das Treiber-IC 21 sequenziell die lineare elektronische Abtastung durch Treiben des piezoelektrischen Elementarrays 10 mit einer Blockeinheit durch, wobei ein einzelner Block davon aus einer piezoelektrischen Elementgruppe aufgebaut ist, die n piezoelektrische Elemente benachbart in der Arrayrichtung (Richtung, in der sich die piezoelektrischen Elemente erstrecken, oder Hauptabtastrichtung) gemäß der aufzuzeichnenden Bilddaten aufweisen.
Im Betrieb treibt die Treiberschaltung 21 das piezoelektrische Elementarray 10 in Übereinstimmung mit den eingegebenen Bilddaten, wodurch eine lineare elektronische Abtastung durchgeführt wird. Genauer gesagt treibt die Treiberschaltung 17 gleichzeitig die ersten bis n-ten piezoelektrischen Elemente mit Hochfrequenztreibersignalen, die sich in der Phase unterscheiden, wie in 60 dargestellt ist. Als nächstes treibt die Treiberschaltung 17 die zweiten bis (n + 1)-ten piezoelektrischen Elemente mit Hochfrequenztreibersignalen, die sich in der Phase unterscheiden. Dann treibt die Schaltung 17 gleichzeitig die dritten bis (n + 2)-ten piezoelektrischen Elemente mit Hochfrequenztreibersignalen, die sich in der Phase unterscheiden und so weiter. Als Ergebnis bewegt sich der Punkt, bei dem die von den piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen konvergieren, linear in der Hauptabtastrichtung. Die Treibersignale sind entweder rechtwinklige Bursts, wie in 61 gezeigt, oder Sinuswelienbursts. Wie oben beschrieben ist, unterscheiden sich die Treibersignale in der Phase. Dies bedeutet, dass die Signale voreilende Flanken zu unterschiedlichsten Zeiten aufweisen. Ein piezoelektrisches Elementarray 10 gemäß Ausführungsform 7 (46) wurde hergestellt. Genauer gesagt wurde eine piezoelektrische Schicht 13 vorbereitet, die eine Dicke von 100 μm aufwies und aus PZT-basierter Keramik mit einem dielektrischen Koeffizienten von 200 und einer Resonanzfrequenz von 20 MHz hergestellt wurde. Zwei Elektroden wurden durch Sputtern auf den Oberflächen der piezoelektrischen Schicht 13 jeweils ausgebildet. Jede Elektrode umfasste drei Metallschichten, die übereinander ausgebildet wurden, d.h. eine Ti-Schicht mit einer Dicke von 0,05 μm, eine Ni-Schicht mit einer Dicke von 0,05 μm und eine Au-Schicht mit einer Dicke von 0,2 μm. Ein elektrisches Feld von 2 kV/mm wurde an die Elektroden angelegt, wodurch die Elektroden polarisiert wurden. Danach wurde die Elektrode auf eine Oberfläche der piezoelektrischen Schicht durch Ätzen in diskrete Elektroden 14 aufgeteilt. Die diskreten Elektroden 14 hatten eine Breite von 150 μm mit Spalten von 30 μm zwischen ihnen. Die diskreten Elektroden 14 wurden mit der Beabstandung von 150 μm gegenüberliegend angeordnet. Das somit hergestellte piezoelektrische Elementarray 10 umfasste die piezoelektrische Schicht 13, eine auf einer Oberfläche der Schicht 13 bereitgestellte gemeinsame Elektrode 12 und auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Schicht 13 bereitgestellte diskrete Elektroden 14.
Eine akustische Linse 11 wurde aus einer Pyrex-Glasplatte mit einer Dicke von 2 mm hergestellt. Die Linse 11 wies eine gerade Rille (groove) mit einer Breite von 1,5 mm und einen konkaven Boden auf. Die Krümmung des konkaven Bodens betrug 2,3 mm. Die akustische Linse 11 und das piezoelektrische Elementarray wurden zusammen durch ein Epoxidharzklebemittel geklebt, wobei die gemeinsame Elektrode 12 in axialer Ausrichtung mit der geraden Rille der Linse 11 eingestellt war. Als nächstes wurde ein Tintenbehälter 15 und eine Treiberschaltung 71 auf den oberen und unteren Oberflächen der akustischen Linse 11 jeweils angebracht. Ein Tintenstrahlkopf wurde dadurch hergestellt. Der Tintenbehälter 15 hatte eine Dicke von 3 mm und wurde mit flüssiger Tinte 18 gefüllt. Die Oberfläche der Tinte 18 war 5 mm über der gemeinsamen Elektrode 12 des Arrays 10. Die akustische Linse 11 erfüllte die Beziehung von t < Dl/λ, wobei t die Dicke (2 mm) der Linse 11, D die Breite (1,5 mm) der Rille und λ die Wellenlänge der durch die Linse 11 laufenden Ultraschallwellen ist.
Der Tintenstrahlkopf wurde wiederholt angetrieben, jedes Mal durch gleichzeitiges Treiben einer unterschiedlichen Anzahl n von piezoelektrischen Elementen, wodurch ein Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium gespritzt wurde. Die Anzahl n betrug 10 (10 gleichzeitig angetriebene Elemente, die eine Gruppe bilden, die sich 1,5 mm in der Hauptabtastrichtung erstreckt) und 24 (24 gleichzeitig angetriebene Elemente, die eine Gruppe bilden, die sich 3,6 mm in der Hauptabtastrichtung erstreckt). Das an dem gleichen Abstand wie die Tintenoberfläche ausgebildete Ultraschallmuster wurde geprüft. Ein Strahl von –10 dB wies eine Breite von 0,33 mm an der Position in dem Schallfeld auf, die zentral in der Subabtastrichtung ist. Wenn n = 24 ist, hatte der resultierende Strahl eine Breite von 0,34 mm, die fast gleich der Breite des Strahls von –10 dB. Wenn n = 10 ist, hatte der resultierende Strahl eine Breite von 0,76 mm, die viel größer als die Breite des Strahls von –10 dB. Wenn verschiedene Kombinationen von Elementen, die jeweils aus 16 Elementen (n = 16) aufgebaut sind, sequenziell angetrieben wurden, flogen Tintentröpfchen mit einer Größe von etwa 80 μm von der Tintenoberfläche, wobei kreisförmige Punkte auf dem Aufzeichnungsmedium in der Dichte von etwa 200 dpi gebildet wurden. Wenn verschiedene Kombinationen von Elementen, die jeweils aus 10 Elementen (n = 10) aufgebaut sind, mit einer etwa 1,3-mal höheren Treibersignalspannung angetrieben wurden, flogen Tintentröpfchen, die wie ein Rugbyball geformt waren, von der Tintenoberfläche, wobei elliptische Punkte auf dem Aufzeichnungsmedium in der Dichte von etwa 130 dpi gebildet wurden.
Die akustische Linse 11, die von der in 46 gezeigten Art ist, kann durch eine Fresnel'sche Linse der in 72 gezeigten Art ausgetauscht werden, die gerade Rillen aufweist, die in der oberen Oberfläche ausgeführt und an spezifischen Positionen angeordnet sind. Der Abstand r(n) jeder Rille von der Mitte der Linse und die Tiefe d jeder Rille werden wie folgt gegeben:
wobei λw die Wellenlänge, die die Ultraschallstrahlen aufweisen, F die Brennweite und λi die Wellenlänge ist, die die Ultraschallstrahlen aufweisen, während sie durch die Linse 11 laufen.
Wie in 46 und 62 gezeigt ist, arbeitet die akustische Linse 11 als ein Träger für die piezoelektrische Schicht 13. Stattdessen kann, wie in 63 gezeigt ist, eine akustische Anpassungsschicht 11' zwischen der Linse 11 und der gemeinsamen Elektrode 12 angeordnet sein, um die piezoelektrische Schicht 13 zu tragen.
Wie oben beschrieben ist, kann der Tintenstrahlkopf gemäß Ausführungsform 7 eine Zeilenabtastung aufgrund der Verwendung eines piezoelektrischen Elementarrays und einer akustischen Linse wirksam durchführen. Die akustische Linse 11 erstreckt sich in der Subabtastrichtung um einen Abstand, der kürzer ist als der, mit der sich der Abstand der Gruppe von gleichzeitig angetriebenen Elementen in der Hauptabtastrichtung erstreckt. Tintentröpfchen können daher effizient fliegen, wobei ein hochauflösendes Bild auf einem Aufzeichnungsmedium gebildet wird.
(Ausführungsform 8-1)
65 ist eine perspektivische Ansicht des in der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung aufgenommenen Aufzeichnungsabschnitts gemäß Ausführungsform 8-1 der Erfindung. Die Ausführungsform 8-1 ist gekennzeichnet durch diskrete Elektroden 14, die konzentrische ringförmige Elemente sind, die nahe dem Tintenbehälter angeordnet sind. Mit Ausnahme dieses Merkmals ist die Ausführungsform 8-1 mit jeder oben beschriebenen anderen Ausführungsform identisch. Die in 65 gezeigten Pfeile geben die Richtungen an, in denen die piezoelektrischen Elemente polarisiert sind.
66A und 66B sind Diagramme, die ein in dem Aufzeichnungskopfabschnitt aufgenommenes piezoelektrisches Element 10 zeigen ist. Obwohl es wie eine dünne Platte geformt ist, kann das Element 10 einen konvergierten Ultraschallstrahl emittieren. Das piezoelektrische Element 10 umfasst eine Mehrzahl von konzentrischen ringförmigen Elementen. Von diesen ringförmigen Elementen bilden die ungerade nummerierten eine erste Gruppe und die gerade nummerierten eine zweite Gruppe. Zwei Treiberspannungen in unterschiedlichen Phasen werden an die erste Gruppe bzw. die zweite Gruppe durch Anschlüsse 91 und 92 angelegt. Um genauer zu sein, wird eine Nullphasen-Treiberspannung an den Anschluss 91 und eine p-Phasen-Treibersignalspannung an den Anschluss 92 angelegt.
67 ist eine Schnittansicht, die das piezoelektrische Element 10 ausführlich zeigt. Wie 67 zeigt, umfasst das Element 10 eine piezoelektrische Platte 13, eine auf eine Oberfläche der Platte 13 angebrachte gemeinsame Elektrode und konzentrische ringförmige diskrete Elektroden 14, die auf der anderen Oberfläche der Platte 13 bereitgestellt werden.
68 ist eine Draufsicht, die die diskreten Elektroden 14 darstellt. Wie in 68 gezeigt, bilden die ungerade nummerierten Elektroden 14₁ , 14₃ und 14₅ eine erste Gruppe, während die gerade nummerierten Elektroden 14₂ , 14₄ und 14₆ eine zweite Gruppe bilden. Die diskreten Elektroden der ersten Gruppe werden durch einen Leiter 91a verbunden, der mit dem Anschluss 91 verbunden ist. Auf ähnliche Weise werden die diskreten Elektroden der zweiten Gruppe durch einen Leiter 92a verbunden, der mit dem Anschluss 92 verbunden ist.
Eine Treiberschaltung (nicht gezeigt) legt zwei Treiberspannungen, die sich in der Phase um p unterscheiden, wie in 66A gezeigt, an die Anschlüsse 91 bzw. 92 an. Als Ergebnis emittiert das piezoelektrische Element 10 einen konvergierten Ultraschallstrahl.
Es wird erläutert, wie das piezoelektrische Element 10 hergestellt wird.
Zuerst wird das in 68 gezeigte Elektrodenmuster 14 auf einem Substrat (nicht gezeigt) ausgebildet. Die ringförmigen Elemente des Musters 14 werden elektrisch durch winkelförmige isolierende Schichten (ebenfalls nicht gezeigt) zwischen dem Leiter 91a und den Elektroden der geraden Zahl 14₂ , 14₄ und 14₆ zwischen dem Leiter 92 und den Elektroden 14₁ , 14₃ und 14₅ isoliert. Dann wird die piezoelektrische Platte 13 mit einer gleichmäßigen Dicke auf dem Elektrodenmuster 14, wobei weder der Anschluss 91 noch der Anschluss 92 abgedeckt wird, mittels des Dünnschichtbildungsprozesses, wie beispielsweise Sputtern, gebildet. Die Platte 13 ist aus einem piezoelektrischen Material, wie beispielsweise ZnO (Zinkoxid), PZT (Bleizirkontitanat) oder PT (Bleititanat) hergestellt. Die gemeinsame Elektrode 12 wird dann auf der piezoelektrischen Platte 13 ausgebildet. Als nächstes wird die Platte 13 gleichmäßig polarisiert. Dies schließt die Herstellung des piezoelektrischen Elements 10 (d.h. Tintenstrahlkopf) ab.
Bei der Ausführungsform 8-1 wird nur das Elektrodenmuster 14 Fresnel-aufgeteilt, wobei diskrete Elektroden 14₁ bis 14₆ gebildet werden. Die piezoelektrische Platte 13 kann ebenfalls in konzentrische ringförmige Elemente aufgeteilt werden, wenn die ungerade nummerierten eine erste Gruppe und die gerade nummerierten eine zweite Gruppe bilden.
Der Aufzeichnungskopfabschnitt von Ausführungsform 8-1 kann eine Mehrzahl von Tintenstrahlköpfen aufweisen, die jeweils ein in 68 gezeigtes diskretes Elektrodenmuster aufweisen. In diesem Fall kann eine einzige piezoelektrische Schicht bereitgestellt werden, die alle diskreten Elektrodenmuster 14 abdeckt und die Anschlüsse 91 und 92 freilegt, die mit den Mustern 14 einstückig sind.
(Ausführungsform 8-2)
69A und 69B sind Diagramme, die den bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 8-2 der Erfindung bereitgestellten Aufzeichnungskopfabschnitt zeigen. Wie sein Gegenstück von Ausführungsform 8-1 umfasst der Aufzeichnungskopfabschnitt ein piezoelektrisches Element 10, das wie eine dünne Platte geformt ist und das jedoch einen konvergierten Ultraschallstrahl emittieren kann. Wie in 69A und 69B gezeigt, ist das Element 10 in konzentrische ringförmige Regionen aufgeteilt. Von diesen ringförmigen Regionen bilden die ungerade nummerierten eine erste Gruppe und die gerade nummerierten eine zweite Gruppe. Die Regionen der ersten Gruppe werden in einer Richtung polarisiert, wohingegen die Regionen der zweiten Gruppe in der entgegengesetzten Richtung polarisiert sind, wie mittels Pfeil angegeben ist. Somit sind die von den ringförmigen Regionen der ersten Gruppe emittierten Ultraschallstrahlen mit Bezug auf die von den ringförmigen Regionen der zweiten Gruppe emittierten Ultraschallstrahl außer Phase.
17 ist eine Schnittansicht des in 69A und 69B gezeigten piezoelektrischen Elements 10. Wie in 70 dargestellt, umfasst das Element 10 eine piezoelektrische Platte 13, eine auf einer Oberfläche der Platte 13 angebrachte gemeinsame Elektrode 12 und auf der anderen Oberfläche der Platte 13 bereitgestellte konzentrische ringförmige diskrete Elektroden 14₁ bis 14₆ . Wie aus 68 ersichtlich ist, wurden die diskreten Elektroden 14₁ bis 14₆ durch Fresnel-Aufteilen eines plattenförmigen Elektrodenmusters 14 gebildet. Diejenigen ringförmigen Regionen der Platte 13, die die ungerade nummerierten Elektroden 14₁ , 14₃ und 14₅ kontaktieren, werden nach unten polarisiert, wohingegen die ringförmigen Regionen der Platte 13, die die gerade nummerierten Elektroden 14₂ , 14₄ und 14₆ kontaktieren, nach oben polarisiert werden. Alle diskreten Elektroden werden durch einen Leiter 91a verbunden, der mit einem Anschluss 91 verbunden ist.
Der Anschluss 91 ist mit einer Treiberschaltung (nicht gezeigt) verbunden. Die Treiberschaltung legt die gleiche Treiberspannung an die diskreten Elektroden 14₁ bis 14₆ des piezoelektrischen Elements 10 an. Nichtsdestotrotz unterscheiden sich die von den ungerade nummerierten ringförmigen Regionen der piezoelektrischen Platte 13 emittierten Ultraschallstrahlen in der Phase um p von den von den gerade nummerierten ringförmigen Regionen der Platte 13 emittierten Ultraschallstrahlen. Dies ist so, weil, wie oben erwähnt, die ungerade nummerierten ringförmigen Regionen nach unten polarisiert sind, wohingegen die gerade nummerierten ringförmigen Regionen nach oben polarisiert sind. Somit erreicht die Ausführungsform 8-2 das gleiche Ergebnis wie die Ausführungsform 8-1. Die Ausführungsform 8-2 ist dadurch vorteilhafter, weil die Treiberschaltung nicht zwei Treiberschaltungen erzeugen muss und einfacher in der Struktur sein kann.
Bei der Ausführungsform 8-2 ist nur das Elektrodenmuster 14 Fresnel-aufgeteilt, wobei diskrete Elektroden 14₁ bis 14₆ gebildet werden. Die piezoelektrische Platte 13 kann ebenfalls in konzentrische ringförmige Elemente aufgeteilt sein, von denen die ungerade nummerierten eine erste Gruppe und die gerade nummerierten eine zweite Gruppe bilden. Zudem kann der Aufzeichnungskopfabschnitt von Ausführungsform 8-2 modifiziert sein, um eine Mehrzahl von Tintenstrahlköpfen aufzuweisen.
Es wird erläutert, wie das in 70 gezeigte piezoelektrische Element hergestellt wird.
Um das in 70 gezeigte Element 10 herzustellen, ist es notwendig, eine hohe Spannung an die ungerade nummerierten ringförmigen Regionen der piezoelektrischen Platte 13 und eine hohe Spannung der entgegengesetzten Polarität an die gerade nummerierten ringförmigen Regionen der Platte 13 anzulegen. Dieser Schritt des Anlegens hoher Spannungen ist unnötig, um das in 67 gezeigte piezoelektrische Element 10 herzustellen, da zwei Treiberspannungen unterschiedlicher Phasen an die beiden Gruppen von ringförmigen Elektroden durch die Anschlüsse 91 und 92 angelegt werden.
Es wird nun erläutert, wie das in 70 gezeigte piezoelektrische Element 10 herzustellen ist. Zuerst werden die ungerade nummerierten ringförmigen Elektroden 14₁ , 14₃ und 14₅ durch einen Leiter (nicht gezeigt) und die gerade nummerierten ringförmigen Elektroden 14₂ , 14₄ und 14₆ durch einen Leiter (nicht gezeigt) verbunden, wie in 67 und 68. Die Leiter sind jeweils mit zwei Anschlüssen verbunden. Dies ausgeführt, wird die gemeinsame Elektrode 12 auf der piezoelektrischen Platte 13 ausgebildet. Als nächstes wird eine hohe Gleichspannung einer Polarität zwischen der gemeinsamen Elektrode 12 und der ersten Elektrode angelegt, wodurch die ungerade nummerierten ringförmigen Regionen der Platte 13 polarisiert werden. Ferner wird eine hohe Gleichspannung der entgegengesetzten Polarität zwischen der gemeinsamen Elektrode 12 und der zweiten Elektrode angelegt, wodurch die gerade nummerierten ringförmigen Regionen der Platte 13 polarisiert werden. Nun da die ringförmigen Regionen der Platte 13 der beiden Gruppen polarisiert wurden, werden die ersten und zweiten Anschlüsse zusammen mit dem Anschluss 91 verbunden.
Das piezoelektrische Element 10 kann in einem weiteren Verfahren hergestellt werden. Zuerst wird eine plattenförmige Elektrode auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Platte 13 ausgebildet. Dann werden konzentrische ringförmige Elektroden auf der oberen Oberfläche der Platte 13 gebildet. Als nächstes werden die ungerade nummerierten ringförmigen Elektroden in einer Richtung und die gerade nummerierten ringförmigen Elektroden in der entgegengesetzten Richtung polarisiert. Dies ausgeführt, wird eine plattenförmige gemeinsame Elektrode auf den ringförmigen Elektroden mittels Sputtern oder dergleichen gebildet.
(Ausführungsform 8-3)
71 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlkopfs vom Array-Typ, der bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 8-3 der Erfindung verwendet wird. Dieser Tintenstrahlkopf ist eine Modifikation der Aufzeichnungsköpfe der Ausführungsformen 8-1 und 8-2. Wie in 71 gezeigt, umfasst der Tintenstrahlkopf vom Array-Typ eine piezoelektrische Schicht 13, eine auf der oberen Oberfläche der Schicht 13 ausgebildete gemeinsame Elektrode und auf der unteren Oberfläche der Schicht 13 bereitgestellte diskrete Elektroden 14. Die diskreten Elektroden 14 sind in regelmäßigen Intervallen in der Hauptabtastrichtung gegenüberliegend angeordnet, wobei ein Array gebildet wird. Die piezoelektrische Schicht 13 ist in streifenförmige Regionen in der Subabtastrichtung aufgeteilt, die senkrecht zu der Hauptabtastrichtung ist. Von diesen Regionen werden die ungerade nummerierten in einer Richtung und die gerade nummerierten in der entgegengesetzten Richtung polarisiert, wie durch die in 71 gezeigten Pfeile angegeben ist. Die gemeinsame Elektrode 12, die piezoelektrische Schicht 13 und die diskreten Elektroden 14 bilden eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen.
Die gemeinsame Elektrode 12 ist mit Masse verbunden. Die diskreten Elektroden 14 sind mit einer Anschlussleitung 91a verbunden, die ihrerseits mit einer Treiberschaltung (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Treiberschaltung treibt n benachbarte der piezoelektrischen Elemente in Übereinstimmung mit den eingegebenen Bilddaten, wodurch eine Phasen-Array-Abtastung durchgeführt wird. Genauer gesagt treibt die Schaltung gleichzeitig die ersten bis n-ten piezoelektrischen Elemente mit Hochfrequenztreibersignalen, die sich in der Phase unterscheiden. Somit angetrieben, emittieren die ersten bis n-ten Elemente Ultraschallstrahlen, die in einer Ebene konvergiert werden, die sich in der Subabtastrichtung erstreckt, und ferner in einer Ebene, die sich in der Hauptabtastrichtung erstreckt. Als nächstes treibt die Treiberschaltung gleichzeitig die zweiten bis (n + 1)-ten piezoelektrischen Elemente mit Hochfrequenztreibersignalen, die sich in der Phase unterscheiden. Als nächstes treibt die Treiberschaltung gleichzeitig die dritten bis (n + 2)-ten piezoelektrischen Elemente mit Hochfrequenztreibersignalen, die sich in der Phase unterscheiden, und so weiter. Als Ergebnis bewegt sich der Punkt, bei dem sich die von den piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen konvergieren, linear in der Hauptabtastrichtung.
Zweimal umgewandelt, in beiden Ebenen senkrecht zueinander, erreichen die von dem Array 10 von piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen einen Punkt in der Oberfläche der flüssigen Tinte, die in ein Tintenbehälter (nicht gezeigt) gefüllt ist. Als Ergebnis fliegt ein Tintentröpfchen von diesem Punkt auf ein Aufzeichnungsmedium. Da sich der Punkt linear mittels der Phasen-Array-Abtastung bewegt, kann der Tintenstrahlkopf vom Array-Typ dazu dienen, einen Zeilenprinter bereitzustellen. In diesem Fall können Tintentröpfchen Punkte auf dem Aufzeichnungsmedium mit einer Dichte bilden, die höher als die ist, die durch die Beabstandung bestimmt wird, mit der die piezoelektrischen Elemente in der Hauptabtastrichtung gegenüberliegend angeordnet sind.
Es wird erläutert, wie der Tintenstrahlkopf vom Array-Typ hergestellt wird, mit Bezug auf 27, die eine perspektivische Ansicht ist, die ausführlicher den in 71 gezeigten Tintenstrahlkopf zeigt.
Als erstes werden die diskreten Elektroden 14 auf einem Substrat 26 gebildet. Dann wird die piezoelektrische Schicht 13 auf dem Substrat 26 gebildet, wobei die diskreten Elektroden 14 abgedeckt werden. Als nächstes wird eine Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht 13 gebildet und in Streifen Fresnel-aufgeteilt, wie durch die in 72 gezeigten gestrichelten Linien angegeben ist. Die diskreten Elektroden werden dann zusammen verbunden und die piezoelektrische Schicht 13 wird polarisiert, wie durch die in 72 gezeigten Pfeile angegeben ist. Danach werden die Elektroden auf der oberen Oberfläche der Schicht 13 zusammen verbunden, oder eine Elektrode wird auf diesen Elektroden ausgebildet, wodurch die gemeinsame Elektrode 12 gebildet wird.
Der Tintenstrahlkopf von Array-Typ kann in einem anderen Verfahren hergestellt werden. Zuerst werden Fresnel-aufgeteilte, streifenförmige Elektroden auf dem Substrat 26 ausgebildet. Als nächstes wird die piezoelektrische Schicht 13 auf dem Substrat 26 gebildet, wobei die streifenförmigen Elektroden abgedeckt werden. Als nächstes wird eine Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht 13 ausgebildet, und die Schicht 13 wird auf die gleiche Art und Weise polarisiert, wie oben beschrieben ist. Dies ausgeführt, werden die streifenförmigen Elektroden zusammen verbunden, wobei die gemeinsame Elektrode 12 gebildet wird. Schließlich wird die Elektrode auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 13 teilweise geätzt, wobei die in regelmäßigen Intervallen beabstandeten diskreten Elektroden 14 gebildet werden.
Da die streifenförmigen piezoelektrischen Elemente konvergierte Ultraschallstrahlen emittieren können, ist der Tintenstrahlkopf vom Array-Typ gemäß Ausführungsform 8-3 energieeffizient, kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden und kann trotzdem Hochauflösungsbilder aufzeichnen.
(Ausführungsform 9)
73A und 73B sind eine Schnittansicht und eine Draufsicht des bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung verwendeten Tintenstrahlkopfs. Wie aus 73A und 73B ersichtlich ist, umfasst der Tintenstrahlkopf ein isolierendes Substrat 26, das aus Glas oder dergleichen hergestellt ist und eine wannenähnliche Rille aufweist, und ein in der Rille bereitgestelltes piezoelektrisches Elementarray 10. Das Array 10 umfasst eine piezoelektrische Dünnfilm-Schicht 13, eine auf einer Oberfläche der Schicht 13 angebrachte gemeinsame Elektrode 12 und auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Schicht 13 bereitgestellte diskrete Elektroden 14. Die diskreten Elektroden 14 erstrecken sich auf dem flachen Teil des Substrats 26.
Die piezoelektrische Schicht 13 ist aus einem piezoelektrischen Material, wie beispielsweise ZnO (Zinkoxid), PZT (Bleizirkontitanat) oder PT (Bleititanat) hergestellt, die mittels eines Dünnschicht-Bildungsprozesses, wie beispielsweise Sputtern, gebildet wird. Die gemeinsame Elektrode 12 wurde durch Sputtern von Metall auf die piezoelektrische Schicht 13 ausgebildet. Falls notwendig, wird eine akustische Anpassungsschicht oder eine wasserdichte Beschichtung auf die gemeinsame Elektrode 12 bereitgestellt. Die Endabschnitte der diskreten Elektroden 14, die auf dem flachen Teil des Substrats 26 angeordnet sind, sind mit einem Treiber-IC (nicht gezeigt) verbunden, das auf dem Substrat 26 angebracht wird.
Wie die diskreten Elektroden 14 in der Rille des Substrats 26 zu bilden sind, wird mit Bezug auf 74A bis 74D erläutert.
Zuerst wird, wie in 74A gezeigt, eine Metallfolie 14a bemustert, wobei parallele längliche Schlitze gebildet werden. Inzwischen wird ein Glassubstrat 26 vorbereitet, das eine wannenähnliche Rille 26a aufweist, wie in 74B dargestellt. Eine Elektrode (nicht gezeigt) wird auf der unteren Oberfläche des Substrats 26 bereitgestellt.
Als nächstes wird, wie in 74C gezeigt, die Metallfolie 14a auf das Substrat 26 platziert. Ein elektrisches Feld von einer Gleichstromversorgung 93 wird zwischen der Folie 14a und dem Substrat 26 mit einer hohen Temperatur angelegt, die von 300 bis 500°C reicht. Die Metallfolie 14a wird dadurch auf das Substrat 26 mittels elektrostatischer Kraft gedrückt. Dieses Druck-Bonding einer Metallschicht an ein Glassubstrat ist als "Anoden-Bonding" bekannt. Die Randabschnitte der Folie 14a, die die streifenförmigen Abschnitte verbinden, werden dann abgeschnitten. Die diskreten Elektroden 14 werden dadurch teilweise in der wannenähnlichen Rille 26h und teilweise auf dem flachen Abschnitt des Substrats 26 bereitgestellt.
In dem Fall, in dem die diskreten Elektroden 14 dünner sein müssen, als sie bei Verarbeitung von Metallfolie gebildet werden können, werden sie durch Bilden eines Metallfilms durch Sputtern auf einen Film aus beispielsweise Polyimid und dann durch Mustern des so gebildeten Metallfilms hergestellt. Auf diese Art und Weise wird der Metallfilm an dem Polyimidfilm fixiert. Somit ist er in seiner Vollständigkeit in Streifen bemustert, ohne die Notwendigkeit, die Randabschnitte zurückzulassen. Trotzdem ist der Metallfilm bemustert, wobei parallele längliche Schlitze gebildet werden, und seine Randabschnitte werden abgeschnitten, nachdem die streifenförmigen Abschnitte an dem Glassubstrat durch Bonden gebondet wurden und der Polyimidfilm weggeätzt wurde.
Ein weiteres Verfahren zum Bilden der diskreten Elektroden 14 auf dem Substrat 26 wird mit Bezug auf 75A bis 75F erläutert. Zuerst wird, wie in 75A gezeigt, eine Lichtabschirmungsmaske 101 vorbereitet. Die Maske 101 ist aus einem Harzfilm 102 hergestellt, der ausgestaltet ist, einen Metallfilm in diskrete Elektroden 14 zu bemustern. Dann wird, wie in 75B gezeigt ist, die Maske 101 gebogen, wodurch ein Ausbeulungsabschnitt gebildet wird, der in die wannenähnliche Rille 26h des Substrats 26 passen wird. Die Lichtabschirmungsmaske 101 wird mit dem in der Rille 26h eingepassten Ausbeulungsabschnitt angebracht, wie in 75C gezeigt ist. Als nächstes wird, wie in 75D gezeigt, ein Metallfilm 103 auf dem Substrat 26 mittels Sputtern gebildet, und ein Resist 104 wird auf dem Metallfilm 102 schleuderbeschichtet.
Ferner wird, wie in 75E gezeigt ist, die Maske 101 auf dem Resist 104 angebracht, wobei der Ausbeulungsabschnitt mit der Rille 26a des Substrats 26 ausgerichtet ist. Der Resist wird mit Licht belichtet, und selektives Ätzen wird auf dem Metallfilm 103 durchgeführt. Als Ergebnis werden die diskreten Elektroden 14 in der Rille 26h und auf dem Substrat 26 mit hoher Genauigkeit ausgebildet, wie in 75F dargestellt ist.
Mit der Ausführungsform 9 ist es einfach, U-förmige piezoelektrische Elemente auszubilden, in dem eine piezoelektrische Schicht auf dem Substrat 26 gebildet wird, nachdem die diskreten Elektroden teilweise in der wannenähnlichen Rille 26h des Substrats 26 ausgebildet wurden. Außerdem können die diskreten Elektroden mit hoher Genauigkeit entweder durch Bonden der bemusterten Metallfolie in der Rille 27h durch Anodenbonding oder durch Einpassen des Ausbeulungsabschnitts der bemusterten Maske 101 in die wannenähnliche Rille 27h gebildet werden. Die mit hoher Genauigkeit gebildeten diskreten Elektroden dienen dazu, Bilder mit einer Auflösung so hoch wie Hunderte von dpi aufzuzeichnen.
(Ausführungsform 10)
76A und 76B sind eine Schnittansicht und eine Draufsicht eines bei der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 10 der Erfindung verwendeten Tintenstrahlkopfs. Wie in 76A gezeigt ist, umfasst der Tintenstrahlkopf ein flaches Substrat 26 und ein auf dem Substrat 26 angebrachtes piezoelektrisches Elementarray 10. Das Array 10 umfasst eine piezoelektrische Schicht 13, eine auf einer Oberfläche der Schicht 13 bereitgestellte gemeinsame Elektrode 12 und auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Schicht 13 bereitgestellte diskrete Elektroden 14. Jede diskrete Elektrode 14 weist eine in ihrer oberen Oberfläche ausgeführte U-Rille auf. Die gemeinsame Elektrode 12 und die piezoelektrische Schicht 13, die in der U-Rille angeordnet sind, sind ebenfalls U-förmig.
Die diskreten Elektroden 14 wurden durch abwechselndes Kombinieren von plattenförmigen Leitern 106 und plattenförmigen Isolatoren 107, wobei ein rechteckiger Block 95 gebildet wurde, und durch Bilden einer wannenähnlichen Rille 95a in der oberen Oberfläche des Blocks 95, wie in 77 gezeigt ist, ausgebildet. Die piezoelektrische Schicht 13 ist in der Rille 95a angebracht, und die gemeinsame Elektrode 12 wird auf der Schicht 13 platziert, wodurch das Array 10 bereitgestellt wird. Der Block 95 ist auf dem Substrat 26 befestigt. Die piezoelektrische Schicht 13 ist aus einem piezoelektrischen Material, wie beispielsweise ZnO (Zinkoxid), PZT (Bleizirkontitanat) oder PT (Bleititanat) hergestellt, das mittels eines Dünnfilm-Bildungsprozesses, wie beispielsweise Sputtern, gebildet wird. Die gemeinsame Elektrode 12 wurde durch Sputtern von Metall auf die piezoelektrische Schicht 13 gebildet. Falls notwendig, wird eine akustische Anpassungsschicht oder eine wasserdichte Beschichtung auf der gemeinsamen Elektrode 12 bereitgestellt.
Wie in 76A gezeigt ist, sind die Enden der plattenförmigen Leiter 106 (d.h. diskrete Elektroden 14) durch Bonddrähte 91h mit auf dem Substrat 26 bereitgestellten Elektroden 91 verbunden. Die Elektroden 91 sind mit einem Treiber-IC (nicht gezeigt) verbunden, das auf dem Substrat 26 angebracht ist.
Ein Verfahren zum Bilden des Blocks 95 mit der Rille 95a wird mit Bezug auf 77A und 77B erläutert. Zuerst werden, wie in 77A gezeigt ist, die Leiter 106 (z.B. 35 μm dick) und die Isolatoren 107 (z.B. 4 μm dick), die jeweils wie eine Platte geformt sind, abwechselnd gegenüberliegend angeordnet und zusammen mit einem Klebemittel gebondet, womit ein Block gebildet wird. Somit sind die Leiter 106 (d.h. diskrete Elektroden 14) mit der Beabstandung von 40 μm angeordnet. Der Block wird in einen länglichen Block 95 geschnitten, der beispielsweise 10 mm breit und 1 mm dick ist. Eine wannenähnliche Rille 95a wird in einer Oberfläche des Blocks 95 ausgebildet. Die Rille 95a erstreckt sich in der gleichen Richtung, wie die Leiter 106 und die Isolatoren 107 gegenüberliegend angeordnet sind. Der Boden der Rille 95a weist einen Krümmungsradius von beispielsweise 4 mm auf.
Der somit gebildete Block 95 wird auf das Substrat 26 platziert und an diesem befestigt, wie in 76A und 76B gezeigt ist. Die piezoelektrische Schicht 13 wird in der wannenähnlichen Rille des Substrats 26 ausgebildet. Falls notwendig, wird die obere Oberfläche jedes Leiters 106 plattiert, um die Kristalle der Schicht 13 zu orientieren und das Drahtbonding des Leiters 106 mit der Elektrode 91 zu ermöglichen. Schließlich wird die gemeinsame Elektrode 12 auf der piezoelektrischen Schicht 13 ausgebildet.
Der oben beschriebene Block 95 kann durch anisotropes Ätzen von Silizium gebildet werden. Genauer gesagt wird ein elektrisch leitendes Siliziumsubstrat, das direkt an einem Glassubstrat gebondet ist, anisotrop geätzt, wobei tiefe schmale parallele Rillen gebildet werden. Aufgrund der Rillen wird das Siliziumsubstrat in eine Mehrzahl von plattenförmigen Leitern aufgeteilt. Die Rillen werden mit isolierendem Harz gefüllt, womit plattenförmige Isolatoren gebildet werden. Die Leiter und die Isolatoren, die abwechselnd gegenüberliegend angeordnet sind, bilden einen Block. Der Block wird mechanisch verarbeitet, um eine wannenähnliche Rille in seiner oberen Oberfläche aufzuweisen.
Wie oben beschrieben ist, werden die diskreten Elektroden des bei der Ausführungsform 10 verwendeten Tintenstrahlkopfs ausgebildet, indem Leiter und Isolatoren abwechselnd gegenüberliegend angeordnet werden, die jeweils wie eine Platte geformt werden, wobei sie zusammen gebondet werden und ein länglicher Block gebildet wird, und indem eine wannenähnlichen Rille in der oberen Oberfläche des Blocks mechanisch ausgebildet wird. Die diskreten Elektroden werden daher mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von Mikronen gebildet. Ausgestattet mit hochgenauen diskreten Elektroden kann der Tintenstrahlkopf Bilder mit einer Auflösung so hoch wie Hunderte von dpi aufzeichnen.
(Ausführungsform 11)
Der bei einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 11 der Erfindung aufgenommene Aufzeichnungskopfabschnitt wird beschrieben. Der Aufzeichnungskopfabschnitt ist in der Struktur dem Aufzeichnungskopfabschnitt (46) von Ausführungsform 5-1 ähnlich. Er unterscheidet sich nur in dem piezoelektrischen Elementarray und in der Verbindung zwischen dem Array und der Treiberschaltung.
78 zeigt die diskreten Elektroden 14 des piezoelektrischen Elementarrays 10. Wie aus 78 ersichtlich ist, sind alle diskreten Elektroden mit Ausnahme der Elektroden 14₁ und 14₂ an jedem Ende mit den Treibersignalquellen S1 bis Si verbunden, die in der Treiberschaltung 21 bereitgestellt werden. Die Treiberschaltung 21 umfasst Verzögerungsschaltungen, die in 78 nicht gezeigt sind. Mit anderen Worten treibt die Treiberschaltung 21 nicht die Elektroden 14₁ und 14₂ an jedem Ende des Arrays 10. Diese diskreten Elektroden werden auf das gleiche Potential wie die gemeinsame Elektrode (nicht gezeigt), z.B. auf das Massepotential, gesetzt.
Die Ausführungsform 10 wird nämlich dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der piezoelektrischen Elemente des Arrays 10, die an den Enden des Arrays 10 angeordnet sind und keine Ultraschallstrahlen emittieren, nicht dazu dienen, Tintentröpfchen zu spritzen. Diese Elemente helfen, die durchschnittliche kapazitive Last für die piezoelektrischen Elemente zu verringern, die dazu dienen, Tintentröpfchen zu spritzen. Außerdem werden die akustischen Kopplungen der durch die Treiberschaltung 21 angetriebenen Elemente bemittelt, da die zugeordneten diskreten Elektroden in regelmäßigen Intervallen gegenüberliegend angeordnet sind. Als ein Ergebnis davon ist Übersprechrauschen weit geringer als bei dem Aufzeichnungskopfabschnitt der herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung.
Dieser Vorteil wird ausführlicher mit Bezug auf 79A und 79B beschrieben.
Wie in 79A gezeigt ist, ist nicht nur die kapazitive Last C1 zwischen der gemeinsamen Elektrode 12 und jeder diskreten Elektrode 14, sondern ebenfalls die kapazitive Last C2 zwischen beliebigen zwei benachbarten diskreten Elektroden 14 in dem piezoelektrischen Elementarray 10 vorhanden. Ein mit dem in 79A gezeigten Array 10 identisches piezoelektrisches Elementarray wurde hergestellt und angetrieben. Das an einem Ende des Arrays angeordnete Element Ta hatte eine kapazitive Last, die ungefähr 13% geringer als die des an dem anderen Ende angeordneten Elements Tb war. Die kapazitive Last C2 wird berechnet, um etwa ein Fünftel (1/5) der kapazitiven Last C1 zu sein. Je geringer die Beabstandung der diskreten Elektroden 14 ist, desto größer ist die Differenz zwischen den kapazitiven Lasten C1 und C2, und desto größer ist die Differenz zwischen den kapazitiven Lasten der Elemente Ta und Tb. Sogar wenn die Elemente Ta und Tb durch das gleiche Treibersignal angetrieben werden, werden sie unterschiedliches Übersprechrauschen erzeugen. Dieses Rauschen wird die Ultraschallwellen beeinflussen, die die Elemente Ta und Tb emittieren.
Wie sehr das piezoelektrischen Element jedes piezoelektrischen Arrays verformt wird, hängt von der an das piezoelektrische Element angelegten Treiberspannung und der Beanspruchung in dem piezoelektrischen Element ab. Wie in 79B gezeigt ist, ist das Element Ta zu einer Seite ziemlich anders als das an keinem der beiden Enden des piezoelektrischen Elementarrays angeordneten Elements Tb verformt. Die akustische Kopplung des Elements Ta beeinflusst die von den Elementen (einschließlich Tb) emittierten Ultraschallstrahlen, die durch die Treiberschaltung 21 angetrieben werden.
Der von einem beliebigen piezoelektrischen Element emittierte Ultraschallstrahl, das nahe dem Element Ta angeordnet ist, wird durch die Wand des Tintenbehälters reflektiert. Dies beeinträchtigt die Konvergenz der von den angetriebenen piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen.
Ein Tintenstrahlkopf, der dem Aufzeichnungskopfabschnitt (46) von Ausführungsform 5-1 ähnlich ist und ein piezoelektrisches Elementarray 10 des in 78 gezeigten Typs aufnimmt, wurde hergestellt. Alle piezoelektrischen Elemente, mit Ausnahme derjenigen, die an den Enden des Arrays 10 angeordnet sind, wurden wiederholt angetrieben, d.h. jedes Mal n Elemente, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wodurch eine Zeile von Punkten auf Aufzeichnungspapier gebildet wurde. Die Punkte waren in Größe und Tintenkonzentrationen sogar an den Endabschnitten der Zeile gleichmäßig.
Ein in 80 gezeigter herkömmlicher Tintenstrahlkopf wurde hergestellt und angetrieben, und zwar gleich mit dem Tintenstrahlkopf gemäß Ausführungsform 11. Wie aus 80 ersichtlich ist, wurden alle piezoelektrischen Elemente des herkömmlichen Tintenstrahlkopfs, einschließlich denen, die an den Enden des Arrays angeordnet sind, wiederholt angetrieben, jedes Mal n Elemente, wodurch eine Zeile von Punkten auf Aufzeichnungspapier gebildet wurde. Die die Endabschnitte der Zeile bildenden Punkte waren weder gleichmäßig in der Tintenkonzentration noch mit dem Mittelabschnitt der Zeile ausgerichtet. Dies kann auf zwei Tatsachen zurückgeführt werden. Zuerst erzeugten die piezoelektrischen Elemente an den Enden des Arrays Übersprechrauschen, das von dem Übersprechrauschen unterschiedlich ist, das die anderen Elemente erzeugten, wie mit Bezug auf 79A und 79B erläutert wurde. Zweitens wurden die von den Elementen emittierten Ultraschallstrahlen durch die Wände 15a und 15b des Tintenbehälters reflektiert, wobei die Konvergenz der von den angetriebenen piezoelektrischen Elementen emittierten Ultraschallstrahlen beeinträchtigt wurde.
Bei der Ausführungsform 11 ist die Anzahl von piezoelektrischen Elementen, die an einem der beiden Enden des Arrays 10 angeordnet ist und nicht angetrieben wird, optional. Außerdem kann die Anzahl von Elementen, die an einem Ende des Arrays 10 angeordnet sind und nicht angetrieben werden, entweder gleich oder unterschiedlich der Anzahl von Elementen sein, die an dem anderen Ende des Arrays 10 angeordnet sind und nicht angetrieben werden. Weiterhin können Drähte mit den Elementen, die an einem der beiden Enden des Arrays 10 angeordnet sind und nicht angetrieben werden, für einen bestimmten Zweck verbunden sein.
Außerdem können, wie in 81 dargestellt, die Rillen 22 in einer Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 13 geschnitten werden, um den Einfluss der akustischen Kopplung der piezoelektrischen Elemente zu minimieren. Die durch die Treibersignalquellen S1 bis Si erzeugten Treibersignale können von jedem Typ sein, der die piezoelektrischen Elemente antreiben kann, so dass die von den Elementen emittierten Ultraschallstrahlen an einem Punkt konvergieren können.
Bei der Ausführungsform 11 kann das Übersprechrauschen und die akustische Kopplung jedes piezoelektrischen Elements ohne weiteres verringert werden, da die gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elemente das gleiche Übersprechrauschen und die gleiche akustische Kopplung aufweisen. Die Treiberschaltung kann eine mit einer einfachen Struktur sein, und die Konvergenz der Ultraschallstrahlen, die von den gleichzeitig angetriebenen piezoelektrischen Elementen emittiert werden, wird sehr wenig von dem Ultraschallstrahl beeinflusst, der von den Elementen emittiert und von den Wänden des Tintenbehälters reflektiert wird.

Claims

Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen eines Bilds auf einem Aufzeichnungsmedium, indem ein Tintentröpfchen von einer Oberfläche einer Tinte durch den Druck eines Ultraschallstrahls geschossen wird, mit: einem Ultraschall erzeugenden Elementarray (10), das eine Mehrzahl von Ultraschallelementen (14) aufweist, die in einem Array zum Emittieren von Ultraschallstrahlen angeordnet sind; einem Treibermittel (21) zum Anlegen einer Mehrzahl von Impulsen mit unterschiedlichen Phasen, um konvergierende Ultraschallstrahlen durch Interferieren der Mehrzahl von Ultraschallstrahlen miteinander zu erhalten, die von den Ultraschall erzeugenden Elementen emittiert werden; und einem Konvergenzmittel (11–14, 16) zum Konvergieren der Mehrzahl von Ultraschallstrahlen in einer Richtung senkrecht zu der Arrayrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvergenzmittel (11–14, 16) ein Mittel zum Auswählen von Gruppen einer vorbestimmten Anzahl von Ultraschall erzeugenden Elementen aus dem Ultraschall erzeugenden Elementarray (10), die gleichzeitig zu treiben sind, wobei eine erste Ultraschall erzeugende Elementgruppe ein oder mehrere der Mehrzahl von Ultraschall erzeugenden Elemente aufweist, die an einer Mitte in der Arrayrichtung der Ultraschall erzeugenden Elementgruppen angeordnet sind, die gleichzeitig zu treiben sind, und wobei eine zweite Ultraschall erzeugende Elementgruppe ein oder mehrere der Mehrzahl von Ultraschall erzeugenden Elementen aufweist, die an beiden Seiten in der Arrayrichtung der ersten Ultraschall erzeugenden Elementgruppe angeordnet sind, und zum Zuführen von Zweiphasen-Treibersignalen entgegengesetzter Phasen an die ersten und zweiten Ultraschall erzeugenden Elementgruppen umfasst.
Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Konvergenzmittel die Zweiphasen-Treibersignale entgegengesetzter Phasen an die ersten und zweiten Ultraschall erzeugenden Elementgruppen liefert und dann die Position der Ultraschall erzeugenden Elementgruppen verschiebt und den Treibersignal-Zufuhrvorgang wiederholt.