DE69605161T2

DE69605161T2 - Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, Tintenstrahlpatrone und Verfahren zum Zusammenbau der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit

Info

Publication number: DE69605161T2
Application number: DE69605161T
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Hanaoka; Atsushi Nishioka; Kazuhiko Sato; Tsutomu Yamazaki
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2016-08-21
Also published as: KR100208924B1; US5874971A; US6074036A; DE69605161D1; KR970010118A; CN1149535A; EP0759362B1; TW346452B; EP0759362A3; EP0759362A2; HK1014251A1; US5997125A; CN1079742C

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen einen Tintenstrahldrucker und insbesondere eine Tintenstrahlkopfverbindungseinheit zum Verbinden eines Tintenstrahlkopfs mit einem Tintenversorgungsweg oder einem Tintenreservoir für die Lieferung von Tinte an den Tintenstrahlkopf.
EP-A-0 585 615 offenbart einen Aufbau zum lösbaren Anbringen eines Tintenstrahlkopfs an einer Tintenpatrone. Bei diesem Stand der Technik ist ein zylindrisches Element, das ein Tintenversorgungsrohr bildet, einstückig mit dem Tintenstrahlkopf gebildet. Die Tintenpatrone weist ein entsprechendes zylindrisches Element oder eine Aussparung auf, das/die für die Aufnahme des Tintenversorgungsrohrs des Tintenstrahlkopfs gebildet ist. Die zerlegbare Verbindung zwischen dem Tintenstrahlkopf und der Tintenpatrone ist mittels eine O-Rings gedichtet.
US-A-4,500,895 offenbart eine Einwegtintenstrahlpatrone, die einen Tintenstrahlkopf (Kopfelement), ein Tintenreservoir, eine Verbindungseinheit, welche den Tintenstrahlkopf mit dem Tintenreservoir verbindet, und ein Außengehäuse für das Tintenreservoir aufweist. Der Tintenstrahlkopf weist ein plattenförmiges Glas- oder Keramiksubstrat auf. Ein erstes Zufuhrloch durchsetzt das Substrat, um den Fluß von Tinte von der Reservoirseite zu einer Tintenausstoßseite des Substrats zu ermöglichen. Die Verbindungseinheit ist eine als Kunststoff-Formstück ausgebildete Stützplatte. Das Substrat ist durch einen Kunststoff in einer Öffnung, die an der Vorderseite in der Stützplatte gebildet ist, befestigt und abgedichtet. Das Tintenreservoir ist durch Klebverbindung an der Rückseite der Stützplatte befestigt und abgedichtet. Ein zweites Zufuhrloch durchsetzt die Stützplatte, um den Fluß von Tinte vom Tintenreservoir zur Vorderseite der Stützplatte zu ermöglichen. Im zusammengebauten Zustand weisen das erste und das zweite Zufuhrloch einen Abstand zueinander auf und sind durch eine Nut verbunden, die am Grund der Öffnung an der Vorderseite in der Stützplatte gebildet ist.
Bei diesem Stand der Technik muß ein dünner Film Klebstoff auf eine oder beide der gegenüberliegenden Flächen des Substrats und die Unterseite der Öffnung in der Stützplatte aufgebracht werden, um den Tintenstrahlkopf an der Stützplatte zu befestigen. Es ist jedoch schwierig, einen derartigen dünnen Film Klebstoff gleichmäßig aufzutragen. Wenn die Klebstoffmenge zu groß ist, fließt der Klebstoff in den Tintenversorgungsweg, der durch das erste und das zweite Zufuhrloch und die diese verbindende Nut gebildet ist. Dies verstopft den Kapillarversorgungsweg und behindert oder unterbindet sogar die Tintenversorgung für den Tintenstrahlkopf. Andererseits werden, wenn die Menge an Klebstoff nicht ausreicht, Spalte zwischen den zu klebenden Flächen gebildet, was die Möglichkeit des Leckens von Tinte aus den Spalten eröffnet. Außerdem können, da die Fläche, auf die der Klebstoff aufgetragen wurde, während des Zusammenbaus freiliegt, Fremdstoffe wie beispielsweise Staub anhaften, was ein weiterer möglicher Grund für die Bildung von Spalten zwischen den zu klebenden Flächen darstellt.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die vorgenannten Probleme zu lösen, und ihre Aufgabe liegt darin, eine Tintenstrahlkopfverbindungseinheit zum Verbinden eines Kopfelements mit einer Tintenversorgung mittels eines Klebstoffs ohne jegliche Gefahr des Auslaufens von Tinte oder des Verstopfens eines Tintenversorgungswegs zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Tintenpatrone unter Verwendung einer derartigen Tintenstrahlkopfverbindungseinheit zu schaffen. Ferner besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Zusammenbau einer derartigen Tintenstrahlkopfverbindungseinheit zu schaffen.
Diese Aufgaben werden mit einer Tintenstrahlkopfverbindungseinheit gemäß Anspruch 1, einer Tintenstrahlpatrone gemäß Anspruch 8 bzw. Verfahren gemäß den Ansprüchen 9 und 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Wenn die Tintenstrahlkopfverbindungseinheit so aufgebaut ist, kann ein Klebstoff beispielsweise unter Verwendung einer Hypodermnadel durch das Einspritzloch eingespritzt werden, während das Kopfelement im Gehäuseelement positioniert ist. In diesem Fall füllt der Klebstoff zuerst den absichtlich zwischen dem Kopfelement und dem Gehäuseelement gebildeten Hohlraum aus und läuft dann weiter, um den Spalt zwischen dem Kopfelement und dem Gehäuseelement ausreichend zu füllen, wodurch der das Kopfelement und das Gehäuseelement verbindende Tintenversorgungsweg nach außen hin abgedichtet wird. Da der Klebstoff von außen in das Gehäuse eingespritzt wird und während des Zusammenbauprozesses nicht freiliegt, wird der Zusammenbau extrem einfach. Die vorliegende Erfindung beseitigt Klebefehler vollständig, die während des Zusammenbaus unter Verwendung eines Klebstoffs aufgrund von Staubanhaftung immer ein Problem waren.
Wenn eine Öffnung im Gehäuseelement gebildet ist, ist die Versorgungsöffnung am Grund der Öffnung vorgesehen, und die zweite Fläche des Kopfelements ist an diese Öffnung angepaßt, das Kopfelement kann einfach bezüglich des Gehäuseelements positioniert werden, bevor diese Elemente durch Einspritzen eines Klebstoffs in den Hohlraum verbunden werden, der zwischen dem Kopfelement und dem Gehäuseelement gebildet ist. Daher ist die Gehäuse-Düse-Positionierungsgenauigkeit im Vergleich zum Stand der Technik verbessert.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung, die ein erstes und ein zweites Gehäuseteil als Gehäuseelement verwendet, kann, da die Seiten des Kopfelements vom zweiten Gehäuseteil geklemmt werden, eine Düse des Kopfelements selbst dann präzise bezüglich des Gehäuseelements positioniert werden, wenn das Kopfelement die Form eines flachen Quaders aufweist und die Düse sowie die Tinteneinlaßöffnung an Endflächen des Quaders gebildet sind.
Wie oben erläutert, vermeidet die Tintenstrahlkopfverbindungseinheit der Erfindung das Problem, daß Klebstoff in den Tintenversorgungsweg für den Tintenstrahlkopf fließt und den Tintenversorgungsweg verstopft.
Die Erfindung vermeidet auch das Problem eines Tintenlecks, das ansonsten durch eine fehlerhafte Verbindung verursacht werden könnte, die durch eine ungleichmäßige Klebstoffbeschichtung oder eine Staubanhaftung an die mit Klebstoff beschichtete Fläche während des Zusammenbauprozesses hervorgerufen werden könnte.
Außerdem ist der Zusammenbau extrem einfach, da die Flächen zum Kleben der Elemente, welche die Tintenstrahlkopfverbindungseinheit oder die Tintenstrahlpatrone bilden, während des Zusammenbauprozesses nicht freiliegen.
Die Erfindung ermöglicht es, eine kostengünstige Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, die insgesamt sehr zuverlässig und leicht zu verbinden ist, sowie eine mit einer derartigen Einheit ausgestattete Tintenstrahlpatrone zu schaffen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung, die eine erste Ausführungsform der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit gemäß der Erfindung in Anwendung bei einer Tintenstrahlpatrone zeigt;
Fig. 2 eine Vorderansicht der in Fig. 1 gezeigten Tintenstrahlpatrone;
Fig. 3 eine Teilquerschnittsansicht der in Fig. 2 gezeigten Tintenstrahlpatrone;
Fig. 4 den Zustand, in dem die Klebstoffnut 48 bei der in Fig. 1 gezeigten Tintenstrahlpatrone mit Klebstoff gefüllt worden ist;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Kopfelements in der Ausführungsform der Erfindung in Explosionsdarstellung;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht des in Fig. 5 gezeigten Kopfelements;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung, die eine zweite Ausführungsform der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit gemäß der Erfindung in Anwendung bei einer Tintenstrahlpatrone zeigt;
Fig. 8 eine Teilquerschnittsansicht der in Fig. 7 gezeigten Tintenstrahlpatrone;
Fig. 9 den Zustand, in dem die Klebstoffnut 248 bei der in Fig. 7 gezeigten Tintenstrahlpatrone mit einem Klebstoff gefüllt worden ist; und
Fig. 10 eine Querschnittsansicht, die eine dritte Ausführungsform der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit gemäß der Erfindung in Anwendung bei einer Tintenstrahlpatrone zeigt.

Erste Ausführungsform

Die Tintenstrahlkopfverbindungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezug auf die Fig. 1 bis 6 ausführlich beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung, welche die Tintenstrahlkopfverbindungseinheit in Anwendung bei einer Tintenstrahlpatrone zeigt, Fig. 2 ist eine Vorderansicht der zusammengebauten Tintenstrahlpatrone, gesehen von der Düsenseite, und Fig. 3 ist ein Teilquerschnitt (längs A-A in Fig. 2) der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, die Teil der Tintenstrahlpatrone ist. Obwohl die Erfindung in dieser und den folgenden Ausführungsformen unter Bezug auf eine Tintenstrahlpatrone erläutert ist, kann die Erfindung auch bei einer beliebigen anderen Tintenstrahlkopfverbindungseinheit eingesetzt werden, die Tinte an einen Tintenstrahlkopf liefert.
Die Tintenstrahlpatrone umfaßt die Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, welche ein Gehäuseelement, das ein erstes Gehäuseteil (nachstehend als "Kopfgehäuse 40" bezeichnet) und ein zweites Gehäuseteil (nachstehend als "Düsengehäuse 30" bezeichnet) enthält, und ein Kopfelement 10 aufweist, und eine Tintenversorgungseinheit, welche einen Tintenbeutel 50 und ein Tintengehäuse 60 umfaßt.
Das Düsengehäuse 30 ist aus einem Harz wie beispielsweise AS, ABS oder PSF (Polysulfon) hergestellt. Eine Düsenplatte 31, die mit einer Öffnung 31a versehen ist, durch welche eine Düse 4 sichtbar ist, wenn das Kopfelement 10 montiert ist, ist in der Mitte des Düsengehäuses 30 vorgesehen.
Eine vorspringende Wand 36 zur Bildung einer Klebstoffnut (nachstehend zu beschreiben) ist am äußeren Umfang der Öffnung auf der Rückseite des Düsengehäuses 30 gebildet. Zwei Stifte 33 für den Anschluß an das Kopfgehäuse 40 sind auf der Rückseite des Düsengehäuses 30 gebildet (in Fig. 1 ist nur ein Stift 33 sichtbar). Eine Klebstoffeinspritzöffnung 34 ist unten an der Vorderseite des Düsengehäuses 30 vorgesehen, und diese Klebstoffeinspritzöffnung 34 (in Fig. 2 gezeigt) ist mit der Klebstoffnut verbunden.
Das Kopfgehäuse 40 ist aus einem durchsichtigen Stoff wie beispielsweise PSF (Polysulfon), PC (Polycarbonat) oder ABS gebildet. Verbindungslöcher 43 sind an demjenigen Teil des Kopfgehäuses 40 gebildet, der dem Düsengehäuse 30 zugewandt ist (in Fig. 1 ist nur ein Loch 43 sichtbar). Die Stifte 33 des Düsengehäuses 30 werden in die Verbindungslöcher 43 eingepreßt, wodurch das Düsengehäuse 30 mit dem Kopfgehäuse 40 verbunden wird. Eine Öffnung 41, in welche die vorspringende Wand 36 des Düsengehäuses 30 eingesetzt wird, ist ungefähr in der Mitte des Kopfgehäuses 40 gebildet, und eine Ausnehmung 42 (in Fig. 3 gezeigt), welche die gleiche Form wie die Öffnung 31a des Düsengehäuses 30 aufweist, ist in der Mitte der Öffnung 41 vorgesehen. Die Ausnehmung 42 nimmt die Seite der Tinteneinlaßöffnung 27 des Kopfelements 10 auf.
Die Düse 4 ist an einem Ende des Kopfelements 10 gebildet, und die Tinteneinlaßöffnung 27 ist am anderen Ende gebildet. Eine FPC (flexible gedruckte Schaltung) 101 des Kopfelements 10 zum Senden von Signalen an Druckerzeugungselemente, die in einer Linie innerhalb des Kopfelements 10 positioniert sind, ist in eine Nut 49 des Kopfgehäuses 40 eingesetzt, und ein Anschlußbereich 102 der FPC ist an der Unterseite des Tintenbehälters 60 befestigt. Wenn eine Tintenpatrone auf einem Wagen (in den Figuren nicht gezeigt) montiert ist, werden der im Wagen vorgesehene Anschluß und der Anschluß 102 der FPC elektrisch angeschlossen.
Nach dem Zusammenbau ist das Düsengehäuse 30 mit dem Kopfgehäuse 40 verbunden, in dem das Kopfelement 10 aufgenommen ist. Gemäß Fig. 3 ist ein Paar Klauen 37 zum Klemmen des Kopfelements 10 innerhalb der vorspringenden Wand 36 des Düsengehäues 30 vorgesehen. Die Klauen 37 pressen das Kopfelement 10 an die Unterseite der Ausnehmung 42 des Kopfgehäuses. Als Folge bildet die Fläche des Kopfelements 10 auf der Seite der Tinteneinlaßöffnung 27 eine dichte Verbindung mit der Unterseite der Ausnehmung 42 des Kopfgehäuses 40, und das Kopfelement 10 ist innerhalb des Kopfgehäuses 40 gelagert, wobei die Tinteneinlaßöffnung 27 des Kopfelements 10 mit einer Tintenversorgungsöffnung (in der Figur nicht gezeigt) verbunden ist, die am Grund der Ausnehmung des Kopfgehäuses 40 vorgesehen ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt, bilden die Öffnung 1 des Kopfgehäuses 40 und die vorspringende Wand 36 des Düsengehäuses 30 einen Hohlraum (Klebstoffnut 48) um den gesamten äußeren Umfang nahe der Tinteneinlaßöffnung 27 des Kopfelements 10 innerhalb des angeschlossenen Gehäuseelements herum. Das Düsengehäuse 30 ist mit einer Klebstoffeinspritzöffnung 34 und einem Einspritzrohr 35 versehen, und ein mit einer Hypodermnadel versehener Spender wird beispielsweise dazu verwendet, einen Klebstoff von der Einspritzöffnung 34 durch das Einspritzrohr 35 in die Klebstoffnut 48 einzuspritzen. Auf diese Weise wird der Bereich um die Einlaßöffnung 27 des Tintenstrahlkopfs 10 durch den Klebstoff abgedichtet und das Kopfelement 10 an dem Gehäuseelement befestigt. Gleichzeitig werden das Kopfgehäuse 10 und das Düsengehäuse 10 mittels des Klebstoffs aneinander befestigt.
Fig. 4 zeigt den Zustand, in dem die Klebstoffnut 48 mit einem Klebstoff gefüllt ist. Der Teil (die Klebstoffnut 48), der mit einem Klebstoff gefüllt wird, ist in Fig. 4 schraffiert gezeigt. Wie ersichtlich, umgibt der Klebstoff das Kopfelement 10. Der Klebstoff, der in die Klebstoffnut 48 eingespritzt wird, wird durch Kapillarwirkung in den Spalt zwischen dem Kopfelement 10 und dem Kopfgehäuse 40 innerhalb der Ausnehmung 42 geleitet und gleichmäßig verteilt.
Da jedoch, wie oben erläutert, das Kopfelement 10 von den Klauen 37 so gelagert ist, daß die Fläche des Kopfelements 10 auf der Seite der Tinteneinlaßöffnung 27 eine dichte Verbindung mit der Unterseite der Ausnehmung 42 des Kopfgehäuses 40 hält, während die Tinteneinlaßöffnung 27 und der Tintenversorgungsweg 57 verbunden sind, dringt der Klebstoff nur in den zwischen den zwei Flächen gebildeten kleinen Spalt durch und tritt nicht in die Tinteneinlaßöffnung 27 oder den Tintenzufuhrweg 57 ein.
Die auf diese Weise zusammengebaute Tintenstrahlkopfverbindungseinheit schafft eine vollständige Verbindung von der Tintenversorgungseinheit zur Düse 4. In anderen Worten wird die Tinte, die vom Tintenversorgungsrohr 47 geliefert wird, welches auf der Rückseite des Kopfgehäuses 40 gebildet ist, über einen Gehäusehohlraum 56 des Kopfgehäuses 40 an die Tinteneinlaßöffnung 27 des Tintenstrahlkopfs 10 geliefert, ohne in andere Bereiche auszulaufen oder von überschüssigem Klebstoff behindert zu werden, und wird als Tintentröpfchen 104 aus der Düse 4 ausgestoßen, wenn die Druckerzeugungselemente innerhalb des Kopfelements 10 aktiviert werden.
Bei der auf diese Weise aufgebauten Tintenstrahlkopfverbindungseinheit liefert das einfache Einspritzen einer spezifizierten Menge an Klebstoff durch eine Einspritzöffnung eine hervorragende Verbindung zwischen dem Kopfelement 10 und dem Kopfgehäuse 40, welches das Kopfelement hält und Tinte an es liefert. Als Folge wird eine starke, stabile und nicht leckende Verbindung erzielt. Die Anzahl an Öffnungen zum Einspritzen des Klebstoffs ist übrigens nicht auf Eins beschränkt und kann nach Maßgabe der Länge, Form etc. der Klebstoffnut auf eine geeignete Anzahl erhöht werden.
Eine Tintenfüllöffnung 44 ist oben an der Vorderseite des Kopfgehäuses 40 vorgesehen. Die Tintenfüllöffnung 44 ist mittels eines Einpreßstöpsels 47 ständig verschlossen, außer wenn gerade Tinte in die Tintenpatrone geladen wird. Der Stöpsel 47 ist beispielsweise aus Nylon hergestellt, um zu verhindern, daß Fremdstoffe wie beispielsweise Splitter oder. Späne aus dem Stöpsel 47 in die Tinte eingebracht werden, wenn der Stöpsel 47 eingefügt wird. Ein weiches Harz wie beispielsweise Polyimid oder eine Metallkugel können ebenfalls verwendet werden. Ein Tintenversorgungsrohr 58 (in Fig. 3 gezeigt) ist auf der Rückseite des Kopfgehäuses 40 gebildet, und ein Filter 55 (in Fig. 3 gezeigt) ist auf dessen Öffnung thermogeschweißt. Außerdem sind mehrere Stifte 45 zum Verbinden des Kopfgehäuses mit dem Tintenbehälter 60 auf der Rückseite des Kopfgehäuses 40 vorgesehen.
Der Tintenbeutel 50 ist beispielsweise aus Butylkautschuk hergestellt, und seine Spitze besteht aus einer kreisförmigen Öffnung 51, wie in Fig. 1 gezeigt, und eine Dichtung 52 ist um die Öffnung 51 herum vorgesehen. Diese Dichtung 52 bildet eine Abdichtstruktur, indem sie zwischen dem Kopfgehäuse 40 und dem Tintengehäuse 60 eingeklemmt wird.
Um zu verhindern, daß während eines Bereitschaftszustands, bei dem kein Drucken erfolgt, oder wenn die Tintenpatrone aus dem Drucker entfernt wird und in Ruhe gelassen wird, Tinte aus der Düse 4 einer Tintenpatrone ausläuft, ist es erforderlich, ständig (Unter-) Druck auszuüben, um Tinte vom Kopfelement 10 zurück in den innerhalb der Tintenpatrone 100 gebildeten Tintenweg zu saugen. Bei dieser Ausführungsform wird der Unterdruck durch die Federeigenschaft oder Formwiederherstellungseigenschaft des Tintenbeutels 50 geliefert.
Das Tintengehäuse 60 ist wie das Kopfgehäuse 40 aus einem durchsichtigen Material wie beispielsweise PSF (Polysulfon), PC (Polycarbonat) oder ABS hergestellt. Eine Öffnung 61 ist an derjenigen Seite des Tintengehäuses 60 gebildet, die dem Kopfgehäuse 40 zugewandt ist und den Tintenbeutel 50 aufnimmt. Ferner ist eine Mehrzahl von Verbindungslöchern 62 gebildet, und Stifte 45 des Kopfgehäuses 40 werden in diese Löcher eingepreßt, wodurch das Kopfgehäuse 40 und das Tintengehäuse 60 verbunden werden.
Ein Beispiel eines Kopfelements 10, das mittels der oben beschriebenen Tintenstrahlkopfverbindungseinheit verbunden werden kann, ist nachstehend unter Bezug auf die Fig. 5 und 6 ausführlich erläutert. Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Kopfelements 10 und eines Teils des Kopfgehäuses 40. Fig. 6 ist ein Querschnitt des Kopfelements, der seinen Tintenversorgungsweg darstellt.
Das Kopfelement 10 dieser Ausführungsform ist aus drei Substraten 1, 2, 3 aufgebaut, die übereinandergeschichtet und in nachstehend beschriebener Weise aufgebaut sind. Ein erstes Substrat 1 ist zwischen einem zweiten und einem dritten Substrat 2 bzw. 3 angeordnet und aus einem Siliciumwafer hergestellt. Mehrere Düsenlöcher (insgesamt als "Düse 4" in diesem Text bezeichnet) sind zwischen dem ersten und dem dritten Substrat mittels entsprechenden Nuten gebildet, die an der oberen Fläche des ersten Substrats 1 so vorgesehen sind, daß sie sich im wesentlichen parallel zueinander und mit gleichen Abständen voneinander von einer Kante des Substrats aus erstrecken. Das Ende jeder dieser Nuten gegenüber jener Kante mündet in eine jeweilige Ausstoßkammer 6. Ferner sind mehrere Ausstoßkammern 6, Öffnungen 7, ein gemeinsamer Tintenbehälter 8 und eine Tinteneinlaßöffnung 27 zwischen dem ersten und dem dritten Substrat mittels entsprechender Nuten oder Aussparungen an der oberen Fläche des ersten Substrats 1 gebildet. Im zusammengebauten Zustand bilden die Nuten und Aussparungen jeweilige Tintenflußdurchgänge derart, daß die Tinteneinlaßöffnung 27 über den durch eine große Aussparung gebildeten gemeinsamen Tintenbehälter 8, durch schmale Nuten gebildete Öffnungen 7 und die Ausstoßkammern 6 mit den Düsenlöchern in Verbindung steht.
Bei dieser Ausführungsform sind elektrostatische Aktuatoren zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat als die obengenannten Druckerzeugungselemente gebildet. Die Unterseite jeder Ausstoßkammer 6 umfaßt eine Membran 5, die einstückig mit dem ersten Substrat 1 gebildet ist. Eine gemeinsame Elektrode 17 ist am ersten Substrat 1 vorgesehen.
Borsilikatglas, wie beispielsweise Pyrex-Glas, wird für das zweite Substrat 2 verwendet, das an die Unterseite des ersten Substrats 1 geklebt ist. Einzelelektroden 21 sind am Grund der Aussparung 15 des zweiten Substrats 2 durch Sputtern von ITO bis auf eine Dicke von 0,1 mm in einem Muster gebildet, das im wesentlichen mit der Form der Membranen 5 übereinstimmt. Jede der Einzelelektroden 21 umfaßt ein Zuleitungselement 22 und ein Anschlußelement 23.
Die Aussparung 15 zur Aufnahme einer jeweiligen Einzelelektrode 21 ist an der oberen Fläche des zweiten Substrats 2 vorgesehen. Durch Kleben des zweiten Substrats 2 an das erste Substrat 1 werden Schwingungskammern 9 geschaffen, die an den Positionen der Aussparungen 15 zwischen jeder Membran 5 und der entsprechenden Einzelelektrode 21 ihr gegenüber gebildet sind.
Wie beim zweiten Substrat 2 wird Borsilikatglas für das dritte Substrat 3 verwendet, das an die obere Fläche des ersten Substrats 1 geklebt ist. Das Kleben des dritten Substrats 3 an das erste Substrat 1 vervollständigt die Bildung der Düsenlöcher, Ausstoßkammern 6, Öffnungen 7, des gemeinsamen Tintenbehälters 8 und der Tinteneinlaßöffnung 27.
Wenn die Tintenstrahlpatrone mit dem in oben beschriebener Weise gebildeten Kopfelement 10 verwendet wird, sind die gemeinsame Elektrode 17 und die Einzelelektroden 21 über die FPC 101 mit einer Treiberschaltung 80 verbunden, wie in Fig. 6 gezeigt. Tinte 103 wird über die Tinteneinlaßöffnung 27 an das Kopfelement 10 geliefert und füllt den gemeinsamen Tintenbehälter 8, die Ausstoßkammern 6, etc.
Wenn durch die Treiberschaltung 80 Spannung zwischen die gemeinsame Elektrode 17 und eine Einzelelektrode 21 angelegt wird, wird der elektrostatische Aktuator, der aus der Membran 5 und der Einzelelektrode 21 besteht, die einander an einem spezifizierten Spalt gegenüberliegen, geladen, und die erzeugte resultierende elektrostatische Kraft lenkt die Membran 5 zur Einzelelektrode 21 aus. Als Folge wird der Druck innerhalb der Ausstoßkammer 6 reduziert, was Tinte aus dem gemeinsamen Tintenbehälter 8 in die Ausstoßkammer 6 saugt. Wenn danach das Laden beendet wird und die im elektrostatischen Aktuator angesammelte Ladung plötzlich entladen wird, bringt die elastische Kraft der Membran die Membran 5 in ihre ursprüngliche Form zurück. Während dieses Prozesses steigt der Druck innerhalb der Ausstoßkammer 6 schlagartig an, wodurch ein Tintentröpfchen 104 durch das jeweilige Düsenloch auf Aufzeichnungspapier 105 ausgestoßen wird.

Zweite Ausführungsform

Die Tintenstrahlkopfverbindungseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezug auf die Fig. 7 bis 9 ausführlich erläutert. Die Elemente in den Fig. 7 bis 9, die jenen in den Fig. 1 bis 6 entsprechen, sind durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung, welche die bei einer Tintenstrahlpatrone eingesetzte Tintenstrahlkopfverbindungseinheit zeigt. Fig. 8 ist ein Teilquerschnitt der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, die Teil der Tintenstrahlpatrone ist.
Bei dieser Ausführungsform umfaßt die Tintenpatrone die Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, die aus einem Gehäuseelement (nachstehend als "Kopfgehäuse 240" bezeichnet) und einem Kopfelement 210 sowie einer Tintenversorgungseinheit besteht, die aus einem Tintenbeutel 50 und einem Tintengehäuse 60 besteht.
Das Kopfgehäuse 240 ist aus einem durchsichtigen Material wie beispielsweise PSF (Polysulfon), PC (Polycarbonat) oder ABS hergestellt. Eine Öffnung 241, in welche das Kopfelement 210 einzusetzen ist, ist etwa in der Mitte der Vorderseite des Kopfgehäuses 240 gebildet. Ein Aussparungsbereich 243 zur Bildung eines Hohlraums für die Aufnahme von Klebstoff, wie nachstehend beschrieben, und eine Tintenversorgungsaussparung 257 (nachstehend als "Tintenversorgungsöffnung" bezeichnet) zur Lieferung von Tinte an das Kopfelement (die Tinte an mehrere Tinteneinlaßöffnungen 227 verteilt, die später erläutert werden) sind am Grund der Öffnung 241 vorgesehen. Die mit dem Aussparungsbereich 243 verbundene Klebstoffeinspritzöffnung 234 ist in der Rückseite des Kopfgehäuses 240 vorgesehen. Klauen 237 zum Klemmen des Kopfelements 210 sind an den die Öffnung 241 umgebenden Seitenwänden vorgesehen und dienen dazu, während des Einführens des Kopfelements 210 das Kopfelement 210 bezüglich des Kopfgehäuses 240 zu positionieren und dann das Kopfelement 210 innerhalb des Kopfgehäuses 240 zu haltern.
Das Kopfelement 210 dieser Ausführungsform ist aus drei Substraten 201, 202, 203 hergestellt, die übereinandergeschichtet sind. Ein erstes Substrat 201 ist zwischen einem zweiten und einem dritten Substrat 202 bzw. 203 angeordnet und aus einem Siliciumwafer hergestellt. Mehrere Ausstoßkammern 206, Öffnungen 207 und ein gemeinsamer Tintenbehälter 208 sind zwischen dem ersten und dem dritten Substrat mittels entsprechender Nuten oder Aussparungen gebildet, die in der oberen Fläche des ersten Substrats 201 vorgesehen sind.
Elektrostatische Aktuatoren sind zwischen dem ersten Substrat 201 und dem zweiten Substrat 202 gebildet. Die Unterseite jeder Ausstoßkammer 206 umfaßt eine Membran 205, die einstückig mit dem ersten Substrat 201 gebildet ist. Eine gemeinsame Elektrode (nicht gezeigt) ist am ersten Substrat 201 vorgesehen. Borsilikatglas, wie beispielsweise Pyrex-Glas, wird für das zweite Substrat 202 verwendet, das auf die Unterseite des ersten Substrats 201 geklebt ist. Einzelelektroden 221 sind am Grund einer Aussparung 215 des zweiten Substrats 202 durch Sputtern von ITO gebildet. Die Aussparung 215 für die Aufnahme einer jeweiligen Einzelelektrode 221 ist an der oberen Fläche des zweiten Substrats 202 vorgesehen. Durch Kleben des zweiten Substrats 202 an das erste Substrat 201 werden Schwingungskammern 209 geschaffen, die an den Positionen der Aussparungen 215 zwischen jeder Membran 205 an der entsprechenden Einzelelektrode 221 ihr gegenüber gebildet sind.
Wie beim ersten Substrat 201 wird ein Siliciumwafer für das dritte Substrat (Düsenplatte) 203 verwendet, das an die obere Fläche des ersten Substrats 201 geklebt ist. Mehrere Düsenlöcher 204, deren jedes einer jeweiligen Ausstoßkammer 206 entspricht, sind im dritten Substrat 203 gebildet. Das Kleben des dritten Substrats 203 an das erste Substrat 201 vervollständigt die Bildung der Ausstoßkammern 206, der Öffnungen 207 und des Tintenbehälters 208. Tinteneinlaßöffnungen 227 sind im ersten und im zweiten Substrat 201, 202 so gebildet, daß sie in den Tintenbehälter 208 münden. Im zusammengebauten Zustand der Tintenstrahlpatrone sind die Tinteneinlaßöffnungen 227 mit der Tintenversorgungsöffnung 257 des Kopfgehäuses 240 verbunden.
Wie oben erläutert, ist bei dieser zweiten Ausführungsform die Düse (Düsenlöcher 204) in der oberen Fläche des Kopfelements 210 vorgesehen, und Tinteneinlaßöffnungen 227 sind an dessen unterer Fläche vorgesehen. Die zweite Ausführungsform ist daher für ein Kopfelement vom sogenannten Flächenausstoßtyp geeignet, welches sich von dem bei der ersten Ausführungsform verwendeten Kopfelement vom Randausstoßtyp unterscheidet.
Ein Anschlußbereich 212 einer FPC 211 des Kopfelements 210 zum Senden von Signalen an die Druckerzeugungselemente (elektrostatische Aktuatoren in dieser Ausführungsform), die in einer Linie innerhalb des Kopfelements 210 positioniert sind, ist an der unteren Fläche des Tintengehäuses 60 befestigt. Das Montieren der Tintenpatrone an einem Wagen (in der Figur nicht gezeigt) schließt den am Wagen vorgesehenen Anschluß mit dem Anschluß 212 der FPC elektrisch an.
Wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt, bilden der am Grund der Öffnung 241 vorgesehene Aussparungsbereich 243 und die untere Fläche des Kopfelements 210 einen ringförmigen Hohlraum (Klebstoffnut 248) längs des gesamten Außenumfangs nahe der Tintenversorgungsöffnung 257 des Kopfgehäuses 240. Das Kopfgehäuse 240 ist mit einer Klebstoffeinspritzöffnung 234 und einem Einspritzrohr 235 versehen, und beispielsweise ein mit einer Hypodermnadel versehener Spender wird dazu verwendet, einen Klebstoff von der Einspritzöffnung 234 durch das Einspritzrohr 235 in die Klebstoffnut 248 einzuspritzen. Auf diese Weise wird der Bereich um die Tintenversorgungsöffnung 257 des Kopfgehäuses 240 durch den Klebstoff abgedichtet und das Kopfelement 210 am Kopfgehäuse 240 befestigt.
Fig. 9 ist eine Vorderansicht aus der Richtung der Düse, die den Zustand zeigt, in dem die Klebstoffnut 248 mit einem Klebstoff gefüllt worden ist. Der Bereich (die Klebstoffnut 248), der mit einem Klebstoff gefüllt wird, ist in Fig. 9 schraffiert dargestellt. Wie ersichtlich ist, umgibt der Klebstoff den äußeren Umfang der Tintenversorgungsöffnung 257 des Kopfgehäuses 240. Der in die Einspritzöffnung 234 eingespritzte Klebstoff wird durch Kapillarwirkung in die Klebstoffnut 248, d. h. den Spalt zwischen dem Kopfelement 210 und dem Kopfgehäuse 240, geführt und gleichmäßig verteilt.
Durch Verwendung eines Werkzeugs (in der Figur nicht gezeigt), um während des Klebstoffeinspritzens einen geeigneten Druck auf die Fläche des Kopfelements auszuüben, wo die Düsenlöcher 204 gebildet sind, ist es möglich, die Fläche des Kopfelements auf der Seite der Tinteneinlaßöffnung 227 dicht mit der unteren Fläche der Öffnung 241 zu verbinden und damit zu verhindern, daß Klebstoff in die Einlaßöffnung 227 oder die Tintenversorgungsöffnung 257 eintritt.
Die auf diese Weise zusammengebaute Tintenstrahlkopfverbindungseinheit liefert eine komplette Verbindung von der Tintenversorgungseinheit zur Düse (Düsenlöcher 204). Mit anderen Worten wird die von dem an der Rückseite des Kopfgehäuses 240 gebildeten Tintenversorgungsrohr 247 gelieferte Tinte zur Einlaßöffnung 227 des Kopfelements 210 geliefert, unter Durchlaufen eines Filters 255 und über die Tintenversorgungsöffnung 257, ohne in andere Bereiche auszulaufen oder von überschüssigem Klebstoff behindert zu werden, und wird als Tintentröpfchen 214 aus den Düsenlöchern 204 ausgestoßen, wenn Druckerzeugungselemente innerhalb des Kopfelements 210 aktiviert werden.
Bei der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit dieser Ausführungsform liefert wie bei der ersten Ausführungsform das einfache Einspritzen einer spezifizierten Menge an Klebstoff durch eine oder mehrere Einspritzöffnungen (bei den Ausführungsformen wird nur eine verwendet) eine hervorragende Verbindung zwischen dem Kopfelement 210 und dem Kopfgehäuse 240, welches das Kopfelement hält und Tinte liefert. Als Folge wird eine starke, stabile und nicht leckende Klebeverbindung erhalten.

Dritte Ausführungsform

Fig. 10 ist ein Querschnitt ähnlich wie Fig. 8, der eine dritte Ausführungsform der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit der Erfindung zeigt. Der einzige Unterschied zwischen der zweiten und der dritten Ausführungsform liegt darin, daß in letzterem Fall die Klebstoffeinspritzöffnung auf der Seite des Kopfelements vorgesehen ist, während sie im ersteren Fall auf der Seite des Kopfge häuses vorgesehen ist. Wie in Fig. 10 gezeigt, sind die Klebstoffeinspritzöffnung 334 und das sie mit der Klebstoffnut 348 verbindende Einspritzrohr 335 nahe dem Rand des Kopfelements 13 vorgesehen. Die mit der dritten Ausführungsform erzielte Wirkung ist gleich wie diejenige der zweiten Ausführungsform.
Sowohl bei der zweiten als auch bei der dritten Ausführungsform, die in den Fig. 7 bis 10 gezeigt sind, ist der Aussparungsbereich zur Bildung der Klebstoffnut am Grund der Öffnung 241 im Kopfgehäuse 240 vorgesehen. Er kann statt dessen in der unteren Fläche des Kopfelements 210 vorgesehen sein, oder sowohl die untere Fläche des Kopfelements 210 als auch die Unterseite der Öffnung 241 können jeweils einen Aussparungsbereich aufweisen, die einander entsprechen.
Es ist festzuhalten, daß die elektrostatischen Aktuatoren nur als Beispiel für Druckerzeugungselemente beschrieben wurden. Andere mögliche Beispiele, die für eine Tintenstrahlkopfverbindungseinheit oder eine Tintenstrahlpatrone gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind piezoelektrische Elemente und sogenannte elektrothermische Wandlerelemente.

Bevorzugte Klebstoffeigenschaften

Der folgende Abschnitt beschreibt bevorzugte Eigenschaften und Längenausdehnungskoeffizienten der Stoffe zur Verwendung bei der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit der Erfindung.

(1) Stoffe für das Gehäuseelement

Stoff Längenausdehnungskoeffizient (/ºC)
PSF (Polysulfon) 5,5 · 10&supmin;&sup5;
ABS 8,0 · 10&supmin;&sup5;

(2) Stoffe für das Kopfelement

Stoff Längenausdehnungskoeffizient (/ºC)
Borsilikatglas 3,25 · 10&supmin;&sup8;
Si (Silicium) 2,33 · 10&supmin;&sup6;
Wenn das Kopfelement und das Gehäuseelement zusammengesetzt sind, ragt Klebstoff in einen Bereich, wo er mit Tinte direkt in Kontakt kommt. Da der Klebstoff an einigen Stellen in direkten Kontakt mit Tinte kommt, muß er eine hervorragende Tintenwiderstandsfähigkeit und Gasundurchlässigkeit aufweisen. Wärmehärtende Epoxitklebstoffe erfüllen im allgemeinen diese Anforderungen an die Eigenschaften.
Wenn jedoch ein Stoff mit geringer Zugbeanspruchbarkeit, wie beispielsweise Borsilikatglas, bei dem Kopfelement verwendet wird, wird das Kopfelement aufgrund des Unterschieds der Wärmeausdehnung an der Verbindung mit dem Kopfelement einer Beanspruchung ausgesetzt, und es können Risse im Kopfelement resultieren. Wenn ein Klebstoff, der nach dem Aushärten einen kleinen Elastizitätsmodul besitzt, wie beispielsweise ein modifiziertes Siliciumharz, zusammen mit einem derartigen Stoff niedriger Zugbeanspruchbarkeit verwendet wird, treten die vorgenannten Risse nicht auf. Dies ist der Fall, weil der weiche Klebstoff die vom Unterschied der Wärmeausdehnung des Kopfelements und des Gehäuseelements bewirkte Beanspruchung reduziert. Ausführliche Experimente haben gezeigt, daß Klebstoffe, die einen Elastizitätsmodul nach dem Aushärten von 35,3 · 10&sup5; N/m² (36,0 kgf/mm²) oder weniger besitzen, verhindern, daß Risse in einem Kopfelement auftreten, welches Sorsilikatglas verwendet. Wenn der Klebstoff nach dem Aushärten zu weich ist, kann dies dazu führen, daß sich das Kopfelement und das Gehäuseelement nach dem Zusammenbau relativ zueinander verschieben, weshalb der Elastizitätsmodul nach dem Aushärten vorzugsweise mindestens 1 N/m² beträgt.

Claims

1. Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, umfassend:

ein Kopfelement (10; 210) mit einer ersten Fläche, in der eine oder mehrere Tintenausstoßöffnungen (4; 204) gebildet sind, und einer zweiten Fläche, in der eine Tinteneinlaßöffnung (27; 227) gebildet ist,

ein Gehäuseelement (30, 40; 240) mit einer Versorgungsöffnung (57; 257) zum Liefern von Tinte an die Tinteneinlaßöffnung, und

eine Anordnung (41, 37; 241, 237) zum Positionieren des Kopfelements bezüglich des Gehäuseelements so, daß die Tinteneinlaßöffnung mit der Versorgungsöffnung ausgerichtet ist, wobei das Kopfelement (10; 210y mittels eines Klebstoffs am Gehäuseelement (30, 40; 240) befestigt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Aussparung (48; 248) in zumindest einer von zwei einander gegenüberliegenden Flächen des Kopfelements (10; 210) und des Gehäuseelements (30, 40; 240) so gebildet ist, daß ein Hohlraum zwischen ihnen geschaffen wird,

ein mit dem Hohlraum verbundenes Klebstoffeinspritzloch (34, 35; 234, 235; 334, 335) in dem Kopfelement (10; 210) oder dem Gehäuseelement (30, 40; 240) gebildet ist, und das Kopfelement (10; 210) mittels in den Hohlraum eingefüllten Klebstoffs an dem Gehäuseelement (30, 40; 240) befestigt ist.

2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionieranordnung eine Öffnung (241) umfaßt, die in dem Gehäuseelement (240) vorgesehen und ausgebildet ist, um das Kopfelement in sich aufzunehmen, wobei die Versorgungsöffnung (257) am Grund der Öffnung gebildet ist.

3. Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Öffnung (241) in etwa gleich der Größe der zweiten Fläche des Kopfelements (210) ist.

4. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseelement (30, 40) ein erstes und ein zweites Gehäuseteil umfaßt, das erste Gehäuseteil (40) eine erste Öffnung (41) zur Aufnahme des zweiten Gehäuseteils (30) in sich aufweist, wobei die Versorgungsöffnung (57) am Grund der ersten Öffnung (41) gebildet ist,

die Aussparung (48) dadurch gebildet ist, daß die Länge, um die zweite Gehäuseteil (30) in die erste Öffnung (41) hineinragt, kleiner als die Tiefe der ersten Öffnung ist,

die Positionieranordnung eine zweite Öffnung (31a) umfaßt, welche den zweiten Gehäuseteil (30) durchdringt und ausgebildet ist, um das Kopfelement (10) so aufzunehmen, daß die zweite Fläche des Kopfelements am Grund der ersten Öffnung (41) anliegt, und

das Klebstoffeinspritzloch (34, 35) im ersten oder im zweiten Gehäuseteil (30, 40) gebildet ist.

5. Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung (42) am Grund der ersten Öffnung (41) gebildet ist, die Versorgungsöffnung (57) am Grund der Ausnehmung gebildet ist, die Form der Ausnehmung (42) in etwa gleich derjenigen der zweiten Öffnung (31a) ist und die zweite Fläche des Kopfelements in der Ausnehmung positioniert ist.

6. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul des Klebstoffs nach dem Aushärten zwischen 1 N/m² und 35,3 · 10&sup5; N/m² liegt.

7. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionieranordnung des weiteren Klauen (37; 237), die an den Seitenwänden der Öffnung (31a; 241) vorgesehen sind, welche für die Aufnahme des Kopfelements (10; 210) in sich ausgebildet ist, zum Klemmen der Seiten des Kopfelements aufweist.

8. Tintenstrahlpatrone, die ein Tintenreservoir (50, 60) und eine Tintenstrahlkopfverbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, bei der die Versorgungsöffnung (57) des Gehäuseelements (30, 40) in Verbindung mit dem Tintenreservoir steht.

9. Verfahren zum Zusammenbau der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, die in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Positionieren des Kopfelements (10; 210) an dem Gehäuseelement (40; 240) so, daß die Einlaßöffnung (27; 227) und die Versorgungsöffnung (57; 257) verbunden sind,

b) Einspritzen eines Klebstoffs in den Hohlraum (48; 248), der zwischen dem Kopfelement und dem Gehäuseelement gebildet ist, durch das Klebstoffeinspritzloch (34, 35; 234, 235; 334, 335), und

c) Aushärten des Klebstoffs.

10. Verfahren zum Zusammenbau der Tintenstrahlkopfverbindungseinheit, die in einem der Ansprüche 4 bis 7 definiert ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a1) Einsetzen des Kopfelements (10) in die erste Öffnung (41) des ersten Gehäuseteils (40) derart, daß die Einlaßöffnung (27) und die Versorgungsöffnung (57) verbunden sind,

a2) Aufsetzen des zweiten Gehäuseteils (30) mit der zweiten Öffnung (31a) um die Außenseite des Kopfelements herum und Pressen desselben in Richtung auf das erste Gehäuseteil (40) zu, so daß es in das erste Gehäuseteil eingepreßt wird,

b) Einspritzen eines Klebstoffs durch das Klebstoffeinspritzloch (34, 35) in den Hohlraum (48), der zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil gebildet ist und das Kopfelement umgibt, und

c) Aushärten des Klebstoffs.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hypodermnadel zum Einspritzen des Klebstoffs durch das Klebstoffeinspritzloch in den Hohlraum verwendet wird.