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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Tintenstrahldruckkopf zum Ausbilden eines Bilds auf einem
Aufzeichnungsmedium durch Ausstoßen von Tintentröpfchen auf
das Aufzeichnungsmedium.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
auch ein Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahldruckkopfs. Ein
Tintenstrahldruckkopf, der beispielsweise piezoelektrische Elemente
als Druckaufbringsystem verwendet, hat eine Durchgangseinheit. Die
Durchgangseinheit wird gebildet durch Anordnen einer einen Durchgang
bildenden Platte und einer elastischen Platte in geschichteter Art
und Weise auf einer Düsenplatte,
die mehrere Düsenöffnungen
hat, und dann wird die Durchgangseinheit an einem Gehäuse angebracht
oder daran befestigt. Die einen Durchgang bildende Platte hat Trennwände, die
Druckerzeugungskammern definieren, die mit den jeweiligen Düsenöffnungen
kommunizieren sollen, eine gemeinsame Tintenkammer zum Aufbewahren
von zu den Druckerzeugungskammern zuzuführender Tinte, Tintenzuführbereiche,
die die gemeinsame Tintenkammer mit den Druckerzeugungskammern in
Verbindung setzen, und so weiter. Die Düsenplatte ist mit einer der
Oberflächen
der einen Durchgang bildenden Platte verbunden, während eine
elastische Platte mit der anderen Oberfläche dieser Platte verbunden ist,
wodurch die Durchgangseinheit gebildet wird. Piezoelektrische Elemente
sind fest auf der Seite des Gehäuses
angeordnet, so dass sie in ihrer Position mit den jeweiligen Druckerzeugungskammern übereinstimmen.
Durch Anbringen der Durchgangseinheit an dem Gehäuse wird jedes der piezoelektrischen Elemente
in Kontakt mit einem entsprechenden Teil der elastischen Platte
gebracht und daran befestigt, wo sich eine entsprechende Druckerzeugungskammer
befindet. Der so ausgebaute Kopf arbeitet wie folgt: Tinte wird
aus der gemeinsamen Tintenkammer in die Druckerzeugungskammern geleitet.
Jedes piezoelektrische Element drückt, wenn es angetrieben wird,
die elastische Platte, um den Druck innerhalb der jeweiligen Druckerzeugungskammer
zu vergrößern, so
dass ein Tintentröpfchen
aus der entsprechenden Düsenöffnung unter
Verwendung des angestiegenen Drucks ausgestoßen wird.
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Die elastische Platte hat typischerweise
die Form einer zweilagigen Struktur aus einer Hochpolymerfolie von
2 bis 10 um, beispielsweise einer PPS (Polyphenylen-Sulfit) Folie
oder einer Polyimidfolie, und einer Platte aus restfreiem Stahl
mit einigen Zehntel Mikrometern. Durch Unterziehen des Rohlings
der zweischichtigen Struktur einem Fotoätzvorgang wird ein Bereich
der rostfreien Stahlplatte, der in seiner Position der gemeinsamen
Tintenkammer entspricht, entfernt, während Bereiche der rostfreien Stahlplatte,
die in ihrer Position den piezoelektrischen Elementen entsprechen.
verbleiben. Die verbleibenden Bereiche der rostfreien Stahlplatte
dienen als dicke Bereiche, mit welchen die jeweiligen piezoelektrischen
Elemente fest in Kontakt gebracht werden. Der Grund, warum der Bereich
der rostfreien Platte, der in seiner Position der gemeinsamen Tintenkammer
entspricht, entfernt wird, um die Hochpolymerfolie freizulegen,
ist, eine möglicher
Weise zwischen benachbarten Düsen
auftretende Quervernetzung zu verhindern und auch eine Variation
in der Druckdichte zu vermeiden.
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Das Ansteigen des Drucks innerhalb
einer Druckerzeugungskammer durch die Druckwirkung eines piezoelektrischen
Elements verursacht nicht nur das Ausstoßen eines Tintentröpfchens
aus einer entsprechenden Düsenöffnung,
sondern auch einen Tintenstrahlstrom (d. h. einen Rückstrom)
von der Druckerzeugungskammer durch den Tintenzuführbereich
hindurch zu der gemeinsamen Tintenkammer. Demzufolge tritt eine
Druckveränderung
innerhalb der gemeinsamen Tintenkammer auf, die den internen Druck
einer benachbarten Druckerzeugungskammer beeinflusst und dadurch
die Ausstoßeigenschaften
einer benachbarten Düse
verändert.
Um eine solche Quervernetzung zu vermeiden, wird eine Hochpolymerfolie,
die als elastische Folie dient, verwendet, um die gemeinsame Tintenkammer
abzudichten (d. h. die gemeinsame Tintenkammer ist zumindest teilweise
mittels der elastischen Hochpolymerfolie definiert), um die Nachgiebigkeit
der gemeinsamen Tintenkammer zu steigern. Diese Anordnung kann eine
Druckvariation absorbieren, die innerhalb der gemeinsamen Tintenkammer
aufgrund des oben erwähnten
Tintenstrahlstroms auftritt.
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Wenn die Anzahl der Ausstoßdüsen und
die Ausstoßfrequenz
abrupt variieren, variiert auch eine Durchflussgeschwindigkeit der
Tinte in abrupter Art und Weise. Daher wird eine Druckwelle innerhalb
des Tintenzuführbereichs
durch die Wasserschlagwirkung erzeugt. Diese Druckwelle setzt sich
auch von der gemeinsamen Tintenkammer zu den Druckerzeugungskammern über den
Tintenzuführbereich fort,
und beeinträchtigt
die Ausstoßeigenschaften
der Düsen.
Das heißt,
die Variation der Druckdichte tritt abhängig von Frequenzzyklen der
Druckwelle auf. Um die Druckdichte zu stabilisieren, wird die Hochpolymerfolie
verwendet, um die gemeinsamen Tintenkammer abzudichten und die Nachgiebigkeit
der gemeinsamen Tintenkammer zu steigern, wodurch eine Druckvariation
innerhalb der gemeinsamen Tintenkammer aufgrund der Druckwelle absorbiert
wird und die Variation der Tintendurchflussgeschwindigkeit aufgefangen
wird.
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Es ist jedoch festgestellt worden,
dass der Tintenstrahldruckkopf in der Praxis eine größere Nachgiebigkeit
der gemeinsamen Tintenkammer erfordert, um die Quervernetzung und
die Variation der Druckdichte vollständig zu verhindern.
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Die Hochpolymerfolie aus PPS oder ähnlichem
wird eher als eine Metallplatte als die elastische Folie verwendet,
weil da Hochpolymermaterial die elastische Folie dünner machen
kann auf einfachere Art und Weise und mehr Nachgiebigkeit bieten kann.
Ein linearer Expansionskoeffizient der Hochpolymerfolie ist jedoch
größer als
der des Siliziumwafers, der die einen Durchgang bildende Platte
ausmacht, oder der der rostfreien Platte, die den Dickenbereich
der elastischen Platte ausmacht. Daher wirkt eine Spannung auf die
Hochpolymerfolie ein, wenn die Temperatur auf die Raumtemperatur
abfällt, nachdem
das Nachbacken durchgeführt
worden ist, anschließend
an die Trockenfolienentwicklung während des Fotoätzvorgangs,
oder nachdem die einen Durchgang bildende Platte mit der elastischen
Platte bei hoher Temperatur verbunden worden ist. Die meisten Hochpolymerfolien
haben außerdem
die Eigenschaft, dass sie nicht in ihre ursprüngliche Größe zurückkehren, wenn sie einmal bei
einer vorbestimmten Temperatur oder einer höheren Temperatur geschrumpft
sind. Es wird angenommen, dass diese Eigenschaften der Hochpolymerfolie
eine Spannung erzeugen, die auf die Hochpolymerfolie einwirkt und auch
dort verbleibt, nachdem die Hochpolymerfolie verbunden worden ist,
was die Nachgiebigkeit absenkt und so die Quervernetzung und die
Variation der Druckdichte erzeugt. Aus diesem Grund wird in Betracht
gezogen, dass es, um eine vorbestimmte Nachgiebigkeit sicherzustellen,
notwendig ist, die Größe der gemeinsamen
Tintenkammer zu steigern.
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Die Steigerung der Größe der gemeinsamen Tintenkammer
führt zu
einem Anstieg der Größe des Kopfes.
Dies ist problematisch beim Steigern der Aufzeichnungsgeschwindigkeit
und beim Reduzieren der gesamten Größe einer Aufzeichnungsvorrichtung.
Insbesondere im Fall des Kopfes mit mehreren Düsenfeldern, die Farben für den Farbdruck
entsprechen, hängt
die Größe des gesamten
Kopfes stark von der Breite der gemeinsamen Tintenkammer ab. In
dieser Hinsicht ist eine Steigerung der Größe der gemeinsamen Tintenkammer
nicht wünschenswert.
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Genauer gesagt beinhaltet der Herstellvorgang
für die
Durchgangseinheit, der einen Verbindungsschritt beinhaltet, zumindest
einen Schritt, der eine Temperatur von 100°C oder mehr erfordert. In diesem
Fall schrumpft die Hochpolymerfolie um ungefähr 1%.
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Das Experiment und die Analyse, die
die Erfinder durchgeführt
haben, zeigten die folgenden Tatsachen. Um die Variation der Druckdichte
zu verhindern, ist es notwendig, dass ein maximaler erlaubter Druck
innerhalb der gemeinsamen Tintenkammer 2000 Pa oder weniger beträgt. Die
Bewertung wurde durchgeführt
mit einer Nachgiebigkeit der gemeinsamen Tintenkammer bei 2000 Pa
als Bezugswert. Bei 2000 Pa ist eine Nachgiebigkeit, die in einem
angenommenen Zustand erhalten wird, wo keine 1%-ige Schrumpfung
der Hochpolymerfolie erzeugt wird, ungefähr 16 mal so groß wie ein
Nachgiebigkeitswert, der erhalten wird, wenn die 1%-ige Schrumpfung
erzeugt wird. Um eine 16-fache Nachgiebigkeit in einem Zustand sicherzustellen,
in welchem die Hochpolymerfolie um 1% schrumpft, muss nun die Breite der
gemeinsamen Tintenkammer um ungefähr das 2,5-fache vergrößert werden,
da die Nachgiebigkeit ungefähr
proportional zur dritten Potenz der Breite der gemeinsamen Tintenkammer
ist.
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Gemäß
EP 0 657 289 A wird ein Tintenstrahldruckkopf
mit einer Vibrationsplatte vorgesehen, bei welcher ein Inselbereich
sowie drei dicke Wandbereiche ausgeformt sind. Ein dünner Wandbereich,
der von dem ersten, dem zweiten und dem dritten dicken Wandbereich
umgeben ist, ist als Membranbereich definiert, der durch ein piezoelektrisches
Vibrationselement verformt werden kann.
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Gemäß
US 5 786 833 A sind ringförmige Nuten
in der hinteren Oberfläche
eines Vibrationsbretts ausgeformt und bilden so Inselbereiche.
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Gemäß
EP 0 819 523 A ist eine dünne Vibrationsplatte
vorgesehen, die mit einer Reihe von Nuten versehen ist.
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Schließlich offenbart
US 5 818 482 A eine Oszillationsplatte
mit unterschiedlichen Dicken, d. h. mit Membranbereichen mit einer
kleinsten Dicke, verbundenen Bereichen mit einer größten Dicke
und Entspannungsbereichen mit einer dazwischen liegenden Dicke.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
einen Tintenstrahldruckkopf zu schaffen, der eine Nachgiebigkeit
der gemeinsamen Tintenkammer steigern kann, ohne dass die Größe der gemeinsamen
Tintenkammer verändert
wird, und der eine Quervernetzung zwischen den benachbarten Düsen und
auch eine Variation der Druckdichte verhindern kann.
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Die vorliegende Erfindung schafft
eine Tintenstrahldruckkopf gemäß dem Anspruch
1, ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß dem Anspruch
12 sowie eine einen Durchgang bildende Einheit für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß dem Anspruch
15.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Tintenstrahldruckkopf zeigt.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Hauptbereich des in 1 gezeigten Kopfes
zeigt.
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3 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das gemeinsame Tintenkammern, Druck erzeugende Kammern
und ähnliches
zeigt.
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4 ist
eine Draufsicht, die eine elastische Platte zeigt, die an zwei lineare
Felder von Düsenöffnungen
angepasst ist, die mit ausgeschnittenen Bereichen ausgebildet ist,
und mit Balkenstrukturen, die in der Breite über ihre gesamte Länge gleichmäßig sind.
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5 ist
eine Draufsicht, die einen Teil einer anderen elastischen Platte
in einem Zustand zeigt, wo eine Balkenstruktur verformt ist.
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6 ist
eine Draufsicht, die einen Teil einer anderen elastischen Platte
zeigt, in welcher ausgeschnittene Bereiche ausgeformt sind, die
sich tief zu einem Seitenbandbereich hin erstrecken.
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7 ist
eine Draufsicht, die einen Teil einer anderen elastischen Platte
zeigt, bei welcher weiche elastische Bereiche an Stellen der Balkenstruktur ausgeformt
sind, die den kurzen Seiten der gemeinsamen Tintenkammer entsprechen.
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8 ist
eine Draufsicht, die eine andere elastische Platte zeigt, die an
fünf lineare
Felder von Düsenöffnungen
angepasst ist, wobei gemeinsame Tintenkammern Rücken an Rücken angeordnet sind und ein
Schlitz zwischen den benachbarten gemeinsamen Tintenkammern ausgeformt
ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Tintenstrahldruckkopf 2 (im
folgenden als Kopf bezeichnet) zeigt, bei welchem elektromechanische Übertragungselemente 1 wie
beispielsweise piezoelektrische Elemente als Druckerzeugungssystem verwendet
werden. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Hauptbereich des in 2 gezeigten
Kopfes zeigt.
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Wie in 1 dargestellt,
ist der Kopf 2 im allgemeinen wie folgt aufgebaut. Eine Druckerzeugungseinheit,
bei welcher die elektromechanischen Übertragungselemente 1 wie
ein Kamm angeordnet sind, ist in einen Unterbringungsraum 4 eines
kastenartigen Gehäuses 3 eingesetzt,
welches beispielsweise aus Plastik gemacht ist, und zwar durch eine der Öffnungen
des Gehäuses 3 hindurch
(erste Öffnung),
bis die Enden 1a der elektromechanischen Übertragungselemente 1 sich
bei der anderen der Öffnungen
des Gehäuses 3 (der
zweiten Öffnung) befinden.
Eine Durchgangseinheit 5 ist mit der Oberfläche (der
unteren Fläche)
der Seite des Gehäuses 3 verbunden,
wo die zweite Öffnung
ausgeformt ist. Die kammartigen Enden 1a der elektromechanischen Übertragungselemente 1 sind
in Kontakt mit jeweiligen vorbestimmten Bereichen der Durchgangseinheit 5 gebracht
und daran befestigt. In der Zeichnung ist die Bezugsziffer 6 ein
flexibles Kabel, und Ziffer 7 ist eine Befestigungsbasis
der Druckerzeugungseinheit.
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Die Durchgangseinheit 5 hat
einen solchen Aufbau, dass eine einen Durchgang bildende Platte 8 mittels
einer Düsenplatte 9 und
einer elastischen Platte 10 in einer geschichteten Art
und Weise sandwichartig angeordnet ist.
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Die Düsenplatte 9 hat die
Form einer Platte, in welcher mehrere Düsenöffnungen 11 ausgeformt sind,
die linear in Abständen
angeordnet sind, die einer Punktdichte entsprechen. In der vorliegenden Ausführungsform
sind zwei lineare Felder aus Düsenöffnungen 11 in
einer Düsenplatte 9 ausgeformt.
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Die auf eine Oberfläche der
Düsenplatte 9 zu schichtende
einen Durchgang bildende Platte 8 beinhaltet mehrere Druckkammern 13 und
zumindest eine lange und schmale gemeinsame Tintenkammer 15.
Die Druckkammern 13 kommunizieren mit den jeweiligen Düsenöffnungen 11 und
sind linear angeordnet, wobei benachbarte Druckkammern 13 durch eine
Trennwand 12 voneinander getrennt sind. In der vorliegenden
Ausführungsform
sind zwei lineare Felder der Druckkammern 13 vorgesehen,
wohingegen zwei gemeinsame Tintenkammern 15 für jeweilige Felder
vorgesehen sind, wie in 3 dargestellt.
Die gemeinsamen Tintenkammern 15 kommunizieren durch mehrere
Tintenzuführbereiche 14,
die ihrerseits jeweils mit zumindest einem Ende einer entsprechenden
Druckkammer 13 kommunizieren. In der Ausführungsform
wird ein Siliziumwafer einem Ätzvorgang
unterzogen, um die einen Durchgang bildende Platte 8 auszubilden,
die folgendes beinhaltet: ein Paar der langen und schmalen gemeinsamen Tintenkammern 15,
die bei einem vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sind; zwei
Felder der Druckkammern 13, wobei jedes Feld in einer längeren Seite einer
entsprechenden gemeinsamen Tintenkammer 15 länglich ist,
so dass die Druckkammern 13 abhängig von Abständen der
angeordneten Düsenöffnungen 11 vorgesehen
sind; und die Tintenzuführbereiche 14,
jeweils in Form einer Nut, die sich zwischen der zugehörigen gemeinsamen
Tintenkammer 15 und der entsprechenden Druckkammer 13 erstreckt.
Die Druckkammer 13 ist an ihrem einen Ende mit dem Tintenzuführbereich 14 verbunden,
wohingegen die Düsenöffnung 11 sich
an einer Position in der Nähe
des anderen, gegenüberliegenden
Endes der Druckkammern 13 befindet. Jede der gemeinsamen
Tintenkammern 15 dient dazu, in einer Tintenpatrone befindliche
Tinte in die Druckkammern 13 zu führen, und sie kommuniziert
im wesentlichen in der Mitte, in Längsrichtung gesehen, mit einer
Tintenzuführleitung 16.
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Die elastische Platte 10 ist
in der Ausführungsform
dazu ausgestaltet, normalerweise als Dichtplatte zu dienen, die
an der Oberfläche
der einen Durchgang bildenden Platte 8 gegenüber der Düsenplatte 9 anbringbar
ist, um zumindest eine Öffnung
jeder Druckkammer 13 abzudichten, und eine elastische Folie
(dünne
Folie 21), die an der gleichen Oberfläche der einen Durchgang bildenden
Platte 8, aber versetzt von der Dichtplatte anbringbar
ist, um zumindest eine Öffnung
jeder gemeinsamen Tintenkammer 15 abzudichten. Die elastische
Platte 10 hat die Form einer zweischichtigen Struktur aus
einer rostfreien Stahlplatte 20 und einer Hochpolymerfolie aus
PPS oder ähnlichem,
laminiert als elastische Folie 21 auf der rostfreien Platte 20.
Um die Dichtplatte und die elastische Folie durch die einzelne elastische Platte 10 integral
auszubilden, wird der Rohling der zweischichtigen Struktur dem Ätzvorgang
unterworfen. Das heißt,
ein Bereich der rostfreien Platte 20, der als Dichtplatte
dient, d. h. ein Bereich, der den Druckkammern 13 entspricht,
wird geätzt,
so dass dicke Bereiche (Inseln 22) verbleiben, um die elektromechanischen Übertragungselemente 1 aufzunehmen, wohingegen
ein Bereich der rostfreien Platte 20, der als elastische
Folie 21 dient, d. h. ein Bereich entsprechend der gemeinsamen
Tintenkammer 15, durch den Fotoätzvorgang entfernt wird, um
die elastische Folie 21 freizulegen.
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Eine Struktur der elastischen Platte 10 sowie ein
Verfahren zum Herstellung dieser Platte 10 werden genau
beschrieben.
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Die mit der einen Durchgang bildenden
Platte 8, in welcher zwei lineare Felder aus Druckkammern 13 ausgeformt
sind, zu verbindende elastische Platte 10 ist grundsätzlich so
aufgebaut, wie es in einer Draufsicht der 4 dargestellt ist. Kurze Seitenbereiche 23,
d. h. dicke Bereiche, erstrecken sich als die kürzeren Seitenbereiche der im
allgemeinen rechteckigen elastischen Platte 10. Ein mittlerer Bandbereich 24,
d. h. ein dicker Bereich, erstreckt sich so, dass er einen mittleren
Bereich eines kurzen Seitenbereichs 23 mit einem mittleren
Bereich des anderen kurzen Seitenbereichs 23 verbindet.
Seitenbandbereiche 25 sind auf jeweils gegenüberliegenden
Seiten bezüglich
des zentralen Bandbereichs 24 angeordnet, so dass sie sich
parallel zu dem mittleren Bandbereich 24 erstrecken und
die beiden kurzen Seitenbereiche 23 verbinden. Ein Raum
zwischen dem mittleren Bandbereich 24 und jedem der Seitenwandbereiche 25 ist
in der Länge
gleich der längeren
Seite jeder der Druckkammern 13. Inseln 22, d.
h. dicke Bereiche, sind zwischen dem mittleren Bandbereich 24 und
jedem der Seitenwandbereiche 25 ausgeformt, so dass sie
den jeweiligen Druckkammern 13 entsprechen. Balkenstrukturen 26,
d. h. dicke Bereiche, erstrecken sich als die längeren Seitenbereiche der im
allgemeinen rechteckigen elastischen Platte 10, so dass
sie die Umgebungen der Enden der kurzen Seitenbereiche 23 wie
dargestellt verbinden. Ringförmige
Tintenzuführleitungsanschlüsse 27 sind
im wesentlichen in den mittleren Bereichen der Balkenstrukturen 26 vorgesehen,
so dass sie einwärts
in Richtung des mittleren Bandbereichs 24 hervorstehen.
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Wenn die elastische Platte 10 mit
der einen Durchgang bildenden Platte 8 verbunden wird,
wird jeder der Seitenwandbereiche 25 mit dem inneren Kantenbereich
der entsprechenden gemeinsamen Tintenkammer 15 verbunden,
d. h. mit einem Bereich, der sich zwischen den Druckkammern 13 und der
entsprechenden gemeinsamen Tintenkammer 15 und den zugehörigen Druckkammern 12 befindet. Jede
der Balkenstrukturen 26 ist mit dem äußeren Kantenbereich der entsprechenden
gemeinsamen Tintenkammer 15 verbunden, d. h. mit einem
Bereich gegenüber
den Druckkammern 13 bezüglich
den gemeinsamen Tintenkammern 15. Die kurzen Seitenbereiche 23 sind
jeweils mit den Seitenkantenbereichen der gemeinsamen Tintenkammern 15 verbunden.
Demzufolge ist ein von dem Seitenbandbereich 25, der Balkenstruktur 26 sowie
den kurzen Seitenbereichen 23 umgebender Bereich ein Bereich;
der den gemeinsamen Tintenkammern entspricht, ausgebildet durch
den dünnen
Folienbereich (die elastische Folie 21), der die obere Öffnung der
gemeinsamen Tintenkammer 15 verschließt.
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Ein von dem mittleren Bandbereich 24,
dem Seitenbandbereich 25 und dem rechten und dem linken
kurzen Seitenbereich 23 umgebender Bereich dient als Dichtplatte
zum Abdichten einer der geöffneten
Oberflächen
jeder Druckkammer 13. Inseln 22 sind als dicke
Bereiche auf der Dichtplatte ausgeformt, während ein Bereich der Dichtplatte,
der die Inseln 22 umgibt, durch einen dünnen Folienbereich (elastische
Folie 21) gebildet wird.
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Von den Tintenzuführleitungsanschlüssen 27 umgebene
Flächen
und an den Enden der kurzen Seitenbereiche 23 befindliche
Positionieröffnungen 30 werden
als Durchgangsöffnungen
mit einem Druckbearbeitungsgerät
perforiert.
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Um die elastische Platte 10 herzustellen, wird
ein Laminiervorgang durchgeführt,
um eine PPS Folie als eine Hochpolymerfolie auf die rostfreie Platte 20 zu
laminieren, gefolgt von einem Fotoätzvorgang. Der Fotoätzvorgang
entfernt die unnötigen
Bereiche der rostfreien Platte 20 sowie die den gemeinsamen
Tintenkammern entsprechenden Bereiche, während er die dicken Bereiche
der kurzen Seitenbereiche 23, die Bereiche 24 und 25,
die Balkenstrukturen 26, die Inseln 22 und ähnliches
belässt.
Dieser Fotoätzvorgang
wird im folgenden beschrieben.
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Bei dem dem Laminiervorgang folgenden Fotoätzvorgang
wird eine trockene Folie als Fotoresist auf den Rohling der zweischichtigen
Struktur laminiert und einem Belichtungsvorgang unterzogen, einem
Entwicklungsvorgang und einem Nachbackvorgang. Als Ergebnis wird
ein Muster auf dem Rohling erzeugt, das durch das Ätzen entfernte
Bereiche von solchen unterscheidet, die nach dem Ätzen verbleiben.
Anschließend
wird der Rohling einem Ätzvorgang
unterzogen. Als Folge des Ätzvorgangs
werden die Bereiche der rostfreien Platte 20, die den so durch
das Muster unterschiedenen unnötigen
Bereichen entsprechen, durch Lösungsmittel
gelöst
und entfernt. Daher verbleibt nur die PPS Folie in diesen Bereichen
und dient als dünner
Folienbereich (elastische Folie 21), und die verbleibenden
oder nicht gelösten
Bereiche dienen als dicke Bereiche einschließlich der rostfreien Platte 20.
Auf diese Art und Weise werden die kurzen Seitenbereiche 23,
die Bandbereiche 24 und 25, die Balkenstrukturen 26, die
Inseln 22 und die Tintenzuführleitungsanschlüsse 27 als
dicke Bereiche ausgeformt, während
nur die PPS Folie in den Flächen
verbleibt um die Inseln 22 herum und in den den gemeinsamen Tintenkammern entsprechenden
Bereichen. So werden die dicken Bereiche der elastischen Platte 10 ausgeformt,
indem die rostfreie Platte 20 aus metallischem Material mit
einem Muster versehen wird.
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Während
des Nachbackvorgangs steigt die Temperatur auf ungefähr 100°C oder mehr,
und anschließend
wird sie auf Raumtemperatur abgekühlt. Mit dem Abkühlen zieht
sich die PPS Folie 21 thermisch zusammen und erzeugt eine
Spannung darin. Die Balkenstruktur 26 ist lang und schmal
und hat eine solche Steifigkeit, dass sich die Balkenstruktur 26 in
Richtung der entsprechenden gemeinsamen Tintenkammer 15 verformen
kann. Wie durch eine durchgezogene Linie in 5 dargestellt, biegt daher die in der
PPS Folie so erzeugte Spannung jede der Balkenstrukturen 26 bogenförmig in
Richtung der entsprechenden gemeinsamen Tintenkammer 15 (in Richtung
der Ebene der elastischen Platte 10), wenn die Balkenstrukturen 26 ausgeformt
werden. In dem Fall der 5 werden,
da die Enden der kurzen Seitenbereiche 23 linear verbunden
sind, dreieckige verbreiterte Bereiche bei den Verbindungsbereichen
der Balkenstruktur 26 mit den kurzen Seitenbereichen 23 ausgebildet,
so dass sie angefaste Eckenbereichen der gemeinsamen Tintenkammer 15 entsprechen. Das
Vorsehen der dreieckigen verbreiterten Bereiche vergrößert die
Steifigkeit, was das Biegen der Balkenstrukturen 26 behindern
kann.
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Daher ist es bevorzugt, wie in 4 dargestellt, dass ausgeschnittene
Bereiche 31 mit einer dreieckigen Gestalt bei den verbreiterten
Bereichen ausgeformt sind, so dass die Breite der Balkenstruktur 26 über ihre
gesamte Länge
hinweg gleichmäßig ist,
und teilweise die kurzen Seiten des langen und schmalen den gemeinsamen
Tintenkammern entsprechenden Bereichs bilden mittels der Balkenstruktur 26.
Diese Ausgestaltung kann das Biegen der Balkenstruktur 26 vereinfachen.
Die Gestalt des ausgeschnittenen Bereichs 31 ist nicht
auf ein Dreieck beschränkt.
Beispielsweise kann, wie in 6 dargestellt,
der ausgeschnittene Bereich 31 auch so gestaltet sein,
dass er sich von einer imaginären Ecke
des Dreiecks aus einwärts
erstreckt (zu dem Seitenbandbereich 25 hin, um die gesamte
kürzere Seite
des langen und schmalen der gemeinsamen Tintenkammer entsprechenden
Bereichs durch die Balkenstruktur 26 zu bilden). Kurz gesagt,
funktioniert die Balkenstruktur 26 effektiv, wenn die Balkenstruktur 26 bei
dem äußeren Kantenbereich
der gemeinsamen Tintenkammer 15 abgesehen von der langen
Seite 15a der gemeinsamen Tintenkammer 15 nahe
den Druckkammern 13 ausgeformt sind.
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Wenn die lange und schmale Balkenstruktur 26 in
Richtung der gemeinsamen Tintenkammer 15 gebogen ist, ist
ein Betrag der Verformung (Auslenkung) der Balkenstruktur 26 bei
den Enden der PPS Folie 21 in Längsrichtung gering, und daher
ist hier noch eine Spannung vorhanden. Andererseits ist in dem verbleibenden
Bereich der PPS Folie 21, insbesondere in ihrem mittleren
Bereich, die Spannung vermindert oder nicht mehr vorhanden, und
außerdem überschreitet
die Verformung (der Betrag der Auslenkung) der Balkenstruktur 26 bei
diesem Bereich den Betrag der Kontraktion der PPS Folie 21 aufgrund
der Spannung, die um diesen Bereich herum auf der PPS Folie 21 verbleibt.
Demzufolge tritt in diesem Bereich eine Durchbiegung der PPS Folie 21 auf.
Selbst wenn die Balkenstruktur 26 in Richtung der Breite
der gemeinsamen Tintenkammer 15 Verformung wird, um die
Spannung der PPS Folie 21 in dieser Richtung zu vermindern,
ist die Verminderung der Spannung der PPS Folie 21 in Längsrichtung
der gemeinsamen Tintenkammer 15 gering. Daher tritt eine
Durchbiegung 32 als Streifen im mittleren Bereich der PPS
Folie 21 auf, wie in 5 dargestellt.
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Wie es in 7 zu sehen ist, können weiche elastische Bereiche 33,
die verformbarer sind als andere Bereiche, an der Balkenstruktur 26 ausgeformt sein,
so dass sie sich bei den kürzeren
Seiten der gemeinsamen Tintenkammer 15 befinden. Diese
weichen elastischen Bereiche 33 werden stärker Verformung
als die anderen oder verbleibenden Bereiche und erleichtern die
Ausbildung einer größeren Durchbiegung
der PPS Folie 21. Es ist bevorzugt, die weichen elastischen
Bereiche 33 so auszubilden, dass sie schmaler sind als
die verbleibenden Bereiche. Jeder der elastischen Bereiche 33 kann
so gebogen werden, dass er auswärts
auf der gleichen Ebene wie dargestellt hervorsteht oder einwärts auf
der gleichen Ebene, oder er kann die Form einer Zickzack-Gestalt auf
der gleichen Ebene haben.
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Die Balkenstruktur 26 wird
mit dem äußeren Kantenbereich
der gemeinsamen Tintenkammer 15 verbunden. Demzufolge nimmt
die Balkenstruktur 26 nur eine Spannung auf, die zu der
gemeinsamen Tintenkammer 15 gerichtet ist, und so wird
die Balkenstruktur 26 in Richtung der gemeinsamen Tintenkammer 15 Verformung.
Im Gegensatz dazu nimmt der Seitenbandbereich 25, der sich
auf der entgegengesetzten Seite von der Balkenstruktur 26 bezüglich der gemeinsamen
Tintenkammer 15 befindet, eine Spannung von der gemeinsamen
Tintenkammer 15 und eine Spannung von den Druckkammern 13 auf,
die einander aufheben. Daher wird der Seitenbandbereich 25 nicht
so verformt, wie es bei der Balkenstruktur 26 der Fall
ist. Aus diesem Grund werden die Inseln 22 nicht so weit
ausgelenkt, dass ein Problem entstünde.
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Nach dem Ende des Fotoätzvorgangs
werden die Durchgangsöffnungen
der Tintenzuführleitungsanschlüsse 27 und
die Positionieröffnungen 30 durch
einen Stanzvorgang ausgeformt. Der Stanzvorgang kann gleichzeitig
mit dem Ausschneiden der Bereiche 31 durchgeführt werden.
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Gemäß der Erfindung wird so die
Balkenstruktur 26 verwendet, um die an der dünnen Folie 21 erzeugte
Spannung zu vermindern. Außerdem
wird die Balkenstruktur 26 in Richtung der gemeinsamen Tintenkammer 15 Verformung
unter Verwendung einer thermischen Kontraktion der Hochpolymerfolie während der
Herstellung der elastischen Platte 10, um dadurch eine
Durchbiegung der Hochpolymerfolie (der dünnen Folie 21) in
dem der gemeinsamen Tintenkammer entsprechenden Bereich zu schaffen. Das
heißt,
ein spezieller Vorgang ist erforderlich, um die Durchbiegung der
Hochpolymerfolie (der dünnen Folie 21)
zu erreichen.
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In einem Fall, wo die Durchgangseinheit 5 ausgebildet
wird durch Stapeln der so ausgeformten elastischen Platte 10,
der einen Durchgang bildenden Platte 8 und der Düsenplatte 9 aufeinander,
wird die Düsenplatte 9 an
einer der Oberflächen
der einen Durchgang bildenden Platte 8 angebracht oder
damit verbunden, so dass kleinere offene Enden der Düsenöffnungen 11 nach
außen
gerichtet sind, wohingegen die elastische Platte 10 an
der anderen Oberfläche
der einen Durchgang bildenden Einheit 8 angebracht oder
damit verbunden wird, so dass die rostfreie Platte 20 der
elastischen Platte 10 sich gegenüber der einen Durchgang bildenden
Platte 8 befindet bezüglich
der dünnen
Folie 21. Auf diese Art und Weise wird die einen Durchgang
bildende Platte 8 sandwichartig zwischen der Düsenplatte 9 und
der elastischen Platte 10 angeordnet, so dass die Öffnungen
der Druckkammern 13 und der gemeinsamen Tintenkammern 15 auf
einer Seite der einen Durchgang bildenden Einheit 8 mit
der elastischen Folie 21 abgedichtet sind, die oberen Öffnungen
der nutartigen Tintenzuführbereiche 14 mit
der elastischen Folie 21 bedeckt sind und die Öffnungen
der Druckkammern 13 und der gemeinsamen Tintenkammern 15 auf
der anderen Seite der elastischen Platte 10 mit der Dispersion 9 verschlossen
sind.
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Wenn die so montierte Durchgangseinheit 5 bei
dem Verbindungsvorgang erhitzt wird und wenn ihre Temperatur anschließend wieder
auf die Raumtemperatur zurückgeführt wird,
besteht nur eine geringe Möglichkeit,
eine Nachgiebigkeit der elastischen Folie 21 zu reduzieren,
da de elastische Folie 21 (die dünne Folie 21) zuvor
gewölbt
oder abgelenkt wird. Die größere Nachgiebigkeit
der dünnen
Folie 21, die die gemeinsamen Tintenkammern 15 abdichtet,
macht eine ausreichende Absorption einer Druckvariation in den gemeinsamen
Tintenkammern 15 möglich.
Dies führt
zu einer Unterdrückung
der Erzeugung einer Quervernetzung und zu einer Stabilisierung der
Druckdichte. Unser Experiment zeigt, dass die Nachgiebigkeit der
dünnen
Folie 21 ausreichend groß ist, da die Balkenstrukturen 26 in
ihrem in Längsrichtung
gesehenen mittleren Bereich jeweils um 1 bis 10 um
verformt werden.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, ist eine Ausnehmung 35 an
einer Stelle ausgeformt, die jeder der gemeinsamen Tintenkammern 15 entspricht,
auf der Oberfläche
des Gehäuses 3,
mit welcher die Durchgangseinheit 5 verbunden ist. Mit
dem Vorsehen dieser Ausnehmung 35 wird ein Bereich der
elastischen Folie (der dünnen
Folie 21), wo die Durchbiegung 32 vorhanden ist,
bezüglich
des Gehäuses 3 in
einen nicht befestigten Zustand versetzt. Diese Ausnehmung 35 dient
als Raum, der eine Verformung und Bewegung der dünnen Folie 21 zur.
Expansion ermöglicht.
Falls die Ausnehmung 35 geschlossen ist, wird innerhalb
der Ausnehmung 35 eingeschlossene Luft während der
Verformung der dünnen
Folie 21 komprimiert oder ausgedehnt, so dass die Luft
innerhalb der Ausnehmung 35 auch dazu dient, eine Nachgiebigkeit
zu schaffen. Die Nachgiebigkeit der dünnen Folie 21 und
die Nachgiebigkeit der Luft innerhalb der Ausnehmung 35 sind
jedoch in Reihe angeordnet, so dass die gesamte Nachgiebigkeit eventuell
nicht so groß ist.
Daher ist es bevorzugt, eine Durchgangsöffnung 36 vorzusehen,
die die Ausnehmung 35 mit der Außenseite des Gehäuses 3 verbindet,
da das Vorsehen einer solchen Durchgangsöffnung 36 die Nachgiebigkeit
der Luft innerhalb der Ausnehmung 35 unendlich groß macht,
so dass die Nachgiebigkeit der dünnen
Folie 21 effektiv und vollständig ausgenutzt werden kann.
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Eine in 8 dargestellte elastische Platte 10 ist
an einer Anordnung angepasst, in welcher fünf lineare Felder aus Düsenöffnungen 11 vorgesehen sind,
mehrere Druckkammern 13 feldartig angeordnet sind, so dass
sie den fünf
Düsenöffnungsfeldern entsprechen,
und schmale und lange gemeinsamen Tintenkammern 15 Seite
an Seite und entlang dieser linearen Felder der Druckkammern 13 angeordnet sind.
Eine erste gemeinsame Tintenkammer 15 zum Zuführen von
Tinte zu einem ersten linearen Düsenfeld
ist an ihrem äußeren Kantenbereich
geöffnet
(d. h. das erste lineare Düsenfeld
befindet sich angrenzend an eine Seite der ersten gemeinsamen Tintenkammer,
aber keine Kammer oder kein Element muss auf der anderen Seite (der
Seite des äußeren Kantenbereichs)
der ersten gemeinsamen Tintenkammer angeordnet sein)). Daher kann
eine erste Balkenstruktur 26a auf der elastischen Platte 10 genau
wie in den oben erwähnten
Ausführungsformen ausgebildet
sein. Eine zweite, dritte, vierte und fünfte gemeinsamen Tintenkammer
15 zum Zuführen
von Tinte zu einem zweiten, dritten, vierten bzw. fünften linearen
Düsenfeld
sind nicht an ihren äußeren Kantenbereichen
geöffnet,
da jede dieser gemeinsamen Tintenkammern 15 sich zwischen
dem zugehörigen Feld
aus Druckkammern 13 und einer anderen dieser gemeinsamen
Tintenkammern 15 befindet.
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Um damit fertig zu werden, ist ein
Schlitz 34 durch die elastische Platte 10 hindurch
zwischen den benachbarten gemeinsamen Tintenkammern 15 ausgeformt,
so dass er sich in der linearen Anordnungsrichtung erstreckt. In
dieser Ausführungsform
sind zwei Schlitze 34 ausgeformt, einer der eine zweite und
eine dritte Balkenstruktur 26b und 2c von dicken Bereichen
definiert, die sich jeweils zwischen dem einen Schlitz 34 und
der zweiten und dritten gemeinsamen Tintenkammer 15 befinden,
und ein anderer, der eine vierte und eine fünfte Balkenstruktur 26d und
e von dicken Bereichen definiert, die sich jeweils zwischen dem
anderen Schlitz 34 und der vierten und fünften gemeinsamen
Tintenkammer 15 befinden. Kurz gesagt ist ein Schlitz 34 in
dem äußeren Kantenbereich
der gemeinsamen Tintenkammer 15 ausgeformt, um den äußeren Kantenbereich
davon zu öffnen
(um die Kante der gemeinsamen Tintenkammer 15 zu umgeben),
wodurch eine lange und schmale Balkenstruktur 26 ausgebildet
wird, die in Richtung der gemeinsamen Tintenkammer 15 verformbar
ist. Es ist wichtig, dass der Schlitz 34 durch die elastische
Platte 10 hindurchtritt, d. h. nicht nur die rostfreien
Platte 20, sondern auch der dünne Folienbereich 21 muss
entfernt werden, um den Schlitz 34 zu bilden. Um den Schlitz 34 zu
bilden, wird daher die elastische Platte 8 dem Stanzvorgang unterworfen
(dem Schlitzstanzvorgang). Damit die Breite jeder Balkenstruktur 26 gleichmäßig über ihre
gesamte Länge
hinweg ist, sind beide Enden jedes Schlitzes 34 verbreitert,
wie in 8 dargestellt.
Der Schlitzstanzvorgang kann gleichzeitig mit dem Vorgang zum Ausstanzen
der ausgeschnitten Bereiche 31 durchgeführt werden.
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Die Balkenstrukturen 26a bis 26e werden entsprechend
den gemeinsamen Tintenkammern 15 ausgeformt, und sie dienen
dazu, die Spannung zu vermindern, die an der dünnen Folie 21 erzeugt
wird, ebenso wie in den oben erwähnten
Ausführungsformen.
Außerdem
wird die Kontraktion der dünnen
Folie 21 aus der Hochpolymerfolie verwendet, um die Balkenstrukturen 26 in
Richtung der entsprechenden gemeinsamen Tintenkammern 15 zu
verformen und so Durchbiegungen 32 in der dünnen Folie 21 zu schaffen.
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Demzufolge wird die Nachgiebigkeit
der dünnen
Folie 21 bei jeder der gemeinsamen Tintenkammern 15 gesteigert,
um eine Druckvariation in jeder der gemeinsamen Tintenkammern 15 ausreichend zu
absorbieren. Daher wird die Erzeugung einer Quervernetzung unterdrückt, und
die Druckdichte wird stabilisiert.
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Während
bei dem oben erwähnten
Tintenstrahldruckkopf 2 die elektromechanischen Übertragungselemente 1 als
Druckerzeugungssystem verwendet werden, können diese durch jedes andere geeignete
System ersetzt werden wie beispielsweise Hitze erzeugende Elemente
(nicht dargestellt), welche Hitze auf die Tinte innerhalb der Druckkammern 13 aufbringen,
so dass ein durch von der Tinte erzeugte Luftbläschen erzeugter Druck verwendet wird,
um Tinte auszustoßen.
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Wie oben beschrieben, führt die
vorliegende Erfindung zu den folgenden nützlichen Effekten.
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Die Balkenstruktur ist so ausgeformt,
dass sie der gemeinsamen Tintenkammer entspricht. Diese Anordnung
macht es möglich,
die an der dünnen Folie
erzeugte Spannung zu vermindern.
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Der dünne Folienbereich zum Abdichten
der gemeinsamen Tintenkammer wird gewölbt oder abgelenkt. Daher kann
die Nachgiebigkeit der gemeinsamen Tintenkammer gesteigert werden,
ohne dass die Größe der gemeinsamen
Tintenkammer verändert
wird. Es ist möglich,
eine Quervernetzung verlässlich
zu verhindern und die Druckdichte verlässlich zu stabilisieren.
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Außerdem kann der dünne Folienbereich
gewölbt
oder abgelenkt werden unter Verwendung des Schrumpfens oder der
Kontraktion des dünnen
Folienbereichs an sich. Dies führt
zu einer einfachen Herstellung.
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Die Druckkammern sind linear angeordnet entlang
der langen Seite der gemeinsamen Tintenkammer, und der dicke Bereich,
der sich an einer Stelle gegenüber
von den Druckkammern befindet, wird als Balkenstruktur verwendet.
Daher wird eine Durchbiegung in dem dünnen Folienbereich einfach erzeugt.
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Der dünne Folienbereich besteht aus
einer Hochpolymerfolie. Daher kann er einfach geschrumpft und einfach
gewölbt
oder abgelenkt werden.
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Der dicke Bereich der elastischen
Platte wird ausgeformt, in dem ein metallisches Material mit einem
Muster versehen wird. Eine Feinherstellung kann mit hoher Präzision durchgeführt werden,
und die Herstellung ist einfach.
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Die Balkenstruktur erstreckt sich
zu den kurzen Seiten der gemeinsamen Tintenkammer durch Ausbilden
von ausgeschnittenen Bereichen in der elastischen Platte. Diese
Anordnung erleichtert die Deformation der Balkenstruktur, um die
Durchbiegung des dünnen
Folienbereichs zu erzeugen.
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Der elastische Bereich ist in einem
Bereich der Balkenstruktur ausgeformt, wo er sich an der kurzen
Seite der gemeinsamen Tintenkammer befindet. Demzufolge wird der
dünne Folienbereich
einfacher gewölbt
oder abgelenkt.
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Ein Schlitz ist zwischen den benachbarten gemeinsamen
Tintenkammern ausgeformt. Selbst wenn die gemeinsamen Tintenkammern
Rücken
an Rücken
angeordnet sind, kann so die Balkenstruktur sicher für jede der
benachbarten gemeinsamen Tintenkammern ausgeformt werden, unabhängig von der Anwesenheit
einer großen
Anzahl von Düsenöffnungen
für jede
der benachbarten gemeinsamen Tintenkammern.
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Unabhängig davon, ob das Druckerzeugungssystem
durch piezoelektrische Elemente oder Heizelemente gebildet wird,
ist es möglich,
die Quervernetzung zu verhindern und die Druckdichte zu stabilisieren,
während
die Eigenschaften des Druckerzeugungssystems vollständig ausgenutzt
werden.
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Der ausgeschnittene Bereich und der
Schlitz werden durch den Stanzvorgang ausgebildet. Daher ist eine
hochpräzise
Massenproduktion möglich,
und die Produktionseffizienz ist verbessert.