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[Technisches Gebiet]
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektrostatischen Aktuator,
welcher durch Verschieben einer Vibrationsplatte mit elektrostatischer
Kraft Druck erzeugt, sowie ein Herstellungsverfahren dafür, und betrifft
außerdem
eine denselben verwendende Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
zum Ausstoßen
von Tröpfchen,
wie etwa einen Tintenstrahlkopf. Genauer betrifft die vorliegende
Erfindung eine elektrostatische Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
wie zum Beispiel einen Tintenstrahlkopf-Drucker, welche in der Lage
ist, einen einwandfreien Tröpfchenspritzbetrieb ungeachtet
von Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
fortwährend
auszuführen.
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[Stand der Technik]
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Nun
wird der Stand der Technik beschrieben, wobei ein Tintenstrahl-Drucker
als Beispiel einer elektrostatischen Flüssigkeitsausstoßvorrichtung dient.
Ein Tintenstrahl-Drucker mit einem elektrostatischen Tintenstrahlkopf
ist zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 6-55732 offenbart. Bei dieser Art von Tintenstrahlkopf wird
in einer Druckkammer befindliche Tinte durch Vibrierenlassen einer
einen Teil der Druckkammer, in welcher Tintenflüssigkeit gespeichert ist, bildenden
Vibrationsplatte durch elektrostatische Kraft aus einer Tintendüse gespritzt.
Folglich verändern Änderungen
des äußeren Atmosphärendrucks
die Verspritzungseigenschaften der Tintentröpfchen, was dadurch ein Problem
verursachen kann, dass die gewünschten
Tintentröpfchen
möglicherweise
nicht ausgestoßen
werden.
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Das
heißt,
bei einem elektrostatischen Tintenstrahlkopf liegt eine einen Teil
der Druckkammer definierende Vibrationsplatte über einen engen Spalt hinweg
einer Elektrodenplatte gegenüber,
und die Vibrationsplatte wird durch elektrostatische Kraft in Vibration
versetzt, indem zwischen der Elektrodenplatte und der Vibrationsplatte
eine Steuerspannung angelegt wird. Der Spalt zwischen der Vibrationsplatte und
der Elektrodenplatte ist extrem eng, etwa 1 bis 2 Mikrometer, so
dass der Raum zwischen der Vibrationsplatte und der Elektrodenplatte
abgedichtet ist und eine abgedichtete Kammer bildet, so dass die
Vibration der Vibrationsplatte nicht durch Eindringen von Staub
und dergleichen dazwischen gehemmt wird.
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In
dem Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
schwankt, wird die die Druckkammer und die abgedichtete Kammer voneinander
trennende Vibrationsplatte in eine solche Richtung ausgelenkt, dass der
Druck innerhalb der abgedichteten Kammer dem äußeren Atmosphärendruck
gleichkommt. Deshalb befindet sich die Vibrationsplatte selbst in
einem Zustand, in dem noch keine Spannung angelegt ist, in einem
bereits ausgelenkten Zustand. So ändern sich in dem Fall, dass
der äußere Atmosphärendruck schwankt,
die Vibrationseigenschaften der Vibrationsplatte, selbst wenn die
gleiche Steuerspannung angelegt ist, und ändern sich die Verspritzungseigenschaften der
Tintentröpfchen
(die Tintenmenge pro ausgestoßenes
Tröpfchen
und die Verspritzgeschwindigkeit der Tintentröpfchen).
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Tintenstrahl-Drucker
mit einem in der
japanischen
ungeprüften
Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 4-284255 offenbarten Bubble-Jet-Tintenstrahlkopf sind
bekannt. Diese ungeprüfte
Patentanmeldungsveröffentlichung
offenbart ein Verfahren zur Ausführung
eines anhaltend stabilen Tintentröpfchen-Spritzbetriebs ungeachtet
von Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks,
indem der Umgebungsatmosphärendruck
erfasst und die Wellenform der an ein elektrothermisches Wandlerelement
angelegten Spannung, das heißt
der Steuerspannung des Tintenstrahlkopfs, entsprechend dem äußeren Atmosphärendruck
geändert
wird.
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Dieses
Verfahren ist bei Tintenstrahlköpfen gemäß dem Bubble-Jet-Verfahren,
bei welchem Tintenflüssigkeit
innerhalb der Druckkammer erhitzt und zum Sprudeln gebracht wird,
wirkungsvoll, ist aber bei Anwendung auf elektrostatische Tintenstrahlköpfe selten
vorteilhaft. Besonders in Umgebungen wie in großen Höhen, wo der Atmosphärendruck
sich deutlich vom normalen Wert unterscheidet, reicht das bloße Anpassen
der Wellenform der Steuerspannung zum Ansteuern der Vibrationsplatte
möglicherweise nicht
aus, um eine angemessene Tröpfchenverspritzung
zu ermöglichen.
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Elektrostatische
Aktuatoren können,
neben dem hier als Beispiel angeführten Tintenstrahl-Drucker,
auch auf andere Vorrichtungen wie Kraftstoffeinausstoßvorrichtungen
für Verbrennungsmotoren, Zerstäuber zum
Ausstoßen
oder Versprühen
von Flüssigkeiten
wie Parfüm
und Mikropumpen angewendet werden, aber auch bei diesen Vorrichtungen ist
davon auszugehen, dass die Verspritzungseigenschaften der Tröpfchen entsprechend
Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
veränderlich sind.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrostatischen
Aktuator, der in der Lage ist, unbeeinträchtigt von Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
einen gewünschten
Druck zuverlässig
zu erzeugen, und eine elektrostatische Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
zu schaffen, die in der Lage ist, Tröpfchen auf eine angemessene
Weise auszustoßen.
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[Offenbarung der Erfindung]
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Um
die obigen Aufgaben zu erfüllen,
enthält der
elektrostatische Aktuator gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Vibrationsplatte, eine der Vibrationsplatte gegenüberliegende
Elektrodenplatte und eine zwischen der Elektrodenplatte und der
Vibrationsplatte gebildete abgedichtete Kammer; wobei die Vibrationsplatte
durch elektrostatische Kraft ausgelenkt wird, indem zwischen der
Vibrationsplatte und der Elektrodenplatte eine Spannung angelegt wird;
wobei der elektrostatische Aktuator über eine Druckausgleichseinrichtung
zum Verringern der Druckdifferenz zwischen dem Innendruck in der
abgedichteten Kammer und dem Außendruck
verfügt.
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Die
verwendete Druckausgleichseinrichtung kann eine mit der abgedichteten
Kammer kommunizie rende Druckausgleichskammer enthalten und kann
fähig sein,
ihr Volumen entsprechend dem äußeren Atmosphärendruck
zu vergrößern/zu
verkleinern.
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In
diesem Fall könnte
die gesamte Druckausgleichskammer aus einem sich ausdehnenden/zusammenziehenden
Werkstoff gebildet sein oder kann ein Teil der Druckausgleichskammer
durch eine entsprechend dem äußeren Atmosphärendruck
in der zu ihrer Ebene lotrechten Richtung auslenkbare Auslenkplatte
definiert sein.
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Die
Auslenkplatte hat nur einen geringfügigen Abstand von der gegenüberliegenden
Wand der Druckausgleichskammer; daher kann die Auslenkplatte, wenn
der äußere Atmosphärendruck
hoch ist, weit genug ausgelenkt werden, um mit der gegenüberliegenden
Innenwand in Kontakt zu kommen, wodurch eine weitere Druckausgleichsfunktion
gehemmt wird. Außerdem
nimmt im Fall, dass die Auslenkplatte zur gegenüberliegenden Wand hin ausgelenkt
wird, ihre Nachgiebigkeit ab, was ebenfalls die Hemmung von Druckausgleichsfunktionen
zur Folge haben kann. Folglich ist die Auslenkplatte vorzugsweise
in eine solche Form gebogen, dass sie in eine von der gegenüberliegenden
Innenwand der Druckausgleichskammer weg weisende Richtung vorragt.
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Es
kann eine Anordnung verwendet werden, bei welcher eine in der zu
ihrer Ebene lotrechten Richtung auslenkbare Auslenkplatte als ein
Teil des Druckausgleichskammer vorgesehen ist und bei welcher die
Auslenkplatte und die Elektrodenplatte einander gegenüberliegend
angeordnet sind, so dass die Auslenkplatte entsprechend Änderungen
des äußeren Atmosphärendrucks
durch elektrostatische Kraft ausgelenkt werden kann.
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Andererseits
kann die Druckausgleichseinrichtung anstelle der Druckausgleichskammer
ein Wärmeerzeugungselement
enthalten, das in der Lage ist, in der abgedichteten Kammer eingeschlossenes
Gas mindestens zu erwärmen.
Durch Erwärmen
des eingeschlossenen Gases mit dem Wärmeerzeugungselement steigt
dessen Innendruck, so dass die Druckdifferenz zum äußeren Atmosphärendruck
abgemildert werden kann.
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Ein
zum Konfigurieren des elektrostatischen Aktuators verwendeter bevorzugter
Werkstoff ist ein Halbleitersubstrat, welches mit hoher Genauigkeit bearbeitet
werden kann. Zum Beispiel erlaubt das Dotieren eines Halbleitersubstrats
mit Bor, das Ätzen des
Halbleitersubstrats und das Verwenden der mit Bor dotierten Schicht
als Auslenkplatte, eine Auslenkplatte mit erwünschten Eigenschaften (Nachgiebigkeit)
zu erhalten. Außerdem
sind, um den elektrostatischen Aktuator in einer kompakten Größe zu bilden,
die Vibrationsplatte und die Auslenkplatte vorzugsweise unter Verwendung
eines gemeinsamen Halbleitersubstrats abgeteilt und gebildet.
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Außerdem verwendet
die elektrostatische Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung den Druck des obigen über
die Druckausgleichsfunktionen verfügenden elektrostatischen Aktuators
als Druckerzeugungsquelle zum Ausstoßen von Tröpfchen. Das heißt, die
elektrostatische Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
enthält
eine Düse
zum Ausstoßen
von Tröpfchen
und eine mit der Düse
kommunizierende und außerdem
Flüssigkeit enthaltende
Druckkammer, bei welcher eine als ein Wandteil der Druckkammer vorgesehene
Vibrationsplatte durch den oben beschriebenen elektrostatischen
Aktuator in Vibration versetzt wird, wodurch die Flüssigkeit
in der Druckkammer mit einer Druckschwankung zum Ausstoßen von
Tröpfchen
beaufschlagt wird.
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Als
Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen
dienende gängige
Tintenstrahlköpfe
sind mit mehreren Tintendüsen,
mit entsprechend jeder Tintendüse
vorgesehenen Druckkammern und mit einer gemeinsamen Tintenkammer
(gemeinsamen Flüssigkeitskammer),
um den vorgesehenen Druckkammern Tintenflüssigkeit zuzuführen, ausgestattet.
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In
manchen Fällen
ist eine in der zu ihrer Ebene lotrechten Richtung auslenkbare Membran
an der gemeinsamen Tintenkammer gebildet, so dass Druckschwankungen
in jeder der kommunizierenden Druckkammern nicht zur Seite der angrenzenden Druckkammer übertragen
werden. Im Fall der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen
solchen Tintenstrahlkopf kann die Membran auch als die Auslenkplatte
dienen. Außerdem
sind, um die Vorrichtung oder einen Teil derselben (den Tintenstrahlkopf)
in einer kompakten Größe zu bilden,
die Druckkammer, die gemeinsame Tintenkammer und die Druckausgleichskammer
vorzugsweise unter Verwendung eines gemeinsamen Halbleitersubstrats abgeteilt
und gebildet.
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Insbesondere
bei einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung,
welche einen elektrostatischen Aktuator einer Konfiguration enthält, bei
welcher die Auslenkplatte der Druckausgleichskammer durch elektrostatische
Kraft ausgelenkt wird, kann die Konfiguration über eine Einrichtung zur Erfassung
des äußeren Atmosphärendrucks,
um den äußeren Atmosphärendruck
zu erfassen, und eine Steuerungseinrichtung zum Ansteuern der Auslenkplatte
entsprechend dem erfassten äußeren Atmosphärendruck
verfügen.
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Außerdem kann
bei einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
mit einem das Wärmeerzeugungselement
enthaltenden elektrostatischen Aktuator die Konfiguration über eine
Einrichtung zur Erfassung des äußeren Atmosphärendrucks,
um den äußeren Atmosphärendruck
zu erfassen, und eine Steuerungseinrichtung zum Ansteuern des Wärmeerzeugungselements
entsprechend dem erfassten äußeren Atmosphärendruck
verfügen.
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Die
Einrichtung zur Erfassung des äußeren Atmosphärendrucks
kann eine Konfiguration haben, welche eine Einrichtung zur Erfassung
der elektrostatischen Kapazität
enthält,
um die elektrostatische Kapazität
zwischen der Vibrationsplatte und der Elektrodenplatte zu erfassen
und dadurch auf der Grundlage der erfassten elektrostatischen Kapazität den äußeren Atmosphärendruck
zu berechnen.
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Das
Verfahren zur Herstellung des elektrostatischen Aktuators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrostatischen
Aktuators, enthaltend eine Vibrationsplatte, eine der Vibrationsplatte
gegenüberliegende
Elektrodenplatte und eine zwischen der Elektrodenplatte und der
Vibrationsplatte gebildete Vibrationskammer, wobei die Vibrationsplatte
durch elektrostatische Kraft ausgelenkt wird, indem zwischen der
Vibrationsplatte und der Elektrodenplatte eine Spannung angelegt
wird, welches Verfahren umfasst: einen Prozess zur Bildung einer
mit der Vibrationskammer kommunizierenden Druckausgleichskammer;
einen Prozess zur Bildung einer Auslenkplatte in einem Teil der
Druckausgleichskammer, welche entsprechend dem äußeren Atmosphärendruck
in eine gekrümmte Form
auslenkbar ist, die so gebogen ist, dass sie in einer von der gegenüberliegenden
Innenwand der Druckausgleichskammer weg weisenden Richtung vorragt;
und einen Prozess zum Verschließen
und Abdichten der Druckausgleichskammer zusammen mit der Vibrationskammer
gegen die äußere Atmosphäre. Überdies
kann der Luftdruck zum Abdichten der Druckausgleichskammer eingestellt
werden. Folglich wird die anfängliche
Krümmung
der Auslenkplatte eingestellt und kann eine Auslenkplatte mit gewünschten
Nachgiebigkeitseigenschaften erzielt werden.
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[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
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1 ist
eine schematische Konfigurationszeichnung, welche einen Überblick über einen
Tintenstrahldrucker-Mechanismus zeigt, auf welchen die vorliegende
Erfindung anwendbar ist.
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2 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche den Tintenstrahlkopf
eines Tintenstrahl-Druckers bezüglich
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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3 ist
eine schematische Längsschnittansicht
des in 2 gezeigten Tintenstrahlkopfs.
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4 ist
eine schematische Querschnittansicht des in 2 gezeigten
Tintenstrahlkopfs.
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5 ist
eine erläuternde
Zeichnung, welche die Lage der Elektroden des in 2 gezeigten Tintenstrahlkopfs
veranschaulicht.
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6 ist
ein Blockschaltbild, welches das Steuerungssystem des in 1 gezeigten
Tintenstrahl-Druckers veranschaulicht.
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7 ist
eine schematische Teil-Schnittansicht, welche die Hauptteile der
Druckausgleichseinrichtung des Tintenstrahlkopfs gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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8 ist
ein Diagramm, welches die Nachgiebigkeitseigenschaften der Auslenkplatte
des in 7 gezeigten Tintenstrahlkopfs veranschaulicht.
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9 ist
eine erläuternde
Zeichnung, welche das Verhalten der Auslenkplatte des in 7 gezeigten
Tintenstrahlkopfs veranschaulicht.
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10 ist
eine schematische Teil-Schnittansicht, welche die Hauptteile des
Tintenstrahlkopfs gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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11 ist
eine erläuternde
Zeichnung, welche die Lagebeziehung zwischen der Vibrationskammer
und der Druckausgleichskammer des in 10 gezeigten
Tintenstrahlkopfs veranschaulicht.
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12 ist
eine erläuternde
Zeichnung, welche ein anderes Beispiel der Lagebeziehung zwischen
der Vibrationskammer und der Druckausgleichskammer veranschaulicht.
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13 ist
eine schematische Teil-Schnittansicht, welche ein verbessertes Beispiel
des in 10 gezeigten Tintenstrahlkopfs
veranschaulicht.
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14(A) und (B) sind eine schematische Teil-Schnittansicht
gemäß einer
vierten Ausführungsform
des Tintenstrahlkopfs der vorliegenden Erfindung und eine erläuternde
Zeichnung, welche die Lagebeziehung zwischen der Vibrationskammer
und der Druckausgleichskammer veranschaulicht.
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15(A) und (B) sind erläuternde Zeichnungen, welche
den Druckausgleichsvorgang des in 14 gezeigten
Tintenstrahlkopfs veranschaulichen.
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16 ist
ein Blockschaltbild, welches den herleitenden Steuerungsmechanismus
der Auslenkplatte des in 14 gezeigten
Tintenstrahlkopfs veranschaulicht.
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17 ist
eine schematische Teil-Schnittansicht, welche die Hauptteile des
Tintenstrahlkopfs gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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18 ist
ein Blockschaltbild des Steuerungsmechanismus des Wärmesteuerungselements in
dem in 17 gezeigten Tintenstrahlkopf.
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19 ist
ein Blockschaltbild, welches ein weiteres Beispiel des Steuerungsmechanismus
des Wärmesteuerungselements
in dem in 17 gezeigten Tintenstrahlkopf
veranschaulicht.
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20 ist
eine erläuternde
Zeichnung, welche ein weiteres Beispiel des Tintenstrahlkopfs gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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[Beste Ausführungsweise der Erfindung]
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
Die Ausführungsformen
werden in Bezug auf das Beispiel eines Tintenstrahl-Druckers beschrieben,
aber die vorliegende Erfindung ist auch auf andere Flüssigkeitsausstoßvorrichtungen
als Tintenstrahl-Drucker, wie etwa Vorrichtungen zum Ausstoßen von
Kraftstoff, Parfüm
oder dergleichen, Vorrichtungen zum Anwenden von Druck an flüssige Arzneimittel
oder dergleichen und so weiter anwendbar, solange die Vorrichtungen
mit einem elektrostatischen Aktuator arbeiten.
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Außerdem werden
die Ausführungsformen nur
zu Veranschaulichungszwecken beschrieben. Folglich wird ein Durchschnittsfachmann
in der Lage sein, die verschiedenen Einzelteile der Beispiele durch äquivalente
Teile zu ersetzen, und solche Ausführungsformen sind im Schutzumfang
der Ansprüche
ebenfalls enthalten.
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[Erste Ausführungsform]
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1 bis 6 veranschaulichen
einen Tintenstrahl-Drucker, der mit einem Tintenstrahlkopf gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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(Überblick über die
Konfiguration)
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1 ist
eine schematische Konfigurationszeichnung, welche die Gesamtkonfiguration
des Tintenstrahl-Druckers, in welchem die vorliegende Erfindung
angewendet wird, veranschaulicht. Der Tintenstrahl-Drucker 400 gemäß dem vorliegenden
Beispiel ist eine gängige
Anordnung mit einer als ein Bestandteil einer Transporteinrichtung
zum Transportieren von Druckpapier 105 dienenden Schreibwalze 300,
einem der Schreibwalze 300 gegenüberliegenden Tintenstrahlkopf 1,
einem Wagen 302 zum Hin- und Herbewegen dieses Tintenstrahlkopfs 1 in
einer Zeilenrichtung (Abtastrichtung), welche die Axialrichtung
der Schreibwalze 300 ist, und einem Tintentank 301,
um dem Tintenstrahlkopf 1 über einen Tintenschlauch 306 Tinte
zuzuführen.
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Bezugszeichen 303 bezeichnet
eine Pumpe, welche im Fall, dass am Tintenstrahlkopf 1 ein
Zustand fehlerhafter Tintenverspritzung auftritt, verwendet wird,
um die Tinte über
eine Kappe 304 und einen Abfalltintenschlauch 308 in
einen Abfalltintenbehälter 305 zu
saugen.
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(Tintenstrahlkopf)
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2 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Tintenstrahlkopfs
des vorliegenden Beispiels, 3 ist eine
schematische Längsschnittansicht
des zusammengebauten Tintenstrahlkopfs, 4 ist eine
schematische Querschnittansicht desselben, und 5 ist
eine erläuternde Zeichnung,
welche die Lage der Elektroden des Tintenstrahlkopfs veranschaulicht.
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Wie
in diesen Figuren gezeigt, ist der Tintenstrahlkopf 1 ein
elektrostatischer Tintenstrahlkopf des Druckseitentyps, bei welchem
Tintentröpfchen
aus an der Oberseite eines Substrats vorhandenen Tintendüsen ausgestoßen werden.
Dieser Tintenstrahlkopf 1 ist aus einer dreischichtigen
Struktur gebildet, welche eine obere Düsenplatte 2 und ein
unteres Glassubstrat 4 enthält, zwischen welche eine Hohlraumplatte 3 gelegt
ist.
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Die
Hohlraumplatte 3 ist zum Beispiel ein Siliziumsubstrat.
In der Oberfläche
dieser Platte sind durch Ätzen
gebildet: Vertiefungen 7 für Druckkammern 6,
deren Unterseiten als Vibrationsplatten 5 fungieren, feine
Nuten 9 für
am hinteren Teil jeder Vertiefung 7 vorgesehene Tintenzufuhröffnun gen 8 und eine
Vertiefung 11 für
eine gemeinsame Tintenkammer 10, um jeder der Druckkammern 6 Tinte
zuzuführen.
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Überdies
ist, durch Ätzen
an einer an die Druckkammer-Vertiefung 7 angrenzenden,
am entfernten Rand befindlichen Position, eine Vertiefung 13 für eine mit
der Atmosphäre
kommunizierende Atmosphärendruckkammer 12 gebildet.
Der untere Teil dieser Atmosphärendruckkammer 12 fungiert
als eine Auslenkplatte 16, welche entsprechend Änderungen
des äußeren Atmosphärendrucks
ausgelenkt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Nachgiebigkeit
dieser Auslenkplatte 16 so eingestellt, dass sie das 10.000-fache
der Gesamtsumme der Nachgiebigkeiten der Vibrationsplatten 5 oder mehr
beträgt.
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Auch
eine Nut 15 für
ein Kommunikationsloch 14, damit die Atmosphärendruckkammer 12 mit der äußeren Atmosphäre kommuniziert,
ist gebildet. Die Unterseite der Hohlraumplatte 3 ist durch
Hochglanzpolieren geglättet.
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Die
mit der Oberseite der Hohlraumplatte 3 zusammengefügte Düsenplatte 2 ist
zum Beispiel ein Siliziumsubstrat wie die Hohlraumplatte 3.
In der Düsenplatte 2 sind
mehrere jeweils mit den Druckkammern 6 kommunizierende
Tintendüsen 21 in
den jeweils die oberen Wände
der jeweiligen Druckkammern 6 definierenden Teilen gebildet.
Ein Tintenzufuhrloch 22, durch welches der gemeinsamen
Tintenkammer 10 Tinte zugeführt wird, ist im die obere Wand
der gemeinsamen Tintenkammer 10 definierenden Teil gebildet.
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Das
Zusammenfügen
der Düsenplatte 2 mit der
Hohlraumplatte 3 bewirkt, dass die obigen Vertiefungen 7, 11, 13 und
feinen Nuten 9 und 15 bedeckt werden und die Druckkammern 6,
die Tintenzufuhröffnungen 8,
die gemeinsame Tintenkammer 10, die Atmosphärendruckkammer 12 und
das Kommunikationsloch 14 gebildet und voneinander getrennt
werden.
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Das
Tintenzufuhrloch 22 ist über das Verbindungsrohr 23 und
einen Schlauch 306 (siehe 1) mit dem
Tintentank 301 (siehe 1) verbunden.
Die durch das Tintenzufuhrloch 22 zugeführte Tinte wird den unabhängigen Druckkammern 6 über die
Tintenzufuhröffnungen 8 zugeführt.
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Das
mit der Unterseite der Hohlraumplatte 3 zusammengefügte Glassubstrat 4 ist
ein Borsilikatglas-Substrat, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizient nahe
dem von Silizium hat. Im Glassubstrat 4 sind Vertiefungen 42 für Vibrationskammern (abgedichtete
Kammern) 41 in den den Vibrationsplatten 5 gegenüberliegenden
Teilen gebildet. Den Vibrationsplatten 5 entsprechende
Einzelelektroden 43 sind jeweils an den Unterseiten der
Vertiefungen 42 gebildet. Die Einzelelektroden 43 haben
jeweils eine aus ITO gebildete Segmentelektrode 44 und
einen Anschlussteil 45.
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Eine
Vertiefung 46 mit der gleichen Tiefe wie die Vertiefungen 42 ist
im Glassubstrat 4 in dem der Auslenkplatte 16,
welche den unteren Teil der Atmosphärendruckkammer 12 bildet,
gegenüberliegenden Teil
gebildet, wobei die Vertiefung 46 mit den Vertiefungen 42 über eine
Kommunikationsvertiefung 47 verbunden ist. Außerdem ist
eine Blindelektrode 48 aus ITO auf der Unterseite der Vertiefung 46 gebildet.
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Das
Zusammenfügen
des Glassubstrats 4 mit der Hohlraumplatte 3 bewirkt,
dass die die Unterseiten der Druckkammern 6 definierenden
Vibrationsplatten 5 und die jeweiligen Segmentelektrodenteile 44 der
Einzelelektroden 43 einander über einen extrem engen Spalt
G hinweg gegenüberliegen.
Dieser Spalt G ist durch ein zwischen die Hohlraumplatte 3 und
das Glassubstrat 4 eingebrachtes Dichtmittel 20 abgedichtet,
und eine abgedichtete Vibrationskammer 41 ist gebildet.
Außerdem
ist die Vertiefung 46 durch die Auslenkplatte 16,
welche der untere Teil der Atmosphärendruckkammer 12 ist,
bedeckt, wodurch die Druckausgleichskammer 49 zum Ändern des
Drucks der Vibrationskammern 41 entsprechend Schwankungen
des äußeren Atmosphärendrucks gebildet
wird. Die Druckausgleichskammer 49 kommuniziert über den
durch die Kommunikationsvertiefung 47 gebildeten Kommunikationsteil 50 mit
den Vibrationskammern 41.
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Jede
der Vibrationsplatten 5 ist dünn gebildet und ist zu elastischer
Verformung in der zu ihrer Ebene lotrechten Richtung, das heißt, der
senkrechten Richtung in 3, fähig. Die Vibrationsplatte 5 fungiert
als eine gemeinsame Elektrode auf der Seite der Druckkammern. Die
Vibrationsplatte 5 und die entsprechende Segmentelektrode 44 bilden
Elektroden, die über
den Spalt G hinweg einander gegenüberliegen.
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Ein
im folgenden beschriebener Kopftreiber 220 (6)
ist mit den Vibrationsplatten 5 und den Einzelelektroden 43 verbunden.
Ausgänge
des Kopftreibers 220 sind jeweils mit den Anschlüssen 45 der Einzelelektroden 43 verbunden,
und ein anderer Ausgang ist mit dem an der Hohlraumplatte 3 gebildeten
Anschluss der gemeinsamen Elektrode 26 verbunden. Die Hohlraumplatte
selbst ist elektrisch leitend, so dass die Vibrationsplatten 5 das
Potential des Anschlusses der gemeinsamen Elektrode 26 annehmen. Übrigens
kann im Fall, dass eine Notwendigkeit besteht, den elektrischen
Widerstand zwischen dem Anschluss der gemeinsamen Elektrode 26 und
den Vibrationsplatten 5 zu verringern, durch Bedampfen,
Sputtern oder dergleichen ein dünner Film
aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie Gold oder dergleichen
auf einer Seite der Hohlraumplatte 3 gebildet sein. Beim
vorliegenden Beispiel kommt anodisches Bonden zum Einsatz, um die Hohlraumplatte 3 und
das Glassubstrat 4 zusammenzufügen, so dass auf der Seite,
wo die Kanäle
in der Hohlraumplatte 3 gebildet sind, ein elektrisch leitender
Film gebildet wird. Die Blindelektrode 48 dient dazu, zu
verhindern, dass die Auslenkplatte 16 zum Zeitpunkt des
anodischen Bondens am Glassubstrat anhaftet.
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(Druckausgleichsvorgang)
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Beim
Tintenstrahlkopf 1 dieser Konfiguration erzeugt das Anlegen
einer Steuerspannung an ein Paar gegenüberliegender Elektroden vom
Kopftreiber 220 aufgrund von Ladungen, die sich auf den
gegenüberliegenden
Elektroden ansammeln, eine elektrostatische Kraft, krümmt sich
die Vibrationsplatte 5 zur Seite des Segmentelektrodenteils 44 hin
und nimmt das Volumen der Druckkammer 6 zu. Dann bewirkt
das Wegnehmen der Steuerspannung vom Kopftreiber 220 zwischen
den gegenüberliegenden Elektroden
und das Entladen derselben, dass die Vibrationsplatte sich mittels
ihrer elastischen Rückstellkraft
zurückstellt,
und das Volumen der Druckkammer 6 nimmt schnell ab. Aufgrund
der zu diesem Zeitpunkt erzeugten Innendruckänderung wird ein Teil der Tinte
in der Druckkammer 6 aus der mit der Druckkammer 6 kommunizierenden
Tintendüse 21 ausgestoßen, um
auf das Druckpapier gespritzt zu werden.
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Nun
wird ein Fall beschrieben, in welchem sich der äußere Atmosphärendruck ändert. Zum
Beispiel wenn die Vorrichtung von Meeresspiegelhöhe in eine große Höhe verbracht
wird, sinkt der äußere Atmosphärendruck.
In diesem Fall wird unter der Annahme, dass die Vorrichtung mit
im wesentlichen dem Druck auf Meeresspiegelhöhe entsprechendem Innendruck
hergestellt ist, dieser Innendruck deutlich größer als der äußere Atmosphärendruck,
wenn sich nicht auch der Innendruck der Vibrationskammern 41 ändert. Um
einen ausgeglichenen Druckzustand zu erhalten, krümmt sich
deshalb die Vibrationsplatte 5 jeder Vibrationskammer 41 nach
oben wie in 4 dargestellt, so dass das Volumen
der Vibrationskammern 41 zunimmt.
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Jedoch
kommunizieren im vorliegenden Beispiel die Vibrationskammern 41 über den
Kommunikationsteil 50 mit der Druckausgleichskammer 49. Diese
Druckausgleichskammer 49 grenzt an die mit der Atmosphäre kommunizierende
Atmosphärendruckkammer 12,
wobei die Auslenkplatte 16 dazwischen liegt. Die Nachgiebigkeit
der Auslenkplatte 16 ist gegenüber derjenigen der Vibrationsplatten 5 extrem
groß.
Folglich wird die Auslenkplatte 16 in 4 nach
oben ausgelenkt, bevor die Vibrationsplatten 5 ausgelenkt
werden, wodurch das Volumen der Druckausgleichskammer 49 zunimmt
und ein ausgeglichener Druckzustand mit dem äußeren Atmosphärendruck
hergestellt wird. Folglich wird der Spalt zwischen den Vibrationsplatten 5 und
der zugehörigen Einzelelektrode 43 ungeachtet
von Schwankungen des äußeren Drucks
auf einem konstanten Wert gehalten.
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Wie
oben beschrieben, gibt es beim Tintenstrahlkopf 1 gemäß dem vorliegenden
Beispiel selbst im Fall, dass Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
auftreten, im wesentlichen keine ungünstigen Auswirkungen auf die
Vibrationseigenschaften der Vibrationsplatten. Folglich können anhaltend
stabile Tintenverspritzungseigenschaften ungeachtet von Schwankungen
im äußeren Atmosphärendruck
erreicht werden.
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Übrigens
sind die Vibrationskammern 41 und die Druckausgleichskammer 49 beim
Tintenstrahlkopf gemäß dem vorliegenden
Beispiel nebeneinander gebildet. Das heißt, zum Zeitpunkt des Bildens der
Vertiefungen 7 für
die Druckkammern in der Hohlraumplatte 3, das heißt zum Zeitpunkt
des Bildens der Vibrationsplatten 5, wird auch die Auslenkplatte 16 in
einer Dicke gebildet, welche etwa die gleiche wie diejenige der
Vibrationsplatten 5 ist. Folglich ist die Herstellung eines
Tintenstrahlkopfs mit Druckausgleichsfunktionen einfach. Außerdem ist
die Auslenkplatte 16 durch die Düsenplatte 2 bedeckt,
und dies ist vorteilhaft in der Hinsicht, dass dieser Teil sicher
geschützt
werden kann, so dass er keinen Schaden nimmt. Ferner verwendet ein
solcher Schutzteil einen Teil der Düsenplatte 2, und dies
ist vorteilhaft in der Hinsicht, dass die Herstellung einfacher
ist als in einem eine separate Schutzplatte verwendenden Fall.
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(Steuerungssystem)
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6 ist
ein Blockschaltbild des Steuerungssystems des Tintenstrahl-Druckers 400 gemäß dem vorliegenden
Beispiel. Der das Zentrum dieses Steuerungssystems enthaltende Schaltungsteil kann zum
Beispiel mit einem Ein-Chip-Mikrocomputer gebildet sein. Nun wird
anhand der Figuren ein kurzer Überblick über das
Steuerungssystem gemäß dem vorliegenden
Beispiel gegeben. Bezugszeichen 201 bezeichnet eine Drucker-Steuerschaltung,
und RAM 205, ROM 206 und Zeichengenerator-ROM (CG-ROM) 207 sind über interne
Busse 202, 203 und 204 einschließlich eines
Adressbusses und eines Datenbusses mit dieser Drucker-Steuerschaltung 201 verbunden.
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Ein
Steuerprogramm ist in ROM 206 gespeichert, und die Steuervorgänge des
Tintenstrahlkopfs 1 werden auf Grundlage des aufgerufenen
Steuerprogramms ausgeführt
und von diesem aus aktiviert. RAM 205 wird als der Arbeitsspeicher
für die
Steuerung verwendet, und eingegebenen Zeichen entsprechende Punktmuster
werden im CG-ROM 207 aufbereitet.
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Bezugszeichen 210 bezeichnet
eine Kopfsteuerschaltung, welche unter der Kontrolle der über den
internen Bus 209 angeschlossenen Drucker-Steuerschaltung 201 Steuersignale,
Taktsignale usw. an den Kopftreiber 220 ausgibt. Außerdem werden über den
Datenbus 211 Druckdaten DATA geliefert.
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Der
Kopftreiber 220 besteht zum Beispiel aus einem TTL-Array,
welches eingegebenen Steuersignalen entsprechende Steuerspannungsimpulse erzeugt,
diese auf die Einzelelektroden 43 und die gemeinsame Elektrode 26,
welche der Gegenstand der Ansteuerung sind, anwendet, um das Ausstoßen von
Tintentröpfchen
aus den entsprechenden Tintendüsen 21 zu
bewirken. Um die Steuerspannungsimpulse zu erzeugen, werden dem
Kopftreiber 220 Massespannung GND, Steuerspannung Vn usw.
zugeführt.
Diese Spannungen werden aus der Steuerspannung Vcc der Stromversorgungsschaltung 230 erzeugt.
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Eine
Wagenmotorantriebs-Steuerschaltung 232 ist über den
internen Bus 231 mit der Drucker-Steuerschaltung 201 verbunden.
Die Wagenmotorantriebs-Steuerschaltung 232 steuert den
Wagenmotor (nicht gezeigt) zum Hin- und Herbewegen des den Tintenstrahlkopf 1 tragenden
Wagens 302 über
einen Motortreiber 233 an, um den Tintenstrahlkopf 1 in
der durch den Pfeil 234 in der Figur gezeigten Richtung
zu bewegen. Eine Transportmotorantriebs-Steuerschaltung 242 ist über den
internen Bus 241 mit der Drucker-Steuerschaltung 201 verbunden. Die
Transportmotorantriebs-Steuerschaltung 242 steuert einen
Transportmotor über
einen Motortreiber 243 an und verrichtet die Transportsteuerung
des der Schreibwalze 300 folgenden Druckpapiers 105 in
der durch den Pfeil 244 in der Figur gezeigten Transportrichtung.
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[Zweite Ausführungsform]
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Die
Auslenkplatte 16 zum Druckausgleich im obigen Tintenstrahlkopf 1 kann
so gebildet sein, dass sie bei normalem äußerem Atmosphärendruck
auf Meeresspiegelhöhe
die Form einer gebogenen Ebene hat, statt eine flache Plattenform
zu haben, wie als nächstes
beschrieben.
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7 ist
eine Teil-Schnittansicht eines Tintenstrahlkopfs 1A mit
der Auslenkplatte 16A einer gebogenen Form, welche auf
eine vorragende Weise zur Seite der Atmosphärendruckkammer 12 hin
gekrümmt
ist. Die anderen Elemente als diese Auslenkplatte 16A sind
die gleichen wie diejenigen in dem in 2 bis 5 gezeigten
Tintenstrahlkopf 1.
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Die
Auslenkplatte 16A mit einer solchen Form kann wie folgt
hergestellt werden. Eine mit Bor dotierte Schicht aus Silizium wird
durch Dotieren von Bor in den Teil, in welchem die Auslenkplatte 16A gebildet
werden soll, gebildet, bevor die Hohlraumplatte 3 geätzt wird.
Die mit Bor dotierte Schicht wird gleichzeitig mit dem Ätzen zur
Bildung der Vibrationsplatten 5 geätzt, wodurch die Auslenkplatte 16A gebildet wird.
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Weil
in der mit Bor dotierten Siliziumschicht Bor verteilt ist, ist dieser
Schichtteil der Hohlraumplatte gegenüber anderen Siliziumteilen
der Hohlraumplatte ausgedehnt. Ferner ist die Ausdehnung des Teils,
wo die mit Bor dotierte Schicht gebildet ist, durch die Siliziumteile
zu dessen beiden Seiten, welche nicht mit Bor dotiert wurden, beschränkt. Folglich bewirkt
das Bilden einer dünnen
Auslenkplatte 16A aus dem mit Bor dotierten Schichtteil,
dass die Auslenkplatte 16A auf eine zur Atmosphärendruckkammer
hin vorragende Weise gebogen wird wie, in 7 gezeigt.
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Ein
Glassubstrat 4A wird durch anodisches Bonden mit der Unterseite
der Hohlraumplatte 3A, in welcher die Auslenkplatte 16A gebildet
ist, zusammengefügt,
und eine abgedichtete Druckausgleichskammer 49 wird durch
die Auslenkplatte 16A und den gegenüberliegenden Glassubstrat-Teil
abgeteilt und gebildet. Die entgegengesetzte Seite der Auslenkplatte 16A weist
zur Atmosphärendruckkammer 12 hin.
Folglich steht die Auslenkplatte 16A in Form einer vorragenden
gekrümmten
Ebene zur Seite der Atmosphärendruckkammer 12 hin
vor, wie in 7 gezeigt.
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Beim
Tintenstrahlkopf 1A mit der in Form einer gekrümmten Ebene
zur Seite der Atmosphärendruckkammer 12 hin
vorragenden Auslenkplatte 16A wie oben beschrieben wird
im Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
hoch ist, die Auslenkplatte 16A zur Seite der Druckausgleichskammer 49 hin
gedrückt
und krümmt
sie sich. Folglich können
die Atmosphärendruckschwankungen
im Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
hoch ist, wirkungsvoller ausgeglichen werden als mit der flachen
Auslenkplatte 16.
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Jedoch
muss sich eine solche Auslenkplatte 16A, welche zur Seite
der Atmosphärendruckkammer
hin vorragt, im Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
niedriger als der Innendruck der Druckausgleichskammer 49 (der
Atmosphärendruck
zum Zeitpunkt des Abdichtens dieser Kammer 49) ist, noch weiter
in die Richtung, in welche sie vorragt, krümmen, so dass die Nachgiebigkeit
abnimmt. Folglich können
sich ihre Druckausgleichsfunktionen nicht genügend entfalten.
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8 ist
ein Diagramm, welches eine Kennlinie zeigt, die qualitativ veranschaulicht,
wie sich die Nachgiebigkeit der Auslenkplatte 16A mit dem äußeren Atmosphärendruck ändert. In
diesem Diagramm entspricht die waagerechte Achse dem äußeren Atmosphärendruck
und die senkrechte Achse der Nachgiebigkeit. Wie aus diesem Diagramm
ersichtlich, gilt, dass, je niedriger der äußere Atmosphärendruck
gegenüber
dem Luftdruck zum Zeitpunkt des Abdichtens der Druckausgleichskammer 49 ist,
desto geringer die Nachgiebigkeit der Auslenkplatte 16A ist,
und diese lässt
schnell auf eine nichtlineare Weise nach. Das heißt, bei
niedrigerem Druck krümmt sich
die Auslenkplatte 16A nicht so leicht, und folglich lassen
ihre Druckausgleichsfunktionen schnell nach.
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Im
Fall, dass der äußere Atmosphärendruck niedrig
ist, ist die Druckausgleichskammer 49 vorzugsweise bei
reduziertem Druck abgedichtet, um die Nachgiebigkeit der Auslenkplatte 16A genügend anzuheben,
damit sie zum Beispiel auch in großen Höhen hoch genug ist. Zum Beispiel
ist die Druckausgleichskammer 49 vorzugsweise bei einem
reduzierten Druck von ungefähr
650 hPa ± 50
hPa Absolutdruck abgedichtet.
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9 ist
eine erläuternde
Zeichnung, welche das Verhalten der bei einem reduzierten Druck abgedichteten
Auslenkplatte 16A veranschaulicht. In der Figur stellt
die durchgezogene Linie den Zustand der Auslenkplatte 16A vor
dem luftdichten Abdichten dar, stellt die gestrichelte Linie den
Zustand der Auslenkplatte 16A nach dem Abdichten bei reduziertem Druck
dar und stellt die unterbrochene Linie den Zustand der Auslenkplatte 16A im
Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
hoch ist, dar.
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So
kommt die Auslenkplatte 16A selbst im Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
hoch ist, nicht mit der Unterseite der Druckausgleichskammer 49 (der
Oberfläche
der Blindelektrode 48) in Kontakt und hört nicht auf zu funktionieren.
Wie aus dem Diagramm in 8 ersichtlich, wird die Nachgiebigkeit der
Auslenkplatte 16A bezüglich
Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
in einer annähernd
linearen Beziehung gehalten, so dass der Ausgleich entsprechend
Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
auf eine sichere Weise erfolgen kann.
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[Dritte Ausführungsform]
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10 ist
eine schematische Schnittansicht, welche eine dritte Ausführungsform
des Tintenstrahlkopfs, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet
wird, veranschaulicht, und 11 ist
eine erläuternde
Zeichnung, welche die Lagebeziehung zwischen den Vibrationskammern
und der Druckausgleichskammer veranschaulicht. Der grundlegende Aufbau
des Tintenstrahlkopfs 1B gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist der gleiche wie derjenige der oben beschriebenen Tintenstrahlköpfe 1 und 1A,
bei einem Aufbau, bei welchem eine Düsenplatte 2B an die
Oberseite und ein Glassubstrat 4B an die Unterseite einer
Hohlraumplatte 3B gebondet ist, welche somit zwischen die
beiden gelegt ist.
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Jeweils
mit Tintendüsen 21B kommunizierende
Druckkammern 6B und eine über Tintenzufuhrkammern 8B mit
den Druckkammern 6B kommunizierende gemeinsame Tintenkammer 10B sind durch
die Düsenplatte 2B in
Verbindung mit der Hohlraumplatte 3B abgeteilt und gebildet.
Außerdem
ist eine Atmosphärendruckkammer 12B auf
einer an die gemeinsame Tintenkammer 10B angrenzenden Position
abgeteilt und gebildet und kommuniziert diese Atmosphärendruckkammer 12B über ein
Kommunikationsloch 14B mit der Atmosphäre.
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Eine
dünne Auslenkplatte 16B ist
am unteren Teil der Atmosphärendruckkammer 12B gebildet
und Vibrationsplatten 5B sind an den unteren Teilen der Druckkammern 6B gebildet.
Vibrationskam mern 41B, welche jeweils einen Spalt aufweisen,
um das Verschieben der entsprechenden Vibrationsplatte 5B zu
ermöglichen,
und eine Druckausgleichskammer 49B, welche einen Spalt
aufweist, um das Verschieben der Auslenkplatte 16B zu ermöglichen,
sind durch die Unterseite der Hohlraumplatte 3B in Verbindung
mit dem Glassubstrat 46 abgeteilt und gebildet. Die Druckausgleichskammer 49B kommuniziert mit
den Vibrationskammern 41B. Aus ITO gebildete Einzelelektroden 43B sind
jeweils an den Unterseiten von Vibrationskammern 41B gebildet,
und eine aus ITO gebildete Blindelektrode 48B ist an der
Unterseite der Druckausgleichskammer 49B gebildet.
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Der
einen Wandteil der gemeinsamen Tintenkammer 10B bildende
Teil der Düsenplatte 2B ist eine
Auslenkplatte 10A, welche es zulässt, in der zu ihrer Ebene
lotrechten Richtung ausgelenkt zu werden. Diese Auslenkplatte 10A dient
dazu, zu verhindern, dass Druckschwankungen in den Druckkammern 66 sich über die
gemeinsame Tintenkammer 10B in die angrenzenden Druckkammern 6B fortpflanzen,
und wird entsprechend Druckschwankungen in der zu ihrer Ebene lotrechten
Richtung durch ihre Elastizität
ausgelenkt.
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Auch
beim Tintenstrahlkopf 1B gemäß der vorliegenden Ausführungsform
wird die die Druckausgleichskammer 49B abteilende Auslenkplatte 16B entsprechend
Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
ausgelenkt. Folglich wird verhindert, dass die Vibrationsplatten 56 entsprechend Schwankungen
des äußeren Atmosphärendrucks ausgelenkt
werden, so dass stabile Tintenverspritzungseigenschaften aufrechterhalten
werden können.
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Übrigens
kann eine eine Vielzahl von Atmosphärendruckkammern 12B und
Druckausgleichskammern 49B verwendende Konfiguration verwendet
werden. 12 zeigt ein Beispiel, in welchem zwei
Atmosphärendruckkammern
und zwei entsprechende Druckausgleichskammern verwendet werden und
zwei Auslenkplatten entsprechend positioniert sind.
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13 veranschaulicht
ein verbessertes Beispiel des Tintenstrahlkopfs 1B. Auch
bei diesem Tintenstrahlkopf 1C sind eine Düsenplatte 2C und
ein Glassubstrat 4C über
beziehungsweise unter einer Hohlraumplatte 3C vorgesehen.
Tintendüsen 21C sind
in der Düsenplatte 2C gebildet.
Jeweils mit den Düsen 21C kommunizierende
Druckkammern 6C und eine über Tintenzufuhrkammern 8C mit
den Druckkammern 6C kommunizierende gemeinsame Tintenkammer 10B sind
durch die Düsenplatte 2C in Verbindung
mit der Hohlraumplatte 3C abgeteilt und gebildet.
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Vibrationsplatten 5C sind
an den unteren Teilen der Druckkammern 6C gebildet. Eine
Auslenkplatte 16C mit einer weit größeren Nachgiebigkeit als derjenigen
der Vibrationsplatten 5C ist am unteren Teil der gemeinsamen
Tintenkammer 10C vorgesehen. Vibrationskammern 41C,
welche jeweils einen Spalt aufweisen, um das Verschieben der entsprechenden
Vibrationsplatte 5C zu ermöglichen, und eine Druckausgleichskammer 49C,
welche einen Spalt aufweist, um das Verschieben der Auslenkplatte 16C zu
ermöglichen,
sind durch die Unterseite der Hohlraumplatte 3C in Verbindung
mit dem Glassubstrat 4C abgeteilt und gebildet. Die Druckausgleichskammer 49C kommuniziert
mit den Vibrationskammern 41C. Aus ITO gebildete Einzelelektroden 43C sind
jeweils an den Unterseiten der Vibrationskammern 41C gebildet,
und eine aus ITO gebildete Blindelektrode 48C ist an der
Unterseite der Druckausgleichskammer 49C gebildet.
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Beim
Tintenstrahlkopf 10 gemäß dem vorliegenden
Beispiel ist Auslenkplatte 16C als die Unterseite der gemeinsamen
Tintenkammer 10C gebildet. Folglich fungiert die Auslenkplatte 16C sowohl
als die Auslenkplatte 16B als auch als die Auslenkplatte 10A des
oben beschriebenen Tintenstrahlkopfs 1B. Das heißt, diese
Auslenkplatte 16C verhindert, dass Druckschwankungen in
den Druckkammern 6C sich über die gemeinsame Tintenkammer 10C in
die angrenzenden Druckkammern 6C fortpflanzen. Außerdem wird
verhindert, dass die Vibrationsplatten 5C entsprechend
Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
ausgelenkt werden, so dass stabile Tintenverspritzungseigenschaften
aufrechterhalten werden können.
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Der
Tintenstrahlkopf 10 gemäß dem vorliegenden
Beispiel kann auf eine kompaktere Weise als der oben beschriebene
Tintenstrahlkopf 1B gebildet sein. Das heißt, es besteht
keine Notwendigkeit, eine separate Atmosphärendruckkammer zu schaffen, und
der anfängliche
Ausgleich atmosphärischer Schwankungen
und Innendruckschwankungen in der gemeinsamen Tintenkammer werden
durch die einzige Auslenkplatte 16C aufgenommen.
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[Vierte Ausführungsform]
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14(A) ist eine Teil-Schnittansicht, welche eine
vierte Ausführungsform
des Tintenstrahlkopfs, auf welchen die vorliegende Erfindung angewendet
wird, veranschaulicht, und 14(B) ist
eine erläuternde
Zeichnung, welche die Lagebeziehung zwischen den Vibrationskammern
und der Druckausgleichskammer veranschaulicht. Auch dieser Tintenstrahlkopf 1D ist
mit einer Düsenplatte 2D und
einem Glassubstrat 4D, welche über beziehungsweise unter einer
Hohlraumplatte 3D vorgesehen sind, konfiguriert. Tintendüsen 21D sind
in der Düsenplatte 2D gebildet.
Jeweils mit den Düsen 21D kommunizierende
Druckkammern 6D, eine über
Tintenzufuhrkammern 8D mit den Druckkammern 6D kommunizierende
gemeinsame Tintenkammer 10D und eine mit der Atmosphäre kommunizierende
Atmosphärendruckkammer 12D sind
durch die Düsenplatte 2D in
Verbindung mit der Hohlraumplatte 3D abgeteilt und gebildet.
Vibrationsplatten 5D sind an den unteren Teilen der Druckkammern 6D gebildet.
Eine Auslenkplatte 16D1 ist am unteren Teil der gemeinsamen
Tintenkammer 10D gebildet. Auf die gleiche Weise ist eine
Auslenkplatte 16D2 am unteren Teil der Atmosphärendruckkammer 12D gebildet.
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Vibrationskammern 41D,
welche jeweils einen Spalt aufweisen, um das Verschieben der entsprechenden
Vibrationsplatte 5C zu ermöglichen, und eine erste Druckausgleichskammer 49D1,
welche einen Spalt aufweist, um das Verschieben der Auslenkplatte 16D1 zu
ermöglichen,
und eine zweite Druckausgleichskammer 49D2, welche einen
Spalt aufweist, um das Verschieben der Auslenkplatte 16D2 zu
ermöglichen,
sind durch die Unterseite der Hohlraumplatte 3D in Verbindung
mit dem Glassubstrat 4D abgeteilt und gebildet. Die Druckausgleichskammer 49D1 kommuniziert
mit den Vibrationskammern 41D, und die Druckausgleichskammer 49D2 kommuniziert
mit der Druckausgleichskammer 49D1.
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Aus
ITO gebildete Einzelelektroden 43D sind jeweils an den
Unterseiten der Vibrationskammern 41D gebildet, und aus
ITO gebildete Elektroden 48D1 und 48D2 sind jeweils
an den Unterseiten der Druckausgleichskammern 49D1 und
D2 gebildet.
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Wie
in 15(A) gezeigt, erzeugt das Anlegen
einer Spannung zwischen der Auslenkplatte 16D1 und der
Elektrode 48D1 eine elektrostatische Anziehungskraft, wodurch
die Auslenkplatte 16D1 zur Elektrodenseite hin gezogen
und gekrümmt
wird. Deshalb wird das Volumen der ersten Druckausgleichskammer 49D1 verkleinert
und wird der Innendruck der kommunizierenden Vibrationskammern 41D erhöht. Das
Wegnehmen der angelegten Spannung bewirkt die elastische Rückstellung
der Auslenkplatte 16D1, so dass auch der Innendruck der kommunizierenden
Vibrationskammer 41D zum ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
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Zum
Beispiel im Fall, dass der Umgebungsatmosphärendruck einen bestimmten Wert
hat, wird zwischen der Auslenkplatte 16D1 und der Elektrode 48D1 eine
Spannung angelegt, so dass die Auslenkplatte 16D1 zur Elektrode 48D1 hin
gezogen wird, wie in 15(B) gezeigt.
Im Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
fällt,
bewirkt das Senken der angelegten Spannung oder das völlige Wegnehmen
der Spannung, dass der Innendruck der Vibrationskammern 41D fällt, so
dass die Druckdifferenz zum äußeren Atmosphärendruck
abnimmt. Folglich können
die Vibrationseigenschaften der Vibrationsplatten 5D konstant
gehalten werden und kann eine Änderung der
Tintenverspritzungseigenschaften unterdrückt werden.
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Andererseits
bewirkt im Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
steigt, das Erhöhen
der angelegten Spannung, dass die Krümmung der Auslenkplatte 16D1 zunimmt
und der Druck in den Vibrationskammern 41D erhöht wird,
so dass die Druckdifferenz zum äußeren Atmosphärendruck
verringert werden kann und eine Veränderung der Tintenverspritzungseigenschaften
auch in diesem Fall unterdrückt werden
kann.
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Im
Fall, dass der Betrag der Änderung
des äußeren Atmosphärendrucks
groß ist,
kann eine Volumenänderung
der zweiten Druckausgleichskammer 12D2 wie folgt verwendet
werden. Das heißt,
im Fall, dass der Umgebungsatmosphärendruck einen bestimmten Wert
hat, wird zwischen der Auslenkplatte 16D1 und der Elektrode 48D1 eine
Spannung angelegt, so dass die Auslenkplatte 16D1 sich
in einem zur Elektrode 48D1 hin gezogenen Zustand befindet, wie
in 15(A) gezeigt. Im Fall, dass
der äußere Atmosphärendruck
steigt, wird auch zwischen der zweiten Auslenkplatte 16D2 und
der Elektrode 48D2 eine Spannung angelegt, so dass auch
die Auslenkplatte 16D2 gekrümmt wird. Deshalb wird auch
die Kapazität
der zweiten Druckausgleichskammer 12D2 verringert, so dass
der Druck der Vibrationskammern 41D stark erhöht werden
kann, um dem Anstieg des äußeren Atmosphärendrucks
zu entsprechen. Folglich kann die Druckdifferenz zwischen dem äußeren Atmosphärendruck,
der stark gestiegen ist, und dem Innendruck der Vibrationskammern
reduziert oder sogar ganz beseitigt werden.
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Im
umgekehrten Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
fällt,
wird die angelegte Spannung weggenommen, so dass die erste Auslenkplatte 16D1 in
ihren ursprünglichen
Zustand zurückkehrt, wodurch
das Volumen der ersten Druckausgleichskammer 49D1 vergrößert wird.
Folglich fällt
der Innendruck der Vibrationskammern 41D und wird die Druckdifferenz
zwischen dem äußeren Atmosphärendruck
und dem Innendruck reduziert oder ganz beseitigt. Die Steuerung
der angelegten Spannung für
die Elektroden 48D1 und 48D2 zum Vergrößern oder
Verkleinern des Volumens der ersten und der zweiten Druckausgleichskammer 49D1 und 49D2 kann
durch einen Steuerungsmechanismus wie den im folgenden beschriebenen
erfolgen.
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Das
heißt,
wie in 16 gezeigt, wird der äußere Atmosphärendruck
durch eine Luftdruckerfassungseinrichtung 401 erfasst,
wird durch eine Druckvergleichseinrichtung 402 ein eingestellter
Luftdruck mit dem erfassten äußeren Atmosphärendruck
verglichen und werden die Auslenkplatten 16D1 und 16D2 auf
Grundlage des Vergleichsergebnisses durch eine Auslenkplatten-Steuerungseinrichtung 403 ausgelenkt.
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Es
können
verschiedenartige Sensoren, wie etwa auf elektrostatischer Kapazität beruhende
Luftdrucksensoren, piezoelektrische Luftdrucksensoren und so weiter,
für die
Luftdruckerfassungseinrichtung verwendet werden. Außerdem ist
die Einbauposition der Luftdruckerfassungseinrichtung nicht auf
die Nähe
des Tintenstrahlkopfs 1D beschränkt, sondern es kann vielmehr
jede Position verwendet werden, wo eine entsprechende Luftdruckmessung
erfolgen kann.
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[Fünfte
Ausführungsform]
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17 ist
eine Teil-Konfigurationszeichnung, welche die Hauptbestandteile
einer fünften Ausführungsform
des Tintenstrahlkopfs veranschaulicht, auf den die vorliegende Ausführungsform
angewendet wird. Der grundlegende Aufbau des Tintenstrahlkopfs 1E gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist der gleiche wie derjenige der oben beschriebenen Ausführungsformen,
wobei eine Düsenplatte 2E und
ein Glassubstrat 4E auf beziehungsweise unter eine Hohlraumplatte 3E gelegt
sind, welche somit zwischen die beiden gelegt ist. Tintendüsen 21E sind
in der Düsenplatte 2E gebildet.
Jeweils mit den Düsen 21E kommunizierende
Druckkammern 6E und eine über Tintenzufuhrkammern 8E mit den
Druckkammern 6E kommunizierende gemeinsame Tintenkammer 10E sind
durch die Düsenplatte 2E in
Verbindung mit der Hohlraumplatte 3E abgeteilt und gebildet.
Vibrationsplatten 5E sind an den unteren Teilen der Druckkammern 6E gebildet.
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Vibrationskammern 41E,
welche jeweils einen Spalt aufweisen, um das Verschieben der jeweiligen
Vibrationsplatte 5E zu ermöglichen, sind durch die Unterseite
der Hohlraumplatte 3E in Verbindung mit dem Glassubstrat 4E abgeteilt
und gebildet. Aus ITO gebildete Einzelelektroden 43E sind
an der Unterseite der Vibrationskammern 41E gebildet.
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Die
vorliegende Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Vorsehens einer Druckausgleichskammer,
deren Volumen sich entsprechend einer Auslenkplatte als der Druckausgleichseinrichtung ändert, ein
Wärmesteuerungselement 160 verwendet
wird, um ein in den Vibrationskammern 41E eingeschlossenes
Gas zu erwärmen oder
abzukühlen
und dadurch den Innendruck der Vibrationskammern 41E zu
erhöhen
oder zu senken und folglich die Druckdifferenz zum äußeren Atmosphärendruck
zu reduzieren oder ganz zu beseitigen.
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Wie
aus dem Boyle-Charles-Gesetz bekannt, lässt sich ein Luftdruck durch
Wärme beeinflussen.
Zum Beispiel lässt
man in dem Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
steigt, das Wärmesteuerungselement 160 Wärme erzeugen,
und die Erwärmung
der an der Bildung der Vibrationskammern beteiligten Teile des Glassubstrats 4E erwärmt das
Gas in den Vibrationskammern, welches sich auszudehnen versucht.
Jedoch sind die Vibrationskammern 41E abgedichtet, so dass
der Innendruck zunimmt und die Druckdifferenz zum äußeren Atmosphärendruck
gelindert wird.
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Im
umgekehrten Fall, dass der äußere Atmosphärendruck
fällt,
führt das
Wärmesteuerungselement 160 einen
endothermen Vorgang oder Kühlvorgang
aus, wodurch es das Glassubstrat 4E abkühlt, welches das Gas in den
Vibrationskammern abkühlt und
so deren Innendruck senkt. Folglich kann die Druckdifferenz zum äußeren Atmosphärendruck
vermindert werden.
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Das
Wärmesteuerungselement
kann zum Beispiel ein Wärmeerzeugungselement,
wie etwa ein Tantalnitrid-Dünnfilm
sein. Alternativ kann es ein solches sein, das zu einem endothermen
Vorgang fähig ist,
wie etwa ein Peltier-Element.
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18 ist
ein Blockschaltbild der Steuerungsanordnung für das Wärmesteuerungselement. Wie in
der Figur gezeigt, erfasst eine Luftdruckerfassungseinrichtung 501 den äußeren Atmosphärendruck.
Der erfasste äußere Atmosphärendruck
wird in der Luftdruck/Temperatur-Wandlungseinrichtung 502 in
eine Solltemperatur umgewandelt. Die Innentemperatur wird in der
Temperaturvergleichseinrichtung 503 mit der Solltemperatur
verglichen. Die Wärmesteuerungselement-Steuerungseinrichtung 504 steuert
das Wärmesteuerungselement 160 auf Grundlage
des Vergleichsergebnisses so, dass die Temperatur in der Vibrationskammer
die Solltemperatur wird.
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Übrigens
kann eine Temperaturerfassungseinrichtung 505 am Glassubstrat 4E (siehe 17) angebracht
sein, welche den erfassten Wert mit der Solltemperatur vergleicht,
um ein noch genaueres Temperaturmanagement zu leisten.
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Außerdem kann
eine Erfassung des Luftdrucks durch eine auf der elektrostatischen
Kapazität zwischen
der Vibrationsplatte 5E und der Elektrode 43E in
der Vibrationskammer 41E beruhende Berechnung erzielt werden,
statt einen Luftdrucksensor oder dergleichen am Tintenstahl-Drucker
anzubringen.
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In
diesem Fall wird, wie in 19 gezeigt, die
elektrostatische Kapazität
zwischen der Vibrationsplatte und der Elektrode durch eine Einrichtung zur
Erfassung der elektrischen Kapazität 601 erfasst und
die erfasste Kapazität
wird durch eine Vergleichseinrichtung 602 mit einem voreingestellten
Sollwert verglichen, so dass das Wärmeerzeugungselement, auf der
Grundlage der Vergleichsergebnisse, durch eine Wärmesteuerungselement-Steuerungseinrichtung 603 betrieben
und gesteuert werden kann.
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[Weitere Ausführungsformen]
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
ist in einem Teil der Druckausgleichskammer eine Auslenkplatte gebildet,
so dass das Volumen der Druckausgleichskammer zunimmt oder abnimmt, wenn
die Auslenkplatte entsprechend Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
ausgelenkt wird. Stattdessen kann eine Anordnung verwendet werden,
bei welcher die gesamte Druckausgleichskammer 701 aus einem
elastischen Werkstoff gebildet ist, wie in 20 gezeigt,
so dass sie sich in ihrer Gänze
entsprechend Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks
ausdehnt oder zusammenzieht.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben verfügt
der elektrostatische Aktuator gemäß der vorliegenden Erfindung über eine
Druckausgleichseinrichtung zum Reduzieren oder Beseitigen einer
Druckdifferenz zwischen dem Innendruck von durch Vibrationsplatten
abgeteilten Vibrationskammern und dem äußeren Atmosphärendruck,
so dass die Vibrationseigenschaften der Vibrationsplatten sich nicht
entsprechend Schwankungen des äußeren Atmosphärendrucks ändern. Folglich
ist eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung,
auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird, fähig, ungeachtet
von Schwankungen im äußeren Atmosphärendruck
einen stabilen Tröpfchenspritzbetrieb
fortdauernd auszuführen.
Zum Beispiel ist ein die vorliegende Erfindung anwendender Tintenstrahl-Drucker in der Lage,
ungeachtet des Einsatzortes, sei es in großen Höhen oder auf Meeresspiegelhöhe usw.,
fortdauernd Bilddruck in hoher Qualität zu leisten.