DE60201300T2

DE60201300T2 - Flüssigkeitstropfenstrahlkopf und Tintenstrahlaufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE60201300T2
Application number: DE60201300T
Authority: DE
Inventors: Hirotoshi Yamato-shi Eguchi; Shuzo Matsumoto; Kenichi Yokohama-shi Ogata; Kiyoshi Yokohama-shi Yamaguchi; Takayuki Yokohama-shi Hiyoshi; Mitsuru Yokohama-shi Shingyohuchi; Masanori Yokohama-shi Kusunoki
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: HK1049814B; DE60201300D1; CN1189325C; ES2227399T3; EP1275507B8; US20030067513A1; US6729716B2; EP1275507A1; HK1049814A1; EP1275507B1; CN1403282A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkeitstropfen-Ausstoßköpfe und Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtungen.
Eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung wird als Bildaufzeichnungsvorrichtung oder Bilderzeugungsvorrichtung verwendet, wie z. B. ein Drucker, Faxgerät, Kopiergerät oder Plotter. Ein Tintenstrahlkopf wird für die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung als Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf verwendet. Der Tintenstrahlkopf umfasst eine Düse, einen Flüssigkeitsraum und ein Antriebsmittel (Druckerzeugungsmittel). Ein Tintentropfen wird durch die Düse ausgestoßen. Die Düse ist mit dem Flüssigkeitsraum verbunden. Der Flüssigkeitsraum wird mit Druck beaufschlagter Flüssigkeitsraum, Druckraum, Ausstoßraum oder Tintenkanal genannt. Die Tinte im Flüssigkeitsraum wird durch das Antriebsmittel (Druckerzeugungsmittel) mit Druck beaufschlagt. Der Tintentropfen wird aufgrund des durch das Druckerzeugungsmittel erzeugten Drucks im Flüssigkeitsraum aus der Düse ausgestoßen. Obwohl es mehrere Arten von Flüssigkeitstropfen-Ausstoßköpfen gibt, wie z. B. einen Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf, der einen flüssigen Resist als Flüssigkeitstropfen ausstößt, oder einen Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf, der ein DNA-Testmaterial als Flüssigkeitstropfen ausstößt, wird der Tintenstrahlkopf beschrieben.
Ein Tintenstrahlkopf vom Piezotyp ist als Tintenstrahlkopf bekannt. Ein elektromechanisches Wandlerelement wie z. B. ein piezoelektrisches Element als Antriebsmittel, das einen Druck erzeugt, durch den die Tinte im Flüssigkeitsraum mit Druck beaufschlagt wird, wird im Tintenstrahlkopf vom Piezotyp verwendet. Eine Schwingungsplatte, die in der Lage ist, sich elastisch zu verformen, und eine Wandoberfläche des Flüssigkeitsraums bildet, wird durch eine Verformung des Antriebsmittels verformt, so dass im Tintenstrahlkopf vom Piezotyp im Flüssigkeitsraum das Volumen verringert/der Druck erhöht wird und der Tintentropfen ausgestoßen wird. Siehe japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2-51734.
Im vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopf wird das piezoelektrische Element durch Aufladen oder Entladen verformt, so dass die Schwingungsplatte, die mit dem piezoelektrischen Element in Kontakt gelangt, verformt wird. Der Druck innerhalb des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums nimmt dadurch zu, dass sich die Schwingungsplatte verformt, um das Volumen des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums zusammenzuziehen, so dass der Tintentropfen aus der Düse ausgestoßen wird. Nachdem der Tintentropfen ausgestoßen ist, wird das piezoelektrische Element verformt, um die Schwingungsplatte zu verformen und das Volumen des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums zu expandieren.
Ein Beispiel des vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopfs ist in 1 und 2 gezeigt. 1 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums des Tintenstrahlkopfs gemäß dem Stand der Technik. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Richtung der kurzen Seite des Flüssigkeitsraums des Tintenstrahlkopfs gemäß dem Stand der Technik.
In diesem Tintenstrahlkopf sind ein mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 114, der mit einer Düse 113 verbunden ist, die einen Tintentropfen 122 ausstößt, und ein gemeinsamer Flüssigkeitsraum 119, der die Tinte über einen Verbindungsteil 120 zum mit Druck beaufschlagten Raum 114 liefert, durch Verbinden des Flüssigkeitsraumsubstrats 111 und der Düsenplatte 118 ausgebildet, und ein piezoelektrisches Element 117, das auf einer Basisplatte 112 vorgesehen ist, ist mit einer Außenfläche der Schwingungsplatte 116 verbunden, welche einen Teil einer Wandoberfläche des mit Druck beaufschlagten Raums 114 bildet.
Die Schwingungsplatte 116 wird auf der Basis einer Verformung des piezoelektrischen Elements 117 elastisch verformt. Die Schwingungsplatte 116 weist jedoch im Allgemeinen eine kleinere Steifigkeit (größere Nachgiebigkeit) auf als andere Wände, die den mit Druck beaufschlagten Raum 114 bilden. Ferner ist der gemeinsame Flüssigkeitsraum 119 mit einem Tintentank verbunden, der in 1 und 2 nicht gezeigt ist. Ein Unterstützungselement 121 ist zwischen der Flüssigkeitsraumplatte 111 und einer Basisplatte 112 vorgesehen.
Das piezoelektrische Element 117 wird durch Anlegen einer Spannung von einer Ansteuerschaltung, die in 1 und 2 nicht gezeigt ist, an das piezoelektrische Element 117 verformt, so dass die Schwingungsplatte 116 verformt wird, um das Volumen des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114 zu vergrößern oder zu verkleinern. In einem Fall, in dem das Volumen des mit Druck beaufschlagten Raums 114 vergrößert wird, wird der Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114 verringert, so dass die Tinte durch einen Verbindungsteil 120 vom gemeinsamen Flüssigkeitsraum 119 zum mit Druck beaufschlagten Raum 114 aufgefüllt wird.
Danach wird eine Antriebskraft implementiert, um den Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114 zu erhöhen. Das heißt, in einem Fall, in dem das piezoelektrische Element 117 angetrieben wird, um das Volumen des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114 zu verringern, wird der Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114 erhöht. Aufgrund dessen wird Tinte aus der Düse 113 herausgeschoben und als Tintentropfen 122 gespritzt, so dass er an einem Aufzeichnungsmedium wie z. B. Papier haftet, so dass die Aufzeichnung implementiert werden kann.
Somit wird der Tintentropfen im Tintenstrahlkopf, der die Schwingungsplatte verwendet, auf der Basis einer Verformung der Schwingungsplatte gebildet. Ein Verbindungsteil mit dem piezoelektrischen Element als Antriebsbetriebsmittel ist ein wichtiger Faktor als Fähigkeit für den Tintenstrahlkopf.
Aufgrund dessen gibt es, wie im japanischen Patent Nr. 3147132, japanischen Patent Nr. 3070625, EP 1 083 048 oder US 5 880 763 offenbart, eine Technologie, bei der ein konvexer Abschnitt mit einer Inselform zum Verbinden mit dem piezoelektrischen Element an der Schwingungsplatte ausgebildet ist.
Eine Struktur des vorstehend erwähnten herkömmlichen Tintenstrahlkopfs wird mit Bezug auf 3 bis 6 beschrieben. 3 ist eine perspektivische Ansicht des herkömmlichen Tintenstrahlkopfs. 4 ist eine erweiterte Ansicht eines in 3 gezeigten Teils. 5 ist eine perspektivische Ansicht der Schwingungsplatte eines weiteren Beispiels des herkömmlichen Tintenstrahlkopfs. 6 ist eine grobe perspektivische Ansicht des herkömmlichen Tintenstrahlkopfs. In 3 bis 6 sind Teilen, die die gleichen sind wie die in 1 und 2 gezeigten Teile, dieselben Bezugszeichen gegeben und deren Erläuterung wird vereinfacht.
In diesem Tintenstrahlkopf ist ein konkaver Abschnitt 123 an der Schwingungsplatte 116 ausgebildet, die eine der Wandoberflächen des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114 bildet, so dass ein konkaver Abschnitt 123 ausgebildet ist. Ein konvexer Abschnitt 124 mit einer Inselform ist als dicker Abschnitt in einer Position ausgebildet, in der das piezoelektrische Element 117 mit der Schwingungsplatte 116 in Kontakt gelangt. Das heißt, der dünne Abschnitt 126 umgibt den gesamten konvexen Abschnitt 124 mit der Inselform als dicker Abschnitt mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke.
Das piezoelektrische Element 117 entspricht dem mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 114. Der konkave Abschnitt 123, der den konvexen Abschnitt 124 mit der Inselform umgibt, welcher mit dem piezoelektrischen Element 117 in Kontakt gelangt, ist durch den dicken Abschnitt 125 unterteilt. Der dünne Abschnitt 126 ist durch die in 5 gezeigte Schwingungsplatte 116 ausgebildet. Der konvexe Abschnitt 124 mit der Inselform ist auf dem dünnen Abschnitt 126 als dicker Abschnitt ausgebildet.
Es ist möglich, das Ausmaß an Schwingung des piezoelektrischen Elements 117, das auf andere benachbarte mit Druck beaufschlagte Flüssigkeitsräume übertragen wird, zu verringern, indem veranlasst wird, dass das piezoelektrische Element 117 mit dem konvexen Abschnitt 124 mit der Inselform in Kontakt gelangt und das piezoelektrische Element angetrieben wird. Ferner ist es möglich, die Verformung des piezoelektrischen Elements in die Änderung des Volumens des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums effizient umzuwandeln, nämlich durch eine Druckänderung.
Gemäß dem vorstehend erwähnten herkömmlichen Tintenstrahlkopf ist es jedoch erforderlich, dass der konvexe Abschnitt 124 mit der Inselform, der an der Schwingungsplatte 116 ausgebildet ist, mit einem konstanten Abstand vom Rand der Unterteilung der mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsräume 114 ausgebildet wird. Folglich ist es erforderlich, den dünnen Abschnitt 126 mit einer konstanten Breite, der den konvexen Abschnitt 124 mit der Inselform umgibt, auszubilden. Daher ist es erforderlich, dass eine höhere Maßgenauigkeit oder Positionierungsgenauigkeit vorliegt.
Ferner ist die lange Seite des konvexen Abschnitts 124 mit der Inselform länger als die lange Seite des Kopfendabschnitts des piezoelektrischen Elements 117. Außerdem ist es erforderlich, Platz für den dünnen Abschnitt 126 zu schaffen, so dass es schwierig ist, den ganzen Tintenstrahlkopf klein zu machen. Daher besteht ein Problem, einer Anordnung von mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsräumen 114 mit einer hohen Dichte zu entsprechen. Da eine Änderung des Volumens innerhalb des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114 auf der Basis der Größe des konvexen Abschnitts 124 und des Ausmaßes der Verformung des piezoelektrischen Elements 117 festgelegt wird, ist es ferner erforderlich, die Abmessungen des konvexen Abschnitts 124 mit hoher Genauigkeit her zustellen. Es ist jedoch schwierig, die Abmessungen des konvexen Abschnitts 124 mit hoher Genauigkeit herzustellen, so dass die Ausbeuterate verringert wird und die Herstellungskosten erhöht werden.
Ferner ist die Schwingungsplatte 116 mit einem großen Bereich des dünnen Abschnitts 126 ein Element des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114. Der mit Druck beaufschlagte Flüssigkeitsraum 114 weist eine kleine Steifigkeit (große Nachgiebigkeit) auf, so dass eine Wirksamkeit, um den Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 114 zu erhöhen, schlechter ist, so dass die Steuerbarkeit eines Meniskus zum Zeitpunkt des Tintentropfenausstoßes abfällt.
Wenn das piezoelektrische Element 117 angetrieben wird, tritt außerdem eine Spannung auf der Basis einer elastischen Verformung am dünnen Abschnitt 126 auf, der den konvexen Abschnitt 124 mit der Inselform umgibt. Die Schwingungsplatte 116 kann aufgrund der Konzentration der auftretenden Spannung in Verbindung mit einer unerwarteten Bedingung wie z. B. Streuung zum Zeitpunkt der Ausbildung des konvexen Abschnitts 124 und des dünnen Abschnitts 126 zerbrochen werden. Um eine große Anzahl der mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsräume 114 ohne Streuung auszubilden, wird der Herstellungsprozess kompliziert, so dass verschiedene Vorrichtungen verbessert werden müssen und eine Steigerung der Kosten auftreten kann.
Folglich ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen und brauchbaren Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf und eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zu schaffen, bei denen ein oder mehrere der vorstehend beschriebenen Probleme beseitigt sind.
Ein weiteres und spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf zu schaffen, durch den der Innendruck des Flüssigkeitsraums ohne Verringern der Wirksamkeit des Antriebsmittels erhöht und gesenkt werden kann, die Steuerbarkeit des Meniskus und eine Fähigkeit des Ausstoßes des Flüssigkeitstropfens verbessert werden können, die Größe des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfes klein gemacht ist und das Auftreten von Streuung verringert werden kann. Es ist auch eine Aufgabe, eine Tintenstrahlkopf-Aufzeichnungsvorrichtung zu schaffen, bei der der Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf verwendet wird, so dass die Bildqualität verbessert wird.
Gemäß der Erfindung wird ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf geschaffen mit: einer Düse zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens; einem mit der Düse verbundenen Flüssigkeitsraum; einer Schwingungsplatte, die eine Wandoberfläche von wenigstens einem Teil des Flüssigkeitsraums bildet; Antriebsmitteln zum Erzeugen eines Drucks, der eine im Flüssigkeitsraum vorhandene Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt, indem sie mit der Schwingungsplatte in Kontakt gelangen; und einem Basissubstrat, das nicht direkt mit der Schwingungsplatte verbunden ist und mit dem ein Endabschnitt der Antriebsmittel verbunden ist; wobei die Schwingungsplatte einen dünneren Abschnitt und einen dickeren Abschnitt umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des dünneren Abschnitts durch einen Bereich des dickeren Abschnitts, mit dem die Antriebsmittel in Kontakt gelangen, in zwei nicht verbundene dünnere Abschnitte unterteilt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Steifigkeit des Flüssigkeitsraums (oder der Flüssigkeitskammer) und die Steuerbarkeit des Tropfenausstoßes zu verbessern, so dass eine Streuung verringert werden kann und eine stabile Tropfenausstoßfähigkeit erreicht werden kann. Die vorstehend beschriebenen zwei Strukturen stellen alternative Lösungen für die Probleme des Standes der Technik dar.
Der dicke Abschnitt kann zu einer Seite vorstehen, wo die Antriebsmittel, die dem Flüssigkeitsraum zugewandt sind, in Kontakt gelangen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass eine Flüssigkeitsströmung in einer Seite des Flüssigkeitsraums blockiert wird.
Der dicke Abschnitt kann entlang einer Richtung einer langen Seite des Flüssigkeitsraums geschaffen sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Steifigkeit des Flüssigkeitsraums zu verbessern und das Verlagerungsausmaß der Schwingungsplatte besser zu steuern.
Der dünne Abschnitt, dessen Bereich durch den dicken Abschnitt unterteilt sein kann, weist eine lange und schmale Konfiguration entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Verlagerungsausmaß der Schwingungsplatte besser zu steuern.
Die Länge des dünnen Abschnitts in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums kann länger sein als die Länge der Antriebsmittel, die mit dem dicken Abschnitt in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums in Kontakt gelangen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Änderung der Fähigkeit aufgrund eines Kontaktpositionsspalts des dicken Abschnitts und der Antriebsmittel so zu steuern, dass es möglich ist, ein Verlagerungsausmaß der Schwingungsplatte besser zu steuern.
Der Bereich des dünnen Abschnitts kann in einer symmetrischen Position in Bezug auf den dicken Abschnitt ausgebildet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ablenkung der Änderung des Drucks innerhalb des Flüssigkeitsraums verhindert, so dass es möglich ist, eine gegenseitige Störung zu verhindern.
Der dicke Abschnitt der Schwingungsplatte, der vom dünnen Abschnitt umgeben ist, kann eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Herstellungskosten zu verringern und eine hohe Genauigkeit zu erhalten.
Die Antriebsmittel können ein piezoelektrisches Element umfassen, dessen Verlagerung in einer senkrechten Richtung der Schwingungsplatte in einer d33-Richtung geschieht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf mit einer hohen Geschwindigkeit anzutreiben.
Das piezoelektrische Element kann eine Struktur aufweisen, in der eine Vielzahl von Lagen von piezoelektrischen Elementen und Elektrodenlagen gestapelt sind, und ein Endabschnitt in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums kann einen inaktiven Bereich aufweisen, in dem kein elektrisches Feld erzeugt wird und der der Trennwand des Flüssigkeitsraums zugewandt ist und mit dieser in Kontakt gelangt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Änderung einer Fähigkeit aufgrund eines Kontaktpositionsspalts zu steuern.
Der inaktive Bereich des piezoelektrischen Elements kann der Trennwand von beiden Enden in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums zugewandt sein und mit dieser in Kontakt gelangen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Steifigkeit des gesamten Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs zu verbessern, indem ein inaktiver Bereich als Unterstützungselement für die Schwingungsplatte und das Basissubstrat wirkt.
Ein aktiver Bereich des piezoelektrischen Elements kann in einem Bereich, der der Trennwand beider Enden in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums zugewandt ist, nicht vorhanden sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass eine Schwingung der Trennwand eine unnötige Verlagerung verleiht, so dass ein Blockieren gegen die Verlagerungswirksamkeit des piezoelektrischen Elements vermieden wird.
Der inaktive Bereich des piezoelektrischen Elements kann in einem Bereich vorhanden sein, der einem Antriebsbereich der Schwingungsplatte zugewandt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Streuung einer Fähigkeit in Bezug auf den Positionsspalt zum genauen Zeitpunkt des Kontaktierens zu verhindern.
Das piezoelektrische Element kann eine Struktur aufweisen, bei der die Länge in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums in einer Position, in der ein Endabschnitt des piezoelektrischen Elements mit der Schwingungsplatte in Kontakt gelangt, kürzer ist als die Länge in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Kopfsteifigkeit durch stärkeres Erhöhen der Dicke des Flüssigkeitsraums an einem Teil, der der Umgebung einer Position entspricht, in der ein Endabschnitt des piezoelektrischen Elements mit der Schwingungsplatte in Kontakt gelangt, als die Dicke des dicken Abschnitts weiter zu verbessern.
Das piezoelektrische Element kann eine Struktur aufweisen, bei der die Länge des piezoelektrischen Elements in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums in einer Position, in der das piezoelektrische Element mit der Schwingungsplatte in Kontakt gelangt, kürzer ist als die Länge des dicken Abschnitts der Schwingungsplatte in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das piezoelektrische Element mit dem dicken Abschnitt genau in Kontakt zu bringen.
Das piezoelektrische Element kann eine Struktur aufweisen, bei der die Länge des piezoelektrischen Elements in einer Richtung der kurzen Seite des Flüssigkeitsraums in einer Position, in der das piezoelektrische Element mit der Schwingungsplatte in Kontakt gelangt, länger ist als die Länge des dicken Abschnitts der Schwingungsplatte in Richtung der kurzen Seite des Flüssigkeitsraums.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Streuung aufgrund eines Positionierungsspalts zum Zeitpunkt des Kontaktierens zu verringern.
Der dicke Abschnitt der Schwingungsplatte kann einen ersten dicken Abschnitt, mit dem die Antriebsmittel in Kontakt gelangen, und einen zweiten dicken Abschnitt mit einer vom dünnen Abschnitt verschiedenen Dicke, welcher mit dem ersten dicken Abschnitt und der Trennwand des Flüssigkeitsraums verbunden ist, umfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Steifigkeit eines Abschnitts, wo das piezoelektrische Element nicht in Kontakt gelangt, zu verringern und die Steifigkeit des gesamten Flüssigkeitsraums zu verbessern.
Ferner schafft die Erfindung eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit einem Tintenstrahlkopf, der den Tintentropfen ausstößt, wobei der Tintenstrahlkopf eine Düse, die den Tintenstrahltropfen ausstößt, einen mit der Düse verbundenen Flüssigkeitsraum, eine Schwingungsplatte, die eine Wandoberfläche von wenigstens einem Teil des Flüssigkeitsraums bildet, Antriebsmittel, die einen Druck erzeugen, der eine flüssige Tinte, die im Flüssigkeitsraum vorhanden ist, mit Druck beaufschlagen, indem sie mit der Schwingungsplatte in Kontakt gelangen, ein Trägersubstrat, mit dem ein Endabschnitt der Antriebsmittel verbunden ist, ohne mit der Schwingungsplatte zu verbinden, und einen Spalt zwischen dem Trägersubstrat und der Schwingungsplatte in einer Position, die einer Trennwand des Flüssigkeitsraums entspricht, umfasst, wobei die Schwingungsplatte einen dünnen Abschnitt und einen dicken Abschnitt umfasst und der Bereich des dünnen Abschnitts durch den dicken Abschnitt, mit dem die Antriebsmittel in Kontakt gelangen, unterteilt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Bild mit hoher Qualität stabil aufzuzeichnen.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich, in denen:
1 eine Querschnittsansicht entlang einer Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums des Tintenstrahlkopfs gemäß dem Stand der Technik ist;
2 eine Querschnittsansicht entlang einer Richtung der kurzen Seite des Flüssigkeitsraums des Tintenstrahlkopfs gemäß dem Stand der Technik ist;
3 eine perspektivische Ansicht des herkömmlichen Tintenstrahlkopfs ist;
4 eine erweiterte Ansicht eines in 3 gezeigten Teils ist;
5 eine perspektivische Ansicht der Schwingungsplatte eines weiteren Beispiels des herkömmlichen Tintenstrahlkopfs ist;
6 eine schematische perspektivische Ansicht des herkömmlichen Tintenstrahlkopfs ist;
7 eine perspektivische Ansicht des Tintenstrahlkopfs der ersten Ausführungsform des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung in auseinandergezogener Anordnung ist;
8 eine Querschnittsansicht entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums des Tintenstrahlkopfs der ersten Ausführungsform des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine erweiterte Ansicht eines in 2 gezeigten Teils ist;
10 eine Querschnittsansicht entlang der Richtung der kurzen Seite des Flüssigkeitsraums des Tintenstrahlkopfs der ersten Ausführungsform des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung ist;
11 eine teilweise erweiterte Perspektive des Tintenstrahlkopfs der ersten Ausführungsform des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung ist;
12 eine erweiterte perspektivische Ansicht eines Teils des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung ist;
13 eine erweiterte perspektivische Ansicht eines Teils des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung eines in 6 gezeigten Falls ist;
14 eine erweiterte schematische perspektivische Ansicht eines Teils des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung ist;
15 eine Ansicht ist, die die Ergebnisse der Simulation des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 eine Ansicht ist, die ein zusätzliches Ergebnis der Simulation des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung eines in 6 gezeigten Falls zeigt;
17 eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern des piezoelektrischen Elements und der Länge des dicken Abschnitts in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums ist;
18 eine schematische perspektivische Ansicht in einer Richtung der Schwingungsplatte eines mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums gesehen in einem früheren Zustand ist, in dem das piezoelektrische Element nicht verbunden ist;
19 eine erweiterte schematische Querschnittsansicht eines Teils entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
20 eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahlkopfs entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
21 eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahlkopfs entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
22 eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahlkopfs entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
23 eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahlkopfs entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der sechsten Ausführungsform eines in 6 gezeigten Falls ist;
24 eine schematische perspektivische Ansicht in einer Richtung der Schwingungsplatte eines mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums gesehen in einem früheren Zustand ist, in dem das piezoelektrische Element nicht angeschlossen ist;
25 eine perspektivische Ansicht einer mit einem Tintenstrahlkopf vereinigten Tintenpatrone bezüglich der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
26 eine perspektivische Ansicht einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung ist, in der der Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung montiert ist; und
27 eine Schnittansicht eines Mechanismusteils der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung ist, in der der Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung montiert ist.
In den verschiedenen Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Nun wird mit Bezug auf 7 bis 27 eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben.
Zuerst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 7 bis 11 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht des Tintenstrahlkopfs der ersten Ausführungsform des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung in auseinandergezogener Anordnung. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums des Tintenstrahlkopfs der ersten Ausführungsform des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine erweiterte Ansicht des in 2 gezeigten Teils. 10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Richtung der kurzen Seite des Flüssigkeitsraums des Tintenstrahlkopfs der ersten Ausführungsform des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung. 11 ist eine teilweise erweiterte Perspektive des Tintenstrahlkopfs der ersten Ausführungsform des Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopfs der vorliegenden Erfindung.
Der Tintenstrahlkopf umfasst ein Wegbildungssubstrat (ein Flüssigkeitssubstrat) 1, eine Schwingungsplatte 2 und eine Düsenplatte 3. Das Wegbildungssubstrat (das Flüssigkeitssubstrat) 1 ist aus einem Einkristall-Siliciumsubstrat ausgebildet. Die Schwingungsplatte 2 ist mit der unteren Oberfläche des Wegbildungssubstrats (des Flüssigkeitssubstrats) 1 verbunden. Die Düsenplatte 3 ist mit der oberen Oberfläche des Wegbildungssubstrats (des Flüssigkeitssubstrats) 1 verbunden. Ein mit Druck beaufschlagter Flüssigkeitsraum 6, der ein Weg (ein Tintenflüssigkeitsraum) ist, der mit einer Düse 5 verbunden ist, die den Tintentropfen ausstößt, und ein gemeinsamer Flüssigkeitsraum 8, der die Tinte zu dem mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 über einen Tintenzuführungsweg 7 liefert, welcher ein Fluidwiderstandsteil ist, sind durch das Wegbildungssubstrat 1, die Schwingungsplatte 2 und die Düsenplatte 3 ausgebildet.
Ein piezoelektrisches Element 12 vom gestapelten Typ als Antriebsmittel ist an einer Außenfläche der Schwingungsplatte 2 entsprechend dem jeweiligen mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 angeschlossen. Das piezoelektrische Element 12 vom gestapelten Typ ist durch eine Verbindung mit der Basisplatte 13 befestigt.
Ein Tintenzufuhr-Öffnungsbildungselement 14 ist mit der Basisplatte 13 im mittleren Bereich zwischen Linien des piezoelektrischen Elements 12 der Basisplatte 13 verbunden. Oder, wie in 8 gezeigt, ist ein Abstandselement 14-1 mit der Basisplatte 13 um die Linien des piezoelektrischen Elements 12 verbunden. Das Abstandselement 14-1 dient auch als Tintenzufuhr-Öffnungsbildungselement.
Das Tintenzufuhr-Öffnungsbildungselement 14 kann mit der Basisplatte 13 in einem Körper durch Ätzen der Basisplatte 13 ausgebildet werden.
Das piezoelektrische Element 12 wird durch abwechselndes Stapeln einer Lage aus piezoelektrischem Material und einer inneren Elektrode hergestellt. In diesem Fall kann Tinte im mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 unter Verwendung einer Verlagerung in einer d33-Richtung (einer senkrechten Richtung zu einer gestapelten Richtung) als piezoelektrische Richtung des piezoelektrischen Elements 12 unter Druck gesetzt werden. Oder die Tinte im mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 kann unter Verwendung einer Verlagerung in einer d31-Richtung (einer senkrechten Richtung zu einer gestapelten Richtung) als piezoelektrische Richtung des piezoelektrischen Elements 12 unter Druck gesetzt werden.
In einem in 8 gezeigten Fall kann Tinte im mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 unter Verwendung einer Verlagerung in einer d33-Richtung (einer senkrechten Richtung zur gestapelten Richtung) als piezoelektrische Richtung des piezoelektrischen Elements 12 mit Druck beaufschlagt werden. Oder die Tinte im mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 kann unter Verwendung einer Verlagerung in einer d31-Richtung (einer parallelen Richtung zu einer gestapelten Richtung) als piezoelektrische Richtung des piezoelektrischen Elements 12 mit Druck beaufschlagt werden.
Ein Durchstoßloch, das die Tintenzuführungsöffnung 9 bildet, die die Tinte von außen zum gemeinsamen Flüssigkeitsraum 8 zuführt, ist an einer Basisplatte 13 und dem Tintenzufuhr-Öffnungsbildungselement 14 ausgebildet.
Ein äußerer Umfangsteil des Wegbildungssubstrats 1 und ein Außenkantenteil an der unteren Oberflächenseite der Schwingungsplatte 2 sind durch Kleben mit einem Kopfrahmen 17 verbunden, der durch Spritzgießen mit einem Epoxidgruppenharz oder Polyphenylensulfid ausgebildet wird. Der Kopfrahmen 17 und das Basissubstrat 13 sind durch einen Klebstoff an einem Teil, der in 1–7 nicht dargestellt ist, aneinander befestigt. Der Kopfrahmen 17 kann in zwei Teile unterteilt sein oder aus einem Teil bestehen.
Ein FPC-Kabel 18 ist mit dem piezoelektrischen Element 12 durch eine Lötverbindung, eine ACF-Verbindung (Verbindung mit leitender Anisotropieschicht) oder Drahtbonden verbunden, um ein Ansteuersignal zu liefern. Eine Ansteuerschaltung (Treiber-IC) 19 ist am FPC-Kabel 18 angebracht, um eine Ansteuerwelle an jeweilige piezoelektrische Elemente 12 selektiv anzulegen.
Durchstoßlöcher als jeweilige mit Druck beaufschlagte Flüssigkeitsräume 6, ein Nutteil als Tintenzuführungsweg 7 und ein Durchstoßloch als gemeinsamer Flüssigkeitsraum werden am Wegbildungssubstrat 1 durch Anisotropieätzen eines Einkristallsubstrats mit einer Kristallflächenrichtung (110) mit einer alkalischen Ätzflüssigkeit wie z. B. einer wässerigen Kaliumhydroxidlösung (KOH) ausgebildet. In diesem Fall sind die jeweiligen mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsräume 6 durch die Trennwand 20 unterteilt.
Die Schwingungsplatte 2 besteht aus einer Metallplatte wie z. B. Nickel. Die Schwingungsplatte 2 kann aus einem Harzelement oder einem gestapelten Element des Harzelements und eines Metallelements bestehen. In dem in 8 gezeigten Fall wird die Schwingungsplatte 2 aus einer Metallplatte aus Nickel durch ein Galvanoplastikverfahren hergestellt. Die Schwingungsplatte 2 kann aus einem Harzelement oder einem gestapelten Element aus Harz und einem anderen Metall als Nickel hergestellt werden.
Ein leicht zu verlagernder dünner Abschnitt 21 und ein mittlerer dicker Abschnitt 22 zum Kontaktieren des piezoelektrischen Elements 12 sind an einem entsprechenden Teil für den mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 dieser Schwingungsplatte 2 vorgesehen. Ein umgebender dicker Abschnitt 23 ist entsprechend der Trennwand 20 ausgebildet. Eine flache Oberflächenseite des umgebenden dicken Abschnitts 23 ist durch Kleben mit dem Wegbildungssubstrat 1 verbunden und der umgebende dicke Abschnitt 23 ist durch Kleben mit dem Kopfrahmen 17 verbunden.
Ein Unterstützungselement ist nicht vorgesehen, aber ein Spalt zwischen dem umgebenden dicken Abschnitt 23 entsprechend der Flüssigkeitsraumtrennwand 20 der Schwingungsplatte 2 (der Trennwand 20 zwischen jedem der mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsräume 6) und dem Basissubstrat 13 ist vorhanden. In diesem Fall wird die Steifigkeit des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6, nämlich der Trennwand 20, der Düsenplatte 3 und der Schwingungsplatte 2, hoch und die Festigkeit der jeweiligen Verbindungsteile wird ausreichend geschaffen, um die Steifigkeit des vorstehend erwähnten mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 aufrechtzuerhalten und eine effiziente Verlagerung des zentralen dicken Abschnitts 22 der Schwingungsplatte 2 aufgrund der Verlagerung des piezoelektrischen Elements 12 sicherzustellen.
In einem in 6 gezeigten Fall ist, wie in 13 gezeigt, ein Unterstützungselement 25 zwischen dem umgebenden dicken Abschnitt 23 entsprechend der Flüssigkeitsraumtrennwand 20 der Schwingungsplatte 2 und dem Basissubstrat 13 vorgesehen. Aufgrund dessen sind die Schwingungsplatte 2 und das Basissubstrat 13 durch sowohl die piezoelektrischen Elemente 12 als auch die Unterstützungselemente 25 verbunden, so dass die Steifigkeit des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 aufrechterhalten werden kann und die Wirksamkeit der Verlagerung des zentralen dicken Abschnitts 22 der Schwingungsplatte 2 aufgrund der Verlagerung der piezoelektrischen Elemente 12 sichergestellt werden kann. Das Unterstützungselement 25 kann dieselbe Struktur aufweisen wie die piezoelektrischen Elemente 12.
Die Düsenplatte 3 weist eine Düse 5, die einen Durchmesser von 10 bis 30 μm aufweist, entsprechend dem jeweiligen mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 auf und ist durch Kleben mit dem Wegbildungssubstrat 1 verbunden. Hinsichtlich der Düsenplatte 3 kann ein Metall wie z. B. rostfreier Stahl oder Nickel, eine Kombination des Metalls und eines Harzes wie z. B. einer Polyimidharzschicht, Silicium und Kombinationen davon verwendet werden. Eine plattierte Schicht oder eine abweisende Schicht wird durch ein gut bekanntes Verfahren wie z. B. eine wasserabweisende Beschichtung auf der Düsenoberfläche (einer Oberfläche in der Ausstoßrichtung: Ausstoßoberfläche) ausgebildet, um die Tinte abzuweisen. Ein Dichtungsmaterial 26 wird zwischen die Düsenplatte 3 und den Kopfrahmen 17 gefüllt. Das Dichtungsmaterial 26 dient auch als Klebstoff.
Im vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopf wird eine Ansteuerimpulsspannung von 20 bis 50 V an die piezoelektrischen Elemente 12 selektiv angelegt, so dass die piezoelektrischen Elemente 12 in einer gestapelten Richtung (in dem Fall, in dem eine Richtung d33 verwendet wird) verlagert werden und die Schwingungsplatte 2 in der Richtung der Düsenplatte 5 verlagert wird. Aufgrund dessen wird Tinte, die im mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 vorgesehen ist, durch eine Änderung eines Fassungsvermögens/Volumens des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 mit Druck beaufschlagt, so dass ein Tintentropfen aus der Düse 5 ausgestoßen wird.
Der Flüssigkeitsdruck im mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 wird auf der Basis des Ausstoßes des Tintentropfens verringert. Ein geringfügiger Unterdruck tritt im mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 aufgrund der Trägheit des Tintenflusses in diesem Fall auf. Unter dieser Bedingung wird die Schwingungsplatte 2 durch Abschalten der Spannung für die piezoelektrischen Elemente 12 in die erste Position zurückgebracht und der mit Druck beaufschlagte Flüssigkeitsraum 6 weist eine erste Konfiguration auf, so dass ein Unterdruck erzeugt wird. In diesem Fall wird die Tinte von der Tintenzuführungsöffnung 9 durch den gemeinsamen Flüssigkeitsraum 8 und den Tintenzuführungsweg 7 als Fluidwiderstandsteil in dem mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 aufgefüllt. Nachdem die Schwingung des Tintenmeniskus der Düse 5 gedämpft und stabilisiert ist, wird die Impulsspannung wieder an die piezoelektrischen Elemente 12 angelegt, um den nächsten Tintentropfen auszustoßen, so dass der Tintentropfen ausgestoßen wird.
Hier werden die Details der Struktur der Schwingungsplatte 2 im vorstehend erwähnten Tintenstrahlkopf mit Bezug auf 14 beschrieben. 14 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Kontaktabschnitts des piezoelektrischen Elements 12, um den Tintentropfen auszustoßen.
Die Schwingungsplatte 2 umfasst den dünnen Abschnitt 21, einen mittleren dicken Abschnitt 22 und einen umgebenden Abschnitt 23. Der Bereich des dünnen Abschnitts 21 ist durch den mittleren dicken Abschnitt 22, mit dem das piezoelektrische Element 12 in Kontakt gelangt (in dieser Ausführungsform verbunden ist), unterteilt, um zwei dünne Abschnitte 21 zu bilden.
Der mittlere dicke Abschnitt 22 ist entlang einer Richtung der langen Seite des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 (einer Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums) ausgebildet. Jeder der dünnen Abschnitte 21 ist in einer sym metrischen Position in Bezug auf den mittleren dicken Abschnitt 22 vorgesehen und weist eine lange und schmale Konfiguration entlang der Richtung der langen Seite des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 auf. Aufgrund dessen wird eine Änderung des Drucks im mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 zum Zeitpunkt des Antriebs symmetrisch, so dass es möglich ist, eine gegenseitige Störung zu verhindern.
Der umgebende dicke Abschnitt 23 ist ein dicker Abschnitt, um die dünnen Abschnitte 21 und die mittleren dicken Abschnitte 22 mit dem jeweiligen mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 voneinander abzusondern. Der umgebende mittlere dicke Abschnitt 23 und die Dicke des mittleren dicken Abschnitts 22 sind so ausgebildet, dass die Dicke des mittleren dicken Abschnitts 22 geringer ist als die Dicke des umgebenden mittleren dicken Abschnitts 23.
Das piezoelektrische Element 12 ist mit dem mittleren dicken Abschnitt 22 der Schwingungsplatte 2 so verbunden, dass es das Ansteuersignal von der Treiber-IC abgibt. Aufgrund dessen wird das piezoelektrische Element 12 ausgedehnt und zusammengezogen und der Tintentropfen wird durch zweckmäßiges Steuern des Innendrucks des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 ausgestoßen. Da die Verlagerung des piezoelektrischen Elements 12 auf die Verlagerung des mittleren dicken Abschnitts 22 aufgebracht wird, wird eine Zahlenwertsimulation mit Bezug auf eine Verringerung der Wirksamkeit implementiert.
Vier Arten von Proben, die nur in der Konfiguration des mittleren dicken Abschnitts, mit dem das piezoelektrische Element in Kontakt gelangt, unterschiedlich sind, werden in dieser Simulation verwendet. Das heißt, die dünnen Abschnitte sind am mittleren dicken Abschnitt wie in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterteilt, ein herkömmlicher dicker Abschnitt, der einen konvexen Abschnitt mit einer Inselform aufweist, als Vergleichsbeispiel 1 (siehe 6), ein dicker Abschnitt, der einen konvexen Abschnitt mit der Inselform und eine schmälere Breite aufweist, als Vergleichsbeispiel 2 und ein dicker Abschnitt, der einen konvexen Abschnitt mit der Inselform und eine schmälere Breite aufweist, als Vergleichsbeispiel 3 werden in dieser Simulation verwendet, wie in 15 gezeigt.
In einem in 8 gezeigten Fall werden, wie in 16 gezeigt, vier Arten von Proben, die nur in der Konfiguration des mittleren dicken Abschnitts, mit dem das piezoelektrische Element in Kontakt gelangt, unterschiedlich sind, in dieser Simulation verwendet. Das heißt, die dünnen Abschnitte sind am mittleren dicken Abschnitt wie in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterteilt, ein herkömmlicher dicker Abschnitt, der einen konvexen Abschnitt mit der Inselform aufweist, als Vergleichsbeispiel 1 (siehe 6), ein dicker Abschnitt, der einen konvexen Abschnitt mit der Inselform und eine schmälere Breite aufweist, als Vergleichsbeispiel 2 und ein dicker Abschnitt, der einen konvexen Abschnitt mit der Inselform und eine breitere Breite aufweist, als Vergleichsbeispiel 3 werden in dieser Simulation verwendet.
Die Auswertungspunkte in 15 und 16 sind der Maximalwert des Drucks, der innerhalb des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 erzeugt wird, und der Maximalwert der Verlagerung der Düsenplatte (der Düsenplatte 3). Dies liegt daran, dass, wenn die Steifigkeit der Schwingungsplatte 2 zu groß ist, angenommen wird, dass sich die Düsenplatte 3 aufgrund der Verlagerung des Ganzen des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 bewegt, während die Zunahme des Innendrucks des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 klein wird.
Die Ergebnisse der vorstehend erwähnten Auswertung sind in 15 und 16 gezeigt. In 15 und 16 ist ein Indexwert auf der Basis eines relativen Vergleichs mit Bezug auf das Ergebnis des Vergleichsbeispiels 1, das einen konvexen Abschnitt mit einer herkömmlichen Inselkonfiguration aufweist, auf der horizontalen Achse ausgedrückt. Wenn die horizontale Achse mehr als 100 zeigt, bedeutet dies, dass die Fähigkeit verbessert ist.
Gemäß den Ergebnissen der Auswertung, die in 15 und 16 gezeigt sind; nimmt der Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 in dieser Ausführungsform ausreichend zu. Da der Indexwert der Verlagerung der Düsenplatte 3 geringer ist als 100, ist das Ausmaß der Verlagerung im Vergleich zum dicken Abschnitt, der den konvexen Abschnitt mit der Inselform aufweist, relativ groß. Es besteht jedoch kein Problem, da die Verlagerung der Düsenplatte 3 geringer als 20% ist. Da in der Zahlenwertsimulation eine Einschwingverhaltensanalyse durch Antreiben des piezoelektrischen Elements implementiert wird, wird auch eine Änderung des Innendrucks des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums auf der Basis einer Zeitänderung ausgewertet, damit keine speziell unterschiedlichen Punkte bezüglich einer großen Phasenänderung und eines Ausmaßes an Druckänderung bestehen.
In einem Fall, in dem der Kontaktabschnitt, wo das piezoelektrische Element 12 mit der Schwingungsplatte 2 in Kontakt gelangt, dick gemacht ist, ist daher die Umgebung des Kontaktabschnitts nicht der konvexe Abschnitt mit der Inselform, der vom dünnen Abschnitt umgeben ist. Es ist möglich, eine gute Fähigkeit einer Ausstoßgeschwindigkeit des Tintentropfens und eines Volumens des Ausstoßtropfens an einem Abschnitt zu erhalten, an dem der dünne Abschnitt 21 durch den dicken Abschnitt 22 unterteilt ist, der entlang der Richtung der langen Seite des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 ausgebildet ist.
Im Vergleich zum herkömmlichen konvexen Abschnitt mit der Inselform bestehen die folgenden Vorteile. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Ausmaß an Verlagerung der Schwingungsplatte mit einer Vergrößerung des Bereichs des dicken Abschnitts zu steuern. Aufgrund dessen ist es möglich, die Steuerung des Tropfenausstoßes durch Erhöhen der Steifigkeit des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums zu verbessern. Da der konvexe Abschnitt mit der Inselform nicht ausgebildet ist, ist es ferner möglich, das Ausmaß der Fassungsvermögensverlagerung des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums auf der Basis einer Präzisionsbemessung des konvexen Abschnitts zu steuern, so dass es möglich ist, die Streuung der Fähigkeit zu verringern.
17 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern des piezoelektrischen Elements und der Länge des dicken Abschnitts in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums. Da, wie in 17 gezeigt, der Bereich des dünnen Abschnitts 21, der in der Schwingungsplatte 2 ausgebildet ist, klein ist, wird die Steifigkeit des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 hoch. Daher ist die Eigenfrequenz groß, so dass es möglich ist, ihn mit einer höheren Frequenz anzutreiben. Ferner kann der Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 der Antriebsverlagerung des piezoelektrischen Elements 12 genau folgen, so dass es möglich ist, den Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6, nämlich einen Tintentropfenausstoß, mit hoher Genauigkeit zu steuern. Insbesondere in einem Fall, in dem die Düse 5 am Endabschnitt des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 vorgesehen ist, kann die Steifigkeit der Schwingungsplatte 2 direkt unter der Düse 5 aufgrund der Existenz des umgebenden dicken Abschnitts 23 verbessert werden.
Es ist bevorzugt, dass der Tintenstrahlkopf eine höhere Steifigkeit aufweist, um einen Einfluss einer unnötigen Kraft von außerhalb des Kopfs, wie z. B. eine Schwingung zum Zeitpunkt des Druckens, auf einen anderen Abschnitt als den durch das piezoelektrische Element angetriebenen Abschnitt zu vermeiden. Daher ist es bevorzugt, dass der umgebende dicke Abschnitt 23 im Gegensatz zu dem Abschnitt, wo das piezoelektrische Element 12 in Kontakt gelangt (der mittlere dicke Abschnitt 22), eine größere Dicke aufweist.
Wie in 17 gezeigt, ist in diesem Fall eine Länge Lp in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums am Endabschnitt, wo das piezoelektrische Element 12 mit der Schwingungsplatte 2 in Kontakt gelangt, kürzer als eine Länge Ls in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums an einem Abschnitt des mittleren dicken Abschnitts 22 der Schwingungsplatte 2, wo das piezoelektrische Element 12 in Kontakt gelangt.
Ferner kann ein Positionierungsspalt zum Zeitpunkt der Verbindung des mittleren dicken Abschnitts 22 der Schwingungsplatte 2 auftreten. Um Maßnahmen zu ergreifen, um den vorstehend erwähnten Spalt zu erfüllen, wird die Länge Lp in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums am Endabschnitt, wo das piezoelektrische Element 12 mit der Schwingungsplatte 2 in Kontakt gelangt, kürzer gemacht als die Länge Ls in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums an einem Abschnitt des mittleren dicken Abschnitts 22 der Schwingungsplatte 2, wo das piezoelektrische Element 12 in Kontakt gelangt, wie in 17 gezeigt. Das heißt, eine Länge in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums des dünnen Abschnitts 21 wird länger gemacht als die Länge des piezoelektrischen Elements 12. Aufgrund dessen ist es, selbst wenn eine Position, wo der mittlere dicke Abschnitt 22 der Schwingungsplatte 2 mit dem piezoelektrischen Element 12 in Kontakt gelangt, in der rechten und linken Seite in 17 mit einem Spalt versehen ist, möglich, einen Bereich zu schaffen, in dem der mittlere dicke Abschnitt 22 der Schwingungsplatte 2 mit dem piezoelektrischen Element 12 ständig in Kontakt gelangt, um die Streuvariation einer Fähigkeit zu steuern.
Ferner ist die Länge in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums des mittleren dicken Abschnitts 22 des Abschnitts, wo das piezoelektrische Element 12 in Kontakt gelangt, kürzer als die Länge des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 in Richtung der langen Seite. Daher ist die Dicke des mittleren dicken Abschnitts 22 größer als des umgebenden dicken Abschnitts 23, so dass die Steifigkeit des Tintenstrahlkopfs verbessert ist. Daher wird die Toleranz gegen eine Schwingung von außen verbessert, so dass ein Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf mit hoher Qualität erhalten werden kann.
In einem Fall, in dem der Abschnitt, in dem der Endabschnitt des piezoelektrischen Elements 12 mit dem dicken Abschnitt der Schwingungsplatte in Kontakt gelangt, durch einen Klebstoff verbunden ist und der dicke Abschnitt eine Konfiguration des konvexen Abschnitts mit der Inselform wie im Stand der Technik aufweist, und wenn Einiges des Klebstoffs aus dem Abschnitt heraustritt, fließt der Klebstoff in die Umgebungen aus und kann in den Bereich des dünnen Abschnitts eindringen. Andererseits ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Bereich des mittleren dicken Abschnitts 22, wo das piezoelektrische Element 12 in Kontakt gelangt, länger und schmäler als das piezoelektrische Element 12. Der Klebstoff, der aus dem Abschnitt heraustritt, in dem der Endabschnitt des piezoelektrischen Elements 12 mit dem dicken Abschnitt der Schwingungsplatte in Kontakt gelangt, fließt entlang der Richtung der langen Seite des mittleren dicken Abschnitts 22, so dass der Klebstoff daran gehindert wird, zum dünnen Abschnitt 21 herauszufließen.
Andererseits wird ein Ausmaß einer Fassungsvermögensänderung des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6, die ein wichtiger Faktor für eine Menge an Tintenausstoß ist, auf der Basis des Ausmaßes der Verlagerung des piezoelektrischen Elements 12 und der Länge des piezoelektrischen Elements 12 festgelegt. In einem Fall, in dem der Abschnitt, in dem das piezoelektrische Element 12 mit der Schwingungsplatte 2 in Kontakt gelangt, ein konvexer Abschnitt mit der Inselform ist, ist die Länge des konvexen Abschnitts wichtig. Wenn ein Unterstützungselement nicht in einer Position vorgesehen ist, die der Trennwand (Flüssigkeitsraumtrennwand) 20, die benachbarte mit Druck beaufschlagte Flüssigkeitsräume 6 trennt, zugewandt ist, um das Basissubstart 13 und die Schwingungsplatte 2 zu verbinden, so dass ein Spalt gebildet wird, und das einzige piezoelektrische Element 12 vorgesehen ist, ist es bevorzugt, dass ein Harz als Material der Schwingungsplatte 2 verwendet wird, um sowohl die Steifigkeit der Schwingungsplatte 2 als auch das Verlagerungsausmaß des piezoelektrischen Elements 12 vorzusehen. Wenn jedoch die Schwingungsplatte 2 durch Harz ausgebildet wird, ist es schwierig, die Länge des konvexen Abschnitts mit der Inselform mit hoher Genauigkeit auszubilden.
Wenn andererseits ein Unterstützungselement nicht in einer Position vorgesehen ist, die der Trennwand (Flüssigkeitsraumtrennwand) 20, die benachbarte mit Druck beaufschlagte Flüssigkeitsräume 6 trennt, zugewandt ist, um das Basissubstrat 13 und die Schwingungsplatte 2 zu verbinden, so dass ein Spalt gebildet wird, und das einzige piezoelektrische Element 12 vorgesehen ist und die Schwingungsplatte 2 aus Harzmaterial ausgebildet ist, wird der konvexe Abschnitt mit der Inselform nicht in der Schwingungsplatte 2 vorgesehen, so dass ein gewünschter Tintenstrahlkopf mit geringer Streuung einer Fähigkeit leicht erreicht werden kann.
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 18 beschrieben. 18 ist eine schematische perspektivische Ansicht in einer Richtung der Schwingungsplatte eines mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums gesehen in einem früheren Zustand, in dem das piezoelektrische Element nicht angeschlossen ist. Im Tintenstrahlkopf der zweiten Ausführungsform sind der dünne Abschnitt 21, der mittlere dicke Abschnitt 22 und der umgebende Abschnitt 23 in der Schwingungsplatte 2 ebenso wie beim Tintenstrahlkopf der ersten Ausführungsform ausgebildet. Der Tintenstrahlkopf der zweiten Ausführungsform ist jedoch vom Tintenstrahlkopf der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als die Dicke des mittleren dicken Abschnitts 22, der den dünnen Abschnitt 21 unterteilt, dieselbe ist wie die Dicke des umgebenden dicken Abschnitts 23, der für jeden Kanal unterteilt ist.
Mit der vorstehend erwähnten Struktur weist die Schwingungsplatte 2 nur zwei Arten von Abschnitten auf, nämlich einen dünnen Abschnitt (den dünnen Abschnitt 21) und einen dicken Abschnitt, so dass der Herstellungsprozess vereinfacht werden kann und eine Verringerung der Kosten und eine Präzision der Herstellung verbessert werden können.
Im Tintenstrahlkopf der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie im Tintenstrahlkopf der ersten Ausführungsform ist das piezoelektrische Element 12 mit dem mittleren dicken Abschnitt 22 verbunden und das piezoelektrische Element 12 wird so ausgedehnt und zusammengezogen, dass der Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 zweckmäßig gesteuert wird und der Tintentropfen ausgestoßen wird. Da die Verlagerung des piezoelektrischen Elements 12 veranlasst, dass sich der mittlere dicke Abschnitt 22 verlagert, verbessert sich die Wirksamkeit des piezoelektrischen Elements 12 in einem Fall, in dem die Steifigkeit des mittleren dicken Abschnitts 22 niedrig ist, nämlich die Dicke des mittleren dicken Abschnitts 22 dünn ist. Wenn jedoch der mittlere di cke Abschnitt 22 eine kleine Dicke aufweist, kann die Dicke des umgebenden dicken Abschnitts 23 dünn werden, so dass eine Steifigkeit des Ganzen des Kopfs klein werden kann. Da jedoch die Schwingungsplatte 2 mit dem Wegbildungssubstrat 1 oder dem in 18 nicht gezeigten Kopfrahmen 17 verbunden ist, kann die Verringerung der Steifigkeit des Ganzen des Kopfs verhindert werden, indem der Verbindungsabschnitt steif gemacht wird.
Das piezoelektrische Element 12 wird so angetrieben, dass die Schwingungsplatte 2 den Innendruck des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 erhöht oder senkt. Daher kann der Abstand zwischen dem Basissubstrat 13 und der Schwingungsplatte 2 erweitert und zusammengezogen werden. Da der Antrieb mit einer niedrigen Spannung bevorzugt ist, ist es bevorzugt, dass ein piezoelektrisches Element vom gestapelten Typ, in dem eine Vielzahl von Lagen von piezoelektrischem Material und Elektrodenmaterial abwechselnd gestapelt sind, verwendet wird. In diesem Fall können die vorstehend beschriebene Wirkung und der vorstehend beschriebene Effekt unter Verwendung von entweder d31 oder d33 als piezoelektrische Richtung erreicht werden.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine d33-Verlagerung verwendet wird, wird mit Bezug auf 19 beschrieben. 19 ist eine erweiterte schematische Querschnittsansicht eines Teils entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein piezoelektrisches Element 32 des Tintenstrahlkopfs ist ein piezoelektrisches Element vom gestapelten Typ, in dem eine piezoelektrische Lage 33 und eine Elektrodenlage (innere Elektrode) 34 abwechselnd gestapelt sind. Die innere Elektrode 33 ist aus entgegengesetzten Stirnflächen abwechselnd herausgezogen. Im piezoelektrischen Element 32 ist ein Bereich, in dem die piezoelektrische Lage 33 zwischen die innere Elektrode 34 gelegt ist, ein aktiver Bereich 35, in dem ein elektrisches Feld erzeugt wird, so dass eine Verlagerung erzeugt wird. Die Elektrode 34 ist von einem Ende aus vorgesehen, aber nicht zu einem anderen Ende des piezoelektrischen Elements 32 in Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums vorgesehen. Selbst wenn eine Spannung an beide Enden angelegt wird, wird eine Verlagerung folglich nicht an beiden Enden erzeugt. Das heißt, beide Enden sind inaktive Bereiche 36.
Einer der inaktiven Bereiche 36 des piezoelektrischen Elements 32, in dem die d33-Verlagerung verwendet wird, ist in einer Position angeordnet, die der Trenn wand 20 (einschließlich des äußeren Wandteils), die die mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsräume 6 unterteilt, zugewandt ist. In diesem Fall kann entweder eine Länge Lp des piezoelektrischen Elements 32 oder eine Länge Ls des mittleren dicken Abschnitts 22 länger sein. Die Verlagerung des piezoelektrischen Elements 32 im aktiven Bereich 35 in der Nähe des inaktiven Bereichs 36 ist klein. Daher beeinflusst dies die Steuerung des piezoelektrischen Elements 32 durch die Trennwand 20 nicht.
Somit wird einer der inaktiven Bereiche 36 des piezoelektrischen Elements 32 durch die Trennwand 20 gesteuert. Selbst wenn ein Positionierungsspalt zum Zeitpunkt der Verbindung des piezoelektrischen Elements 32 und der Schwingungsplatte 2 erzeugt wird, wird daher ein Spalt im Verlagerungsbereich der Schwingungsplatte 2 klein, so dass eine Streuung der Fähigkeit gesteuert werden kann.
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 20 beschrieben. 20 ist eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahlkopfs entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Jeweilige inaktive Bereiche 36 des piezoelektrischen Elements 32 sind in einer Position angeordnet, die der Trennwand 20 (einschließlich des äußeren Wandteils), die die mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsräume 6 unterteilt, zugewandt ist. In diesem Fall ist eine Länge Lp des piezoelektrischen Elements 32 länger als eine Länge Ls des mittleren dicken Abschnitts 22. Die Verlagerung des piezoelektrischen Elements 32 im aktiven Bereich 35 in der Nähe des inaktiven Bereichs 36 ist klein. Daher beeinflusst dies die Steuerung des piezoelektrischen Elements 32 durch die Trennwand 20 nicht. Vielmehr funktionieren die inaktiven Bereiche 36 des piezoelektrischen Elements 32 als Unterstützungselemente, die das Basissubstrat 13 und die Schwingungsplatte 2 so verbinden, dass das Wegbildungssubstrat 1 straff befestigt wird, so dass die Steifigkeit des Ganzen des Kopfs verbessert werden kann.
Wenn der aktive Bereich 35 des piezoelektrischen Elements 32 nicht in einer Position existiert, die der Trennwand 20 in beiden Seiten der Richtung der langen Seite zugewandt ist, welche den mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 unterteilt, empfängt die Trennwand 20 nicht die Verlagerung zum Zeitpunkt des Antriebs des piezoelektrischen Elements 32. Daher wird keine unnötige Schwingungsverlagerung am mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraum 6 erzeugt, so dass die Verlagerungswirksamkeit des piezoelektrischen Elements 32 nicht blockiert wird.
Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 21 beschrieben. 21 ist eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahlkopfs entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Tintenstrahlkopf der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Länge des piezoelektrischen Elements 32 in Richtung der langen Seite des aktiven Bereichs 35 kürzer als die Länge der Schwingungsplatte 2 in Richtung der langen Seite des mittleren dicken Abschnitts 22, so dass der inaktive Bereich 36 in einen Bereich gelangt, der dem mittleren dicken Abschnitt 22 entspricht.
Das heißt, jeweilige inaktive Bereiche 36 des piezoelektrischen Elements 32 sind in einer Position angeordnet, die der Trennwand 20 (einschließlich des äußeren Wandteils), die die mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsräume 6 unterteilt, zugewandt ist. Außerdem sind die inaktiven Bereiche 36 in Bereichen geschaffen, in denen die Schwingungsplatte 2 durch die Verlagerung des aktiven Bereichs 35 verlagert wird. In diesem Fall ist die Länge Lp des piezoelektrischen Elements 32 länger als die Länge Ls des mittleren dicken Abschnitts 22.
Da die Verlagerung des piezoelektrischen Elements 32 im inaktiven Bereich 36 sehr klein ist, funktionieren die inaktiven Bereiche 36 des piezoelektrischen Elements 32 als Unterstützungselement, das das Basissubstrat 13 und die Schwingungsplatte 2 verbindet. Daher ist es möglich, das Wegbildungssubstrat 1 straff zu befestigen. Selbst wenn ein Positionierungsspalt zum Zeitpunkt des Kontakts des piezoelektrischen Elements 32 und der Schwingungsplatte 2 erzeugt wird, wird ferner die Größe des aktiven Bereichs 35 des piezoelektrischen Elements 32 innerhalb der langen Seite des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 nicht verändert, so dass eine Streuung der Fähigkeit gesteuert werden kann.
Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 22 beschrieben. 22 ist eine schematische Querschnittsansicht des Tintenstrahlkopfs entlang der Richtung der langen Seite des Flüssigkeitsraums der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier ist die sechste Ausführungsform eines in 6 gezeigten Falls in 23 gezeigt.
Mit Bezug auf 22 und 23 ist die Länge (Breite) Wp in Richtung der kurzen Seite des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6, wo das piezoelektrische Element 12 mit der Schwingungsplatte 2 in Kontakt gelangt, kürzer als eine Länge (Breite) Ws des mittleren dicken Abschnitts 22 in Richtung der kurzen Seite des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6.
Aufgrund der vorstehend erwähnten Struktur ist es, selbst wenn eine Position, in der der mittlere dicke Abschnitt 23 der Schwingungsplatte 2 mit dem piezoelektrischen Element 12 in Kontakt gelangt, in der rechten und linken Seite in 22 mit einem Spalt versehen ist, möglich, einen Bereich sicherzustellen, in dem der mittlere dicke Abschnitt 23 der Schwingungsplatte 2 mit dem piezoelektrischen Element 12 ständig in Kontakt gelangt, um die Streuung einer Fähigkeit zu steuern.
Die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 24 beschrieben. 24 ist eine schematische perspektivische Ansicht in einer Richtung der Schwingungsplatte eines mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums gesehen in einem früheren Zustand, in dem das piezoelektrische Element nicht angeschlossen ist.
Die Schwingungsplatte 2 umfasst den dünnen Abschnitt 21, einen mittleren dicken Abschnitt 41 und den umgebenden dicken Abschnitt 23. Die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist von der zweiten Ausführungsform in den folgenden Punkten verschieden. Ein erster mittlerer dicker Abschnitt 42 ist entlang der Richtung der langen Seite des mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums vorgesehen und unterteilt den dünnen Abschnitt 21. Der erste mittlere dicke Abschnitt 42 gelangt mit dem piezoelektrischen Element 12 in Kontakt. Der mittlere dicke Abschnitt 41 umfasst einen zweiten dicken Abschnitt 43, der mit dem umgebenden dicken Abschnitt 23 verbunden ist. Die Dicke des zweiten dicken Abschnitts 43 ist von der Dicke des dünnen Abschnitts 21 verschieden.
Der mittlere dicke Abschnitt 41 in dieser Ausführungsform ist vom herkömmlichen konvexen Abschnitt mit der Inselform insofern verschieden, als der mittlere dicke Abschnitt 41 nicht vom dünnen Abschnitt 21 mit einer konstanten Dicke umgeben ist. Wenn das piezoelektrische Element 12 ausgedehnt und zusammengezogen wird, kann daher eine maximale Beanspruchung, die an der Schwingungsplatte 2 erzeugt wird, klein gemacht werden, indem der zweite dicke Abschnitt 43 geschaffen wird. Außerdem kann die Steifigkeit des ganzen mit Druck beaufschlagten Flüssigkeitsraums 6 sichergestellt werden, ohne die Wirksamkeit des piezoelektrischen Elements 12 zu verringern.
Die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 25 beschrieben. 25 ist eine perspektivische Ansicht einer Tintenpatrone, die mit einem Tintenstrahlkopf vereinigt ist, bezüglich der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die vorliegende Erfindung auf einen Kopfteil der mit dem Tintenstrahlkopf vereinigten Tintenpatrone angewendet. Die Tintenpatrone 50 wird durch Vereinigen des Tintenstrahlkopfs 52 mit der Düse und anderen in den vorstehend erwähnten jeweiligen Ausführungsformen und einem Tintentank 53 zum Zuführen der Tinte zum Tintenstrahlkopf 52 ausgebildet.
Als Nächstes wird eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, in der der Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit Bezug auf 26 und 27 beschrieben. 26 ist eine perspektivische Ansicht einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, in der der Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung montiert ist. 27 ist eine Schnittansicht eines Mechanismusteils der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, in der der Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung montiert ist.
Die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung umfasst einen Aufzeichnungsvorrichtungs-Körperteil 111 und einen Druckmechanismusteil 112. Der Druckmechanismusteil 112 ist im Aufzeichnungsvorrichtungs-Körperteil 111 untergebracht. Ein in der Hauptabtastrichtung beweglicher Wagen, ein Aufzeichnungskopf mit dem Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung, der am Wagen montiert ist, der Tintenpatrone zum Zuführen der Tinte zum Aufzeichnungskopf und andere sind im Druckmechanismusteil 112 untergebracht. Eine Papierzuführungskassette 114 (oder ein Papierzuführungsfach), die in der Lage ist, eine Menge Papier 113 von einer Vorderseite einzufüllen, kann lösbar an einem unteren Teil des Aufzeichnungsvorrichtungs-Körperteils 111 verbunden sein. Außerdem kann eine manuelle Papierzuführungskassette 115 zum manuellen Zuführen des Papiers 113 am unte ren Teil des Aufzeichnungsvorrichtungs-Körperteils 111 geöffnet werden. Das Papier 113 wird aus der Papierzuführungskassette 114 oder der manuellen Papierzuführungskassette 115 im Druckmechanismusteil 112 entnommen. Ein Bild wird durch den Druckmechanismusteil 112 aufgezeichnet und dann an das Papierausgabefach 116 ausgegeben, das mit einer Rückflächenseite des Aufzeichnungsvorrichtungs-Körperteils 111 verbunden ist.
Im Druckmechanismusteil 112 wird ein Wagen 123 in einer Hauptabtastrichtung, nämlich einer zum Papier von 25 senkrechten Richtung, durch ein Führungselement verschiebbar gehalten. Das Führungselement ist mit einer linken und einer rechten Seitenplatte, die in 25 nicht gezeigt sind, verbunden. Das Führungselement umfasst eine Hauptführungsstange 121 und eine Nebenführungsstange 122. Im Wagen 123 ist ein Aufzeichnungskopf 124 in einer Richtung angeordnet, in der mehrere Tintenstrahl-Öffnungsteile (Düsen) die Hauptabtastrichtung kreuzen. Tintentropfen mit den Farben Gelb, Zyan, Magenta und Schwarz beispielsweise werden vom Tintenstrahlkopf ausgestoßen. Der Aufzeichnungskopf 124 ist in einem Zustand montiert, in dem die Richtung des Tintenstrahls nach unten gewandt ist. Im Wagen 123 sind jeweilige Tintenpatronen 125, die Tinte mit den jeweiligen Farben zum Aufzeichnungskopf 124 liefern, lösbar verbunden.
Eine Luftöffnung, die mit dem Luftöffnungsteil verbunden ist, ist an einem oberen Teil der Tintenpatrone 125 geschaffen. Ein Zuführungsöffnungsteil, der die Tinte zum Tintenstrahlkopf liefert, ist an einem unteren Teil der Tintenpatrone 125 geschaffen. Die Tinte wird durch eine Kapillare eines porösen Körpers, die einen geringfügigen Unterdruck aufrechterhält, zum Tintenstrahlkopf geliefert.
Obwohl der Kopf 124 für die jeweiligen Farben in dieser Ausführungsform als Aufzeichnungskopf verwendet wird, kann ein Kopf mit einer Düse, die die jeweiligen Farben ausstößt, verwendet werden.
Die Rückseite, nämlich die Unterseite in der Papiervorschubrichtung, des Wagens 123 ist durch die Hauptführungsstange 121 verschiebbar festgeklemmt. Außerdem ist die Vorderseite, nämlich die Oberseite in einer Papiervorschubrichtung, des Wagens 123 durch die Nebenführungsstange 122 verschiebbar verbunden. Um den Wagen 123 sich bewegen zu lassen, um in der Hauptabtastrichtung abzutasten, ist ein Synchronriemen 130 zwischen einer Antriebsriemenscheibe 128, die durch den Hauptabtastmotor 127 zur Drehung angetrieben wird, und einer Ab triebsriemenscheibe 129 gestreckt verbunden. Der Synchronriemen 130 ist am Wagen 123 befestigt und der Wagen bewegt sich und kehrt zurück durch Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen des Hauptabtastmotors 127.
Um das in die Papierzuführungskassette 114 gelegte Papier 113 zur Unterseite des Aufzeichnungskopfs 124 zu befördern, sind andererseits eine Papierzuführungswalze 131, ein Reibungspolster 132, ein Führungselement 133, eine Vorschubwalze 134, eine kleine Walze 135 und eine Kopfendwalze 136 in der Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung separat vorgesehen. Jedes der Blätter Papier 113 wird aus der Papierzuführungskassette 114 befördert. Das Papier 113 wird durch das Führungselement 133 geführt. Das Papier 113 wird durch Umdrehen mit der Vorschubwalze 134 befördert. Die kleine Walze 135 wird an einer Umfangsfläche der Vorschubwalze 134 geschoben. Ein Schubwinkel am Papier 113 durch die Vorschubwalze 134 ist durch die Kopfendwalze 136 festgelegt. Die Vorschubwalze 134 wird durch einen Nebenabtastmotor 137 mit einem Räderwerk zur Drehung angetrieben.
Das durch die Vorschubwalze 134 entsprechend einem Bewegungsbereich in der Hauptabtastrichtung des Wagens 123 geschobene Papier 113 wird von einem Druckaufnahmeelement 139 als Papierführungselement, das in einer unteren Richtung des Aufzeichnungskopfs 124 führt, aufgenommen. Eine Vorschubwalze 141, die zur Drehung angetrieben wird, um das Papier 113 in einer Papierausgaberichtung zu befördern, und ein Druckstab 142, eine Papierausgabewalze 143 zum Befördern des Papiers 113 zum Papierausgabefach 116, ein Druckstab 144 und Führungselemente 145 und 146, die einen Papierauslassweg bilden, sind an der Unterseite der Papiervorschubrichtung des Druckaufnahmeelements 139 vorgesehen.
Zum Zeitpunkt der Aufzeichnung wird der Aufzeichnungskopf 124 auf der Basis eines Bildsignals angetrieben und der Wagen 123 wird bewegt. Die Tinte wird auf das Papier 113 ausgestoßen, das sich nicht bewegt, so dass eine Zeile auf dem Papier 113 aufgezeichnet wird. Danach wird das Papier 113 um einen bestimmten Abstand bewegt und die nächste Zeile wird aufgezeichnet. Der Aufzeichnungsvorgang wird durch Empfangen eines Aufzeichnungsbeendungssignals oder eines Signals, das anzeigt, dass der hintere Endteil des Papiers 113 im Aufzeichnungsbereich angekommen ist, beendet, so dass das Papier 113 ausgegeben wird. In diesem Fall wird die Steuerbarkeit eines Tintentropfenausstoßes durch den Tin tenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung, welcher den Kopf 124 bildet, verbessert und eine Änderung einer Fähigkeit wird so gesteuert, dass es möglich ist, ein Bild mit hoher Qualität stabil aufzuzeichnen.
Eine Wiederherstellungsvorrichtung 147 zum Wiederherstellen von einer Ausstoßfehlfunktion des Aufzeichnungskopfs 124 ist in einer äußeren Position des Aufzeichnungsbereichs, nämlich an der rechten Endseite der Bewegungsrichtung des Wagens 123, angeordnet. Die Wiederherstellungsvorrichtung 147 umfasst ein Kappenmittel, ein Absorptionsmittel und ein Reinigungsmittel. Während des Wartens auf Druckbereitschaft wird der Wagen 123 zur Seite der Wiederherstellungsvorrichtung 147 bewegt. Der Aufzeichnungskopf 124 wird durch das Kappenmittel abgedeckt. Die Ausstoßfehlfunktion auf der Basis einer Bedingung trockener Tinte kann durch Halten des Ausstoßöffnungsteils in einem feuchten Zustand verhindert werden. Außerdem wird die zur Aufzeichnung nicht verwendete Tinte während der Aufzeichnung ausgestoßen, so dass Tintenviskositäten aller Ausstoßöffnungsteile konstant gehalten werden und dadurch eine stabile Ausstoßfähigkeit aufrechterhalten werden kann.
In einem Fall, in dem eine Ausstoßfehlfunktion auftritt, wird der Ausstoßöffnungsteil wie z. B. die Düse des Kopfs 94 durch das Kappenmittel versiegelt. Die Blase mit der Tinte wird vom Ausstoßöffnungsteil durch eine Röhre durch das Absorptionsmittel absorbiert. Die Tinte, der Staub oder dergleichen, die/der an der Ausstoßöffnungsfläche haftet, wird durch das Reinigungsmittel entfernt, so dass die Ausstoßfehlfunktion in Schach gehalten wird. Außerdem wird die Tinte, die absorbiert wird, in einen Tintenabfallbehälter abgeführt, der an einem unteren Teil des Körpers angeordnet ist, aber in 25 nicht gezeigt ist, so dass die Tinte durch einen Tintenabsorptionskörper innerhalb des Tintenabfallbehälters absorbiert und gehalten wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt, sondern Veränderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Obwohl die vorliegende Erfindung beispielsweise auf den Tintenstrahlkopf als Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf in den obigen Ausführungsformen angewendet wird, kann die vorliegende Erfindung auf einen anderen Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf als den Tintenstrahlkopf angewendet werden, wie z. B. einen Flüssig keitstropfen-Ausstoßkopf, der einen flüssigen Resist als Flüssigkeitstropfen ausstößt, oder einen Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf, der ein DNA-Testmaterial als Flüssigkeitstropfen ausstößt.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf einen Kopf vom Seitenausstoßtyp angewendet wird, bei dem die Verlagerungsrichtung der Schwingungsplatte dieselbe ist wie die Ausstoßrichtung von Flüssigkeitstropfen in den obigen Ausführungsformen, kann die vorliegende Erfindung auf einen Kopf vom Kantenausstoßtyp angewendet werden, bei dem die Verlagerungsrichtung der Schwingungsplatte zur Ausstoßrichtung der Flüssigkeitstropfen senkrecht ist.
Diese Patentanmeldung basiert auf der japanischen Prioritätspatentanmeldung Nr. 2001-208098, eingereicht am 9. Juli 2001, und der japanischen Prioritätspatentanmeldung Nr. 2001-208276, eingereicht am 9. Juli 2001.

Claims

Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf, mit: einer Düse (5) zum Ausstoßen eines Flüssigkeitstropfens; einem Flüssigkeitsraum (6), der mit der Düse (5) verbunden ist; einer Schwingungsplatte (2), die eine Wandoberfläche wenigstens eines Teils des Flüssigkeitsraums (6) bildet; Antriebsmitteln zum Erzeugen eines Drucks, um eine in dem Flüssigkeitsraum (6) vorhandene Flüssigkeit mit Druck zu beaufschlagen, indem sie mit der Schwingungsplatte (2) in Kontakt gelangen; und einem Basissubstrat (13), das nicht direkt mit der Schwingungsplatte (2) verbunden ist und mit dem ein Endabschnitt der Antriebsmittel verbunden ist; wobei die Schwingungsplatte (2) einen dünneren Abschnitt (21) und einen dickeren Abschnitt umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des dünneren Abschnitts (21) durch einen Bereich des dickeren Abschnitts (22), mit dem die Antriebsmittel in Kontakt gelangen, in zwei nicht verbundene dünnere Abschnitte (21) unterteilt ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Basissubstrat (13) und der Schwingungsplatte (2) an einer Position, die einer Trennwand des Flüssigkeitsraums (6) entspricht, ein Spalt ausgebildet ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 1, bei dem ein Unterstützungselement (25) das Basissubstrat (13) und die Schwingungsplatte (2) an einer Position, die einer Trennwand (20) des Flüssigkeitsraums (6) entspricht, verbindet.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der dickere Abschnitt (22) zu einer Seite vorsteht, wo die Antriebsmittel, die dem Flüssigkeitsraum (6) zugewandt sind, in Kontakt gelangen.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 4, bei dem der dickere Abschnitt (22) in Richtung einer längeren Seite des Flüssigkeitsraums (6) vorgesehen ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 5, bei dem der dünnere Abschnitt (21), dessen Bereich durch den dickeren Abschnitt (22) unterteilt ist, eine lang gestreckte Konfiguration in Richtung der längeren Seite des Flüssigkeitsraums (6) besitzt.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem eine Länge des dünneren Abschnitts (21) in Richtung der längeren Seite des Flüssigkeitsraums (6) größer als die Länge der Antriebsmittel ist, die mit dem dickeren Abschnitt (22) in Richtung der längeren Seite des Flüssigkeitsraums (6) in Kontakt gelangen.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei dem der Bereich des dünneren Abschnitts (21) an einer symmetrischen Position in Bezug auf den dickeren Abschnitt (22) ausgebildet ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der dickere Abschnitt (22) der Schwingungsplatte (2), der von dem dünneren Abschnitt (21) umgeben ist, eine im Wesentlichen konstante Dicke besitzt.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Antriebsmittel ein piezoelektrisches Element (12) umfassen, dessen Verlagerung in einer Richtung senkrecht zur Schwingungsplatte (2) in einer Richtung, die parallel zu einem angelegten elektrischen Feld ist, erfolgt.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 10, bei dem das piezoelektrische Element (12) eine Struktur besitzt, in der mehrere Lagen aus piezoelektrischen Elementen und Elektrodenlagen (34) gestapelt sind, und ein Endabschnitt des piezoelektrischen Elements in Richtung der längeren Seite des Flüssigkeitsraums (6) einen inaktiven Bereich (36) hat, in dem kein elektrisches Feld erzeugt wird und der der Trennwand des Flüssigkeitsraums (6) zugewandt ist und mit ihr in Kontakt gelangt.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 11, bei dem der inaktive Bereich (36) des piezoelektrischen Elements (12) der Trennwand beider Enden in Richtung der längeren Seite des Flüssigkeitsraums (6) zugewandt ist und mit ihr in Kontakt gelangt.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 11, bei dem in einem Bereich, der der Trennwand beider Enden in Richtung der längeren Seite des. Flüssigkeitsraums (6) zugewandt ist, kein aktiver Bereich des piezoelektrischen Elements (12) vorhanden ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 13, bei dem der inaktive Bereich (36) des piezoelektrischen Elements in einem Bereich vorhanden ist, der einem Antriebsbereich der Schwingungsplatte (2) zugewandt ist.
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach Anspruch 9, 10, 11, 12, 13 oder 14, bei dem das piezoelektrische Element (12) eine Struktur besitzt, bei der die Länge des piezoelektrischen Elements (12) in Richtung der längeren Seite des Flüssigkeitsraums (6) an einer Position, an der das piezoelektrische Element (12) mit der Schwingungsplatte (2) in Kontakt gelangt, kleiner ist als die Länge des dickeren Abschnitts der Schwingungsplatte (2) in Richtung der längeren Seite des Flüssigkeitsraums (6).
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem das piezoelektrische Element (12) eine Struktur besitzt, in der die Länge des piezoelektrischen Elements (12) in Richtung der kürzeren Seite des Flüssigkeitsraums (6) an einer Position, an der das piezoelektrische Element (12) mit der Schwingungsplatte in Kontakt gelangt, größer ist als die Länge des dickeren Abschnitts der Schwingungsplatte (2) in Richtung der kürzeren Seite des Flüssigkeitsraums (6).
Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der dickere Abschnitt der Schwingungsplatte (2) einen ersten dickeren Abschnitt, mit dem die Antriebsmittel in Kontakt gelangen, und einen zweiten dickeren Abschnitt, der eine andere Dicke als der dünnere Abschnitt besitzt und mit dem ersten dickeren Abschnitt und mit der Trennwand des Flüssigkeitsraums (6) verbunden ist, umfasst.
Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung, die einen Flüssigkeitstropfen-Ausstoßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche besitzt.