DE69305649T2

DE69305649T2 - Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE69305649T2
Application number: DE69305649T
Authority: DE
Inventors: Mickey Everett; Donald Hayes; David Wallace
Original assignee: Compaq Computer Corp
Current assignee: Compaq Computer Corp
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1993-08-19
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: AU5087593A; EP0658142B1; DE69305649D1; WO1994005503A1; JP2620822B2; ATE144463T1; CA2142617A1; JPH07506781A; EP0658142A1; US5373314A; CA2142617C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldrucktechniken und genauer gesagt auf einen Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus, großem Feld, hoher Dichte und eines Typs Tropfen auf Anforderung zur Verwendung bei Tintenstrahldruckanwendungen.
Drucker liefern eine Einrichtung zum Ausgeben einer permanenten Aufzeichnung in einer durch eine Person lesbaren Form. Typischerweise kann eine Drucktechnik als entweder ein Aufschlagdrucken oder ein Nicht-Aufschlagdrucken kategorisiert werden. Beim Aufschlagdrucken wird eine Abbildung durch Aufschlagen auf das Farbband, das nahe der Oberfläche eines Papiers plaziert ist, gebildet. Aufschlagdrucktechniken können weiterhin entweder als Drucken mit vorgeformten Zeichen oder als Matrixdrucken charakterisiert werden. Beim Drucken mit vorgeformten Zeichen besteht das Element, das auf das Farbband auftrifft, um die Abbildung zu erzeugen, aus einer hervorgehobenen Spiegelabbildung des gewunschten Zeichens. Beim Matrixdrucken wird das Zeichen als eine Reihe von dicht beabstandeten Punkten gebildet, die durch Aufschlagen eines vorgesehenen Drahts bzw. einer Nadel oder von Drähten gegen das Farbband produziert werden. Hierbei werden Zeichen als eine Reihe von eng beabstandeten Punkten durch Aufschlagen des vorgesehenen Drahts oder der Drähte gegen das Farbband gebildet. Durch selektives Aufschlagen der vorgesehenen Drähte kann irgendein Zeichen, das durch eine Matrix von Punkten darstellbar ist, produziert werden.
Ein Nicht-Aufschlagdrucken wird oftmals gegenuber einem Aufschlagdrucken in Anbetracht der Tendenz höherer Druckgeschwindigkeiten ebenso wie seiner besseren Eignungsfähigkeit zum Drucken von Graphiken oder Halbtonabbildungen bevorzugt. Nicht-Aufschlagdrucktechniken umfassen Techniken von Matrix-, elektrostatischen und elektrophotographischen Typen. Beim Drucken vom Matrix-Typ werden Drähte selektiv durch elektrische Impulse beheizt und die Wärme, die dadurch erzeugt wird, bewirkt, daß eine Markierung auf einem Blatt Papier, gewöhnlich speziell behandeltes Papier, erscheint. Beim Drucken vom elektrostatischen Typ entfernt ein elektrischer Bogen zwischen dem Druckelement und dem leitenden Papier eine opake Beschichtung auf dem Papier, um eine Unterschicht einer einen Konstrast bildenden Farbe freizulegen. Schließlich wird beim elektrophotographischen Drucken ein photoleitfähiges Material selektiv unter Verwendung einer Lichtquelle, wie beispielsweise eines Lasers, aufgeladen. Ein Pulvertoner wird auf die aufgeladenen Bereiche angezogen und, wenn sie in Kontakt mit einem Blatt Papier gebracht sind, auf die Oberfläche des Papiers übertragen. Der Toner wird dann einer Wärme unterworfen, die ihn auf das Papier aufschmilzt.
Eine andere Form eines Nicht-Aufschlagdruckens wird allgemein als ein Tintenstrahldrucken klassifiziert. Tintenstrahldrucksysteme verwenden den Ausstoß von sehr feinen Tröpfchen von Tinte, um eine Abbildung zu produzieren. Die Vorrichtung produziert hoch reproduzierbare und steuerbare Tröpfchen, so daß ein Tröpfchen auf eine Stelle gedruckt werden kann, die durch digital gespeicherte Abbildungsdaten spezifiziert ist. Die meisten Tintenstrahldrucksysteme, die kommerziell verfügbar sind, können allgemein als entweder ein Typ eines Tintenstrahldrucksystems mit einem "kontinuierlichen Strahl", wo Tröpfchen kontinuierlich von dem Druckkopf ausgestoßen und entweder zu oder von dem Papier in Abhängigkeit der erwünschten Abbildung, die produziert werden soll, gerichtet werden, oder als ein Tintenstrahldrucksystem vom Typ "Tröpfchen auf Anforderung", wo Tröpfchen von dem Druckkopf in Abhängigkeit eines spezifischen Befehls, der sich auf die Abbildung, die produziert werden soll, bezieht, klassifiziert werden.
In Tintenstrahldruckern vom Typ mit kontinuierlichem Strahl führt eine Pumpe Tinte zu einer Düsenanordnung zu, wo der Pumpendruck die Tinte so mit Kraft beaufschlagt, daß sie davon in einem kontinuierlichen Strom ausgestoßen wird. Die Düsenanordnung umfaßt ein Piezo-Kristall, das kontinuierlich durch eine elektrische Spannung angesteuert wird, um dadurch Druckstörungen zu erzeugen, die bewirken, daß der kontinuierliche Strom von Tinte, der davon ausgestoßen wird, in gleichförmige Tröpfchen aus Tinte aufgebrochen wird. Die Tröpfchen erhalten eine elektrostatische Ladung aufgrund des Vorhandenseins eines elektrostatischen Felds, das nahe der Ausstoßöffnung eingerichtet wird. Unter Verwendung von Hochspannungsablenkplatten kann die Flugbahn der ausgewählten der elektrostatisch aufgeladenen Tröpfchen so gesteuert werden, um auf einen erwünschten Punkt auf einem Papier aufzutreffen. Die Hochspanungsablenkplatten können auch unselektierte der elektrostatisch aufgeladenen Tröpfchen von dem Blatt weg und in ein Reservoir zu Recyclingzwecken ablenken. Aufgrund der kleinen Größe der Tröpfchen und der präzisen Flugbahnsteuerung kann die Qualität von Tintenstrahldrucksystemen vom kontinuierlichen Strahltyp diejenige von Aufschlagdrucksystemen mit vorgeformten Zeichen erreichen. Allerdings ist ein Nachteil von Tintenstrahldrucksystemen vom kontinuierlichen Strahl-Typ derjenige, daß das Fluid auch ausgestoßen werden muß, gerade wenn wenig oder kein Drucken erforderlich ist. Dieses Erfodernis verschlechtert die Tinte und setzt die Zuverlässigkeit des Drucksystems herab.
Aufgrund dieses Nachteils ist ein erhöhtes Interesse bei solchen Drucksystemen vorhanden, bei denen Tröpfchen von dem Druckkopf durch elektromechanisch induzierte Druckwellen ausgestoßen werden. Bei diesem Typ eines Drucksystems wird eine volumenmäßige Änderung in dem Fluid durch das Anlegen eines Spannungsimpulses an einem piezoelektrischen Material induziert, das direkt oder indirekt mit dem Fluid gekoppelt ist. Diese volumenmäßige Änderung bewirkt, daß Drucklgeschwindigkeitsubergänge in dem Fluid auftreten, um dadurch den Ausstoß eines Tröpfchens davon zu bewirken. Da die Spannung nur dann beaufschlagt wird, wenn ein Tröpfchen erwunscht ist, werden diese Typen von Tintenstrahldrucksystemen als Tintenstrahldrucksysteme vom Typ "Tröpfchen auf Anforderung" bezeichnet.
Ein typisches Tintenstrahldrucksystem vom Typ Tröpfchen auf Anforderung ist in dem US-Patent Nr. 3,946,398 fur Kyser et al offenbart. In Kyser et al wird eine Druckplatte, die aus zwei quer expandierbaren, piezoelektrischen Platten gebildet ist, als die obere Wand einer Tinte führenden Druckkammer verwendet. Durch Anlegen einer Spannung über die piezoelektrischen Platten biegt sich die Druckplatte nach innen in die Druckkammer, um dadurch eine durch Fluid verschobene, volumenmäßige Änderung innerhalb der Kammer zu bewirken.
Ein anderes typisches Tintenstrahldrucksystem vom Typ Tröpfchen auf Anforderung ist in dem US-Patent Nr. 4,536,097 fur Nilsson offenbart. In Nilsson ist eine Tintenstrahlkanalmatrix gebildet, und zwar unter Verwendung einer Reihe von piezoelektrischen Bahnen, die in einer parallel beabstandeten Beziehung zueinander angeordnet und durch eine Platte auf beiden Seiten abgedeckt sind. Eine Platte ist aus einem leitfähigen Material aufgebaut und bildet eine geteilte Elektrode fur alle Bahnen dieses piezoelektrischen Matetials. Andererseits werden elektrische Kontakte verwendet, um elektrisch einen Kanal definierende Paare der Bahnen des piezoelektrischen Materials zu verbinden. Wenn eine Spannung an die zwei Bahnen des piezoelektrischen Materials, die einen Kanal definieren, angelegt wird, werden die Bahnen schmaler und höher, so daß der umschlossene Querschnittsflächenbereich des Kanals vergrößert wird und Tinte in den Kanal gezogen wird. Wenn die Spannung weggenommen wird, kehren die Bahnen zu deren Ursprungsform zurück, wodurch das Kanalvolumen reduziert wird und Tinte davon ausgestoßen wird. Andere Tintenstrahldrucksysteme, wenn auch vom Schermodus-Typ, die separate Abschnitte eines piezoelektrischen Materials verwenden, um individuelle Aktuatorwände fur einen Tinte führenden Kanal zu bilden, sind in den US-Patenten Nr. 4,879,568 für Bartky et al und 4,887,100 fur Michaelis et al offenbart.
Der Hauptnachteil von Tintenstrahldrucksystemen vom Typ Tropfen auf Anforderung, wie diejenigen, die in Kyser et al, Nilsson, Bartky et al und Michaelis et al offenbart sind, ist die Schwierigkeit beim Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfs, insbesondere von Tintenstrahldruckköpfen mit einem großen Feld und einer hohen Dichte, in solchen Konfigurationen. Jede dieser Konfigurationen verwendet ein separates Aktuatorteil fur jeden Kanal. Demzufolge muß, um einen solchen Druckkopf aufzubauen, eine große Zahl einzelner Teile verwendet werden, um das Kanalfeld zusammenzubauen. Elektrische Kontakte werden entweder separat an jedem Aktuator vor einem Zusamemnbau befestigt oder nachdem das Kanalfeld zusammengebaut ist, wobei jeder davon ein sehr zeitaufwendiger Vorgang ist. Aufgrund der großen Anzahl von Schritten, die dazu erforderlich sind, um einen solchen Druckkopf zusammenzubauen, hat sich das Herstellen eines solchen Druckkopfs mit einer Dusendichte höher als 100 Dusen pro 25,4 mm (Inch) als schwierig in der Praxis erwiesen.
Piezoelektrische Wandler vom Schermodus-Typ, denen eine Vielzahl von Tinte führenden Kanälen in einem Tintenstrahldrucksystem vom Typ Tropfen auf Anforderung gemeinsam ist, sind in den US-Patenten Nr.'n 4,584,590 und 4,825,227 fur Fischbeck et al offenbart. In beiden Patenten von Fischbeck et al wird eine Reihe von offen endenden, parallelen Tintendruckkammern mit einer Platte aus einem piezoelektrischen Material entlang deren Dächer abgedeckt. Elektroden sind an gegenüberliegenden Seiten der Platte aus piezeoelektrischem Material derart vorgesehen, daß die positiven Elektroden oberhalb der vertikalen Wände angeordnet sind, die die Druckkammern separieren, und negative Elektroden über der Kammer selbst positioniert sind. Wenn ein elektrisches Feld über die Elektroden angelegt wird, verzerrt sich das piezoelektrische Material, das in einer Richtung normal zu dem elektrischen Feld gepolt ist, in einer Schermodus-Konfiguration, um die Tintendruckkammer zusammenzupressen. In diesen Konfigurationen sind allerdings drei oder mehr Elektroden fur jeden Kanal erforderlich. Weiterhin müssen, falls jeweilige Ablenkungen an verschiedenen Stellen entlang einer einzelnen Platte aus piezoelektrischem Material dazu verwendet werden, um verschiedene Kanäle zu aktivieren, die in dem Feld enthalten sind, benachbarte Kanäle unter einem beträchtlichen Abstand beabstandet werden oder ein separater Ruckhaltemechanismus muß verwendet werden, um eine Kreuzkopplung zwischen angrenzenden Kanälen zu verhindern. Aus diesem Grund sind die Konfigurationen von Fischbeck et al nicht besonders gut fur Anwendungen mit einem großen Feld und einer hohen Dichte geeignet.
Die Patent Abstracts of Japan, Vol 16, No. 573 (M-1344) 14/12/92 und die JP-A-42 023 175 13/08/92 offenbaren einen Tintenstrahldruckkopf, der mit einem gemeinsamen Tintenkanal, der die Zufuhrung der Tinte von der Außenseite aufnimmt, einem Substrat, das Nutteile besitzt, die die individuellen Tintenkanäle bilden, die von dem gemeinsamen Tintenkanal aus verzweigen, den piezoelektrischen Elementen, die in einer ineinander kämmenden Zahnform gebildet sind und die ineinander kämmende Zahnteile in jeweiligen Nutteile gebildet besitzen, die die individuellen Tintenkanäle des Substrats bilden, den gemeinsamen Elektroden, die auf einer Oberfläche der Elektrostriktionselemente gebildet sind, den individuellen Elektroden, die auf den Kammzahnteilen der anderen Oberflächen der Elektrostriktionselemente gebildet sind, der elastischen Beschichtungsschicht, die an den oberen Oberflächen der Elektrostriktionselemente angebondet sind, um den Deckelkörper des Substrats zu bilden, und den kleinen Tintenausstoßöffnungen, die an den Vorderseitenoberflächen der individuellen Tintenkanäle des Substrats gebildet sind, ausgestattet ist.
Durch Ermöglichen des Herstellens von Tintenstrahldruckköpfen mit einem großen Feld, einer hohen Dichte und des Typs Tropfen auf Anforderung wird die vorliegende Erfindung den Aufbau und die Herstellung verschiedener Drucksysteme ermöglichen, einschließlich Druckern, Facsimile-Maschinen, Kopierern und anderen, in sowohl Einzel-Vielfach-Farbanwendungnen, und zwar sowohl mit höheren Leistungscharakteristika als auch unter niedrigeren Kosten als in Bezug auf viele bestehende Drucksysteme.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus und vom Typ Tropfen auf Anforderung, der einen unteren Körperteil, der aus einem aktiven, piezoelektrischen Material gebildet ist, und einen oberen Teil, der aus einem inaktiven Material gebildet ist, umfaßt. Der untere Körperteil, der eine obere Seitenoberfläche und eine Vielzahl von im wesentlichen parallel beabstandeten Vorsprüngen, die vertikal von der oberen Seitenoberfläche vorstehen und sich längs entlang des unteren Körperteils erstrecken, umfaßt, ist in einer ersten Richtung im wesentlichen orthogonal zu sowohl seiner Längsachse als auch der vertikalen Erstreckung der Vorsprünge gepolt. Der obere Körperteil umfaßt eine untere Seitenoberfläche und eine Vielzahl von im wesentlichen parallel beabstandeten Vorsprüngen, die vertikal von der unteren Seitenoberfläche vorstehen und sich längs entlang des oberen Körperteils erstrecken. Die unteren und oberen Körperteile werden dann so angepaßt, daß die Vorsprünge, die sich von dem unteren Körperteil erstrecken, interdigital mit den Vorsprüngen der Vorsprünge, die sich von dem oberen Körperteil erstrecken, beabstandet sind. Durch Anpassung des unteren und des oberen Körperteils auf diese Art und Heise wird eine Vielzahl Tinte fuhrender Kanäle gebildet. Der Tintenstrahldruckkopf umfaßt weiterhin eine Einrichtung zum selektiven Anlegen eines elektrischen Felds über jeden der Vorsprünge des unteren Körperteils und in der ersten Richtung. Wenn ein elektrisches Feld über einen der Vorsprünge des unteren Körperteils angelegt wird, bewegt sich der Vorsprung, wodurch demzufolge ein Druckimpuls auf einen der Tinte führenden Kanäle aufgebracht wird.
Gemäß einem Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung wird jeder Vorsprung des unteren Körpers zwischen einem Paar Vorsprünge des oberen Körpers eingesetzt derart, daß der die Tinte führende Kanal, der dadurch gebildet ist, durch die Oberseitenoberfläche des Vorsprungs des unteren Körpers, Bereiche der Seitenwände des Paars der Vorsprünge des oberen Körpers und diesen Bereich der unteren Seitenoberfläche zwischen dem Paar der Vorsprünge des oberen Körpers definiert ist, und, gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung, wird jeder Vorsprung des unteren Körpers zwischen zweiten, schmaleren Abschnitten eines Paars Vorsprünge des oberen Körpers eingesetzt, bis eine Oberseitenoberfläche des Vorsprungs des unteren Körpers zu gekerbten Abschnitten der Vorsprünge des oberen Körpers derart paßt, daß der die Tinte führende Kanal, der dadurch gebildet ist, durch die obere Oberfläche des Vorsprungs des unteren Körpers, erste, breitere Abschnitte des Paars der Vorsprünge des oberen Körpers und dieses Bereichs der unteren Seitenoberfläche zwischen dem Paar der Vorsprünge des oberen Körpers definiert ist. Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine Schicht aus leitendem Material an jeder Seitenwand der Vorsprünge des unteren Körpers befestigt. Ein kleiner Spannungsstoß, der dazwischen angelegt wird, bewirkt, daß der Vorsprung den vorstehend erwähnten Druckimpuls aufbringt. Der Spannungsstoß kann durch eine Steuereinheit angelegt werden, die leitende Bahnen besitzt, die elektrisch mit den Schichten des leitfähigen Materials verbunden sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus und vom Typ Tropfen auf Anforderung, der einen unteren Körper, der aus einem aktiven, piezoelektrischen Material gebildet ist, und einen oberen Körper, der aus einem inaktiven Material gebildet ist, umfaßt. Der untere Körper, der eine obere Seitenoberfläche und erste und zweite im wesentlichen parallel beabstandete Vorsprünge, die sich vertikal von der oberen Seitenoberfläche erstrecken, die sich längs entlang des unteren Körperteils erstrecken, und eine Schicht aus leitendem Material, das entlang jeder Seitenwand davon befestigt ist, umfaßt, in einer ersten Richtung im wesentlichen orthogonal zu sowohl seiner Längsachse als auch der vertikalen Erstreckung der Vorsprünge gepolt. Der obere Körperteil umfaßt eine unter Seitenoberfläche und erste, zweite und dritte im wesentlichen parallel beabstandete Vorsprünge, die vertikal von der unteren Seitenoberfläche vorstehen und sich längs entlang des oberen Körperteils erstrecken. Der untere und der obere Körperteil werden dann so angepaßt, daß der erste, untere Körpervorsprung zwischen dem ersten und dem zweiten oberen Körpervorsprung eingesetzt wird, um einen ersten Tinte führenden Kanal, der durch eine obere Oberfläche des ersten, unteren Körpervorsprungs, einen Vorsprung der zweiten Seitenwandoberfläche des ersten, oberen Körpervorsprungs, einen Teil der ersten Seitenwandoberfläche des zweiten, oberen Körpervorsprungs definiert ist, und daß der Bereich der unteren Seitenoberfläche dazwischen und der Vorsprung des zweiten, unteren Körpers zwischen den Vorsprüngen des ersten und des dritten oberen Körpers eingesetzt wird, um einen zweiten, Tinte führenden Kanal zu bilden, der durch eine Oberseitenoberfläche des Vorsprungs des zweiten, unteren Körpers, einen Bereich der zweiten Seitenwandoberfläche des Vorsprungs des zweiten, oberen Körpers, einen Bereich der ersten Seitenwandoberfläche des Vorsprungs des dritten, oberen Körpers und diesem Bereich der unteren Seitenoberfläche dazwischen definiert ist. Der Tintenstrahldruckkopf umfaßt weiterhin eine Steuereinheit, die eine erste, leitfähige Leitung, die elektrisch mit der ersten Schicht aus leitfähigem Material verbunden ist, das an dem Vorsprung des ersten, unteren Körpers befestigt ist, eine zweite, leitfähige Leitung, die elektrisch mit der zweiten Schicht aus leitfähigem Material, das an dem Vorsprung des ersten unteren Körpers und an der ersten Schicht aus leitfähigem Material, das an dem Vorsprung des zweiten, unteren Körpers befestigt ist, und eine dritte, leitfähige Leitung, die elektrisch mit der zweiten Schicht aus leitfähigem Material, das an dem Vorsprung des zweiten, unteren Körpers befestigt ist, umfaßt. Wenn die Steuereinheit eine erste Spannung an die erste leitfähige Leitung und eine zweite Spannung, die ein negatives Potential in Bezug auf die erste Spannung besitzt, an die zweite, leitfähige Leitung anlegt, wird ein erstes, elektrisches Feld über den Vorsprung des ersten, unteren Körpers derart erzeugt, daß der Vorsprung des ersten, unteren Körpers den die Tinte führenden Kanal, der teilweise dadurch definiert ist, zusammenpreßt. Gemäß einem anderen Aspekt der Ausführungsform der Erfindung wird eine dritte Schicht aus leitfähigem Material dazu verwendet, um die zweite Schicht des leitfähigen Materials, das auf dem Vorsprung des ersten, unteren Körpers befestigt ist, und die erste Schicht aus leitfähigem Material, das an dem Vorsprung des zweiten, unteren Körpers befestigt ist, zu verbinden.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Tintenstrahldruckkopf eines Typs vom Tropfen auf Anforderung, der einen unteren Körpervorsprung, der aus einem inaktiven Material gebildet ist, eine Schicht aus leitfähigem Material, das auf einer oberen Oberfläche des unteren Körperteils befestigt ist, und einen Zwischenkörperteil, der eine untere Seitenoberfläche besitzt, die an der Schicht aus leitfähigem Material befestigt ist und aus einem aktiven, piezoelektrischen Material gebildet ist, umfaßt. Der Zwischenkörperteil, der eine obere Seitenoberfläche und eine Vielzahl von im wesentlichen parallel beabstandeter Vorsprünge, die vertikal von der oberen Seitenoberfläche vorstehen und sich längs entlang des unteren Körperteils erstrecken, umfaßt, ist in einer ersten Richtung im wesentlichen parallel zu der vertikalen Erstreckung der Vorsprünge gepolt. Ein oberer Körperteil, der eine untere Seitenoberfläche und eine Vielzahl von im wesentlichen parallel beabstandeter Vorsprünge umfaßt, die vertikal von der unteren Seitenoberfläche vorstehen und sich längs entlang des oberen Körperteils erstrecken, ist an dem Zwischenkörperteil derart angepaßt, daß die Vorsprünge, die sich von dem Zwischenkörperteil erstrecken, interdigital mit den Vorsprüngen, die sich von dem oberen Körperteil erstrecken, in einer Art und Heise, daß eine Vielzahl von Tinte führende Kanälen dazwischen gebildet sind, angepaßt sind. Der Tintenstrahldruckkopf umfaßt weiterhin Einrichtungen zum selektiven Anlegen eines elektrischen Felds über jeden der Zwischenkörpervorsprünge und in der ersten Richtung. Henn ein elektrisches Feld über einen der Zwischenkörpervorsprünge angelegt wird, bringt der Vorsprung einen Druckimpuls auf den den Tinte führenden Kanal auf. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Schicht aus leitfähigem Material mit Masse verbunden und die Einrichtung zum selektiven Anlegen eines elektrischen Felds über die Zwischenkörpervorsprünge weist weiterhin Einrichtungen zum selektiven Anlegen einer positiven Spannung an jede der Vielzahl der Bahnen aus leitfähigem Material auf.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNG

Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden und deren zahlreiche Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden fur den Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet unter Bezugnahme auf die beigefugte Zeichnung ersichtlich werden, in der:
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schematisch dargestellten Tintenstrahldruckkopfs mit Längsmodus, großem Feld hoher Dichte, vom Typ Tropfen auf Anforderung, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Tintenstrahldruckkopfs der Fig. 1 nach einer teilweisen Zerlegung;
Fig. 3a zeigt eine vergrößerte Teilquerschnitts-Explosionsansicht des Tintenstrahldruckkopfs der Fig. 1, der entlang der Linien 3--3 davon vorgenommen ist; sprüngeFig. 3b stellt den Tintenstrahldruckkopf der Fig. 3a nach dem Zusammenbau dar;
Fig. 3c stellt den vollständig zusammengebauten Tintenstrahldruckkopf der Fig. 3b nach einer Betätigung dar; sprüngeFig. 4a zeigt eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des unteren Körperteils des Tintenstrahldruckkopfs der Fig. 3a; sprüngeFig. 4b zeigt eine perspektivische Ansicht der alternativen Ausführungsform, die in Fig. 4a dargestellt ist; und sprüngeFig. 5 zeigt eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Tintenstrahldruckkopfs der Fig. 2, die entlang der Linien 5--5 davon vorgenommen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSFORM

Wie nun die Zeichnungen zeigen, wo Dicken und andere Dimensionen übertrieben in den verschiedenen Figuren dargestellt worden sind, wenn sie als notwendig zu Erläuterungszwecken erscheinen, und wobei entsprechende Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Elemente durch die verschiedenen Zeichnungen hindurch zeigen, kann in Fig. 1 ein Tintenstrahldruckkopf 10 mit Längsmodus, hoher Dichte, großem Feld und Typ Tropfen auf Anforderung, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, nun gesehen werden. Während die bestimmten Dimensionen und die Kanaldichte des Tintenstrahldruckkopfs, der hier offenbart ist, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, variiert werden können, und zwar durch eine "hohe Dichte", ist beabsichtigt, sich auf solche Tintenstrahldruckköpfe, in denen benachbarte, Tinte führende Kanäle ungefähr 0,05-0,2mm (2-8 Milli-Inch) voneinander beabstandet sind, zu beziehen, und mit "großem Feld" ist beabsichtigt, sich auf solche Tintenstrahldruckköpfe zu beziehen, die 16 oder mehr Tinte führende Kanäle pro Kopf besitzen.
Der Tintenstrahldruckkopf 10 umfaßt einen unteren Körperteil 12, der aus einem aktiven, piezoelektrischen Material gebildet ist, und einen oberen Körperteil 14, der aus einem inkativen Material gebildet ist. Vorzugsweise sollten der untere und der obere Körperteil 12, 14 ähnlich entlang deren Breite und Höhe dimensioniert sein, und aus Grunden, die später ersichtlich werden, sollte sich der untere Körperteil 12 weiter entlang seiner Länge erstrecken als das obere Körperteil 14. Der untere und der obere Körperteil 12, 14 sind entlang deren vorderen und Seitenoberflächen 16, 18 und 20, 22 ausgerichtet und angepaßt, um eine Reihe von sich axial erstreckender, im wesentlichen paralleler Tinte führender Kanäle (nicht in Fig. 1 sichtbar) dazwischen zu definieren. Zu Definitionszwecken ist der "vordere Abschnitt" 23 des unteren Körpersteils 12 derjenige Teil des unteren Körperteils 12, der sowohl mit dem oberen Körperteil 14 angepaßt ist, als auch derjenige, in dem die Nuten, die darin gebildet sind, nur auf den Seiten davon metallisiert sind, und der "hintere Abschnitt" 29 des unteren Körperteils 12 ist der nutlose, nicht angepaßte Teil des unteren Körperteils 12, ebenso wie der angepaßte Teil des unteren Körperteils 12, in dem die Nuten, die darin gebildet sind, auch auf dem Boden davon metallisiert sind.
Tinte wird zu den die Tinte führenden Kanälen von einer Tintenzuführung eines herkömmlichen Aufbaus über einen Verteiler bzw. ein Verteilerrohr 24 zugeführt, das sich über den Tintenstrahldruckkopf 10 erstreckt und mit jedem der Tinte führenden Kanäle in Verbindung steht. Der Verteiler 24 ist durch Einschneiden entlang der Oberseite des oberen Körperteils 14 gebildet, um dadurch jeden der Tinte führenden Kanäle innerhalb des Inneren des Tintenstrahldruckkopfs 10 freizulegen und einen sich horizontal erstreckenden Kanal zu bilden. Eine Verteilerabdeckplatte 25 wird dann auf dem oberen Körperteil 14 derart befestigt, daß sich die Verteilerabdeckplatte 25 über den sich horizontal erstreckenden Kanal erstreckt, um den Verteiler 24 zu bilden. Vorzugsweise ist eine hintere Seitenoberfläche 26 der Verteilerabdeckplatte 25 mit einer hinteren Seitenoberfläche 25 des oberen Körperteils 14, und zwar vor einer Anpassung, ausgerichtet. Falls es erwünscht ist, kann das Volumen des Verteilers 24 durch Bilden einer Nut 28 in der Verteilerabdeckplatte 25 zur Ausrichtung mit dem Kanal, der sich horizontal über den oberen Körperteil 14 erstreckt, während des Befestigungsprozesses erhöht werden. Schließlich sollte, um den Verteiler 24 zu schließen, das Ende des Verteilers 24, das nicht in Verbindung mit der Tintenzufuhr steht, blockiert werden, zum Beispiel durch Auffüllen dieses Endes des Verteilers 24 mit einem Komposit-Material.
Auf einer Oberseitenoberfläche 30 des hinteren Abschnitts 29 des unteren Körperteils 12 ist eine Steuereinheit 32, zum Beispiel ein Mikroprozessor oder ein anderer, integrierter Schaltkreis eines herkömmlichen Designs, befestigt. Elektrisch mit der Steuereinheit 32 verbunden ist eine Reihe von leitenden Leitungen 34, von denen sich jede entlang der Oberseitenoberfläche 30 des unteren Körperteils 12 erstreckt. Vorzugsweise sind die leitfähigen Leitungen 34 unter Verwendung eines Niederschlagsprozesses gebildet, der ein Metallisierungsmuster auf der Oberseitenoberfläche 30 bildet, bevor der untere und der obere Körperteil 12, 14 angepaßt werden. Wie deutlicher nachfolgend beschrieben werden wird, erstrecken sich die leitfähigen Leitungen 34 entlang der Oberseitenoberfläche 30 zu der Peripherie der die Tinte führenden Kanäle, wo jede leitfähige Leitung 34 elektrisch derart verbunden wird, daß jede leitfähige Leitung 32 die Betätigung eines Paars angrenzender Tinte führender Kanäle steuern kann. Genauer gesagt steuert die Steuereinheit 32 die Betriebsweise des Tintenstrahldruckkopfs 10 durch Beaufschlagung einer Reihe von positiven, Null- oder negativen Spannungen, um eine der leitfähigen Leitungen 34 auszuwählen. Auf die Spannungspotentiale hin, die dadurch erzeugt sind, werden die die Tinte führenden Kanäle, die teilweise durch aktives, piezoelektrisches Material definiert sind, das den ausgewählten Leitungen 34 zugeordnet ist, komprimiert und/oder expandiert, um dadurch volumenmäßige Änderungen innerhalb der die Tinte führenden Kanäle zu produzieren, die zum Erzeugen akustischer Druckwellen ausreichender Stärke geeignet sind, um den Ausstoß eines Tröpfchens Tinte von dem vorderen Ende der Kanäle zu bewirken.
Eine Öffnungsplatte 36, die eine Anzahl von Öffnungen 38 besitzt, die sich dort hindurch erstrecken, ist zu den vorderen Oberflächen 16, 18 des unteren und des oberen Körperteils 12, 14 derart ausgerichtet und angepaßt, daß jede der Öffnungen 38 mit einem der die Tinte führenden Kanäle, die sich längs durch den Tintenstrahldruckkopf 10 erstrecken, in Verbindung steht. Vorzugsweise sind die Öffnungen 38 in der Öffnungsplatte 36 und der Öffnungsplatte 36, die in Bezug auf den unteren und den oberen Körperteil 12, 14 ausgerichtet sind, gebildet, so daß jede Öffnung 38 in der im wesentlichen Mitte des Tinte führenden Kanals, der damit in Verbindung steht, positioniert ist. Auf diese Art und Heise schafft die Öffnungsplatte 36 eine Tintenausstoßdüse für jeden der Kanäle des Tintenstrahldruckkopfs 10. Es ist allerdings vollständig ins Auge gefaßt, daß die Enden jedes der Tinte führenden Kanäle effektiv als eine Düse zum Ausstoßen der Tröpfchen Tinte davon ohne die Notwendigkeit eines Vorsehens der Öffnungsplatte 36 funktionieren können.
Wie als nächstes Fig. 2 zeigt, sind der obere Körperteil 14, die Verteilerabdeckung 26 und die Öffnungsplatte 36 entfernt worden, so daß die Vorsprünge, die teilweise die die Tinte führenden Kanäle definieren, und die elektrische Verbindung zwischen dem aktiven, piezoelektrischen Material, das teilweise die die Tinte führenden Kanäle bildet, und die Steuereinheit 32 vollständiger beschrieben werden können. Wie nun zu sehen ist, ist der untere Körperteil 12 aus einem aktiven, piezoelektrischen Material, zum Beispiel Bleizirkonattitanat (oder "PZT"), der in der Richtung P1 gepolt ist, gebildet. Der untere Körperteil kann in der Richtung P1 vor einem Bilden von Nuten darin durch metallisierte Seitenoberflächen 20, 21 zum Beispiel unter Verwendung eines herkömmlichen Niederschlagsprozesses, Beaufschlagen einer positiven Spannung auf die Seitenoberfläche 20, während die Seitenoberfläche 21 auf Masse gehalten wird, um den unteren Körperteil 12 zu polarisieren, und dann durch Entfernen der Metallisierung gebildet werden. Alternativ kann der untere Körperteil 12 nach einem Zusammenbau des Tintenstrahldruckkopfs 10 in einer Art und Heise, die nachfolgend noch vollständiger beschrieben werden wird, polarisiert werden.
In dem unteren Körperteil 12 ist eine Vielzahl Nuten 38 gebildet, die sich von der vorderen Oberfläche 16 zu einer Rückwand 40, die an einer Zwischenstelle entlang der oberen Oberfläche 30 des unteren Körperteils 12 gebildet ist, erstreckt. Die Nuten 38, die vorzugsweise im wesentlichen parallel zueinander gebildet sind, können durch teilsweises Sägen durch den unteren Körperteil 12 gebildet werden, um Zwischenoberflächen 42 freizulegen. Vorzugsweise sollte jede Nut 38 derart gebildet sein, daß sie sich nach oben abschrägt, wenn sie die Rückwand 40 erreicht, und noch bevorzugter sollten die Nuten 38 derart gebildet sein, daß die Rückwand 40 innerhalb des hinteren Abschnitts 29 des unteren Körperteils 12 positioniert ist. Durch Bilden der Nuten 38 auf diese Art und Heise wird eine Reihe von sich längs erstreckender Vorsprünge 44 gebildet. Heiterhin sind, während beabsichtigt ist, daß der Tintenstrahldruckkopf 10 bis zu 200 Tinte führende Kanäle umfassen kann, für eine einfache Darstellung nur 18 der Nuten, die dazu verwendet werden, diese Kanäle zu bilden, in Fig. 2 dargestellt worden.
Wie weiterhin anhand der Fig. 2 gesehen werden kann, erstreckt sich jede leitende Leitung 34 entlang des hinteren Abschnitts 29 des unteren Körperteils 12 und endet an einer Kante 45 einer entsprechenden der Nuten 38, die sich in den unteren Körperteil 12 erstrecken. Dabei ist die leitende Leitung 34 elektrisch mit Bahnen aus leitfähigem Material verbunden, die an Seitenwänden der Vorsprünge 44 befestigt sind und die zur einfachen Darstellung in Fig. 2 weggelassen worden sind, die allerdings unter Bezugnahme auf Fig. 3A gesehen werden können.
Wie in Fig. 3A gesehen werden kann, sind erste und zweite Bahnen 46, 47, die beide aus einem leitfähigen Material gebildet sind, zum Beispiel Metall, an ersten und zweiten Seitenwänden 48, 49 jeweils jedes der Vorsprünge 44 entlang der gesamten Längserstreckung davon gebildet. Zum Beispiel können die Bahnen 46, 47 an den Seitenwänden 48, 49 unter Verwendung eines herkömmlichen Metallisierungsverfahrens gebildet werden, bei dem leitfähiges Material auf die Seitenwände 48, 49 niedergeschlagen wird. Durch Anhaften der leitfähigen Bahnen 46, 47 an den Seitenwänden 48, 49, und zwar jedes Vorsprungs 44, werden erste und zweite elektrische Kontakte für jeden Vorsprung 44 geschaffen. Unter Bezugnahme nun kurz auf Fig. 5 sind in dem hintern Abschnitt 29 des unteren Körperteils 12 die Nuten 38 vollständig metallisiert. Genauer gesagt ist zusätzlich zu den ersten und zweiten leitfähigen Bahnen 46, 47 eine dritte, leitfähige Bahn 50 an den Zwischenoberflächen 42 zwischen den Vorsprüngen 44 befestigt. Wiederum kann die dritte, leitfähige Bahn 50 unter Verwendung eines zweiten Metallisierungsprozesses in dem hinteren Abschnitt 29 des unteren Körperteils 12 nach einem Bilden der Nuten 38 aufgebracht werden. Durch Vorsehen der dritten, leitfähigen Bahn 50 wird der zweite, leitfähige Streifen 47-1, der an dem Vorsprung 44-1 befestigt ist, elektrisch mit dem ersten leitfähigen Streifen 46-2, der an dem Vorsprung 44-2 befestigt ist, verbunden. Demzufolge sollten, wenn der Tintenstrahldruckkopf 10 betätigt wird, die leitfähigen Streifen, die an den Vorsprüngen 44 auf gegenüberliegenden Seiten einer der Nuten 38 befestigt sind, auf einem gemeinsamen Potential gehalten werden. Wie später ersichtlicher werden wird, wird dies einen Tintenstrahldruckkopf 10 ergeben, bei dem jeder andere Tinte führende Kanal gleichzeitig betätigt werden kann. Die dritte Bahn 50 aus leitfähigem Material erstreckt sich entlang der Längserstreckung der Nut 38 in den hinteren Abschnitt 29 und entlang der Rückwand 40, wo sie elektrisch mit der leitfähigen Bahn 34 verbunden ist.
Unter Bezugnahme nun auf Fig. 3a sollte nun der obere Körperteil 14 in größerem Detail beschrieben werden. Ähnlich dem unteren Körperteil 12 besitzt der obere Körperteil 14 eine Vielzahl im wesentlichen paralleler Nuten 60, die sich längs von der vorderen Oberfläche 18 zu der hinteren Seitenoberfläche 62 erstrecken. Jede Nut 60 umfaßt einen ersten, breiteren Abschnitt 66, der sich von einer Bodenoberfläche 72 zu einer Kerbe 68 erstreckt, und einen zweiten, engeren Abschnitt 70, der sich von der Kerbe 68 zu einer unteren Seitenoberfläche 64 erstreckt. Die Nuten 60, die vorzugsweise im wesentlichen parallel zueinander gebildet sind, können durch einen zweistufigen Sägeprozeß gebildet werden. In dem ersten Sägeschritt werden die ersten Nutabschnitte 66, die so gebildet sein sollten, daß sie ungefähr dieselbe Breite und Tiefe wie die Nuten 38 besitzen, gebildet. In dem zweiten Sägeschritt werden die zweiten Nutabschnitte 70, die dazu vorgesehen sind, die die Tinte führenden Kanäle für den Tintenstrahldruckkopf 10 zu bilden, gebildet. Durch Bilden der Nuten 60 wird eine Reihe von sich längs erstreckender oberer Körpervorsprünge 73 gebildet, von denen jede einen breiteren Abschnitt 73-1 und einen engeren Abschnitt 73-2 besitzt. Hährend beabsichtigt ist, daß der Tintenstrahldruckkopf 10 eine Nut 60 weniger als die Anzahl der Nuten 38 umfassen sollte, sind zur Vereinfachung der Darstellung nur vier der Nuten 60 in Fig. 3A dargestellt worden. Heiterhin sollten, wenn die Nuten 60 in dem oberen Körperteil 14 gebildet sind, die Nuten 60 um die Dicke einer einzelnen Nut in Bezug auf die Nuten 38 des unteren Körperteils 12 so versetzt sein, daß dann, wenn die zwei zueinander passen, die Seitenoberflächen 20, 22 bündig zueinander liegen werden.
Anhand der Fig. 3b kann als nächstes das Kanalfeld, das durch Anpassen des unteren und des oberen Körperteils 12, 14 gebildet ist, nun gesehen werden. Um das Kanalfeld zu bilden, werden die ersten und zweiten leitfähigen Bahnen 46-1, 46-2, 46-3, 46-4 und 47-1, 47-2, 47-3, 47-4, die an den Seitenwänden der Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3, 44-4 befestigt sind, jeweils mit einer Schicht 74 aus einem klebenden Dichtmaterial beschichtet. Die Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3, 44-4 werden dann in die Nuten 60-1, 60-2, 60-3, 60-4 jeweils eingesetzt. Da die ersten Nutabschnitte 62 und die Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3, 44-4 ungefähr von gleichen Dimensionen sind, werden die Oberseitenoberflächen 78-1, 78-2, 78-3, 78-4 der Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3, 44-4 zu den Kerben 68 passen und die unteren Oberflächen 80 der Vorsprünge 72 werden zu den freigelegten Oberflächen 42 passen. Durch Anpassen des unteren und des oberen Körperteils 12, 14 aneinander in der Art und Heise, die hier beschrieben ist, wird eine Reihe von Tinte führender Kanäle 76-1, 76-2, 76-3, 76-4, von denen jeder durch ein Paar der breiteren Abschnitte 70 definiert ist, den Bereich der unteren Seitenoberfläche 64 zwischen dem Paar der weiteren Abschnitte 70 und die Oberseitenoberfläche 78-1, 78-2, 78-3 und 78-4 jeweils gebildet. Weiterhin ist, wie dies vollständiger in Bezug auf Fig. 3b beschrieben werden wird, jeder der Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3, 44-4 ein Aktuator, der dazu geeignet ist, akustische Druckimpulse in den jeweiligen, Tinte führenden Kanal 76-1, 76-2, 76-3 und 76-4, die teilweise dadurch definiert sind, aufzubringen.
Unter Bezugnahme als nächstes auf Fig. 3c wird die Betätigung der Tinte führenden Kanäle 76-1, 76-2, 76-3, 76-4 nun in größerem Detail beschrieben werden. Wie zuvor ausgeführt ist, können die Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3 und 44-4 in einer Richtung P1 in der Art und Heise, die zuvor beschrieben ist, gepolt sein. Alternativ können die Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3 und 44-4 gepolt werden, nachdem der Tintenstrahldruckkopf 10 vollständig zusammengebaut ist, und zwar durch Anlegen von Spannung, von denen jede eine ausgewählte Polarität und Größe besitzt, an die Bahnen 46-1, 47-1, 46-2, 47-2, 46-3, 47-3, 46-4, 47-4 in einer Konfiguration, die die Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3, 44-4 in der erwünschten Richtung polarisieren wird.
Wenn ein Block eines aktiven, piezoelektrischen Materials, wie beispielsweise irgendeiner der Vorsprünge 44-1, 44-2, 44-3, 44-4, einem elektrischen Feld parallel zu der Polungsrichtung unterworfen wird, wird der Block einer Deformation unterliegen, d.h. der Block wird sich in einer Achse ausdehnen und wird in den anderen zwei Achsen schrumpfen. Weiterhin wird die Richtung, in der der Block expandieren wird, in etwa der ersten oder der zweiten Richtung in der Expansionsachse sein, und zwar in Abhängigkeit von der Richtung des elektrischen Felds, das daran angelegt wird. Genauer gesagt werden, wenn die Steuereinheit eine positive Spannung auf die leitfähigen Bahnen 46-1, 47-2, 46-3 (die, wie zuvor ausgeführt ist, elektrisch mit der leitfähigen Bahn 47-2 verbunden sind, um eine einzelne, leitfähige Bahn 34 zu ermöglichen, um beide Spannungen zu beaufschlagen) und 47-4 beaufschlagt, während entweder die leitfähigen Bahnen 47-1, 46-2 (die mit der leitfähigen Bahn 47-1 verbunden ist), 47-3 und 46-4 (die mit der leitfähigen Bahn 47-3 verbunden ist) auf Null gehalten oder durch Anlegen einer negativen Spannung daran, die Vorsprünge 44-2 und 44-4 die Tinte führenden Kanäle 76-2 und 76-4 zusammenpressen, um dadurch eine akustische Druckwelle darauf aufzubringen, die später zu dem Ausstoß eines Tintentröpfchens davon führen wird. Die Vorsprünge 44-2 und 44-4 werden eine positive Druckwelle erzeugen, die sich durch die Tinte führenden Kanäle 76-2, 76-4 und zu der Öffnung 36, die damit in Verbindung steht, ausbreitet. Dort wird ein Tröpfchen Tinte, das innerhalb der Tinte führenden Kanäle 76-2, 76-4 enthalten ist, die Oberflächenspannung des Meniskus überwinden und durch die Luft zu einer Oberfläche (nicht dargestellt) eines Aufzeichnungsmediums (auch nicht dargestellt) ausgestoßen werden. Die positive Druckwelle wird sich zu dem Verteiler 24 hin ausbreiten, um dadurch zu bewirken, daß etwas der Tinte in den Kanälen 76-2, 76-4 in den Verteiler 24 fließt. Es ist allerdings beabsichtigt, daß das relativ große Volumen an Tinte in dem Verteiler 24 die Effekte des Strömens von Tinte dorthin dämpfen wird, um dadurch eine Kreuzkopplung zwischen den Kanälen zu verhindern. Gleichzeitig mit der Kompression der die Tinte führenden Kanäle 76-2, 76-4 werden die Vorsprünge 44-1 und 44-3 die Tinte führenden Kanäle 76-1 und 76-3 expandieren, um dadurch eine negative Druckwelle an beiden Enden der Tinte führenden Kanäle 76-1, 76-3 zu erzeugen. Die negative Druckwelle an dem hinteren Ende der Tinte führenden Kanäle 76-1, 76-3 wird zusätzliche Tinte von dem Verteiler 24 und in die Kanäle 76-1 und 76-3 ziehen, während die negative Druckwelle an dem vorderen Ende der Tinte führenden Kanäle 76-1, 76-3 bewirken wird, den Meniskus zurückzuziehen. Wenn andererseits die Polarität der angelegten Spannungen umgekehrt ist, werden die Vorsprünge 44-1 und 44-3 die Tinte führenden Kanäle 76-1 und 76-3 komprimieren und die Vorsprünge 44-2, 44-4 werden die Kanäle 76-2 und 76-4 expandieren. Schließlich wird sich, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Kanäle zusammengezogen oder expandiert werden, die Schicht 74 aus Dichtmaterial auch expandieren oder zusammenziehen, um die Dichtung zwischen den Vorsprüngen 44 und 73 beizubehalten, um dadurch zu verhindern, daß Tinte aus den Kanälen leckagemäßig austritt.
Unter Bezugnahme als nächstes auf Fig. 4A-B wird nun eine alternative Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der untere Körperteil 82 ein vorsprungsloser Block, der unter Verwendung eines inaktiven Materials gebildet ist. Eine Schicht 84 aus leitfähigem Material ist auf einer Oberseitenoberfläche des unteren Körperteils 82 und einer Bodenoberfläche 85 eines Zwischenkörperteils 86 gebildet. Der Zwischenkörperteil 86 ist aus einem aktiven, piezoelektrischen Material gebildet und umfaßt eine Vielzahl von sich längs erstreckender Vorsprünge 87-1, 87-2, 87-3, 87-4, die sich vertikal von einer unteren Seitenoberfläche 89 davon erstrecken. Auf der oberen Seite jedes Vorsprungs 87-1, 87-2, 87-3, 87-4 ist eine entsprechende Bahn 88-1, 88-2, 88-3, 88-4 aus leitfhähigem Material befestigt. Der Zwischenkörperteil 86 kann in irgendeiner Anzahl von Arten und Heisen gebildet sein. Zum Beispiel kann ein vorsprungsloser Block aus piezoelektrischem Material, der in einer Richtung P2 gepolt ist und eine Schicht aus leitfähigem Material entlang der Oberseitenoberfläche davon besitzt, an dem unteren Körperteil 82 befestigt sein. Die Vorsprünge 87-1 bis 87-4 und die entsprechenden leitfähigen Bahnen 88-1 bis 88-4 werden dann durch Sägen einer Reihe von Nuten, die sich durch die Schicht des leitfähigen Materials und ein Teil des Zwischenbereichs 86 erstrecken, gebildet.
Der Zwischenkörperteil 86, wenn er einmal gebildet ist, wird dann an den oberen Körperteil 14 in einer Art und Heise identisch zu derjenigen, die schon beschrieben ist, angepaßt, um wiederum ein Kanalfeld für einen Tintenstrahldruckkopf zu bilden. Um den Tintenstrahldruckkopf elektrisch zu verbinden, wird die leitfähige Schicht 84 mit Masse verbunden und jede der leitfähigen Bahnen 88-1, 88-2, 88-3, 88-4 wird elektrisch mit der Steuereinheit 32 verbunden. Anhand der Fig. 4a kann nun die elektrische Verbindung zwischen den leitfähigen Bahnen 88-1, 88-2, 88-3, 88-4 und der Steuereinheit 32 gesehen werden. Elektrisch mit der Steuereinheit 32 verbunden ist eine Reihe von leitfähigen Leitungen 90, von denen sich jede entlang der Oberseitenoberfläche 30 des Zwischenkörperteils 86 erstreckt, wo sie elektrisch mit einer der leitfähigen Bahnen 88 verbunden ist. Die Steuereinheit 34 steuert den Betrieb des Tintenstrahldruckkopfs 10 durch Anlegen einer Reihe von positiven oder negativen Spannungen an ausgewählten leitfähigen Leitungen 90. Auch können, während der Zwischenkörperabschnitt 86 in einer Richtung P2 vor einem Zusammenbau des Tintenstrahldruckkopfs 10 gepolt sein kann, die Vorsprünge 87 durch Anlegen einer positiven Spannung an jede leitfähige Bahn 88 gepolt werden, nachdem der Tintenstrahldruckkopf 10 zusammengebaut worden ist. Ausgewählte, Tinte führende Kanäle können, wenn einmal zusammengebaut ist, die teilweise durch jeweilige Bahnen 88 des leitfähigen Materials definiert sind, durch Anlegen einer positiven Spannung an die Bahn 88 komprimiert werden und können durch Anlegen einer negativen Spannung an die Bahn 88 expandiert werden.
Demzufolge ist hier ein Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus, großem Feld, hoher Dichte und vom Typ Tropfen auf Anforderung, der einzigartig konfigurierte Körperteile besitzt, die stark den Zusammenbauprozeß durch Beseitigen des Erfordernisses eines separaten Aktuatorteils für jeden Kanal des Tintenstrahldruckkopfs vereinfachen, beschrieben und dargestellt worden. Durch Reduzieren der Anzahl der Komponenten, die zur Montage des Druckkopfs erforderlich sind, hat die vorliegende Erfindung Druckköpfe mit einem großen Feld und einer hohen Dichte durchführbarer gemacht. Allerdings werden Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet erkennen, daß viele Modifikationen und Variationen neben solchen, die spezifisch erwähnt sind, bei den Techniken, die hier beschrieben sind, vorgenommen werden können. Demgemäß sollte klar verständlich werden, daß die Form der Erfindung, wie sie hier beschrieben ist, nur beispielhaft ist und nicht als eine Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche vorgesehen ist.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus und vom Typ Tropfen auf Anforderung, der aufweist:

einen unteren Körperteil (12), der aus einem aktiven, piezoelektrischen Material gebildet ist, wobei der untere Körperteil eine obere Seitenoberfläche und eine Vielzahl von im wesentlichen parallel beabstandeter Vorsprünge (44), die vertikal von der oberen Seitenoberfläche vorstehen und sich längs entlang des unteren Körperteils erstrecken, besitzt, wobei jeder der Vorsprünge eine erste (46) und eine zweite (47) Seitenwandoberfläche und eine Oberseitenoberfläche besitzt, wobei der untere Körperteil in einer ersten Richtung (P1) im wesentlichen orthogonal zu sowohl seiner Längsachse als auch der vertikalen Erstreckung der Vorsprünge gepolt ist;

einen oberen Körperteil (14), der aus einem inaktiven Material gebildet ist, wobei der obere Körperteil eine untere Seitenoberfläche und eine Vilezahl im wesentlichen parallel beabstandeter Vorsprünge besitzt, wobei jeder der Vorsprünge (73) vertikal von der unteren Seitenoberfläche vorsteht, sich längs entlang des oberen Körperteils erstreckt und erste und zweite Seitenwandoberflächen besitzt;

wobei der untere und der obere Körperteil derart angepaßt sind, daß die Vielzahl der Vorsprünge, die sich von dem unteren Körperteil erstrecken, interdigital mit der Vielzahl Vorsprünge, die sich von dem oberen Körperteil erstrecken, beabstandet ist, wobei die Anpassung des unteren und des oberen Körperteils eine Vielzahl von Tinte führenden Kanälen bildet; und

Einrichtungen (32,34,50) zum selektiven Anlegen eines elektrischen Felds über jeden der Vorsprünge und des unteren Körperteils und in der ersten Richtung;

wobei das Anlegen eines elektrischen Felds über einen der Vorsprünge des unteren Körperteils bewirkt, daß der Vorsprung einen Druckimpuls auf den die Tinte führenden Kanal aufbringt.

2. Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus und vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 1, wobei jeder der Vorsprünge des oberen Körperteils weiterhin aufweist:

einen ersten Abschnitt, der sich von dem Abschnitt der unteren Seitenoberfläche des oberen Körperteils erstreckt, wobei der erste Abschnitt erste und zweite Seitenwandoberflächen besitzt; einen eingekerbten Abschnitt, der integral mit dem ersten Abschnitt gebildet ist, wobei der eingekerbte Abschnitt erste und zweite Seitenwandoberflächen besitzt; und

einen zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt integral mit dem eingekerbten Abschnitt gebildet ist, wobei der zweite Abschnitt enger als der erste Abschnitt ist und erste und zweite Seitenwandoberflächen und eine Bodenoberfläche besitzt;

wobei sich die Oberseitenoberflächen der Vorsprünge des unteren Körperteils an die eingekerbten Abschnitte der Vorsprünge des oberen Körperteils anpassen, um die die Tinte führenden Kanäle zu bilden.

3. Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei jeder der Vorsprünge des unteren Körperteils zwischen einem Paar der Vorsprünge des oberen Körperteils eingesetzt wird und wobei jeder der die Tinte führenden Kanäle, die durch die Anpassung des oberen und des unteren Körperteils gebildet sind, durch die Oberseitenoberfläche (78) eines der Vorsprünge des unteren Körperteils, die erste Seitenwandoberfläche des ersten Abschnitts eines ersten des Paars der Vorsprünge des oberen Körperteils, die zweite Seitenwandoberfläche des ersten Abschnitts eines zweiten des Paars der Vorsprünge des oberen Körperteils und den Teil der unteren Seitenoberfläche zwischen dem Paar Vorsprünge des oberen Körperteils definiert ist.

4. Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 3, wobei die Einrichtung zum selektiven Anlegen eines elektrischen Felds über jeden der Vorsprünge des unteren Körperteils und der ersten Richtung weiterhin aufweist:

eine erste Schicht aus leitfähigem Material, die an der ersten Seitenwandoberfläche jedes der Vorsprünge des unteren Körperteils befestigt ist;

ein zweite Schicht aus leitfähigem Material, das an der zweiten Seitenwandoberfläche jedes der Vorsprünge des unteren Körperteils befestigt ist; und

eine Einrichtung zum selektiven Liefern eines Spannungsabfalls zwischen der ersten und der zweiten Schicht aus leitfähigem Material für jeden der Vorsprünge des unteren Körperteils.

5. Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum selektiven Liefern eines Spannungsabfalls zwischen der ersten und der zweiten Schicht leitfähigen Materials für jeden der Vorsprünge des unteren Körperteils weiterhin aufweist:

eine Steuereinheit, die eine Vielzahl von leitfähigen Leitungen und eine Einrichtung zum selektiven Anlegen einer positiven, Null- oder negativen Spannung an jeder der Leitungen besitzt; und

eine Einrichtung zum elektrischen Verbinden jeder der Vielzahl der leitfähigen Leitungen an einer entsprechenden der Vielzahl der Schichten aus leitfähigem Material.

6. Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 5, wobei der untere Körperteil weiterhin einen vorderen Abschnitt, der an den oberen Körperteil angepaßt ist, und einen teilweise nicht angepaßten hinteren Abschnitt aufweist und weiterhin eine dritte Schicht aus leitfähigem Material, die mit der oberen Seitenoberfläche des unteren Körperteils in dem hinteren Abschnitt des unteren Körperteils verbunden ist, aufweist, wobei die dritte Schicht des leitfähigen Materials elektrisch mit der ersten und der zweiten Schicht verbunden ist.

7. Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 6 und der weiterhin Dichteinrichtungen (74) zum Bilden einer Dichtung zwischen den leitfähigen Schichten der Vorsprünge des unteren Körperteils und der angrenzenden Vorsprünge des oberen Körperteils aufweist.

8. Tintenstrahldruckkopf mit Längsmodus vom Typ Tropfen auf Anforderung, der aufweist:

einen unteren Körperteil, der eine obere Seitenoberfläche des unteren Körperteils besitzt, die aus einem inaktiven Material gebildet ist,

einen Zwischenkörperteil (86), der eine unter Seitenoberfläche, eine obere Seitenoberfläche und eine Vielzahl von Vorsprüngen, die vertikal von der oberen Seitenoberfläche vorstehen, die sich längs entlang des Zwischenkörperteils erstrecken und jeweils eine Oberseitenoberfläche besitzen, besitzt, wobei der Zwischenkörperteil aus einem aktiven, piezoelektrischen Material gebildet ist, das in einer ersten Richtung parallel zu der vertikalen Erstreckung der Vorsprünge gepolt ist;

eine Schicht aus leitfähigen Material (84), die an der Oberseitenoberfläche des unteren Körperteils und der unteren Seitenoberfläche des Zwischenkörperteils befestigt ist;

eine Bahn aus leitfähigem Material (88-1), die an der Oberseitenoberfläche jedes der Vielzahl der Zwischenkörperteile gebildet ist;

einen oberen Körperteil, der aus einem inaktiven Material gebildet ist, wobei der obere Körperteil eine untere Seitenoberfläche und eine Vielzahl von im wesentlichen parallel beabstandeter Vorsprünge besitzt, wobei jeder der Vorsprünge vertikal von der unteren Seitenoberfläche vorsteht, sich längs entlang des oberen Körperteils erstreckt und eine Bodenoberfläche besitzt;

wobei der untere (82) und der obere Körperteil derart angepaßt sind, daß die Vielzahl der Vorsprünge, die sich von dem Zwischenkörperteil erstrecken, interdigital mit der Vielzahl der Vorsprünge, die sich von dem oberen Körperteil erstrecken, beabstandet sind, wobei die Anpassung der Zwischenund oberen Körperteile eine Vielzahl von Tinte führenden Kanälen bildet; und

eine Einrichtung zum selektiven Anlegen eines elektrischen Felds über jeden der Vorsprünge des Zwischenkörperteils und in der ersten Richtung;

wobei das Anlegen eines elektrischen Felds über einen der Vorsprünge des Zwischenkörperteils und in der ersten Richtung bewirkt, daß der Vorsprung einen Druckimpuls auf den die Tinte führenden Kanal aufbringt.

9. Tintenstrahldruckkopf vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 8, wobei die Schicht aus leitfähigem Material mit Masse verbunden ist und wobei die Einrichtung zum selektiven Anlegen eines elektrischen Felds über jeden der Vorsprünge des Zwischenkörperteils weiterhin eine Einrichtung zum selektiven Anlegen einer positiven Spannung an jede der Vielzahl der Bahnen aus leitfähigem Material aufweist.

10. Tintenstrahldruckkopf vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 9 und der weiterhin aufweist:

eine Steuereinheit, die eine Vielzahl von leitfähigen Leitungen und eine Einrichtung zum selektiven Anlegen einer positiven Spannung an jede der Leitungen besitzt; und

eine Einrichtung zum elektrischen Verbinden jeder der Vielzahl der leitfähigen Leitungen an einer entsprechenden einer der Vielzahl der Bahnen aus leitfähigem Material.

11. Tintenstrahldruckkopf vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 10, wobei jeder der Vorsprünge des oberen Körperteils weiterhin aufweist:

einen ersten Abschnitt, der sich von der unteren Seitenoberfläche des oberen Körperteils erstreckt, wobei der erste Abschnitt erste und zweite Seitenwandoberflächen besitzt;

einen eingekerbten Abschnitt, der integral mit dem ersten Abschnitt gebildet ist, wobei der eingekerbte Abschnitt erste und zweite Seitenwandoberflächen besitzt; und

wobei die Oberseitenoberflächen der Vorsprünge des unteren Körperteils zu den eingekerbten Abschnitten der Vorsprünge des oberen Körperteils passen, um die die Tinte führenden Kanäle zu bilden.

12. Tintenstrahldruckkopf vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 11, wobei jeder der Vorsprünge des Zwischenkörperteils zwischen einem Paar der Vorsprünge des oberen Körperteils eingesetzt wird und wobei jeder der die Tinte führenden Kanäle, der durch die Anpassung des Zwischen- und oberen Körperteils gebildet ist, durch die Bahn aus leitfähigem Material, die an der Oberseitenoberfläche eines der Vorsprünge gebildet ist, die erste Seitenwandoberfläche des ersten Abschnitts eines ersten des Paars Vorsprünge des oberen Körperteils, die zweite Seitenwandoberfläche des ersten Abschnitts eines zweiten des Paars Vorsprünge des oberen Körperteils und den Teil der unteren Seitenoberfläche zwischen dem Paar Vorsprünge des oberen Körperteils definiert ist.

13. Tintenstrahldruckkopf vom Typ Tropfen auf Anforderung gemäß Anspruch 12, wobei jeder der Vielzahl Vorsprünge des Zwischenkörperteils weiterhin erste und zweite Seitenwände aufweist und weiterhin Dichteinrichtungen zum Bilden einer Dichtung zwi schen den Seitenwänden der Vorsprünge der Zwischenkörperteile und den Seitenwänden des zweiten Abschnitts der angrenzenden Vorsprünge des oberen Körperteils aufweist.