DE69515708T2

DE69515708T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE69515708T2
Application number: DE69515708T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Fujii; Tadaaki Hagata; Hiroyuki Maruyama; Ikuhiro Miyashita; Keiichi Mukaiyama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2015-04-20
Also published as: US6213590B1; EP0678387A3; EP0867289A1; DE69515708D1; EP0678387B1; US5992978A; EP0678387A2; DE69506306D1; EP0867289B1; DE69506306T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung und insbesondere auf deren Tintenstrahlkopf.
Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtungen mit einem Tintenstrahlkopf zum wahlweisen Ausstoßen von Tintentröpfchen von einer Vielzahl von Düsen auf ein Aufzeichnungsmedium als Antwort auf elektrische Steuerimpulse sind bekannt und werden allgemein verwendet. Generell weist der Tintenstrahlkopf einen gemeinsamen Tintenhohlraum als Tintenquelle für die einzelnen Düsen auf, der mit jeder Düse mittels eines gesonderten Tintenkanals verbunden ist. Jeder Tintenkanal enthält eine Ausstoßkammer, der eine jeweilige Druckerzeugungsvorrichtung zugeordnet ist. Die Druckerzeugungsvorrichtungen reagieren auf die elektrischen Steuerimpulse zur selektiven und vorübergehenden Erhöhung des Drucks in der zugehörigen Ausstoßkammer, und bewirken dadurch den Ausstoß von Tintentröpfchen. Verschiedene Arten von Druckerzeugungsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt, wie etwa piezoelektrische Vorrichtungen, thermische Vorrichtungen und elektrostatische Vorrichtungen. Der Teil des Tintenkanals, der die Ausstoßkammer mit dem gemeinsamen Tintenhohlraum verbindet, besitzt eine Querschnittsfläche, die wesentlich kleiner als die der Ausstoßkammer selbst ist. Dieser Teil wird nachfolgend als Öffnung bezeichnet. Der gemeinsame Tintenhohlraum dient als Tintenspeisepuffer und ist seinerseits über eine Tintenspeiseöffnung mit einem Tintenvorrat größeren Volumens, d. h. einem Tintentank etc. verbunden, der typischerweise außerhalb des Tintenstrahlkopfs sitzt.
Bei der Herstellung solcher Tintenstrahlköpfe ist es allgemein üblich, Nuten und Ausnehmungen jeweils entsprechend dem gemeinsamen Tintenhohlraum, den Tintenkanälen und den Düsen in die Oberfläche eines ersten Substrats zu ätzen, welches dann mit einem zweiten Substrat verbunden wird, wie beispielsweise in EP-A-0 580 283 und JP-B-62-831611 987 offenbart.
Das Dokument JP-B-8316/1987 offenbart eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei diesem Stand der Technik ist ein Filter zwischen dem Tintenvorrat und dem gemeinsamen Tintenhohlraum vorgesehen, um zu verhindern, daß Fremdkörper in die Tintenkanäle eintreten und möglicherweise die Düsen verstopfen. Das Filter umfaßt eine Vielzahl von Filterkanälen, die parallel zueinander zwischen einer Tintenspeiseöffnung und dem gemeinsamen Tintenhohlraum vorgesehen sind. Nuten für die Filterkanäle werden gleichzeitig mit den Nuten und Ausnehmungen, die oben erwähnt wurden, durch Ätzen eines Glassubstrats in vertikaler Richtung unter Verwendung eines Fotoätzverfahrens ausgebildet.
Zur Erfüllung der beabsichtigten Funktion muß die Querschnittsfläche jedes Filterkanals kleiner als die kleinste Querschnittsfläche der Tintenkanäle sowie derjenigen der Düsen selbst sein. Im oben angesprochenen Stand der Technik werden jedoch die Filterkanäle gleichzeitig mit dem gemeinsamen Tintenhohlraum, den Düsen und den Tintenkanälen durch ein isotropes Ätzverfahren ausgebildet, weshalb die Tiefe der Filterkanäle die gleiche wie die Tiefe der Düsen und der anderen Abschnitte des Tintenwegs zwischen dem Filter und den Düsen ist. Folglich kann die Größe von Fremdstoffpartikeln, die das Filter durchlaufen, die gleiche wie die der Düse und Öffnungen sein. Die Wahrscheinlichkeit, daß eine Düse oder Öffnung verstopft wird, ist daher hoch und die Filterfunktion des Standes der Technik nicht zufriedenstellend.
Tintenstrahlköpfe unter Verwendung eines Siliciumsubstrats, das das genauere anisotrope Ätzen erlaubt, sind beispielsweise offenbart in EP-A-0 479 441, EP-A-0 580 283 sowie in EP-A-0 634 272, EP-A-0 629 502 und EP-A-0 629 503 (wobei die letzteren drei Dokumente Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ bilden).
Wie oben erwähnt, liefert der gemeinsame Tintenhohlraum die Tinte über die jeweiligen Öffnungen an die Ausstoßkammern und puffert zugleich oder reduziert einen Druckanstieg, der vom Rückfluß von Tinte von einer Tintenausstoßkammer herrührt, wenn ein Tintentröpfchen von der jeweiligen Düse ausgestoßen wird. Der Zweck dieser Pufferwirkung ist die Vermeidung oder Verringerung einer gegenseitigen Einwirkung, d. h. eines Übersprechens, unter der Vielzahl von Düsen. Obwohl es möglich erscheint, die Funktion des Filters durch Verringerung der Querschnittsfläche der Filterkanäle verglichen mit derjenigen der Öffnungen und der Düsen unter Einsatz genauerer Herstellungsverfahren zu verbessern, stellte sich heraus, daß dies leicht zu einer Beeinträchtigung des Puffereffekts und dadurch zur Vergrößerung von Übersprechen führt. Der Puffereffekt des gemeinsamen Tintenhohlraums hängt von der Nachgiebigkeit des in ihm enthaltenen Tintenvolumens und jedweden Beitrags von dem Tintenspeisesystem auf der Zuflußseite des gemeinsamen Tintenhohlraums ab. Wie später gezeigt werden wird, ist die Nachgiebigkeit proportional dem Quadrat des Tintenvolumens. Aufgrund des allgemeinen Bedarfs an kleinen Tintenköpfen sollte das Volumen des gemeinsamen Tintenhohlraums so gering wie möglich sein, was zu einem entsprechend kleinen Puffereffekt der Tinte innerhalb des gemeinsamen Tintenhohlraums selbst führt. Je kleiner die Filterkanäle, desto geringer ist der Beitrag, den das Tintenspeisesystem auf der Zuflußseite des gemeinsamen Tintenhohlraums zum Gesamtpuffereffekt beizutragen imstande ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung zu schaffen, die einen Tintenstrahlkopf mit einer Vielzahl von Düsen und einem Filter besitzt, wobei eine gute Filterwirkung und im wesentlichen kein Übersprechen gleichzeitig erzielt werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gelöst, wie sie im Anspruch 1 beansprucht wird. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Es hat sich herausgestellt, daß die Pufferwirkung des gemeinsamen Tintenhohlraums dadurch über diejenige der Tinte selbst vergrößert werden, daß eine flexible Wand oder ein flexibler Wandteil des gemeinsamen Tintenhohlraums vorgesehen wird. Auf diese Weise kann die Querschnittsfläche der Filterkanäle relativ klein gemacht werden, um die Filterfunktion zu verbessern, ohne den Vorteil von keinem oder im wesentlichen keinem Übersprechen zu opfern.
Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellen und in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilexplosionsansicht eines Tintenstrahlkopfs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlkopfs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 3 ein seitlicher Querschnitt eines Tintenstrahlkopfs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 4 eine vergrößerte Teildraufsicht auf das Substrat eines Tintenstrahlkopfs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 5(a) bis (c) seitliche Querschnitte sind, die den Tintenausstoßbetrieb eines Tintenstrahlkopfs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 6(a) bis (c) vereinfachte Darstellungen dessen sind, was passiert, wenn eine Spannung zwischen die Membran und die Elektrode des Tintenstrahlkopfs angelegt wird, der in Fig. 5 gezeigt ist,
Fig. 7 eine Draufsicht eines Tintenstrahlkopfs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 8 eine Querschnittsansicht längs der Linie D-D in Fig. 7 ist,
Bei der nachstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um einen Kanten-Tintenstrahlkopf, bei dem Tintentröpfchen von Düsen ausgestoßen werden, die an der Kante oder einer Stirnseite des Substrats angeordnet sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung auch bei einem Flächen-Tintenstrahlkopf eingesetzt werden kann, bei dem die Tinte von Düsen ausgestoßen wird, die an der Oberseite des Substrats angeordnet sind.
Der Tintenstrahlkopf dieser Ausführungsform setzt sich aus drei Substraten 1, 2, 3 zusammen, die aufeinander gestapelt sind und gemäß der nachfolgenden detaillierten Beschreibung aufgebaut sind. Ein erstes Substrat 1 ist zwischen einem zweiten und einem dritten Substrat 2 und 3 eingeschlossen und besteht aus einem Siliciumwafer. Mehrere Düsen 4 sind zwischen dem ersten und dem dritten Substrat mit Hilfe entsprechender Düsennuten 11 gebildet, die in der Oberseite des ersten Substrats 1 vorgesehen sind und sich im wesentlichen parallel in gleichen Abständen von einer Kante des Substrats aus erstrecken. Das Ende jeder Düsennut, das der erwähnten einen Kante entgegengesetzt ist, öffnet sich in eine jeweilige Ausnehmung 12. Jede Ausnehmung ist ihrerseits über eine jeweilige schmale Nut 13 mit einer Ausnehmung 14 verbunden. Im zusammengebauten Zustand bildet die Ausnehmung 14 einen gemeinsamen Tintenhohlraum 8, der über Öffnungen 7, die von den schmalen Nuten 13 gebildet werden, und über von den Ausnehmungen 12 gebildete Ausstoßkammern 6 mit den Düsen 4 kommuniziert.
Ein Filter 51 wird von einer Vielzahl von Nuten 13a gebildet, die hinter der Ausnehmung 14, d. h. auf der Tintenzufuhrseite angeordnet sind. Im zusammengebauten Zustand der Substrate bilden die Nuten 13a Filterkanäle (im folgenden wird dieselbe Bezugszahl 13a sowohl für die Nuten als auch für die Kanäle verwendet). Die Querschnittsfläche jedes Filterkanals 13a ist kleiner als diejenige einer Düse 4, d. h. die Filterkanäle üben eine wirksame Filterfunktion aus, indem sie den Eintritt von Fremdstoffen in die Tinte in dem gemeinsamen Tintenhohlraum 8, dem Tintenkanal (6, 7) und den Düsen 4 verhindern.
Der Boden jeder Ausstoßkammer 6 umfaßt eine Membran 5, die einstückig mit dem Substrat ausgebildet ist. Es ist leicht zu verstehen, daß die Nuten und Ausnehmungen, die oben erwähnt wurden, einfach und präzise durch fotolithografisches Ätzen des Halbleitersubstrats hergestellt werden können. Die Membranen 5 werden vorzugsweise dadurch hergestellt, daß das Substrat 1 zunächst mit Bor dotiert wird, um für einen Ätzstop zu sorgen, wonach zur Ausbildung der Membranen mit einer dünnen, gleichförmigen Dicke geätzt wird.
Elektrostatische Aktuatoren, von denen jeder eine Membran und eine zugeordnete Düsenelektrode umfaßt, sind zwischen dem ersten und zweiten Substrat ausgebildet. Eine gemeinsame Elektrode 17 der Aktuatoren ist auf dem ersten Substrat 1 vorgesehen.
Ein dünner Oxidfilm (in den Figuren nicht gezeigt), näherungsweise 1 um dick, ist auf der gesamten Oberfläche des ersten Substrats 1 mit Ausnahme der gemeinsamen Elektrode 17 ausgebildet. Dies bildet eine Isolierschicht zur Verhinderung eines dielektrischen Durchbruchs und eines Kurzschlusses während der Ansteuerung des Tintenstrahlkopfes.
Für das zweite Substrat 2, das mit der Unterseite des ersten Substrats 1 verbunden wird, wird Borsilikatglas verwendet. Eine Ausnehmung 15 zur Aufnahme einer jeweiligen Düsenelektrode 21 ist an der Oberseite des zweiten Substrats 2 unterhalb jeder Membran 5 ausgebildet. Wenn das zweite Substrat 2 mit dem ersten Substrat 1 verbunden wird, werden an den Positionen der Ausnehmungen 15 zwischen jeder Membran 5 und der gegenüberliegenden Düsenelektrode 21 Schwingungskammern 9 gebildet.
Bei dieser Ausführungsform schaffen die Ausnehmungen 15, die in der Oberseite des zweiten Substrats 2 ausgebildet werden, Spalte zwischen den Membranen und den jeweiligen Elektroden 21. Die Länge G (siehe Fig. 3; nachfolgend "Spaltlänge") jedes Spalts ist gleich der Differenz zwischen der Tiefe der Ausnehmung 15 und der Dicke der Elektrode 21. Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Ausnehmung alternativ in der Unterseite des ersten Substrats 1 ausgebildet sein kann. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt die Tiefe der Ausnehmung 15 0,3 um und das Rastermaß und die Breite der Düsennuten 11 betragen 0,2 mm bzw. 80 um.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die an der Oberseite des zweiten Substrats 2 ausgebildete Verdrahtung die Düsenelektroden 21 sowie Leitungselemente 22, welche jede Düsenelektrode mit einem jeweiligen Anschlußelement 23 verbinden. Wie dargestellt, liegen die Leitungselemente in Nuten 22a, die mit den Ausnehmungen 15 verbunden sind. Die Anschlußelemente 23 liegen in einer entsprechenden Ausnehmung, die an einer Kante des zweiten Substrats 2 ausgebildet ist.
Borsilikatglas wird auch für das dritte Substrat 3 verwendet. Die Düsen 4, die Ausstoßkammern 6, die Öffnungen 7 und der Tintenhohlraum 8 werden dadurch gebildet, daß das dritte Substrat 3 an der Oberseite des ersten Substrats 1 befestigt wird. Stützelemente 36 in dem Tintenhohlraum 8 bieten eine Versteifung um zu verhindern, daß die Ausnehmung 14 zusammenfällt, wenn das erste Substrat 1 und das dritte Substrat 3 miteinander verbunden werden.
Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 werden bei 270 bis 400ºC unter Anlegen einer Spannung von 500 bis 800 V anodisch gebondet, und das erste Substrat 1 und das dritte Substrat 3 werden dann unter denselben Bedingungen gebondet, um den Tintenstrahlkopf gemäß Darstellung in Fig. 3 zusammen zu bauen. Nach dem anodischen Bonden beträgt bei dieser Ausführungsform die Spaltlänge G zwischen der Membran 5 und der Düsenelektrode 21 auf dem zweiten Substrat 2 0,2 um.
Nachdem der Tintenstrahlkopf in dieser Weise zusammen gebaut wurde, wird die Treiberschaltung 102 durch Verbinden der flexiblen gedruckten Schaltung (FPC) 101 zwischen der gemeinsamen Elektrode 17 und den Anschlußelementen 23 der Düsenelektroden 21 gemäß Darstellung in den Fig. 3 und 4 angeschlossen. Ein anisotroper leitender Film wird bei dieser Ausführungsform zur Verbindung von Leitungen 101 mit den Elektroden 17 und 23 verwendet.
Das Tintenspeiserohr 33 und der Tintenspeisebehälter 32 werden extern an der Rückseite des Tintenstrahlkopfs angesetzt. Tinte 103 wird von einem (in den Figuren nicht gezeigten) Tintentank über das Tintenspeiserohr 33, den Behälter 32, eine (nicht gezeigte) Tintenspeiseöffnung und die Filterkanäle 13a an der Rückseite des Tintenhohlraums 8 zum Füllen des Tintenhohlraums 8 und der Ausstoßkammern 6 geliefert. Die Tinte in den Ausstoßkammern 6 wird zu Tintentröpfchen 104, die von den Düsen 4 ausgestoßen werden und auf das Aufzeichnungspapier 105 gedruckt werden, wenn der Tintenstrahlkopf 10 angesteuert wird, wie in Fig. 3 gezeigt.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Teildraufsicht des Substrats 1. Das Substrat 1 eines Tintenstrahlkopfs gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch anisotropes Ätzen eines einkristallinen Siliciumsubstrats hergestellt. Anisotropes Ätzen ist eine Ätzverarbeitung, bei der die Ätzgeschwindigkeit entsprechend der Ätzrichtung variiert. Die Ätzgeschwindigkeit der Kristallfläche (100) in einkristallinem Silicium ist annähernd das Vierzigfache derjenigen der Kristallfläche (11 1), und dies wird zur Ausbildung der Düsennuten 11, der Ausnehmungen 12, der schmalen Nuten 13, der Ausnehmung 14 und der Filternuten 13a bei der vorliegenden Ausführungsform genutzt.
Die Düsennuten 11, die schmalen Nuten 13 und die Filternuten 13a werden als V-förmige Nuten von der Kristallfläche (111) gebildet, wo die Ätzgeschwindigkeit niedriger ist, was dazu führt, daß die Düsennuten 11, die schmalen Nuten 13 und die Filternuten 13a einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Düsennuten 11 sind an der Basis des Dreiecks 60 um breit. Die schmalen Nuten 13 bilden drei parallele Strömungskanäle, je mit einer Basisbreite von 55 um. Die Filternuten 13a sind an der Basis des Dreiecks 50 um breit, und 54 parallele Filternuten 13a sind in Fortsetzung der Ausnehmung 14 ausgebildet.
Die Ausnehmungen 12 und 14 besitzen eine trapezförmige Querschnittsfläche, deren Boden die Kristallfläche (100) und deren Seiten die Kristallflächen (111) sind. Die Tiefe der Ausnehmungen 12 und 14 wird durch Einstellen der Ätzzeit gesteuert. Die V-förmigen Düsennuten 11, schmalen Nuten 13 und Filternuten 13a werden lediglich durch die Kristallfläche (111) geformt, die eine geringere Ätzgeschwindigkeit aufweist, weshalb die Tiefe durch die Nutenbasisbreite unabhängig von der Ätzzeit gesteuert wird.
Diese Düsennuten 11, schmalen Nuten 13 und Filternuten 13a tragen erheblich zum Tintenausstoßvolumen und zu den Geschwindigkeitscharakteristiken des Tintenstrahlkopfs bei und erfordern die höchste Verarbeitungsgenauigkeit. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Teile, die die höchste Verarbeitungsgenauigkeit erfordern, unter Verwendung der Kristallflächen mit der geringsten Ätzgeschwindigkeit mit Hilfe des anisotropen Ätzens hergestellt, was es ermöglicht, Kanäle unterschiedlicher Dimensionen mit hoher Genauigkeit zu erhalten.
Wie oben beschrieben ist die Querschnittsfläche der Filterkanäle 13a die kleinste Querschnittsfläche aller Teile des gesamten Tintenwegs. Als Folge davon, werden Fremdstoffpartikel, die die Düsen 4 oder Öffnungen 7 verstopfen könnten, zuverlässig von den Filterkanälen 13a vom Eintritt in den gemeinsamen Tintenhohlraum und den Tintenkanal gehindert. Ein Hauptgrund für Pixelausfälle und andere Druckfehler wird damit beseitigt, und die Zuverlässigkeit des Tintenstrahlkopfes kann gewährleistet werden.
Die Fig. 5(a) bis (c) zeigen seitliche Querschnitte eines Tintenstrahlkopfs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und werden dazu verwendet, den Prozeß der Verformung der Membran aus einer Bereitschaftsposition zum Ausstoß von Tinte von der jeweiligen Düse zu beschreiben. Die Fig. 6(a) bis (c) sind vereinfachte Diagramme, die zeigen, was passiert, wenn eine Spannung zwischen eine Membran 5 und die entsprechende Düsenelektrode 21 in den jeweiligen in den Fig. 5(a) bis (c) gezeigten Zuständen angelegt wird. Ein Beispiel des Tintenstrahlkopfbetriebs gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben.
Fig. 5(a) zeigt den Tintenstrahlkopf im Ausgangszustand, und Fig. 6(a) zeigt, daß der von der Membran 5 und der Düsenelektrode 21 gebildete Kondensator zu diesem Zeitpunkt infolge des Kurzschlusses über den Widerstand 46 entladen wird. In diesem Ausgangszustand ist der Tintenkanal mit Tinte gefüllt, und der Tintenstrahlkopf ist zum Ausstoß von Tinte bereit.
Wenn an den Aktuator eine Spannung angelegt wird, wird der die Membran 5 und die Düsenelektrode 21 umfassende Kondensator geladen, und die Membran 5 wird durch elektrostatische Kraft an die Elektrode 21 angezogen und gemäß Darstellung in Fig. 6(b) verformt. Die Anziehung der Membran 5 an die Düsenelektrode 21 in diesem Moment bewirkt, daß der Druck innerhalb der Ausstoßkammer 6 abfällt, wie in Fig. 5(b) gezeigt, und Tinte wird in Richtung des Pfeils B von dem Tintenhohlraum 8 in die Ausstoßkammer 6 gespeist. Der Meniskus 102, der in diesem Moment an der Düse 4 gebildet ist, wird in Richtung auf die Ausstoßkammer 6 gezogen. Wenn die Steuerspannung entfernt wird und der Kondensator entladen wird, kehrt die Membran 5 binnen kurzer Zeit in ihren Ausgangszustand zurück, wie in Fig. 6(c) gezeigt.
Die Rückkehr der Membran 5 erhöht den Druck in der Ausstoßkammer 6 und bewirkt damit, daß ein Tintentröpfchen 104 aus der Düse 4 ausgestoßen wird und zugleich etwas Tinte aus der Ausstoßkammer 6 in Richtung des Pfeils C über die Öffnung 7 in den Tintenhohlraum 8 zurückgeführt wird, wie in Fig. 5(c) gezeigt. Die Schwingung von Tinte in dem Tintenweg wird durch die Öffnung 7 gedämpft, die einen großen Strömungswiderstand besitzt, und die Membran 5 kehrt zu dem in Fig. 5(a) gezeigten Bereitschaftszustand zurück und ist bereit für den nächsten Ausstoßvorgang.
Bei dem obigen Ansteuerverfahren wird die Membran nur beim Antrieb, aber nicht im Bereitschaftszustand verformt. Die auf die Membran ausgeübte Kraft wird unmittelbar, nachdem der Druck innerhalb der Ausstoßkammer verringert wurde, aufgehoben, was bewirkt, daß der Druck innerhalb der Ausstoßkammer wieder ansteigt und ein Tintentröpfchen aus der Düse ausstößt (ein sogenanntes "Pull-Push-Ausstoß"-Verfahren). Es ist anzumerken, daß das sogenannte "Push- Ausstoß"-Verfahren, bei dem die Membran im Bereitschaftszustand konstant verformt ist und nur bei der Ansteuerung des Tintenstrahlkopfs Ausstoß von Tinte gelöst wird, alternativ verwendet werden kann. Das bei der vorliegenden Ausführungsform beschriebene "Pull-Push-Ausstoß"- Verfahren bietet ein größeres Tintenausstoßvolumen und ein besseres Frequenzverhalten. Es ist weiter anzumerken, daß Aktion und Wirkung der vorliegenden Erfindung gleich sind, selbst wenn sich Ansteuerkraft und Ansteuerverfahren unterscheiden.
Fig. 7 und 8 zeigen Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in den bisher erläuterten Figuren nicht gezeigt sind. Fig. 7 ist eine Draufsicht und Fig. 8 ist der Querschnitt bei der Linie D-D in Fig. 7. Die Ausführungsform, die in Fig. 7 gezeigt ist, umfaßt mehrere parallele Tintenkanäle, von denen einige gezeigt sind.
Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, umfaßt diese Ausführungsform eine Druckpufferkammer 53, bei der es sich um einen hohlen Raum handelt, der unter dem gemeinsamen Tintenhohlraum 8 ausgebildet ist. Wie in den Figuren gezeigt, ist die Druckpufferkammer in gleicher Weise wie die Schwingungskammern 9 von einer Ausnehmung in der Oberfläche des Substrats 2 und dem Boden des gemeinsamen Tintenhohlraums 8 gebildet. Ein transparenter leitender Oxidfilm 54 ist auf dem Boden der Druckpufferkammer 53 aus dem selben ITO-Material wie die Düsenelektroden 21 gebildet. Der Boden des gemeinsamen Tintenhohlraums 8 weist im wesentlichen dieselbe Dicke wie die Membran 5 auf und bildet eine flexible Membran oder Pufferwand 55. Der Druckanstieg in dem Tintenhohlraum 8, der sich ergibt, wenn die Membran(en) 5 in der Ausstoßkammer bzw. den Ausstoßkammern 6 angesteuert wird (werden) wird von der Pufferwand 55 absorbiert, gepuffert und wirksam aufgehoben, wodurch eine Druckinterferenz oder ein Übersprechen vermieden wird.
Der Hauptgrund für das Vorsehen des transparenten leitenden Oxidfilms 54 besteht darin zu verhindern, daß die Pufferwand 55 an dem zweiten Substrat 2 anhaftet und funktionsuntüchtig wird, wenn das Substrat 1 und das zweite Substrat 2 anodisch gebondet werden. Jegliches andere diesem Zweck dienende Material könnte statt dessen verwendet werden. Im Hinblick auf die Herstellung ist jedoch die Verwendung desselben Materials wie für die Düsenelektroden vorzuziehen, da dann der Film 54 gleichzeitig mit den Düsenelektroden im selben Herstellungsschritt ausgebildet werden kann.
Wenn die Tintenkapazität (Nachgiebigkeit) des Tintenhohlraums 8 ausreichend groß ist, kann der von den angesteuerten Düsen bewirkte und zu dem Tintenhohlraum 8 übertragene Druck durch die Tintennachgiebigkeit allein gepuffert werden. Durch zusätzliches Anordnen der Pufferwand 55 kann eine ausreichende Nachgiebigkeit selbst mit einem Tintenhohlraum 8 kleiner Kapazität erreicht werden. Außerdem kann mit einer flexiblen Pufferwand 55 und der unter ihr befindlichen Kammer ein Übersprechen sogar ohne Berücksichtigung des Verhältnisses der Inertanzen vermieden werden, vorausgesetzt es wird eine ausreichend große Gesamtnachgiebigkeit zur Unterdrückung jeglichen Druckanstiegs in dem gemeinsamen Tintenhohlraum 8 unter denjenigen erzielt, der Übersprechen hervorruft.
Während die Erfindung so weit unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben wurde, die einen elektrostatischen Aktuator als Druckerzeugungsvorrichtung verwenden, wird man verstehen, daß es bezüglich der Unterdrückung von Übersprechen keinen Unterschied macht, ob der Druck elektrostatisch, thermisch (mit Hilfe von Widerstandsheizelementen, die in jeder Ausstoßkammer 6 vorgesehen sind) oder mittels eines piezoelektrischen Elements (das auf der Seite der Membran 5 gegenüber jeder Ausstoßkammer 6 angeordnet ist) erzeugt wird. Alle Arten von Druckerzeugungsvorrichtungen, die zur selben Grundfunktion des Tintenstrahlkopfs führen, wie sie oben erläutert wurde, können daher in Verbindung mit der Erfindung eingesetzt werden. Da solche alternativen Druckerzeugungsvorrichtungen im Stand der Technik bekannt sind, soll hier keine weitere Beschreibung gegeben werden. Da jedoch der Druck in Tintenstrahlköpfen, die elektrostatische Aktuatoren verwenden, in der Regel höher ist als bei anderen Arten von Druckgeneratoren, mag die Erfindung in Verbindung mit elektrostatischen Aktuatoren besonders nützlich sein. In diesem Fall bietet sie den zusätzlichen Vorteil, daß die Herstellungsschritte, die zum Ausbilden der Aktuatoren erforderlich sind, zugleich zur Schaffung der Charakteristiken der Erfindung verwendet werden können.

Claims

1. Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung mit einem Tintenstrahlkopf (10), der aufweist:

eine Tintenspeiseöffnung,

einen gemeinsamen Tintenhohlraum (8),

ein Filter (51) mit einer Mehrzahl von Filterkanälen (13a), die an einem Ende mit der Tintenspeiseöffnung in Verbindung stehen und an dem anderen Ende mit dem gemeinsamen Tintenhohlraum (8) in Verbindung stehen,

mehrere Tintenausstoßdüsen (4), die je über einen jeweiligen Tintenkanal (6, 7) mit dem gemeinsamen Tintenhohlraum verbunden sind, und

eine entsprechende Mehrzahl von Druckerzeugungseinrichtungen (5, 21), die jeweils den Tintenkanälen zugeordnet sind, wobei die Druckerzeugungseinrichtungen (5, 21) selektiv ansteuerbar sind, um Tintentröpfchen durch die jeweiligen Düsen (4) auszustoßen,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt (55) der Wände, die den Tintenhohlraum (8) definieren, flexibel ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Wandabschnitt (55) den gemeinsamen Tintenhohlraum (8) von einer hohlen Kammer (53) trennt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Düsen (4), die Tintenkanäle (6, 7), der gemeinsame Tintenhohlraum (8) und das Filter (52) auf einem anisotropen kristallinen Substrat (1) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das anisotrope kristalline Substrat (1) aus einkristallinem Silicium besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jede Druckerzeugungseinrichtung (5, 21) ein elektrostatischer Aktuator ist, der eine Membran (5), welche einen Wandabschnitt des Tintenkanals (6, 7) bildet, und eine Düsenelektrode (21) umfaßt, welche der Membran (5) unter Zwischenlage eines Spalts (G) gegenüberliegend angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jeder der Tintenkanäle (6, 7) einen eine Membran bildenden Wandabschnitt umfaßt und jede Druckerzeugungseinrichtung ein an der jeweiligen Membran angebrachtes piezoelektrisches Element umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Druckerzeugungseinrichtung ein elektrisch ansteuerbares Heizelement umfaßt, das in dem jeweiligen Tintenkanal angeordnet ist.