DE69207532T2

DE69207532T2 - Tintentröpfchenausstossgerät

Info

Publication number: DE69207532T2
Application number: DE69207532T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Kanegae; Hiroto C O Brother Ko Sugahara; Masahiko Suzuki; Yoshikazu Takahashi
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2012-09-22
Also published as: DE69207532D1; EP0533506A3; US5351183A; EP0533506B1; EP0533506A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintentröpfchenausstoßvorrichtung für einen Drucker des Tropfen-auf-Verlangen- Types, und insbesondere auf ein Tintentröpfchenausstoßvorrichtung, die gemäß einer Deformation eines piezoelektrischen Wandlers betreibbar ist.
Kürzlich ist ein Drucker vorgeschlagen worden, der einen piezoelektrischen Tintenstrahlkopf benutzt. Solch eine Art von Drucker wird speziell als ein Tropfen-auf-Verlangen-Drucker genannt, bei dem ein Tintentröpfchen aus einer Öffnung ausgestoßen wird, wenn ein Volumen eines Tintenkanales verringert wird aufgrund der Deformation des piezoelektrischen Wandlers nach innen, während Tinte in den Tintenkanal durch ein Ventil geliefert wird, wenn das Volumen des Tintenkanales vergrößert wird aufgrund der Deformation des piezoelektrischen Wandlers nach außen. Eine Mehrzahl solcher Ausstoßvorrichtungen werden aneinander angeordnet zum Vorsehen einer Ausstoßeinheit, und Tintentröpfchen werden aus ausgewählten Ausstoßeinheiten zum Drucken eines gewünschten Zeichens, einer Graphik oder eines Bildes ausgestoßen.
Tintentröpfchenausstoßvorrichtungen der oben beschriebenen Art sind in den japanischen Patentoffenlegungsschriften 63-247 051 und 63-252 750 offenbart. Solch eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik wird unter Bezugnahme auf Fig. 1, 2 und 3 beschrieben. Es wird zuerst Bezug genommen auf Fig. 1, ein Ausstoßvorrichtungsfeld enthält eine piezoelektrische Keramikplatte 1 und eine Abdeckplatte 2. Die piezoelektrische Keramikplatte 1 ist mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen 13a bis 13d auf ihrer Oberfläche gebildet und ist in eine Richtung ihrer Dicke, die durch einen Pfeil d bezeichnet ist, polarisiert. Die Abdeckplatte ist aus einem solchen Material wie Metall, Glas, Keramik oder Harz gemacht. Die piezoelektrische Platte 1 und die Abdeckplatte 2 sind miteinander mit einem Klebematerial 5 zum Bilden von horizontal in einem Abstand voneinander angeordneten Tintenkanälen 31a, 31b und 31c verbunden. Die Tintenkanäle 31a, 31b und 31c werden durch die Abdeckplatte 2 und die Vorsprünge 13a bis 13d abgegrenzt, die als Seitenwände der Tintenkanäle dienen. Jeder Tintenkanal ist rechteckig im Querschnitt und erstreckt sich in eine Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt. Jede der Seitenwände 13a bis 13d ist in eine Richtung senkrecht zu sowohl der Polarisationsrichtung als auch der Längsrichtung der Tintenkanäle deformierbar, wodurch der Tintendruck in dem Tintenkanal geändert wird. Metallelektroden 11a bis lid sind auf der Oberfläche der entsprechenden Seitenwände 13a bis 13d gebildet. Ein elektrisches Treiberfeld wird selektiv an die Metallelektroden zum Aktivieren der entsprechenden Ausstoßvorrichtungen angelegt. Die Metallelektroden 11a bis 11d sind einer Oberflächenbehandlung unterworfen zum Verhindern von Korrosion durch die Tinte. Das so konstruierte Ausstoßvorrichtungsfeld wird auf solche Weise betrieben, daß, wenn die Ausstoßvorrichtung 31b durch Druckdaten ausgewählt ist, ein elektrisches Treiberfeld zwischen den Metallelektroden 11c und 11d angelegt wird. Da die elektrische Feldrichtung und die Polarisationsrichtung senkrecht zueinander sind, werden beide Seitenwände 13b und 13c in Bezug auf den Tintenkanal 31b, wie in Fig. 2 gezeigt ist, aufgrund eines piezoelektrischen dicken Schereffektes nach innen deformiert. Diese nach innen gerichtete Deformationen der Seitenwände 13b und 13c verringern das innere Volumen des Tintenkanales 31b und erhöhen somit den Tintendruck, worauf ein Ausstoß eines Tintentröpfchens aus einer Öffnung (nicht gezeigt) resultiert. Wenn das Anlegen des elektrischen Feldes gestoppt wird, tritt eine Wiederherstellung der Seitenwände auf, so daß der Tintendruck in dem Tintenkanal verringert wird, und Tinte wird in dem Tintenkanal von einem Tintenlieferer (nicht gezeigt) aufgefüllt.
Der Herstellungsvorgang des Ausstoßfeldes wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Durch eine Schleifbearbeitung durch eine drehende Dyamantschneidescheibe werden eine Mehrzahl von Rillen von rechteckigem Querschnitt parallel zueinander in der Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 1 gebildet, die in die Richtung von d polarisiert worden ist. Als nächstes werden die Metallelektroden auf der Oberfläche der Rillen 3 durch Sputtern gebildet, und dann wird die Abdeckplatte 2 mit den oberen Oberflächen der gerillten Keramikplatte 1 verbunden. Eine Öffnungsplatte 4, die mit Öffnungen 41 in Positionen gebildet ist, die den Tintenkanälen entsprechen, ist mit der Seitenoberfläche der Keramikplatte 1 an der Tintenausstoßseite verbunden.
Bei dem herkömmlichen Ausstoßvorrichtungsfeld, wie es oben beschrieben wurde, gibt es ein Problem derart, daß benachbarte Ausstoßvorrichtungen nicht gleichzeitig betätigt werden können, wodurch Tintenausstöße aus benachbarten Ausstoßvorrichtungen nicht gleichzeitig auftreten können. Da die Seitenwände, die zwei benachbarten Ausstoßvorrichtungen gemeinsam sind, sich in einer Schub-Zug-Weise deformieren. Wenn insbesondere die gemeinsame Seitenwand in Bezug auf einen der zwei benachbarten Tintenkanäle nach innen deformiert wird, ist die Deformationsrichtung der gleichen Seitenwand in Bezug auf den anderen Tintenkanal nach außen gerichtet. Folglich benötigt das Drucken von Zeichen oder graphischen Bildern mit solch einer Ausstoßvorrichtung eine komplizierte Steuerung, und die Druckgeschwindigkeit wird abgesenkt.
Ein anderes Problem mit der herkömmlichen Tintenausstoßvorrichtung ist daß, das die Vorrichtung nicht mit einer niedrigen Treiberspannung betätigt werden kann. Dieses ist so, da die piezoelektrische Keramikplatte die Seitenwand und die Bodenwand des Tintenkanales bildet, während sie als ein piezoelektrischer Wandler dient. Genauergesagt, die Effektivität des piezoelektrischen dicken Schereffektes wird vergrößert, wenn ein Verhältnis der Seitenwandbreite des Tintenkanales zu der Höhe der Seitenwand, d.h. (Breite) / (Höhe) größer wird. Weiterhin kann die Treiberspannung gesenkt werden, wenn die Seitenwandbreite dünner wird, da der Abstand von Elektrode zu Elektrode kleiner wird, wenn die Seitenwandbreite des Tintenkanales dünner wird. Tatsächlich ist es jedoch extrem schwierig, die Breite der Seitenwand zu verringern und ihre Höhe zu vergrößern. Schwäche wohnt dem Material der piezoelektrischen Keramikplatte inne. Somit wird die Ausbeute bei der Herstellung der Ausstoßvorrichtungen verschlechtert, und die Festigkeit des hergestellten Produktes wird verringert, was in einen Verlust der Zuverlässigkeit resultiert, wenn die piezoelektrische Platte so hergestellt wird, daß die Abstände der Rillen zu klein sind und/oder die Rille zu tief ist.
Es ist ein Ziel des Anmelders, eine Tintentröpfchenausstoßvorrichtung vorzusehen, die effektiv beim Drucken von Zeichen oder graphischen Bildern betreibbar ist, eine zuverlässige und bei niedriger Spannung betreibbare Tintenausstoßvorrichtung vorzusehen und das Herstellen der Tintenausstoßvorrichtungen mit hervorragender Ausbeute zu ermöglichen.
In einer ersten hiernach beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Feld von Tintentröpfchenausstoßvorrichtungen vorgesehen, daß einen piezoelektrischen Wandler mit einem ersten und einem zweiten Ende enthält und mit einer Mehrzahl von Rillen auf einer Oberfläche davon gebildet ist. Die Rillen erstrecken sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende parallel zueinander in gleichen Abständen. Jede Rille ist durch zwei Seitenwände und eine Bodenoberfläche abgegrenzt, wobei jede Seitenwand Seitenoberflächen und eine obere Oberflache aufweist. Eine erste und eine zweite Elektrode sind getrennt auf den Seitenoberflächen einer jeden Seitenwand vorgesehen, und eine Treibereinheit ist zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Elektrode vorgesehen. Das Feld enthält weiter eine Abdeckplatte mit einem ersten und einem zweiten Ende und ist mit einer Mehrzahl von Rillen auf einer Oberfläche davon gebildet. Die Rillen der Abdeckplatte erstrecken sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende parallel zueinander in gleichen Abständen, die die gleichen wie die des piezolektrischen Wandlers sind. Jede Rille der Abdeckplatte wird durch zwei Seitenwände und eine Bodenoberfläche abgegrenzt, wobei jede Seitenwand der Abdeckplatte Seitenoberfläche und eine obere Oberfläche aufweist. Eine Öffnungsplatte ist an dem ersten Ende sowohl des piezolektrischen Wandlers als auch der Abdeckplatte angebracht. Die Öffnungsplatte ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen gebildet. Ein Tintentank ist sowohl mit dem zweiten Ende des piezoelektrischen Wandlers als auch der Abdeckplatte verbunden.
Die gerillten Oberflächen des piezoelektrischen Wandlers und der Abdeckplatte stehen so miteinander in Eingriff, daß die Seitenwände des piezoelektrischen Wandlers und der Abdeckplatte abwechselnd zum Bilden einer Mehrzahl von Tintenkanälen angeordnet sind. Der piezoelektrische Wandler und die Abdeckplatte stehen in einem Oberflächenkontakt miteinander an den Seitenoberflächen der entsprechenden Seitenwände. Die kontaktierende Seitenwand des piezoelektrischen Wandlers ist in eine Richtung deformierbar, so daß sie im wesentlichen aus dem Oberflächenkontakt mit der Seitenwand der Abdeckplatte kommt, wenn das elektrische Feld zwischen der ersten und zweiten Elektrode der Seitenwand des piezoelektrischen Wandlers angelegt wird. Jeder Tintenkanal wird durch die Seitenoberfläche der Seitenwand des piezoelektrischen Wandler, die Seitenoberfläche der Seitenwand der Abdeckplatte und die Bodenoberflächen sowohl des piezoelektrischen Wandlers als auch der Abdeckplatte abgegrenzt.
Bei einer zweiten hier im folgenden beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Feld von Tintentröpfchenausstoßvorrichungen vorgesehen, bei dem jede Seitenwand des piezoelektrischen Wandlers von einer ersten Höhe ist und jede Seitenwand der Abdeckplatte von einer zweiten Höhe ist, die höher als die erste Höhe ist.
Der piezoelektrische Wandler und die Abdeckplatte stehen in einem Oberflächenkontakt miteinander an den Seitenoberflächen der entsprechenden Seitenwände. Die kontaktierende Seitenwand des piezoelektrischen Wandlers ist zu einem ersten Ausmaß deformierbar, wenn das elektrische Feld zwischen der ersten und zweiten Elektrode der Seitenwand des piezoelektrischen Wandlers angelegt wird. Die kontaktierende Seitenwand der Abdeckplatte wird zu einem zweiten Maß größer als das erste Maß deformiert. Ein inneres Volumen eines jeden der Mehrzahl von Tintenkanälen wird durch Deformation der Seitenwand der Abdeckplatte verringert, wodurch ein Tintentröpfchen aus der zugehörigen Öffnung ausgestoßen wird.
Die besonderen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, in denen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht ist, die einen Teil eines herkömmlichen Tintentröpfchenausstoßvorrichtungsfeldes zeigt;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht ist, die einen Tintenkanal der herkömmlichen Ausstoßvorrichtung zeigt, der durch das Anlegen eines elektrischen Treiberfeldes deformiert ist;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Herstellungsvorgang einer herkömmlichen Ausstoßvorrichtung zeigt;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Tintentröpfchenausstoßvorrichtungsfeldes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Tintenkanal der Ausstoßvorrichtung zeigt, der durch das Anwenden eines elektrischen Treiberfeldes deformiert ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Herstellungsvorgang der Ausstoßvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Tintentröpfchenausstoßvorrichtungsfeldes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht, die einen Tintenkanal der Ausstoßvorrichtung zeigt, der durch das Anlegen eines elektrischen Treiberfeldes deformiert ist, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Während die Tintentröpfchenausstoßvorrichtung der vorliegenden Erfindung vieler physikalischer Ausführungsformen in Abhängigkeit der Umgebung und der Anforderung an die Benutzung fähig ist, sind im wesentlichen die Zahlen der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen hergestellt, getestet und benutzt, und alle sind in einer eminent befriedigenden Weise tätig gewesen.
Es wird jetzt auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen entsprechende Bezugszeichen sich durchgängig auf entsprechende Teile beziehen, zuerst wird Bezug genommen auf Fig. 4, in der ein Feld von Ausstoßvorrichtungen gezeigt ist, daß eine piezoelektrische Keramikplatte 1, die als ein piezoelektrischer Wandler dient, und eine Abdeckplatte 2 aufweist. Die piezoelektrische Keramikplatte 1 ist aus einem Keramikmaterial gemacht, daß Bleizirkonattitanat (PZT) als eine Primärkomponente enthält. Wie am besten in Fig. 6 gezeigt ist, weist die piezoelektrische Keramikplatte 1 ein vorderes Ende 14 und ein hinteres Ende 12 auf und ist mit einer Mehrzahl von Rillen 3 gebildet, die sich parallel zueinander in eine erste Richtung von dem vorderen Ende 14 zu dem hinteren Ende 12 in gleichen Abständen erstrecken. Es wird wieder Bezug genommen auf Fig. 4, jede Rille 3 wird durch zwei Seitenwände und eine Bodenoberfläche abgegrenzt. Die Keramikplatte 1 ist in eine Richtung ihrer Dicke, die durch einen Pfeil d angezeigt ist (im folgenden als "zweite Richtung" bezeichnet) senkrecht zu der ersten Richtung polarisiert. Die Keramikplatte 1 kann in die entgegengesetzte Richtung polarisiert sein. Die Abdeckplatte 2 ist aus solch einem Material wie Metall, Glas, Keramik oder Harz gemacht und von der gleichen Größe wie die Keramikplatte 1 sowohl in der Länge in der ersten Richtung als auch in der Breite in einer dritten Richtung senkrecht zu sowohl der ersten als auch der zweiten Richtung.
Eine erste und eine zweite Metallelektrode sind getrennt auf den Seitenoberflächen einer jeden der Seitenwände 13a, 13b und 13c vorgesehen. In den Zeichnungen sind die ersten Elektroden der Seitenwände 13a, 13b und 13c durch die Bezugszeichen 11a, 11c und 11e bezeichnet, und die zweiten Elektroden der Seitenwände 13a, 13b und 13c sind durch die Bezugszeichen 11b, 11d bzw. 11f bezeichnet. Die Elektroden sind Oberflächenbehandelt zum Verhindern von Tintenkorrosion.
Obwohl in Fig. 4 bis 6 nicht gezeigt, ist eine Treibereinheit zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Elektrode einer jeden Seitenwand vorgesehen. Die Treibereinheit wird im einzelnen unter Bezugnahme auf eine zweite Ausführungsform beschrieben. Wie am besten in Fig. 6 gezeigt ist, ist eine Öffnungsplatte 4 an dem vorderen Ende 14 und 21 der Keramikplatte 1 und der Abdeckplatte 2 angebracht. Die Öffnungsplatte 4 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 41 gebildet, aus denen Tintentröpfchen ausgestoßen werden. An dem hinteren Ende der Keramikplatte 1 und der Abdeckplatte 2 ist ein Tintentank 7 zum Liefern von Tinte zu den Tintenkanälen 31a, 31b und 31c verbunden.
Die Abdeckplatte 2 ist mit einer Mehrzahl von Rillen 6 auf einer Oberfläche davon gebildet. Die Rillen 6 der Abdeckplatte 2 erstrecken sich in der ersten Richtung parallel zueinander mit gleichen Abständen, die die gleichen wie bei der Keramikplatte 1 sind. Jede Rille 6 der Abdeckplatte 2 wird durch zwei Seitenwände und eine Bodenoberfläche abgegrenzt. Jede Seitenwand der Abdeckplatte 2 weist Seitenoberfläche und eine obere Oberfläche auf.
Zusammensetzen der piezoelektrischen Keramikplatte 1 und der Abdeckplatte 2 werden die gerillten Oberflächen der Platten 1 und 2 in Eingriff miteinander so gebracht, daß die Seitenwände der Platten 1 und 2 abwechselnd zum Bilden einer Mehrzahl von Tintenkanälen 31a, 31b, 31c mit rechteckigem Querschnitt angeordnet werden. Die Keramikplatte 1 und die Abdeckplatte 2 stehen in einem Oberflächenkontakt miteinander an den Seitenoberflächen der entsprechenden Seitenwände 13a bis 13b und 21a bis 21c. Die Seitenwände 13a, 13b und 13c der Keramikplatte 1 sind in eine Richtung in der dritten Richtung deformierbar, so daß sie im wesentlichen aus dem Kontakt mit den Seitenwänden der Abdeckplatte 2, wenn das elektrische Feld zwischen der ersten und zweiten Elektrode angelegt wird. Jeder der Tintenkanäle 31a, 31b und 31c wird durch die Seitenoberfläche der Seitenwand in der Keramikplatte 1, die Seitenoberfläche der Seitenwand der Abdeckplatte 2 und die Bodenoberflächen sowohl der Keramikplatte 1 als auch der Abdeckplatte 2 abgegrenzt.
Die Höhen der Seitenwände 13a, 13b und 13c der Keramikplatte 1 sind im wesentlichen gleich zu oder evtl. etwas höher als die Höhen der Seitenwände 21a, 21b, 21c der Abdeckplatte 2. Die oberen Oberflächen der Seitenwände 13a, 13b, 13c und die Bodenoberflächen der Seitenwände 21a, 21b, 21c sind durch ein Klebematerial 5 wie Epoxyharz miteinander verbunden, oder die oberen Oberflächen der Seitenwände 21a, 21b, 21c und die Bodenoberflächen der Seitenwände 13a, 13b, 13c können miteinander verbunden werden, oder beide können miteinander verbunden werden. Anstelle des Verbindens der Keramikplatte 1 und der Abdeckplatte 2 können diese Platten miteinander kombiniert werden, indem Klemmteile benutzt werden.
Das Feld der so konstruierten Ausstoßvorrichtungen wird auf solche Weise betrieben, daß, wenn die Tintenkanäle 31a und 31b durch Druckdaten ausgewählt werden, ein elektrisches Treiberfeld zwischen den Metallelektroden 11c und 11b und zwischen den Metallelektroden 11c und 11d angelegt wird. Da die elektrische Feldrichtung und die Polarisationsrichtung senkrecht zueinander stehen, werden die Seitenwände 13a und 13b in Bezug auf die Tintenkanäle 31a bzw. 31b nach innen deformiert, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Der Tintenkanal 31a wird durch die Bodenoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 1, die Seitenwand 13a der Platte 1, die Bodenoberfläche der Abdeckplatte 2 und die Seitenwand 21b der Platte 2 abgegrenzt. Andererseits wird der Tintenkanal 31b durch die Bodenoberfläche der Platte 1, die Seitenwand 13b der Platte 1, die Bodenoberfläche der Abdeckplatte 2 und die Seitenwand 21b der Platte 2 abgegrenzt. Durch die Deformationen nach innen der Seitenwände 13a und 13b werden die inneren Volumen sowohl des Tintenkanales 31a als auch 31b verringert, und somit wird der Tintendruck in diesen Tintenkanälen erhöht, was in einem Ausstoß der Tintentröpfchen aus den entsprechenden Öffnungen 41 resultiert. Wenn die Anwendung des elektrischen Feldes gestoppt wird, tritt eine Wiederherstellung der Seitenwände 13a und 13b auf. Dann werden der Tintendruck in den Tintenkanälen 31a und 31b verringert, und Tinte wird in die Tintenkanäle von dem Tintentank (nicht gezeigt) nachgefüllt.
Der Herstellungsvorgang des Feldes wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Mittels Schleifbearbeitung unter Benutzung einer rotierenden Diamantschneidescheibe oder durch Bearbeiten mit einem Laserstrahl wird eine Mehrzahl von Rillen 3 von rechteckigem Querschnitt parallel in einer Oberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 1 gebildet, die zuvor in die Richtung von d polarisiert worden ist. Ein Paar von Metallelektroden wird dann auf der Oberfläche einer jeden Seitenwand der Platte 1 durch Sputtern oder Beschichten gebildet. Die Abdeckplatte 2 ist aus solch einem Material wie Metall, Glas, Keramik oder Harz gemacht. Der Herstellungsvorgang der Abdeckplatte 2 unterscheidet sich in Abhängigkeit des benutzten Materialles der Abdeckplatte 2. Grundsätzlich wird eine Oberfläche der Abdeckplatte 2 mit einer Mehrzahl von Rillen 6 von rechteckigem Querschnitt durch Schleifen und Formen unter Benutzung entsprechender Schleifsteine gebildet.
Die gerillten Oberflächen der Keramikplatte 1 und der Abdeckplatte 2 werden in Eingriff miteinander gebracht und miteinander zum Bilden der Tintenkanäle verbunden. Schließlich wird die Öffnungsplatte 4 an dem Vorderende 14 und 22 der zusammengesetzten Keramikplatte 1 und der Abdeckplatte 2 so befestigt, daß die in der Öffnungsplatte 4 gebildeten Öffnungen 41 in Ausrichtung mit den Tintenkanälen sind.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung stehen die piezoelektrische Keramikplatte 1 und die Abdeckplatte 2 miteinander in Eingriff und sind so miteinander verbunden, daß jeder Tintenkanal durch die nach innen deformierbare Wand der Keramikplatte 1, die Wand der Abdeckplatte 2, die in Oberflächenkontakt mit der bachachbarten deformierbaren Wand der Keramikplatte 1 steht, und die Bodenoberflächen der Keramikplatte 1 und der Abdeckplatte 2 abgegrenzt. Die Wand der Abdeckplatte 2 bleibt stationär, wenn die kontaktierende Wand der Keramikplatte 1 deformiert ist, so daß sie aus dem Oberflächenkontakt damit kommt. Als solches können zwei benachbarte Ausstoßvorrichtungen gleichzeitig aktiviert werden, ohne das eine Störung auftritt, so daß Tintentröpfchen gleichzeitig ausgestoßen werden können. Daher kann das Drucken von Zeichen oder Graphikbildern mit einer höheren Geschwindigkeit mit einer vereinfachten Steuerung erzielt werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 beschrieben.
Das Feld der Tintentröfchenausstoßvorrichtungen gemäß der zweiten Ausführungsform enthält auch eine piezoelektrische Keramikplatte 1 und eine Abdeckplatte 2. Die Abdeckplatte 2 ist aus einem elastischen Material wie Harz, ein Metall, dessen Oberfläche einer Isolationsbehandlung unterworfen wurde, gemacht. Die keramische Platte 1 ist in die Richtung polarisiert, die durch einen Pfeil d gezeigt ist. Die gerillte Konfiguration sowohl der piezoelektrischen Keramikplatte 1 als auch der Abdeckplatte 2 sind im wesentlichen die gleichen, wie sie in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Die Höhen der Seitenwände 21 der Platte 2 ist jedoch höher als die Höhen der Seitenwände 13 der Platte 1. Es ist bevorzugt, daß die erstere Höhe 1, drei Mal so hoch ist wie die letzere Höhe. Daher stehen die oberen Oberflächen der Seitenwände 13 der Platte 1 nicht in Oberflächenkontakt mit der Bodenoberfläche der Platte 2, sondern die oberen Oberflächen der abwärts gerichteten Seitenwände 21 stehen in Oberflächenkontakt mit den Bodenoberflächen der Keramikplatte 1.
An dem hinteren Abschnitt der Keramikplatte 1 ist eine Treibereinheit vorgesehen, die in der Form eines LSI-Chip 16 vorliegt. Der LSI-Chip 16 ist elektrisch verbunden mit den Elektroden 11 der entsprechenden Seitenwände 13. Genauergesagt, wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind die Elektroden 11a bis 11f einzeln mit den LSI-Chip 16 verbunden. Eine Taktleitung 16A, eine Datenleitung 16B, eine Spannungsleitung 16G und eine Masseleitung 16D sind ebenfalls mit dem LSI-Chip 16 verbunden. Die Tintenausstoßvorrichtungen 34a bis 34e sind in eine erste und eine zweite Gruppe unterteilt. Die Ausstoßvorrichtungen der gleichen Gruppe sind nicht benachbart zueinander angeordnet. Taktpulse, die von der Taktleitung 16a geliefert werden, werden nacheinander an die Ausstoßvorrichtungen der ersten und zweiten Gruppe angelegt. Daten mit einem Multibitwortformat, die auf der Datenleitung 16b erscheinen, bestimmen, welche Ausstoßvorrichtungen der gleichen Gruppe zu aktivieren sind, und an die ausgewählten Elektroden wird eine Spannung durch die Spannungsleitung 16c angelegt. Dann werden die entsprechenden Seitenwände der Keramikplatte 1 auf eine Weise deformiert, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Die nicht ausgewählten Elektroden, die zu der gleichen Gruppe gehören, und alle Elektroden in der anderen Gruppe werden durch die Masseleitung 16D auf Masse gelegt.
Fig. 6 zeigt den Fall, in dem die Ausstoßvorrichtung 34d ausgewählt ist. Eine Spannung V auf der Spannungsleitung 16c ist an die Elektrode 11f angelegt, während die anderen Elektroden 11a bis 11e und 11g bis 11j auf Masse liegen. Da ein elektrisches Feld senkrecht zu der Polarisationsrichtung an die Seitenwand 13c angelegt ist, wird die Seitenwand 13c nach innen zu dem Tintenkanal 31d aufgrund des piezoelektrischen dicken Schereffektes deformiert. Zu dieser Zeit wird die Seitenwand 21c der Abdeckplatte 2, die in Oberflächenkontakt mit der Seitenwand 13c gestanden hat, durch die Seitenwand 13c gedrückt und nach innen des Tintenkanales 31d in einem Ausmaß größer als das Deformationsausmaß der Seitenwand 13c deformiert. Als Resultat wird das innere Volumen des Tintenkanales 31d verringert und ein Tintentröpfchen aus der entsprechenden Öffnung ausgestoßen. Wenn die Ausstoßvorrichtung 34c ausgewäht wird, so daß sie aktiviert wird, wird die Seitenwand 13b der Keramikplatte 1 deformiert und somit wird die Seitenwand 21b der Abdeckplatte 2 ebenfalls deformiert, was in eine Tintenausstoßung aus der Öffnung entsprechend dem Tintenkanal 31c resultiert.
Wenn irgendeine der Seitenwände 13a bis 13e deformiert wird, werden die entsprechenden Seitenwände 21a bis 21e 1,3 Mal soviel wie die Deformationen der entsprechenden Seitenwände 13a bis 13e deformiert. Gemäß dem Hebelprinzip, das sich allgemein auf Kraft und Last bezieht und aussagt, daß Kraft x Abstand von dem Drehpunkt gleich ist Last x Abstand von dem Drehpunkt, ist die Deformation der Seitenwände 31a bis 31d ungefähr 4,3 x (1,3 : 0,3) soviel wie die Deformation der Seitenwände 13a bis 13e. Wenn daher angenommen wird, daß die gleiche Volumenänderung in dem Tintenkanal sowohl bei der herkömmlichen Ausstoßvorrichtung als auch der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform erreichbar ist, kann die Treiberspannung, die an die Seitenwände 13a bis 13e anzulegen ist, auf ungefähr 1/2,15 gesenkt werden. Während bei der herkömmlichen Ausstoßvorrichtung zwei Seitenwände der piezoelektrischen Keramikplatte gleichzeitig zum Andern des inneren Volumens eines Tintenkanales deformiert werden, wird bei der Vorrichtung der Erfindung nur eine Seitenwand der piezoelektrischen Keramikplatte deformiert. Daher wird die Absenkungsrate der Treiberspannung, die an die Seitenwände 13a bis 13e angelegt wird, gleich 1/(4,3/2).
Da auf diese Weise die niedrigere Treiberspannung ausreicht zum Treiben der Ausstoßvorrichtung, ist es somit nicht notwendig, das Verhältnis der Breite zu der Höhe d.h. (Breite) / (Höhe) der Seitenwände der Keramikplatte zu vergrößern. Folglich kann eine hervorragende Ausbeute zu der Herstellungszeit des Feldes erreicht werden und die Zuverlässigkeit der Festigkeit des hergestellten Produktes wird nicht abgesenkt.
Die Tintentröpfchenausstoßvorrichtungen, die oben beschrieben wurden, sind insbesondere geeignet zum Einbau in Drucker vom Tröpfchen-auf-Verlangen-Typ.

Claims

1. Feld von Tintentröpfchenausstoßvorrichtungen, mit:

einem piezoelektrischen Wandlermittel, das auf einer Oberfläche mit einer Mehrzahl von Rillen vorgesehen ist, die dazwischen

eine Mehrzahl von parallelen, in gleichen Abständen angeordneten Vorsprüngen bilden;

einem Elektrodenmittel, das mit den Vorsprüngen verknüpft ist; und

einer Abdeckplatte, die auf einer Oberfläche mit einer Mehrzahl von Rillen versehen ist, die dazwischen eine Mehrzahl von parallelen, in gleichen Abständen angeordnete Vorsprünge bilden, die im allgemeinen ähnliche Abstände wie die Vorsprünge des piezoelektrischen Wandlermittels haben;

wobei die Vorsprünge des piezoelektrischen Wandermittels zwischen den Vorsprüngen der Abdeckplatte zum Bilden einer Mehrzahl von Tintenkanälen dazwischen aufgenommen sind.

2. Feld nach Anspruch 1, bei dem das piezoelektrische Wandlermittel ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die Rillen sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstrecken, jede Rille durch zwei Vorsprünge und eine Bodenoberfläche abgegrenzt ist und jeder Vorsprung zwei Seitenoberflächen und eine obere Oberfläche aufweist;

daß Elektrodenmittel eine erste und eine zweite Elektrode aufweist, die getrennt auf den Seitenoberflächen eines jeden Vorsprunges des piezoelektrischen Wandlermittels vorgesehen sind;

die Abdeckplatte ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die Rillen sich von dem ersten zu dem zweiten Ende erstrecken, jede Rille der Abdeckplatte durch zwei Vorsprünge und eine Bodenoberfläche abgegrenzt ist und jeder Vorsprung der Abdeckplatte zwei Seitenoberflächen und eine obere Oberfläche aufweist;

daß Feld weiter eine Treibereinheit zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und zweiten Elektrode aufweist;

eine Öffnungsplatte an dem ersten Ende von dem piezoelektrischen Wandlermittel und von der Abdeckplatte angebracht ist, wobei die Öffnungsplatte mit einer Mehrzahl von Öffnungen gebildet ist; und

ein Tintentank mit dem zweiten Ende von dem piezoelektrischen Wandlermittel und von der Abdeckplatte verbunden ist.

3. Feld nach Anspruch 2, bei dem die gerillten Oberflächen des piezoelektrischen Wandlermittels und der Abdeckplatte in Eingriff miteinander so stehen, daß die Vorsprünge des piezoelektrischen Wandlermittels und der Abdeckplatte abwechselnd zum Bilden der Mehrzahl von Tintenkanälen angeordnet sind; das piezoelektrische Wandlermittel und die Abdeckplatte in Oberflächenkontakt miteinander an einer Seitenoberfläche der entsprechenden Vorsprünge stehen, die kontaktierende Seitenoberfläche des Vorsprunges des piezoelektrischen Wandlermittels so deformierbar ist, daß es im wesentlichen aus dem Oberflächenkontakt mit der Seitenoberfläche des Vorsprunges der Abdeckplatte kommt, wenn das elektrische Feld zwischen der ersten und zweiten Elektrode der Seitenoberflächen des Vorsprunges des piezoelektrischen Wandlermittels angelegt wird; und jeder Tintenkanal durch die Seitenoberfläche eines Vorsprunges des piezoelektrischen Wandlermittels, die Seitenoberfläche eines Vorsprunges der Abdeckplatte und die Bodenoberfläche sowohl des piezoelektrischen Wandlermittels als auch der Abdeckplatte abgegrenzt wird.

4. Feld nach Anspruch 3, bei dem ein inneres Volumen eines jeden der Mehrzahl von Tintenkanäle durch die Deformation der zugehörigen Seitenwand des piezoelektrischen Wandlermittels veränderbar ist.

5. Feld nach Anspruch 2, bei dem jeder Vorsprung des piezoelektrischen Wandlermittels eine erste Höhe aufweist; jeder Vorsprung der Abdeckplatte eine zweite Höhe höher als die erste Höhe aufweist; die gerillten Oberflächen des piezoelektrischen Wandlermittels und der Abdeckplatte in Eingriff miteinander so stehen, daß die Vorsprünge des piezoelektrischen Wandlermittels und der Abdeckplatte abwechselnd zum Bilden der Mehrzahl von Tintenkanälen angeordnet sind; das piezoelektrische Wandlermittel und die Abdeckplatte in Oberflächenkontakt miteinander an einer Seitenoberfläche ihrer entsprechenden Vorsprünge stehen, die kontaktierende Seitenoberfläche eines Vorsprunges des piezoelektrischen Wandlermittels zu einem ersten Maß deformierbar ist, wenn das elektrische Feld zwischen der ersten und zweiten Elektrode der Seitenoberfläche des Vorsprunges des piezoelektrischen Wandlermittels angelegt ist, zum Deformieren der kontaktierenden Seitenoberfläche des Vorsprunges der Abdeckplatte zu einem zweiten Maß, daß größer als das erste Maß ist; und jeder Tintenkanal durch die Seitenoberfläche eines Vorsprunges des piezoelektrischen Wandlermittels, die Seitenoberfläche eines Vorsprunges der Abdeckplatte und die Bodenoberflächen von dem piezoelektrischen Wandlermittel und von der Abdeckplatte abgegrenzt wird.

6. Feld nach Anspruch 5, bei dem ein inneres Volumen eines jeden der Mehrzahl von Tintenkanälen durch die Deformation der Seitenwand der Abdeckplatte veränderbar ist.

7. Feld nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die zweite Höhe ungefähr 1,3 Mal so hoch wie die erste Höhe ist.

8. Feld nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Abdeckplatte aus einem elastischen Material gemacht ist.

9. Feld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder der Mehrzahl von Tintenkanälen von im wesentlichen rechteckiger Form im Querschnitt ist.

10. Drucker mit einem Feld von Tintentröpfchenausstoßvorrichtungen, wie sie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht sind.