DE19803467A1

DE19803467A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ausstoßen von Tintentröpfchen

Info

Publication number: DE19803467A1
Application number: DE19803467A
Authority: DE
Inventors: Torahiko Kanda; Ryuichi Kojima; Yasuhiro Otsuka
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2018-01-30
Also published as: DE19803467C2; US6196664B1; JPH10211699A; JP2861980B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausstoßen von Tintentröpfchen und insbe sondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausstoßen feiner Tintentröpfchen, die zum Drucken von Grafikbildern auf ein Druckmedium geeignet sind.

Es wurden verschiedenartige Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tinte vorgeschlagen, von denen nachstehend sieben Bei spiele unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrie ben werden.

Ein in Fig. 20(A) und 20(B) dargestelltes erstes Bei spiel ist eine zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker oder einer ähnlichen Einrichtung vorgesehene Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen. Wie in Fig. 20(A) darge stellt, wird ein piezoelektrisches Element oder Piezoelement 101 in Schwingung versetzt, um das Volumen einer Tintenauf nahmekammer 102 zu vergrößern. Dadurch wird flüssige Tinte 103 von einem Tintenbehälter (nicht dargestellt) abgesaugt. Wie in Fig. 20(B) dargestellt, wird das Volumen der Tinten aufnahmekammer 102 daraufhin reduziert, um auf die darin an geordnete Tinte 103 einen Druck auszuüben. Dadurch wird ein Tintentröpfchen 103a von einer Düse 104 auf ein Druckmedium, z. B. Papier, ausgestoßen. Diese Technik ist im US-Patent Nr. 3946398 beschrieben.

Die in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-59911/1986 beschriebene Erfindung ist der im US-Patent Nr. 3946398 beschriebenen Erfindung ähnlich. In der Japanischen Patentveröffentlichung ist in der Tintentröpfchenausstoßkam mer ein Heizelement angeordnet. Durch Wärmeenergie wird ver anlaßt, daß in der Tinte unverzüglich Bläschen erzeugt wer den. Durch die Expansionskraft der Bläschen wird veranlaßt, daß das Tintentröpfchen ausgestoßen wird.

Im in Fig. 21 dargestellten zweiten Beispiel ist ein Tintenreservoir 202 in einer Glasplatte 200 ausgebildet. Ein piezoelektrisches Element 201 ist vorgesehen, um die Tinte 103 entlang eines Strömungsweges 204 in das Tintenreservoir 202 zu ziehen. Zwischen einer Siliciumplatte 205 und der Glasplatte 200 ist ein Trockenfilm 206 angeordnet, der einen Zwischenraum und mehrere Strömungswege oder ähnliche Ein richtungen bildet. Ein Heizelement 207 wird erwärmt. Durch die Wärmeenergie wird veranlaßt, daß unverzüglich Bläschen in der Tinte erzeugt werden. Dadurch wird die Tinte ausge stoßen. Diese Technik ist in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-112008/1993 beschrieben.

Das zweite Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß Tinten mit verschiedenen Farbstoffdichten über mehrere Strö mungswegen zum Tintenreservoir 202 geleitet werden, wodurch eine Dichteabstufung oder -gradation ermöglicht wird.

Daher wurden gemäß der vorstehend beschriebenen her kömmlichen Technik verschiedenartige Vorrichtungen zum Aus stoßen von Tintentröpfchen vorgeschlagen, in denen ein Pumpprinzip verwendet wird.

Andererseits sind Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tin tentröpfchen, die die Tinte in Form eines Nebels ausstoßen, beispielsweise in der offengelegten Japanischen Patentanmel dung Nr. 4-14455/1992, in der offengelegten Japanischen Pa tentanmeldung Nr. 4-299148/1992, in der offengelegten Japa nischen Patentanmeldung Nr. 5-38810/1993, in der offengeleg ten Japanischen Patentanmeldung Nr. 4-355145/1992 und in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-508/1993 be schrieben.

Ein drittes Beispiel ist in der vorstehend aufgeführten offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 4-14455/1992 beschrieben.

Im in Fig. 22(A) und 22 (B) dargestellten dritten Bei spiel sind an einem Ende einer Übertragungsfläche 301A einer piezoelektrischen Übertragungsplatte 301 mehrere Paare von Tandemelektroden 304 ausgebildet. Die Elektroden 304 werden als Antriebseinrichtung verwendet, um eine hochfrequente Wechselspannung E von etwa 20 MHz zuzuführen. Die Übertra gungsfläche 301A wird angeregt, um eine elastische Oberflä chenwelle (Oberflächenwelle) zu erzeugen. In dieser Zeich nung bezeichnet Bezugszeichen 302 das Tintenreservoir. Be zugszeichen 302A bezeichnet einen Tintenströmungsweg.

Die erzeugte elastische Oberflächenwelle breitet sich in einer durch einen Pfeil A dargestellten Richtung aus. Die elastische Oberflächenwelle erreicht einen Abschnitt, wo die Übertragungsfläche 301A mit der flüssigen Tinte 103 in Kon takt steht. Hier wird die elastische Oberflächenwelle auf die Tinte 103 übertragen und wird zu einer elastischen Lon gitudinalwelle (Ultraschallwelle). Durch diese elastische Welle wird veranlaßt, daß eine durch einen Schlitz 306 frei liegende Tintenoberfläche 307 angeregt wird. Dadurch werden Tintentröpfchen 103a in Form eines Nebels ausgestoßen.

Das in Fig. 23 dargestellte vierte Beispiel ist in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-508/1993 be schrieben. In Fig. 23 ist zwischen einem Schlitzelement 308 und einem Resonator 309 ein Zwischenraum ausgebildet. In diesem Zwischenraum ist ein Tintenreservoir 305 angeordnet.

Bezugszeichen 306 bezeichnet ein piezoelektrisches Antriebs element.

Im vierten Beispiel wird anfangs durch Kapillarwirkung veranlaßt, daß die Tinte 103 in das Tintenreservoir 305 ein gefüllt wird. Der Resonator 309 wird in einer Dickenrichtung in eine Resonanzschwingung versetzt. Seine Schwingungsener gie wird auf die Tinte 103 übertragen. Schließlich bilden sich auf einer Tintenzwischenfläche 103A einer Tintenaus stoßöffnung 310 ungeordnete Oberflächenwellen aus. Durch In terferenz der Oberflächenwellen wird veranlaßt, daß Tinten teilchen in Form eines Nebels gemäß der Schwingungsfrequenz des Resonators 309 ausgestoßen werden.

Das Fig. 24 dargestellte fünfte Beispiel ist in der of fengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-38810/1993 be schrieben. Im fünften Beispiel sind ein Paar Elektroden 403A und 403B auf beiden Oberflächen eines piezoelektrischen Substrats 401 ausgebildet. Eine Düsenplatte 405 ist über ein Zwischenraumhalterelement 404 mit dem piezoelektrischen Substrat 401 verbunden. Durch Kapillarwirkung wird veran laßt, daß flüssige Tinte 103 in den Zwischenraum eingefüllt wird.

Durch die Elektroden 403A und 403B wird ein Überlap pungsbereich 406 gebildet. Dem Überlappungsbereich 406 wird eine Spannung zugeführt, die um eine durch die Dicke des piezoelektrischen Substrats 401 bestimmte Resonanzfrequenz verschoben ist. Das piezoelektrische Substrat 401 wird in Resonanz versetzt, um die Ultraschallwelle in der flüssigen Tinte 103 zu erzeugen.

Die erzeugte Ultraschallwelle breitet sich in der Tin te 103 aus. Die Oberflächenwelle wird auf der Tintenoberflä che 103A der in eine Düse 405A unmittelbar über dem Überlap pungsbereich 406 eingeleiteten Tinte 103 erzeugt. Wenn die Amplitude der Oberflächenwelle größer ist als ein konstanter Amplitudenwert, werden Tintentröpfchen 103a in Form eines Nebels ausgestoßen.

Außerdem ist eine ähnliche Technik in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 4-14455/1992, in der offen gelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 4-299148/1992, in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 4-355145/1992, in der offengelegten Japanischen Patentanmel dung Nr. 5-508/1993 und in der offengelegten Japanischen Pa tentanmeldung Nr. 5-38810/1993 beschrieben. Die darin be schriebenen Vorrichtungen bzw. Verfahren zum Erzeugen der Oberflächenwelle auf der Oberfläche flüssiger Tinte unter scheiden sich jedoch voneinander.

In jeder Vorrichtung, in der für den Ausstoßprozeß eine Ultraschallwellenvorrichtung verwendet wird, werden die Oberflächenwellen auf einer freien Oberfläche einer Flüssig keit ungeordnet oder zufällig erzeugt. Durch Interferenz der Oberflächenwellen wird veranlaßt, daß die Tintentröpfchen 103a in Form eines Nebels von vielen nicht spezifizierten Ausstoßpunkten ausgestoßen werden.

Außerdem zeigt Fig. 25 als sechstes Beispiel eine Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, in der durch eine Schallströmung er zeugter Schalldruck ausgenutzt wird. Diese Vorrichtung ist in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 63-162253/1988 beschrieben.

Bei dieser in Fig. 25 dargestellten Technik wird durch die Schwingungsbewegung eines piezoelektrischen Wandlers 501 eine Ultraschallwelle erzeugt. Die Ultraschallwelle wird durch einen akustischen Linsenabschnitt 502A mit einer kon kaven sphärischen Oberfläche, der auf einer Endfläche (obere Endfläche in Fig. 25) eines akustischen Linsenkörpers 502 ausgebildet ist, auf einen Punkt auf der freien Oberfläche 103A der Tinte 103 fokussiert. Wenn die Schallwelle mit der freien Oberfläche 103A der Tinte 103 kollidiert, wird ein Strahlungsdruck bzw. eine Repulsivkraft erzeugt. Durch den erzeugten Strahlungsdruck wird veranlaßt, daß Tintentröpf chen 103a von der freien Oberfläche 103A der Tinte 103 ge trennt und ausgestoßen werden.

Ein in Fig. 26(A) und 26(B) dargestelltes siebentes Beispiel ist eine Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpf chen, in der, wie beim vorstehend beschriebenen sechsten Beispiel, durch eine Schallströmung erzeugter Schalldruck ausgenutzt wird. Das siebente Beispiel ist in der offenge legten Japanischen Patentanmeldung Nr. 6-218926/1994 be schrieben.

In der in Fig. 26 dargestellten Vorrichtung zum Aussto ßen von Tintentröpfchen sind mehrere piezoelektrische Ele mente 601 in einer Matrix angeordnet. Einer Gruppe der pie zoelektrischen Elemente 601 in einem Abschnitt, wo Tinten tröpfchen ausgestoßen werden sollen, wird eine vorgegebene Spannung zugeführt. Es ist eine Konkavität 602 ausgebildet, um eine Druckwelle zu konzentrieren. Daraufhin wird der Kon kavität eine Hochfrequenzspannung zugeführt, um die Konkavi tät in Schwingung zu versetzen. Dadurch wird veranlaßt, daß Tintentröpfchen 103a ausgestoßen werden. Bezugszeichen 604 bezeichnet eine Tintenoberfläche. Bezugszeichen 605 bezeich net einen Tintenfilm. Bezugszeichen A bezeichnet eine Tin tenströmungsrichtung. Bezugszeichen 606 bezeichnet einen Gehäusekörper.

Andererseits ist es in verschiedenen Druckern, ein schließlich Tintenstrahldruckern, für eine präzise Bildaus gabe erforderlich, daß eine kontinuierliche glatte oder gleichmäßige Dichtegradation zwischen sehr hell und dunkel (Schatten) erzeugt werden kann.

Die folgenden Verfahren sind herkömmliche Verfahren zum Erzeugen einer solchen Gradationsdruckfunktion in Tinten strahldruckern. Bei einem Verfahren wird die Größe oder Men ge der auszustoßenden Tintentröpfchen pixel- oder bildpunkt weise variiert, um eine Dichtemodulation zu erhalten. Bei einem anderen Verfahren besteht ein Pixel oder Bildelement aus mehreren Tintentröpfchen, die feiner sind als ein Bild element, um die Dichtemodulation gemäß der Anzahl von Tin tentröpfchen zu erhalten. Bei jedem dieser Verfahren ist es, um eine glatte oder gleichmäßige Gradation ohne Gradations sprung zu erhalten, wesentlich, daß die ausgestoßenen Tin tentröpfchen wesentlich feiner sind als ein Bildelement.

In der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Vorrich tung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen ist es jedoch aus den folgenden Gründen schwierig, eine Druckcharakteristik mit einer kontinuierlichen glatten oder gleichmäßigen Dichtegra dation zu realisieren.

Im ersten und im zweiten Beispiel von Fig. 20(A), 20(B) und Fig. 21 arbeitet jede Vorrichtung durch ein Pumpprinzip. Daher ist der minimale Durchmesser eines ausstoßbaren Tin tentröpfchens dem Durchmesser einer Düse im wesentlichen gleich.

Dadurch ist es in der Praxis unmöglich, feine Tinten tröpfchen, z. B. mit einem Durchmesser von 1/10 des Düsen durchmessers, auszustoßen.

Um durch diese Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tinten tröpfchen feine Tintentröpfchen auszustoßen, ist ein einem gewünschten Tintentröpfchendurchmesser entsprechender redu zierter Düsendurchmesser erforderlich. Durch einen reduzier ten Düsendurchmesser kann die Düse jedoch leicht verstopfen.

Dadurch werden die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der gesamten Vorrichtung beeinträchtigt. Daher ist es in den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tinte sehr schwierig gewesen, feine Tinten tröpfchen mit einem Durchmesser von beispielsweise wenigen um bis 20 µm zu erzeugen.

Außerdem sind zum Reduzieren des Düsendurchmessers Prä zisionsfertigungsverfahren erforderlich. Daher besteht in der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, in der ein Pumpprinzip verwendet wird, außer dem vorstehend erwähn ten Verstopfen der Düse, ein Nachteil darin, daß die Produk tivität gering ist.

Im in Fig. 21 dargestellten Beispiel können Tinten mit verschiedenen Farbstoffdichten von einer Düse ausgestoßen werden, um eine Dichtegradation zu erhalten. Es ist jedoch schwierig, eine Tinte 103 mit guter Reproduzierbarkeit gleichförmig zu mischen und kontinuierlich auszustoßen. Dar über hinaus werden, weil ein Heizelement 207 und ein piezo elektrisches Element 201 erforderlich sind, die Kosten der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen erhöht.

Im dritten Beispiel wird eine Oberflächenwelle auf ei ner freien Oberfläche der Flüssigkeit erzeugt, so daß die Tintentröpfchen in Form eines Nebels ausgestoßen werden. Auch in den in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 4-299148/1992, in der offengelegten Japanischen Pa tentanmeldung Nr. 4-355145/1992 beschriebenen Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen und in den vorstehend be schriebenen vierten und fünften Beispielen können feine Tin tentröpfchen mit einem Durchmesser von wenigen um in Form eines Nebels ausgestoßen werden. Durch Ändern der Ausstoß zeit kann die Anzahl der auszustoßenden Tintentröpfchen ge steuert werden.

In diesen Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tintentröpf chen wird jedoch eine Konstruktion verwendet, in der die In terferenz durch auf der freien Oberfläche der Flüssigkeit ungeordnet oder zufällig gebildete Oberflächenwellen erzeugt wird. Daher werden Tintentröpfchen in Form eines Nebels von vielen nicht spezifizierten Tintentröpfchenausstoßpunkten ausgestoßen. Dadurch ändern sich die Durchmesser der auszu stoßenden Tintentröpfchen. Außerdem sind die Ausstoßrichtung und die Ausstoßgeschwindigkeit für jedes Tintentröpfchen verschieden.

Hierdurch wird die für einen Tintenstrahldruckkopf er forderliche Steuerbarkeit der einzelnen Tintentröpfchen be einträchtigt. D.h., es ist schwierig, eine Auftreffposition des Tintentröpfchens auf dem Druckmedium und die aufge spritzte Tintenmenge mit hoher Genauigkeit und Stabilität zu steuern.

Im sechsten Beispiel ist die verfügbare Schwingungs energie gering. Daher muß ein piezoelektrischer Wandler 501 von Fig. 25, durch den jedes der Tintentröpfchen 103a er zeugt wird, großformatig sein. Dadurch nimmt die Größe der Vorrichtung nachteilig zu.

Darüber hinaus ist, weil die Fokustiefe einer akusti schen Linse sehr gering ist, eine Einrichtung zum Realisie ren einer Präzisionssteuerung der Position der freien Tin tenoberfläche erforderlich. Außerdem ist für jede Ultra schallschwingungserzeugungseinrichtung eine akustische Linse erforderlich. Dadurch wird die Struktur der Vorrichtung nachteilig komplex.

Im siebenten Beispiel ist, obwohl die Größe jedes pie zoelektrischen Elements gering ist, eine Gruppe vieler pie zoelektrischer Elemente 601 erforderlich. Jedem der piezo elektrischen Elemente 601 wird eine vorgegebene Spannung zu geführt. Dadurch wird die Struktur kompliziert, wodurch die Kosten der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen nachteilig zunehmen.

Außerdem ist für ein elektrisches System eine Schal tungsstruktur mit einem Band zum Durchlassen eines Signals mit einer Frequenz von einigen hundert MHz erforderlich, wie beispielsweise ein Hochfrequenzleistungsverstärkungs-/erzeu gungsabschnitt zum Erzeugen einer Schwingung und einer Ver stärkung eines Hochfrequenzsignals von einigen MHz bis zu einigen hundert MHz, und ein Hochfrequenzleistungsschaltab schnitt zum Drucken. Dadurch werden die Kosten der Vorrich tung ebenfalls nachteilig erhöht.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Nachteile herkömmlicher Vorrichtun gen zu eliminieren und eine Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen bereitzustellen, durch die Tintentröpfchen, die wesentlich feiner sind als die Öffnung der Vorrichtung, tröpfchenweise auf eine gewünschte Auftreffposition ge spritzt werden können, um durch Ändern der Größe der Tinten tröpfchen eine Dichtegradation zu erhalten, wobei die Vor richtung eine vereinfachte Struktur aufweist und einfach herstellbar ist.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen bereitzu stellen, in der Restbläschen in einer Tintentröpfchenaus stoßkammer leicht entfernt werden können, was zu einer gleichmäßigen Arbeitsweise der gesamten Vorrichtung bei trägt.

Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, weist eine er findungsgemäße Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen ein plattenförmiges Element, durch das eine Ausstoßkammer gebildet wird, bzw. ein Ausstoßkammerelement auf, das eine Tintentröpfchenausstoßkammer mit einer Tintentröpfchenaus stoßöffnung mit konischem Querschnitt aufweist, d. h., mit einem Querschnitt, der zur Kammeraußenseite hin abnimmt. Die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen weist eine Schwingplatte auf, die auf der anderen Oberfläche des Aus stoßkammerelements so angeordnet ist, daß es die Tinten tröpfchenausstoßkammer in einem vorgegebenen Abstand über deckt.

Ein Abstandselement ist zwischen der Schwingplatte und dem Ausstoßkammerelement so angeordnet, daß es einen Basis flächenbereich der Tintentröpfchenausstoßkammer umgibt, d. h., die Öffnung oder Mündung an der anderen Seite, und die Schwingplatte wird so gehalten, daß sie über einen Bereich frei schwingen, der größer ist als die Mündung. Ein Raumab schnitt ist zwischen der Schwingplatte und dem Ausstoßkam merelement und dem Abstandselement definiert. Der Raumab schnitt kommuniziert mit dem Basisflächenbereich der Tinten tröpfchenausstoßkammer. Ein Tintenströmungsweg ist zwischen der Schwingplatte und dem Ausstoßkammerelement ausgebildet und mit dem Raumabschnitt verbunden.

Ein Antriebselement regt die Schwingplatte an, um eine intermittierende Tintenflüssigkeitsströmung in der Tinten tröpfchenausstoßkammer von ihrer Basisflächenseite zur Tin tentröpfchenausstoßöffnung hin zu erzeugen. Das Antriebsele ment ist mit der Schwingplatte verbunden. Durch geeignete Auswahl der Antriebsparameter des Antriebselements können das Maß der Auslenkung und die Aktivierungszeit der Auslen kung während der Anregung gesteuert werden.

In der vorliegenden Erfindung ist der vorstehend be schriebene Raum so dimensioniert, daß die Schwingungsbewe gung der auf Auflagern gehaltenen Schwingplatte ermöglicht wird. Wenn das Antriebselement angetrieben wird, wird die Schwingplatte wirksam ab- oder ausgelenkt, und es wird in der Tintentröpfchenausstoßkammer unverzüglich eine zur Tin tentröpfchenausstoßöffnung hin gerichtete Flüssigkeitsströ mung erzeugt.

Durch die konische Form des Innenbereichs der Kammer wird infolge der durch die Schwingplatte verursachten Flüs sigkeitsströmung am Umfang der Düse eine Oberflächenwelle auf einer freien Oberfläche der Tinte erzeugt. Die Oberflä chenwelle breitet sich vom Düsenumfang zur Düsenmitte hin aus. Durch Interferenz der in einer Tintentröpfchenausstoß öffnung mittig fortschreitenden Oberflächenwelle wird veran laßt, daß ein Tintentröpfchen in der Mitte der Ausstoßöff nung ausgestoßen wird. Dadurch können Tintentröpfchen, die wesentlich kleiner sind als der kleinste Durchmesser der Tintentröpfchenausstoßöffnung, tröpfchenweise auf eine ge wünschte Auftreffposition gespritzt werden.

In diesem Fall muß, anders als bei einer herkömmlichen Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, in der ein Pumpprinzip verwendet wird, der Durchmesser der Tintentröpf chenausstoßöffnung nicht besonders klein sein. Es können Tintentröpfchen, die wesentlich kleiner sind als die Tinten tröpfchenausstoßöffnung, und deren Durchmesser im Bereich von wenigen um bis 20 µm liegt, tröpfchenweise auf eine ge wünschte Auftreffposition gespritzt werden. Der Antrieb des Antriebselements wird so gesteuert, daß eine Wellenform und eine Wellenhöhe der Oberflächenwelle verändert werden. Da durch kann der Durchmesser der Tintentröpfchen leicht verän dert werden. Dadurch kann eine Aufzeichnung mit Dichtegrada tion realisiert werden Vorzugsweise wird die Antriebsfläche des mit der Schwingplatte verbundenen Antriebselements so eingerichtet, daß sie größer ist als der Durchmesser der Basis der Tinten tröpfchenausstoßöffnung der Tintentröpfchenausstoßkammer.

Auf diese Weise wird während des Betriebs nur die Schwingplatte ausgelenkt. Der Verlust der an der Strömungs wegseite in die Tintentröpfchenausstoßkammer gefüllten Flüs sigkeit wird verhindert. Die Flüssigkeitsströmung wird von der Basisfläche zur Mündung wirksam erzeugt. Die Schall schwingung wird von der Schwingplatte auf die Tintentröpf chenausstoßkammer fokussiert. Die Schallschwingung breitet sich zur Tintentröpfchenausstoßöffnung hin aus. Die Oberflä chenwelle wird auf der Oberfläche der Tinte in der Tinten tröpfchenausstoßkammer erzeugt. Durch Interferenz der Ober flächenwelle wird veranlaßt, daß Tintentröpfchen ausgestoßen werden. Dadurch können relativ kleine Tintentröpfchen ausge stoßen werden. Wenn die Schwingplatte in Schwingung versetzt ist, wird außer auf die in Schwingung versetzte Fläche kein besonderer Druck auf andere Bereiche übertragen. Dadurch fließt keinerlei Tinte zurück in den Strömungsweg. Deshalb kann eine größere Querschnittsfläche des Tintenströmungswe ges verwendet werden als bei herkömmlichen Vorrichtungen. Dadurch kann ein gleichmäßigerer Zulauf/Ablauf der Tinte er reicht werden. Bei herkömmlichen Vorrichtungen wird durch eine Volumenminderung der Tintentröpfchenausstoßkammer ver anlaßt, daß Tintentröpfchen ausgestoßen werden. Daher wird beispielsweise, um ein Zurückfließen der Tinte zu verhin dern, der Tintenströmungsweg im Querschnitt vermindert, und muß ein Verlust der Volumenminderung verhindert werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann dagegen die Struktur verein facht werden.

Der Kammerraum ist so dimensioniert, daß seine Mittel achse mit der Mittelachse der Tintentröpfchenausstoßöffnung übereinstimmen kann. Die Höhe und die Breite können gleich sein.

Auf diese Weise kann, wenn Restbläschen in der Tinten tröpfchenausstoßkammer entfernt werden, die gesamte Tinte in der Tintentröpfchenausstoßkammer entfernt werden. Weil die Durchflußmenge der in den Tintenströmungsweg strömenden Flüssigkeit geeignet erhöht werden kann, können Bläschen leicht entfernt werden. In diesem Fall können der Kammerraum der Tintentröpfchenausstoßkammer und der Strömungsweg im gleichen Element ausgebildet sein. Dadurch kann die Produk tion der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen er höht werden.

Vorzugsweise ist der Tintenströmungsweg in mindestens zwei Abschnitten angeordnet, d. h. auf einer Zufuhrseite zum Zuführen der Tinte zur Tintentröpfchenausstoßkammer und auf einer Austrittsseite für überschüssige Tinte.

Dadurch wird eine in eine Richtung verlaufende Tinten strömung erhalten. Wenn die Tintentröpfchenausstoßkammer mit Flüssigkeit gefüllt ist, oder wenn Restbläschen in der Tin tentröpfchenausstoßkammer entfernt werden, wird Tinte von der Öffnung und vom Strömungsweg an der Flüssigkeitsaus trittsseite abgesaugt. Dadurch kann die Durchflußmenge der in den Tintenströmungsweg strömenden Flüssigkeit erhöht wer den. Hierdurch kann die Arbeits- oder Funktionsweise verbes sert und können Bläschen leicht entfernt werden.

Noch bevorzugter sind mehrere Tintentröpfchenausstoß kammern entlang einer Reihe in vorgegebenen Abständen von einander beabstandet angeordnet. An beiden Seiten der Reihe der Tintentröpfchenausstoßkammern sind Tintenbehälterab schnitte angeordnet. Der Tintenströmungsweg kann in jeder der Tintentröpfchenausstoßkammern unabhängig angeordnet sein.

Daher kann, wenn die Anzahl von Tintentröpfchenausstoß öffnungen und Tintentröpfchenausstoßkammern erhöht wird, während die Tinte in die Tintentröpfchenausstoßkammer einge füllt und Restbläschen daraus entfernt werden, die Operation schnell unter den gleichen Bedingungen ausgeführt werden.

Mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern sind entlang ei ner Reihe in einem vorgegebenen Abstand voneinander beab standet. Der Tintenbehälterabschnitt ist an einem Ende in Längsrichtung der Reihe der Tintentröpfchenausstoßkammern angeordnet. Die Kammerräume am Umfang der Basisfläche jeder Tintentröpfchenausstoßkammer sind über den Tintenströmungs weg, der eine vorgegebene Breite aufweist, miteinander ver bunden.

Daher muß kein Strömungsweg zum Zuführen der Flüssig keit zu jeder Tintentröpfchenausstoßkammer ausgebildet sein. Der Aufbau ist so einfach, daß der Strömungsweg sich durch mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern erstreckt. Dadurch können eine Miniaturisierung der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen und eine Erhöhung ihrer Produktion er reicht werden.

In diesem Fall kann am anderen Ende in Längsrichtung der Reihe der Tintentröpfchenausstoßkammern eine Saugöffnung zum Absaugen von Tinte angeordnet sein.

Daher ist der Aufbau so einfach, daß der Strömungsweg sich durch mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern erstreckt. Wenn die Tintentröpfchenausstoßkammer mit Flüssigkeit ge füllt ist, oder wenn Restbläschen entfernt werden, werden zwei Arbeitsvorgänge ausgeführt. D.h., ein Arbeitsvorgang besteht darin, daß die Flüssigkeit von der Saugöffnung abge saugt wird, wobei die Tintentröpfchenaustrittsöffnung ge schlossen ist. Der andere Arbeitsvorgang besteht darin, daß die Flüssigkeit von der Tintentröpfchenaustrittsöffnung ab gesaugt wird, wobei die Saugöffnung geschlossen ist. Dadurch kann die Durchflußmenge der in den Strömungsweg strömenden Flüssigkeit erhöht werden. Bläschen können leicht entfernt werden, während eine Miniaturisierung erreicht werden kann.

Ein kreisförmiges oder mehreckiges ringförmiges Element kann in einem Grenzbereich zwischen der Tintentröpfchenaus stoßkammer und dem Kammerraum angeordnet werden. Die Höhe des ringförmigen Elements ist geringer als die Dicke des Kammerraums.

Dadurch wird, wenn das Antriebselement angetrieben wird, der Verlust von in die Tintentröpfchenausstoßkammer eingefüllter Flüssigkeit an der Strömungswegseite verhin dert. Außerdem kann die Flüssigkeitsströmung wirksam von der Basisfläche der Tintentröpfchenausstoßkammer zur Tinten tröpfchenausstoßöffnung hin erzeugt werden.

Das ringförmige Element kann an der Seite des Ausstoß kammerelements oder an der Seite der Schwingplatte am Umfang der Basisfläche der Tintentröpfchenausstoßkammer angeordnet sein.

Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen be schrieben; es zeigen:

Fig. 1(A) eine schematische Teil-Querschnittansicht ei ner ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Darstellen einer Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpf chen in einem Abschnitt, in dem kein Tintenströmungsweg an geordnet ist;

Fig. 1(B) eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1(A) zum Dar stellen der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen in einem Abschnitt, in dem ein Tintenströmungsweg angeordnet ist;

Fig. 2(A) eine schematische Draufsicht eines kreisför migen Raumabschnitts und der Antriebsfläche der ersten Aus führungsform;

Fig. 2(B) eine schematische Draufsicht eines rechtecki gen Raumabschnitts und der Antriebsfläche der ersten Ausfüh rungsform;

Fig. 3(A) die Erzeugung einer Oberflächenwelle in einem Prozeß zum Ausstoßen von Tintentröpfchen bei der ersten Aus führungsform;

Fig. 3(B) die Ausbreitung der Oberflächenwelle von Fig. 3(A);

Fig. 3(C) das durch Erzeugen einer Flüssigkeitssäule aufgrund von Interferenz der Oberflächenwellen von Fig. 3(A) und 3(B) verursachte Ausstoßen der Tintentröpfchen;

Fig. 4 ein Diagramm zum Darstellen einer Antriebswel lenform eines piezoelektrischen Antriebselements der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpf chen;

Fig. 5 mehrere in Fig. 1 dargestellte Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen zum Darstellen einer Positi onsbeziehung zwischen einer Tintentröpfchenausstoßöffnung und einem Tintenbehälter;

Fig. 6 eine Anordnung mehrerer Tintentröpfchenausstoß öffnungen;

Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Beispiels einer Tintenstrahldruckvorrich tung, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen verwendet wird;

Fig. 8 ein Blockdiagramm des piezoelektrischen Antriebs elements für eine erfindungsgemäße Tintenstrahldruckvor richtung;

Fig. 9(A) ein Vergleichsbeispiel der ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung zum Darstellen des Aus stoßvorgangs für Tintentröpfchen, wenn durch eine direkte Wirkung einer Flüssigkeitsströmung veranlaßt wird, daß Tin tentröpfchen ausgestoßen werden, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie eine Öffnung oder Mündung aufwei sen, und zum darstellen eines Zustands unmittelbar vor der Erzeugung eines Tintentröpfchen;

Fig. 9(B) den Prozeß der Erzeugung eines Tintentröpf chens des Beispiels von Fig. 9(A);

Fig. 9(C) den Zustand unmittelbar nach der Erzeugung und dem Ausstoßen eines Tröpfchens im Beispiel von Fig. 9(A);

Fig. 10 eine zweite Ausführungsform zum Darstellen der Beziehung zwischen den Tintentröpfchenausstoßöffnungen, dem Raumabschnitt und dem Tintenbehälter, wenn mehrere Vorrich tungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen in der gleichen Reihe angeordnet sind;

Fig. 11 eine Modifikation der in Fig. 10 dargestellten zweiten Ausführungsform;

Fig. 12 eine dritte Ausführungsform zum Darstellen der Beziehung zwischen den Tintentröpfchenausstoßöffnungen, dem Raumabschnitt und den in zwei Reihen angeordneten Tintenbe hältern, wenn mehrere Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tin tentröpfchen in der gleichen Reihe angeordnet sind;

Fig. 13 eine Modifikation der in Fig. 12 dargestellten dritten Ausführungsform (wobei die Querschnittsfläche des Tintenströmungsweges modifiziert ist);

Fig. 14 (A) eine schematische Teil-Längsquerschnitt ansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Er findung zum Darstellen einer Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, wenn mehrere Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen in der gleichen Reihe angeordnet sind;

Fig. 14(B) eine schematische Teil-Längsquerschnitt ansicht einer vierten Ausführungsform mit zwei Vorrichtungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen;

Fig. 15 die Beziehung zwischen den Tintentröpfchenaus stoßöffnungen, dem Raumabschnitt und dem Tintenbehälter der in Fig. 14 dargestellten vierten Ausführungsform;

Fig. 16 die Beziehung von Fig. 15 für eine Modifikation (bei der die Querschnittsfläche des Tintenströmungsweges mo difiziert ist);

Fig. 17 eine fünfte Ausführungsform zum Darstellen der Beziehung zwischen den Tintentröpfchenausstoßöffnungen, dem Raumabschnitt und dem Tintenbehälter, wenn mehrere Vorrich tung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen in der gleichen Reihe angeordnet sind;

Fig. 18 eine Modifikation der in Fig. 17 dargestellten fünften Ausführungsform (bei der die Querschnittsfläche des Tintenströmungsweges modifiziert ist);

Fig. 19(A) eine Längsquerschnittansicht einer sechsten Ausführungsform;

Fig. 19(B) eine Längsquerschnittansicht zum Darstellen einer Modifikation von Fig. 19(A);

Fig. 20(A) einen normalen Zustand des ersten Beispiels einer herkömmlichen Vorrichtung, in der ein Pumpprinzip ver wendet wird;

Fig. 20(B) den Zustand unmittelbar nach dem Ausstoßen der Tintentröpfchen im ersten Beispiel;

Fig. 21 ein zweites Beispiel einer herkömmlichen Vor richtung, bei der verschiedene Tintenmaterialien in einem Tintenreservoir vermischt werden und ein Pumpprinzip zum Ausstoßen der Tintentröpfchen verwendet wird;

Fig. 22(A) eine schematische perspektivische Ansicht eines dritten Beispiels einer herkömmlichen Vorrichtung, in der die Tintentröpfchen durch die Interferenz der Oberflä chenwelle in Form eines Nebels ausgestoßen werden;

Fig. 22(B) eine Arbeits- oder Funktionsweise des Bei spiels von Fig. 22(A);

Fig. 23 ein viertes Beispiel einer herkömmlichen Vor richtung in einer schematischen Querschnittansicht der Vor richtung, durch die die Tintentröpfchen durch die Interfe renz der Oberflächenwelle in Form eines Nebels ausgestoßen werden;

Fig. 24 ein fünftes Beispiel einer herkömmlichen Vor richtung in einer schematischen Querschnittansicht der Vor richtung, in der die Tintentröpfchen durch die Interferenz der Oberflächenwelle in Form eines Nebels ausgestoßen wer den;

Fig. 25 ein sechstes Beispiel einer herkömmlichen Vor richtung in einer schematischen Querschnittansicht der Vor richtung, in der die Tintentröpfchen durch einen Strahlungs druck einer Ultraschallwelle ausgestoßen werden;

Fig. 26(A) eine schematische Draufsicht eines siebenten Beispiels einer herkömmlichen Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, in der Tintentröpfchen durch Fokussieren einer Druckwelle von einer gewünschten Position ausgestoßen werden; und

Fig. 26(B) eine schematische Längsquerschnittansicht von Fig. 26(A).

Gemäß Fig. 1 bis 3 weist eine erste Ausführungsform ei ner erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausstoßen von Tinten tröpfchen ein plattenförmiges Element 10 auf, das einen Teil einer Ausstoßkammer definiert. Das Element 10 weist eine Tintentröpfchenausstoßkammer 2 mit einer an einer Oberfläche angeordneten Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a und mit einem konischen Querschnitt 2b auf. Die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen weist ferner eine Schwingplatte 3 auf, die in einem vorgegebenen Abstand von der flachen Innenflä che des Elements 10 beabstandet ist. Die Schwingplatte 3 ist so angeordnet, daß sie die gesamte Tintentröpfchenausstoß öffnung 2a überdeckt.

Ein Abstandselement 4 ist zwischen der Schwingplatte 3 und dem Element 10 angeordnet. Bezugszeichen 12A und 12B be zeichnen Stützsäulen oder -träger, durch die nur Umfangsab schnitte der Schwingplatte 3 auflagerartig gehalten werden.

Ein ringförmiger Raumabschnitt 5 umgibt den Basisflä chenbereich der Tintentröpfchenausstoßkammer 2. Der Raumab schnitt 5 ist durch die Schwingplatte 3, das Abstandselement 4 und das Element 10 definiert. Der Raumabschnitt 5 kommuni ziert mit der Tintentröpfchenausstoßkammer 2. Das Abstands element 4 hat eine vorgegebene Dicke und umgibt den ringför migen Raumabschnitt 5.

Das Abstandselement 4 ist tatsächlich in eine ringför mige oder rechteckige (oder mehreckige) Form geschnitten, wie in Fig. 2(A) und 2(B) dargestellt, so daß es den Basis flächenbereich der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 und den ringförmigen Raumabschnitt 5 umgibt.

Ein piezoelektrisches Antriebselement 6 ist mit der Schwingplatte 3 verbunden. Das piezoelektrische Antriebsele ment regt die Schwingplatte 3 an. Das piezoelektrische An triebselement wird so gesteuert, daß eine intermittierende Flüssigkeitsströmung einer Tinte W in der Tintentröpfchen ausstoßkammer 2 erzeugt wird, so daß die Tinte W von der Ba sisfläche der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 zur Tinten tröpfchenausstoßöffnung 2a hin ausgerichtet werden kann. Durch das piezoelektrische Antriebselement 6 kann der Grad der Auslenkung und die Aktivierungszeit der Auslenkung wäh rend einer Anregung nach Wunsch gesteuert werden.

Eine Antriebsfläche 6A des mit der Schwingplatte 3 ver bundenen piezoelektrischen Antriebselements 6 ist so ausge bildet, daß sie größer ist als der Durchmesser der Basisflä che der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a. Dadurch wird er möglicht, daß in der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 eine Flüssigkeitsströmung der Tinte W unverzüglich erzeugt wird.

Ein Tintenströmungsweg 7 ist mit der Tintentröpfchen ausstoßkammer 2 verbunden. Der Tintenströmungsweg 7 weist eine Querschnittsfläche (ein Flächenabschnitt des Strömungs weges senkrecht zur Strömungsrichtung der Tinte W) auf. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Querschnittsfläche so ausge bildet, daß sie kleiner ist als die Fläche der Tintentröpf chenausstoßöffnung 2a. Andererseits kann die Querschnitts fläche des Tintenströmungsweges 7 größer ausgebildet sein, wie in Fig. 10 dargestellt, indem die Aktivierungszeit des piezoelektrischen Antriebselements 6 geeignet vermindert wird, wie nachstehend beschrieben wird.

Der ringförmige Raumabschnitt 5 ist zwischen dem Tin tenströmungsweg 7 und der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 an geordnet. Der Raumabschnitt 5 ist zur Tintentröpfchenaus stoßkammer 2 an ihrer Innenseite hin offen. Der ringförmige Raumabschnitt 5 wird durch das Abstandselement 4 so einge stellt, daß sein Mittelpunkt mit demjenigen der Tintentröpf chenausstoßöffnung 2a übereinstimmt. Der ringförmige Raumab schnitt 5 hat außerdem eine konstante Höhe und eine konstan te Breite. Dadurch wird eine stabile und reproduzierbare Er zeugung der Flüssigkeitsströmung ermöglicht.

Bezugszeichen S in Fig. 3(B) bezeichnet eine Oberflä chenwelle. Die Oberflächenwelle wird durch die Schwingplatte 3 angeregt und erzeugt. Die Oberflächenwelle breitet sich in Richtung eines Tintentröpfchenausstoßpunktes 1 auf der frei en Oberfläche der Tinte w aus.

Außerdem wird, wie in Fig. 3(A) dargestellt, das An triebselement 6 so angetrieben, daß unverzüglich eine Tin tenströmung 13 der in die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 eingefüllten flüssigen Tinte W von der Basisfläche in Rich tung der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a erzeugt wird. Durch die Wirkung der Tintenströmung 13 wird auf der freien Oberfläche der Tinte W eine kreisförmige Oberflächenwelle S erzeugt. Die Oberflächenwelle S breitet sich von Positionen, die im wesentlichen vom Tintentröpfchenausstoßpunkt 1 gleichmäßig beabstandet sind, in Richtung des Tintentröpf chenausstoßpunktes 1 aus.

Das Phasenverhalten der Oberflächenwellen S führt all mählich zu Interferenzen. Wie in Fig. 3(B) dargestellt, nimmt, wenn die Oberflächenwelle S sich in Richtung des Tin tentröpfchenausstoßpunktes 1 ausbreitet, die Wellenhöhe zu. Dadurch bildet sich in der Nähe des Tintentröpfchenausstoß punktes 1 eine Flüssigkeitssäule 16 aus, wie in Fig. 3(C) dargestellt. Die Wellenhöhe ist am Tintentröpfchenausstoß punkt 1 maximal. Ein Tintentröpfchen w wird vom Rand der Flüssigkeitssäule 16 abgetrennt und ausgestoßen. Der Durch messer des ausgestoßenen Tintentröpfchens w ändert sich pro portional zum Durchmesser der Flüssigkeitssäule 16 unmittel bar bevor die Tinte ausgestoßen wird. Der Durchmesser der Flüssigkeitssäule 16 ändert sich außerdem wesentlich propor tional zur Wellenlänge der Oberflächenwelle S.

Die Wellenlänge der Oberflächenwelle S ist als λ defi niert, wie in Fig. 3(A) dargestellt. Ob das Tintentröpfchen ausgestoßen wird oder nicht, hängt von der Höhe der Flüssig keitssäule 16 ab (d. h. von der Höhe der Oberflächenwelle S). Daher wird die Höhe der Oberflächenwelle S so geändert, daß der Ausstoßvorgang des Tintentröpfchens w steuerbar ist. Zu diesem Zweck wird ein Schwingungsausgangssignal des piezo elektrischen Antriebselements 6 auf einen vorgegebenen Wert gesteuert, um festzulegen, ob das Tintentröpfchen w ausge stoßen wird oder nicht.

Außerdem hängt der Durchmesser des Tintentröpfchens w nicht von der Größe der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a ab. Die Erfinder konnten experimentell bestätigen, daß der Durchmesser gemäß der Wellenlänge der Oberflächenwelle S va riiert.

Die Schwingplatte 3 wird durch Auflager 12A und 12B ge halten. D.h., die Antriebsfläche 6A des piezoelektrischen Antriebselements 6 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, größer als der Öffnungsdurchmesser der Basisfläche des konischen Abschnitts 2B und kleiner als die durch den Innendurchmesser (Durchmesser) des Abstandselements 4 begrenzte Fläche. Wenn das Antriebselement 6 aktiviert ist, wird nur die Schwing platte 3 wirksam ab- oder ausgelenkt. Dadurch kann die Tin tenströmung 13 ohne Verlust der Tinte W im Tintenströmungs weg 7 wirksam erzeugt werden.

Die vorstehend beschriebene Oberflächenwelle S wird nachstehend ausführlicher beschrieben.

Wie in Fig. 3(A) dargestellt, richtet der konische Ab schnitt 2B eine intermittierende Flüssigkeitsströmung 13 von der Basisfläche der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 zur Tin tentröpfchenausstoßöffnung 2a hin aus. Dadurch kann die Oberflächenwelle S erzeugt werden.

Wenn die Flüssigkeitsströmung 13 von der Basisfläche zur oberen Fläche der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 hin ausgerichtet wird, nimmt, wenn die Flüssigkeitsströmung 13 sich der Oberfläche nähert, der Durchmesser der Tintentröpf chenausstoßöffnung 2a ab. Dadurch nimmt der Druck in der Nä he einer Wandfläche des konischen Abschnitts 2B zu. Die Strömungsgeschwindigkeit ist in der Nähe der Wandfläche ebenfalls erhöht. Dadurch wird die Oberflächenwelle S auf der freien Oberfläche der Tinte W gemäß der Form der Tinten tröpfchenausstoßöffnung 2a erzeugt.

Wenn eine kreisförmige Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a verwendet wird, kann eine kreisförmige Oberflächenwelle er zeugt werden, die Verwendung mehreckiger Ausstoßöffnungen 2a ist jedoch auch möglich.

Die Wellenlänge λ der erzeugten Oberflächenwelle S kann hauptsächlich durch Ändern der Erzeugungszeit der Flüssig keitsströmung 13 beliebig gesteuert werden, wie vorstehend beschrieben. Die Wellenhöhe der erzeugten Oberflächenwelle S kann hauptsächlich durch Ändern der Durchflußmenge der Flüs sigkeitsströmung 13 verändert werden.

In einer ersten Ausführungsform ist die Flüssigkeits strömung 13 sowohl als Strömung der nicht verdichteten Tinte W als auch als Strömung einer durch Verdichten der Tinte W erzeugten elastischen Welle definiert. Wenn eine kreisförmi ge Oberflächenwelle S erzeugt wird, ist ein durch Interfe renz erhaltener Verstärkungsgrad der Wellenhöhe maximal. Wenn die Oberflächenwelle S vollständig gleichphasig inter feriert, während sie sich in Richtung des Tintentröpfchen ausstoßpunktes 1 ausbreitet, kann das Tintentröpfchen w am wirksamsten und am stabilsten ausgestoßen werden.

Wie in Fig. 5, 10 und 11 dargestellt, kann jeder Tin tenströmungsweg 7 mit an den Seitenflächen angeordneten Tin tenbehälterabschnitten 15 kommunizieren. Wie in Fig. 12 und 13 dargestellt, kann jedes Paar Strömungswege 7 (mindestens zwei Strömungswege einschließlich beispielsweise eines Strö mungsweges zum Zuführen der Tinte W zur Tintentröpfchenaus stoßkammer 2 und eines anderen Strömungsweges zum Ableiten überschüssiger Tinte W) zu an entgegengesetzten Seiten ange ordneten Tintenbehälterabschnitten 15, 15 führen.

D.h., mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern 2 sind in vorgegebenen Intervallen in der gleichen Reihe beabstandet angeordnet. Ein Tintenbehälterabschnitt 15 ist an mindestens einer Seite der Reihe der Tintentröpfchenausstoßkammern 2 angeordnet (vergl. Fig. 10 und 11). Jeder Tintenbehälterab schnitt 15 ist durch den durch ein Abstandselement 4 defi nierten Tintenströmungsweg 7 mit allen Tintentröpfchenaus stoßkammern 2 verbunden. Der Tintenströmungsweg 7 ist in je der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 unabhängig angeordnet. In diesem Fall kann ein Tintenströmungsweg 7 pro Tintentröpf chenausstoßkammer 2 vorgesehen sein.

Mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern 2 sind zunächst in der gleichen Reihe in vorgegebenen Intervallen beabstan det angeordnet. Die Tintenbehälterabschnitte 15, 15 sind vorzugsweise an beiden Seiten der Reihe von Tintentröpfchen ausstoßkammern 2 angeordnet (vergl. Fig. 12 und 13). Jeder Tintenbehälterabschnitt 15 ist durch ein Abstandselement 4 über den Tintenströmungsweg 7 mit allen Tintentröpfchenaus stoßkammern 2 verbunden. In diesem Fall ist jeweils ein Tin tenströmungsweg 7 an der rechten und der linken Seite jeder Tintentröpfchenausstoßkammer 2 angeordnet, d. h. jede Tinten tröpfchenausstoßkammer 2 weist insgesamt zwei Strömungswege 7 auf. In diesem Fall ist, weil die Strömung der Tinte W in eine Richtung verläuft, die Tintenströmung gleichmäßiger als bei einer Strömung entlang eines Weges. Fig. 14(A) und 14(B) zeigen Längsquerschnittansichten, die die vorstehend be schriebene Tintentröpfchenausstoßkammer 2 von Fig. 12 ein schließen.

Der Tintenströmungsweg 7 kann auch so angeordnet sein wie in den Fig. 15 bis 18 dargestellt.

D.h., mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern 2 sind in vorgegebenen Intervallen in der gleichen Reihe angeordnet. Der Tintenbehälterabschnitt 15 ist an einem Ende in Längs richtung der Reihe der Tintentröpfchenausstoßkammern 2 ange ordnet. Die Raumabschnitte 5 um den Basisflächenabschnitt jeder Tintentröpfchenausstoßkammer 2 sind über den Tinten strömungsweg 7, der eine vorgegebene Breite aufweist, mit einander verbunden. In diesem Fall kann, wie in Fig. 17 und 18 dargestellt, eine Tintenabsaugöffnung 27, durch die die Tinte W abgesaugt wird, am anderen Ende der Längsrichtung der Reihe von Tintentröpfchenausstoßkammern 2 angeordnet sein.

Auf diese Weise ist der Tintenbehälterabschnitt 15 mit dem Bereich jeder Tintentröpfchenausstoßkammer 2 verbunden. Dadurch kann ein Tintenstrahldruckkopfabschnitt wesentlich miniaturisiert werden. Wenn die Saugöffnung 27 geeignet an geordnet ist, kann der Tintenströmungsweg trotz der Miniatu risierung in noch größerem Maße geglättet werden.

In Fig. 19(A) und 19(B) ist ein ringförmiges Element 4K in der Form eines Kreises oder Vielecks in einem Grenzbe reich zwischen dem ringförmigen Raumabschnitt 5 und der Tin tentröpfchenausstoßkammer 2 angeordnet. Die Höhe des ring förmigen Elements 4K ist kleiner als die Dicke des Raumab schnitts 5. In diesem Fall (Fig. 19(A)) ist das ringförmige Element 4K auf dem Element 10 um die untere Fläche oder Ba sisfläche der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 angeordnet. In Fig. 19(B) ist das ringförmige Element 4K auf der Schwing platte 3 im Grenzbereich zwischen dem ringförmigen Raumab schnitt 5 und der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 angeordnet.

In beiden Fällen kann das Entweichen der in die Tinten tröpfchenausstoßkammer 2 aus gegebenen Schwingungsenergie der Schwingplatte 3 nach außen verhindert werden. Dadurch kann ein Kondensatorventil des piezoelektrischen Antriebselements 6 verkleinert werden, wodurch die gesamte Vorrichtung weiter miniaturisiert werden kann und weitere Kosten eingespart wer den können.

Nachstehend werden Strukturdetails ausführlicher be schrieben.

In den Fig. 1(A) bis 3 wird die Tinte W der Tinten tröpfchenausstoßkammer 2 von einem Tintenbehälter (nicht dargestellt) über einen Tintenströmungsweg 7 mit einem Durchmesser von 40 µm zugeführt. Die Länge des Tintenströ mungsweges 7 in der Strömungsrichtung der Tinte W beträgt etwa 100 µm.

Die Schwingplatte 3 besteht aus Metall und ist 8 bis 15 µm, vorzugsweise 10 µm, dick. Wenn die Schwingplatte 3 zu dick ist, wird die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 verformt, wenn das piezoelektrische Antriebselement 6 angetrieben wird. Wenn die Schwingplatte 3 zu dünn ist, werden nicht mit dem piezoelektrischen Antriebselement 6 verbundene Bereiche verformt, wenn das piezoelektrische Element 6 angetrieben wird, und nimmt der Wirkungsgrad ab.

Die Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a hat vorzugsweise die Form eines Kreises mit einem Durchmesser von 100 µm. Die Basisfläche des konischen Abschnitts 2b hat einen Durchmes ser von etwa 300 µm.

Außerdem ist zwischen der Platte 10 und der Schwing platte 3 ein Abstandselement 4 mit einer Dicke von etwa 40 µm angeordnet.

Wie in Fig. 2(A) dargestellt, kann der Raumabschnitt 5 kreisförmig sein, wobei in diesem Fall der Kreisdurchmesser etwa 360 µm beträgt. Alternativ kann, wie in Fig. 2(B) dar gestellt, der Raumabschnitt 5 quadratisch sein, wobei die Seiten des Quadrats eine Länge von etwa 360 µm aufweisen.

Die mit der Schwingplatte 3 verbundene Antriebsfläche 6A des piezoelektrischen Antriebselements 6 hat in Fig. 2(A) vor zugsweise die Form eines Quadrats mit einer Seitenlänge von etwa 320 µm. Die Basisfläche des konischen Abschnitts 2B hat in diesem Fall einen Durchmesser von etwa 300 µm.

Die Antriebsfläche 6A ist größer als die Basisfläche des konischen Abschnitts 2B und ist vorzugsweise um den Fak tor 1,2 bis 1,5 größer als die Basisfläche des konischen Ab schnitts 2B. Wenn die Antriebsfläche zu groß ist, nimmt der Abstand der Tintentröpfchenausstoßöffnungen zu und muß der Druckkopf größer ausgebildet werden.

Die Schwingplatte 3 wird durch Auflager gehalten, d. h. durch Säulen oder Träger 12A und 12B werden wesentliche Ab schnitte der Platte 3, die unter dem ringförmigen Raumab schnitt 5 angeordnet sind und das Antriebselement 6 umgeben, freigelassen. Außerdem ist die Innenfläche des konischen Ab schnitts 2B vorzugsweise glatt und ununterbrochen. Neigung und Länge des Abschnitts 2B können jedoch verändert werden, so lange die in Fig. 3(A) dargestellte Oberflächenwelle S auf der freien Oberfläche der Tinte W erzeugt wird.

Um die Tintentröpfchenausstoßcharakteristik der ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstoßen von Tinten tröpfchen zu untersuchen, wird durch das piezoelektrische Antriebselement 6 eine Auslenkung mit kosinusförmigem zeit lichen Verlauf erzeugt, wobei eine Zeitamplitude oder Akti vierungszeit 10 µs und eine Auslenkungsamplitude oder Aus lenkung 0,4 µm betragen. Vorzugsweise weist die dem piezo elektrischen Antriebselement 6 zugeführte Wellenform eine kleine Hochfrequenzkomponente, z. B. eine Kosinuskurve, auf, wie vorstehend erwähnt, damit die intermittierende Flüssig keitsströmung 13 stabil wird.

In diesem Beispiel wird, wenn das piezoelektrische An triebselement 6 aktiviert ist, nur die Schwingplatte 3 wirksam aus gelenkt. Dadurch kann eine Flüssigkeitsströmung 13 der in die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 eingefüllten Tinte W von der Basisfläche zur Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a erzeugt werden. Durch die Wirkung der Flüssigkeitsströmung 13 kann eine Oberflächenwelle S wirksam erzeugt werden.

Dadurch kann bestätigt werden, daß ein Tintentröpfchen w mit einem Durchmesser von etwa 30 µm von einem Tinten tröpfchenausstoßpunkt 1 in der Mitte der Tintentröpfchenaus stoßöffnung 2a, deren kleinster Durchmesser etwa 100 µm be trägt, stabil ausgestoßen werden kann.

Der Ausstoßprozeß des Tintentröpfchens w wurde durch ein Stroboskop beobachtet. Das piezoelektrische Antriebsele ment 6 wird so angetrieben, daß die Auslenkung der Schwing platte 3 erhalten wird. Es wurde die Erzeugung einer kreis förmigen Oberflächenwelle S beobachtet, wie in Fig. 3(A) dargestellt.

Wie in Fig. 3(B) dargestellt, breitet sich die kreis förmige Oberflächenwelle S zu einem Tintentröpfchenausstoß punkt 1 aus, während ihre Wellenhöhe allmählich verstärkt wird. Wie in Fig. 3(C) dargestellt, bildet sich in der Nähe des Tintentröpfchenausstoßpunktes 1 eine Flüssigkeitssäule 316 aus. Unmittelbar danach trennt sich das Flüssig keitströpfchen w mit einem Durchmesser von etwa 30 µm ab und wird nach oben ausgestoßen.

Anschließend werden durch das piezoelektrische An triebselement drei Schwingungen mit kosinusförmigem zeitli chen Verlauf mit Aktivierungszeiten von 20 µs, 5 µs und 3 µs und Auslenkungsamplituden von 0,5 µm, 0,3 µm bzw. 0,2 µm er zeugt. Vom Tintentröpfchenausstoßpunkt 1 der Tintentröpf chenausstoßöffnung 2a werden Tintentröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 36 µm, 15 µm bzw. 7 µm ausgestoßen.

Daher können Tintentröpfchen w tröpfchenweise abgesto ßen werden, die wesentlich kleiner sind als die Tintentröpf chenausstoßöffnung 2a. Der Durchmesser der Tintentröpfchen w kann gemäß der Aktivierungszeit des piezoelektrischen An triebselements 6 verändert werden. Die Änderung der Aktivie rungszeit und des Maßes der Auslenkung des piezoelektrischen Antriebselements 6 entspricht der Änderung der Zeit, in der die Durchflußmenge und die Flüssigkeitsströmung 13 erzeugt werden. Daher werden die Aktivierungszeit der Strömungsge schwindigkeit und der Flüssigkeitsströmung 13 gesteuert, wo durch das Tintentröpfchen w frei gesteuert werden kann. Da durch kann eine Aufzeichnung mit Dichtegradation erhalten werden.

Zum Vergleich wird die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 ohne ringförmigen Raumabschnitt 5 verwendet, indem das Ab standselement 4 entfernt wird, und durch das piezoelektri sche Antriebselement 6 wird die vorstehend erwähnte Auslen kung erzeugt. In diesem Fall wird, weil die Aktivierungszeit des piezoelektrischen Antriebselement kürzer ist, nicht nur die Schwingplatte 3, sondern auch die gesamte Tintentröpf chenausstoßkammer 2 erheblich verformt. Das Tintentröpfchen w kann nicht ausgestoßen werden.

Bei der ersten Ausführungsform ist der Antrieb des pie zoelektrischen Antriebselements 6 als Auslenkung mit dem in Fig. 4 dargestellten kosinusförmigem zeitlichen Verlauf de finiert. Andererseits können, auch im Fall beispielsweise einer dreieckigen Wellenform, einer trapezförmigen Wellen form oder einer aus einer Kombination davon gebildeten Wel lenform, wenn die in Fig. 3(A) dargestellte Oberflächenwelle S auf der freien Oberfläche der Tinte W gebildet wird, was bei der vorstehenden Ausführungsform der Fall ist, Tinten tröpfchen w mit einem Durchmesser ausgestoßen werden, der kleiner ist als derjenige der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a.

Außerdem hat der ringförmige Raumabschnitt bei der er sten Ausführungsform die Form eines Quadrats mit einer Sei tenlänge von 360 µm. Ein Antriebsfläche 19 des mit der Schwingplatte 3 verbundenen piezoelektrischen Antriebsele ments 6 hat die Form eines Quadrats mit einer Seitenlänge von 320 µm. Andererseits kann der ringförmige Raumabschnitt 5, wie in Fig. 2(A) dargestellt, kreisförmig sein. Auch in diesem Fall können, wenn die Antriebsfläche 19 größer ist als die Basisfläche des konischen Abschnitts 2B und kleiner als der ringförmige Raumabschnitt, Tintentröpfchen w mit ei nem Durchmesser ausgestoßen werden, der kleiner ist als der jenige der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a.

Die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen ist außerdem so aufgebaut, daß die Antriebsfläche 10 des piezo elektrischen Antriebselements 6 die Form eines Quadrats ha ben kann, dessen Seitenlänge 200 µm beträgt, und kleiner sein kann als die Basisfläche des konischen Abschnitts 2B. Eine solche Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen wird verwendet, um einen Test zum Ausstoßen der vorstehend beschriebenen Tintentröpfchen w auszuführen.

Wenn die Zeitamplitude oder Aktivierungszeit beispiels weise 10 µ beträgt, beträgt die Auslenkungsamplitude 0,6 µm, um Tintentröpfchen w mit einem Durchmesser von 30 µm auszustoßen. Die zum Ausstoßen des Tröpfchens erforderliche Auslenkungsamplitude ist um etwa 50% erhöht.

Wenn die Aktivierungszeit 5 µs beträgt, beträgt die Auslenkungsamplitude des piezoelektrischen Antriebselements 6 0,5 µm, um Tintentröpfchen w mit einem Durchmesser von 15 µm auszustoßen. Wenn die Aktivierungszeit dagegen 3 µs be trägt, können unabhängig von der Auslenkungsamplitude keine feinen Tintentröpfchen w mit einem Durchmesser von 8 µ er zeugt werden.

Die Antriebsfläche 19 des piezoelektrischen Antriebsele ments 6 ist größer als die Basisfläche des konischen Ab schnitts 2B und kleiner als der ringförmige Raumabschnitt 5. Dadurch wird ein Verlust der Tinte W im Tintenströmungsweg 7 verhindert, so daß ein gutes Ausstoßverhalten der Tinten tröpfchen w erhalten werden kann.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen wurde für einen Tintenstrahldruckkopf verwendet, und es wurde ein Drucktest ausgeführt. Dieser wird nachstehend beschrieben.

Ein Druckkopf 22 weist mehrere Tintentröpfchenausstoß öffnungen 2a auf, wie beispielsweise in Fig. 5 und 6 darge stellt. Der Druckkopf 22 ist an einem Schlitten 23 befe stigt, so daß die Tintentröpfchenausstoßöffnungen 2a über ein Druckpapier 20 einer Walze 21 gegenüberliegen.

Die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 zum Ausstoßen der Tintentröpfchen w weist einen Tintenströmungsweg 7 für jede Tintentröpfchenausstoßkammer 2 auf, wie in Fig. 5 darge stellt. Die Tinte W wird vom Tintenbehälter 15 zugeführt. Wie in Fig. 6 dargestellt, sind die Tintentröpfchenausstoß öffnungen 2a so angeordnet, daß ein Abstand A zwischen den Tintentröpfchenausstoßöffnungen 2a 381 µm beträgt.

Die Gruppe aus 21 Tintentröpfchenausstoßöffnungen 2a ist in sechs Reihen in einem versetzten Muster angeordnet. Der Druckkopf 22 ist so hergestellt, daß insgesamt 126 (d. h. 6×21) Tintentröpfchenausstoßöffnungen 2a angeordnet sind.

Ein Abstand B zwischen den Tintentröpfchenausstoßöff nungen 2a sollte in eine Hauptvorschubrichtung 600 µm betra gen, weil ein Tintenströmungsweg 7 für jede Tintentröpfchen ausstoßkammer 2 angeordnet ist.

Jede Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen ist so konstruiert, daß jedes piezoelektrische Antriebselement 6 gemäß einem der Eingangsschaltung 30 zugeführten elektri schen Drucksignal durch eine Schaltschaltung 33 unabhängig gesteuert werden kann, wie in Fig. 8 dargestellt. Das Wel lenformsignal wird in einem Signalgenerator 31 erzeugt und durch einen Verstärker 32 verstärkt. Das Signal mit der dem elektrischen Drucksignal entsprechenden Wellenform, Impuls breite und Amplitude wird einem bestimmten piezoelektrischen Antriebselement 6 über die Schaltschaltung 33 zugeführt.

Im Drucktest ist, wie in Fig. 7 dargestellt, der Druck kopf 22 am Schlitten 23 befestigt. Der Schlitten 23 ist so angeordnet, daß er durch eine Führung 24 eine Vorschubbewe gung in axialer Richtung der Walze 21 ausführen kann. Durch eine Codiereinrichtung 25 und einen Riemen 26 wird eine Hauptvorschubbewegung ausgeführt.

Außerdem können die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tin tentröpfchen den Ausstoßzeitpunkt der Tintentröpfchen w für eine Vorschubbewegung von jeweils 63,5 µm in der Haupt vorschubrichtung in Antwort auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Bildsignals steuern. Die Aktivie rungszeit und die Auslenkungsamplitude des piezoelektrischen Antriebselements 6 werden für jedes Bildelement bzw. Pixel geändert. Der Durchmesser (Tröpfchendurchmesser) der Tinten tröpfchen w wird moduliert, während der Druckvorgang ausge führt wird. Bildelemente werden mit einer Bildelementdichte von 400 Punkten pro Zoll (dpi) in der Hauptvorschubrichtung und in einer Nebenvorschubrichtung gebildet.

Anschließend wird das Druckpapier 20 um 1333,5 µm in die Nebenvorschubrichtung vorwärtsbewegt, und der Druckkopf 22 führt dann einen erneuten Druckvorgang in der Hauptvor schubrichtung aus. Die Bildelemente werden wie beim ersten Abtastvorgang gebildet.

Der vorstehend beschriebene Druckvorgang wird wieder holt, so daß der Druckvorgang über das gesamte Druckpapier 20 mit einer Bildelementdichte von 400 Punkten pro Zoll (dpi) in der Hauptvorschubrichtung und in der Nebenvor schubrichtung ausgeführt wird.

Der Bildpunkt- oder Punktdurchmesser der durch die Vor richtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen ausgestoßenen Tintentröpfchen wird auf dem Druckpapier 20 gemessen. Dabei beträgt, wenn der Tröpfchendurchmesser des Tintentröpfchens w 36 µm beträgt und eine maximale Modulation ausgeführt wird, der Punktdurchmesser etwa 90 µm. Wenn der Druckvorgang mit einer Dichte von etwa 400 Punkten pro Zoll (dpi) ausge führt wird, wird, auch wenn ein Vollbild erzeugt wird, der geeignete Durchmesser des Tintentröpfchens mit guter Auflö sung bestätigt.

Wenn der Durchmesser des Tintentröpfchens w etwa 7 µm beträgt, beträgt der Punktdurchmesser auf dem bei der Aus führungsform verwendeten Druckpapier 20 etwa 15 µm. Es kann ein Gradationsdruckvorgang innerhalb eines Punktdurchmesser bereichs von etwa 90 µm bis 15 µm ausgeführt werden.

In der ersten Ausführungsform werden durch eine konti nuierliche Flüssigkeitsströmung 13 die Antriebsbedingungen des piezoelektrischen Antriebselements 6 so eingestellt, daß Tintentröpfchen w nicht von der freien Oberfläche der Tinte w ausgestoßen werden. In einem Vergleichsbeispiel wird ver sucht, Tintentröpfchen w durch eine kontinuierliche Wirkung der Fluidströmung 13 abzustoßen. Fig. 9 zeigt den Ausstoß vorgang für Tintentröpfchen w, wenn Tintentröpfchen w, die im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen wie die Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a, durch eine kontinuierliche Flüssigkeitsströmung 13 ausgestoßen werden.

Bei der ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen beträgt die Aktivierungszeit des piezoelektrischen Antriebselements 6 30 µs oder mehr, und die Auslenkungsamplitude beträgt 0,8 µm oder mehr. Da durch werden, wie in Fig. 9 dargestellt, durch einen Aus stoßmechanismus, in dem ein herkömmliches Pumpprinzip ver wendet wird, Tintentröpfchen w mit einem im wesentlichen dem Durchmesser der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a entspre chenden Durchmesser ausgestoßen.

Der Test wurde wiederholt, wobei die Aktivierungszeit des piezoelektrischen Antriebselements 6 sehr kurz war und weniger als 1,5 µs betrug. In diesem Fall werden im wesent lichen zum gleichen Zeitpunkt, in dem die Oberflächenwelle S erzeugt wird, mehrere feine Tintentröpfchen w ungeordnet oder zufällig vom Randabschnitt der Tintentröpfchenausstoß öffnung 2a und vom Ende der Oberflächenwelle S ausgestoßen. In diesem Zustand können der Durchmesser des Tintentröpf chens w und die Ausstoßrichtung nicht für jedes Tröpfchen gesteuert werden.

Wie vorstehend beschrieben, muß, um Tintentröpfchen w mit einem Durchmesser auszustoßen, der kleiner ist als die Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a, und die Auftreffposition zu steuern, die Tintenströmung 13 so erzeugt werden, daß die Tintentröpfchen w durch eine kontinuierliche Flüssigkeits strömung 13 nicht von der freien Oberfläche ausgestoßen wer den.

Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform unter Be zug auf Fig. 10 und 11 ausführlich beschrieben.

Fig. 10 und 11 zeigen Draufsichten zum Darstellen der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen. Fig. 10 und 11 zeigen ei nen kreisförmigen Raumabschnitt 5 bzw. einen rechteckigen Raumabschnitt 5.

Bei der zweiten Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, wie im Fall der ersten Ausführungsform, eine Tintentröpfchenausstoßkammer 2, deren Öffnungsdurchmesser in Richtung der Tiefe allmählich zu nimmt, eine mit der Basisfläche der Tintentröpfchenausstoß kammer 2 verbundene Schwingplatte 3 und ein mit der Schwing platte 3 verbundenes piezoelektrisches Antriebselement 6 auf. Die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen wird verwendet, um der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 Tinte W vom Tintenbehälter 4 zuzuführen.

Die Abmessungen der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a und der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungs form ist die Querschnittsfläche (die rohrförmige Wegfläche, d. h. die Fläche der Wegoberfläche des Tintenströmungsweges 7, die der Tinten tröpfchenausstoßöffnung 2a gegenüberliegt) des Tintenströmungsweges 7 so ausgebildet, daß sie größer ist als die Öffnungsfläche der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a der Tintentröpfchenaus stoßkammer 2.

D.h., der Tintenströmungsweg 7 und der ringförmige Raumabschnitt 5 sind miteinander vereinigt oder kombiniert bzw. gehen ineinander über. Die Höhe von den beiden Basis flächen zur Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a beträgt 40 µm. Außerdem hat, wie in Fig. 11 dargestellt, der Raumabschnitt in Draufsicht betrachtet die Form eines Quadrats mit einer Seitenlänge von 360 µm. Die Breite des Tintenströmungsweges 7 beträgt ebenfalls 360 µm und entspricht der Breite des Raumabschnitts 5. Die Querschnittsfläche des Tintenströ mungsweges 7 beträgt 14400 µm². Diese Querschnittsfläche ist etwa 1,8mal größer als die Fläche der Tintentröpfchenaus stoßöffnung 2a von 7850 µm²
Die Maße der Breite und der Höhe des Tintenströmungswe ges 7 und des Raumabschnitts 5 sind gleich. Daher ist bei der zweiten Ausführungsform ein dem Tintenströmungsweg 7 und dem Raumabschnitt 5 entsprechendes Langloch bzw. ein Schlitz im gleichen Abstandselement 4 ausgebildet. Das Abstandsele ment 4, in dem das Langloch ausgebildet ist, wird dann zwi schen der Schwingplatte 3 und der Platte 10 fixiert (laminiert). Dadurch werden der Tintenströmungsweg 7 und der Raumabschnitt 5 gebildet.

Auch wenn der Schlitz gemäß dem Tintenströmungsweg 7 und dem Raumabschnitt 5 auf der unteren Fläche des Abstands elements 4 ausgebildet wird, wo die Tintentröpfchenausstoß öffnung 2a und der zylinderförmige Abschnitt 2B ausgebildet sind, können der Tintenströmungsweg 7 und der Raumabschnitt 5 leicht gebildet werden. Außerdem kann, weil der Tinten strömungsweg 7 und der Raumabschnitt 5 gleichzeitig auf der gleichen Fläche ausgebildet werden können, die Produktion der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen erhöht werden.

Um die Tintentröpfchenausstoßcharakteristika der Vor richtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen zu untersuchen, wird die Tinte W von der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a abgesaugt, und die Tinte W wird in die Tintentröpfchenaus stoßkammer 2 eingefüllt. Restbläschen in der Ausstoßkammer 2 werden entfernt. Weil die Querschnittsfläche des Tintenströ mungsweges 7 vergrößert ist, kann die Durchflußmenge der in den Tintenströmungsweg 7 strömenden Tinte W erhöht werden. Durch eine von der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a auf die Tinte W ausgeübte geringe Saugwirkung können Bläschen ent fernt werden.

Wie im Fall der ersten Ausführungsform erzeugt das pie zoelektrische Antriebselement 6 eine Auslenkung mit kosinus förmigem Zeitverlauf und einer Zeitamplitude von 10 µs, und die ausgestoßenen Tintentröpfchen w und die Auslen kungsamplitude wurden untersucht. Es zeigt sich, daß Tinten tröpfchen w mit einem Durchmesser von etwa 30 µm vom Tinten tröpfchenausstoßpunkt 1 bei einer Auslenkungsamplitude von 0,44 µm stabil ausgestoßen werden können.

Wenn die Aktivierungszeitamplitude des piezoelektri schen Antriebselements 6 auf 20 µs, 5 µs und 3 µs geändert und die Auslenkungsamplitude bezüglich der bei der ersten Ausführungsform verwendeten Auslenkungsamplitude um etwa 10% erhöht wird, werden Tintentröpfchen w mit Durchmessern von etwa 36 µm, 15 µm bzw. 7 µm ausgestoßen.

Bei der zweiten Ausführungsform wird, wie im Fall der ersten Ausführungsform und anders als bei einer Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, bei der das herkömmliche Pumpprinzip verwendet wird, durch die Interferenz der Ober flächenwelle veranlaßt, daß Tintentröpfchen w ausgestoßen werden. Daher kann, auch wenn die Querschnittsfläche des Tintenströmungsweges 7 größer ist als die Tintentröpfchen ausstoßöffnung 2a, die Oberflächenwelle erzeugt werden, und können Tintentröpfchen w ausgestoßen werden.

Es können Tintentröpfchen w, die wesentlich kleiner sind als die Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a, tröpfchenwei se ausgestoßen werden. Der Durchmesser der Tintentröpfchen w kann durch den Antrieb des piezoelektrischen Antriebsele ments 6 verändert werden. Dadurch kann eine Aufzeichnung mit moduliertem Punktdurchmesser realisiert werden.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen wird, wie im Fall der ersten Ausfüh rungsform, für einen Tintenstrahldruckkopf in der in Fig. 7 dargestellten Apparatur verwendet. Die Aktivierungszeit und die Auslenkungsamplitude des piezoelektrischen Antriebsele ments 6 werden für jedes Bildelement moduliert, und der Durchmesser der Tintentröpfchen w wird moduliert, um ein Drucktest auszuführen.

Dadurch können Bildelemente mit einer Bildelementdichte von 400 Punkten pro Zoll (dpi) in der Hauptvorschubrichtung und in der Nebenvorschubrichtung erzeugt werden. Es kann ei ne Gradationsaufzeichnung in einem Punktdurchmesserbereich von maximal etwa 90 µm bis 15µm ausgeführt werden.

Außerdem beträgt bei der ersten Ausführungsform die Länge des Tintenströmungswegs 7 in Strömungsrichtung der Tinte W etwa 100 µm. Die Tintentröpfchenausstoßkammern 2 sind so angeordnet, daß der Abstand B zwischen den in Fig. 6 dargestellten Tintentröpfchenausstoßöffnungen 2a 600µm be tragen kann. Bei der zweiten Ausführungsform beträgt die Länge des Tintenströmungsweges 7 etwa 200 µm. Dabei wird der Abstand B auf 700 µm erhöht. Mit der gleichen Aktivie rungszeit und der gleichen Auslenkungsamplitude des piezo elektrischen Antriebselements 6 wie in der ersten Ausfüh rungsform können Tintentröpfchen w mit den gleichen Eigen schaften ausgestoßen werden wie in der ersten Ausführungs form.

In der zweiten Ausführungsform hat der Raumabschnitt 5 in Draufsicht betrachtet die Form eines Quadrats mit einer Seitenlänge von 360 µm. Wie in Fig. 10 dargestellt, können, wenn die Form des Raumabschnitts 5 in Draufsicht betrachtet halbkreisförmig ist, wenn Restbläschen in der Tintentröpf chenausstoßkammer 2 durch Absaugen der Tinte W von der Tin tentröpfchenausstoßöffnung 2a oder auf ähnliche Weise ent fernt werden, die Bläschen durch eine geringere Saugwirkung entfernt werden.

Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform unter Be zug auf Fig. 12 und 13 beschrieben.

In der dritten Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, wie in Fig. 12 darge stellt, zwei Strömungswege auf, d. h. einen Tintenströmungs weg 7, über den die Tinte W der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 vom Tintenbehälter 14 zugeführt wird, und einen anderen Tintenströmungsweg 7 zum Ableiten überschüssiger Tinte W in den gegenüberliegenden Tintenbehälter 15.

Die Durchmesser der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a und der Basisfläche des konischen Abschnitts 2B der Tinten tröpfchenausstoßkammer 2 betragen 100 µm bzw. 300 µm. Die Abmessung des Raumabschnittes 5 beträgt in Tiefenrichtung 40 µm. Die Abmessung der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 beträgt in Tiefenrichtung, d. h. von der Öffnung 2a zur Platte 3, 140 µm. Diese Abmessungen sind ebenfalls die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform hat der Raumabschnitt 5 in Draufsicht betrachtet die Form eines Kreises mit einem Durchmesser von 360 µm. Zwischen dem piezoelektrischen Antriebselement 6 und der Schwingplatte 3 ist eine kreisförmige Platte mit einem Durchmesser von 330 µm angeordnet. Daher hat die Antriebsfläche 6S die Form ei nes Kreises mit einem Durchmesser von 330 µm.

Die Positionsbeziehung zwischen den Tintenströmungswe gen 7 und den Raumabschnitten 5 ist derart, daß alle Basis flächen auf der gleichen Ebene angeordnet sein können und die Höhenabmessungen bezüglich allen Basisflächen zur Tin tentröpfchenausstoßöffnung 2a gleich sein können.

Außerdem wird in der dritten Ausführungsform, wenn die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 mit Tinte W gefüllt ist, oder wenn Restbläschen in der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 ent fernt werden, die Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a geschlos sen, und die Tinte W wird dann vom Ende des Tintenströmungs weges 7 an der Austrittsseite der Tinte W (dem Tintenbehäl ter 15 an der Austrittsseite der Tinte W) abgesaugt, wodurch Bläschen entfernt werden können.

Wenn die Tinte w sowohl von der Tintentröpfchenausstoß öffnung 2a als auch vom Tintenbehälter 15 an der Austritts seite der Tinte W abgesaugt wird, kann die Durchflußmenge der in den Tintenströmungsweg 7 strömenden Tinte W erhöht werden, wodurch Bläschen unverzüglich entfernt werden kön nen.

Bei diesem Aufbau kann die abgesaugte Menge der Tinte W, die erforderlich ist, um Bläschen zu entfernen, reduziert werden, so daß sie höchstens der halben Menge des bei der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen mit einem Tin tenströmungsweg 7 zum Zuführen der Tinte W erforderlichen Wertes gleich ist.

Auch bei der dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen wurden die Tintentröpf chenausstoßcharakteristika untersucht.

Die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 wird mit Tinte W ge füllt. Wie im Fall der ersten Ausführungsform erzeugt das piezoelektrische Antriebselement 6 eine Auslenkung mit einem kosinusförmigen zeitlichen Verlauf mit einer Zeitamplitude von 10 µs. Dabei kann ein Tintentröpfchen w mit einem Durch messer von etwa 30 µm vom Tintentröpfchenausstoßpunkt 1 sta bil ausgestoßen werden.

Wenn die Aktivierungszeit des Antriebselements 6 auf 20 µs, 5 µs und 3 µs geändert wird, können, wie im Fall der er sten Ausführungsform, Tintentröpfchen w mit einem Durchmes ser von etwa 36 µm, 15 µm bzw. 7 µm ausgestoßen werden. Da durch können Tintentröpfchen w tröpfchenweise ausgestoßen werden, die wesentlich kleiner sind als die Tintentröpfchen ausstoßöffnung 2a. Durch Ändern des Antriebs des piezoelek trischen Antriebselements 6 wird ein Gradationsdruckvorgang ermöglicht.

Diese Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen wird für einen Tintenstrahldruckkopf in einer in Fig. 7 dar gestellten Apparatur verwendet, und es wird ein Drucktest ausgeführt.

Die dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aus stoßen von Tintentröpfchen weist zwei Strömungswege auf, d. h., einen Tintenströmungsweg 7 zum Zuführen von Tinte W zur Tintentröpfchenausstoßkammer 2 und einen anderen Tinten strömungsweg 7 zum Ableiten überschüssiger Tinte W.

Die Längen der Tintenströmungswege 7 an der Zufuhr- und an der Austrittsseite der Tinte W betragen 100 µm. Die Tin tentröpfchenausstoßkammer 2 ist so angeordnet, daß der Ab stand B zwischen den in Fig. 6 dargestellten Tintentröpf chenausstoßöffnungen 2a 80 µm betragen kann.

Der Abstand zwischen den Tintentröpfchenausstoßöffnun gen 2a der dritten Ausführungsform ist von demjenigen der ersten Ausführungsform verschieden. Daher wird die Steuerung des jeder Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen zu geführten elektrischen Drucksignals geändert, um den Druck test auszuführen. Als Ergebnis können Bildelemente mit einer Bildelementdichte von 400 Punkten pro Zoll (dpi) in der Haupt- und in der Nebenvorschubrichtung erzeugt werden. Au ßerdem kann ein Gradationsdruckvorgang bezüglich des Punkt durchmessers ausgeführt werden.

Die unteren oder Basisflächen des Tintenströmungsweges 7 und des Raumabschnittes 5 der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 liegen in der gleichen Ebene. Die Höhenabmessungen von den Basisflächen zur Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a sind gleich, und die Breitenabmessungen sind ebenfalls gleich und betragen 360 µm, wie in Fig. 10, 11 und 13 dargestellt, oder sind verschieden, wie in Fig. 12 dargestellt. Wie im Fall der ersten Ausführungsform wird eine solche Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen für einen Druckkopf 22 in der der in Fig. 7 dargestellten Apparatur verwendet.

Der Drucktest wird mit der gleichen Aktivierungs zeitamplitude des piezoelektrischen Antriebselements 6 wie bei der ersten Ausführungsform ausgeführt. Es ergibt sich, daß die Auslenkungsamplitude bezüglich der Auslenkungsampli tude der ersten Ausführungsform etwa 10% größer ist, so daß Tintentröpfchen w ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ausgestoßen werden können. Es kann ein Bilddrückvorgang aus geführt werden, und der Bildpunktdurchmesser kann moduliert werden.

In der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen mit der in Fig. 13 dargestellten Anordnung von Tintentröpf chenausstoßöffnungen 2a wird, um Bläschen in der Flüssig keitsausstoßkammer 2 zu entfernen, die Tinte W von der Tin tentröpfchenausstoßöffnung 2a und vom Tintenströmungsweg 7 abgesaugt. Dadurch kann, weil die Querschnittsfläche des Tintenströmungsweges 7 groß ist, die Durchflußmenge der in den Tintenströmungsweg 7 strömenden Tinte W weiter erhöht werden. Die zum Entfernen der Bläschen erforderliche Menge der abgesaugten Tinte W kann weiter auf 2/3 des bei der er sten Ausführungsform erforderlichen Wertes reduziert wer den.

Die Höhen- und die Breitenabmessungen des Tintenströ mungsweges 7 und des Raumabschnitts 5 können gleich sein. Daher wird auf dem gleichen Abstandselement 4 ein Lang schlitz gebildet, der den Tintenströmungsweg 7 und den Raum abschnitt 5 definiert. Das Abstandselement 4 wird dann zwi schen der Schwingplatte 3 und dem Element 10 angeordnet. Da durch können der Tintenströmungsweg 7 und der Raumabschnitt 5 leicht gebildet werden.

Weil der Tintenströmungsweg 7 und der Raumabschnitt 5 gleichzeitig auf der gleichen Fläche ausgebildet werden kön nen, kann die Produktion der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen erhöht werden.

In der in den Fig. 14(A) bis 16 dargestellten vier ten Ausführungsform sind mehrere Tintentröpfchenausstoßkam mern in Reihe angeordnet und miteinander verbunden. Fig. 15 und 16 zeigen Draufsichten des Tintenstrahldruckkopfes, der die vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aufweist, zum Darstellen verschiedener Wegabschnitte des Strömungsweges.

In der vierten Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, wie im Fall der ersten Ausführungsform, die Schwingplatte 3 und das piezoelektri sche Antriebselement 6 auf.

Wie in Fig. 14(B) und 15 dargestellt, sind benachbarte Tintentröpfchenausstoßkammern 2 durch jeweilige Tintenströ mungswege 7 an der Zufuhr- und an der Austrittsseite der Tinte W miteinander verbunden. Wie in Fig. 16 dargestellt, weisen mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern 2 einen diese umgebenden gemeinsamen Tintenströmungsweg 7 auf.

In diesem Fall ist, wie in Fig. 16 dargestellt, ein En de des Tintenströmungsweges 7 mit dem Tintenbehälter 15 ver bunden. Die Tinte W wird der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 vom Tintenbehälter 15 zugeführt. Die unteren oder Basisflä chen des Tintenströmungsweges 7 und der Raumabschnitte 5 der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 sind in der gleichen Ebene angeordnet. Die Höhenabmessungen von den unteren oder Basis flächen des Tintenströmungsweges bzw. der Raumabschnitte zur Basis der Öffnung oder Mündung betragen 40 µm.

In Fig. 5 beträgt die Breitenabmessung des Tintenströ mungsweges 7 200 µm. Der Raumabschnitt 5 hat in Draufsicht betrachtet die Form eines Kreises mit einem Durchmesser von 350 µm.

Bei der vierten Ausführungsform der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen sind die Höhenabmessungen des Tintenströmungsweges 7 und des Raumabschnitts 5 gleich. Die Struktur ist so einfach, daß der Tintenströmungsweg 7 sich durch die mehreren Tintentröpfchenausstoßkammern 2 er streckt. Daher werden auf dem gleichen Plattenelement 4 ein länglicher Schlitz und ein kreisförmiges Loch ausgebildet. Das Plattenelement 4 wird dann zwischen der Schwingplatte 3 und dem Ausstoßkammerelement 10 angeordnet, auf dem die Tin tentröpfchenausstoßöffnung 2a und der zylinderförmige Ab schnitt 2B ausgebildet sind. Dadurch werden der Tintenströ mungsweg 7 und der Raumabschnitt 5 gebildet.

In diesem Fall können der Schlitz und das Loch, die dem Tintenströmungsweg 7 und dem Raumabschnitt 5 entsprechen, auf der Basisflächenseite des Ausstoßkammerelements 10 aus gebildet werden, auf dem die Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a und der zylinderförmige Abschnitt 2B ausgebildet sind.

Der Tintenströmungsweg 7, über den jeder Tintentröpf chenausstoßkammer 2 die Tinte W zugeführt wird, muß nicht ausgebildet sein. Dadurch kann die Miniaturisierung wesent lich verbessert und die Produktivität wesentlich erhöht wer den.

Außerdem kann bei der vierten Ausführungsform die Ge samtlänge des Tintenströmungsweges 7 kürzer sein als die Ge samtlänge des Tintenströmungsweges 7 der ersten Ausführungs form. Wenn die Tinte W von der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a abgesaugt wird, um Bläschen in der Tintentröpfchenaus stoßkammer 2 zu entfernen, kann die Durchflußmenge der Tinte W weiter erhöht werden. Dadurch kann die zum Entfernen von Bläschen erforderliche abgesaugte Menge der Tinte W auf etwa 1/3 des bei der ersten Ausführungsform erforderlichen Wertes reduziert werden.

Für jede Ausführungsform wurden die Tintentröpfchenaus stoßcharakteristika der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tin tentröpfchen untersucht. Durch das piezoelektrische Antrieb selement 6 wird eine Auslenkung mit kosinusförmigem zeitli chen Verlauf mit einer Zeitamplitude von 10 µs und der Aus lenkungsamplitude von 0,44 µm erzeugt. Es können Tinten tröpfchen w mit einem Durchmesser von 30 µm vom Tintentröpf chenausstoßpunkt 1 stabil ausgestoßen werden.

Wenn die Aktivierungszeit des piezoelektrischen An triebselements 6 auf 20 µs, 5 µs und 3 µs verändert wird, können, wie bei der ersten Ausführungsform, Tintentröpfchen w mit einem Durchmesser von 36 µm, 15 µm bzw. 7 µm ausgesto ßen werden. Außerdem wird die Vorrichtung für einen Tinten strahldruckkopf in der in Fig. 7 dargestellten Apparatur verwendet. Es wurde ein Drucktest ausgeführt, wobei die Ak tivierungszeit und die Auslenkungsamplitude des piezoelek trischen Antriebselements 6 so geändert wurden, daß der Durchmesser der Tintentröpfchen w moduliert wird.

Bei der vierten Ausführungsform beträgt der Abstand A zwischen den Tintentröpfchenausstoßöffnungen 2a, wie bei der in Fig. 6 dargestellten ersten Ausführungsform, 381 µm. Wäh rend der Abstand B bei der ersten Ausführungsform 600 µm be trägt, kann der Abstand B bei der vierten Ausführungsform auf 380 µm reduziert werden.

Ein Tintenströmungsweg 7 erstreckt sich durch zehn Tin tentröpfchenausstoßkammern 2. Die Gruppe der Tintentröpf chenausstoßöffnungen 2a ist in sechs Reihen in einem ver setzten Muster angeordnet. Es sind zwei Gruppen von Tinten tröpfchenausstoßöffnungen 2a in sechs Reihen in versetztem Muster angeordnet. Der Druckkopf 22 wird so hergestellt, daß insgesamt 120 Tintentröpfchenausstoßöffnungen 2a angeordnet sind.

In diesem Fall können Bildelemente mit einer Bildele mentdichte von 400 Punkten pro Zoll (dpi) in der Haupt- und in der Nebenvorschubrichtung gebildet werden. Es kann ein Gradationsdruckvorgang innerhalb eines Punktdurchmesserbe reichs von maximal etwa 90 µm bis 15 µm ausgeführt werden.

Bei der vierten Ausführungsform hat der Raumabschnitt 5 in Draufsicht betrachtet die Form eines Kreises, dessen Durchmesser 360 µm betragen kann. Wie in Fig. 16 darge stellt, sind die Höhenabmessungen von den Basisflächen des Tintenströmungsweges 7 und des Raumabschnitts 5 zur Öffnung oder Mündung gleich. Außerdem sind die Breitenabmessungen gleich und betragen 360 µm. Mit einer solchen Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen wurden die Tintentröpf chenausstoßcharakteristika untersucht, und die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen wurde für einen Tinten strahldruckkopf verwendet, um einen Drucktest auszuführen.

Bei einer im Vergleich zu den anderen Ausführungsformen um 5% größeren Auslenkungsamplitude können Tintentröpfchen w ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ausgestoßen wer den. Die Durchflußmenge der in den T 09712 00070 552 001000280000000200012000285910960100040 0002019803467 00004 09593intenströmungsweg 7 strömenden Tinte W kann weiter erhöht werden. Die zum Ent fernen von Bläschen erforderliche abgesaugte Menge der Tinte W kann auf 2/3 des bei der ersten Ausführungsform erforder lichen Wertes reduziert werden.

Die Breitenabmessungen des Tintenströmungsweges 7 und 3 des Raumabschnitts 5 sind gleich. Ihre Höhenabmessungen sind ebenfalls gleich. Das Langloch kann auf der gleichen Platte ausgebildet werden. Daraufhin wird das Abstandselement 4 zwischen der Schwingplatte und dem Element 10 angeordnet. Dadurch können der Tintenströmungsweg 7 und der Raumab schnitt 5 leicht gebildet werden.

Auf diese Weise kann bei der vierten Ausführungsform, weil der Tintenströmungsweg 7 und der Raumabschnitt 5 gleichzeitig auf dem gleichen Plattenelement 4 ausgebildet werden können, die Produktion der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen erhöht werden.

Nachstehend wird eine fünfte Ausführungsform unter Be zug auf Fig. 17 und 18 beschrieben.

Die in Fig. 17 und 18 dargestellte fünfte Ausführungs form ist dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Raumab schnitts 5 modifiziert und zusätzlich eine Absaugöffnung 27 vorgesehen ist.

D.h., bei der fünften Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen sind benachbarte Tinten tröpfchenausstoßkammern 2 durch zwei Tintenströmungswege 7 an der Zufuhr- und an der Austrittsseite der Tinte W in Rei he verbunden. Der Tintenströmungsweg 7 ist so angeordnet, daß er sich durch mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern 2 erstrecken kann. Ein Ende des Tintenströmungsweges 7 ist mit einem Tintenbehälter 15 verbunden. Das andere Ende des Tin tenströmungsweges 7 ist mit der Absaugöffnung 27 zum Absau gen der Tinte W verbunden.

Bei der fünften Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen verwendet, die im wesent lichen die gleiche Struktur hat wie die vierte Ausführungs form. Die unteren oder Basisflächen des Tintenströmungsweges 7 und des Raumabschnitts 5 sind auf der gleichen Fläche oder Ebene angeordnet. Die Höhenabmessungen beider Basisflächen zur Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a sind gleich und betra gen 40 µm. Außerdem sind die Breitenabmessungen gleich und betragen 360 µm.

Bei der fünften Ausführungsform ist die Struktur so einfach, daß der Tintenströmungsweg 7 sich durch mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern 2 erstreckt. Auf dem gleichen Abstandselement 4 wird nur der Schlitz ausgebildet. Das Ab standselement 4 wird zwischen der Schwingplatte 3 und der Platte angeordnet, auf der die Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a und der zylinderförmige Abschnitt 2B ausgebildet sind. Dadurch werden der Tintenströmungsweg 7 und der Raumab schnitt 5 gebildet.

Wenn die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 mit Tinte W ge füllt ist, oder wenn Restbläschen in der Tintentröpfchenaus stoßkammer 2 entfernt werden, werden die folgenden Arbeits schritte alternierend ausgeführt: Die Tintentröpfchenaus stoßöffnung 2a wird geschlossen, um die Tinte W über die Ab saugöffnung 27 abzusaugen, und die Absaugöffnung 27 wird ge schlossen, um die Tinte W in der Tintentröpfchenausstoßöff nung 2a abzusaugen. Die Durchflußmenge der in den Tinten strömungsweg 7 strömenden Tinte W kann erhöht werden, wo durch Bläschen unverzüglich entfernt werden können.

Im Vergleich zur vierten Ausführungsform einer Vorrich tung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, die ähnlich aufge baut ist und keine Absaugöffnung 27 aufweist, kann die zum Entfernen von Bläschen erforderliche abgesaugte Menge der Tinte w auf 1/4 oder weniger reduziert werden.

Bei der fünften Ausführungsform ist die Saugöffnung 27 auf der Fläche angeordnet, in der die Tintentröpfchenaus stoßöffnung 2a ausgebildet ist. Wenn, wie in Fig. 18 darge stellt, die Saugöffnung 27 auf der anderen Fläche der Tin tentröpfchenausstoßöffnung 2a angeordnet ist, kann jedoch eine ähnliche Wirkung erhalten werden.

Auf diese Weise kann, wie im Fall der vierten Ausfüh rungsform, wenn die fünfte Ausführungsform für einen Druck kopf 22 in der in Fig. 7 dargestellten Apparatur verwendet wird, eine Bildaufzeichnung durch einen Tintenstrahldruck kopf ausgeführt werden, und kann der Bildelementdurchmesser moduliert werden.

Nachstehend wird eine sechste Ausführungsform unter Be zug auf Fig. 19(A) und 19(B) beschrieben.

Wie in Fig. 19(A) dargestellt, weist die in Fig. 19(A) und 19(B) dargestellte sechste Ausführungsform ein kreisför miges (ringförmiges) Element 4K auf. Das ringförmige Element 4K ist auf der Basisfläche des konischen Abschnitts 2B ange ordnet. Der Innendurchmesser des ringförmigen Elements 4K ist der gleiche wie derjenige des konischen Abschnitts 2B und beträgt 300 µm. Die Höhe des ringförmigen Elements 4K beträgt 5 µm.

Wenn das ringförmige Element 4K auf der Basisfläche des konischen Abschnitts 2B angeordnet ist und das piezoelektri sche Antriebselement 6 angetrieben wird, wird der Verlust von Tinte W zum Tintenströmungsweg 7 verhindert. Die Flüs sigkeitsströmung von der Basisfläche zur Tintentröpfchenaus stoßöffnung 2a kann wirksam erzeugt werden.

Dadurch kann die Oberflächenwelle im Vergleich zur er sten Ausführungsform wirksamer erzeugt werden. Wenn das pie zoelektrische Antriebselement 6 eine Auslenkung mit einem kosinusförmigem zeitlichen Verlauf und einer Zeitamplitude von 10 µs erzeugt, kann die zum stabilen Ausstoßen von Tin tentröpfchen w mit einem Durchmesser von etwa 30 µm vom Tin tentröpfchenausstoßpunkt 1 erforderliche Auslenkungsamplitu de auf 0,35 µm reduziert werden.

Wenn die Aktivierungszeit des piezoelektrischen An triebselements 6 verändert wird, wie im Fall der ersten Aus führungsform, kann die zum Ausstoßen der Tintentröpfchen w erforderliche Auslenkungsamplitude um etwa 10% reduziert werden.

In diesem Fall kann, wenn das ringförmige Element 4K den gleichen Durchmesser und die gleiche Höhe aufweist wie vorstehend beschrieben, wie in Fig. 19(B) dargestellt, wenn das ringförmige Element 4K auf der Schwingplatte 3 angeord net ist, eine ähnliche Reduzierung der Auslenkungsamplitude erhalten werden.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsfor men weist die Tintentröpfchenausstoßkammer 2 einen konischen Abschnitt 2B auf. Der Abschnitt 2B kann jedoch auch eine axial gekrümmte Innenfläche oder eine rauhe und/oder unter brochene Oberflächenstruktur aufweisen, vorausgesetzt, daß der Abschnitt 2B eine Öffnungsstruktur aufweist, die in Tie fenrichtung allmählich zunimmt. Der Grund dafür ist, daß durch eine solche Konstruktion ermöglicht wird, daß die sich in Richtung des Tintentröpfchenausstoßpunktes 1 ausbreitende Oberflächenwelle auf der freien Oberfläche der Tinte W in der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a gebildet wird. Dies kann experimentell bestätigt werden.

Bei jeder der ersten bis fünften Ausführungsformen ist das piezoelektrische Antriebselement 6 direkt unterhalb der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a angeordnet. Wenn eine kreisförmige Oberflächenwelle S erzeugt werden kann, die im wesentlichen vom Tintentröpfchenausstoßpunkt 1 gleichmäßig beabstandet ist, während sie sich in Richtung des Tinten tröpfchenausstoßpunktes 1 ausbreitet, muß das piezoelektri sche Antriebselement 6 nicht notwendigerweise unter der Tin tentröpfchenausstoßöffnung 2a angeordnet sein.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsfor men kann, obwohl ein piezoelektrisches Element als piezo elektrisches Antriebselement 6 zum Übertragen der Auslenkung auf die Schwingplatte 3 verwendet wird, beispielsweise ein elektromagnetisches Antriebselement oder ein beliebiges an deres Antriebselement verwendet werden, durch das die ge wünschte Auslenkung auf die Schwingplatte 3 übertragen wer den kann.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsfor men kann, obwohl die Auslenkung des piezoelektrischen An triebselements 6 über die Schwingplatte 3 auf die Tinte W übertragen wird, das piezoelektrische Antriebselement 6 die Auslenkung auch direkt auf die Tinte W übertragen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde, wie vorstehend beschrieben, für einen Drucker verwendet. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch für jede andere Druckvorrichtung mit Flüssigkeitsausstoß verwendet werden, die auf ähnliche Weise arbeitet. Für Fachleute ist ersichtlich, daß innerhalb des durch die Patentansprüche definierten Umfangs der Erfin dung verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen mit:

einem Element, das eine Tintentröpfchenausstoßkam mer mit einer Tintentröpfchenausstoßöffnung und einer der Tintentröpfchenausstoßöffnung gegenüberliegend an geordneten Mündung definiert, wobei die Tintentröpf chenausstoßkammer einen in Richtung der Tintentröpf chenausstoßöffnung abnehmenden Querschnitt aufweist;
einer Schwingplatte, die der Mündung zugewandt ist und so gehalten wird, daß sie über einen Bereich frei schwingt, der größer ist als die Mündung; und
einem Antriebselement zum intermittierenden Anre gen der Schwingplatte, um eine intermittierende Tinten flüssigkeitsströmung von der Schwingplatte zur Tinten tröpfchenausstoßöffnung zu erzeugen, wobei durch die Flüssigkeitsströmung eine gesteuerte Oberflächenwelle erzeugt wird, die sich zu einem Mittelpunkt der Tinten tröpfchenausstoßöffnung hin ausbreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem zwischen der Schwingplatte und dem Element angeordneten Ab standselement, das die Mündung der Tintentröpfchenaus stoßkammer umgibt und die Schwingplatte in einem vorge gebenen Abstand vom Element beabstandet hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, oder 2, wobei die Antriebsfläche des mit der Schwingplatte verbundenen Antriebselements größer ist als die Mündung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Abstandselement einen Tintenströmungsweg definiert, der mit einem Um fangsraumabschnitt kommuniziert, der durch das Ab standselement begrenzt wird und zwischen der Schwing platte und dem Element ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Tintenströmungs weg mindestens einen Tintenzufuhrweg zur Tintentröpf chenausstoßkammer und mindestens einen Ableitungsweg für überschüssige Tinte aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei mehrere Tintentröpf chenausstoßkammern in einem vorgegebenen Abstand in ei ner Reihe voneinander beabstandet angeordnet sind, und ferner mit an beiden Seiten der Reihe angeordneten Tin tenbehälterabschnitten, wobei für jede der mehreren Tintentröpfchenausstoßkammern ein Tintenströmungsweg vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Antriebselement durch ein Signal mit kosinusförmiger Wellenform ange trieben wird.

8. Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen mit:

einem plattenförmigen Element mit einer Tinten tröpfchenausstoßkammer mit einer Tintentröpfchenaus stoßöffnung auf einer Oberfläche und einem konischen Querschnitt;
einer Schwingplatte, die einer gegenüberliegenden Fläche des plattenförmigen Elements zugewandt und so angeordnet ist, daß sie die Tintentröpfchenausstoßkam mer in einem vorgegebenen Abstand überdeckt;
einem zwischen der Schwingplatte und dem Element, durch das eine Ausstoßkammer gebildet wird, angeordne ten Abstandselement, das die Tintentröpfchenausstoßkam mer umgibt und einen ringförmigen Raumabschnitt be grenzt, der außerhalb der Tintentröpfchenausstoßkammer zwischen der Schwingplatte und dem plattenförmigen Ele ment angeordnet ist;

einem Tintenströmungsweg, der durch den Raumab schnitt definiert und zwischen der Schwingplatte und dem plattenförmigen Element ausgebildet ist;
einem mit der Schwingplatte verbundenen Antriebs element zum intermittierenden Anregen der Schwingplat te, um in der Tintentröpfchenausstoßkammer eine inter mittierende Tintenflüssigkeitsströmung von einer Basis fläche davon zur Tintentröpfchenausstoßöffnung zu er zeugen; und
einem Antriebselementtreiber zum Antreiben des An triebselements, um die Amplitude und eine Aktivierungs zeit der Auslenkung der Schwingplatte während einer in termittierenden Anregung zu steuern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Antriebsfläche des mit der Schwingplatte verbundenen Antriebselements größer ist als die größte Querschnittsfläche der Tin tentröpfchenausstoßkammer.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der ringförmige Raumabschnitt mit der Tintentröpfchenausstoßöffnung koaxial ausgerichtet ist und eine konstante Höhe und eine konstante Breite aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Tinten strömungsweg mindestens einen Tintenzufuhrweg zur Tintentröpf chenausstoßkammer und mindestens einen Ableitungsweg für überschüssige Tinte aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei mehrere Tinten tröpfchenausstoßkammern in einem vorgegebenen Abstand in ei ner Reihe voneinander beabstandet angeordnet sind, und ferner mit an beiden Seiten der Reihe angeordneten Tin tenbehälterabschnitten, wobei für jede der mehreren Tintentröpfchenausstoßkammern jeweils ein Tintenströ mungsweg vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach eine der Ansprüche 8 bis 11, wobei mehrere Tinten tröpfchenausstoßkammern in einen vorgegebenen Abstand in ei ner Reihe voneinander beabstandet angeordnet sind, und ferner mit einem Tintenbehälterabschnitt, der an einem Ende in Längsrichtung der Reihe angeordnet ist, wobei be nachbarte ringförmige Raumabschnitte durch alternieren de Tintenströmungswege miteinander verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Saugöffnung zum Absaugen der Tinte am anderen Ende in Längsrichtung der Reihe angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprache 8 bis 14, wobei ein kreis förmiges oder mehreckiges ringförmiges Element in einem Grenzbe reich zwischen der Tintentröpfchenausstoßkammer und dem ringförmigen Raum angeordnet ist, und wobei die Höhe des ringförmigen Elements kleiner ist als die Dicke des Raumabschnitts.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das ringförmige Element auf dem plattenförmigen Element anliegend an der Basisfläche der Tintentröpfchenausstoßkammer ange ordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das ringförmige Element auf der Schwingplatte anliegend an der Basis fläche der Tintentröpfchenausstoßkammer angeordnet ist.

18. Verfahren zum Ausstoßen von Tintentröpfchen für eine Vorrichtung mit einem Element, das eine Tintentröpf chenausstoßkammer mit einer Tintentröpfchenausstoßöff nung und einer Mündung definiert, und einer der Mündung zugewandten Schwingplatte, mit den Schritten:
intermittierendes Anregen der Schwingplatte, um eine intermittierende Flüssigkeitsströmung einer Tinte von der Schwingplatte zur Tintentröpfchenausstoßöffnung zu erzeugen;
Erzeugen einer gesteuerten Oberflächenwelle, die sich von einem Umfang der Tintentröpfchenausstoßöffnung zu einer Mitte der Tintentröpfchenausstoßöffnung aus breitet; und
Veranlassen, daß die Oberflächenwelle eine gesteu erte Interferenz erzeugt, um Tintentröpfchen von der Mittelachse auszustoßen, deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als der kleinste Durchmesser der Ausstoß öffnung.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Anregungsschritt aufweist:

Erzeugen eines Signals mit einer Wellenform, einer Impulsbreite und einer Amplitude, die einem gewünschten Drucksignal entsprechen; und
unabhängiges Zuführen des Signals zu einem An triebselement für den Schritt zum Anregen einer Schwin gungsbewegungung gemäß dem Drucksignal.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Signal eine Kosi nuswellenform aufweist.