DE19803467C2 - Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen - Google Patents
Vorrichtung zum Ausstoßen von TintentröpfchenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Ausstoßen von Tintentröpfchen, nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
In der EP-0 608 835 A2 wird eine Vorrichtung zum Ausstoßen
von Tintentröpfchen beschrieben. Der Tintenstrahlaufzeich
nungskopf umfaßt eine Druckerzeugungskammer, die mit einer
Ausstoßöffnung in Verbindung steht. Mit Hilfe von
piezoelektrischen Vibrationselementen wird die
Druckerzeugungskammer vergrößert oder verkleinert. In der
US-5,510,816 wird eine Vorrichtung zum Betreiben eines
Tintenstrahldruckkopfes beschrieben. Mit Hilfe eines
piezoelektrischen Elements wird eine Vibrationsplatte derart
bewegt, daß der Druck einer Tintenausstoßkammer derart
variiert wird, daß ein gewünschter Tintenstrahl über eine
Düsenöffnung ausgegeben wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
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.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum
Ausstoßen von Tintentröpfchen mit den Merkmalen nach
Anspruch 1.
In der vorliegenden Erfindung ist der Raum
abschnitt 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 µm 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.
Die Antriebsfläche des mit der Schwingplatte verbundenen
Antriebselements ist größer als der Durchmesser der Basis
fläche der Tintentröpfchenausstoßkammer und kleiner als die
lichte Weite des Raumabschnittes.
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.
Mehrere Tintentröpfchenausstoßkammern können
entlang einer Reihe in vorgegebenen Abständen von
einander beabstandet angeordnet sein. 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 einfach, da 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.
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 der 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
tungen 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; und
Fig. 19(B) eine Längsquerschnittansicht zum Darstellen
einer Modifikation von Fig. 19(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 14 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 Tintentröpfchenausstoßkammer 2. 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 S wird durch die Schwingplatte
3 angeregt und erzeugt. Die Oberflächenwelle S 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 W 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 w
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 S 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 7 zum Zuführen der Tinte W zur Tintentröpfchenaus
stoßkammer 2 und eines anderen Strömungsweges 7 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 7 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 ausgegebenen 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 we
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 es 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 6A zu groß ist, nimmt der
Abstand der Tintentröpfchenausstoßöffnungen 2a 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 w 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
16 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 6 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 w 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 6 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 5 bei der er
sten Ausführungsform die Form eines Quadrats mit einer Sei
tenlänge von 360 µm. Ein Antriebsfläche 6A 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 6A größer ist
als die Basisfläche des konischen Abschnitts 2B und kleiner
als der ringförmige Raumabschnitt 5 Tintentröpfchen w mit ei
nem Durchmesser ausgestoßen werden, der kleiner ist als der
jenige der Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a.
Wenn die Zeitamplitude oder Aktivierungszeit beispiels
weise 10 µs beträgt, beträgt die Auslenkungsamplitude 0,6 µm,
um Tintentröpfchen w mit einem Durchmesser von 30 µm
auszustoßen. Die zum Ausstoßen des Tröpfchens w erforderliche
Auslenkungsamplitude ist um etwa 50% erhöht.
Wenn die Aktivierungszeit 5 µs beträgt, beträgt die
Auslenkungsamplitude des piezoelektrischen Antriebselements
6 0,5 µm 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 µm er
zeugt werden.
Die Antriebsfläche 6A 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 w 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 W ist
so konstruiert, daß jedes piezoelektrische Antriebselement 6
gemäß einem der Eingangsschaltung 30 zugeführten elektri
schen Drucksignal durch eine Steuerschaltung 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 Steuerschaltung 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 kann die Vorrichtung zum Ausstoßen von Tin
tentröpfchen W 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 w 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 w 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 w 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 w
gesteuert werden.
Wie vorstehend beschrieben, muß, um Tintentröpfchen w
mit einem Durchmesser auszustoßen, der kleiner ist als die
Tintentröpfchenausstoßöffnung 2a, und um 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 w. 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 w, 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 w wird
verwendet, um der Tintentröpfchenausstoßkammer 2 Tinte W vom
Tintenbehälter 14 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
5 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 1,8-mal 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 w erhöht
werden.
Um die Tintentröpfchenausstoßcharakteristika der Vor
richtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen w 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 w, bei der das herkömmliche
Pumpprinzip verwendet wird, durch die Interferenz der Ober
flächenwelle S veranlaßt, daß Tintentröpfchen w ausgestoßen
werden. Daher kann, auch wenn die Querschnittsfläche des
Tintenströmungsweges 7 größer ist als die Tintentröpfchen
ausstoßöffnung 2a, die Oberflächenwelle S 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 w 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 15 µm 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 600 µm 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 w, 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 Raumabschnitts 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 dritten 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 6A 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 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 w 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 w 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 w
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 w 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 w 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 Raumabschnitts 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 w 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 Bilddruckvorgang aus
geführt werden, und der Bildpunktdurchmesser kann moduliert
werden.
In der Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen w
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 w erhöht werden.
In der in den Fig. 14(A) bis 16 dargestellten vier
ten Ausführungsform sind mehrere Tintentröpfchenausstoßkam
mern 2 in Reihe angeordnet und miteinander verbunden. Fig. 15
und 16 zeigen Draufsichten des Tintenstrahldruckkopfes, der
die vierte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausstoßen
von Tintentröpfchen w aufweist, zum Darstellen verschiedener
Wegabschnitte des Strömungsweges 7.
In der vierten Ausführungsform weist die Vorrichtung
zum Ausstoßen von Tintentröpfchen w, 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 7 bzw. der Raumabschnitte 5 zur
Basis der Öffnung oder Mündung betragen 40 µm.
In Fig. 16 beträgt die Breitenabmessung des Tintenströ
mungsweges 7200 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 einfach, da 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 konische 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 w 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 w wurden die Tintentröpf
chenausstoßcharakteristika untersucht, und die Vorrichtung
zum Ausstoßen von Tintentröpfchen w 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 Tintenströmungsweg 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
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 3 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 w 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 w 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
einfach, da 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 S 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 28 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 S 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
Antriebselement 6 zum Übertragen der Auslenkung
auf die Schwingplatte 3 verwendet wird, beispielsweise ein
elektromagnetisches Antriebselement 6 oder ein beliebiges an
deres Antriebselement 6 verwendet werden, durch das die ge
wünschte Auslenkung auf die Schwingplatte 3 übertragen wer
den kann.
Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungs for
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.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, mit
- 1. einem plattenförmigen Element (10) mit einer Tintentröpfchenausstoßkammer (2), die an einer Außenseite des plattenförmigen Elements (10) eine Tintentröpfchen ausstoßöffnung (2a) und an einer der Außenseite gegenüberliegenden Innenseite unter im Querschnitt konischer Erweiterung (2B) eine gegenüber der Tintenaus stoßöffnung (2a) größere Basisfläche bildet,
- 2. einer entlang der Innenseite des plattenförmigen Elements (10) mit vorgegebenem Abstand zu diesem angeordneten Schwingplatte (3), die die Tintentröpfchenaus stoßkammer (2) in dem vorgegebenen Abstand überdeckt,
- 3. einem zwischen der Schwingplatte (3) und dem plattenförmigen Element (10) ange ordneten Abstandelement (4) zur Bildung des vorgegebenen Abstands, welches ei nen die Basisfläche mit Abstand zu deren Peripherie umgebenden Raumab schnitt (5) zwischen dem plattenförmigen Element (10) und der Schwingplatte (3) bildet, dessen Spalthöhe gleich dem vorgegebenen Abstand ist,
- 4. einem Tintenströmungsweg (7), der durch den Raumabschnitt (5) verläuft,
- 5. einem Antriebselement (6), das die Schwingplatte (3) auf ihrer von der Tintentröpf chenausstoßkammer (2) abgewandten Seite mit einer der Basisfläche gegenüberlie genden Antriebsfläche (6A) kontaktiert, wobei die Antriebsfläche (6A) größer als die Basisfläche und kleiner als die lichte Weite des Raumabschnittes (5) ist,
- 1. daß bei einem Durchmesser der Basisfläche von etwa 300 µm die Spalthöhe des Raumabschnittes (5) etwa 40 µm beträgt,
- 2. daß die Antriebsfläche (6A) um den Faktor 1.2 bis 1.5 größer ist als die Basisfläche,
- 3. daß die Amplitude und die Aktivierungsdauer der Auslenkung der Schwingplatte (3) während einer intermittierenden Anregung derselben zum Erzeugen einer intermittie renden Tintenflüssigkeitsströmung von der Basisfläche zur Tintentröpfchenaus stoßöffnung (2a) steuerbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumabschnitt (5)
mit der Tintentröpfchenausstoßöffnung (2a) koaxial ausgerichtet ist und sowohl kon
stante Höhe als auch konstante Breite aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Tintenströmungsweg (7) mindestens einen Tintenzufuhrweg zur Tintentröpfchenaus
stoßkammer (2) und mindestens einen Ableitungsweg (27) für überschüssige Tinte (W)
aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß meh
rere Tintentröpfchenausstoßkammern (2) in einer Reihe voneinander beabstandet mit
vorgegebenem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei beidseits der Reihe ein
Tintenbehälterabschnitt (15) und für jede der Tintentröpfchenausstoßkammern (2) je
weils ein Tintenströmungsweg (7) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß meh
rere Tintentröpfchenausstoßkammern (2) in einer Reihe mit vorgegebenem Abstand
zueinander angeordnet sind, wobei an einem Ende der Reihe in Längsrichtung dersel
ben ein Tintenbehälterabschnitt (15) vorgesehen ist und benachbarte Raumab
schnitte (5) durch alternierende Tintenströmungswege (7) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Saugöffnung (27)
zum Absaugen von Tinte (W) am anderen Ende in Längsrichtung der Reihe angeord
net ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein
kreisförmiges oder mehreckiges ringförmiges Element (4k) in einem Grenzbereich zwi
schen der Tintentröpfchenausstoßkammer (2) und dem Raumabschnitt (5) angeordnet
ist, dessen Höhe kleiner ist als die Spalthöhe des Raumabschnittes (5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Ele
ment (4k) auf dem plattenförmigen Element (4) anliegend um die Basisfläche der Tin
tentröpfchenausstoßkammer (2) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Ele
ment (4k) auf der Schwingplatte (3) anliegend um die Basisfläche der Tintentröpfchen
ausstoßkammer (2) angeordnet ist.
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