DE69519501T2

DE69519501T2 - Seitenbreitiges piezoelektrisches Tintenstrahldruckgerät und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69519501T2
Application number: DE69519501T
Authority: DE
Inventors: Richard D. Murphy
Original assignee: Compaq Computer Corp
Current assignee: Compaq Computer Corp
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2015-09-27
Also published as: EP0704305B1; CA2159400A1; AU696171B2; DE69519501D1; EP0704305A3; EP0704305A2; US5787558A; US5767878A; JPH08207279A; AU3293795A

Description

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Tintenstrahl-Druckeinheit mit Seitenbreite und insbesondere eine piezoetektrische Tintenstrahl-Druckeinheit mit Seitenbreite, die in Umfangsrichtung gepolte Betätigungselemente aufweist, die Tintentransportkanäle auslöst, die sich axial durch sie hindurch erstrecken.
Bei Tintenstrahl-Drucksystemen werden kleine Tintentröpfchen ausgestoßen, um ein Bild herzustellen. Die Vorrichtungen erzeugen gut reproduzierbare und steuerbare Tröpfchen, so dass ein Tröpfchen an einer Position aufgedruckt werden kann, die durch digital gespeicherte Bilddaten definiert wird. Die meisten derzeit handelsüblichen Tintenstrahl-Drucksysteme lassen sich im Allgemeinen entweder als Tintenstrahl-Drucksysteme mit "kontinuierlichem Strahl",(continuous jet), bei denen Tröpfchen kontinuierlich aus dem Drucker ausgestoßen werden und je nach dem zu erzeugenden Bild entweder auf das Papier oder von ihm weg gerichtet werden, oder als Tintenstrahl-Drucksysteme mit "Tröpfchen bei Bedarf" (drop-on-demand) klassifizieren, bei denen Tröpfchen von dem Tintenkopf in Reaktion auf einen speziellen Befehl ausgestoßen werden, der sich auf das zu erzeugende Bild bezieht.
Bei Tintenstrahl-Drucksystemen mit Tröpfchen bei Bedarf werden vorübergehende Drücke in dem Fluid durch das Anlegen eines Spannungsimpulses an ein piezoelektrisches Material induziert, das direkt oder indirekt mit dem Fluid verbunden ist. Diese vorübergehenden Drücke bewirken Druck-Geschwindigkeits-Übergangszustände in dem Fluid, und diese sind so gerichtet, dass ein Tröpfchen erzeugt wird, das über eine Düse austritt. In jüngster Zeit hat sich das Interesse auf die piezoelektrischen Tintenstrahl-Druckköpfe mit Tröpfchen bei Bedarf gerichtet, die in den Tintentransportkanälen Tröpfchenausstoß-Druckimpulse erzeugen, wie dies beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4,536,097 von Nilsson, 4,879,568 von Bartky et al., 4,887,100 von Michaelis et al. sowie 5,016,028 von Temple zu sehen ist. Bartky et al., Michaells et al. und Temple offenbaren des Weiteren Schermodus-Seitenwandbetätigungselemente, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Polungsrichtung senkrecht zu der Breitenrichtung der Seite verläuft.
In den US-Patenten Nr. 5,227,813 sowie 5,235,352 (beide von Pies et al.) wurden sowohl I-Feld- als auch U-Feld-Tintenstrahl-Druckköpfe mit Tröpfchen bei Bedarf offenbart. Der I-Feld-Tintenstrahl-Druckkopf enthält einen unteren Körperabschnitt, der aus einem inaktiven Material besteht, eine Vielzahl von Zwischenabschnitten, die aus einem aktiven piezoelektrischen Material bestehen, sowie einen oberen Körperabschnitt, der aus einem inaktiven Material besteht. Der untere Körperabschnitt enthielt des Weiteren eine Oberseite und eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler, beabstandeter Vorsprünge, die vertikal davon vorstanden. Unterseiten einer Vielzahl von Zwischenabschnitten waren leitend an Oberseiten der Vorsprünge des unteren Körpers angebracht, und der obere Körperabschnitt war leitend an Oberseiten der Vielzahl von Zwischenabschnitten angebracht. Auf diese Weise entstand ein Tintenstrahl-Druckkopf, bei dem der untere Körperabschnitt, die Vielzahl von Zwischenabschnitten und der obere Körperabschnitt eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler, längs verlaufender Tintenausstoßkanäle bildeten. Bei diesem Tintenstrahl-Druckkopf bildeten die Zwischenabschnitte des Weiteren erste und zweite Betätigungselemente für jeden der Kanäle. Da sich das elektrische Feld, das an jedes der ersten und der zweiten Betätigungselemente angelegt wurde, um diese durchzubiegen, zwischen der Ober- und der Unterseite erstreckt, wird der genannte Druckkopf im Allgemeinen als I-Feld-Druckkopf bezeichnet.
Bis auf den Einsatz eines unteren Körperabschnitts, der aus einem aktiven piezoelektrischen Material besteht, ist der U-Feld-Tintenstrahl-Druckkopf genauso aufgebaut wie dies für den I-Feld-Tintenstrahl-Druckkopf beschrieben ist. Dieser Unterschied führt jedoch zu erheblichen funktionellen Vorteilen des U-Feld-Tintenstrahl-Druckkopfes. Hier bilden nicht die Zwischenabschnitte lediglich erste und zweite Betätigungselemente für jeden der Kanäle, sondern bei dem U-Tintenstrahl-Druckkopf bilden die Zwischenabschnitte erste und zweite Betätigungselemente, während die Vorsprünge und der Teil des unteren Körperabschnitts zwischen den Vorsprüngen ein drittes Betätigungselement für jeden der Kanäle bilden. Da sich das elektrische Feld, das das Durchbiegen des dritten Betätigungselementes bewirkt, zwischen der Verbindung des unteren mit den Zwischenabschnitten auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Kanals erstreckt, wird dieser Druckkopf im Allgemeinen als U-Feld-Druckkopf bezeichnet.
In der US-Patent-Anmeldung Serien-Nr. 07/859,671 (WO 93/19940) wurde ein UU-Feld (bzw. Doppel-U-Feld)-Tintenstrahl-Druckkopf mit Tröpfchen bei Bedarf offenbart. Der Doppel-U-Feld-Tintenstrahl-Druckkopf enthielt einen unteren und einen oberen Körperabschnitt, die aus einem aktiven piezoelektrischen Material bestanden. Der untere Körperabschnitt enthielt des Weiteren eine Oberseite und eine Vielzahl im Allgemeinen parallel beabstandeter Vorsprünge, die vertikal davon vorstanden, und der obere Körperabschnitt enthält eine Unterseite sowie eine Vielzahl von im Allgemeinen parallelen beabstandeten Vorsprüngen, die vertikal davon vorstehen. Oberseiten der Vorsprünge des unteren Körpers wurden dann leitend an Unterseiten der Vorsprünge des oberen Körpers angebracht, so dass eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler längs verlaufender Kanäle entstand, aus denen Tinte ausgestoßen werden kann. Auf diese Weise entsteht ein Tintenstrahl-Druckkopf, bei dem die Vorsprünge des unteren Körpers und der Teil des unteren Körperabschnitts zwischen den Vorsprüngen des unteren Körpers ein erstes Betätigungselement bilden und die Vorsprünge des oberen Körpers sowie der Teil des oberen Körperabschnitts zwischen den Vorsprüngen des oberen Körpers ein zweites Betätigungselement für jeden der Kanäle bilden. Da sich beide elektrischen Felder, die das Durchbiegen des ersten und des zweiten Betätigungselementes bewirken, zwischen der Verbindung der unteren mit den oberen Abschnitten an einander gegenüberliegenden Seiten eines Kanals erstrecken, wird dieser Druckkopf im Allgemeinen als ein Doppel-U-Feld-Druckkopf bezeichnet.
Bei all diesen Druckkopfkonstruktionen werden Profile aus piezoelektrischem Material eingesetzt, an denen zu Polungszwecken Elektroden ausgebildet sind, und die dann in einer Querrichtung in Bezug auf die Kanalrichtung gepolt werden. Die Polelektroden werden dann entfernt, und das piezoelektrische Material wird zur Scherungsschwingungs-Betätigung wieder mit Elektroden versehen. So offenbart beispielsweise die US-Patent-Anmeldung Serien-Nr. 08/149,717 (jetzt US-Patent 5 433 809) ein Verfahren zum Herstellen eines U-Feld-Tintenstrahl-Druckkopfes, bei dem die Seitenflächen eines ungepolten Trägerteils und ein ungepoltes dünnes Teil aus piezoelektrischem Material mit Elektroden versehen werden und eine Spannung daran angelegt wird, um den Träger und die dünnen Teile zu polen. Nach dem Polen werden diese Elektroden abgezogen, und eine erste sowie eine zweite Schicht aus leitendem Material werden auf die Oberseite des Trägerteils bzw. die Unterseite des dünnen Teils aufgetragen, um Scherungsschwingungsanregung zu ermöglichen. Die erste und die zweite Schicht aus leitendem Material werden leitend aneinander und an einer Reihe von Seitenwänden angebracht, die hergestellt werden, indem parallele Nuten, die sich durch das dünne Teil und einen Teil des Trägerteils hindurch erstrecken, beispielsweise mit einem Sägeverfahren ausgebildet werden.
Ein Nachteil eines derartigen Herstellungsverfahrens besteht darin, dass der Sägevorgang, der zum Ausbilden paralleler Nuten in dem gepolten piezoelektrischen Material eingesetzt wird, eine Tendenz zur Beschädigung der Polfelder, die in dem Träger- und dem dünnen Teil vorhanden sind, an die Sägeflächen angrenzend aufweist. Die Oberflächenschicht wird ein zunehmend größerer Teil der Wandbreite, wenn die Auflösung des Druckkopfes zunimmt. Im Unterschied dazu wird durch das Polen nach dem Abschluss des Sägeschritts die Beeinträchtigung des Polfeldes aufgrund des Sägens vermieden. Ein weiterer Nachteil eines derartigen Herstellungsverfahrens besteht darin, dass sich das Verfahren lediglich zum Herstellen eines Tintenstrahl-Druckkopfes mit einer relativ geringen Breitenabmessung eignet und nicht ohne weiteres bei der Herstellung von Strukturen mit Seitenbreite verwendet werden kann.
Das heißt, das erwähnte Träger- und das dünne Teil wurden in der Breitenrichtung, d. h. in der Richtung im Allgemeinen parallel zur Breite der Seite, gepolt. Normalerweise ist eine Spannungsdifferenz in der Größenordnung von 30 bis 75 V pro mil, d. h. pro 111000 von 1 Inch, erforderlich, um piezoelektrisches Material ordnungsgemäß zu polen. Dementsprechend ist zum Polen eines 1 Inch breiten Teils eine Spannungsdifferenz im Bereich zwischen 30000 und 75000 V erforderlich. Diese Anforderung an die Polspannung hat dazu geführt, dass die herstellbare Breite eines Tintenstrahl-Druckkopfkörpers auf 2 Inch beschränkt bleibt, da ein erheblich breiterer Abschnitt des piezoelektrischen Körpers eine unakzeptabel hohe Polspannung erforderlich machen würde. So wäre beispielsweise für einen 8,5 Inch (bzw. eine "Seite") breiten piezoelektrischen Druckkopf eine Polspannung im Bereich zwischen 255000 und 637500 V erforderlich. Selbst wenn ein derartiger breiterer PZT-Körperabschnitt bei dieser außerordentlich hohen Spannung ordnungsgemäß gepolt werden könnte, würde das Material dazu neigen, bei oder nach dem Polyorgang für den PZT-Körperabschnitt zu brechen.
Diese Beschränkung der Breite des PZT-Druckkopfkörpers hat dazu geführt, dass sich keine piezoelektrischen Tintenstrahl-Druckköpfe mit voller Seitenbreite, d. h. einer Breite von 8,5 Inch, herstellen lassen. So muss ein relativ schmaler piezoelektrischer Druckkopf, der beispielsweise 1 Inch breit ist, über ein Blatt eines Druckmediums hin- und herbewegt werden, dass das Innere des Tintenstrahl-Druckers durchläuft. Obwohl dies auf vielen Gebieten akzeptabel ist, sind diese schmalen bzw. "Pendel"-Tintenstrahl-Druckköpfe im Allgemeinen durch geringere Druckgeschwindigkeiten und komplizierte mechanische Antriebssysteme gekennzeichnet. Daher werden Pendelvorrichtungen im Allgemeinen als weniger vorteilhaft angesehen als Vorrichtungen mit Seitenbreite. Es ist daher in Erwägung gezogen worden, mehrere derartiger Druckköpfe physisch aneinander anzubringen, um eine Vorrichtung mit Seitenbreite zu schaffen. Die US-Patent-Anmeldung Serien-Nr. 08/034,743, eingereicht am 19. März 1993 offenbart ein Verfahren, mit dem mehrere 2 Inch breite Blöcke aus piezoelektrischem Material im Stitch-Verfahren miteinander verbunden werden, um eine einzelne Struktur mit Seitenbreite herzustellen. Die Schwierigkeiten, die bei der Stitchverbindung von mehreren Blöcken aus piezoelektrischem Material zu einer einzelnen Struktur mit Seitenbreite auftreten, führen jedoch zu einer erheblichen Kostensteigerung bei der Herstellung einer derartigen Vorrichtung. Des Weiteren gibt es bei diesen Verfahren Bedenken hinsichtlich der Einheitlichkeit der Kanäle, die sich über die Grenze zwischen den beiden Teilen aus piezoelektrischem Material erstrecken, die durch Stitchverbindung miteinander verbunden wurden.
Die britische Patent-Anmeldung GB 2 098 134 offenbart eine Druckvorrichtung, bei der abgerundete Nuten in einem ungepolten Teil aus piezoelektrischem Material ausgebildet sind. Die Ober-, die Unter- und die Seitenflächen des mit Nuten versehenen Teils werden dann mit einer Schicht aus leitendem Material plattiert, und eine Spannung wird darüber angelegt, um das piezoelektrische Material zu polen. Wenn die Innenflächen der Nuten plattiert sind und das Polfeld zwischen der Ober- und der Unterseite derselben angelegt wird, entsteht ein radial gepoltes Teil aus piezoelektrischem Material. Ein Nachteil einer derartigen Vorrichtung besteht darin, dass beim Anlegen einer Spannung daran die Seitenwände, die benachbarte Kanäle voneinander trennen, sich so verformen, dass sich das Volumen beider benachbarter Kanäle verringert. Dadurch führt eine derartige Vorrichtung dazu, dass benachbarte Kanäle nicht nacheinander ausgelöst werden, sondern benachbarte Kanäle gleichzeitig ausgelöst werden.
Daher soll eine piezoelektrische Tintenstrahl-Druckeinheit mit einzeln zu betätigenden Tintentransportkanälen und mit Seitenbreite geschaffen werden. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen piezoelektrischen Druckeinheit aus Blöcken aus piezoelektrischem Material mit Seitenbreite geschaffen werden. Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen derartigen Druckkopf und ein dazugehörendes Herstellungsverfahren zu schaffen.
Die folgende Erfindung ist in Abgrenzung zu WO 93/19940, dessen Offenbarung oben unter Bezugnahme auf die US-Patent-Anmeldung Nr. 07/859,671 beschrieben ist, gekennzeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Tintenstrahl-Druckeinheit geschaffen, die umfasst:
zwei Körperteile, die jeweils eine Fläche mit zwei beabstandeten Vorsprüngen einschließen, die einen im Allgemeinen U-förmigen Kanal in jedem entsprechenden Körperteil bilden, wobei eine Fläche des U-förmigen Kanals eines der Körperteile durch piezoelektrisches Material gebildet wird, die Körperteile so angeordnet sind, dass Abschlussflächen der beabstandeten Vorsprünge eines Körperteils den Abschlussflächen der beabstandeten Vorsprünge des anderen Körperteils gegenüberliegen, an ihnen befestigt sind und in leitender Beziehung dazu stehen, so dass die U-förmigen Kanäle der beiden Körperteile einen länglichen Flüssigkeitseinschlusskanal bilden; und
eine Einrichtung, die eine Konturdehnungsverformung eines der Körperteile bewirkt, indem ein elektrisches Feld erzeugt wird, das sich an einer Fläche des U-förmigen Kanals dieses Körperteils entlang von der Abschlussfläche eines der beiden Vorsprünge zu der Abschlussfläche des anderen der beiden Vorsprünge dieses Körperteils erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass:
die piezoelektrische Fläche des U-förmigen Kanals des einen Körperteils am Umfang in einer Richtung gepolt ist, die sich an den beiden Vorsprüngen und dem Abschnitt des Körperteils zwischen den beiden Vorsprüngen dieses Körperteils entlang erstreckt.
Des Weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Tintenstrahl-Druckeinheit mit Seitenbreite geschaffen, die umfasst:
einen ersten und einen zweiten Körperteil, die jeweils eine Fläche einschließen, die durch eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler, beabstandeter Vorsprünge gebildet wird, die sich von einem Trägerabschnitt aus und in Längsrichtung an diesem entlang erstrecken, wobei jeder der Vorsprünge eine Abschlussfläche aufweist, die einen Teil der entsprechenden Fläche bildet, und Flächen durch piezoelektrisches Material gebildet werden;
wobei die Abschlussflächen der Vorsprünge des ersten Körperteils an den Abschlussflächen der Vorsprünge des zweiten Körperteils und in leitender Beziehung zu diesen angebracht sind, so dass eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler, längs verlaufender Tintenkanäle gebildet wird, aus denen Tinte ausgestoßen werden kann;
dadurch gekennzeichnet, dass:
das piezoelektrische Material des ersten und des zweiten Körperteils am Umfang so gepolt ist, dass sich an jedem der Körperteile ein erstes und ein zweites Polarisierungsfeld zwischen einer Abschlussfläche eines entsprechenden der Vorsprünge und Abschlussflächen benachbarter Vorsprünge auf beiden Seiten derselben in Richtungen erstrecken, die sich an dem einen Vorsprung, an jedem der benachbarten Vorsprünge und an Abschnitten des ersten Körperteils zwischen dem einen Vorsprung und jedem der benachbarten Vorsprünge jedes Körperteils entlang erstrecken.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen einer Tintenstrahl-Druckeinheit mit Seitenbreite geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst:
Ausbilden einer Vielzahl im Allgemeinen paralleler Nuten in einem ersten und einem zweiten Körperteil, die eine Vielzahl beabstandeter Vorsprünge bilden, die sich von einem Trägerabschnitt jedes Körperteils aus und in dessen Längsrichtung erstrecken, wobei die Außenfläche jedes der Vorsprünge einen Teil einer Fläche des entsprechenden Körperteils bildet und die Fläche jedes der Vorsprünge des ersten Körperteils aus piezoelektrischem Material besteht; und
Anbringen des ersten und des zweiten Körperteils aneinander, so dass die Vorsprünge derselben einander gegenüberliegen, und Verbinden von Abschlussflächen der einander gegenüberliegenden Vorsprünge miteinander und in leitender Beziehung zueinander, so dass eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler, in Längsrichtung verlaufender Tintenkanäle entsteht, aus denen Tinte ausgestoßen werden kann, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:
Verbinden abwechselnder der miteinander verbundenen Abschlussflächen der Vorsprünge mit entsprechenden positiven und negativen Polen einer Gleichstromquelle, um das piezoelektrische Material des ersten Körperteils am Umfang in Richtungen zu polen, die sich zwischen den Abschlussflächen erster und zweiter Vorsprünge des ersten Körperteils auf beiden Seiten desselben, an jedem der Vorsprünge entlang und an Abschnitten des ersten Körperteils zwischen diesen Vorsprüngen entlang erstrecken.
Entsprechend weiteren Aspekten der Erfindung sind leitende Streifen an den Flächen jedes der Vorsprünge des unteren und des oberen Körpers ausgebildet, und eine Schicht aus leitendem Klebstoff ist vorhanden, um die leitenden Streifen leitend anzubringen. Des Weiteren kann eine Steuerung mit einer Steuerleitung vorhanden sein, die elektrisch mit dem leitenden Streifen verbunden ist, der an der Oberseite jedes der Vorsprünge des unteren Körpers ausgebildet ist, und die eine positive, eine Null- oder eine negative Spannung an jeden der leitenden Streifen anlegt. Gemäß einem weiteren Aspekt derselben ist der untere Körperteil größer dimensioniert als der obere Körperteil entlang einer Längsachse desselben, so dass der leitende Streifen, der an der Oberseite jedes der unteren Körperabschnitte ausgebildet ist, an einem Abschnitt des unteren Körperteils freiliegt, so dass elektrische Verbindungsflächen für die Tintenstrahl-Druckeinheit vorhanden sind.
Unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung besser verständlich, und ihre verschiedenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann ersichtlich, wobei:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Tintenstrahl-Druckeinheit mit Seitenbreite und Tröpfchen bei Bedarf ist, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 2 eine schematisch ausgeführte Vorderansicht eines am Umfang gepolten piezoelektrischen Kanalstrukturabschnitts der Tintenstrahl-Druckeinheit mit Seitenbreite in Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine grafische Darstellung einer Spannungswellenform ist, die an einen ausgewählten Kanal der Kanalstruktur in Fig. 2 angelegt wird, um das Ausstoßen eines Tintentröpfchens daraus zu bewirken;
Fig. 4 eine erste schematisch ausgeführte Teilvorderansicht der Kanalstruktur in Fig. 1 in verkleinertem Maßstab während eines Füllabschnitts des Tropfenausstoßvorgangs ist;
Fig. 5 eine zweite schematisch ausgeführte Teilvorderansicht der Kanalstruktur in Fig. 2 in verkleinertem Maßstab während eines Strahlabschnitts des Tröpfchenausstoß-Vorgangs ist; und
Fig. 6 eine als Schnitt ausgeführte Vorderansicht einer alternativen Konstruktion der in Umfangsrichtung gepolten Kanalstruktur mit Seitenbreite in Fig. 2 ist.
In den Zeichnungen, in denen Dicken und andere Abmessungen in den verschiedenen Figuren übertrieben dargestellt sind, wenn dies für Erläuterungszwecke als erforderlich angesehen wurde, und in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Elemente in allen verschiedenen Ansichten kennzeichnen, ist in Fig. 1 eine piezoelektrische Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, zu sehen. Die Druckeinheit 2 enthält eine piezoelektrische Kanalstruktur 10 mit Seitenbreite, die aus einem unteren und einem oberen Körperteil 12 und 14 besteht, die jeweils entsprechende Ober- und Unterseiten 12a, 12b sowie 14a, 14b haben. Auf der Oberseite 12a des unteren Körperteils 12 und an der Unterseite 14b des oberen Körperteils 14 sind metallisierte leitende Flächen 32 und 34 ausgebildet, die weiter unten ausführlicher beschrieben werden. Eine Vielzahl quer verlaufender Nuten vorgegebener Breite und Tiefe sind jeweils durch den unteren Körperabschnitt und den oberen Körperabschnitt 34 hindurch ausgebildet, so dass, wenn die beiden Teile auf die hier beschriebene Weise miteinander verbunden werden, eine Vielzahl von Druckkammern bzw. Tintentransportkanälen 30 entsteht, wodurch eine Kanalstruktur 10 für die Tintenstrahl-Druckeinheit 2 gebildet wird.
Es ist jedoch anzumerken, dass, obwohl die Nuten und die Tintentransportkanäle 30 rechteckig geformt dargestellt sind, auf der Hand liegt, dass ausdrücklich vorgesehen ist, dass die Nuten und die Tintentransportkanäle 30 andere, nicht rechteckige Form haben können. Es ist z. B. vorgesehen, dass Nuten und Kanäle mit abgerundeten Konturen sich für die hier vorgesehenen Einsatzgebiete eignen.
Bevor der untere und der obere Körperteil 12 und 14 miteinander verbunden werden, wird ein Verteiler (nicht dargestellt), der mit den Kanälen 30 in Verbindung steht, in der Nähe des hinteren Abschnitts des Tintenstrahl-Druckkopfes 10 ausgebildet. Vorzugsweise besteht der Verteiler aus einem Kanal (ebenfalls nicht sichtbar), der sich durch den oberen Körperteil 14 in einer Richtung im Allgemeinen senkrecht zu den Kanälen 30 hindurch erstreckt. Wie dies weiter unten ausführlicher beschrieben ist, steht der Verteiler mit einer externen Tintenleitung 16 in Verbindung und bildet so eine Einrichtung zur Zufuhr von Tinte zu den Kanälen aus einer Tintenquelle 18, die mit der externen Tintenleitung 16 verbunden ist.
Um den in Fig. 1 dargestellten Tintenstrahl-Druckkopf herzustellen, sind ein erster und ein zweiter im Allgemeinen rechteckiger Block, die aus einem ungepolten piezoelektrischen Material bestehen, erforderlich, um den unteren und den oberen Körperteil 12 und 14 herzustellen. Um einen derartigen Block herzustellen, wird pulverförmiges piezoelektrisches Material in die gewünschte, im Allgemeinen rechteckige Form gepreßt. Vorzugsweise sollten die Höhe und die Breite der Blöcke ähnlich bemessen sein, wobei der Block zum Herstellen des unteren Körperteils 12 eine größere Längsabmessung haben sollte. Das piezoelektrische Material wird, wenn es in die gewünschte Form gepreßt worden ist, gebrannt, und die Oberflächen desselben werden dann mit herkömmlichen Schleifverfahren geglättet, so dass die gewünschten, im Allgemeinen rechteckigen Blöcke aus ungepoltem piezoelektrischen Material entstehen. Vorzugsweise wird eine der verschiedenen Blei-Zirkonat-Titanat (bzw. "PZT")-Verbindungen für das piezoelektrische Material verwendet, das ausgewählt wird, um die Blöcke aus ungepoltem piezoelektrischem Material herzustellen. Es versteht sich jedoch, dass andere, vergleichbare piezoelektrische Materialien verwendet werden könnten, um die hierin offenbarte Tintenstrahl-Druckeinheit herzustellen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Nachdem der untere und der obere Körperteil 12 und 14 ausgebildet worden sind, werden die Oberseite 12a eines unteren Körperteils 12 und die Unterseite 14b des oberen Körperteils 14 metallisiert, um entsprechende metallisierte leitende Flächen 32, 34 herzustellen. Bei der bevorzugten Ausführung wird der Metallisierungsprozess durchgeführt, indem eine Schicht aus einer Nichrom-Gold-Legierung auf jede der Flächen 12a und 14b aufgetragen wird. Es versteht sich jedoch, dass der beschriebene Vorgang des Auftragens nur eine Art und Weise darstellt, auf die eine Schicht aus leitendem Material auf die Flächen 12a, 14b aufgetragen werden kann, und dass viele andere leitende Materialien und/oder Verfahren für den diesbezüglichen Einsatz geeignet wären.
Dann beginnt ein spanendes Bearbeitungsverfahren, um die genannte Reihe von Nuten in dem oberen und dem unteren Körperteil 12 und 14 auszubilden. Beginnend an der metallisierten leitenden Fläche 32, die auf die Oberseite 12a des unteren Körperteils 12 aufgetragen ist, und der metallisierten leitenden Fläche 34, die auf die Unterseite 14b des oberen Körperteils 14 aufgetragen ist, werden entsprechende Reihen axial verlaufender im Wesentlichen paralleler Nuten hergestellt, die sich über die gesamte Länge des unteren bzw. oberen Körperteils 12 und 14 in einer Richtung im Allgemeinen senkrecht zu den jeweiligen Vorderseiten 12c, 14c des unteren und des oberen Körperteils 12 und 14 erstrecken. Die Nuten sollten sich nach unten durch die metallisierten leitenden Flächen 32, 34 hindurch und teilweise durch den unteren und den oberen Körperteil 12 bzw. 14 hindurch erstrecken und so ausgebildet sein, dass die Nuten des unteren und des oberen Körperteils 12, 14 beim Zusammenfügen aufeinander ausgerichtet werden können.
Anschließend wird eine Schicht 37 aus leitendem Klebstoff, wie beispielsweise einem Epoxidharz oder einem anderen geeigneten leitenden Klebstoff, auf die verbleibenden Abschnitte der metallisierten leitenden Fläche 32 des unteren Körperteils 12 aufgetragen, und die verbleibenden Abschnitte der metallisierten leitenden Fläche 32 werden leitend an den verbleibenden Abschnitten der metallisierten leitenden Fläche 34 des oberen Körperteils 14 angebracht. Normalerweise wird die Schicht 57 aus leitendem Klebstoff sehr dünn gehalten, am wahrscheinlichsten so, dass die Dicke in der Größenordnung von 5,08 bis 12,70 mm (zwei Zehntel bis einhalb eines mil) liegt, und sie wird auf die verbleibenden Abschnitte der metallisierten leitenden Fläche 32 so aufgetragen, dass eine Reihe streifenförmiger Abschnitte aus leitendem Klebstoff entsteht. Die in dem unteren und dem oberen Körperteil 12 und 14 ausgebildeten Nuten können dann mit einer dünnen Schicht 63 aus einem dielektrischen Material beschichtet werden und anschließend zusammengefügt und miteinander verbunden werden, und zwar beispielsweise unter Einsatz einer Flip-Chip- Kontaktierungseinrichtung, wie sie beispielsweise von Research Devices hergestellt wird. Als Altemative dazu kann die leitende Verbindung zwischen den verbleibenden Abschnitten der metallisierten leitenden Fläche 32 des unteren Körperteils 12 und der metallisierten leitenden Fläche 34 des oberen Körperteils 14 hergestellt werden, indem die metallisierten leitenden Flächen 32, 34 miteinander verlötet werden, so dass ein leitender Klebstoff nicht erforderlich ist.
Es ist vorgesehen, dass gemäß einer Ausführung der Erfindung die metallisierten leitenden Flächen 32, 34 vollständig weggelassen werden können, wobei zufriedenstellende Funktion der Tintenstrahl-Druckeinheit mit Seitenbreite aufrecht erhalten wird, solange die Fläche 14b des oberen Körperteils 14 und die Fläche 12a des unteren Körperteils 12 leitend aneinander angebracht werden und ohne weiteres eine Spannung an die Schicht 37 aus leitendem Klebstoff, die sich dazwischen befindet, angelegt werden kann. So ist gemäß einer Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass eine einzelne Schicht 37 aus leitendem Klebstoff auf die verbleibenden Abschnitte der Oberseite 12a des unteren Körperteils 12 aufgetragen wird, um die Flächen 12a und 14b miteinander zu verbinden. Es ist jedoch anzumerken, dass der Einsatz von Lot nicht möglich ist, wenn die metallisierten leitenden Flächen 12, 14 weggelassen werden.
Gemäß einem alternativen Aspekt können die Nuten des unteren und des oberen Körperteils 12, 14 gleichzeitig ausgebildet werden, um sie besser aufeinander ausrichten zu können. Das heißt, ein einzelner Block aus ungepoltem piezoelektrischen Material mit den gleichen Höhen- und Breitenabmessungen, der jedoch eine Längenabmessung aufweist, die im Allgemeinen der Gesamtlänge des unteren und des oberen Körperteils 12, 14 entspricht, wird hergestellt, und eine Schicht aus leitendem Material wird auf eine Oberseite desselben beispielsweise mit dem erwähnten Metallauftragverfahren aufgetragen. Eine Reihe axial verlaufender im Wesentlichen paralleler Nuten, die sich über die gesamte Länge des ungepolten Blocks aus piezoelektrischem Material in einer Richtung im Allgemeinen senkrecht zu einer Vorderseite derselben erstrecken, wird ausgebildet. Die Nuten sollten sich durch die metallisierten leitenden Flächen hindurch nach unten und teilweise durch den ungepolten Block aus piezoelektrischem Material hindurch erstrecken. Der Block aus ungepoltem piezoelektrischen Material wird dann in den unteren und den oberen Körperteil 12 und 14 geteilt, die jeweils die gewünschte Länge haben, indem der einzelne Block in zwei. Teile geschnitten wird. Der untere und der obere Körperteil 12 und 14 können dann auf die oben beschriebene Weise aneinander angebracht werden.
Indem eine Reihe im Allgemeinen paralleler Nuten in dem unteren und dem oberen Körperteil 12 und 14 ausgebildet werden, wird eine Vielzahl unterer und oberer Seitenwandteile 50 und 52 hergestellt. Des Weiteren verbleibt, da sich die Nuten durch die Schichten aus leitenden Materialien 32, 34, die an der Oberseite 12a des unteren Körperteils 12 bzw. der Unterseite 14b des oberen Körperteils 14 ausgebildet sind, hindurch erstrecken, ein Streifen 54 aus leitendem Material auf der Oberseite jedes der unteren Seitenwandteile 50, und ein Streifen 56 aus leitendem Material verbleibt an der Unterseite jedes der oberen Seitenwandteile 52. Schließlich liegt, da der untere Körperteil 12 länger ist als der obere Körperteil 14, wenn die beiden aneinander angebracht sind, ein Abschnitt 58 der leitenden Streifen, die an der Oberseite jedes der unteren Seitenwandteile 50 ausgebildet sind, frei. Diese Verlängerung des unteren Körperteils 12, an der Abschnitte 58 der leitenden Streifen 54 frei liegen, die im Allgemeinen als "Anbau" (back porch) 20 der piezoelektrischen Druckeinheit 2 mit Seitenbreite bezeichnet wird, bildet eine leicht zugängliche Position zur elektrischen Verbindung der leitenden Streifen mit einer Spannungsquelle.
Wenn der untere und der obere Körperteil 12 und 14 entsprechend einem der hier offenbarten geeigneten Verfahren aneinander angebracht werden, entsteht eine Reihe von Kanälen 30, die die Kanalstruktur 10 für die vorliegende Erfindung einer piezoelektrischen Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite bilden. Jeder Kanal 30 wird durch eine erste Seitenwand 49, die aus einem ersten unteren Seitenwandteil 50 und einem ersten oberen Seitenwandteil 52 besteht, eine zweite Seitenwand 49, die aus einem zweiten unteren Seitenwandteil 50 und einem zweiten oberen Seitenwandteil 52 besteht, sowie Teile des unteren und des oberen Körperteils 12 und 14 begrenzt, die die erste und die zweite Seitenwand 49, 50 voneinander trennen. Es ist anzumerken, dass der Einfachheit der Darstellung halber die Kanalstruktur 10 mit Seitenbreite so dargestellt ist, als ob sie aus den Kanälen 30-1 bis 30-7 besteht. Es ist jedoch vorgesehen, dass 300 oder mehr Kanäle für jeden Inch ausgebildet sein können, über den sich die Kanalstruktur 10 mit Seitenbreite in der Breitenrichtung erstreckt. Dementsprechend ist vorgesehen, dass eine Kanalstruktur mit Seitenbreite, die gemäß den hier offenbarten Verfahren hergestellt wird, 2550 oder mehr Kanäle 30 enthalten kann.
Die Kanalstruktur 10 mit Seitenbreite bleibt ungepolt und kann daher durch das Anlegen einer Spannungsdifferenz nicht verformt werden, um Tintentröpfchen aus einem oder mehreren Kanälen auszustoßen. Dementsprechend sollte, wenn der untere und der obere Körperteil 12 und 14 aneinander angebracht worden sind, die Kanalstruktur 10 mit Seitenbreite gepolt werden. Um die Kanalstruktur 10 am Umfang zu polen, werden abwechselnde der Streifen 50 gemeinsam mit einem positiven und einem negativen Anschluss 48a und 48b einer Gleichstromquelle 48, wie beispielsweise einer Batterie verbunden. So können beispielsweise von der sichtbaren Seite der Kanalstruktur 10 ausgehend die Abschnitte 48 der ungeradzahligen leitenden Streifen 50 gemeinsam mit dem negativen Anschluss 48b der Gleichspannungsquelle 48 verbunden werden, während die Abschnitte 58 der geradzahligen leitenden Streifen 50 gemeinsam mit dem positiven Anschluss 48a der Gleichspannungsquelle 48 verbunden werden. Die Gleichspannungsquelle 48 wird dann auf einen ausreichend hohen Spannungspegel gebracht und über einen Zeitraum auf diesem Pegel gehalten, der ausreicht, um Umfangspolung der Kanalstruktur 10 mit Seitenbreite zu bewirken. So ist beispielsweise vorgesehen, dass ein geeigneter Spannungspegel zum Anlegen an die Kanalstruktur 10 mit Seitenbreite 1000 V beträgt. Diese Spannung stellt einen Vorteil im Vergleich zu den 255000 bis 637500 V dar, die erforderlich sind, um ein ähnliches Teil aus piezoelektrischem Material mit Seitenbreite in einer Richtung entsprechend den Lehren des Standes der Technik zu polen. So wurde eine gleichartige Polarisation eines Teils aus piezoelektrischem Material mit Seitenbreite unter Einsatz einer erheblich niedrigeren Spannung erzielt. Des Weiteren werden innere Spannungen, die beim Polyorgang erzeugt werden, auf die Nähe der Kanäle beschränkt und nehmen in Richtung des Inneren des Teils ab. Dadurch ist das unerwünschte Brüchigwerden des piezoelektrischen Materials, das durch das Polen von Teilen mit Seitenbreite gemäß den Lehren des Standes der Technik verursacht wird, vermieden worden. Nachdem der untere und der obere Körperteil 12 und 14 in Umfangsrichtung gepolt wurden, werden die Abschnitte 58 der leitenden Streifen 50 von der Spannungsquelle 48 getrennt und einzeln an eine Steuerleitung einer Steuerung 60 angeschlossen, die so aufgebaut ist, dass sie wahlweise eine positive, eine Ruhe- oder eine negative Spannung von beispielsweise +1, 0 oder -1 V an jede Steuerleitung anlegt.
In Fig. 1 und 2 sind die Polarisationsfelder 22, 24, die erzeugt werden, indem eine Spannungsdifferenz von 1000 V zwischen den Seitenwänden 49 an einander gegenüberliegenden Seiten jedes Kanals 30-1 bis 30-7 angelegt wird, zu sehen. Das heißt, für jeden Kanal 30 erstreckt sich das Polarisationsfeld 22 von dem Streifen 37 aus leitendem Klebstoff, der sich zwischen dem oberen und dem unteren Seitenwandteil 50 und 52 einer ersten Seitenwand 49 befindet, durch den oberen Seitenwandteil 52 der ersten Seitenwand 49, einen Abschnitt des oberen Körperteils 14, der die erste und die zweite Seitenwand 49 trennt, die einen Kanal 30 bilden, den oberen Seitenwandteil 52 einer zweiten Seitenwand 49 zu dem Streifen 37 aus leitendem Klebstoff, der sich zwischen dem unteren und dem oberen Seitenwandteil 50 und 52 der zweiten Seitenwand 49 befindet. Desgleichen erstreckt sich das Polarisationsfeld 24 von dem Streifen 37 aus leitendem Klebstoff, der sich zwischen dem unteren und dem oberen Seitenwandteil 50 und 52 der ersten Seitenwand 49 befindet, durch den unteren Seitenwandteil 50 der ersten Seitenwand 49, einen Abschnitt des unteren Körperteils 12, der die erste und die zweite Seitenwand 49 trennt, die einen Kanal 30 bilden, den unteren Seitenwandteil 50 einer zweiten Seitenwand 49 zu dem Streifen 37 aus leitendem Klebstoff, der sich zwischen dem unteren und dem oberen Seitenwandteil 50 und 52 der zweiten Seitenwand 49 befindet. Die Richtung der Polarisationsfelder 22, 24 erstreckt sich von dem Streifen 37 aus leitendem Klebstoff, der auf einer positiven Spannung gehalten wird, zu dem Streifen 37 aus leitendem Klebstoff, der auf einer negativen Spannung gehalten wird.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, sind abwechselnde der Polarisationsfelder 22 des oberen Körperteils 14 spiegelsymmetrisch zueinander und sind daher durch sehr ähnliche Verformungen in Reaktion auf das Anlegen eines elektrischen Feldes daran gekennzeichnet. Abwechselnde der Polarisationsfelder 24 des unteren Körperteils 12 sind ebenfalls spiegelsymmetrisch. Schließlich liegen die Polarisationsfelder 22 und 24, die sich durch die Abschnitte des oberen und des unteren Körperteils 14, 12 hindurch erstrecken, die einen einzelnen Kanal 30 bilden, in der gleichen Richtung. So können durch wahlweises Anlegen einer Spannungsdifferenz einer vorgegebenen Größe zwischen den leitenden Streifen 37 der ersten und der zweiten Seitenwände 49, die die Kanäle 30 bilden, alle Kanäle 30 auf gleiche Weise angesteuert werden, so dass sie mit einer gewünschten Geschwindigkeit ein Tintentröpfchen mit einem gewünschten Volumen ausstoßen können. Asymmetrische Polarisationsfelder 26 werden in den Abschnitten des unteren und des oberen Körperteils 12 und 14 erzeugt, die die Abschlusskanäle 30-1 und 30-7 der Kanalstruktur 30 mit Seitenbreite bilden. Dadurch unterscheiden sich die Eigenschaften eines Tröpfchens, das aus ihnen ausgestoßen wird, von Tröpfchen, die aus Kanälen 30 ausgestoßen werden, die durch symmetrisch in Umfangsrichtung polarisierte Abschnitte des unteren und des oberen Körperteils gebildet werden. Dementsprechend wird empfohlen, dass wenigstens einer und möglicherweise zwei Kanäle 30 an jedem Ende der Kanalstruktur 10 nach dem Polen inaktiv bleiben, d. h. nicht an die Steuerung 60 angeschlossen werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 2 wird im Folgenden eine Kanalstruktur 10 mit Seitenbreite, die aus einer Vielzahl von Kanälen 30-1, 30-2, 30-3, 30-4, 30-5, 30-6 sowie 30-7 besteht, die sich jeweils axial durch die Tintenstrahl-Druckeinheit 2 hindurch erstrecken und mit einem ersten und einem zweiten U-förmigen Betätigungselement betätigt werden können, ausführlicher beschrieben. Wie hier zu sehen ist, bilden die in dem unteren und dem oberen Körperteil 12, 14 ausgebildeten Nuten eine Reihe von Vorsprüngen des unteren Körpers 50-1, 50-2, 50-3, 50-4, 50-5, 50-6, 50-7 sowie 50-8 und Vorsprünge des oberen Körpers 52-1, 52-2, 52-3, 52-4, 52-5, 52-6, 52-7 und 52-8, die dann über einen streifenförmigen Abschnitt 37-1, 37-2, 37-3, 37-4, 37-5, 37-6, 37-7 und 37-8 der Schicht 37 aus leitendem Material miteinander verbunden werden, um die Kanäle der Kanalstruktur herzustellen. So wird beispielsweise der Kanal 30-3 durch eine erste Seitenwand gebildet, die durch die Kombination aus dem Vorsprung 50-2, dem streifenförmigen Abschnitt 37-2 und dem Vorsprung 52-2, einem Abschnitt des oberen Körperteils 14 gebildet wird, sowie durch eine zweite Seitenwand, die durch die Kombination aus dem Vorsprung 50-3, dem streifenförmigen Abschnitt 37-3 sowie dem Vorsprung 52-3 und einem Abschnitt des unteren Körperteils 12 gebildet wird.
Da die Kanäle durch eine parallele Kanalstruktur auf die hier beschriebene Weise gebildet werden, entsteht ein Tintenstrahl-Druckkopf, bei dem jeder Kanal durch ein Paar im Allgemeinen U-förmiger Betätigungselemente betätigt werden kann, wobei das erste U-Feld- Betätigungselement durch den Abschnitt des unteren Körperteils 12 gebildet wird, der den Kanal begrenzt, und das zweite U-förmige Betätigungselement durch den Abschnitt des oberen Körperteils 14 gebildet wird, der den gleichen Kanal bildet. So kann der Kanal 30-3 beispielsweise mit einem ersten im Allgemeinen U-förmigen Betätigungselement 70 und einem zweiten im Allgemeinen U-förmigen Betätigungselement 80 betätigt werden.
Wie unter vorübergehender erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, enthält die piezoelektrische Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite des Weiteren eine Vorderwand 40 mit einer Vorderseite 42, einer Rückseite 44 und einer Vielzahl konischer Öffnungen 46, die sich durch diese hindurch erstrecken. Die Rückseite 44 der Vorderwand 40 ist auf den oberen und den unteren Körperabschnitt 12, 14 ausgerichtet, an sie angefügt und mit ihnen verbunden, und zwar so, dass jede Öffnung 46 in Verbindung mit einem entsprechenden der Vielzahl von Kanälen 30 in Verbindung steht, die durch die Verbindung des oberen und des unteren Körperabschnitts 12, 14 gebildet werden, so dass Tintenausstoßdüsen für die Kanäle gebildet werden. Vorzugsweise sollte jede Öffnung so angeordnet sein, dass sie sich in der Mitte des Endes des entsprechenden Kanals 30 befindet. Es versteht sich jedoch, dass die Enden jedes der Kanäle 30 auch als Öffnungen zum Ausstoßen von Tintentröpfchen beim Druckprogramm dienen könnten, ohne dass die Vorderwand 40 und die Öffnung 46 vorhanden sein müssten.
Die Kanäle werden von einer Steuerung 60, wie beispielsweise einem Mikroprozessor oder einer anderen integrierten Schaltung betätigt, die verschiedenen der Seitenwände 49 ein Spannungssignal über eine entsprechende Steuerleitung 66 zuführt, die in Fig. 1 unterbrochen dargestellt ist. Jede Steuerleitung 66 ist mit einer der Seitenwände 49 verbunden, so dass ein gewünschtes Spannungsmuster, das weiter unten ausführlicher beschrieben wird, den ersten und den zweiten Seitenwänden 49 aller Kanäle 30 der Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite zugeführt werden kann, um wahlweise ein Tintentröpfchen aus diesen auszustoßen. Die Steuerung 60 betätigt die Tintenstrahl-Druckeinheit mit Seitenbreite, kurz gesagt, indem sie eine Reihe positiver und/oder negativer Spannungen zu ausgewählten der Abschnitte 58 der leitenden Streifen 50 überträgt. Die den leitenden Streifen 50 zugeführte Spannung wiederum bewirkt, dass sich das erste und das zweite U-förmige Betätigungselement 78 und 80, die die sich axial erstreckenden Wände eines Kanals 30 bilden, in einer bestimmten Richtung verformen, so dass ein Tintentröpfchen unter Druck daraus ausgestoßen wird.
So kann, indem wahlweise ausgewählte Spannungen an die leitenden Streifen 50 angelegt werden, die das erste und das zweite U-förmige Betätigungselement 78 und 80 eines Kanals 30 trennen, der Kanal wahlweise "ausgelöst" (fired) werden, d. h. Tinte ausstoßen, und zwar in einer bestimmten Struktur, so dass ein gewünschtes Bild entsteht. Schließlich ist anzumerken, dass, obwohl bei der Ausführung der Erfindung, die hier offenbart wird, die Steuerung 60 als an einer entfernten Position angeordnet dargestellt ist, vorgesehen ist, dass bei verschiedenen alternativen Ausführungen die Steuerung 60 an einer hinteren Verlängerung des unteren Körperteils 12 oder an der Oberseite bzw. der Seite der vollständig zusammengesetzten piezoelektrischen Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite angebracht sein kann.
Schließlich versperrt, da die Nuten, die im unteren und im oberen Körperteil 12 und 14 ausgebildet sind, sich über die gesamte Länge erstrecken, ein Teil 76, das aus einem Verbundmaterial besteht, einen hinteren Endabschnitt der Kanäle 30, die durch das Zusammenfügen des unteren und des oberen Körperteils 12 und 14 gebildet werden, so dass sich den Kanälen 30 zugeführte Tinte bei Betätigung eines ausgewählten Kanals 30 in der Vorwärtsrichtung ausbreitet, wo sie aus der Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite über die Öffnung 46 austritt, die mit dem ausgewählten Kanal 30 in Verbindung steht.
Um die Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite zu aktivieren, indem wahlweise einer oder mehrere der Kanäle 30-2 bis 30-6 ausgelöst wird, spricht die Steuerung 60 auf ein Eingangs-Bildsignal an, das für ein Bild steht, das gedruckt werden soll, und legt Spannungen vorgegebener Größe und Polarität an bestimmte der leitenden Streifen 50-2 bis 50-7 an, so dass elektrische Felder erzeugt werden, die die Seitenwände dieser Kanäle 30-2 bis 30-7 biegen, die ausgelöst werden müssen, um das gewünschte Bild zu erzeugen.
im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 3-5 das Auslösen eines einzelnen Kanals 30, so beispielsweise des Kanals 30-5 der Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite ausführlicher beschrieben.
Vor dem Auslösen wird der Kanal 30-5 wie alle der Kanäle 30-1 bis 30-7 mit Tinte gefüllt, die aus dem Tintenvorrat 18 über ein Tintenzuführsystem empfangen wird, das die äußere Tintenleitung 16 m, die innere Tintenleitung (nicht dargestellt) und den Tintenverteiler (ebenfalls nicht dargestellt) enthält, die mit den hinteren Endabschnitten der Kanäle 30 verbunden sind. Durch wahlweises Anlegen von Spannung von der Steuerung 60 gesteuert und auf die im Folgenden ausführlicher beschriebene Weise unterliegen die Abschnitte des unteren und des oberen Körperteils 12 und 14, die die Kanäle 30 bilden, die zur Aktivierung ausgewählt wurden, jeweils ersten, erweiternden Konturdehnungsdehnungsverformungen, durch die das Volumen der ausgewählten Kanäle 30 vergrößert wird, und zusätzliche Tinte aus dem Tintenzuführsystem in die Kanäle 30 gesaugt wird. Die Abschnitte des unteren und des oberen Körperteils 12, die die Kanäle 30 bilden, die zur Betätigung ausgewählt wurden, unterliegen dann entsprechenden zweiten, verengenden Konturdehnungsverformungen, durch die das Volumen der ausgewählten Kanäle 30 verringert wird und so ein Tintentröpfchen unter Druck nach außen über die Öffnung 46 ausgestoßen wird, die zu den ausgewählten Kanälen 30 gehört.
Fig. 3 zeigt eine Spannungs-Wellenform 61, die an den leitenden Streifen 32 angelegt wird, der an der Oberseite des unteren Seitenwandteils 50 einer ersten Seitenwand 49 ausgebildet ist, die teilweise einen Kanal 30 bildet, der zur Betätigung ausgewählt wurde. Gleichzeitig wird, obwohl nicht dargestellt, eine Spannungswellenform gleicher Dauer, jedoch mit entgegengesetztem Betrag an den leitenden Streifen 32 angelegt, der an der Oberseite des unteren Seitenwandteils einer zweiten Seitenwand 49 für den ausgewählten Kanal 30 ausgebildet ist. Wenn beispielsweise der Kanal 30-5 zur Aktivierung ausgewählt wird, wird die Spannungs-Wellenform 61, die in der Fig. 3 dargestellt ist, an den leitenden Streifen 32-5 angelegt, während die umgekehrte Spannungs-Wellenform an den leitenden Streifen 32-6 angelegt wird.
Die Spannungs-Wellenform 61 enthält einen ersten und einen zweiten Abschnitt 61a, 61b, die das Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus dem ausgewählten Kanal 30 der Tintenstrahl-Druckeinheit 2 mit Seitenbreite bewirken. Aus einem Ruhezustand 63, in dem eine Ruhezustandsspannung an den leitenden Streifen 32-5 angelegt wird und das Betätigungselement in einer Ruheposition verbleibt, beginnt die Spannungs-Wellenform 63 einen ersten schnellen Anstieg 65 zum Zeitpunkt T&sub1; auf eine erste bzw. Spitzenspannung, die an den leitenden Streifen 32-5 angelegt wird. Gleichzeitig dazu erfährt die an den leitenden Streifen 32-6 angelegte Spannung einen schnellen Abfall mit dem gleichen Betrag gegenüber der Ruhespannung. Die Spannungs-Wellenform 63 geht in einen ersten Verweilzustand 67 über, der von Zeit T&sub1; bis Zeit T&sub2; dauert. Auf diese Weise wird eine Spannungsdifferenz zwischen den leitenden Streifen 32-5 und 32-6 erzeugt. Da der untere und der obere Körperteil 12 und 14 in Umfangsrichtung gepolt sind, erstrecken sich die elektrischen Felder 82 und 84, die durch das Anlegen einer Spannungsdifferenz zwischen den leitenden Streifen 32-5 und 32-6 erzeugt werden, in den Polrichtungen 24 bzw. 22, so dass sie erweiternde Konturdehnungsverformungen des ersten U-förmigen Betätigungselementabschnitts des unteren Körperteils 12 und des zweiten U-förmigen Betätigungselementabschnitts des oberen Körperteils 14 bewirken, durch die das Volumen des Kanals 30- 5 zunimmt. Während des ersten Verweilzustandes 57 wird die Spannung konstant auf dem ersten Wert gehalten, um das erweiterte Volumen des Kanals 30-5 beizubehalten, wodurch ein Füllzyklus ausgelöst wird, bei dem Tinte aus dem Tintenzuführsystem in den Kanal 30-5 gesaugt wird.
Dann beginnt die Spannungs-Wellenform 61 zur Zeit T&sub2; einen schnellen Abfall 69, bei dem die Spannung unter die Ruhespannung abfällt (so dass der erste Abschnitt 61a beendet wird und der zweite Abschnitt 61b der Spannungs-Wellenform 61 beginnt), auf einen zweiten, niedrigeren Wert. Während des Abfalls 69 fällt die an den leitenden Streifen 32-5 angelegte Spannung auf den zweiten Wert (während die an den leitenden Streifen 32-6 angelegte Spannung auf den ersten Wert ansteigt). Da sich die elektrischen Felder 82' und 84', die durch das Anlegen einer Spannungsdifferenz zwischen den leitenden Streifen 32-5 und 32-6 bewirkt werden, nach wie vor in den Polrichtungen 24 bzw. 22 erstrecken, unterliegen der erste und der zweite U-förmige Betätigungselementabschnitt 78 und 80 wiederum Konturdehnungsverformung. Da jedoch die Richtung der elektrischen Felder 82' und 84' nunmehr umgekehrt wird, kommt es zu einer verengenden Konturdehnungsverformung der U-förmigen Betätigungselementabschnitte 78 und 80, durch die sich das Volumen des Kanals 30-5 verringert und ein Tintentröpfchen aus selbigem ausgestoßen wird.
Wenn sie den zweiten, niedrigeren Wert erreicht hat, geht die Spannungs-Wellenform 61 in einen zweiten Verweilzustand 71 über, der sich von Zeit 12 bis zu Zeit T&sub3; erstreckt. In diesem Zustand wird die Spannung konstant auf dem zweiten Wert gehalten, um die Verengung des Kanals 30-5 aufrechtzuerhalten. Da die Kanäle beim Strahlzyklus von einem erweiterten Volumen ausgehend über das Ruhevolumen zu einem verengten Volumen verengt werden müssen, ist vorgesehen, dass der Strahlzyklus, der sich von Zeit T&sub2; bis zu Zeit T&sub3; erstreckt, länger sein kann als der Füllzyklus, der sich von Zeit T&sub1; bis zu Zeit 12 erstreckt.
Zu Zeit T&sub3; beginnt die Spannungs-Wellenform 61 einen zweiten schnellen Anstieg 73, durch den die Spannungs-Wellenform 61 in den Ruhezustand 63 zurückkehrt, so dass der zweite Abschnitt 61b der Spannungs-Wellenform 61 endet und der Kanal zu seinem ursprünglichen Volumen zurückkehrt. Nach der Rückkehr in den Ruhezustand verbleibt die Spannungs-Wellenform 61 in diesem Zustand, bis das Ausstoßen eines nächsten Tintentröpfchens ausgelöst wird.
Es ist anzumerken, dass durch das Anlegen der erwähnten Spannungen mit positiver und negativer Polarität an die leitenden Streifen 32-5 und 32-6 elektrische Felder 94, 96, die bewirken, dass sich der Kanal 30-4 ausdehnt, zwischen den leitenden Streifen 32-5 und 32-4 erzeugt werden, und elektrische Felder 98, 100, die bewirken, dass sich der Kanal 30-6 verengt, zwischen den leitenden Streifen 30-7 und 30-6 erzeugt werden. Da jedoch die leitenden Streifen 32-4 und 32-7 auf der Ruhespannung gehalten werden, sind die Ausdehnung und die Verengung des Kanals 30-4 bzw. 30-6 erheblich geringer als die des Kanals 30-5. Des Weiteren ist ausdrücklich vorgesehen, dass die positiven und negativen Spannungsspitzen so ausgewählt werden, dass die Spannungsdifferenz zwischen der Spitzenspannung und der Ruhespannung einen Druckimpuls erzeugt, der nicht ausreicht, um die Oberflächenspannung des Meniskus der Tinte an der Öffnung 46 zu überwinden, so dass das Ausstoßen von Tinte aus einem nicht betätigten Kanal vermieden wird.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 eine alternative Ausführung der Erfindung ausführlicher beschrieben. Bei dieser Ausführung der Erfindung bestehen sowohl der untere Körperteil 12' als auch der obere Körperteil 14' der Kanalstruktur 10' mit Seitenbreite aus einem nachgiebigen inaktiven Material. Nachdem der untere und der obere Körperteil 12' und 14' auf die bereits beschriebene Weise mit Nuten versehen wurden, um eine Reihe von Vorsprüngen 50', 52' des unteren und des oberen Körpers auszubilden, wird eine Schicht aus piezoelektrischem Material 90, 92 auf den oberen bzw. unteren Körperteil 12', 14' aufgetragen. Dann werden mit einer Schicht 37 aus leitendem Klebstoff die Vorsprünge 50', 52' leitend aneinander angebracht, so dass eine Reihe von Kanälen 30-1 bis 30-7 entsteht. Die Schichten 90, 92 aus piezoelektrischem Material werden in Umfangsrichtung gepolt und elektrisch mit der Steuerung 60 verbunden. Die Schichten 90 und 92 aus piezoelektrischem Material werden so ausgewählt, dass durch das wahlweise Anlegen eines elektrischen Feldes daran die Schichten 90 und 92 Konturdehnungsverformung unterliegen und sich ausgewählte der Kanäle 30-1 bis 30-7 ausdehnen, so dass Tinte aus dem Tintenzuführsystem angesaugt wird, und sich verengen, so dass Tintentröpfchen aus ihnen ausgestoßen werden.
Die oben stehende ausführliche Beschreibung dient lediglich der Veranschlaulichung und als Beispiel, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung lediglich durch die beigefügten Ansprüche begrenzt wird.

Claims

1. Tintenstrahl-Druckeinheit (2), die umfasst:

zwei Körperteile (12), die jeweils eine Fläche mit zwei beabstandeten Vorsprüngen einschließen, die einen im Allgemeinen U-förmigen Kanal in jedem entsprechenden Körperteil bilden, wobei eine Fläche des U-förmigen Kanals eines der Körperteile durch piezoelektrisches Material gebildet wird, die Körperteile so angeordnet sind, dass Abschlussflächen der beabstandeten Vorsprünge eines Körperteils den Abschlussflächen der beabstandeten Vorsprünge des anderen Körperteils gegenüberliegen, an ihnen befestigt sind und in leitender Beziehung dazu stehen, so dass die U-förmigen Kanäle der beiden Körperteile einen länglichen Flüssigkeitseinschlusskanal bilden; und

eine Einrichtung, die eine Konturdehnungsverformung eines der Körperteile bewirkt, indem ein elektrisches Feld erzeugt wird, das sich an einer Fläche des U- förmigen Kanals dieses Körperteils entlang von der Abschlussfläche eines der beiden Vorsprünge zu der Abschlussfläche des anderen der beiden Vorsprünge dieses Körperteils erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass:

die piezoelektrische Fläche des U-förmigen Kanals des einen Körperteils am Umfang in einer Richtung gepolt ist, die sich an den beiden Vorsprüngen und dem Abschnitt des Körperteils zwischen den beiden Vorsprüngen dieses Körperteils entlang erstreckt.

2. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) nach Anspruch 1, wobei die beabstandeten Vorsprünge eines Körperteils an den beabstandeten Vorsprüngen des anderen Körperteils durch ein dazwischen befindliches leitendes Material leitend befestigt sind.

3. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, die des Weiteren eine Einrichtung zum Erzeugen von Konturdehnungsverformung des anderen Körperteils zwischen den beiden Vorsprüngen dieses Körperteils umfasst.

4. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der andere Körperteil des Weiteren die Fläche des U-förmigen Kanals aufweist, die durch piezoelektrisches Material gebildet wird, das am Umfang in einer Richtung gepolt ist, die sich an den beiden Vorsprüngen des anderen Körperteils und an dem Abschnitt des anderen Körperteils zwischen den beiden Vorsprüngen entlang erstreckt.

5. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) nach Anspruch 4, die des Weiteren eine Einrichtung umfasst, mit der wahlweise eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Vorsprüngen des einen Körperteils und zwischen den beiden Vorsprüngen des anderen Körperteils angelegt wird.

6. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) mit Seitenbreite die umfasst:

einen ersten und einen zweiten Körperteil, die jeweils eine Fläche einschließen, die durch eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler beabstandeter Vorsprünge gebildet wird, die sich von einem Trägerabschnitt aus und in Längsrichtung an diesem entlang erstrecken, wobei jeder der Vorsprünge eine Abschlussfläche aufweist, die einen Teil der entsprechenden Fläche bildet, und Flächen durch piezoelektrisches Material gebildet werden

wobei die Abschlussflächen der Vorsprünge des ersten Körperteils an den Abschlussflächen der Vorsprünge des zweiten Körperteils und in leitender Beziehung zu diesen angebracht sind, so dass eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler, längs verlaufender Tintenkanäle gebildet wird, aus denen Tinte ausgestoßen werden kann;

dadurch gekennzeichnet, dass:

das piezoelektrische Material des ersten und des zweiten Körperteils am Umfang so gepolt ist, dass sich an jedem der Körperteile ein erstes und ein zweites Polarisierungsfeld zwischen einer Abschlussfläche eines entsprechenden der Vorsprünge und Abschlussflächen benachbarter Vorsprünge auf beiden Seiten derselben in Richtungen erstrecken, die sich an dem einen Vorsprung, an jedem der benachbarten Vorsprünge und an Abschnitten des ersten Körperteils zwischen dem einen Vorsprung und jedem der benachbarten Vorsprünge jedes Körperteils entlang erstrecken.

7. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder der Körperteile aus einem piezoelektrischen Material besteht.

8. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die bzw. jede Fläche, die durch piezoelektrisches Material gebildet wird, eine Schicht aus piezoelektrischem Material auf einem Körperteil umfasst, der nachgiebiges inaktives Material umfasst.

9. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) mit Seitenbreite nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Abschlussflächen der Vorsprünge des ersten Körperteils an den Abschlussflächen der Vorsprünge des zweiten Körperteils durch dazwischen befindliches leitendes Material befestigt sind.

10. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) mit Seitenbreite nach Anspruch 9, wobei das leitende Material leitende Streifen an den Abschlussflächen der Vorsprünge umfasst.

11. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) mit Seitenbreite nach Anspruch 9, wobei das leitende Material leitende Streifen auf den Abschlussflächen umfasst, die durch elektrisch leitenden Klebstoff aneinander befestigt sind.

12. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) mit Seitenbreite nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, die des Weiteren eine Steuerung mit Steuerleitungen umfasst, die elektrisch mit den leitenden Streifen verbunden sind wobei die Stellung so aufgebaut ist, dass sie wahlweise entweder eine positive, eine negative oder eine Nullspannung an jeden der leitenden Streifen anlegt.

13. Tintenstrahl-Druckeinheit (2) mit Seitenbreite nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei ein Bereich eines der Körperteile sich in Längsrichtung über den anderen der Körperteile hinaus erstreckt und die leitenden Streifen an den Vorsprüngen dieses Körperteils sich an dem Bereich entlang erstrecken, um elektrische Anschlüsse für die Tintenstrahl-Druckeinheit zu erzeugen.

14. Verfahren zum Herstellen einer Tintenstrahl-Druckeinheit (2) mit Seitenbreite geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst:

Ausbilden einer Vielzahl im Allgemeinen paralleler Nuten in einem ersten und einem zweiten Körperteil, die eine Vielzahl beabstandeter Vorsprünge bilden, die sich von einem Trägerabschnitt jedes Körperteils aus und in dessen Längsrichtung erstrecken, wobei die Außenfläche jedes der Vorsprünge einen Teil einer Fläche des entsprechenden Körperteils bildet und die Fläche jedes der Vorsprünge des ersten Körperteils aus piezoelektrischem Material besteht; und

Anbringen des ersten und des zweiten Körperteils aneinander, so dass die Vorsprünge derselben einander gegenüberliegen, und Verbinden von Abschlussflächen der einander gegenüberliegenden Vorsprünge miteinander und in leitender Beziehung zueinander, so dass eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler, in Längsrichtung verlaufender Tintenkanäle entsteht, aus denen Tinte ausgestoßen werden kann, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:

Verbinden abwechselnder der miteinander verbundenen Abschlussflächen der Vorsprünge mit entsprechenden positiven und negativen Polen einer Gleichstromquelle, um das piezoelektrische Material des ersten Körperteils am Umfang in Richtungen zu polen, die sich zwischen den Abschlussflächen erster und zweiter Vorsprünge des ersten Körperteils auf beiden Seiten desselben, an jedem der Vorsprünge entlang und an Abschnitten des ersten Körperteils zwischen diesen Vorsprüngen entlang erstrecken.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Außenflächen jedes der Vorsprünge des zweiten Körperteils aus piezoelektrischem Material bestehen und die Verbindung von abwechselnden der leitend verbundenen Abschlussflächen der Vorsprünge mit entsprechenden positiven und negativen Polen einer Gleichspannungsquelle des Weiteren Umfangspolung des piezoelektrischen Materials des zweiten Körperteils in Richtungen bewirkt, die sich zwischen einer Abschlussfläche eines entsprechenden Vorsprungs des zweiten Körperteils und Abschlussflächen eines ersten und eines zweiten Vorsprungs des zweiten Körperteils auf beiden Seiten desselben an jedem der Vorsprünge und an Abschnitten des zweiten Körperteils zwischen diesen Vorsprüngen entlang erstrecken.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei die leitenden Streifen an den einander gegenüberliegenden Flächen der Vorsprünge ausgebildet sind und die leitenden Streifen miteinander verbunden sind.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Fläche aus piezoelektrischem Material an einem Körperteil ausgebildet ist, der nachgiebiges aktives Material umfasst.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei sowohl der erste als auch der zweite Körperteil aus piezoelektrischem Material besteht.