DE3248087A1

DE3248087A1 - Fluessigkeitsstrahlkopf

Info

Publication number: DE3248087A1
Application number: DE19823248087
Authority: DE
Inventors: Masami Machida Tokyo Ikeda; Hiroto Yokohama Kanagawa Matsuda; Hiroshi Machida Tokyo Sugitani
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-12-29
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1983-07-07
Also published as: DE3248087C2; US4905017A; GB2115748B; GB2115748A; FR2518901B1; US4611219A; HK8591A; FR2518901A1

Description

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WRUPE - IHELLWIANN - ORASVtS-. - ^- .Öipl.-Chem. G. Bühling

ο ■ ' Oipl.-Ing. R, Kinne

. „ . , ., . _τ. . , Dipl.-Ing. R Grupe

Canon Kabushiki Kaisha Dipl.-Ing. B. Pellmann

Tokyo, Japan Dipl.-Ing. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 202403

8000 Wlünchen 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

24. Dezerber 1982 Flüssiqkeitsstrahlkopf DE 2690

Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkeitsstrahlköpfe, genauer gesagt solche Flüssigkeitsstrahlköpfe_s die für die Erzeugung von Tröpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit (Tinte) in Tintenstrahlauf zeichnungssy st einen geeignet sind.

Das Tintenstrahlaufzeichnungssystem ist eine Aufzeichnungsmethode, bei der eine als "Tinte" bezeichnete Äufzeichnungsflüssigkeit durch feine Düsen ausgestoßen wird, wobei die Flüssigkeit auf verschiedene Weise in Tröpfchen umgewandelt wird (beispielsweise durch elektrostatische Anziehung, Nutzbarmachung der Schwingung von piezoelektrischen Elementen usw.) und wobei man die Tröpfchen an einem Aufzeichnungspapier o.a. haften läßt. Die in diesem System verwendeten Flüssigkeitsstrahlköpfe sind normalerweise mit feinen Strahldüsen (Öffnungen), Flüssigkeitskanälen und Energieerzeugungseinrichtungen zum Abstrahlen der Flüssigkeit, beispielsweise piezoelektrischen Elementen oder Heizelementen, versehen, die in den einzelnen Flüssigkeitskanälen angeordnet sind und die Tröpfchenbildungsenergie erzeugen, die auf die Flüssigkeit ausgeübt wird. Ähnlich wie bei anderen Aufzeichnungssystemen wurden auch bei Tintenstrahlauf Zeichnungssystemen Untersuchungen durchgeführt, um zusätzlich zu einer monochromatischen Aufzeichnung Farbaufzeichnungen mit mehreren oder sämtlichen Farben zu ermöglichen. Die Flüssigkeitsstrahlköpfe für derartige Farbaufzeichnungen müssen jeweils eine Vielzahl von getrennten Flüssigkeitskanälen und Öffnungen für

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jede flüssige Farbe besitzen, damit verschiedenfarbige Tinten getrennt eingeführt und ausgestoßen werden können. Diesen Anforderungen gerecht zu werden, war jedoch bislang mit großen Schwierigkeiten verbunden. Der Innenaufbau der einzelnen Köpfe wurde extrem kompliziert, so daß es Schwierigkeiten bereitete, zuverlässige Köpfe zu erhalten. Die relativ groß ausgebildeten Köpfe waren insbesondere kaum anwendbar für sogenannte Reihenaufzeichnungen, bei denen Aufzeichnungen mit sich bewegenden Köpfen durchgeführt wurden. Um eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung zu erzielen, müssen Mehrfarben-Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe darüber hinaus jeweils mehrere Öffnungen, Flüssigkeitskanäle und Energieerzeugungseinrichtungen (Flüssigkeitsstrahldruckerzeugungseinrichtungen) besitzen, die alle in einer sehr viel höheren Dichte angeordnet sind. Die Aufzeichnungsköpfe des Standes der Technik, die mit einer derartigen Vielzahl von Teilen versehen sind, die in einer hohen Dichte angeordnet sind, weisen eine Reihe von Nachteilen auf, beispielsweise ein unzureichendes Wiederauffüllvermögen der Tinte in die Köpfe, Unfähigkeit zur Durchführung einer Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit und Unvermögen in bezug auf das Erzielen eines hohen Ansprechvermögens auf Signale.

Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt ist in der Verdichtung der Flüssigkeitspunkte auf dem Aufzeichnungspapier zu sehen, um auf diese Weise die Qualität der bedruckten Bögen zu verbessern (kontinuierliche Punkte werden qualitätsmäßig bevorzugt). Nach dem Stand der Technik war es jedoch aufgrund der Beschränkungen in bezug auf das Herstellungsverfahren äußerst schwierig, Aufzeichnungsköpfe zu erhalten, die zu Tintenpunkten mit einer derart hohen Dichte führen.

■' - 5 -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik,zu vermeiden und einen Flüssigkeitsstrahlaufzeicnnungskopf mit einer geringen Größe zur Verfügung zu stellen, der kompakt ausgebildete Mehrfachöffnungen aufweist.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines Plüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, der für die Praxis besonders gut geeignet ist und sowohl ein Aufzeichnungsvermögen mit hoher Geschwindigkeit als auch ein solches mit hoher Dichte besitzt.

Ferner soll ein dünner, kompakter Flüssigkeitsstrahlauf zei chnungskopf geschaffen werden, der in der Lage ist, in stetiger Weise Tintenpunkte mit hoher Dichte zur Verfügung zu stellen.

Schließlich bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopfes, der für Mehrfarben- oder Vollfarben-Aufzeichnungen geeignet ist.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Flüssigkeitsstrahlauf zei chnungskopf umfaßt eine Vielzahl von druck- erzeugenden Elementen für den Flüssigkeitsstrahl und eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrahlöffnungen, die durch einen Flüssigkeitskanal getrennt den druckerzeugenden Elementen gegenüberliegen« Der Aufzeichnungskopf ist dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kanal in mindestens zwei Gruppen aufgeteilt ist und das benachbarte Elemente der druckerzeugenden Elemente getrennt voneinander mit entsprechenden isolierten Flüssigkeitskanälen in Verbindung stehen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei können sämtliche gezeigten und beschriebenen Teile von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es zeigen:

Figur 1 eine auseinandergezogene perspektivische

Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine perspektivische Außenansicht der in

Figur 1 gezeigten Ausführungsform;

Figur 3 eine perspektivische Außenansicht einer

anderen Ausführungsform der Erfindung; 15

Figur 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 5 eine Draufsicht auf den Hauptabschnitt

einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

die Figuren

6 bis 8 auseinandergezogene perspektivische Ansichten von weiteren Ausführungsformen der Erfindung;

Figur 9A eine perspektivische Außenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

die Figuren

9B und 9C Schnitte entlang der Linie X-X' in Figur 9A;

Figur 1OA eine perspektivische Außenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, die eine ^JJ langgezogene Form besitzt; und

die Figuren

1OB und 1OC Schnitte entlang der Linie Y-Y' in figur 1OA.

Es wird nunmehr auf die Zeichnung bezug genommen,, in der die Erfindung im Detail beschrieben ist»

Wie man Figur 1 entnehmen kann ^ die eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahlkopfes zeigt, wird eine gewünschte Anzahl (in Figur 1 acht) von druckerzeugenden Elementen 2 für den Flüssigkeitsstrahl, wie beispielsweise Heizelementen oder piezoelektrischen Eleraenten₉ zuerst auf einer Basisplatte 1 angeordnet, die aus einem geeigneten Material besteht„ beispielsweise aus Glas„ Keramik,, Kunststoff, SiIiZiUm₁, Metallen o.a. Wenn es sich bei den Elementen 2 um Heizelemente handelt, wird der Strahldruck erzeugt,, indem die dem Heizelement benachbarte Flüssigkeit erhitzt wird. Wenn die Elemente 2 piezoelektrische Elemente sind, wird der Druck durch mechanische Schwingungen erzeugt. Diese Elemente 2 sind jeweils an eine Elektrode zum Anlegen eines Eingangssignals angeschlossen, die nicht gezeigt ist. Hierzu kann eine Mehrschichtverdrahtung Anwendung finden, bei der beispielsweise mittels Photolithographie oder Vakuumabscheidung gearbeitet wird« Die Basisplatte 1 ist mit zwei Perforationen 3-1 und 3-2 versehen, an die Leitungen 4-1 und 4-2 angeschlossen sind. In diesem Fall steht die Leitung 4-1 mit der nachstehend beschriebenen ersten Flüssigkeitskammer in Verbindung.

Eine Platte 5, die auf die Oberfläche (die die Elemente 2 aufweist) der Basisplatte 1 gelegt ist, weist (1) eine Perforation 7 auf, die mit der Leitung 4-2 in Verbindung steht, (2) eine Öffnung 6 als 'erste Flüssigkeitskammer, die über einen begrenzten Raum mit der Leitung 4-1 in Verbindung steht und mit be-

grenzten Abschnitten auf das jeweils übernächste Element 2 weist, und (3) Perforationen 8-1, die getrennt davon auf die anderen Elemente (2) weisen. Eine andere Platte 11, die auf die Oberfläche der Platte 5 gelegt wird, besitzt (1) eine Perforation 10, die mit der Perforation 7 in Verbindung steht, (2) Perforationen 8-2, die getrennt voneinander mit den einzelnen Perforationen 8-1 in Verbindung stehen und (3) Perforationen 9-1, die getrennt voneinander mit den vorstehend erwähnten Räumen der Öffnung (6) in Verbindung stehen, welche getrennt voneinander auf die übernächsten Elemente 2 weisen. Die Perforationen 8-2 und 9-1 sind daher zueinander ausgerichtet, so daß sie den Elementen 2 in deren Reihenanordnung entsprechen.

Eine Platte 12, die auf die Oberfläche der Platte 11 gelegt wird, weist eine Öffnung 13 als zweite Flüssigkeitskammer auf, die eine ähnliche Form besitzt wie die Öffnung 6, jedoch über Perforationen 7 und 10 mit den Perforationen 8-2 und der Leitung 4-2 in Verbindung steht, sowie Perforationen 9-2, die getrennt voneinander mit den einzelnen Perforationen 9-1 in Verbindung stehen. Eine Platte 14, bei der es sich um die Deckplatte handelt, die auf die Oberfläche der Platte 12 gelegt wird, besitzt Perforationen 8-3 und 9~3 als Flüssigkeitsstrahlöffnungen, die zueinander ausgerichtet sind, so daß sie in ihrer Reihenanordnung den Elementen 2 entsprechen.

Die Basisplatte 1und die Platten 5, 11, 12 und 14 werden aufeinandergelegt, miteinander ausgerichtet, um die Perforationen und Öffnungen zu positionieren, und mit einem Kleber, Schrauben o.a. zu einem einzigen Körper miteinander verbunden. Die Platten 5» 11» 12 und 14 können aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, beispielsweise aus Silizium, Glas, Keramik, Kunststoff und Metallen (die wünschenswerterweise in bezug auf die Flüssigkeit antikorrosiv sein sollten).

Die Herstellung der Perforationen und Öffnungen kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Bohren, Gießen, Stanzen, Ätzen. Ferner kann ein Verfahren Verwendung finden, bei dem ein Photoresist belichtet und entwickelt wird, wonach die den Perforationen und Öffnungen entsprechenden Abschnitte durch Auflösung entfernt werden. Für die Basisplatte 1 sind Materialien mit hoher Schlagzähigkeit geeignet, wenn piezoelektrische Elemente als Elemente 2 Ver— wendung finden. Wenn Heizelemente als Elemente 2 benutzt werden, sind Materialien mit guter Wärmebeständigkeit und guter Wärmeabfuhr geeignet. Für die Platten 5₉ 11, 12 und 14 können auch etwas elastische Materialien Verwendung finden, und die Querschnitte der Perforationen dieser Platten müssen nicht unbedingt kreisförmig sein, wie in Figur 1 gezeigt, sondern können beispielsweise eine rechteckförmige oder elliptische Gestalt aufweisen.

Da der auf diese Weise ausgebildete und in Figur 1 gezeigte Strahlkopf zwei isolierte Flüssigkeitskammern und zwei isolierte Gruppen von Flüssigkeitsbahnen besitztj, kann eine Mehrfarbenaufzeichnung, beispielsweise eine dichromatische Tintenstrahlaufzeichnung, ohne weiteres durchgeführt werden, indem man den Kopf betätigt, während unterschiedliche Farbtinten separat zugeführt werden.

In Figur 2, die eine perspektivische Ansicht des Kopfes der Figur 1 nach dessen Endmontage zeigt, besitzen die gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 die gleiche, vorstehend erläuterte Bedeutung.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines anderen fertigen Flüssigkeitsstrahlkopfes, der zwei parallel angeordnete Köpfe aufweist, die nahezu den gleichen Aufbau besitzen wie der Kopf der Figur 1,

d.h. zwei Reihen von Flüssigkeitsstrahlöffnungen aufweisen. In Figur 3 besitzen die gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 die gleiche, vorstehend erläuterte Bedeutung. Mit 20-1 und 20-2 sind Leitungen für die Flüssigkeit bezeichnet, während mit 21-3 und 22-3 Flüssigkeitsstrahlöffnungen gekennzeichnet sind. Da der in Figur 3 dargestellte Kopf vier isolierte Flüssigkeitskammern und vier isolierte Gruppen von Flüssigkeitskanälen aufweist, ist er vorzugsweise für eine Mehrfarben- oder Vollfarbenaufzeichnung geeignet, indem separat Tinten mit unterschiedlichen Farben (gelb, blau, rot und schwarz) dem Kopf zugeführt werden. Es ist ebenfalls möglich, obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, den Kopf der Figur 1 so zu modifizieren, daß er drei oder mehr isolierte Flüssigkeitskamraern in Dickenrichtung des Kopfes aufweist (dadurch steigt die Anzahl der Platten geringfügig an).

Der vorstehend beschriebene Flüssigkeitsstrahlkopf weist die folgenden Vorteile auf:

1. Da eine Vielzahl von isolierten Flüssigkeitskammern (und von isolierten Gruppen von Flüssig- keitskanälen) mit hoher Dichte in dem Kopf integriert ist,, kann eine Mehrfarben- oder Vollfarben-Tintenstrahlabscheidung ohne weiteres durchgeführt werden, indem jede Tinte mit spezieller Farbe in jede isolierte Flüssigkeitskammer (und isolierte Gruppe von Flüssigkeitskanälen) des Kopfes eingeführt wird.

2. Da eine Vielzahl von Flüssigkeitskammern (und von Flüssigkeitskanälen) in Dickenrichtung des Kopfes integriert ist, kann der Flüssigkeitsstrahlkopf dünn und kompakt gehalten werden.

3· Deshalb ist der Flüssigkeitsstrahlkopf für ein Reihenaufzeichnungssystem ohne weiteres geeignet.

Figur 4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Flüssigkeitsstrahlkopfes. Wie man Figur 4 entnehmen kann, ist eine gewünschte Anzahl (in Figur 4 acht) von druckerzeugenden Elementen 402 für einen Flüssigkeitsstrahl, wie beispielsweise Heizelementen oder piezoelektrischen Elementen, auf einer Basisplatte 401 angeordnet, die aus einem geeignetem Material besteht, beispielsweise aus Glas, Keramik, Kunststoff, Silizium, Metallen o.a.. Wenn es sich bei den Elemten 402 um Heizelemente handelt, wird der Flüssigkeitsstrahldruck durch Erhitzen der in der Nachbarschaft dieser Elemente befindlichen Flüssigkeit erzielt. Wenn die Elemente 402 piezoelektrische Elemente sind, findet die Druckerzeugung durch mechanische Schwingungen oder Verschiebungen statt. Diese Elemente 402 sind an eine Elektrode zum Anlegen eines Eingangssignales angeschlossen, die nicht gezeigt ist. Zur Herstellung dieser Elemente und Elektroden kann ein Mehrschichtverdrahtungsverfahren unter Verwendung einer Vakuumabscheidung u.ä_t Anwendung finden.

Die Basisplatte 401 ist mit einer Perforation 403 versehen, in die eine Leitung 404 eingesetzt ist. Eine Platte 405, die auf die Oberfläche der Basisplatte 401 gesetzt wird, weist ein offenes Fenster mit der in Figur 4 gezeigten Form auf» Die Platte 405 kann durch Aushärten eines Harzes, das in dieser Form auf die Basisplatte gedruckt und danach ausgehärtet wird, hergestellt werden, ferner durch maschinelles Fräsen^ Gießen oder Ausstanzen einer Platte aus Silizium, Glas, Keranik, Kunststoff oder Metall» Schließlich kann es sich hierbei um eine ausgehärtete Platte handeln, die aus der Belichtung und Entwicklung eines photoempfindlichen Harzes (Photoresist) und der nachfolgenden

Auflösung der dem offenen Fenster entsprechenden Abschnitte resultiert. Nachdem die auf diese Weise hergestellte Platte 405 auf die Basisplatte 401 gesetzt worden ist, wird sie mittels eines Klebers, mit Hilfe von Schrauben o.a. dicht auf der Basisplatte 401 befestigt.

Auf diese Weise werden zwei Hauptflüssigkeitskanäle 406-1 und 406-2 und ihre entsprechenden Zweigkanäle 407-1 und 407-2 auf der Basisplatte 401 geformt.

Die Zweigkanäle sind alle durch die Zähne des kammähnlichen Teiles der Platte 405, die sich abwechselnd in die entgegengesetzten Richtungen erstrecken, vonein ander getrennt. Die innersten Teile der Zweigkanäle weisen jeweils auf die druckerzeugenden Elemente 402. Die auf diese Weise hergestellten alternierenden parallelen Zweigkanäle können eine größere Breite aufweisen als Kanäle, die alle parallel zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind.

Eine Platte 408, die als Öffnungsplatte bezeichnet wird und auf der Oberfläche der Platte 405 liegt, ist mit Flüssigkeitsstrahlöffnungen 409 versehen, die so ausgerichtet sind, däß sie mit den einzelnen Elementen 402 übereinstimmen. Diese Platte 408 kann in der gleichen Weise und aus dem gleichen Material hergestellt werden wie die Platte 405.

Die Platten 405 und 408 werden aufeinander gelegt, zueinander ausgerichtet, so daß die Öffnungen 409 korrekt auf die Elemente 402 weisen, und mit einem Kleber, mit Hilfe von Schrauben o.a. sicher aneinander befestigt. Die Platten 405 und 408 können auch vorher zu einem einzigen Körper geformt werden. 35

Bei den für die Basisplatte 401 und für die Platten 405 und 408 verwendeten Materialien handelt es sich vorzugsweise um solche, die gegenüber der verwendeten Tinte extrem korrosionsfest sind. Wenn ein Material mit einer schlechten Korrosionswiderstandsfähigkeit verwendet werden soll, so ist es zweckmäßig, dieses Material vor seiner Verwendung einer Korrosionsschutzbehandlung zu unterziehen.

Die Anzahl der Elemente 402, der Zweigkanäle 407-1 und 407*^2 und der Flüssigkeitsstrahlöffnungen 409 ist durch die Erfindung keinen Beschränkungen ausgesetzt, obwohl in Figur 4 acht von diesen Elementen gezeigt sind. Auch die Anzahl der in der Basisplatte 401 befestigten Tintenleitungen ist nicht auf eine begrenzt, sondern kann auch größer sein. Durch Modifikation der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, die Hauptkanäle 406-1 und 406-2 an einer Stelle miteinander zu verbinden, die abstromseitig von der Perforation 403 liegt.

Der in Figur 4 dargestellte Flüssigkeitsstrahlkopf arbeitet nnoli Ki nfUhrmif/ fl«i^l TinU« durch (W η Leilung 404 und Auffüllung der Hauptkanäle 406-1 und 406-2 sowie aller Zweigkanäle 407-1 und 407-2 bei Betätigung von gewünschten Elementen 402 derart, daß die Tinte durch diejenigen Öffnungen 409 ausgestoßen wird, die den entsprechenden betätigten Elementen 402 zugeordnet sind. Es ist in diesem Fall möglich, alle Elemente 402 gleichzeitig oder hintereinander zu betätigen. Auch kann ein ausgewählter Teil der Elemente 402 einzeln betätigt werden.

Eine geänderte Ausführungsform des in Figur 4 gezeigten Kopfes, wobei sich die Änderung insbesondere auf die Form der Tintenbahnen bezieht, ist in Figur § dargestellt. Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf diese

BAD ORiGlNAL

Ausführungsform, wobei die Öffnungsplatte entfernt worden ist. In Figur 5 sind mit 521 eine Basisplatte und mit 522 druckerzeugende Elemente für Tiηtenstrahlen dargestellt, die alle den in Figur 4 gezeigten entsprechen. Die Teile 525, 523 und 526-1 und 526-2 entsprechen der Platte 405, der Perforation 403 und den Hauptkanälen 406-1 und 406-2 der Figur 4. Bei der vorliegenden Ausführungsform stehen Zweigkanäle 527-1, 527-2, 527-3 und 527-4, die breiter sind als die in Figur 4 gezeigten, jeweils mit zwei alternierenden (übernächsten) Elementen 522 in Verbindung, wie in Figur 5 gezeigt. Durch eine derartige Anordnung der Zweigkanäle wird die Wirksamkeit beim Wiederauffüllen der Tinte weiter verbessert, da der Widerstand in bezug auf die Tintenströmung durch die Zweigkanäle im Vergleich mit der Ausführungsform der Figur 4 reduziert wird.

In den Figuren 6 bis 8 sind andere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

Wenn bei diesen Darstellungen die letzte Ziffer und die mit Bindestrich versehene Ziffer der Bezugsziffern mit denen der Figur 4 übereinstimmen, bezeichnen die Bezugsziffern gleiche Teile, so daß deren Bedeutung nicht mehr erläutert wird.

Da bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform der Flüssigkeitskanal aus einem Hauptkanal 636-1 und Zweigkanälen 637-1 und aus einem Hauptkanal 636-2 und Zweigkanälen 637-2 besteht, die voneinander isoliert sind, kann eine dichromatische Tintenstrahlaufzeichnung sofort durchgeführt werden, indem auf separatem Wege zwei Tinten mit unterschiedlicher Farbe durch die Flüssigkeitsleitungen 634-1 und 634-2 eingeführt werden.

In Figur 8 ist eine abgeänderte Ausführungsform des in Figur 6 gezeigten Kopfes dargestellt, die insofern etwas abgeändert is-t, als daß Flüssigkeitsstrahlöffnungen abwechselnd auf zwei eng benachbarten Linien angeordnet sind. Mit dem in Figur 8 gezeigten Kopf kann daher eine dichromatische Tintenstrhalaufzeichnung wie mit dem Kopf der Figur 6 in einfacher Weise durchgeführt werden. Die Ausführungsformen der Figuren 6 und 8 können derart modifiziert werden, daß sie drei oder mehr isolierte Flüssigkeitskanäle (nicht gezeigt) aufweisen, mit denen drei- oder mehrfarbige Tintenstrahlaufzeichnungen unter Verwendung von drei oder mehr Tinten mit unterschiedlichen Farben durchgeführt werden können.

Figur 7 zeigt eine geänderte Ausführungsform des in Figur 4 gezeigten Kopfes, die dahingehend etwas abgeändert ist, daß die Tintenstrahlöffnungen abwechselnd auf zwei eng benachbarten Linien angeordnet sind. Bei den Ausführungsformen der Figuren 7 und 8 kann daher die Kopflänge in Richtung der Flucht der Tintenstrahlöffnungen in ausreichender Weise reduziert werden« Die Ausführungsform der Figur 7 kann darüber hinaus in ähnlicher Weise wie die Ausführungsform der Figur 4 modifiziert werden (nicht gezeigt).

Wie in Verbindung mit den Figuren 4 bis 8 erläutert wurde, sind die erfindungsgemäßen Köpfe, die die Form von dünnen Platten aufweisen, mit verzweigten Flüssigkeitskanälen versehen, deren Breite mindestens auf das Doppelte der Breite von Flüssigkeitszweigkanälen erhöht werden kann, die alle parallel zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind.

Diese erhöten Breiten von Flüssigkeitszweigkanälen setzen der Tintenströmung einen stark reduzierten

Widerstand entgegen, ermöglichen eine Herabsetzung der zum Wiederauffüllen der Tinte nach Abgabe eines Tintenstrahles benötigten Zeit und machen daher eine Strahlung mit hoher Frequenz möglich. Da die Flüssigkeitszweigkanäle darüber hinaus in zwei Richtungen (Gruppen) unterteilt sind, ist es möglich, die Dichte der zueinander gefluchteten Zweigkanäle zu reduzieren. Es können daher Flüssigkeitskanäle mit reduziertem Strömungswiderstand mit einer niedrigeren Dichte angeordnet werden als dies bei den Flüssigkeitsstrahlöffnungen der Fall ist.

Mit den vorstehend beschriebenen Strahlköpfen, die mit hoher Frequenz arbeiten, ist daher eine Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit möglich. Aufgrund der Ausrichtung der Öffnungen auf diesen Köpfen mit hoher Dichte ist ferner eine Aufzeichnung mit hoher Dichte möglich. Darüber hinaus können diese Köpfe dünn und kompakt ausgebildet sein. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß eine dichromatische oder Mehrfarben-r Tintenstrahlaufzeichnung in einfacher Weise mit einem einzigen Kopf durchgeführt werden kann, indem Flüssigkeitszweigkanäle in zwei oder mehrere isolierte Gruppen aufgeteilt werden und jede dieser isolierten Gruppen als eine isolierte Flüssigkeitskammer wirkt.

Es folgt nunmehr eine Beschreibung der Figuren 9A, 9B und 9C, in denen andere Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind.
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Figur 9A ist eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsformen von außen, während die Figuren 9B und 9C Schnitte entlang der Linie X-X¹ in Figur 9A zeigen.

Mit 901 ist eine Basisplatte bezeichnet, die aus einem Material wie Glas, Keramik, Kunststoff,

Silizium, Metall o.a. besteht« Eine gewünschte Anzahl (in Figur 9B eins und in Figur 9C zwei) von druckerzeugenden Elementen 902 für Flüssigkeitsstrahlen, beispielsweise Heizelementen oder piezoelektrischen Elemente, ist auf der Oberfläche des Basisplatte 901 angeordnet. Wenn es sich bei den Elementen 902 um Heizelemente handelt, wird der Strahldruck durch Erhitzen der in der Nachbarschaft dieser Elemente befindlichen Flüssigkeit erreicht. Wenn die Elemente 902 piezoelektrische Elemente sind, erfolgt dies durch mechanische Schwingungen oder Verschiebungen. Diese Elemente sind jeweils an eine Elektrode zum Anlegen eines Eingangssignales angeschlossen, die nicht gezeigt ist. Zum Anschluß kann die gegenwärtig in der Halbleiterindustrie häufig verwendete Mehrschi chtverdrahtungstechnik Anwendung finden, bei der durch Photolithographie auf leitenden Filmen aus Al, Au o.a., die zusammen mit elektrisch isolierenden Filmen aus SiOp, ^sio^N4 oder Polyimid abwechselnd laminiert sind, gewünschte Muster ausgebildet werden.

Bei der Platte 903 handelt es sich um einen Abstandshalter, der aus ähnlichem Material besteht wie die Basisplatte 901 und einen inneren offenen Raum besitzt, der als Flüssigkeitskammer 904 dient» Durch eine Flüssigkeitsleitung 905? die in einer nicht gezeigten Perforation, die die Basisplatte 901 durchdringt, befestigt ist, kann Tinte in die Flüssigkeitskammer 904 eingeführt werden. Die Leitung 905 kann auch in einen Abschnitt des Abstandshalters 903 eingepaßt sein. Die Anzahl von derartigen Leitungen ist nicht auf die in Figur 9A gezeigte begrenzt« Eine Platte 906, die aus ähnlichem Material besteht wie die Basisplatte 901, ist mit Flüssigkeitsstrahl-Öffnungen 907a und 907b versehen, die so eng nebeneinander angeordnet sind, wie dies die Mikrofabrika-

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tionstechnik ermöglicht. Die Anzahl dieser Öffnungen ist ebenfalls nicht auf die in Figur 9A gezeigte begrenzt; pro Flüssigkeitskammer 904 können ebenfalls drei oder mehr, d.h. drei bis fünf,Öffnungen in dichter Anordnung vorgesehen sein.

Darüber hinaus können die Elemente 902 so modifiziert werden, daß sie getrennt den einzelnen Flüssigkeitsstrahlöffnungen zugeordnet sind, wie dies in Figur 9C gezeigt ist. Mit anderen Worten, die gleiche Anzahl von Elementen 902 wie die der Öffnungen kann in der Flüssigkeitskammer 904 angeordnet sein.

Wenn Aufzeichnungspapier (nicht gezeigt) von dem auf diese Weise ausgebildeten Flüssigkeitsstrahlkopf in einer Richtung nahezu senkrecht zur Linie X-X* überstrichen wird, wobei die mit den Öffnungen versehene Fläche des Kopfes gegenüberliegend angeordnet und eng am Papier gehalten wird, werden bei Betätigung der Elemente 902 Tintentröpfchen durch die Öffnungen 907a und 907b abgestrahlt, so daß sich auf dem Aufzeichnungspapier Tintenpunkte in dem gleichem Abstand bilden, der zwischen den Öffnungen 907a und 907b vorhanden ist. Mit anderen Worten, die Entfernung zwischen den Tintenpunkten aufgrund der Öffnungen 907a und 907b entspricht der Entfernung zwischen den Öffnungen 907a und 907b. Die Öffnungen sind so eng benachbart angeordnet, daß sich die beiden Tintenpunkte überlappen. Dies führt dazu, daß man auf den bedruckten Bögen kontinuierliche Linien wahrnimmt, und zwar insbesondere in Längsrichtung, was bei den Tintenstrahlköpfen des Standes der Technik nicht der Fall war.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in Figur 1OA dargestellt, die eine perspektivische Außenansicht dieser Ausführungsformen zeigt. Die Figuren 10B und

1OC stellen Schnitte entlang der Linie Y-Y' in Figur 1OA dar.

Mit -10.11 ist eine Basisplatte bezeichnet, die der Basisplatte 901 der Figur 9A entspricht. Die Teile 1012 entsprechen den druckerzeugenden Elementen 902; 1013 dem Abstandshalter 903; 1014a, 1014b, 1014c und 1014d alle der Flüssigkeitskammer 904; 1015 der Leitung 905; 1016 der Platte 906; und 1017a, 1017b ... und 1017h alle den Flüssigkeitsstrahlöffnungen der Figur 9·

Wie bei dem Kopf der Figur 9A sind die Flüssigkeitsstrahlöffnungen 1017a,, 1017b . ■.. und 1017h linear angeordnet, wie in Figur 1OA gezeigt, oder in Zickzackform angeordnet, so eng wie möglich benachbart, wie dies die Mikrofabrikationstechnik erlaubt. Die Anzahl dieser Öffnungen ist nicht auf die in Figur 1OA gezeigte begrenzt} für eine Flüssigkeitskammer können auch drei oder mehr, d.h. 3 - 5> Öffnungen in dichter Weise angeordnet sein.

Ähnlich wie bei der in der Figur 9C dargestellten Ausführungsform kann das Element T012 so modifiziert werden, daß es getrennt den einzelnen Flüssigkeitsstrahlöffnungen zugeordnet ist, wie in Figur 1OC gezeigt. Mit anderen Worten, die gleiche Anzahl von Elementen 1012 wie die der Öffnungen kann in jedör Flüssigkeitskammer angeordnet werden.

Wenn Aufzeichnungspapier (nicht gezeigt) von einem derart ausgebildeten Flüssigkeitsstrahlkopf in einer Richtung nahezu senkrecht zur Linie Y-Y' überstrichen wird, wobei die mit den Öffnungen versehene Fläche des Kopfes dem Papier gegenüberliegt und eng benachbart zu diesem gehalten wird, werden bei Betätigung der Elemente 1012 Tintentröpfchen durch die Öffnungen ■1017a, 1017 ... 1017h ausgestoßen,, die auf dem Papier

Tintenpunkte mit dem gleichen Abstand bilden, der zwischen den Öffnungen vorhanden ist. Die Öffnungen sind so eng benachbart zueinander angeordnet, daß sich benachbarte Tintenpunkte überlappen. Es erweckt daher den Anschein als ob die auf das Papier gedruckten Buchstaben aus kontinuierlichen Linienbestehen, insbesondere in Längsrichtung.

Wenn ein derart langer Kopf wie in Figur 10A gezeigt verwendet wird, der Flüssigkeitsstrahlöffnungen aufweist, die über die gleiche Länge angeordnet sind wie sie das verwendete Aufzeichnungspapier besitzt, ist es möglich, die Aufzeichnung über den gesamten

einzigen Bereich des Bogens mit einem Durchlauf vorzunehmen, so daß auf diese Weise eine beträchtliche Herabsetzung der Aufzeichnungszeit im Vergleich zum Einsatz von kurzen Köpfen, wie sie beispielsweise in Figur 9A gezeigt sind, erreicht wird.

Die Betätigung der Vielzahl von druckerzeugenden Elementen für die Flüssigkeitsstrahlen kann auf verschiedene Weise eri'olgen, beispielsweise gleichzeitig oder nacheinander.

Wie vorstehend beschrieben, haben die in den Figuren 9 und 10 dargestellten Flüssigkeitsstrahlköpfe die folgenden Vorteile:

1. Diese Köpfe führen zu Drucken mit hoher Qualität, die mit dem Stand der Technik nicht erreichbar waren, da Tintenpunkte mit hoher Dichte gebildet werden, die insbesondere in Längsrichtung dicht angeordnet sind.

2. Da die Flüssigkeitsstrahlöffnungen sehr nahe an den druckerzeugenden Elementen für die Flüssigkeitsstrahlen und mit hoher Dichte angeordnet sind,können diese Köpfe sehr dünn und kompakt ausgebildet werden.

3. Da es relativ einfach ist, die Flüssigkeitsstrahlöffnungen mit hoher Dichte fein auszubilden, können die Köpfe selbst in einfacher Weise mit hoher Ausbeute hergestellt werden.

Die in den Figuren 9 und 10 dargestellten Systeme können bei den in den Figuren 1 und 3 "bis 8 gezeigten Systemen Anwendung finden.

· Zuerst können die in den Figuren 1 und 3 bis 8 gezeigten Ausführungsformen derart modifiziert werden, daß eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrahlöffnungen einem druckerzeugenden Element entspricht, wie in den Figuren 9B und 1OB gezeigt. Beispielsweise kann in Figur 1 jede Flüssigkeitsstrahlöffnung weiter in eine Vielzahl von Öffnungen aufgeteilt werden.

Ferner können die in den Figuren 1 und 3 bis 8 gezeigten Ausführungsformen derart modifiziert werden, daß eine Vielzahl von druckerzeugenden Elementen der gleichen Anzahl von Flüssigkeitsstrahlöffnungen wie die der Elemente in einer Flüssigkeitskammer (d.h. in jedem Zweigkanal) entspricht, wie in den Figuren 90 und 10C gezeigt. Beispielsweise kann in Figur 4 jedes druckerzeugende Element in eine Vielzahl von Elementen und jede Flüssigkeitsstrahlöffnung entsprechend der Aufteilung der Elemente weiter aufgeteilt werden.
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Erfindungsgemäß wird somit ein Flüssigkeitsstrahlkopf vorgeschlagen, der eine Vielzahl von druckerzeugenden Elementen für Flüssigkeitsstrahlen und eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrahlöffnungen aufweist, die diesen Elementen durch einen Flüssigkeitskanal getrennt gegenüberliegen. Der Flüssigkeitsstrahlkopf ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal in mindestens zwei Gruppen aufgeteilt ist und daß benachbarte Elemente getrenntmit entsprechenden isolierten Flüssigkeitskanälen in Verbindung stehen.

Claims

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" rHELLMANN " \3RA1M&- . - .■ .■Dipl.-Chem. G.Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne Dipf.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B, Pollmanrt Dipl.-Ing. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München Tel.:0 89-5396 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent München 24. Dezombor 1982

DK 2690'

Patentansprüche ·

Flüssigkeitsstrahlkopf mit einer Vielzahl von druckerzeugenden Elementenfür Flüssigkeitsstrahlen und einer Vielzahl von Flüssigkeitsstrahlöffnuhgen, die den Elementen durch einen Flüssigkeitskanal getrennt gegenüberliegen,, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal in mindestens zwei Gruppen aufgeteilt ist und daß benachbarte druckerzeugende Elemente (2, 402, 522„ 902„ 1012) getrennt mit entsprechenden isolierten Flüssigkeitskanälen in Verbindung stehen.
2. Flüssigkeitsstrahlkopf nach Anspruch 1_P dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal durch eine laminare Struktur gebildet und in Dickenrichtung des Kopfes in zwei oder mehr Abschnitte aufgeteilt ist.
3. Flüssigkeitsstrahlkopf nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal aufgeteilte Gruppen von kammförraigen Flüssigkeitszweigkanälen (407-1, 407-2; 527-1 - 527-4; 637-1, 637-2; 747-1, 747-2; 857-1, Ö57-2) aufweist»
4. Flüssigkeitsstrahlkopf nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal flach ist.

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5. Flüssigkeitsstrahlkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der druckerzeugenden Elemente durch eine Vielzahl von kleineren Elementen gebildet wird.
6. Flüssigkeitsstrahlkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Flüssigkeitsstrahlöffnungen (8-3, 9-3; 21-3, 22-3; 409; 907a, 907b; i0i7a-i0i7h) auf einem der druckerzeugenden Elemente basierend angeordnet sind.