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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE60002981 T2
Publication typeGrant
Application numberDE2000602981
PCT numberPCT/GB2000/000173
Publication date19 May 2004
Filing date24 Jan 2000
Priority date1 Feb 1999
Also published asCA2360922A1, CN1207150C, CN1338993A, DE60002981D1, EP1148994A1, EP1148994B1, US6619788, US20020071007, WO2000044565A1
Publication number00602981, 2000602981, DE 60002981 T2, DE 60002981T2, DE-T2-60002981, DE00602981, DE2000602981, DE60002981 T2, DE60002981T2, PCT/2000/173, PCT/GB/0/000173, PCT/GB/0/00173, PCT/GB/2000/000173, PCT/GB/2000/00173, PCT/GB0/000173, PCT/GB0/00173, PCT/GB0000173, PCT/GB000173, PCT/GB2000/000173, PCT/GB2000/00173, PCT/GB2000000173, PCT/GB200000173
InventorsAngus Swaffham Prior CONDIE
ApplicantXaar Technology Ltd.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Tröpfchenaufzeichnungsgerät Droplets recorder translated from German
DE 60002981 T2
Abstract  available in
Claims(7)  translated from German
  1. Tröpfchenniederschlagsapparat mit einer Flüssigkeitströpfchen-Ausstoßdüse ( Droplet deposition apparatus having a liquid droplet ejection nozzle ( 6 6 ), einer Druckkammer ( ), A pressure chamber ( 2 2 ) mit der die Düse in Verbindung steht und von der die Düse mit Flüssigkeit ( ) With which the nozzle communicates and from which the nozzle with liquid ( 4 4 ) zum Tröpfchenausstoß versorgt wird, wobei eine Wand ( ) Is supplied to the droplet ejection, a wall ( 11 11 ) der Kammer ein Akzeptor-dotiertes piezo-elektrisches Material umfasst, das bei Anwendung eines elektrischen Signals verformbar ist, um das Tröpfchen von der Düse auszustoßen. ) Of the chamber comprising an acceptor-doped piezo-electric material deformable upon application of an electrical signal to eject said droplet from the nozzle.
  2. Apparat, wie im Anspruch 1 beansprucht, bei welchem das Material einen Hysterese-Verlusttangens (tan δ) von im Wesentlichen nicht mehr als 0,05 bei der Spannung des angelegten elektrischen Signals hat. An apparatus as claimed in claim 1, wherein the material has a hysteresis loss tangent (tan δ) of substantially not more than 0.05 at the voltage of the applied electric signal.
  3. Apparat, wie im Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, bei welchem das Material eine Güteziffer zwischen 15 und 30 und vorzugsweise etwa 25 hat, wobei die Güteziffer als d 15 /(S 55 ε0) ½ definiert ist, wobei d 15 =Scherverformungs/elektrisches Feld – piezoelektrische Konstante S 55 =elektrische Scher-Compliance ε0=elektrische Feldkonstante. An apparatus as in claim 1 or claim 2, wherein the material is a figure of merit 15-30 and preferably about 25, said the figure of merit is defined as d 15 / (S 55 ε0) ½, where d 15 = shear strain / electrical field - piezoelectric constant S = 55 electric shaver compliance ε0 = permittivity of free space.
  4. Apparat, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, bei welchem die Düse ( Apparatus as claimed in any preceding claim, wherein the nozzle ( 6 6 ) in einer weiteren Wand ( ) In another wall ( 27 27 ) der Kammer angeordnet ist, und zwar zwischen den Enden der Kammer. ) Of said chamber, between the ends of the chamber.
  5. Apparat, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, bei welchem das piezo-elektrische Material derartig ist, dass ein Anlegen des elektrischen Signals es im Schermodus deformiert, um eine akustische Druckwelle in der Kammer zu erzeugen und um dadurch das Tröpfchen auszustoßen. Apparatus as claimed in any preceding claim, wherein the piezoelectric material is such that application of said electrical signal deforms it in shear mode to generate an acoustic pressure wave in the chamber and thereby eject said droplet.
  6. Apparat, wie im Anspruch 5 beansprucht, bei welchem das piezo-elektrische Material, das in der Wand enthalten ist, zwei Bereiche ( An apparatus as claimed in claim 5, wherein the piezoelectric material contained in the wall, two regions ( 19 19 , . 29 29 ) hat, die sich Seite an Seite erstrekken, wobei die Bereiche derartig gepolt sind, dass ein Anlegen des elektrischen Signals die Bereiche in eine Kurven-Form bzw. Chevron-Form deformiert. ) Which extend side to side, said regions being poled such that application of said electrical signal deforms the portions in a curve shape or chevron-shaped.
  7. Apparat, wie in einem vorhergehenden Anspruch beansprucht, bei welchem das piezo-elektrische Material PZT ist. Apparatus as claimed in any preceding claim, wherein the piezoelectric material is PZT.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Im Besonderen befasst sich die Erfindung mit einem Drucker oder einem Tröpfchenniederschlagsapparat, bei dem eine akustische Druckwelle durch ein elektrisches Signal erzeugt wird, um ein Tröpfchen der Flüssigkeit (zB Tinte) von einer Kammer auszustoßen. More particularly, the invention relates to a printer or a droplet deposition apparatus in which an acoustic pressure wave is generated by an electrical signal to eject a droplet of liquid (eg, ink) from one chamber. Der Apparat kann eine einzelne derartige Kammer haben, aber typischer hat er einen Druckkopf mit einer Anordnung bzw. einem Array von derartigen Kammern, und zwar jede mit einer entsprechenden Düse, wobei der Druckkopf Daten tragende elektrische Signale empfängt, die die Leistung bereitstellen, die notwendig ist, um Tröpfchen aus den Kammern nach Bedarf bzw. auf Anforderung auszustoßen. The apparatus may have a single such chamber, but more typically it has a print head with an array or an array of such chambers, and indeed each with a respective nozzle, the printhead receiving data-carrying electrical signals which provide the power necessary is to eject droplets from the chambers on demand or on-demand. Die oder jede Kammer ist durch ein piezoelektrisches Element begrenzt, das sich wölbt, was durch das elektrische Signal verursacht wird, wobei dadurch die akustische Druckwelle, die die Tröpfchen ausstößt, erzeugt wird. The or each chamber is bounded by a piezoelectric element, the buckles, which is caused by the electrical signal, thereby the acoustic pressure wave which ejects the droplet is generated. Für weitere Details der typischen Konstruktionen wird auf unsere veröffentlichten Spezifikationen bzw. Ausführungen For further details of the typical constructions is on our published specifications or designs EP 0 277 703 EP 0277703 , . US 4,887,100 US 4,887,100 und WO 91/17051 Bezug genommen. WO 91/17051 and reference taken.
  • [0002] [0002]
    Es ist in derartigen Apparaten üblich, dass die Spannung des elektrischen Signals, die benötigt wird, um ein Tröpfchen auszustoßen, minimiert wird; It is customary in such apparatus that the voltage of the electrical signal required to eject a droplet is minimized; wobei niedrigere Spannungen es der Steuerschaltung erlauben, vereinfacht und/oder bei den Kosten reduziert zu sein. it being possible to lower voltages allow the control circuit, simplified and / or reduced in cost. Überdies wird ferner die Wärme, die während des Betriebes des Druckkopfes erzeugt wird, die sowohl in dem Druckkopf als auch in seiner Steuerschaltung proportional zu V 2 ist, minimiert. Furthermore, Furthermore, the heat generated during operation of the print head, which is proportional to V 2, both in the print head and in its control circuit is minimized. Eine exzessive Wärmeerzeugung wird zu vermeiden sein, da es die Flüssigeigenschaften bzw. Fluideigenschaften der Tinte beeinflusst bzw. beein trächtigt, wobei es zu Ungenauigkeiten bzw. Unregelmäßigkeiten beim Drucken führt, und zwar speziell, falls es signifikante Variationen der Temperatur zwischen unterschiedlichen Kammern des Druckkopfes gibt. Excessive heat generation is to be avoided because it affects the fluid properties or fluid properties of the ink or site adversely, whereby it leads to inaccuracies or anomalies in printing, specifically, if there are significant variations in temperature between different chambers of the print head , Derartige Variationen finden statt, wenn eine der Kammern signifikant häufiger als andere in Betrieb ist, zB wenn eine Kammer einen dichten Bereich eines Bildes und die andere einen signifikant weniger dichten Bereich druckt. Such variations occur when one of the chambers is significantly more often than others in operation, for example, if a chamber a dense region of an image and the other prints a significantly less dense region. Zu diesem Zweck ist ein weiches (donator-dotiertes) Bleizirkonattitanat-(PZT)-Material oft das bevorzugte piezoelektrische Material. To this end, a soft (donor-doped) lead zirconate titanate (PZT) material often is the preferred piezo-electric material. Weiches PZT hat eine hohe piezoelektrische Aktivität; Soft PZT has a high piezo-electric activity; das heißt, eine gegebene Spannung wird aus einer relativ großen physikalischen Materialdeformation produziert, die besonders effektiv beim Ausstoßen der flüssigen Tröpfchen aus der Kammer ist. That is, a given voltage is produced from a relatively large physical deformation of material, which is particularly effective in ejecting the liquid droplet from the chamber.
  • [0003] [0003]
    Weitere Verkleinerungen der Steuerspannung können erreicht werden, indem das piezoelektrische Material in "Chevron"-Konfiguration bzw. „Kurven"-Konfiguration angeordnet wird, wie es in dem Kontext eines "End-Ausstoßer"-Druckkopfes in unserer EP-A-277 703 beschrieben ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Druckkopf als ein "Seiten-Ausstoßer" konfiguriert sein, wie es in unserer WO 91/17051 beschrieben ist. Beide dieser Designs bzw. Ausführungen halbieren die Steuerspannung für eine gegebene Tröpfchenausstoßungsleistung bzw. -durchführung relativ zu einem "End-Ausstoßer"-Design bzw. einer "End-Ausstoßer"-Ausführung, die ein monolithisch-piezoelektrisches Element verwendet; wobei angenommen wird, dass beide die Steuerspannung um einen Faktor von vier reduzieren. Further reductions in drive voltage can be achieved by the piezoelectric material in "chevron" configuration or "curves" configuration is arranged as described in the context of an "end-ejector" -Druckkopfes in our EP-A-277 703 is. Alternatively or additionally, be configured as a "side pusher" of the printhead, as described in our WO 91/17051. Both of these designs or designs halve the drive voltage for a given implementation Tröpfchenausstoßungsleistung or relative to a " End-ejector "design and a" pusher end "version, which uses a monolithic piezoelectric element, wherein it is assumed that both reduce the control voltage by a factor of four.
  • [0004] [0004]
    Bei bzw. unter einem "End-Ausstoßer" verstehen wir eine Konfiguration, in der die Düse am Ende der langgezogenen Kammer ist, wobei das piezoelektrische Material entlang der Seiten der Kammer angeordnet ist. In or at an "End-ejector" we mean a configuration in which the nozzle is at the end of the elongated chamber, said piezoelectric material is disposed along the sides of the chamber. Bei einem Seiten-Ausstoßer ist stattdessen die Düse in einer der langen Seiten der Kammer angeordnet, die nicht durch piezoelektrisches Material begrenzt ist. In a side ejector nozzle is instead disposed in one of the long sides of the chamber which is not bounded by piezoelectric material. Bei einem "Chevron"-Design bzw. einer "Kurven"-Ausführung wird eine longitudinale Seite der Kammer durch piezoelektrisches Material begrenzt, das gegensätzlich gepolte Bereiche hat, die sich longitudinal von der Kammer erstrecken, so dass ein Anlegen des elektrischen Signals beide Regionen des Materials derselben Richtung in eine "Chevron"-Form bzw. "Kurven"-Form deformiert, wenn es in einem Querprofil bzw. Schnittbild betrachtet wird. In a "Chevron" design or a "curves" version is a longitudinal side of the chamber is defined by piezoelectric material poled regions has opposed extending longitudinally from the chamber, so that the electrical signal applying both regions of the material the same direction in a "chevron" shape or "curves" deformed shape, when viewed in a cross-sectional profile or image.
  • [0005] [0005]
    Während die vorangehenden Maßnahmen bzw. Hilfsmittel gedacht sein können, um sowohl niedrige Steuerspannungen als auch niedrige Wärmeeffekte anzubieten bzw. zu offerieren, haben sie einen beträchtlichen Nachteil, nämlich, dass verglichen zu einem monolithischen End-Ausstoßer beide ungefähr die Kapazität der Kammerwand verdoppeln, und zwar aus dem Blickwinkel der Steuerschaltung. While the foregoing measures or tools may be thought to offer or to offer both low control voltages and low heat effects, they have a significant drawback, namely that compared the two double into a monolithic end-pusher about the capacity of the chamber wall, and Although from the viewpoint of the control circuit. Ein Chevron-Seiten-Ausstoßer-Design bzw. eine Chevron-Seiten-Ausstoßer-Ausführung hat somit viermal die Kapazität eines vergleichbaren monolithischen End-Ausstoßers. A chevron side ejector design or a chevron side ejector design thus has four times the capacity of a comparable monolithic end-pusher. Eine hohe Kapazität hat zwei Effekte. High capacity has two effects. Zuerst, werden die Kapazitätswärmeeffekte mit den Nachteilen, die schon diskutiert sind, erhöht, und zweitens erhöht die hohe Kapazität die Zeitkonstante (RC) der Vorrichtung. First, the heat capacity effects are the disadvantages that have already been discussed, increased, and secondly increases the high capacity, the time constant (RC) of the device. Die Wellenform der steuernden bzw. treibenden elektrischen Signale ist vorzugsweise so nahe wie möglich eine Rechteckwelle, so dass die Schärfe der akustischen Druckwellen maximiert ist. The waveform of controlling or driving electrical signals is preferably as close as possible to a square wave, so that the sharpness of the acoustic pressure waves is maximized. Eine große Zeitkonstante erhöht die Anstiegszeit der Schaltung in Antwort auf eine Schrittänderung bzw. Stufenänderung, und zwar mit dem Ergebnis, dass seine Fähigkeit, eine effektive Wellenform bei hohen Frequenzen zu produzieren bzw. herzustellen, verschlechtert wird. A large time constant increases the rise time of the circuit in response to a step change or step change, with the result that its ability to produce an effective waveform at high frequencies, or to produce, is deteriorated. Die Frequenz des Steuersignals muss somit nicht limitiert bzw. begrenzt werden, wobei dadurch die Geschwindigkeit, bei der der Drucker betrieben werden kann, reduziert wird. The frequency of the control signal thus need not be limited or restricted, thereby the speed at which the printer can be operated, is reduced. Dies ist besonders wichtig bei variablen Dichte-("Graustufen" bzw. "Grauskalen")-Druckern, bei denen jedes abgeschiedene Tröpfchen bzw. Niederschlagströpfen aus einer steuerbaren Anzahl von kleineren Untertröpfchen gemacht bzw. hergestellt ist, die bei sehr hohen Frequenzen hergestellt sind. This is particularly important in variable density - ("gray scale" and "gray-scale") - printers, in which each deposited droplet is made or Niederschlagströpfen or made of a controllable numbers of smaller sub-droplets produced at very high frequencies.
  • [0006] [0006]
    Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf diese Probleme gerichtet. The preferred embodiments of the present invention are directed to these problems.
  • [0007] [0007]
    Die Erfindung stellt einen Tröpfchenniederschlagsapparat mit einer Flüssigkeitströpfchenausstoßdüse, einer Druckkammer, mit der die Düse in Verbindung steht und von der die Düse mit Flüssigkeit zum Tröpfchenausstoß versorgt wird, wobei eine Wand der Kammer ein akzeptor-dotiertes piezoelektrisches Material umfasst, das bei Anwendung eines elektrischen Signals verformbar ist, um das Tröpfchen von der Düse auszustoßen. The invention provides a droplet deposition apparatus with a Flüssigkeitströpfchenausstoßdüse, a pressure chamber, with the nozzle communicates and from which the nozzle is supplied with liquid for droplet ejection, one wall of the chamber comprises an acceptor-doped piezoelectric material that upon application of an electrical signal is deformable to eject the droplet from the nozzle.
  • [0008] [0008]
    Vorzugsweise hat das Material einen Hystereseverlust (tan δ) von im Wesentlichen nicht mehr als 0,05 bei der Spannung des angelegten elektrischen Signals. Preferably, the material has a hysteresis loss (tan δ) of substantially not more than 0.05 at the voltage of the applied electric signal.
  • [0009] [0009]
    Der Hystereseverlusttangens wird gegeben durch The Hystereseverlusttangens is given by tan δ = ε''/ε' tan δ = ε '/ ε' wobei ε'' der imaginäre Teil und ε' der reale Teil der Permittivität ist. wherein ε 'and imaginary part ε' is the real part of the permittivity.
  • [0010] [0010]
    Vorzugsweise hat das Material einen Gütefaktor (wie hierin definiert) von zwischen 15 und 30 und vorzugsweise von etwa 25. Preferably, the material has a figure of merit (as herein defined) of 15 to 30 and preferably from about 25th
  • [0011] [0011]
    Bei "Gütefaktor" bzw. „Güteziffer" meinen wird die Quantität bzw. Menge In "figure of merit" or "figure of merit" my will the quantity or quantity d 15 /(S 55 ·ε0) ½ d 15 / (S 55 · ε0) ½ tan δ = ε''/ε' tan δ = ε '/ ε' wobei d 15 = Scherverformungs/elektrisches Feld – piezoelektrische Konstante where d 15 = shear deformation / electric field - piezoelectric constant
    S 55 = elektrische Scher-Compliance bzw. elektrische Schernachgiebigkeit S 55 = electric shear compliance or electric shear compliance
    ε0 = elektrische Permittivität des freien Raumes bzw. elektrische Feldkonstante ε0 = electrical permittivity of free space and electric field constant
  • [0012] [0012]
    Eine Untersuchung eines Bereiches von PZT-Materialien hat gezeigt, dass der allgemeine Trend, dass ein hoher Gütefaktor sowohl mit einem hohen Verlusttangens als auch mit einer relativ hohen Permittivität verbunden ist. A study of a range of PZT materials has shown that the general trend that high figure of merit is associated both with high loss tangent and having a relatively high permittivity.
  • [0013] [0013]
    Wie bereits angezeigt, ist die Erfindung besonders geeignet für Apparate, bei denen das piezoelektrische Material in einem Schermodus verformt wird, wobei der Apparat einen oder vorzugsweise sowohl die "Seiten-Ausstoßer"- als auch "Chevron"-Konfiguration hat. As already indicated, the invention is particularly suitable for apparatus in which the piezoelectric material is deformed in a shear mode, the apparatus preferably one or both "sides ejector" - has and "chevron" configuration.
  • [0014] [0014]
    Das bevorzugte piezoelektrische Material, das bei der Erfindung benutzt wird, ist ein akzeptor-dotiertes PZT-Material, wie zB das durch Morgan Matroc unter der Bezeichnung PC4D verkauft wird. The preferred piezoelectric material is used in the invention is an acceptor-doped PZT material such as that sold by Morgan Matroc under the designation PC4D.
  • [0015] [0015]
    Die Erfindung wird nun bloß auf dem Weg von Beispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt; The invention will now be described only on the way of example with reference to the accompanying drawings, in which;
  • [0016] [0016]
    1 1 ist eine perspektivische Ansicht eines monolithischen End-Ausstoßer-Druckkopfes vom Stand der Technik (mit einigen Teilen, die zum Zwecke der Klarheit entfernt wurden), und zwar ähnlich zu is a perspective view of a monolithic end-ejector print head from the prior art (with some parts have been removed for purposes of clarity), similar 1 1 der the US 4,887,100 US 4,887,100 . ,
  • [0017] [0017]
    2 2 ist ein Abschnitt bzw. Querschnitt durch einen End-Ausstoßer-Chevron-Druckkopf, der ähnlich zu dem von is a cross section through a portion or end pusher chevron print head similar to that of 2 2 der the US 4,887,100 US 4,887,100 ist. is.
  • [0018] [0018]
    3 3 ist ein longitudinaler Abschnitt bzw. Querschnitt durch einen Seiten-Ausstoßer-Chevron-Druckkopf entsprechend der Erfindung. is a longitudinal section and transverse section through an ejector-side chevron print head according to the invention.
  • [0019] [0019]
    4 4 zeigt die Variation von tan δ mit einer Steuerspannung für verschiedene Materialien. shows the variation of tan δ with drive voltage for various materials.
  • [0020] [0020]
    5 5 zeigt die Variation von tan δ mit einer Wellenform für verschiedene Materialien. shows the variation of tan δ with waveform for various materials.
  • [0021] [0021]
    6 6 zeigt die Variation der Wärmeerzeugung in Druckköpfen, die verschiedene Materialien verwenden; shows the variation in heat generation in print heads using different materials; und and
  • [0022] [0022]
    7 7 zeigt die Variation der Wärmeerzeugung in verschiedenen PZT-Materialien. shows the variation of heat generation in different PZT materials.
  • [0023] [0023]
    Um die Erfindung im Kontext zu platzieren bzw. einzuordnen, werden zuerst verschiedene Typen von Tröpfchenabscheidungsvorrichtungen bzw. Tröpfchenniederschlagsapparate beschrieben. To place or arrange the invention in the context, various types of droplet deposition devices or droplet deposition apparatus are described first. In den Zeichnungen ist gleichen Teilen das gleiche Bezugszeichen gewährt bzw. erteilt worden. In the drawings, the same parts has been granted or given the same reference numerals.
  • [0024] [0024]
    Bezieht man sich zuerst auf Referring first to 1 1 , so umfasst ein ebener Array-Tropfen-nach-Bedarf-Tintenstrahldrucker einen Druckkopf So a planar array drop-on-demand ink jet printer includes a printhead 10 10 , der mit einer Vielzahl von parallelen Tintenkammern oder -kanälen Provided with a plurality of parallel ink chambers or channels 2 2 ausgebildet ist, wobei nur neun davon gezeigt werden und die longitudinalen Achsen bzw. Längsachsen davon in einer Ebene angeordnet sind. is formed, only nine of which are shown and the longitudinal axes or the longitudinal axes of which are arranged in a plane. Die Kanäle The channels 2 2 sind durch einen Deckel (nicht gezeigt) geschlossen, der sich über die ganze obere Oberfläche des Druckkopfes erstreckt. are characterized by a lid (not shown) is closed, which extends over the entire upper surface of the printhead.
  • [0025] [0025]
    Die Kanäle The channels 2 2 beinhalten die Tinte include ink 4 4 und sind eine End-Ausstoßer-Konfiguration, die bei entsprechenden Enden davon in einer Düsenplatte and a pusher-end configuration, in the corresponding ends thereof in a nozzle plate 5 5 , in der Düsen , In the nozzle 6 6 ausgebildet sind, und zwar eine für jeden Kanal, abschließt. are formed, one for each channel terminates. Tintentröpfen Ink droplets 7 7 werden nach Bedarf aus den Kanälen be out of the channels as required 2 2 ausgestoßen und auf einer Drucklinie ejected and a pressure line 8 8 einer Druckoberfläche abgeschieden bzw. niedergeschlagen, wobei zwischen der und dem Druckkopf a printing surface deposited or depressed, and between the head and the pressure 10 10 es eine relative Bewegung normal bzw. senkrecht zu der Ebene der Kanalachsen gibt. it is normal or perpendicular to the plane of relative movement of the channel axes.
  • [0026] [0026]
    Der Druckkopf The print head 10 10 hat einen ebenen Basisteil it has a flat base 20 20 , in dem die Kanäle In which the channels 2 2 abgeschnitten oder auf andere Weise aus einem weichen PZT piezoelektrischen Material ausgebildet sind, um sich parallel rückwärts von der Düsenplatte are cut or otherwise formed from a soft PZT piezoelectric material parallel backward from the nozzle plate 5 5 zu erstrecken. to extend. Die Kanäle The channels 2 2 sind lang und schmal mit einem rechteckigen Querschnitt und haben gegenüberliegende Seitenwände are long and narrow with a rectangular cross-section and have opposite side walls 11 11 , die sich über die Länge der Kanäle erstrecken. Extending over the length of the channels. Die Seitenwände The side walls 11 11 werden mit Elektroden bereitgestellt (nicht gezeigt), die sich entlang der Länge der Kanäle erstrecken, wobei die Seitenwände bei einem Schermodus versetzbar sind, und zwar relativ schräg zu den Kanalachsen im Wesentlichen entlang der ganzen Länge davon, um Änderungen des Druckes in der Tinte in den Kanälen zu verursachen, um eine Tröpfchenausstoßung von der Düse auszuführen bzw. zu erwirken. be provided with electrodes provided (not shown) which extend along the length of the channels whereby the side walls are displaceable in a shear mode, relative angle to the channel axes along substantially the entire length thereof to changes in pressure in the ink in to cause the channels to perform or to obtain a droplet ejection from the nozzle. Die Kanäle The channels 2 2 sind bei ihren Enden verbunden, und zwar entfernt von den Düsen mit einem Querkanal (nicht gezeigt), der wiederum mit einem Tintenreservoir (nicht gezeigt) durch ein Rohr are at their ends connected to, and remote from the nozzle with a transverse channel (not shown) (not shown) in turn connected to an ink reservoir through a tube 14 14 verbunden ist. is connected. Elektrische Verbindungen (nicht gezeigt), um die Kanalseitenwände Electrical connections (not shown) to the channel side walls 11 11 zu aktivieren, sind auf einem LSI-Chip activate, are on an LSI chip 16 16 auf dem Basisteil on the base portion 20 20 gemacht bzw. hergestellt. made or manufactured.
  • [0027] [0027]
    Wie in dieser Figur veranschaulicht, sind die Kanalseitenwände monolithisch mit und effektiv frei getragen von dem Basisteil As illustrated in this figure, the channel side walls are monolithic and effectively supported by the free base 20 20 , das aus einem einzelnen Stück des piezoelektrischen Materials geschnitten worden ist. That has been cut from a single piece of piezoelectric material.
  • [0028] [0028]
    2 2 zeigt eine modifizierte Form des Kopfes von shows a modified form of the head of 1 1 , in der die Kanalseitenwände In which the channel side walls 11 11 gegenüber liegend – gepolte bzw. gegensätzlich – gepolte Regionen bzw. Bereiche besitzen, so dass das Anlegen eines elektrischen Feldes sie in eine Chevronform bzw. Kurvenform umlenkt bzw. verlagert. opposite - poled or contradictory - have poled regions or areas, so that the application of an electric field deflects it or shifted to a Chevronform or waveform. In In 2 2 beinhaltet das Array bzw. die Anordnung versetzbare Seitenwände includes the array and the arrangement displaceable side walls 11 11 , in der Form von Schermodusaktoren , In the form of shear mode actuators 15 15 , . 17 17 , . 19 19 , . 21 21 und and 23 23 , die zwischen der Basis und den oberen Wänden That between the base and the upper walls 25 25 und and 27 27 gesandwicht bzw. eingeschoben sind, und jeder ist aus den oberen und den unteren Wandteilen are sandwiched or inserted, and everyone is from the upper and lower wall portions 29 29 und and 31 31 ausgebildet, die wie durch die Pfeile formed, which as indicated by arrows 33 33 und and 35 35 angezeigt, gepolt sind, und zwar im entgegengesetzten Sinn normal bzw. senkrecht zu der Ebene, die die Kanalachsen beinhaltet. displayed, are polarized, namely in the opposite sense normal to the plane containing the channel axes. Die Elektroden The electrodes 37 37 , . 39 39 , . 41 41 , . 43 43 und and 45 45 decken jeweils alle inneren Wände der jeweiligen Kanäle each cover all the internal walls of the respective channels 2 2 ab. from. Somit, wenn eine Spannung an die Elektrode eines besonderen bzw. bestimmten Kanals angelegt wird, sagt man die Elektrode Thus, when a voltage is applied to the electrode of a particular or specific channel, it is said, the electrode 41 41 des Kanals of the channel 2 2 zwischen den Schermodusaktoren between the shear mode actuators 19 19 und and 21 21 , während die Elektroden While the electrodes 39 39 und and 43 43 der Kanäle the channels 2 2 auf beiden Seiten von jener der Elektrode on both sides of that of the electrode 41 41 auf Masse gehalten werden, wird ein elektrisches Feld im entgegengesetzten Sinn zu den Aktoren on earth are held, an electric field is in the opposite sense to the actuators 19 19 und and 21 21 angelegt. created. Auf Grund der entgegengesetzten Polung der oberen und unteren Wandteile Due to the opposite polarity of the upper and lower wall parts 29 29 und and 31 31 von jedem Aktor, werden diese im Schermodus in den Kanal of each actuator, these shear mode in the channel 2 2 dazwischen in Chevronform bzw. Kurvenform, wie durch die gestrichelten Linien intervening in Chevronform or waveform, as shown by the dashed lines 47 47 und and 49 49 angezeigt, umgelenkt bzw. verlagert. displayed diverted or transferred. Ein Impuls wird somit an die Tinte A pulse is thus to the ink 4 4 in dem Kanal in the channel 2 2 zwischen den Aktoren between the actuators 19 19 und and 21 21 angelegt, die eine akustische Druckwelle verursachen, um entlang der Länge des Kanals zu reisen bzw. zu wandern und ein Tintentröpfen applied, causing an acoustic pressure wave to travel along the length of the channel or to wander and a ink droplets 7 7 daraus auszustoßen. eject it.
  • [0029] [0029]
    3 3 zeigt einen longitudinalen Abschnitt bzw. einen Längsquerschnitt durch einen Seiten-Ausstoßer-Druckkopf. shows a longitudinal section and a longitudinal cross section through a side ejector print head. Die Düse The nozzle 6 6 wird in der Abdeckung is in the cover 27 27 bereitgestellt, die die obere Wand des Kanals ausbildet, und mit dem Kanal provided that forms the top wall of the channel and with the channel 2 2 in Verbindung steht, dessen Seiten davon durch Seitenwände aus PZT-Material in der Form von Schermodusaktoren begrenzt wird, wobei einer davon bei 21 gezeigt ist. is in communication, the sides of which is limited by side walls of PZT material in the form of shear mode actuators, one of which is shown at 21. Wie in How to 2 2 , hat jeder Schermodusaktor gegensätzlich gepolte Bereich Any Schermodusaktor has opposite polarity range 29 29 , . 31 31 , die in eine Chevronform bzw. Kurvenform umlenken bzw. verlagern, wenn sie einem elektrischen Feld durch die Elektroden ( Which deflect or displace when an electric field through the electrodes (in a curve shape or Chevronform 41 41 , . 43 43 ) auf ihrer longitudinalen Oberfläche unterworfen werden. ) Are subjected to its longitudinal surface. Die Abschlüsse bzw. Anschlüsse The financial statements and connections 34 34 verbinden die Elektroden mit dem LSI-Chip connect the electrodes to the LSI chip 16 16 . , Querkanäle Transverse channels 13 13 verbinden den Kanal connect the channel 2 2 an jedem Ende zu einem Tankreservoir. at each end to a tank reservoir. Außer für die Position der Düse Except for the position of the nozzle 6 6 ist der Druckkopf im Querschnitt von Linie is the pressure head in the cross-section of line 2.2 2.2 ähnlich zu der similar to the 2 2 . ,
  • [0030] [0030]
    Er ist auch zu der He is also the 1(d) 1 (d) unserer Spezifikation WO 91/17051 ähnlich, außer für die erfinderische Wahl des piezoelektrischen Materials, das nun beschrieben wird, und für den Gebrauch von Chevron-Schermodus-Aktorentypen, obwohl monolithische Aktoren, die in eine einzelne Richtung gepolt sind, anstatt in einem Seiten-Ausstoßer-Druckkopf entsprechend der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. our specification WO 91/17051 similar, except for the inventive choice of piezo electric material which will now be described, and for the use of chevron shear mode actuators types, although monolithic actuators poled in a single direction rather than in a side ejector printhead can be used according to the present invention.
  • [0031] [0031]
    PZT-Materialien sind bzw. bestehen aus zwei Grundtypen, "weich" oder donator-dotiert und "hart" oder akzeptor-dotiert. PZT materials or consist of two basic types, "soft" or donator-doped and "hard" or acceptor-doped. Wie in "Electroceramics" von AJ Moulson (Chapman & Hall, 1990) diskutiert, verringert Donatordotierung (Dotierung mit Ionen von höherer Ladung als solche, die sie ersetzen) die Konzentration von domainstabilisierenden Defektpaaren und vermindert so die Alterungsraten. As discussed in "Electro Ceramics" by AJ Moulson (Chapman & Hall, 1990), reduced donor doping (doped with ions of higher charge than those they replace) the concentration of domain stabilizing defect pairs, thus reducing the aging rates. Die sich ergebene Erhöhung bzw. Ausweitung der Bereichswandmobilität bzw. Domain-Wand-Mobilität erhöht die Permittivität, den Hystereseverlust (tan δ), die elastische bzw. biegsame oder dehnbare Compliance bzw. Nachgiebigkeit und die Kopplungskoeffizienten. Which is devoted increasing or extending the domain wall mobility or domain-wall mobility increases the permittivity, the hysteresis loss (tan δ), the elastic or flexible or stretchable compliance and compliance and the coupling coefficient. Die Mechanische Q bzw. der mechanische Gütefaktor und die Koerzitivität bzw. Koerzitivkraft werden reduziert bzw. verringert. The Mechanical Q and the mechanical quality factor and the coercivity or coercive force can be reduced or decreased. Die konsequent hohe piezoelektrische Aktivität macht das Weich-PZT zum herkömmlichen Material der Wahl für piezoelektrische Druckköpfe. The consistently high piezoelectric activity makes the soft PZT to the traditional material of choice for piezoelectric printheads.
  • [0032] [0032]
    Dagegen unterdrückt die Akzeptordotierung von PZT eine Bereichswandbewegung bzw. Domain-Wand-Bewegung, wobei es zu verringerter Permittivität, zu verringerten Hystereseverlust (tan δ), zu verringerter elastischer bzw. dehnbarer oder biegsamer Compliance bzw. Nachgiebigkeit und zu verringerten gekoppelten Koeffizienten und einem Ansteigen der Koerzitivität bzw. Koerzitivkraft führt. In contrast, the acceptor doping of PZT suppresses domain wall motion and domain-wall motion, it reduced permittivity to reduced hysteresis loss (tan δ) to reduced elastic or elastic or flexible compliance or compliance and reduced coupled coefficient and an increase the coercivity and coercivity leads. Das Material zeigt weniger piezoelektrische Aktivität und ist konsequenterweise bisher nicht für piezoelektrische Druckköpfe benutzt worden. The material shows less piezoelectric activity and has, consequently, been not used for piezoelectric printheads.
  • [0033] [0033]
    Wir haben die Leistung bzw. Performance von einer Anzahl von PZT-Materialien analysiert und haben die überraschende Entdeckung gemacht, dass in einigen Umständen ein hartes Material eine geeignetere Wahl als ein weiches Material sein kann. We have analyzed the performance or performance of a number of PZT materials and have made the surprising discovery that in some circumstances a hard material may be more appropriate than a soft material.
  • [0034] [0034]
    Vier PZT-Materialproben wurden zur Analyse gewählt – nämlich Motorola HD 3202, Sumitomo H5E, Motorola HD 3195 und Morgan Matroc PC4D. Four PZT material samples were selected for analysis - namely Motorola HD 3202, Sumitomo H5E, Motorola HD 3195 and Morgan Matroc PC4D. Sie wurden gewählt, so dass sie den Bereich der verfügbaren Aktorenmaterialien abdecken und waren im Hinblick auf die piezoelektrische Schermodusaktivität gleichmäßig verteilt bzw. beabstandet. They were chosen so that they cover the range of available actuators and materials were distributed evenly spaced and in view of the piezoelectric shear mode activity. Die Schermodusaktivität ist durch den dimensionslosen Gütefaktor d 15 /(S 55 × ε0) ½ charakterisiert -, der gleich bzw. äquivalent zu der konvertierten elektromechanischen Energie pro Volumeneinheit pro Volteinheit ist. The shear mode activity is (55 × ε0 S) ½ characterized by the dimensionless figure of merit 15 d / -, equal or equivalent to the converted electromechanical energy per unit volume per unit volt. Im Hinblick auf die piezoelektrische Aktivität wird das Materials eingeordnet, und zwar HD 3203 > H5E > HD 3195 > PC4D, wobei der gemessene niedrige Signalgütefaktor jeweils 48,2, 37,4, 31,5 und 25,7 ist. In view of the piezoelectric type, the material is classified, namely HD 3203> H5E> HD 3195> PC4D, wherein the measured low signal quality factor respectively 48.2, 37.4, 31.5 and 25.7 is.
  • [0035] [0035]
    Vier Scheiben bzw. Wafer von 128-zeiligen Druckköpfen wurden aus den vier PZTs hergestellt und Kapazitäts- und Hystereseverlustmessungen wurden an den Druckköpfen unter typischen Betriebsbedingungen wie folgt durchgeführt: Four slices or wafers of 128-line printheads were manufactured from the four PZT and capacity and Hystereseverlustmessungen were carried out on printheads, under typical operating conditions as follows:
    Steuerspannung: 10-50 V. Control voltage: 10-50 V.
    Steuerfrequenz: 20, 50, 100 und 200 kHz Driving frequency: 20, 50, 100 and 200 kHz
    Steuerwellenformtyp: im Wesentlichen eine Rechteckwelle (Spannung bei Spitze für 75% des Zyklus) Control waveform type: essentially a square wave (peak voltage at 75% of the cycle)
    Druckkopftemperatur: 18°C, 40°C, 50°C (Messungen wurden in kurzen Bursts bzw. Unterbrechungen gemacht und es wurde angenommen bzw. vorausgesetzt, dass die Temperatur des Druckkopfes nicht signifikant ansteigt). Print head temperature: 18 ° C, 40 ° C, 50 ° C (measurements were made in short bursts or breaks and it was assumed or provided that the temperature of the printhead does not increase significantly).
  • [0036] [0036]
    Die Hystereseverlust-(tan δ)-Messungen wurden mit dem Verfahren, das in dem Papier "Dielectric Non-Linearity in Hard Piezoelectric Ceramics" von DA Hall, PJ Stevenson und TR Mullins (Band 57, Brit. Cer. Proc., S. 197-211) beschrieben ist, gemacht bzw. durchgeführt. The Hystereseverlust- (tan δ) measurements were performed with the method described in the paper "Dielectric Non-Linearity in Hard Piezoelectric Ceramics" by DA Hall, PJ Stevenson and TR Mullins (Volume 57, Brit. Cer. Proc., P 197-211) is described, exercised or performed.
  • [0037] [0037]
    Diese Messungen zeigten, dass sich die Kapazität und Hysterese nicht mit der Frequenz für ein gegebenes Material verändert. These measurements showed that the capacitance and hysteresis does not vary with frequency for a given material. Jedoch gibt es ein signifikantes Ansteigen bei sowohl der Kapazität als auch dem Hystereseverlust (tan δ) mit der Steuerspannung. However, there is a significant increase in both capacitance and hysteresis loss (tan δ) with the control voltage.
  • [0038] [0038]
    Ein Vergleich der vier PZTs der Variation von tan δ mit der Steuerspannung bei 200 kHz wird in A comparison of the four PZTs of the variation of tan δ with drive voltage at 200kHz is in 4 4 gegeben bzw. ist in given or is in 4 4 zu sehen. to see. Die Hersteller angegebenen Niedrigfeldkatalogdaten sind für jedes Material auch in The manufacturer specified low-field catalog data for each material in 4 4 gegeben bzw. zu sehen. given or to be seen. Das Ergebnis zeigt, dass die drei "weicheren" großen PZTs eine ähnliche Charakteristik mit einem signifikanten Ansteigen in tan δ mit der Steuerspannung haben. The result shows that the three "softer" large PZT a similar characteristic with a significant increase in tan δ with the control voltage. Es gibt ferner einen großen Unterschied zwischen dem angegebenen bzw. angebotenen "Katalog", den Niedrigfeld tan δ und jenen für die Steuerspannung, die für einen Druckkopfbetrieb (ungefähr 25 V) benötigt wird. There is also a big difference between the stated and offered "catalog," the low-field tan δ and those. For the control voltage (about 25 V) for a printhead operation requires Dagegen zeigen die "härtesten" PZT, PC4D einen viel kleineren tan δ und eine reduzierte Variation mit der Steuerspannung. In contrast, the "toughest" PZT PC4D a much smaller tan δ and a reduced variation with the control voltage show.
  • [0039] [0039]
    Die Hystereseverluste für eine äquivalente bzw. gleichwertige Druckkopf-Steuerspannung von 25 V für HD 3203 wird auch in The hysteresis losses for an equivalent or equivalent printhead drive voltage of 25V for HD 3203 are also in 4 4 gegeben bzw. sind auch in given or are in 4 4 zu sehen, wobei geringere bzw. niedrigere Aktivitäts-PZTs höhere Steuerspannung benötigen. to see, with lower and lower activity PZT require higher control voltage. Sie zeigen, dass für äquivalente Druckkopfbetriebsbedingungen, die HD3203, H5E und HD3195 ähnliche Verluste haben, und zwar mit dem vorhergesagten bzw. erwarteten Hystereseverlust für PC4D, der beträchtlich geringer ist und nicht größer als 0,05 ist, und zwar verglichen mit vier oder fünf Mal jener Figur bzw. Zahl für die anderen Materialien. They show that for equivalent printhead operating conditions, the HD3203, H5E and HD3195 have similar losses, with the predicted or expected hysteresis for PC4D, which is considerably less and not greater than 0.05, as compared with four or five times that figure or number for the other materials.
  • [0040] [0040]
    Die äquivalente Steuerspannung V wurde unter Verwendung des relativen Gütefaktors M von jeder PZT berechnet, zB The equivalent drive voltage V was calculated using the relative figure of merit M of each PZT, for example, VH5E= VHD3203 MHD3203/MH5E VH5E = VHD3203 MHD3203 / MH5E
  • [0041] [0041]
    Die Messungen wurden auch mit variierenden Wellenformtypen bei einer fixierten bzw. gleich bleibenden Frequenz und Steuerspannung genommen. The measurements were taken with varying waveform types at a fixed or constant frequency and control voltage. Die The 5 5 zeigt den Effekt des Übergangs zwischen einer dreieckförmigen Wellenform bzw. Dreieckswellenform (0% bei Spitzenspannung) und einer Rechteckwelle (ideal 100 % bei Spitzenspannung, aber praktisch bzw. in der Praxis weniger) für eine konstante Steuerspannung (30V) und eine fixierte bzw. feste Steuerfrequenz von 200 kHz. shows the effect of the transition between a triangular waveform and triangle waveform (0% in peak voltage) and a square wave (ideally 100% at peak stress, but in practice or in practice less) for a constant control voltage (30V) and a fixed or solid driving frequency of 200 kHz. Im Gegensatz zur Steuerfrequenz hat ein Wellenformtyp einen signifikanten Effekt auf den tan δ, zB steigt der tan δ für HD3203, bis 85% , wenn von einer Dreieckswellenform auf eine Wellenform mit der Spannung bei ihrer Spitze für 87,5% des Zyklus geändert bzw. gewechselt wird. In contrast to the control frequency waveform type has δ a significant effect on the tan, for example, increases the tan δ for HD3203, up to 85% when changed from a triangular waveform to a waveform of the voltage at its peak for 87.5% of the cycle or is changed. Dies ist konsistent bzw. übereinstimmend mit der erhöhten Wärmeerzeugung von dem PZT, wenn der Druckkopf durch eine Rechteckwellenform angetrieben wird. This is consistent or coincident with the increased heat generation from the PZT when the printhead is driven by a rectangular waveform.
  • [0042] [0042]
    Die Hysteresverlust-/Steuerspannungsergebnisse wurden benutzt, um die Wärme, die innerhalb verschiedener Designs bzw. Ausführungen von Druckköpfen erzeugt wird, zu berechnen. The Hysteresverlust- / voltage control results were used to calculate the heat generated within different styles and designs of printheads. Die Wärme, die innerhalb des Druckkopfes erzeugt wird und die Proportion innerhalb des PZT wurde für die vier PZT-Typen berechnet. The heat generated within the printhead and the proportion within the PZT was calculated for the four types of PZT. Dies wurde für drei Druckkopfkonstruktionen getan; This was done for three printhead structures; und zwar für einen herkömmlichen monolithischen Träger-End-Ausstoßer, einen Chevron-End-Ausstoßer und einen Chevron-Seiten-Ausstoßer. and for a conventional monolithic carrier-end pusher, a chevron end-ejector, and a chevron side pusher. Die Steuerspannungen für den letzteren der zwei Fälle wurden angenommen bzw. vorausgesetzt, jeweils 0,5-mal und 0,25-mal zu sein, und zwar verglichen mit bzw. zu dem monolithischen Träger, wohingegen die Kapazitäten angenommen wurden, jeweils zweimal und viermal zu sein. The control voltages for the latter two cases were assumed or provided, in each case to be 0.25 times, as compared with the monolithic support or to, whereas the capacitances were assumed respectively twice and four times 0.5 times and to be. Ein Tabellenmodell bzw. ein Tabellenkalkulationsmodell wurde benutzt, um diese Konfigurationen für verschiedene Betriebsbedingungen zu berechnen. A table model or a spreadsheet model was used to calculate these configurations for different operating conditions. Die Kalkulationen basierten auf den folgenden Annahmen: The calculations were based on the following assumptions:
    • 1. Wärmeerzeugung innerhalb der Steuerschaltung durch Aufladungs-/Entladungsflanke = 2 × ½CV 2 (zwei Wände, jede mit einer Kapazität C, betätigt für jeden Tropfen, der ausgestoßen wird). 1. heat generation within the control circuit by charge / discharge edge = 2 × ½CV 2 (two walls, each with a capacity C, operated for each drop is ejected).
    • 2. Der Anteil bzw. die Proportion der Wärme, die innerhalb des PZT pro Kanal verschwendet wird = πCV 2 tanδ/2. 2. The amount or proportion of the heat that is wasted within the PZT per channel = 2 πCV tan delta / 2.
    • 3. Die Steuerschaltungsanstiegszeit (10 bis 90%) = 6,6RC (für Wände mit der Kapazität C, die parallel verbunden sind, die aufgeladen sind von einer und entladen in eine Impedanz R). 3. The control circuit rise time (10-90%) = 6,6RC (for walls of capacitance C, connected in parallel that are charged by a charged and discharged into an impedance R).
    • 4. Maximaltemperaturanstieg für Tinte analog = Wärme, die erzeugt ist / spezifische Wärmekapazität × Tropfenvolumen (nimmt man an, dass die Gesamtwärme, die innerhalb des PZT erzeugt ist, mit dem ausgeworfenen Tropfen entfernt ist). 4. Maximum temperature rise for ink analogue = Heat, which is generated / specific heat capacity x Drop Volume (it is believed that the total heat that is generated within PZT is removed with the ejected drops).
  • [0043] [0043]
    Der folgende Parametersatz wurde für eine typische Graustufen- bzw. Grauskalenbetriebsbedingung angenommen: The following set of parameters has been accepted for a typical grayscale or greyscale operating condition:
    Steuerspannung (V) = 25 V (für den monolithischen Träger HD 3203 und proportioniert, wie oben diskutiert, für andere Materialien) Control voltage (V) = 25V (for monolithic carrier HD 3203, and proportioned as discussed above for other materials)
    Wandkapazität (C) = 200 pF Wall capacitance (C) = 200 pF
    Graustufenniveau (L) = 8 Niveaus Grayscale level (L) = 8 levels
    Ausstoßungssequenz: Triple-Zyklus bzw. Dreifachzyklus (das heißt die Kanäle werden in drei verschachtelten Gruppen ausgestoßen) Ausstoßungssequenz: Triple-cycle or triple cycle (ie, the channels are ejected into three nested groups)
    Wellenformtyp: DRR (Ziehen, Freigeben, Verstärken, wie in der Waveform Type: DRR (drawing, share, reinforcing, as in the 4c 4c unserer Spezifikation WO 95/25011 gezeigt). WO 95/25011 our specification shown).
    Zeilenfrequenz (F9 = 6,19 kHz (Tröpfchenfrequenz = 130 kHz) Line frequency (F9 = 6.19 kHz (firing frequency = 130 kHz)
    volles Dichtetropfenvolumen = 55 pl full density drop volume = 55 pl
  • [0044] [0044]
    Die Gesamtwärme, die erzeugt wurde, wurde per Steuerchip (das heißt per 64 Zeilen) berechnet und ein Verhältnis wurde auf dem Basisfall (HD 3203, monolithischer Träger) für jede Konfiguration berechnet. The total heat generated has been calculated per control chip (i.e. per 64 lines) and a ratio was calculated on the base case (HD 3203, monolithic support) for each configuration. Diese Ergebnisse sind für jeden Fall in den These results are for each case in the 6 6 und and 7 7 summiert bzw. zusammengefasst. sum or summarized. Der erstere zeigt die Gesamtwärme, die innerhalb der Steuerschaltung zusammen mit der berechneten Anstiegszeit erzeugt wurde, und der letztere zeigt die Wärme, die innerhalb des PZT alleine zusammen mit dem Temperaturanstieg der Tinte erzeugt wurde. The former shows the total heat generated within the control circuit along with the calculated rise time, and the latter shows the heat generated alone along with the temperature rise of the ink within the PZT.
  • [0045] [0045]
    Aus From 7 7 kann man sehen, dass die Wärme, die in dem Druckkopfmaterial erzeugt wurde, in allen Fällen am niedrigsten ist, wenn das PC4D-Material verwendet wird, obwohl die Steuerspannung höher ist. it can be seen that the heat which has been generated in the print head material is lowest in all cases when the PC4D material is used, although the control voltage is higher. Aus From 6 6 ist es klar bzw. bewiesen, dass, wenn die Wärme, die in dem Steuerchip erzeugt wurde, auch berücksichtigt wurde, die Gesamtwärme, die in dem Druckkopf erzeugt wird, am niedrigsten mit dem herkömmli chen – bevorzugt HD 3203 ist, dass aber der PC4D-Druckkopf nicht signifikant schlechter als jener ist, der das nächstbeste Material H5E verwendet. it is clear and proved that if the heat generated in the control chip, was also taken into account, the total heat generated in the print head, and lowest with the herkömmli chen - preferably HD 3203, but that the PC4D print head is not significantly worse than the one who used the next best material H5E. Die Steuerspannung, die für das PC4D-Material benötigt wird, ist größer, aber die Anstiegszeit ist ungleichförmig weniger als eine Hälfte von jener für das HD3203-Material in derselben Druckkopfkonfiguration. The control voltage, which is required for the PC4D material is greater, but the rise time is less than one half of non-uniformly from that for the HD3203 material in the same print head configuration. In absoluter Hinsicht bzw. in absoluten Ausdrücken ist die Wärme, die in dem Chevron-End-Ausstoßer erzeugt wird, weniger als jene, die in dem monolithischen End-Ausstoßer erzeugt wird, und zwar um einen Faktor von mehr als zwei, und die Wärme, die in dem Chevron-Seiten-Ausstoßer erzeugt wird, ist im Allgemeinen weniger, und zwar wieder um ungefähr denselben Faktor. In absolute terms, or in absolute terms, the heat generated in the chevron end pusher, less than that generated in the monolithic end pusher, and by a factor of more than two, and the heat which is generated in the chevron side pusher is generally less, again by about the same factor. Jedoch sind die Anstiegszeiten des Chevron-End-Ausstoßers und Chevron-Seiten-Ausstoßers größer als jene des monolithischen End-Ausstoßers, und zwar um etwa dieselben Faktoren. However, the rise times of the chevron end-pusher and chevron side pusher are larger than those of the monolithic end-ejector, and by about the same factors.
  • [0046] [0046]
    Während diese Ergebnisse auf den ersten Blick auf das HD3203-Material zeigen, das weiter fortfährt, das geeignetste zu sein, wobei es in der Tat Umstände gibt, in der eine zahl-intuitive Wahl des PC4D Vorteile bringen kann. While these results on the first look at the HD3203 material show that continues on to be the most appropriate where there are circumstances in fact, in a number-intuitive choice of PC4D can bring benefits.
  • [0047] [0047]
    Falls eine schnelle Anstiegszeit benötigt wird und eine hohe Steuerspannung und Wärmeerzeugung toleriert werden kann, ist somit, der PC4D in einem monolithischen End-Ausstoßer einfach der beste (145 ms im Vergleich zu 316 ms für HD 3203). If a fast rise time is required, and a high drive voltage and heat generation can be tolerated, the PC4D is thus, in a monolithic end-ejector easily the best (145 ms compared to 316 ms for HD 3203).
  • [0048] [0048]
    Falls eine Verbesserung in der Anstiegszeit im Vergleich zum HD 3203 benötigt wird, und zwar bei derselben reduzierten Wärmeerzeugung, ist der Gebrauch des PC4D in einem Chevron-End-Ausstoßer angezeigt. If an improvement in rise time is needed compared to the HD 3203, namely at the same reduced heat generation, the use of PC4D is displayed in a chevron end-ejector. Die Anstiegszeit wird von 356 auf 251 ms reduziert und die Hitze, die erzeugt wird, wird um 40% reduziert. The rise time is reduced from 356 to 251 ms, and the heat generated is reduced by 40%. Ein ähnliches Ergebnis könnte erwartet werden, falls PC4D in einem monolithischen Seiten-Ausstoßer benutzt wird. A similar result could be expected if PC4D is used in a monolithic side ejector.
  • [0049] [0049]
    Für eine angemessene Anstiegszeit (456 ms im Vergleich zu 356 ms eines monolithischen End-Ausstoßers), kombiniert mit sehr geringer Wärmeerzeugung (nur etwa 30% des Grundlinienfalles) und niedriger Steuerspannung (12V im Vergleich zu 25 V) sollte PC4D in einer Chevron-Seiten-Ausstoßer-Konfiguration verwendet werden. For a reasonable rise time (456 ms compared to 356 ms of a monolithic end-pusher), combined with very low heat generation (only about 30% of the baseline case) and low driving voltage (12v compared to 25 V) PC4D should be in a chevron sides -Ausstoßer configuration can be used. In einem derartigen Druckkopf würde der Temperaturanstieg der Tinte geringfügig bei etwa 0,5°C liegen, und zwar verglichen mit 21°C in einem monolithischen End-Ausstoßer, der HD 3203 verwendet. In such a print head the temperature rise of the ink would be slightly higher at about 0.5 ° C, as compared to 21 ° C in a monolithic end-pusher, the HD 3203 used. Ein PC4D-Druckkopf, der als ein Chevron-Seiten-Ausstoßer konstruiert bzw. konfiguriert ist, würde somit sehr gut für Hochdefinitionsgraustufendrucker bzw. Hochdefinitionsgrauskalendrucker geeignet sein, da es wenig wenn überhaupt irgendeine wärmeinduzierte Variation der Tröpfchengeschwindigkeit mit der Druckdichte gibt. A PC4D print head, which is designed or configured as a chevron side ejector, would be thus very well suited for high definition grayscale printer or high definition gray scale printer, as there is little if at all any heat-induced variation of the droplet velocity is with the print density.
  • [0050] [0050]
    Während die Erfindung in dem Kontext des PC4D-Materials beschrieben worden ist, können andere akzeptor-dotierte piezoelektrische Materialien dieselben Charakteristiken und Vorteile zeigen bzw. aufweisen. While the invention in the context of the PC4D material has been described, other acceptor-doped piezo-electric materials may exhibit the same characteristics and advantages or have.
  • [0051] [0051]
    Jedes Merkmal, das in dieser Spezifikation offenbart ist (welcher Ausdruck die Ansprüche beinhaltet) und/oder in den Zeichnungen gezeigt ist, können in dieser Erfindung unabhängig von anderen offenbarten und/oder veranschaulichten Merkmalen beinhaltet sein. Each feature disclosed in this specification (which term includes the claims) and / or shown in the drawings, may be included in this invention independently of other disclosed and / or illustrated features.
  • [0052] [0052]
    Angaben bzw. Statements in dieser Spezifikation der "Aufgabe der Erfindung" bezieht sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, aber nicht notwendigerweise auf alle Ausführungsformen der Erfindung, die innerhalb der Ansprüche fallen. Information and statements in this specification, the "object of the invention" refers to preferred embodiments of the invention, but not necessarily all embodiments of the invention which fall within the claims.
  • [0053] [0053]
    Der Text des Abstracts bzw. der Text der Zusammenfassung, der hiermit eingereicht wird, ist hier als Teil der Spezifikation bzw. Beschreibung wiederholt. The text of the abstract or the text of the abstract, which is filed herewith is repeated here as part of the specification or description.
  • [0054] [0054]
    Ein akzeptor-dotiertes "Hart"-PZT ist in einem piezoelektrischen Druckkopf verwendet, anstatt des herkömmlichen "weichen" donator-dotierten Materials. An acceptor-doped "hard" -PZT is used in a piezoelectric print head, instead of the conventional "soft" donor-doped material. Der Druckkopf ist vorzugsweise von einer Chevron-Seiten-Ausstoßer-Konfiguration und ist vorteilhaft zum Hochdefinitionsgraustufendrucken bzw. Hochdefinitionsgrauskalendrucken. The print head is preferably of a chevron side pusher configuration and is advantageous for high-definition grayscale printing or high definition gray scale printing.
Referenced by
Citing PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
DE102016204888A1 *23 Mar 201616 Mar 2017Continental Automotive GmbhPiezoelektrische Aktuatoreinheit und Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Aktuatoreinheit
Classifications
International ClassificationH01L41/09, B41J2/14, B41J2/045, B41J2/055, B41J2/015
Cooperative ClassificationB41J2/14209
European ClassificationB41J2/14D1