DE10133939C2 - Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker und Tropfenerzeuger - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker und Tropfenerzeuger

Info

Publication number
DE10133939C2
DE10133939C2 DE2001133939 DE10133939A DE10133939C2 DE 10133939 C2 DE10133939 C2 DE 10133939C2 DE 2001133939 DE2001133939 DE 2001133939 DE 10133939 A DE10133939 A DE 10133939A DE 10133939 C2 DE10133939 C2 DE 10133939C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bending
drop generator
frame plate
generator according
filling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE2001133939
Other languages
English (en)
Other versions
DE10133939A1 (de
Inventor
Thomas Franke
Johann Stempfle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dascom Europe 89079 Ulm De GmbH
Original Assignee
Tally Computerdrucker GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tally Computerdrucker GmbH filed Critical Tally Computerdrucker GmbH
Priority to DE2001133939 priority Critical patent/DE10133939C2/de
Publication of DE10133939A1 publication Critical patent/DE10133939A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10133939C2 publication Critical patent/DE10133939C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1637—Manufacturing processes molding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14282—Structure of print heads with piezoelectric elements of cantilever type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/1614—Production of print heads with piezoelectric elements of cantilever type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1632—Manufacturing processes machining

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mi­ krotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker, mit in einem Gehäu­ se angeordneten Piezobiegewandlern, mit einer mit einer Grundplatte (erster Wafer) aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss verbundenen Rahmenplatte (zweiter Wafer), in der die zukünftigen Biegewandler vorgesehen sind, und die mit Mono- oder Bimorph-Piezoplatten zusammengeklebt und anschließend durch Trennen in einzelne Biegewandler innerhalb der Rahmenplatte gegliedert wer­ den und den Tropfenerzeuger selbst.
In einer älteren Patentanmeldung (DE 100 07 052 A1) ist ein Verfahren zum Her­ stellen von Komponenten eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen beschrieben, bei dem in einem ersten Wafer zur Erzeugung von Rahmenplatten Schlitze mit Aus­ buchtungen bis in den rückwärtigen Bereich durch Ätzen eingearbeitet werden. So­ dann werden in die Rahmenplatte ein Flüssigkeitskanal und eine Tintenkanal- Verbindung geätzt. In einen zweiten Wafer, d. h. ein Wafer mit einer Anzahl Grund­ platten, werden jeweils ein oberer Düsenkanal und ein unterer Düsenkanal zusam­ men mit einer Düsenvorkammer eingeätzt. Nach dem Ätzen beider Wafer werden diese aufeinander ausgerichtet gebondet. Danach erfolgt das Aufkleben der durch einen Biegekamm miteinander verbundenen Piezoplatten auf die freigeätzten Biege­ finger. Nach dem Bonden bzw. Aufkleben der Piezoplatten erfolgt das Ausschneiden der auf dem Waferverbund vorhandenen Biegewandler.
Bei diesem Verfahren kann der Klebstoff zum Kleben der Piezoplatten in die filigra­ nen Spalte (die im µm-Bereich liegen) eindringen. Bei Bauarten mit freistehendem (freigeätzten) Silizium-Biegefinger kann sich der Silizium-Biegefinger unter dem Fü­ gedruck beim Kleben verformen. Ebenso können sich beim Trennschneiden die ein­ zelnen Biegefinger unter der Schneidkraft verbiegen, wodurch eine unsaubere Geo­ metrie (Schnittkanten) oder im Extremfall ein Bruch einzelner Biegefinger entsteht.
Besonders schwerwiegend ist, wenn bei spangebenden Trennverfahren Schneidpar­ tikel zusammen mit der Schneidflüssigkeit in die filigranen Spalte eindringen und sich dann aus der engen Spaltverteilung selbst durch aufwändige Waschprozeduren nicht mehr entfernen lassen. Außerdem können durch das mechanische Trennschneiden die Düsenöffnungen durch diese Partikel beschädigt werden. Dabei kann später eine undefinierte Tropfenbildung die Folge sein.
Aus der DE 689 06 001 T2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers bekannt, bei dem eine auf eine Rahmenplatte geklebte Piezoplatte mit Metallplatte und Elektrodenschicht durch Trennen in einzelne Biegewandler gegliedert werden. Beim Trennschneiden zu beschädigende oder leicht verstopfende Spalten und Ka­ näle in dieser Rahmenplatte oder einer damit verbundenen Grundplatte weist dieser Tropfenerzeuger nicht auf.
Aus der EP 05 35 685 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tropfenerzeugers auf einem Substrat bekannt, bei dem eine feste Schicht aus einem lichtempfindlichen Harz aufgebracht wird, auf der eine Vielzahl von Aktoren gebildet sind, und auf die eine Flüssigkeitsdurchgangsschicht aufgebracht wird, auf dieser wiederum eine lichtdurchlässige Platte mit Flüssigkeitsversorgungs-Öffnungen, die als Maske die feste Schicht in einer chemischen Lösung flüssig macht. Dadurch werden die Versorgungsöffnungen in der festen Schicht geöffnet, indem die feste Schicht beseitigt wird. Danach besteht eine Versorgungsverbindung in eine Hauptkammer für die Flüssigkeit. Insofern werden keine kapillaren Spalte und Kanäle erzeugt.
Aus der DE 197 42 233 A1 ist ferner die Verwendung von Wachs als Füllstoff bei der Herstellung von Tintenkammern eines Tropfenerzeugers bekannt. Dadurch kann eine Nut in einer Druckkammer erzeugt werden, in dem das Wachs wieder durch ein Lö­ sungsmittel aufgelöst wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Trop­ fenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker und einen Tropfenerzeuger für Mikrotropfen, insbesondere einen Düsenkopf für Tin­ tendrucker, anzugeben, bei dem Beschädigungen der Kanten von Düsen, Flüssig­ keitskanälen und Biegewandlern sowie das Eindringen von Schmutzpartikel und Klebstoffen in dessen Hohlräume sowie deren Verstopfung beim Herstellen der Bie­ gewandler vermieden wird.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor dem Kleben der Piezoplatten und vor dem Trennschneiden die Spalten, Verbindungskanäle und Düsenvorkammern der Rahmenplatte und der Grundplatte mit einem neutralen, zu­ nächst flüssigen Füllmaterial verfüllt werden, das fest wird, wie dies bspw. bei Wachs der Fall ist und dass diese für das flüssige Füllmaterial kapillar ausgebildet sind, so dass ein vollständiges Verfüllen dieser Hohlräume ohne Lufteinschlüsse erfolgt und das Füllmaterial nach dem Aufkleben der Biegewandler-Piezoplatten auf die Rah­ menplatte und nach dem mechanischen Gliedern der Piezoplatte in einzelne Biege­ wandler und nach Trennen der mit den Mono- oder Bimorph-Piezoplatten zusam­ mengeklebten Rahmenplatte des Waferverbundes, mittels einer Trennsäge in einzelne Biegewandler durch thermisches und/oder chemisches Behandeln wieder her­ ausgelöst wird. Dadurch werden das Eindringen von Trennschneid-Partikeln und eine Beschädigung von Kanten, bspw. der Düsen und der Flüssigkeitskanäle, völlig ver­ mieden. Nach dem Trennschneiden kann das Füllmaterial wieder leicht ausgespült werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das neutrale Füllmaterial durch Auswaschen un­ ter Verwenden von chemischen Substanzen entfernt wird. Das Füllmaterial kann da­ durch chemisch gelöst und niedrig viskos verflüssigt werden.
Das Eindringen des Füllmaterials in die Kapillaren oder das Entfernen aus den Ka­ pillaren wird ferner dadurch unterstützt, dass das neutrale Füllmaterial durch Erwär­ men verflüssigt und entfernt wird.
Die Wahl des Füllmaterials kann diese Vorgänge erheblich unterstützen. In diesem Sinn wird weiter vorgeschlagen, dass als neutrales Füllmaterial Wachs verwendet wird.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass das neutrale Füllmaterial aus einem durch Lösungs­ mittel auflösbaren Klebstoff besteht.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass das neutrale Füllmaterial aus UV- härtbarem Klebstoff besteht, der nur an der Oberfläche gehärtet wird.
Der bezeichnete Tropfenerzeuger wird in Serien aufgrund der eingangs bezeichne­ ten Schritte hergestellt. Dazu wird vorgeschlagen, dass außerhalb des Aktorbereichs auf dem Waferverbund zumindest eine Einfüllöffnung für ein neutrales, zunächst flüssiges Füllmaterial vorgesehen ist, das später fest wird, wie dies bspw. bei Wachs der Fall ist, die mit den die Biegefinger der Biegewandler umge­ benden für das Füllmaterial kapillaren Spalten, Verbindungskanälen und Düsenvor­ kammern verbunden ist, wobei durch Trennen der mit den Mono- oder Bimorph- Piezoplatten zusammengeklebten Rahmenplatte mittels einer Trennsäge die einzel­ nen Biegewandler erzeugbar sind. Dadurch wird ein Vollfüllen aller Hohlräume und Spalte über die Kapillarkräfte erreicht. Das Füllmaterial in den Einfüllräumen dient als Vorrat und wird durch die Kapillarkräfte in die Spalte gezogen. Das Niveau des Füllmaterials in der Einfüllkammer wird dabei gesenkt.
Das Einfüllen des flüssigen Füllmaterials kann dadurch erleichtert werden, dass die Einfüllöffnung auf die Abmessungen einer Pipette ausgelegt ist.
Eine Verbesserung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Einfüllöffnung an die Vielzahl der senkrechten Spalte zwischen den Biegefingern angeschlossen ist, die untereinander verbunden sind.
Eine andere Verbesserung besteht darin, dass mehrere Spalte zwischen den Biege­ fingern und der Grundplatte miteinander verbunden sind und dass an diese Spalte jeweils eine Entlüftungsöffnung angeschlossen ist. Dadurch kann das neutrale Füllmaterial noch leichter in die Kapillarspalte eindringen, wobei die Kapillarkräfte durch die entweichende Luft unterstützt werden.
Eine Verbesserung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass Zwischenstege zwi­ schen den einzelnen Biegefingern nur partiell ausgebildet sind, d. h. Trennwände sind auf der Verbindungsebene zwischen der Grundplatte und der Rahmenplatte so an­ gesetzt, dass der hintere Bereich der Biegefinger von dem flüssigen Füllmaterial um­ fließbar ist.
Eine Weiterentwicklung besteht darin, dass ein Trennschnitt parallel zur Reihe der Entlüftungsöffnungen derart verläuft, dass mehrere Düsen oder Düsenvorkammern angeschnitten sind. Das Trennschneiden öffnet die Düsen, trennt die Entlüftungsöff­ nungen ab und beendet die Herstellung der Biegewandler an deren Stirnseiten.
Die Trennung der einzelnen Biegefinger als Voraussetzung für die weitere Fertigung erfolgt derart, dass die Einfüllöffnung durch eine verdeckte Verbindungskapillare mit einem Spalt verbunden ist, der um die äußere Begrenzung für die Biegefinger ver­ läuft. Dadurch können die Biegefinger auch an ihrer Unterseite in das neutrale Füllmaterial eingebettet werden.
Nach weiteren Merkmalen wird vorgeschlagen, dass die verdeckte Verbindungska­ pillare in der Trennebene zwischen der Grundplatte und der Rahmenplatte liegt.
Von Vorteil ist ebenso, dass eine spaltförmige Verbindungskapillare von der Ober­ seite her in die Rahmenplatte eingebracht ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Verbindung der Einfüllöffnung mit den Spalten um und unter den Biegefingern aus einer Verbindungskapillaren zwischen der Grundplatte und der Rahmenplatte besteht. Die Kapillare kann durch Ätzen einer Grube sowohl auf der Rahmenplatte als auch auf der Grundplatte erfolgen. Beim Bonden entsteht die verdeckte Verbindungskapillare zwischen der Einfüllöffnung und den Biegefingern.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Einfüllöffnung durch eine spaltförmige Verbindungskapillare mit dem Spalt verbunden ist, der um die äußere Begrenzung für die Biegefinger verläuft und sich unter die Biegefinger erstreckt.
Die Kapillare wird unten durch die Grundplatte und oben durch die Oberfläche der Rahmenstruktur begrenzt. Durch die 10 bis 50 µm breite Verbindungskapillare kann die Füllhöhe in den Spalten und das Niveau des Füllmaterials im Einfüllbecken so eingestellt werden, dass die Spalte bis zum Rand gefüllt sind und das Füllbecken nahezu entleert ist.
Für das Einfüllen eignet sich vorteilhafterweise, dass das neutrale Füllmaterial in ei­ nem erwärmten Zustand niedrig viskos ist. Die Spalträume können dadurch weitest­ gehend gefüllt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Befüllen und Versiegeln der Spalte durch Zuführung des Füllmaterials über die Kapillarkräfte aus einem Einfüllbecken bei ge­ nauer Dosierung durchführbar ist. Dadurch wird ein Überfluten und Verunreinigen der Oberfläche mit Füllmaterial verhindert. Die Aktor-Piezoplatte kann ohne besonderen Reinigungsvorgang jeweils auf einen Biegefinger oder über das Aktor-Array aufge­ klebt werden.
Die weitere Fertigung wird zweckmäßigerweise dadurch fortgesetzt und abgeschlos­ sen, dass jeweils ein Trennschnitt zwischen den Biegewandlern in der Breite über dem Spalt der äußeren Begrenzung für die Biegefinger verläuft. Dabei entstehen die einzelnen unabhängigen Biegefinger.
Die Anzahl der gefertigten Biegewandler kann noch dadurch gesteigert werden, in­ dem mit ihrem der Düse zugeordneten Bereich gegeneinander gerichtete Reihen aus Biegefingern vorgesehen sind und dass ein auf der Symmetrieachse der Reihen verlaufender weiterer Trennschnitt die Düsen und die Düsenvorkammern beider Seiten offenlegt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachfol­ gend näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen kompletten Tropfenerzeuger in einer ersten Bauart mit der Gehäuseabdeckung und den elektrischen Anschlüssen,
Fig. 2 denselben Längsschnitt durch den kompletten Tropfenerzeuger in einer zweiten Bauart mit der Gehäuseabdeckung und den elektrischen Anschlüs­ sen,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Rahmenplatte mit verdeckter Verbindungskapillare,
Fig. 3A einen senkrechten Längsschnitt A-B durch den Waferverbund gemäß Fig. 3 mit Schnitt durch die verdeckte Verbindungskapillare,
Fig. 3B einen senkrechten Seiten-Schnitt C-D in Höhe der Entlüftungsöffnungen gemäß Fig. 3,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Rahmenplatte mit der spaltförmigen Verbindungska­ pillare,
Fig. 4A einen senkrechten Längsschnitt durch die Rahmenplatte vor der Verbin­ dungskapillaren, in einer abgeänderten Ausführungsform,
Fig. 4B einen senkrechten Seitenschnitt durch die Verbindungskapillare,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Rahmenplatte mit Einfüllöffnung,
Fig. 5A einen senkrechten Längsschnitt mit aufgeklebten Piezoplatten,
Fig. 5B einen senkrechten Seitenschnitt mit aufgeklebter Piezoplatte,
Fig. 6 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Ausführungsform mit gegenein­ ander gerichteten Biegefingern und
Fig. 6A die zu Fig. 6 gehörende Draufsicht im Schnitt.
Der Piezo-Biegewandler 1 für einen Tropfenerzeuger für Mikrotropfen ist in einem Gehäuse 2 angeordnet und kann z. B. als Düsenkopf in einem Tintendrucker einge­ setzt werden. Am Gehäuse 2 ist ein Tinteneinlass 3 an der Oberseite des Gehäuses 2 angeformt. In dem Gehäuse 2 ist oft eine lange Reihe solcher Piezo-Biegewandler 1 vorgesehen, um eine Vielzahl von Mikrotropfen 13 in kurzer Zeit zu erzeugen und zu verarbeiten.
Wesensbauteile des Biegewandlers 1 sind eine Grundplatte 4 und eine Rahmen­ platte 5, die beide über einen auf einem ersten Wafer aufgebondeten zweiten Wafer in Serie hergestellt werden. Der erste Wafer und der zweite Wafer bilden nach dem Bonden den Waferverbund.
Der Biegewandler 1 gemäß Fig. 1 bildet in der Rahmenplatte 5 einen ausgeschnitten einstückigen Biegefinger 6, der eine Piezoplatte 7 trägt, die aus einem Multilayer- System 8 besteht. Dieses Multilayer-System 8 ist über eine Elektronik 9 an eine zweckentsprechende elektronische Steuerung angeschlossen. Der Biegefinger 6 ist für seine Bewegung mit einem Spalt 10 angeordnet, der einen Flüssigkeitslängskanal 10a bildet und läßt die in Mikrotropfen 13 umzuwandelnde Flüssigkeit, wie z. B. Tinte oder Kraftstoff für Verbrennungsmaschinen, einströmen. Bei den Verdrängungsbe­ wegungen im Spalt 10 wird durch einen Verbindungskanal 11 sowie durch die senk­ rechten Spalte 10b Flüssigkeit angesaugt und durch eine Düse 12 in die Mikrotropfen 13 ausgestoßen.
Der Biegewandler 1 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich durch ein gestuftes Gehäuse 2a, das außerhalb des Multilayer-Systems 8 aufliegt und die Elektronik 9 mittels An­ schlussleitungen 9a und 9b verwirklicht.
In der Grundplatte 4 ist die Düse 12 an eine Düsenvorkammer 12a angeschlossen und der Biegefinger 6 erzeugt die Mikrotropfen 13 in horizontaler Richtung.
Vor dem Kleben der Piezoplatten 7 und vor dem Trennschneiden werden die Spalte 10, der Flüssigkeitslängskanal 10a, die senkrechten Spalte 10b, die Düsenvorkam­ mern 12a und Düsen 12 einschließlich der Entlüftungsöffnung 17 zwischen der Rah­ menplatte 5 und der Grundplatte 4 mit einem neutralen, flüssigen Füllmaterial 14 (Fig. 3) verschlossen, das nach dem Aufkleben der Piezoplatten 7 auf die Rahmen­ platte 5 und nach deren Trennen innerhalb des Waferverbundes (aus der Rahmen­ platte 5 und der Grundplatte 4 bestehend) in einzelne Biegefinger 6 durch thermi­ sches und/oder chemisches Behandeln wieder herausgelöst wird. Dabei können auch chemische Substanzen beigemischt werden. Das neutrale Füllmaterial 14 kann durch Erwärmen verflüssigt werden und kann dann leichter entfernt werden. Als neu­ trales Füllmaterial 14 wird z. B. Wachs verwendet oder es besteht aus einem durch Lösungsmittel auflösbaren Klebstoff. Eine andere Wahl kann auch UV-härtbarer Klebstoff sein, der nur an der Oberfläche gehärtet wird. Außerhalb des Aktorberei­ ches, in einem Feld 15 des Waferverbundes ist eine Einfüllöffnung 16 für das Füllmaterial 14 angeordnet, die bis auf die Oberseite der Grundplatte 4 reicht. Die Einfüllöffnung 16 ist dabei auf die Abmessungen einer Pipette ausgelegt (Fig. 3A). Die Einfüllöffnung 16 ist ferner kanalmäßig an die Vielzahl der senkrechten Spalte 10b angeschlossen, die untereinander verbunden sind. Dabei sind mehrere Spalte 10b zwischen den (zukünftigen) Biegefingern 6 der Aktoren und der Grundplatte 4 miteinander verbunden und an diese Spalte 10b ist jeweils eine senkrechte Entlüf­ tungsöffnung 17 angeschlossen (Fig. 3 und 3B). Dabei liegt die Entlüftungsöffnung 17 genau vor der zukünftigen Düse 12 bzw. der Düsenvorkammer 12a. Zwischen jeweils zwei senkrechten Spalten 10b ist für den (zukünftigen) Biegefinger 6 ein Zwi­ schensteg 18 vorhanden. Auf der Länge eines Schaftes 6a des Biegefingers 6 sind Verbindungskapillare 19 vorgesehen. Die Einfüllöffnung 16 ist durch die verdeckte Verbindungskapillare 19b mit dem Flüssigkeitslängskanal 10a und einem der Spalte 10b verbunden, der um die äußere Begrenzung 6b für die Biegefinger 6 verläuft (Fig. 4).
Die Verhältnisse der von dem Füllmaterial 14 erreichten Kapillarspalte sind noch besser in den Fig. 4, 4A und 4B dargestellt, wobei eine Variante (19a) für die Verbin­ dungskapillare 19 gezeigt ist.
Ein Trennschnitt 20 wird parallel zur Reihe der Entlüftungsöffnungen 17 gezogen, wobei die Düsen 12 mit den Düsenvorkammern 12a freigelegt und der Düsenquer­ schnitt erzeugt wird. Der Trennschnitt 20 bildet die Tropfenaustrittsebene (vgl. die Fig. 3, 3A und 4).
Gemäß den Fig. 5, 5A und 5B ist die Aktor-Piezoplatte 7 auf die Biegefinger 6 ohne einen besonderen Reinigungsvorgang aufgeklebt, ohne dass das Füllmaterial 14 herausgewaschen wurde.
Nach dem Trennschnitt 20 zur Freilegung und Bildung der Düsen 12 wird ein weiterer Trennschnitt 21 geführt (Fig. 5A). Dort ist auch gezeigt, dass die Piezoplatten 7 mit­ tels Klebstoff 22 auf die Rahmenplatte 5 aufgeklebt sind. In Fig. 5 ist die Rahmen­ platte 5 ohne die Piezoplatte 7 dargestellt. Im rechten Teil der Fig. 5A sind die Trenn­ schnitte 21 in ihrer Breite 23 sichtbar. Im linken Teil sind diese Trennschnitte 21 noch nicht durchgeführt.
In den Fig. 6 und 6A sind mit ihren den Düsen 12 zugeordneten Bereichen 24 ge­ geneinander gerichtete Reihen 26 aus Biegefingern 6 vorgesehen, wobei ein auf der Symmetrieachse 25 verlaufender Trennschnitt 20 die Düsen 12 und die Düsenvor­ kammern 12a offenlegt, so dass eine doppelte Anzahl von Biegewandlern 1 herge­ stellt werden kann. In Fig. 6A ist eine Trennwand 27 zwischen den schon in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigten Begrenzungen der Biegefinger 6 größer gezeigt.
Nach dem Trennschneiden und Auswaschen des Füllmaterials 14 ergeben sich die in den Fig. 1 und 2 gezeigten, beim Tropfenausstoß voneinander unabhängigen Bie­ gewandler 1.
Bezugszeichenliste
1
Biegewandler
2
Gehäuse
2
a gestuftes Gehäuse
3
Tinteneinlass
4
Grundplatte
5
Rahmenplatte
6
Biegefinger
6
a Biegefinger-Schaft
6
b äußere Begrenzung
7
Piezoplatte
8
Multilayer-System
9
Elektronik
9
a Anschlussleitungen
9
b Anschlussleitungen
10
Spalt
10
a Flüssigkeitslängskanal
10
b senkrechter Spalt
11
Verbindungskanal
12
Düse
12
a Düsenvorkammer
13
Mikrotropfen
14
Füllmaterial
15
Feld
16
Einfüllöffnung
17
Entlüftungsöffnung
18
Zwischensteg
19
Verbindungskapillare
19
a spaltförmige Verbindungskapillare
19
b verdeckte Verbindungskapillare
20
Trennschnitt
21
weiterer Trennschnitt
22
Klebstoff
23
Breite der Trennschnitte
24
Bereich
25
Symmetrieachse
26
gegeneinander gerichtete Reihen
27
Trennwand

Claims (21)

1. Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen (13), ins­ besondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker, mit in einem Gehäuse (2) angeordneten Piezobiegewandlern (1), mit einer mit einer Grundplatte (erster Wafer) (4) aus Silizium, Metall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss verbundenen Rahmenplatte (zweiter Wafer) (5), in der die zukünftigen Biege­ wandler (1) vorgesehen sind, und die mit Mono- oder Bimorph-Piezoplatten (7) zusammengeklebt und anschließend durch Trennen in einzelne Biege­ wandler (1) innerhalb der Rahmenplatte (5) gegliedert werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Kleben der Piezoplatten (7) und vor dem Trennschneiden die Spalten (10), Verbindungskanäle (11) und Düsenvorkammern (12a) der Rah­ menplatte (5) und der Grundplatte (4) mit einem neutralen, zunächst flüssigen Füllmaterial (14) verfüllt werden, das fest wird, wie dies bspw. bei Wachs der Fall ist und dass diese für das flüssige Füllmaterial (14) kapillar ausgebildet sind, so dass ein vollständiges Verfüllen dieser Hohlräume ohne Luftein­ schlüsse erfolgt und das Füllmaterial (14) nach dem Aufkleben der Piezoplat­ ten (7) auf die Rahmenplatte (5) und nach dem mechanischen Gliedern der Piezoplatten (7) in einzelne Biegewandler (1) und nach Trennen der mit den Mono- oder Bimorph-Piezoplatten (7) zusammengeklebten Rahmenplatte (5) des Waferverbundes (4; 5) mittels einer Trennsäge in einzelne Biegewandler (1) durch thermisches und/oder chemisches Behandeln wieder herausgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das neutrale Füllmaterial (14) durch Auswaschen unter Verwenden von chemischen Substanzen entfernt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das neutrale Füllmaterial (14) durch Erwärmen verflüssigt und entfernt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als neutrales Füllmaterial (14) Wachs verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das neutrale Füllmaterial (14) aus einem durch Lösungsmittel auflösba­ ren Klebstoff (22) besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das neutrale Füllmaterial (14) aus UV-härtbarem Klebstoff (22) besteht, der nur an der Oberfläche gehärtet wird.
7. Tropfenerzeuger für Mikrotropfen (13), insbesondere Düsenkopf für Tinten­ drucker, mit in einem Gehäuse (2) mit Tinteneinlass (3) in Reihe angeordneten Piezobiegewandlern (1), mit einer mit einer Grundplatte (erster Wafer) (4) verbundenen Rahmenplatte (zweiter Wafer) (5), die jeweils aus Silizium, Me­ tall, Glas, Keramik oder Mikrokunststoffspritzguss bestehen, wobei innerhalb der Rahmenplatte (5), auf die die zukünftigen Biegewandler (1) aufgeklebt werden, diese mit Mono- oder Bimorph-Piezoplatten (7) zusammengeklebt und paketweise mittels einer Trennsäge in einzelne Biegewandler (1) inner­ halb der Rahmenplatte (5) gegliedert werden, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Aktorbereichs auf dem Waferverbund (4; 5) zumindest eine Einfüllöffnung (16) für ein neutrales, zunächst flüssiges Füllmaterial (14) vorgesehen ist, das später fest wird, wie dies bspw. bei Wachs der Fall ist, die mit den die Biegefinger (6) der Biegewandler (1) umgebenden für das Füllma­ terial (14) kapillaren Spalten (10), Verbindungskanälen (11) und Düsenvor­ kammern (12a) verbunden ist, wobei durch Trennen der mit den Mono- oder Bimorph-Piezoplatten (7) zusammengeklebten Rahmenplatte (5) mittels einer Trennsäge die einzelnen Biegewandler (1) erzeugbar sind.
8. Tropfenerzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (16) auf die Abmessungen einer Pipette ausgelegt ist.
9. Tropfenerzeuger nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (16) an die Vielzahl der senkrechten Spalten (10b) zwischen den Biegefingern (6) angeschlossen ist, die untereinander verbun­ den sind.
10. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spalte (10b) zwischen den Biegefingern (6) und der Grundplatte (4) miteinander verbunden sind und dass an diese Spalte (10b) jeweils eine Entlüftungsöffnung (17) angeschlossen ist.
11. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenstege (18) zwischen den einzelnen Biegefingern (6) nur partiell ausgebildet sind, d. h. Trennwände (27) sind auf der Verbindungsebene zwi­ schen der Grundplatte (4) und der Rahmenplatte (5) so angesetzt, dass der hintere Bereich (24) der Biegefinger (6) von dem flüssigen Füllmaterial (14) umfließbar ist.
12. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennschnitt (20) parallel zur Reihe der Entlüftungsöffnungen (17) derart verläuft, dass mehrere Düsen (12) oder Düsenvorkammern (12a) ange­ schnitten sind.
13. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (16) durch eine verdeckte Verbindungskapillare (19b) mit einem Spalt (10b) verbunden ist, der um die äußere Begrenzung (6b) für die Biegefinger (6) verläuft.
14. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verdeckte Verbindungskapillare (19b) in der Trennebene zwischen der Grundplatte (4) und der Rahmenplatte (5) liegt.
15. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine spaltförmige Verbindungskapillare (19a) von der Oberseite her in die Rahmenplatte (5) eingebracht ist.
16. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Einfüllöffnung (16) mit den Spalten (10) um und unter den Biegefingern (6) aus einer Verbindungskapillaren (19) zwischen der Grundplatte (4) und der Rahmenplatte (5) besteht.
17. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (16) durch eine spaltförmige Verbindungskapillare (19a) mit dem Spalt (10) verbunden ist, der um die äußere Begrenzung für die Biegefinger (6) verläuft und sich unter die Biegefinger (6) erstreckt.
18. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das neutrale Füllmaterial (14) in einem erwärmten Zustand niedrig viskos ist.
19. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen und Versiegeln der Spalte (10) durch Zuführung des Füll­ materials (14) über die Kapillarkräfte aus einem Einfüllbecken bei genauer Dosierung durchführbar ist.
20. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Trennschnitt (21) zwischen den Biegewandlern (1) in der Breite über dem Spalt (10) der äußeren Begrenzung (6b) für die Biegefinger (6) verläuft.
21. Tropfenerzeuger nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihrem der Düse (12) zugeordneten Bereich (24) gegeneinander ge­ richtete Reihen aus Biegefingern (6) vorgesehen sind und dass ein auf der Symmetrieachse (25) der Reihen verlaufender weiterer Trennschnitt (20) die Düsen (12) und die Düsenvorkammern (12a) beider Seiten offenlegt.
DE2001133939 2001-07-12 2001-07-12 Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker und Tropfenerzeuger Expired - Fee Related DE10133939C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001133939 DE10133939C2 (de) 2001-07-12 2001-07-12 Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker und Tropfenerzeuger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001133939 DE10133939C2 (de) 2001-07-12 2001-07-12 Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker und Tropfenerzeuger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10133939A1 DE10133939A1 (de) 2003-01-30
DE10133939C2 true DE10133939C2 (de) 2003-11-06

Family

ID=7691564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2001133939 Expired - Fee Related DE10133939C2 (de) 2001-07-12 2001-07-12 Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker und Tropfenerzeuger

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10133939C2 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10344973B4 (de) * 2003-09-27 2006-04-20 Tally Computerdrucker Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker
WO2019215669A1 (en) 2018-05-11 2019-11-14 Matthews International Corporation Electrode structures for micro-valves for use in jetting assemblies
WO2019215668A1 (en) 2018-05-11 2019-11-14 Matthews International Corporation Micro-valves for use in jetting assemblies
BR112020022988A2 (pt) 2018-05-11 2021-02-02 Matthews International Corporation microválvula e conjunto de jateamento
US10994535B2 (en) 2018-05-11 2021-05-04 Matthews International Corporation Systems and methods for controlling operation of micro-valves for use in jetting assemblies
US11639057B2 (en) 2018-05-11 2023-05-02 Matthews International Corporation Methods of fabricating micro-valves and jetting assemblies including such micro-valves

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0535685A2 (de) * 1991-10-03 1993-04-07 Canon Kabushiki Kaisha Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, Verfahren seiner Herstellung und Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung
DE68906001T2 (de) * 1988-12-07 1993-09-09 Seiko Epson Corp Auf abruf arbeitender tintenstrahldruckkopf.
DE19742233A1 (de) * 1996-12-17 1998-06-18 Fujitsu Ltd Tintenstrahlkopf, der ein piezoelektrisches Element verwendet
DE10007052A1 (de) * 2000-02-17 2001-09-06 Tally Computerdrucker Gmbh Verfahren zum Herstellen von Komponenten eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen und Tropfenerzeuger selbst

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE68906001T2 (de) * 1988-12-07 1993-09-09 Seiko Epson Corp Auf abruf arbeitender tintenstrahldruckkopf.
EP0535685A2 (de) * 1991-10-03 1993-04-07 Canon Kabushiki Kaisha Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungskopf, Verfahren seiner Herstellung und Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungsvorrichtung
DE19742233A1 (de) * 1996-12-17 1998-06-18 Fujitsu Ltd Tintenstrahlkopf, der ein piezoelektrisches Element verwendet
DE10007052A1 (de) * 2000-02-17 2001-09-06 Tally Computerdrucker Gmbh Verfahren zum Herstellen von Komponenten eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen und Tropfenerzeuger selbst

Also Published As

Publication number Publication date
DE10133939A1 (de) 2003-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60220633T2 (de) Piezoelektrischer Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung
DE60221036T2 (de) Vorrichtung zum Erzeugen von Emulsionen und Mikrokapseln
DE69333938T2 (de) Düse zur Verwendung in einer Sprühvorrichtung
DE10030871C2 (de) Tintenstrahlaufzeichnungskopf
EP1171232B1 (de) Fluidhandhabungsvorrichtung mit formatumwandlung
DE69908807T2 (de) Tröpfchenaufzeichnungsgerät
DE69728336T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfes
DE69432161T2 (de) Tintenstrahldruckkopf und sein Herstellungsverfahren
EP0713773B1 (de) Tropfenerzeuger für Mikrotropfen, insbesondere für einen Ink-Jet-Printer
DE69611059T2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlkopfes und Tintenstrahlkopf
DE3507338C2 (de)
DE4225799A1 (de) Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102011005471B4 (de) Mikro-Ejektor und Verfahren für dessen Herstellung
DE3108206A1 (de) Tintenstrahlkopf und verfahren zur herstellung desselben
DE69114938T2 (de) Farbstrahlaufzeichnungskopfherstellungsverfahren.
DE3225578A1 (de) Fluessigkeitsstrahl-aufzeichnungskopf
DE60003088T2 (de) Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zur Herstellung einer Platte dafür
DE19626822B4 (de) Tintenstrahlkopf und Herstellungsverfahren einer Düsenplatte
DE10133939C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Tropfenerzeugers für Mikrotropfen, insbesondere eines Düsenkopfes für Tintendrucker und Tropfenerzeuger
DE69804724T2 (de) Tintenstrahldruckkopf und sein Herstellungsverfahren
DE60102880T2 (de) Tintenstrahlaufzeichnungskopf und Verfahren zu dessen Herstellung
DE60113408T2 (de) Verfahren zur herstellung eines monolithischen druckkopfes mit verkürzten kegelförmigen düsen
DE69727255T2 (de) Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu dessen Herstellung
DE19917595B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Tintendruckkopf-Chips sowie dessen Tintendurchlaßkanal-Struktur
DE69934197T2 (de) Vorrichtung zum beseitigen von flüssigkeit aus einem tintenstrahldrucker

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8304 Grant after examination procedure
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: TALLYGENICOM COMPUTERDRUCKER GMBH, 89079 ULM, DE

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DASCOM EUROPE GMBH, 89079 ULM, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140201