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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Ausstoßen
einer Flüssigkeit,
insbesondere einer Tinte.
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Beschreibung des Standes
der technik
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Über die
Jahre entwickelte sich die Elektronikbranche mit fortschreitender
Technologie. Was verschiedene Elektronikerzeugnisse anbelangt, wie beispielsweise
Computersysteme, Computerperipherie, Geräte und Büromaschinen, so verbesserten sich
deren Funktionen und Erscheinungsbilder ebenso in hohem Maße. In den
80er Jahren beispielsweise waren Punktmatrixdrucker des Impakttyps
sowie Schwarzweißlaserdrucker
vorherrschend. Später,
in den 90ern, wurden Schwarzweißtintenstrahldrucker und
Farbtintenstrahldrucker für
allgemeine Anwendungszwecke beliebt, wohingegen Farblaserdrucker der
professionellen Anwendung zur Verfügung standen. Für eine allgemeine
Anwendung würden
die Benutzer wahrscheinlich Farbtintenstrahldrucker unter Berücksichtigung
der Druckqualität
und des Preises wählen.
Benutzer mit ausreichendem Budget würden wahrscheinlich einen Schwarzweißlaserdrucker
wählen.
Da Preis und Qualität
für die
Entscheidung der Benutzer entscheidend sind, entwickeln Druckerhersteller
ihre Produkte verstärkt
weiter, so dass die Produkte weniger kosten und von besserer Qualität sind, um
somit die Beliebtheit und den Gewinn ihrer Produkte zu steigern.
Daher konzentrieren sich die Entwickler darauf, wie sie die Leistung
ihrer Produkte bei begrenzten Kosten verbessern können.
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Die
meisten Tintenstrahldrucker arbeiten derzeit entweder mit einem
Blasentintenstrahldruckkopf oder mit einem piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf,
um Tintentröpfchen
auf ein Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise Papier, zum Drucken
auszustoßen.
Der Blasentintenstrahldruckkopf umfasst eine Vielzahl von Kammern,
welche aneinander angrenzen. Jede Kammer umfasst mindestens eine
Heizvorrichtung, Tinte und eine Öffnung.
Ferner grenzt ein Verteiler an die Kammer und ist mit dieser in
Flussverbindung. Tinte aus einem Behälter wird jeder Kammer zugeführt, indem
diese den zugehörigen Verteiler
passiert. Die Heizvorrichtung erwärmt die Tinte der Kammer zum
Erzeugen von Blasen, bis sich die Blasen ausreichend ausdehnen,
um die Tintentröpfchen
durch die Öffnung
und auf das Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise einen Papierbogen,
auszustoßen.
Ist die Aktivierung der Heizvorrichtung abgeschlossen, so zerfallen
die Blasen, so dass die Tinte im Behälter die Kammer über den
Verteiler wieder auffüllt.
Ein Einstellen der Konzentrationen und Stellen der Tröpfchen auf
dem Papier kann eine Vielzahl von Texten und Graphiken bilden. Die Qualität des Druckergebnisses
steht in Beziehung mit der durch den Drucker gelieferten Auflösung. Derzeit
liefern Einstiegsniveau-Farbdrucker
eine gute Auflösung
von 720 × 720
dpi (Punkte je Zoll) bzw. 1440 × 720
dpi. Je feiner die Größe des Tröpfchens, desto
höher die
Auflösung
des Druckers.
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Jedoch
weisen derartige Blasentintenstrahlsysteme (auch bekannt als thermisch
betriebene Blasensysteme) den Nachteil von Interferenzen und Satellitentröpfchen auf.
Dehnen sich die Blasen aus, so wird die Tinte von allen Seiten gedrückt, so
dass die Tinte in der Kammer nicht nur durch die Öffnung ausgestoßen wird,
sondern ebenso in Richtung des Verteilers gedrückt wird. Ein derartiger Effekt
verschlechtert die Tintenstabilität der angrenzenden Kammer. Würde die
angrenzende Kammer mit instabiler Tinte einen Tintenausstoß durchführen, so
würden
einige Probleme entstehen. Beispielsweise könnte die Größe der Tröpfchen variieren, bzw. die
Tröpfchen
könnten
die Papieroberfläche
an leicht verschiedenen Stellen treffen. Nach einem Zerfallen der
Blasen kann das Wiederauffüllen
von Tinte in der Kammer auch die Tinte in den angrenzenden Kammern
stören.
Die oben beschriebenen Phänomene sind
auch als Störeffekte
bekannt. Störeffekte
treten häufig
auf, wenn die Kammern in einer Anordnung mit engem Abstand angeordnet
sind und die Tröpfchen
aus den angrenzenden Öffnungen
ausgestoßen
werden. Ferner kann der instabile Tintenzustand die durch die Öffnungen
ausgestoßene
Tinte beeinflussen, wodurch Satellitentröpfchen entstehen. Beispielsweise
könnte die
Tinte nahe einer Öffnung überlaufen,
bzw. der Tintentröpfchenschweif
würde nicht
abrupt abgeschnitten. Die winzigen Tintentröpfchen, die den Haupttröpfchen nachfolgen,
bekannt als Satellitentröpfchen,
könnten
das Papier an Stellen treffen, welche leicht verschieden sind von
den Haupttröpfchen, und
so das gedruckte Bild verschmieren. Die Probleme eines Störeffekts
und von Satellitentröpfchen
verschlechtert die Schärfe
des gedruckten Bilds. Es wurden verschiedene Technologien zum Lösen dieser Probleme
vorgesehen.
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Allgemein
sind zum Erhöhen
der Auflösung des
gedruckten Bilds die Öffnungen
des Tintenstrahldruckkopfs zum Ausstoßen von Tinte aus der Kammer
in Form von regelmäßigen Anordnungen
angeordnet. Bei einer praktischen Anwendung weisen sämtliche
Tintenkammern eine identische bzw. eine sehr ähnliche Struktur auf; somit
ist lediglich eine Tintenkammer in der nachfolgenden Beschreibung
und der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer bekannten Tintenkammer auf dem Druckkopf
(offenbart in dem U.S.-Patent Nr. 4,494,128), wobei der Druckkopf
insbesondere bei einem Graustufen-Tintenstrahldrucker verwendet
wird. Ein Tintenbehälter
und ein Mediumbehälter,
(in 1 nicht dargestellt), werden zum Speichern unverdünnter Tinte 10 bzw.
eines geeigneten Verdünnungsmediums 12 verwendet. Ferner
sind der Tintenbehälter
und der Mediumbehälter
mit einer Kammer 18 über
einen Tintenkapillarkanal 14 bzw. über einen Mediumkapillarkanal 16 verbunden.
Das Medium 12 kann ein Lösungsmittel sein, welches zum
Auflösen
der Farbe in der unverdünnten
Tinte 10 verwendet wird. Ein Verändern des Verhältnisses
der Tinte 10 und des Mediums 12 erzeugt einen
breiten Bereich von Tintenkonzentrationen. Eine Ausgabeöffnung 22 ist
auf der oberen Fläche 19 der
Kammer 18 ausgebildet. Innerhalb der Kammer 18 befindet
sich eine Einrichtung zum Ausgeben der Tinte, wie beispielsweise
eine Heizvorrichtung 20, welche die Tinte erwärmt, um
die Blase zum Auswerfen eines Tröpfchens 23 durch
die Ausgabeöffnung 22 zu
erzeugen. Das Tintenabsperrelement 24 und das Mediumabsperrelement 26 sind
Widerstände,
welche in dem Tintenkapillarkanal 14 und dem Mediumkapillarkanal 16 zum
Steuern des Volumens der Tinte 10 und des Mediums 12,
welche in die Kammer 18 eintreten, angeordnet sind. Wird
ein elektrischer Strom auf die Widerstände angewendet, so wird die
Absperrelementblase in dem Tintenkapillarkanal 14 und/oder
in dem Mediumkapillarröhrchen 16 erzeugt,
um das Eintreten des Flusses von Tinte 10 und/oder einem
Medium 12 in die Kammer 18 zu stoppen. Das Tintenabsperrelement 24 und
das Mediumabsperrelement 26 können unabhängig über eine beliebige gewünschte Zeitspanne
ein- oder ausgeschaltet werden. Durch geeignetes Festlegen der Verhältnisse
von Ein/Aus-Zeiten des Tintenabsperrelements 24 und des
Mediumabsperrelements 26 wird ein voller Graustufen-Druckbereich erzeugt.
Dieses herkömmliche
Verfahren schafft einen engen Bereich, in welchem eine Heizvorrichtung
angeordnet wird. Die durch die Heizvorrichtung erzeugte Blase kann
den Fluss von Tinte 10 oder einem Medium 12 blockieren,
um die Wirkungen eines Störeffekts
zu verringern. Jedoch erschwert der enge Bereich nach einem Ausstoß des Tröpfchens 23 ein
schnelles Wiederauffüllen
der Kammer 18 mit Tinte 10 und/oder einem Medium 12.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
einer weiteren bekannten Tintenkammer auf dem Druckkopf (offenbart
in dem U.S.-Patent Nr. 5,278,584). Es gibt eine Ausgabeeinrichtung,
wie eine Heizvorrichtung 32, auf dem Substrat 29 der
Kammer 30. Durch Anwenden des elektrischen Stroms zum Einschalten der
Heizvorrichtung 32 wird die Blase erzeugt, um die Tinte
aus der Öffnung 34 auszuwerfen.
Anschließend wird
die Kammer 30 durch eine Kapillarwirkung wiederaufgefüllt. Die
im Behälter
gespeicherte Tinte fließt
durch den Verteiler, den Kanal 36 und die Kammer 30,
wie durch den Pfeil A angezeigt. Gemäß diesem herkömmlichen
Verfahren übt
der Kanal 36 zwischen dem Verteiler und der Kammer 30 eine
Pufferwirkung auf die Tinte in der Kammer 30 aus. Beispielsweise
kann die Veränderung
des Tintendrucks infolge eines Tintenausstoßes bzw. einer Blasenbildung
durch den Kanal 36 blockiert werden. Dadurch können die
störenden
Wirkungen eines Störeffekts auf
die angrenzenden Kammern, bewirkt durch den Ausstoß von Tinte,
verringert werden. Jedoch unterliegt die Wiederauffüllgeschwindigkeit
von Tinte in der Kammer 30 dem Querschnittsbereich eines
Kanals 36, und die Tintenstrahlfrequenz des Druckers wird
verringert.
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Anders
ausgedrückt
können
in 2, wenn die Blase erzeugt und zerfallen ist, die
Nebensprecheffekte, bewirkt durch den gestörten Tintenfluss, durch Schaffen
eines Kanals zwischen dem Verteiler und der Kammer verringert werden.
Jedoch verlängert
die Existenz des Kanals ebenso die Zeit zum Wiederauffüllen der
Kammer mit Tinte.
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Dementsprechend
sind die Hauptziele von Forschern und Herstellern, die Nebensprechphänomene zu
verhindern, die Flussgeschwindigkeit von Tinte zum Wiederauffüllen der
Kammer zu erhöhen und
die Auflösung
des Tintenstrahldrucks zu verbessern. Unter Bezugnahme auf das U.S.-Patent
Nr. 6,102,530 (welches dem gleichen Bevollmächtigten bzw. Rechtsnachfolger
wie bei der vorliegenden Anmeldung übertragen ist) wird beschrieben,
dass ein Anordnen zweier Heizvorrichtungen auf zwei Seiten einer Öffnung nicht
nur als virtuelles Absperrelement wirkt, sondern ebenso die Wiederauffüllgeschwindigkeit
der Tinte erhöht. 3 ist
eine Querschnittsansicht einer weite ren bekannten Tintenkammer auf dem
Druckkopf. Der Verteiler 42 grenzt an die Kammer 40 an
und ist mit dieser in Flussverbindung. Tinte aus dem (nicht dargestellten)
Behälter
wird der Kammer 40 zugeführt, indem diese den Verteiler 42 durchläuft. Ferner
wird die Tinte durch die Öffnung 46 ausgestoßen, welche
auf der oberen Fläche 45 der Kammer 40 ausgebildet
ist. Die Ausgabewiderstände,
wie die erste Heizvorrichtung 48 und eine zweite Heizvorrichtung 50,
angeordnet auf den gegenüberliegenden
Seiten der Öffnung 46,
weisen unterschiedliche Widerstände
auf und sind elektrisch mit einer (nicht dargestellten) gemeinsamen
Elektrode zum Aktivieren der Tinte in der zugehörigen Kammer 40 verbunden.
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Nach
Anwenden eines gemeinsamen elektrischen Impulses werden die erste
Heizvorrichtung 48 und die zweite Heizvorrichtung 50 simultan
aktiviert. Infolge der unterschiedlichen Widerstände wird die erste Heizvorrichtung 48 mit
engerem Querschnitt schneller aktiviert und erzeugt eine erste Blase 52. Die
sich ausdehnende erste Blase 52 beginnt, den Tintenfluss
zum Verteiler 42 einzuschränken und wirkt schließlich als
virtuelles Absperrelement zum Trennen der Kammer 40 und
zum Verhindern eines Störeffekts
der angrenzenden Kammern. Dann wird eine zweite Blase 54 durch
die zweite Heizvorrichtung 50 erzeugt. Bei Ausdehnen der
zweiten Blase 54 und Annähern an die erste Blase 52 wird
die Tinte 44 durch die erste Blase 52 und die
zweite Blase 54 unter Druck gesetzt und durch die Öffnung 46 in
der Richtung F ausgestoßen,
wodurch ein Tröpfchen 56 entsteht.
Nach dem Tintenausstoß beginnen
die erste Blase 52 und die zweite Blase 54 in
der Richtung P zu zerfallen, wodurch ermöglicht wird, dass die Tinte 44 die
Kammer 40 durch den Verteiler 42 in der durch
den Pfeil R angezeigten Richtung wiederauffüllt. Dementsprechend wirkt
die erste Blase 52 als virtuelles Absperrelement und verhindert
das Nebensprechproblem. Die Wiederauffüllrate von Tinte wird erhöht durch
Gestalten einer Kammer 40 ohne einen engen Kanal. Jedoch besteht
noch immer ein Nachteil bei der Herstellung dieses Druckkopfs. Während des
Herstellverfahrens wird das Siliziumsubstrat anisotrop geätzt, um
den Verteiler 42 und die Kammer 40 zu bilden.
Daher muss das Ätzverfahren
streng kontrolliert werden. Ferner muss eine Tragschicht 58 auf
der Oberseite der Kammer 40 zum Anordnen der Heizvorrichtungen
gebildet werden. Ein Kontrollieren der Gestaltung der Tragschicht 58 ist
entscheidend, um die hohen Anforderungen an Produktionsausbeute
und Beständigkeit
zu erfüllen.
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Dementsprechend
besteht, um die Produktionsausbeute zu erhöhen und den Marktwettbewerb zu
verbessern, seitens der Forscher die Notwendigkeit, einen Störeffekt
und die damit verbundenen Wirkungen zu minimieren und die Tintenwiederauffüllgeschwindigkeit
zu erhöhen,
ohne das Herstellverfahren weiter zu komplizieren.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Ausstoß von
Tinte zu schaffen, um die Nebensprecheffekte zu verringern und die
Tintenwiederauffüllgeschwindigkeit
zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der
Ansprüche
1 und 8 gelöst.
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Gemäß den Aufgaben
der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verwendung einer Blase als
virtuelles Absperrelement zum Ausstoß von Tinte geschaffen. Die
Vorrichtung umfasst eine Kammer, eine Öffnung und eine Heizvorrichtung.
Die Kammer ist mit dem Tintenbehälter
durch einen Verteiler verbunden, so dass die Tinte in die Kammer
durch den Verteiler fließen
kann. Eine Öffnung
zum Ausstoßen
von Tinte ist auf der oberen Fläche
in Tintenverbindung mit der Kammer angeordnet. Die Kammer weist
eine obere Fläche
und eine untere Fläche
auf. Zwei Heizvorrichtungen sind auf der unteren Fläche der
Kammer angeord net, wobei eine Heizvorrichtung nahe dem Verteiler
und die andere weg vom Verteiler angeordnet ist. Diese beiden Heizvorrichtungen
sind in Reihe mit einer gemeinsamen Elektrode geschaltet. Ferner weist
die Heizvorrichtung, welche dem Verteiler näher ist, einen geringeren Querschnitt
und folglich einen höheren
Widerstand auf. Wird ein elektrischer Impuls angewendet, um die
Heizvorrichtungen zu aktivieren, so erwärmt sich die Heizvorrichtung,
welche dem Verteiler näher
ist, zuerst und erzeugt eine erste Blase zum Trennen des Tintenflusses
zwischen der Kammer und dem Verteiler. Anschließend erzeugt die zweite Heizvorrichtung,
welche weg vom Verteiler angeordnet ist, eine zweite Blase, um die
Tinte in der Kammer mit der ersten Blase unter Druck zu setzen, wodurch
die Tinte durch die Öffnung
ausgestoßen wird
und ein Tintentröpfchen
bildet. Dann zerfallen die erste und die zweite Blase und entfernen
die Trennung zwischen dem Verteiler und der Kammer. Die Tinte im
Verteiler füllt
die Kammer sofort wieder auf.
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Bei
der Erfindung wirkt die erste Blase, erzeugt durch die Heizvorrichtung,
welche dem Verteiler näher
ist, als virtuelles Absperrelement zum Trennen des Verteilers und
der Kammer, so dass die Nebensprecheffekte auf die angrenzenden
Kammern verringert werden können.
Ferner ist der Kanal zwischen dem Verteiler und der Kammer breit
genug, so dass die Tinte die Kammer sehr schnell wieder auffüllen kann.
Somit wird ein Störeffekt
verringert, und die Druckgeschwindigkeit kann erhöht werden.
Ferner werden gemäß dem Herstellverfahren
der Erfindung die Heizvorrichtungen in der Bodenfläche der
Kammer durch Abscheidung gebildet, so dass die Komponenten in der
Kammer einfach aufgebaut sind und die dünne Platte, welche die Öffnung aufweist,
die Kammer ohne jegliche Last überspannt.
Daher werden die Produktionsausbeute und die Beständigkeit
stark erhöht.
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Ferner
können
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Verwendung einer Blase als virtuelles Absperrelement zum Ausstoß von Tinte
und das Herstellverfahren davon bei jeglicher Art von eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
angewendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Flüssigkeit
bei der Ausstoßvorrichtung
nicht nur schnell ausgeworfen, sondern diese füllt die Vorrichtung auch schnell wieder
auf. Ferner können
ein Störeffekt
zwischen den angrenzenden Kammern und dessen Effekte verringert
werden, und die Beständigkeit
der Flüssigkeitsausstoßvorrichtung
wird verbessert.
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Bei
den hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen werden die
Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des Verfahrens wie folgt zusammengefasst:
- 1.
Durch Erzeugen der ersten Blase nahe dem Verteiler zum Trennen der
Kammer und des Verteilers kann ein in den angrenzenden Kammern auftretender
Störeffekt
verringert werden.
- 2. Es existiert kein enger Kanal zwischen der Kammer und dem
Verteiler. Der Strömungswiderstand
der Tinte kann stark verringert werden, so dass die Tintenwiederauffüllgeschwindigkeit
erhöht
wird. Folglich kann die Druckgeschwindigkeit erhöht werden, und der verwendete
Tintenstrahldrucker kann eine höhere
Auflösung
aufweisen.
- 3. Bei der Erfindung wird die Tinte in der Kammer durch die Öffnung durch
die Ausdehnung zweier Blasen ausgestoßen und bildet ein Tröpfchen,
wobei die Blasen durch zwei Heizvorrichtungen auf dem Boden der
Kammer erzeugt werden. Verschmelzen die beiden sich ausdehnenden
Blasen schließlich,
so wird der Tintentröpfchenschweif abrupt
abgeschnitten, wodurch die Bildung eines Satellitentröpfchens
verhindert wird.
- 4. Es ist wesentlich einfacher, die Komponenten der Tintenkammer
mittels des Verfahrens der Erfindung herzustellen. Ferner ist die
Heizvorrichtung, welche herkömmlicherweise
auf der Oberseite der Kammer angeordnet ist, auf dem Boden der Kammer
angeordnet, so dass die dünne
Platte mit der Öffnung
kein Gewicht trägt
und die Kammer leicht überspannen
kann. Ferner wird die Kammer durch einen dicken Polymerfilm gestützt; somit
werden die Produktionsausbeute und die Beständigkeit der Tintenstrahlpatrone
stark erhöht.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
genauen Beschreibung der bevorzugten, jedoch nicht einschränkenden
Ausführungsbeispiele
ersichtlich. Die folgende Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf
die beiliegende Zeichnung.
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1 (Stand
der Technik) ist eine Querschnittsansicht einer bekannten Tintenkammer
auf dem Druckkopf;
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2 (Stand
der Technik) ist eine vergrößerte Ansicht
einer weiteren bekannten Tintenkammer auf dem Druckkopf;
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3 (Stand
der Technik) ist eine Querschnittsansicht einer weiteren bekannten
Tintenkammer auf dem Druckkopf;
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4a–4e zeigen einfache Darstellungen einer
Tintenstrahlkammer gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer Tintenkammer gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6A (Stand
der Technik) ist eine Draufsicht der in 2 dargestellten
Tintenkammer;
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6B ist
eine Draufsicht der Tintenstrahlkammer von 4a gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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7 zeigt
eine einfache Darstellung einer weiteren Tintenstrahlkammer der
Erfindung.
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Die
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Es wird
deutlich werden, dass Anwendungen der Erfindung von den bevorzugten Ausführungsbeispielen
abweichen können,
ohne von den hierin offenbarten Hauptgedanken abzuweichen. Ferner
sind, um die Erfindung nicht unverständlich zu machen, wohlbekannte
Elemente, welche nicht direkt für
die Erfindung relevant sind, weder dargestellt noch beschrieben.
Dementsprechend sind die Spezifikationen und die Zeichnung eher
veranschaulichend als einschränkend
zu betrachten.
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4a–4e zeigen einfache Darstellungen einer
Tintenstrahlkammer gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Kammer 59 weist eine obere Fläche 60 und
eine untere Fläche 61 auf, wie
in 4a dargestellt. Eine Öffnung 66 ist
in der oberen Fläche 60 ausgebildet,
wohingegen eine erste Heizvorrichtung 62 und eine zweite
Heizvorrichtung 64 auf der unteren Fläche 61 angeordnet
sind. Tinte 68 aus dem (nicht dargestellten) Tintenbehälter wird
der Kammer 59 über
den Verteiler zugeführt.
Allgemein verbleibt Tinte an der Öffnung 66 ständig als Meniskusniveau
infolge der eigenen Kohäsion.
Die erste Heizvorrichtung 62 und die zweite Heizvorrichtung 64 sind
in Reihe mit einer gemeinsamen Elektrode geschaltet. Ferner weist
die erste Heizvorrichtung 62 einen engeren Querschnitt
auf und ist dem Verteiler näher,
als die zweite Heizvorrichtung 64 dem Verteiler ist. Da
der Widerstand umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche ist,
weist die erste Heizvorrichtung 62 einen höheren Widerstand
auf als die zweite Heizvorrichtung 64.
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Unter
Bezugnahme auf 4b erwärmt sich, wenn
ein elektrischer Impuls angewendet wird, um die erste Heizvorrichtung 62 und
die zweite Heizvorrichtung 64 zu aktivieren, die erste
Heizvorrichtung 62 schneller als die zweite Heizvorrichtung 64 infolge ihres
höheren
Widerstands. Anders ausgedrückt,
die erste Heizvorrichtung 62 kann höhere Heizenergie ansammeln,
um die Tinte 68 dadurch zum Verdampfen zu bringen und eine
erste Blase 70 zu erzeugen. Bei Ausdehnen der ersten Blase 70 beginnt
diese, den Tintenfluss zwischen dem Verteiler und der Kammer 59 zu
beschränken
und schließlich
zu trennen. Somit kann die Ausdehnung der ersten Blase 70, welche
als virtuelles Absperrelement wirkt, den Tintenfluss in die Kammer 59 effektiv
steuern und Nebensprecheffekte bei den angrenzenden Kammern zu verhindern.
Inzwischen wird die Tinte 68 an der Öffnung 66 durch die
sich ausdehnende erste Blase 70 unter Druck gesetzt. Das
Tintenniveau wird konvex, wie in 4b.
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In 4c wird eine zweite Blase 72 oberhalb der
zweiten Heizvorrichtung 64 in der Kammer 59 nach
der Bildung der ersten Blase 70 erzeugt. Nähert sich
die sich ausdehnende zweite Blase 72 der sich ausdehnenden
ersten Blase 70 an, so wird die unter Druck stehende Tinte 68 in
der Kammer 59 durch die Öffnung 66 ausgestoßen, und
die Tinte bildet ein Tröpfchen 74.
Verschmelzen die erste Blase 70 und die zweite Blase 72,
so wird der Tintenschweif abrupt abgeschnitten, wodurch die Bildung
eines Satellitentröpfchens
verhindert wird.
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In 4d hat das Flüssigkeitsniveau der Tinte 68 an
der Öffnung 66 eine
konkave Form nach dem Ausstoß eines
Tröpfchens 74.
Die erste Heizvorrichtung 62 und die zweite Heizvorrichtung 64 beenden
ein Erwärmen,
und die erste Blase 70 und die zweite Blase 72 zerfallen.
Zerfällt
die erste Blase 70, so ist die Kammer 59 nicht
länger
getrennt, so dass die Tinte 68 schnell in die Kammer 59 fließt, wie durch
den Pfeil dargestellt. Anschließend
zerfällt
die zweite Blase 72, die Tinte 68 füllt die
Kammer 59 vollständig
wieder auf, wie in 4e dargestellt.
Es existiert kein eingeschränkter
Tintenfluss zwischen der Kammer 59 und dem Verteiler. Die
Tinte an der Öffnung 66 verbleibt
erneut ständig
als Meniskusniveau.
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Gewöhnlich hängt die
Flussgeschwindigkeit der Tinte zum Wiederauffüllen der Kammer durch den Verteiler
von der Drucklast der Tinte, welche durch die Tintenpatrone aufgebracht
wird, und dem Strömungswiderstand
ab, den die Tinte durch den Verteiler erfährt. Mehrere Faktoren beeinflussen
den Strömungswiderstand,
wie beispielsweise die Querschnittsfläche, die Form und Rauheit des
Kanals und die Viskosität
und Oberflächenspannung
der Tinte. Ein hoher Strömungswiderstand
erhöht
die Tintenwiederauffüllzeit
und verringert folglich die Betriebshäufigkeit des Tintenstrahldrucks.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die Erzeugung der ersten Blase 70 den
Verteiler und die Kammer zum Beschränken des Tintenflusses trennen,
ohne eine herkömmliche Pufferstruktur,
wie beispielsweise den engen Kanal (wie in 1 und 2 dargestellt)
zu verwenden. Daher wird bei der offenbarten Vorrichtung zur Verwendung
einer Blase als virtuelles Absperrelement der Strömungswiderstand
von Tinte verringert, und, als Folge davon, die Wiederauffüllgeschwindigkeit
erhöht;
dementsprechend werden die Druckgeschwindigkeit und die Auflösung des
Tintenstrahldruckers erhöht.
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer Tintenkammer gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Zuerst wird ein Substrat 80 vorgesehen, und
einkristallines Silizium wird bei dem Verfahren verwendet. Eine
dielektrische Schicht 82, bestehend aus Siliziumoxid (SiO2) beispielsweise, wird auf das Substrat 80 aufgebracht.
Eine (in 5 nicht dargestellte) Widerstandsschicht
kann ferner auf der dielektrischen Schicht 82 ausgebildet
werden. Die Widerstandsschicht könnte
TaAl, HfB2 bzw. andere Legierungen sein,
welche Übergangselemente
verbin den. Dann wird eine Al-Schicht auf die Widerstandsschicht
aufgebracht, um eine leitfähige
Schicht 84 zu bilden. Eine erste Heizvorrichtung 62 und
eine zweite Heizvorrichtung 64 werden durch Ätzen der
leitfähigen
Schicht 84 und der Widerstandsschicht gebildet. Dann wird
zum Trennen der Heizvorrichtungen von der Tinte ferner eine SiNx-
oder SiNx-SiC-Komplexverbindung
durch ein PECVD-Verfahren (PECVD: Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition = plasmagestützte chemische
Dampfabscheidung) aufgebracht, um eine Schutzschicht 86 zu
bilden. Eine Metallschicht 88 (wie beispielsweise Ta) wird
auf die Oberseite der Schutzschicht 86 aufgebracht. Die Metallschicht 88 soll
einen möglichen
Schaden infolge des Aufprallens der zerfallenden Blase auf die Schutzschicht 86 verhindern.
Ein dicker Polymerfilm 90 wird ferner auf die Schutzschicht 86 und
die Metallschicht 88 aufgebracht. Dann erfolgt eine Strukturbildung
des Polymerfilms 90 zum Bilden des Flusskanals durch Photolithographie.
Schließlich
wird eine dünne
Platte 92, welche ein äußerst kleines
Loch aufweist, über
dem Polymerfilm 90 angebracht, um die Öffnung 66 zu bilden.
Die Öffnung 66 könnte durch Laserabtragung
bzw. Elektroformung gebildet werden.
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Im
Vergleich zu dem herkömmlichen
Verfahren, bei welchem die Kammer von 3 durch Ätzen gebildet
wird, ist es wesentlich einfacher, jede Komponente der Tintenkammer
mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu bilden. Ferner
werden die Heizvorrichtungen der Erfindung auf dem Boden der Kammer
angeordnet, so dass die dünne
Platte 92 die Kammer überspannen
kann, ohne jegliches Gewicht zu tragen. Ferner liefert der dicke
Polymerfilm 90 eine zusätzliche
Unterstützung
für die
Kammer, und somit werden die Produktionsausbeute und die Beständigkeit
der Tintenstrahlpatrone stark erhöht.
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Ferner
besteht zum Erhöhen
der Auflösung des
Druckbilds bezüglich
einer kommerziellen Tintenpatrone der Trend, die Größe der Kammern
und Öffnungen
zu verringern, um mehr Kammern und Öffnungen auf der Tintenstrahlpatrone
anzuordnen. Existiert ein enger Kanal (wie bei der in 2 dargestellten
herkömmlichen
Gestaltung verwendet) zwischen der Kammer und dem Verteiler, so
führt ein Verringern
der Größe der Kammer
ferner zu einem noch engeren Hals des zugehörigen Kanals. Folglich wird
ein Wiederauffüllen
der Kammer mit Tinte noch schwieriger und zeitaufwendiger. Ferner
begrenzt das Vorhandensein eines engen Kanals ebenso die Anzahl
von auf der Tintenstrahlpatrone angeordneten Kammern. Die folgende
Beschreibung zeigt die Wirkung auf die Anzahl von Kammern in einer
konstanten Länge
L mit und ohne engem Kanal.
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6A ist
eine Draufsicht der bekannten Tintenkammer, dargestellt in 2 (Stand
der Technik). Sie zeigt deutlich, dass jede Kammer 30 eine Heizvorrichtung 32 umfasst,
und ein Kanal 36 ist die Brücke der Kammer 30 und
des Verteilers. 6B ist eine Draufsicht der Tintenstrahlkammer
von 4a, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Jede Kammer 59 umfasst eine erste Heizvorrichtung 62 und
eine zweite Heizvorrichtung 64. Es existiert kein enger
Kanal in der Verbindung der Kammer 59 und des Verteilers,
so dass die Tintenwiederauffüllgeschwindigkeit
der Kammer 59 wesentlich höher ist als diejenige der Kammer 30 von 6A.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 6A der
Hals des engen Kanals nicht zu stark verringert werden kann, unter Berücksichtigung
der Tintenwiederauffüllgeschwindigkeit,
wodurch folglich die Größe der Kammer
beschränkt
ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung können
sechs der Kammern 59 in einer Länge L (6B) angeordnet
werden, wohingegen bei der herkömmlichen
Vorrichtung lediglich vier der Kammern 30 in der gleichen
Länge L (6A)
angeordnet werden können.
Gemäß der Darstellung
beschränkt
die Gestaltung des engen Kanals die Anzahl von Kammern, welche auf
der Tintenpatrone angeordnet werden können, obwohl dadurch eine Verringerung
des Störeffekts erfolgen könnte. Hingegen
kann die Aufgabe eines Hochgeschwindigkeitsdruckens und einer hohen
Auflösung durch
Verwenden der Kammer der Erfindung (ohne Vorhandensein eines engen
Kanals) in der Tintenpatrone gelöst
werden.
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Gemäß der oben
erwähnte
Beschreibung wird durch die Öffnung
ausgestoßene
Tinte mittels zweier Blasen ausgeworfen, wobei die Blasen von den
Heizvorrichtungen, angeordnet auf dem Boden der Kammer, erzeugt
werden. Die Blase, welche erzeugt wird von der Heizvorrichtung,
die näher
an dem Verteiler angeordnet ist, wirkt als virtuelles Absperrelement
durch Trennen des Tintenflusses zwischen der Kammer und dem Verteiler,
so dass ein Störeffekt wirksam
verhindert werden kann. Die Anordnung der ersten Heizvorrichtung 62 ist
nicht streng auf eine bestimmte Stelle begrenzt. Zum Ausführen der
Erfindung ist es ausreichend, dass die erste Heizvorrichtung 62 (wie
in 5 dargestellt) in einer Position angeordnet ist,
welche dem Verteiler näher
ist, und die erzeugte Blase die Kammer erfolgreich bezüglich des
Verteilers blockieren kann. Im Hinblick auf die zweite Heizvorrichtung 64 hängt deren
Position von der Größe des Tröpfchens
ab. Ist die gewünschte Tröpfchengröße klein,
so muss das Volumen von durch die Öffnung ausgestoßener Tinte
klein sein. Folglich muss der Abstand zwischen der ersten Heizvorrichtung 62 und
der zweiten Heizvorrichtung 64 klein sein. Anders ausgedrückt, je
dichter die Heizvorrichtungen, desto weniger Tinte wird ausgestoßen.
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Ferner
kann, ohne dass das Wesen der Erfindung verändert wird, die zweite Heizvorrichtung durch
eine Vielzahl von Heizvorrichtungen ersetzt werden. Die Vielzahl
von Heizvorrichtungen kann auf dem Substrat 80 und auf
einer Seite angeordnet werden, welche sich weg von dem Verteiler
befindet, mit gleichem oder unterschiedlichem Abstand zueinander.
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7 zeigt
eine einfache Darstellung einer weiteren Tintenstrahlkammer der
Erfindung. Die Kammer 99 weist eine obere Fläche 100 und
eine untere Fläche 101 auf.
Eine Öffnung 106 ist
in der oberen Fläche 100 ausgebildet,
wohingegen eine erste Heizvorrichtung 102 und eine zweite
Heizvorrichtung 104 auf der unteren Fläche 101 angeordnet
sind. Die erste Heizvorrichtung 102 und ist näher an dem
Verteiler angeordnet als die zweite Heizvorrichtung 104. Die
zweite Heizvorrichtdung 104 umfasst eine Vielzahl von Heizvorrichtungen 114, 124, 134 und
ist weg vom Verteiler angeordnet. Sämtliche Heizvorrichtungen 102, 104 sind
in Reihe mit einer gemeinsamen Elektrode geschaltet. Wird ein elektrischer
Impuls zum Aktivieren der Heizvorrichtungen 102, 104 angewendet,
so heizt die erste Heizvorrichtung 102 schneller und erzeugt
die erste Blase, um den Tintenfluss zwischen der Kammer 99 und
dem Verteiler zu trennen. Die Heizvorrichtungen 104 weisen
unterschiedliche Widerstände
auf, so dass die zweite Blase optional von einer der Heizvorrichtungen 104 erzeugt
werden kann, in Abhängigkeit
von dem erforderlichen Volumen von durch die Öffnung 106 ausgestoßener Tinte.
Einfach ausgedrückt,
wird die zweite Blase durch eine Heizvorrichtung 104 erzeugt,
welche weiter weg ist von der ersten Heizvorrichtung 102,
so wird ein größeres Tintentröpfchen gebildet.
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Obwohl
lediglich drei Heizvorrichtungen 114, 124 und 134 in 7 zum
Darstellen der zweiten Heizvorrichtung 104 veranschaulicht
sind, ist die Anzahl von Heizvorrichtungen 104 bei praktischen
Anwendungen nicht darauf begrenzt.
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Während die
Erfindung beispielhaft und im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht darauf
beschränkt
ist. Hingegen soll diese verschiedene Abwandlungen und ähnliche
Anordnungen und Verfahren abdecken, und daher sollte der Umfang
der beiliegenden Ansprüche
umfassendst ausgelegt werden, so dass sämtliche derartige Abwandlungen
und ähnliche
Anordnungen und Verfahren darin enthalten sind.