DE3875422T2 - Troepfchenbildung mittels versetzter duese. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein die hydrodynamische Tropfenbildung und insbesondere eine Druckkopfgestaltung, welche die Leistung eines thermischen Tintenstrahldruckers erhöht.
• Das Gebiet der thermischen Tintenstrahl (TIJ)-Druckkopfherstellung ist relativ hoch entwickelt. Die Grundlagen sind beispielsweise im einzelnen im Hewlett-Packard-Journal, Band 36, Nr. 5, Mai 1985, erläutert.
• In dem Gebiet des TIJ-Druckens ist bekannt, einen Druckkopf mit einer Düsenplatte in Kombination mit Heizelementen so anzuordnen, daß durch thermische Anregung der Tinte Tröpfchen über winzige Düsen auf ein Druckmedium ausgespritzt werden. Die Düsenplattenkonfiguration ist eine der Gestaltungsfaktoren, welche die Tröpfchengröße, - geschwindigkeit und - bahnverläufe kontrolliert.
• Im Stand der Technik ist bekannt, die Düsen in Druckkopf- Düsenplatten auf darunter liegende Heizelemente so aus zurichten, wie dies die Fig. 1 und 2 zeigen. Die von einem Element 2 erzeugte Wärme schafft eine Dampfblase, die schnell in einen Tintenkanal 4 hineinwächst und der Tinte oberhalb der Blase einen Impuls vermittelt. Die Tinte wird ihrerseits durch eine Düse 6 in der Düsenplatte 8 ausgetrieben und auf das Druckmedium gebracht.
• Es ist ferner bekannt, beispielsweise aus DE-A-33 47 175 und DE-A-34 02 680, die Mitten der Düse und des Heizelementes in Strömungsrichtung der Tinte, d. h. in Längsrichtung des Tintenkanals, gegeneinander zu versetzen.
• Eine der Schwierigkeiten, welche beim TIJ-Drucken auftreten, besteht darin, Reproduzierbarkeit der Tröpfchengröße der ausgespritzten Tintentröpfchen zu erzielen. Im allgemeinen hat das Tröpfchenvolumen eine Abweichung von 4 bis 8% bei einer Gestaltung gemäß den Figuren.
• Es besteht daher das Bedürfnis, die Reproduzierbarkeit des Tröpfchenvolumens zu erhöhen, um eine verbesserte Druckqualität und - gleichförmigkeit zu erreichen.
• Gemäß der Erfindung ist ein Tintenstrahldruckkopf mit einem Substrat, Mündungsmitteln, welche über dem Substrat liegen, um das Ausspritzen von Tinte zu ermöglichen, Kanalisierungsmitteln auf dem Substrat zum Kanalisieren von Tinte zu den Mündungsmitteln, mindestens einer Heizvorrichtung auf dem Substrat in den Kanalisierungsmitteln und Düsenmitteln in den Mündungsmitteln vorgesehen, um Tintentröpfchen auszuspritzen, wobei die Düsenmittel einen gegenüber den Heizmitteln versetzten Mittelpunkt haben, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Tinte in den Kanalisierungsmitteln vorgesehen ist.
• Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß sie die Volumen-Reproduzierbarkeit der von einer TIJ-Druckkopf-Düse ausgespritzten Tröpfchen erhöht.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie die Tröpfchenschwanz-Streuung vermindert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie die Druckflächenausfüllung und somit die gedruckte Textqualität verbessert.
• Noch ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie in der Tintenstrahl-Technologie ganz wesentlich die Qualität von Schreibstiften durch Verringern der Veränderung des Tröpfchenvolumens individueller Düsen über die Schreibstifte und zwischen den Schreibstiften verbessert.
• Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung und die dazu gehörenden Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Bezugszahlen in sämtlichen Figuren gleiche Merkmale repräsentieren.
• Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf einen Fluidkanal, ein Heizelement und eine Düsenkonfiguration eines Druckkopfes beim Stand der Technik.
• Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht in der Ebene A-A in Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht eines Fluidkanals, eines Heizelementes und einer Düsenkonfiguration eines Druckkopfes gemäß der Erfindung.
• Fig. 4 ist eine schematische Schnittdarstellung in der Ebene B-B in Fig. 3.
• Die Zeichnungen seien als nicht maßstabsgerecht gezeichnet verstanden, sofern dies nicht speziell erwähnt ist.
• Es sei nun im einzelnen auf eine spezielle Ausführung der Erfindung Bezug genommen, welche derzeit nach Ansicht des Erfinders die beste Ausführungsform der Erfindung darstellt. Alternative Ausführungsformen sind ebenfalls kurz als anwendbar beschrieben. Gemäß den Fig. 3 und 4 bildet ein Substrat 10 das Grundbauteil eines TIJ-Druckkopfes. Es ist im Stand der Technik bekannt, Druckkopf-Konstruktionen unter Anwendung von Techniken herzustellen, die in der Fabrikation von Dünnfilm- und Halbleitervorrichtungen, wie integrierten Schaltungen, angewendet werden. Insofern ist eine detaillierte Beschreibung solcher Verfahren nicht wesentlich für das Verständnis der Erfindung.
• Über dem Substrat 10 ist eine Sperrschicht 12 mit Speisekanälen 4 zum Richten eines Tintenstroms aus einem angeschlossenen Reservoir (nicht gezeigt) ausgebildet. In dem Kanal (den Kanälen) 4, der allgemein zentral angeordnet ist, sind Heizelemente 2 vorgesehen. Dünnschicht-Widerstände sind dazu bekannt, hinreichende Wärmeenergie zum Stimulieren verschiedener Drucktinten zu liefern. Es ist im Stand der Technik der Dünnfilm-Technologie bekannt, Dünnfilm-Strukturen für TIJ-Druckköpfe herzustellen, welche Widerstände, Verbindungen und Passivierungsschichten umfassen. Eine Düsenplatte 8 liegt über der Sperrschicht 12.
• Wie am besten in Fig. 3 zu erkennen ist (welche die Lage eines x- und y-Koordinatensystems angibt), hat bei der Erfindung eine Öffnung oder Düse 6 einen Mittelpunkt 14, der von dem Mittelpunkt 16 des Heizelements 2 in y-Richtung um eine Strecke Z versetzt ist, d. h. in Richtung zur einen Seitenwand 18 des Kanals 4. Allgemein ist diese Richtung senkrecht zur Richtung des Tintenstroms im Kanal 4.
• Wie ein Fachmann auf diesem Gebiet weiß, hat ein TIJ-Druckkopf eine Düsenplatte 8 mit mehreren Düsen 6 und zugehörigen Heizelementen. Die Menge und Komplexität der Anordnung hängt von den von einem Drucker oder Plotter, bei denen der Druckkopf eingesetzt werden soll, verlangten Funktionen ab. Die absichtliche Fehlausrichtung der Düsenplatte 8 senkrecht zum Tintenspeisekanal 4 in kontrollierter Weise wurde als die Reproduzierbarkeit des ausgespritzten Tröpfchenvolumens verbessernd befunden. Die gesamte Abweichung des Tröpfchenvolumens von Tropfen zu Tropfen nimmt um einen Faktor 3 bis 4 ab, wenn die beschriebene Fehlausrichtung der Düse 6 bezüglich des Heizelementes 2 vorgesehen wird.
• Die exakte Bemessung hängt offensichtlich von der individuellen Gestaltung des Druckkopfes ab. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem der Speisekanal 4 eine Abmessung y = 85 um hatte, hatte das Heizelement 2 eine Abmessung y = 64 um, die Sperrschicht 12 hatte eine Stärke von 55 um und die Düsenplatte 8 hatte eine Stärke von 62,5 um mit einem Düsendurchmesser von 43 um und einem konvexen Innenflächen-Radial- Durchmesser von 62,5 um, wobei ein Versatz Z von ungefähr 25 um des Düsenmittelpunktes 14 von dem Heizelement-Mittelpunkt 16 beste Ergebnisse zeitigte. Die Wirkung wird jedoch spürbar, wenn die Düse schon um 10 um oder mehr fehlausgerichtet wird. Aus Versuchsdaten, welche dieses Beispiel ergaben, zeigte sich, daß die Leistung sich wieder verschlechterte, wenn der Düsenmittelpunkt 14 über den Rand 20 des Heizelementes hinauswanderte.

Claims (2)

1. Tintenstrahl-Druckkopf mit einem Substrat (12), Mündungsmitteln (8), welche über dem Substrat liegen, um das Ausspritzen von Tinte zu ermöglichen, Kanalisierungsmitteln (4) in dem Substrat zum Kanalisieren von Tinte zu den Mündungsmitteln, mindestens eine Heizvorrichtung (2) auf dem Substrat in den Kanalisierungsmitteln und Düsenmitteln (6) in den Mündungsmitteln zum Ausspritzen von Tintentröpfchen, wobei der Mittelpunkt (14) der Düsenmittel gegenüber dem Mittelpunkt (16) der Heizmittel versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz (Z) in Richtung (y) im wesentlichen senkrecht zur Richtung (x) der Tintenströmung in den Kanalisierungsmitteln realisiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Versatz (Z) senkrecht zur Längsachse der Kanalisierungsmittel (4) bei der Heizvorrichtung (2) verläuft.