DE3938173A1 - Tintenschreibeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tintenschreibeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Darstellung von Zeichen und/oder von grafischen Mustern sind Tintenschreibeinrichtungen bekannt, die nach dem sog. Drop on Demand-Prinzip arbeiten, d.h. der Aufbau der Zeichen oder der grafischen Muster erfolgt durch den gesteuerten Aus­ stoß einzelner Tintentröpfchen aus den Düsen eines Schreib­ kopfes, die bei einer entsprechenden Relativbewegung zwischen einem Aufzeichnungsträger und dem Schreibkopf die Zeichen oder Muster rasterförmig aufbauen. Der Ausstoß geschieht da­ durch, daß die jeder Düse zugeordneten Antriebselemente indi­ viduell ansteuerbar sind. Als Antriebselemente kommen vorzugsweise piezoelektrische oder thermoelektrische Wandler in Betracht. Die Verwendung von elektrothermischen Wandler­ elementen in Form von Heizwiderständen gestattet den Aufbau eines Schreibkopfes mit kleinen Abmessungen und geringem Ge­ wicht bei einer gleichzeitigen hohen Anzahl von Düsen. Da das Prinzip des Trröpfchenausstoßes in derartigen Schreib­ köpfen darauf beruht, daß bei Ansteuerung eines Heizwider­ standes in dem einer Düse zugeordneten Tintenkanal eine Tintendampfblase entsteht, die den eigentlichen Tröpfchenaus­ stoß bewirkt, spricht man in diesem Falle von der sog. Bubble-Jet-Technik.

Der Schreibkopf für eine derartige Tintenschreibeinrichtung weist eine auf einem Substrat aufgebaute Vielzahl von Tinten­ kanälen auf, die in Richtung zum Aufzeichnungsträger offene Düsen bilden und die an ihrem anderen Ende mit einer gemein­ samen Tintenkammer in Verbindung stehen. Jedem Tintenkanal sind Antriebselemente zugeordnet, die in Form von Heizwider­ ständen auf dem Substrat aufgebaut werden. Auch die An­ schlußkontaktierungen für die Heizwiderstände werden in Form von Leiterbahnen ebenfalls auf dem Substrat aufgebaut. Eine gemeinsame Tintenkammer wird üblicherweise in einer Abdeck­ ung , z.B. in einer Abdeckplatte ausgeformt, die zugleich auch die Tintenkanäle überdeckt und den Schreibkopf flüssig­ keitsdicht umschließt. Die für einen längeren Schreibbetrieb erforderliche Tintenmenge wird dem Schreibkopf aus einem Tintenvorratsbehälter zugeführt. Die Zuführung der Tinte kann über eine Öffnung in der Abdeckplatte erfolgen (DE-OS 30 35 439). Die Herstellung einer präzisen Öffnung in der meist aus hartem und sprödem Material (z.B. Glas) be­ stehenden Abdeckplatte ist schwierig. Es müssen weiterhin ausreichend dichte Anschluß- und Verbindungsteile bereit­ gestellt und montiert werden, die auch für einen längeren Schreibbetrieb die nötige Sicherheit gewährleisten. Eine andere Möglichkeit der Tintenzufuhr besteht darin, die Tinte durch eine Öffnung im Substrat zuzuführen (DE-OS 32 48 087). In diesem Falle ist jedoch die für die Führung der Kontakt­ anschlüsse erforderliche Fläche auf dem Substrat deutlich eingeschränkt. Abgesehen davon, daß in manchen Fällen da­ durch auch die Anzahl der ansteuerbaren Heizwiderstände und somit auch die Anzahl der wirksamen Düsen reduziert ist, können die als Leiterbahnen auf dem Substrat verlaufenden Kontaktanschlüsse nicht mehr geradlinig geführt werden. Damit sind Probleme vor allem hinsichtlich der Fertigung verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einer Tintenschreibeinrich­ tung der genannten Art die Zufuhr von Tinte aus einem Tinten­ vorratsbehälter in die Tintenkammer des Schreibkopfes sicher zu gewährleisten, ohne daß eine zusätzliche Bearbeitung der Abdeckplatte erforderlich ist und ohne daß die Führung der Leiterbahnen auf dem Substrat beeinträchtigt ist.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Dort zeigen:.

Fig. 1 und Fig. 2 jeweils eine Tintenzufuhr nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,

Fig. 4 und 5 jeweils ein Beispiel zur Erläuterung einer vorteilhaften Herstellung eines wesentlichen Einzelteiles,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt im Prinzip einen Schreibkopfaufbau, bei dem die Tintenzufuhr durch eine Öffnung in der Abdeckplatte erfolgt. Auf einem Substrat 11 sind eine Reihe von Tinten­ kanälen 12, z.B. mittels Trennstegen 13 ausgebildet. Jeder Tintenkanal 12 endet an der einem hier nicht dargestellten Aufzeichnungsträger zugewandten Seite in einer Düse 14. Sämtliche Tintenkanäle 12 stehen mit einer Tintenkammer 15 im Inneren des Schreibkopfes in Verbindung. Jedem Tinten­ kanal 12 ist ein Heizwiderstand 16 zugeordnet, der über Kontaktanschlüsse 17, die in Form von Leiterbahnen auf dem Substrat 11 verlaufen und von außen her kontaktierbar sind, individuell ansteuerbar sind. Eine die Heizwiderstände 16 und die Leiterbahnen 17 überdeckende Schutzschicht 18 dient zur Reduzierung störender Einflüsse zwischen der Tinte und dem Widerstands- bzw. dem Kontaktmaterial. Über dem Substrat 11 mit der darauf aufgebauten Kanalstruktur befindet sich die Abdeckplatte 19, die vorzugsweise aus Glas oder einem ähnlichen Material besteht und in der die Tintenkammer 15 ausgeformt ist. Die Tintenzufuhr in die Tintenkammer 15 erfolgt über eine Öffnung 20, über die die Tinte von außen z.B. über eine Leitung oder einen Kanal 21 in die Tinten­ kammer 15 eingeführt wird, wobei zusätzliche Verbindungs- und Abdichteinrichtungen 22 vorgesehen sind.

Das in Fig. 2 gezeigte Beispiel für einen Schreibkopf weist einen Aufbau auf, der weitgehend dem des Beispieles nach Fig. 1 entspricht. Soweit die Teile des Schreibkopfes in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 be­ schrieben sind, entspricht der Aufbau und die Funktion den dort beschriebenen Teilen. Im Unterschied zur Fig. 1 er­ folgt die Zufuhr von Tinte in die Tintenkammer 15 hier jedoch durch eine Öffnung 23 im Substrat 11. Damit entfällt zwar die mit einem relativ hohen Aufwand verbundene Tinten­ zufuhr durch die Abdeckplatte, wie in Fig. 1 dargestellt und beschrieben, doch wird die zur Führung der Leiterbahnen 17 verfügbare Fläche auf dem Substrat 11 verkleinert. Die Leiterbahnen müssen außerdem um die Öffnung 23 herumgeführt werden, was nicht nur einen deutlich höheren Fertigungsauf­ wand mit sich bringt, sondern auch zu einer Reduzierung der wirksam ansteuerbaren Heizwiderstände, Tintenkanäle und Düsen führen kann.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Schreibkopf nach der Erfindung. Demnach weist der Schreibkopf die auf dem Substrat 31 aufgebaute Kanalstruktur mit den Tinten­ kanälen 32, den Düsen 34, den hier nicht dargestellten Heiz­ widerständen und den als Leiterbahnen ausgebildeten Kontakt­ anschlüssen 37 auf. Die im Inneren des Schreibkopfes durch Ausformung der Abdeckplatte 39 gebildete gemeinsame Tinten­ kammer 35 umschließt jedoch den Schreibkopf nicht völlig. Vielmehr ist an einer zu den Tintenkanälen parallel verlau­ fenden seitlichen Fläche der Abdeckplatte 39 eine Tinten­ eintrittsöffnung 40 vorgesehen.

Eine Aufnahmevorrichtung 41, in der sich ein Tintenvorratsbe­ hälter 42 befindet, weist einen Aufnahmebereich 43 zur Auf­ nahme des Schreibkopfes auf. Der Aufnahmebereich 43 steht in hier nicht näher dargestellter Weise z.B. über in der Auf­ nahmevorrichtung 41 ausgeformte Kanäle mit dem Tintenvorrat im Tintenvorratsbehälter 42 in Verbindung. Im Aufnahme­ bereich 43 ist eine Tintenaustrittsöffnung 44 vorgesehen, deren Lage und Abmessungen derart ist, daß dann, wenn sich der Schreibkopf im Aufnahmebereich 43 befindet, eine Tinten­ zufuhr zwischen dem Tintenvorratsbehälter, den beiden Öff­ nungen 43 und 40 und der Tintenkammer 35 im Schreibkopf be­ steht. Die Befestigung des Schreibkopfes an der Aufnahmevor­ richtung und zugleich eine tintendichte Verbindung zwischen diesen Teilen kann mittels einer Klebeverbindung erfolgen.

Außer den bereits erwähnten Vorteilen erlaubt der erfindungs­ gemäße Aufbau des Schreibkopfes eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Abdeckplatte mit der darin ausgeformten Tintenkammer. Wie Fig. 4 zeigt, besteht die Abdeckplatte 39 aus einem einstückig gebildeten Bauteil mit der ausgeformten Tintenkammer 35 und einer einzigen Öffnung 40 an einer Fläche. Derartige Bauteile können in großem Nutzen beispielsweise durch auf einem Wafer 45 gefertigten Schichtaufbau hergestellt und anschließend vereinzelt wer­ den.

Es ist, wie Fig. 5 zeigt, vorteilhaft, zusätzlich zu der seitlichen Öffnung, über die die Tintenzufuhr in die Tintenkammer des Schreibkopfes erfolgt, in der Abdeckplatte noch eine Öffnung 46 vorzusehen, über die ein Durchspülen der Abdeckplatte während oder nach dem Vereinzelungsvorgang erfolgt, um dabei eventuell entstehende Verunreinigungen zu entfernen. Diese Öffnung, deren Lage und Dimensionierung weitgehend unkritisch ist, wird anschließend wieder ver­ schlossen.

Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dem fertigen Schreibkopf über diese Öffnung bedarfsweise eine Spül- oder Reinigungsflüssigkeit zuzuführen. Da ein Spül- und/oder Reinigungsvorgang üblicherweise in einer besonderen Dicht- und Reinigungsstation erfolgt, diese Spülöffnung während des normalen Schreibbetriebs verschlossen ist, treten die ein­ gangs erwähnten Probleme der Abdichtung und Verbindungs­ sicherung der Spülöffnung nicht auf.

Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 6. Der dort dargestellte und mit der Aufnahmevorrichtung 43 verbundene Schreibkopf 31, 34, 35, 39 ist vor einem hier nicht dargestellten Aufzeichnungs­ träger beweglich. Die Abdeckplatte 39 des Schreibkopfes weist in Ausgestaltung der Erfindung außer der Tinteneintritts­ öffnung 40 die zusätzliche Öffnung 46 auf. Diese befindet sich vorzugsweise in der Außenfläche der Abdeckplatte 39, die sich über die Kanalstruktur mit den Düsen 34 erstreckt. Sie ist während des normalen Schreibbetriebes z.B. mittels eines elastischen Verschlußelementes 47 flüssigkeitsdicht verschlossen. Zum Zwecke der Spülung und/oder Reinigung des Schreibkopfes fährt der Schreibkopf in eine besondere Rei­ nigungs- und Dichtstation 49, die z.B. seitlich außerhalb des Schreibkopfes angeordnet ist. Über ein Verbindungsele­ ment, z.B. über eine Hohlnadel 48, die das elastische Verschlußelement 47 durchsticht, wird in dieser Stellung eine Verbindung zu einem eine entsprechende Spül- und/oder Reinigungsflüssigkeit enthaltenden Vorratsbehälter 50 hergestellt.

Auch für diesen Fall kann die Abdeckklappe, wie anhand von Fig. 4 beschrieben, kostengünstig in der Weise hergestellt werden, daß zugleich mit der Ausformung der einseitig offe­ nen Tintenkammer 35 die zusätzliche Öffnung 46 ausgebildet wird.

Claims (6)

1. Tintenschreibeinrichtung mit einem Tintenvorratsbehälter und einem Schreibkopf, der eine Vielzahl von Tintenkanälen aufweist, die mit einer gemeinsamen Tintenkammer in Verbin­ dung stehen und die auf der einem Aufzeichnungsträger zuge­ wandten Seite in Düsen enden, wobei jedem Tintenkanal indi­ viduell ansteuerbare Antriebselemente zum Ausstoß von Einzel­ tröpfchen aus der Düse zugeordnet sind und die Tintenkanäle, die Antriebselemente sowie deren Kontaktanschlüsse schicht­ weise auf einem Substrat aufgebaut und die Tintenkammer durch Ausformung in einer Abdeckplatte gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf seitlich, in einer zu den Tintenkanälen (32) parallel verlaufenden Außenfläche vorgesehene Tinten­ eintrittsöffnung (40) aufweist, daß eine Aufnahmevorrichtung (41) für den Tintenvorratsbe­ hälter (42) einen Aufnahmebereich (43) für den Schreibkopf aufweist und in diesem Aufnahmebereich (43) eine Tintenaus­ trittsöffnung (44) vorgesehen ist, über die Tinte aus dem Tintenvorratsbehälter (42) der Tintenkammer (35) im Schreib­ kopf zugeführt wird.

2. Tintenschreibeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenkammer (35) und die seitliche Tintenein­ trittsöffnung (40) in der Abdeckplatte (35) des Schreib­ kopfes ausgeformt ist.

3. Tintenschreibeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf in den Aufnahmebereich (43) der Auf­ nahmevorrichtung (41) einsetzbar ist und die die Tintenein­ laß- und Tintenaustrittsöffnungen (40, 44) aufweisenden Flächen flüssigkeitsdicht verbunden sind.

4. Tintenschreibeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (39) in großem Nutzen auf einem Wafer (45) ausgeformt und anschließend entlang vorgegebener Schnittlinien derart vereinzelt wird, daß in ihrem Inneren die einseitig offene Tintenkammer (35) gebildet ist.

5. Tintenschreibeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer weiteren Außenfläche der Abdeckplatte (39), vorzugsweise in der die Tintenkanäle abdeckenden Außenfläche eine zusätzliche Öffnung (46) vorgesehen ist, über die während oder nach der Vereinzelung bedarfsweise eine Reini­ gungs- und/oder Spülflüssigkeit zuführbar ist und daß die zusätzliche Öffnung (46) anschließend dauerhaft verschlossen wird.

6. Tintenschreibeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Öffnung (46) nur während des Schreib­ betriebes verschlossen ist und daß eine bedarfsweise Zufuhr von Reinigungs- und/oder Spülflüssigkeit aus einem Vorrats­ behälter (50) in den Schreibkopf über eine Flüssigkeitsver­ bindung (47, 48) in einer Reinigungs- und Dichtstation (49) erfolgt.