DE4016501A1

DE4016501A1 - Tintendruckkopf fuer tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE4016501A1
Application number: DE19904016501
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Buehler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1990-10-04
Anticipated expiration: 2010-05-23
Also published as: DE4016501C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintendruckkopf für Tintenstrahl drucker mit einer auf einem Substrat angeordneten Widerstands struktur, weiterhin mit einem das Substrat abdeckenden, Kanal strukturen aufweisenden Oberteil, das mit dem Substrat verbun den ist und auf einer Seite eine Düsenreihe bildet, wobei die Widerstandsstruktur im Bereich der Düsen als Heizelemente aus gebildet sind.

Der Tintenausstoß erfolgt bei derartigen Druckköpfen durch Auf heizen der Heizelemente, durch die bei entsprechender Ansteue rung Dampfblasen in der Tinte erzeugt werden, durch die die Tintentröpfchen ausgestoßen werden. Die Tropfenmasse hängt da bei primär von der Düsen- und Kanalgeometrie sowie von der Oberfläche der Heizelemente ab.

Sollen Tintendruckköpfe mit derselben Teilung, jedoch für un terschiedliche Tropfenmassen hergestellt werden, beispielsweise für Farbtinte oder schwarze Tinte, sind bisher Änderungen beim Widerstandslayout und/oder Kanallayout sowie entsprechende Mas kenänderungen erforderlich. Dies bedingt einen konzeptionellen und fertigungstechnischen Mehraufwand, der sich in längeren Er stellungszeiten und höheren Kosten äußert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, mit einem Tintendruckkopf ver schieden große Tropfenmassen zu realisieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kanalstruktur gegenüber der Widerstandsstruktur derart seitlich versetzbar ist, daß die Heizelemente durch die zwischen den Ka nälen des Oberteils gebildeten Kanalstege partiell abdeckbar sind.

Durch eine derartige Maßnahme ist es möglich, die wirksame Flä che der Heizelemente zu verändern, wodurch verschieden große Tropfenmassen bei gleichem Layout erzielbar sind. Eine Verklei nerung der wirksamen Heizelementefläche hat eine verringerte Blasenbildung zur Folge, was zu einem verringerten Tintenaus stoß führt.

Bezüglich der Anordnung der Kanalstruktur gegenüber der Wider standsstruktur sind grundsätzlich zwei Varianten möglich. Die erste Variante zeichnet sich dadurch aus, daß die Kanalstege im Bereich der abzudeckenden Flächen der Heizelemente spaltlos auf diesen liegen.

Der Vorteil dieser spaltlosen Ausführung gegenüber der zweiten Variante sind höhere realisierbare Teilungen. Wegen der fluid mechanischen Trennung tritt sogenanntes Nebensprechen auf be nachbarte Düsen nicht auf. Das Kanalstrukturmaterial muß bei dieser Variante eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen, da es die Heizelemente zumindest partiell abdeckt. Aus diesem Grund ist es von Vorteil, wenn das Material der Kanalstruktur ein Halbleiter, Glas oder Metall ist.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß der seitliche Versatz zwischen Kanalstruktur und Substrat einstellbar ist. Damit ist eine reproduzierbare Tropfenmasseneinstellung möglich.

Die zweite Variante zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen Ka nalstruktur und Dünnfilmstruktur ein Spalt geringer Höhe be steht.

Der Vorteil dieser Variante ist die kontinuierliche oder stu fenweise Einstellung der Tropfenmasse während des Betriebs.

Die Temperaturbelastung des Kanalstrukturmaterials ist bei die ser Variante durch den vorhandenen Spalt wesentlich geringer.

So ist es vorteilhaft, daß das Material für die Kanalstruktur eine hohe oder niedrige Temperaturbeständigkeit aufweisen kann. Das Material kann beispielsweise aus Kunststoff, Halbleiter, Glas oder Metall bestehen.

Eine gewisse Einschränkung bei dieser Variante gegenüber dem spaltlosen Aufbau ist die erforderliche größere kleinste Tei lung, um ein Nebensprechen zu vermeiden. Dieser Nachteil kann jedoch dadurch behoben werden, daß nach Verändern der Position der Kanalstruktur gegenüber den Heizelementen der Abstand auf Null reduziert wird.

Die Reduzierung kann durch mechanische Mittel wie durch Feder krafteinwirkung vorgenommen werden.

Im folgenden seien die beiden Varianten anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a bis 1c eine spaltlose Zuordnung von Kanalstruktur und Substrat in Schnittdarstellung und

Fig. 2a bis 2c eine Zuordnung mit Spalt zwischen Kanalstruktur und Dünnfilmsubstrat in Schnittdarstellung.

Die in Fig. 1a bis 1c dargestellte Anordnung zeigt ein Sub strat 1, das beispielsweise ein Dünnfilmsubstrat sein kann. Auf diesem Substrat sind vier Heizelemente 2, 3, 4, 5 erkennbar, die darauf z.B. im Siebdruckverfahren aufgebracht sind. Abge deckt wird dieser Bereich durch ein Oberteil 6, das nutenförmi ge Ausnehmungen 7, 8, 9, 10, die sogenannte Kanalstruktur, auf weist. Die Schnittdarstellung zeigt die Kanalstruktur. Zwischen den Nuten sind die Kanalstege 11, 12, 13, 14, 15 erkennbar.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise wurde in die Darstellung eine X- und Z-Achse eingezeichnet.

Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt drei verschiedene Positionen des Oberteils 6 in Bezug auf das Substrat 1. So sind in Fig. 1a die nutenförmigen Ausnehmungen unmittelbar über den Heizele menten angeordnet, in Fig. 1b werden die Heizelemente 2, 3, 4, 5 partiell von den Kanalstegen 11, 12, 13, 14 abgedeckt und in Fig. 1c sind die Heizelemente völlig abgedeckt. Mit X _o ist die Kanalbreite bezeichnet, mit X _k die Kanalstegbreite. Die Düsen teilung T ist definiert durch die Summe von Düsenbreite X _o und Kanalstegbreite X _k (T=X _o+X _k).

In der Darstellung nach Fig. 1a verläuft das Heizelement je weils unmittelbar in einem Kanal der Kanalstruktur, d.h. es ist voll wirksam, da es nicht abgedeckt ist. Die Tropfenmasse m _t entspricht daher der maximalen Tropfenmasse m _to (m _t=m _to).

Nach Fig. 1b ist jedes Heizelement 2, 3, 4, 5 partiell durch einen Kanalsteg 11, 12, 13, 14 abgedeckt. Die ausstoßbare Trop fenmasse m _t ist kleiner als die maximale Tropfenmasse, da nur ein Teil der Heizelementefläche auf die Tinte einwirken kann. (m _t<m_to). Der Versatz zwischen Kanalmitte und Heizelementmit te ist mit X _{v 1} bezeichnet.

In Fig. 1c ist die Heizelementefläche völlig von den Kanal stegen abgedeckt. Sie ist daher nicht mehr wirksam und die aus stoßbare Tropfenmasse ist Null (m _t 0=). Der Versatz ist mit X _{v 2} bezeichnet.

Zur Tropfenmasseeinstellung ist ein Versatz X _v zwischen Kanal struktur und Dünnfilmstruktur bzw. Kanalmitte und Heizdotmitte im Bereich 0 X _v < X _o (X _o : Kanalbreite) sinnvoll. Dem angepaßt muß die Kanalbreite gewählt werden. Es gilt X _o < X _k Die Anordnung nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen der An ordnung nach Fig. 1. Aus diesem Grund sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist jedoch ein Spalt Z _s zwischen den Kanalstegen 11, 12, 13, 14 und der Oberfläche des Substrates 1 vorhanden. (Der Spalt nach Fig. 1b und 1c ist vernachlässigbar klein). Wegen dieses Spaltes ist zwar, wie bereits beschrieben, eine Änderung der Position des Oberteils 6 gegenüber dem Substrat 1 auch während des Be triebes möglich. Um ein Nebensprechen zweier benachbarter Düsen auszuschließen, gilt folgende Bedingung für die maximale Spalt breite 0 Z _s Z _smax, wobei Z _smax die maximale Spaltbreite ist, bei der für X _v=(X _o+X _k)/2 Nebensprechen auftritt. Z _smax ist für eine ge gebene Düsenteilung T zu ermitteln bzw. bei vorgegebener Spalt breite Z _s ist die Düsenteilung entsprechend zu wählen.

Claims

1. Tintendruckkopf für Tintenstrahldrucker mit einer auf einem Substrat angeordneten Widerstandsstruktur, weiterhin mit einem das Substrat abdeckenden, Kanalstrukturen aufweisenden Ober teil, das mit dem Substrat verbunden ist und auf einer Seite eine Düsenreihe bildet, wobei die Widerstandsstruktur im Be reich der Düsen als Heizelemente ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanal struktur gegenüber der Widerstandsstruktur derart seitlich ver setzbar ist, daß die Heizelemente durch die zwischen den Kanä len des Oberteils gebildeten Kanalstege partiell abdeckbar sind.

2. Tintendruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanal stege im Bereich der abzudeckenden Flächen der Heizelemente spaltlos auf diesen liegen.

3. Tintendruckkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma terial für die Kanalstruktur eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.

4. Tintendruckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma terial ein Halbleiter, Glas oder Metall ist.

5. Tintendruckkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der seit liche Versatz zwischen Kanalstruktur und Substrat einstellbar ist.

6. Tintendruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ka nalstruktur (Unterseite der Kanalstege) und Dünnfilmstruktur ein Spalt geringer Höhe besteht.

7. Tintendruckkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma terial für die Kanalstruktur eine hohe oder niedrige Tempera turbeständigkeit aufweist.

8. Tintendruckkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma terial aus Kunststoff, Halbleiter, Glas oder Metall besteht.

9. Tintendruckkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ver ändern der Position der Kanalstruktur gegenüber den Heizelemen ten der Abstand auf Null reduziert wird.

10. Tintendruckkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Redu zierung durch Federkrafteinwirkung vernehmbar ist.