DE4027722A1 - Tintenschreibkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenschreibkopf mit einer Viel­ zahl von Tintenkanälen, deren jeweils eines Ende mit einem Tintenreservoir in Verbindung steht, mit jeweils einer Tinten­ ausstoßöffnung im Bereich des jeweils anderen Endes jedes Tin­ tenkanals und mit den einzelnen Tintenkanälen zugeordneten elektro-thermischen Wandlerelementen, wobei jedes Wandler­ element zwei Stromleiter und eine zwischen den Stromleitern angeordnete und mit den Stromleitern elektrisch leitend verbundene wärmeerzeugende Widerstandsschicht enthält.

Aus der DE-OS 34 14 526 ist ein derartiger Tintenschreibkopf bekannt, der eine Vielzahl von Tintenkanälen aufweist, die jeweils mit ihrem einen Ende mit einem eine Tintenflüssigkeit speichernden Tintenreservoir in Verbindung stehen. Die Tinten­ kanäle münden mit ihrem anderen Ende jeweils in eine Tinten­ ausstoßöffnung. Jedem Tintenkanal ist im Bereich der Tinten­ ausstoßöffnung ein als Heizelement ausgebildetes elektro-ther­ misches Wandlerelement zugeordnet. Von einer elektronischen Steuerung den Wandlerelementen zugeführte kurze Stromimpulse werden von diesen in Wärmeenergie umgesetzt, durch die in der in dem jeweiligen Tintenkanal befindlichen Tinte eine zunächst rasch expandierende Tintendampfblase gebildet wird, die nach Beendigung der Wärmeenergiezufuhr in sich zusammenfällt. Durch die Tintendampfblase entsteht ein kurzzeitiger Überdruck, der einen Tintentropfen aus der Tintenausstoßöffnung austreten läßt (Bubble-Jet-Prinzip).

Bei dem bekannten Tintenschreibkopf ist jedes Wandlerelement von zwei planar angeordneten Stromleitern gebildet, zwischen denen eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht von annähernd rechteckförmiger Gestalt ausgebildet ist; mit jeder Schmalseite der rechteckförmigen Widerstandsschicht ist jeweils einer der Stromleiter elektrisch leitend verbunden. Der eine Stromleiter weist von seiner Verbindung mit der Widerstandsschicht aus gesehen zunächst eine Kehre von annähernd 180° auf und verläuft anschließend parallel zu der wärmeerzeugenden Widerstands­ schicht und dem anderen Stromleiter. Dadurch ist - da die heute übliche Dicke von wärmeerzeugenden Widerstandsschichten (im Bereich von 200 nm) kaum mehr weiter reduzierbar ist - bei dem bekannten Tintenschreibkopf ein bestimmter Mindestabstand der elektro-thermischen Wandlerelemente vorgegeben, durch den die Auflösung des bekannten Tintenschreibkopfes begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tintenschreib­ kopf zu schaffen, mit dem Aufzeichnungen mit einer sehr hohen Auflösung durchführbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Tintenschreibkopf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Widerstandsschicht annähernd eine U-Form aufweist und daß jeweils das freie Ende eines Schenkels der U-Form mit einem der Stromleiter verbunden ist. Unter dem Begriff "Tinte" ist im Rahmen der Erfindung allgemein eine Aufzeichnungsflüssigkeit zu verstehen.

Durch die U-förmige Gestalt der Widerstandsschicht wird deren Widerstand im Vergleich zu der Widerstandsschicht des eingangs beschriebenen bekannten Tintenschreibkopfes bei gleicher Schichtdicke und annähernd gleichen äußeren Abmessungen unge­ fähr vervierfacht; damit kann (bei gleichem Widerstand im Vergleich zu der eingangs beschriebenen Widerstandsschicht) die Abmessung (Breite) der Widerstandsschicht bei dem erfindungs­ gemäßen Tintenschreibkopf in Richtung der benachbarten Tinten­ kanäle bzw. Wandlerelemente erheblich vermindert werden. Da die Stromleiter an den freien Schenkeln der U-Form und damit im wesentlichen entlang einer gemeinsamen Linie mit der wärmeer­ zeugenden Widerstandsschicht verbunden sind, ist kein Platz für einen zwischen zwei benachbarten wärmeerzeugenden Widerstands­ schichten verlaufenden Stromleiter erforderlich. Daher lassen sich die elektro-thermischen Wandlerelemente bzw. die Tintenkanäle mit äußerst geringem gegenseitigem Abstand anordnen. Bei entsprechend gering beabstandeten Tintenkanälen sind auch die Tintenausstoßöffnungen gering beabstandet, so daß sich auf einem Aufzeichnungsträger mit dem erfindungsgemäßen Tintenschreibkopf Aufzeichnungen mit sehr hoher Auflösung erzeugen lassen.

Eine vorteilhafte Fortbildung des erfindungsgemäßen Tinten­ schreibkopfes besteht darin, daß die Breite der Schenkel um ein Vielfaches größer als die Breite des von den Schenkeln be­ grenzten Zwischenraumes ist. Dabei können die Schenkel derart dicht benachbart sein, daß ein direkter Stromfluß über den zwischen den Schenkeln liegenden Zwischenraum gerade noch vermieden ist. Damit ist die Breite der Widerstandsschicht bzw. des Wandlerelementes in Richtung benachbarter Wandlerelemente auf ein Minimum beschränkt.

Um bereits im Übergangsbereich zwischen den Stromleitern und den freien Enden der Schenkel der Widerstandsschicht eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Stromdichten zu errei­ chen, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Fortbildung des erfindungsgemäßen Tintenschreibkopfes vorgesehen, daß sich über die freien Enden der Schenkel niederohmige Leiterschichten erstrecken, die mit den Stromleitern verbunden sind.

Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Stromdichten auch im Verbindungsbereich der Schenkel der Widerstandsschicht zu erreichen und den Verbindungsbereich der Schenkel möglichst platzsparend ausführen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tintenschreibkopfes eine die Schenkel im Bereich des Bogens der U-Form verbindende Leiterschicht vorgesehen. Vorzugsweise bestehen die Leiter­ schichten aus Aluminium.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 in Prinzipdarstellung den Aufbau eines erfindungsge­ mäßen Tintenschreibkopfes,

Fig. 2 ein elektro-thermisches Wandlerelement des erfindungs­ gemäßen Tintenschreibkopfes und

Fig. 3A und 3B eine modifizierte Ausbildung eines elektro­ thermischen Wandlerelementes.

Der in Fig. 1 dargestellte Tintenschreibkopf weist eine Grundplatte 1 und eine Abdeckplatte 2 auf. Nur aus Darstel­ lungsgründen sind die Grundplatte 1 und die Abdeckplatte 2 voneinander getrennt gezeichnet. Auf der Grundplatte 1 ist eine Vielzahl von elektro-thermischen Wandlerelementen angeordnet, von denen beispielsweise elektro-thermische Wandlerelemente 3, 4 und 5 gezeigt sind. Im Zusammenhang mit dem Wandlerelement 3 sind beispielhaft Stromleiter 6 und 7 gezeigt, die zu einer elektronischen Ansteuerschaltung 8 führen. Die Ansteuerschal­ tung 8 weist ihrerseits Leitungen 9, 10 und 11 auf, die an Anschlußpunkten 13 enden. Die Ansteuerschaltung steuert neben dem Wandlerelement 3 noch eine Vielzahl weiterer (nicht darge­ stellter) Wandlerelemente an. Auf die Anschlußpunkte 13 werden Steuersignale einer nicht gezeigten Aufzeichnungseinrichtung geführt, in der der Tintenschreibkopf eingesetzt ist. In gleicher Weise sind die dargestellten Wandlerelemente 4 und 5 mit einer elektronischen Steuerschaltung 15 verbunden, die ihrerseits über Leitungen 16, die an Anschlußpunkten 17 enden, mit Steuersignalen beaufschlagbar ist.

Die Abdeckplatte 2 besteht aus Silizium, in das Nuten 20, 21 und 22 geätzt sind, die zusammen mit der Grundplatte 1 Tinten­ kanäle 23, 24 und 25 begrenzen. Jeweils ein Ende der Tinten­ kanäle 23, 24 und 25 steht mit einem Tintenreservoir 27 in Fließverbindung, in das über eine Zuleitung 28 Tinte nachfüll­ bar ist. Das jeweils andere Ende jedes Tintenkanals 23, 24 und 25 mündet jeweils an der Stirnseite 29 der Abdeckplatte 2 in einer Tintenausstoßöffnung 30, 31 und 32 (edge-shooter-Prin­ zip). Die Lage der Tintenausstoßöffnung 30, 31 und 32 ist auch auf der Grundplatte 1 (strichpunktiert) angedeutet, wobei zwi­ schen den gezeigten Tintenausstoßöffnungen 30 und 31 weiteren, nicht dargestellten Tintenkanälen bzw. Wandlerelementen zuge­ ordnete Tintenausstoßöffnungen vorgesehen sind. Dem Tintenkanal 23 ist gemäß Fig. 1 das Wandlerelement 3 zugeordnet, das bei einer entsprechenden Beaufschlagung mit einem Stromimpuls über die Stromleiter 6 und 7 eine Ausbildung einer Dampfblase in der in dem Tintenkanal 23 befindlichen Tinte bewirkt. Die damit verbundene kurzzeitige Druckerhöhung in dem Tintenkanal 23 bewirkt den Austritt eines Tintentröpfchens aus der Tintenaus­ stoßöffnung 30. Grundsätzlich können die Tintenausstoßöffnungen auch auf der Oberseite 33 der Abdeckplatte 2 im Bereich über den Wandlerelementen 3, 4 und 5 ausgebildet sein (side-shoo­ ter-Prinzip).

Fig. 2 zeigt detailliert die Ausbildung eines in dem Tinten­ schreibkopf gemäß Fig. 1 eingesetzten elektro-thermischen Wandlerelementes 40. Das Wandlerelement 40 ist aus zwei planar angeordneten Stromleitungen 41 und 42 gebildet, zwischen denen eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 43 angeordnet ist. Die Widerstandsschicht 43 weist im wesentlichen eine U-Form auf; jeweils freie Enden 44 und 45 der Schenkel 46 und 47 der U-Form sind mit jeweils einer der Stromleitungen 41 bzw. 42 elektrisch leitend verbunden. Der Bereich 48 dieser Verbindung sowie der bogenförmige Bereich 49 der U-Form sind in den Fig. 3a und 3b detailliert dargestellt.

Fig. 3a zeigt die Stromleitungen 41 und 42, die über aus Aluminium bestehende niederohmige Leiterschichten 50 und 51 jeweils mit den Schenkeln 46 und 47 der Widerstandsschicht 43 verbunden sind. Die Schenkel 46 und 47 sind gemäß Fig. 3b im Bogenbereich der U-Form durch eine weitere niederohmige, aus Aluminium bestehende Leiterschicht 52 verbunden. Der zwischen den Schenkeln 46 und 47 verbleibende Zwischenraum 53 ist in seiner Breite 54 so weit minimiert, daß gerade noch eine elektrische Isolierung zwischen den Schenkeln 46 und 47 besteht. Die Breite 55 des Schenkels 47 ist um ein Vielfaches größer als die Breite 54 des Zwischenraumes 53.

Durch die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Wandlerelemente 3, 4 und 5 (Fig. 1) lassen sich Wandlerelemente mi einem we­ sentlich erhöhten elektrischen Widerstand der Widerstands­ schicht ausbilden, so daß im Vergleich zu den Wandlerelementen des eingangs beschriebenen bekannten Tintenschreibkopfes eine erhebliche Reduzierung des Raumbedarfs der Wandlerelemente gegeben ist. Gleichzeitig führen die Stromleitungen in vor­ teilhafter Weise von derselben Seite der Widerstandsschicht weg. Damit lassen sich die Wandlerelemente 3, 4 und 5 äußerst dicht benachbart auf der Grundplatte 1 anordnen, so daß auch eine entsprechend dichte Anordnung der Tintenausstoßöffnungen 30, 31 und 32 ermöglicht ist, wodurch eine hervorragende Auflösung eines mit dem erfindungsgemäßen Tintenschreibkopf auf einem Aufzeichnungsträger erzeugten Bildes ermöglicht ist.

Claims (5)

1. Tintenschreibkopf mit einer Vielzahl von Tintenkanälen (23, 24, 25), deren jeweils eines Ende mit einem Tintenreservoir (27) in Verbindung steht, mit jeweils einer Tintenausstoß­ öffnung (30, 31, 32) im Bereich des jeweils anderen Endes jedes Tintenkanals (23, 24, 25) und mit den einzelnen Tintenkanälen zugeordneten elektro-thermischen Wandlerelementen (3, 4, 5; 40), wobei jedes Wandlerelement (40) zwei Stromleiter (41, 42) und eine zwischen den Stromleitern (41, 42) angeordneten und mit den Stromleitern (41, 42) elektrisch leitend verbundene wärmeerzeugende Widerstandsschicht (43) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (43) annähernd eine U-Form aufweist und daß jeweils das freie Ende (44, 45) eines Schenkels (46, 47) der U-Form mit einem der Stromleiter (40, 41) verbunden ist.

2. Tintenschreibkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (55) der Schenkel (47) um ein Vielfaches größer als die Breite (54) des von den Schenkeln (46, 47) begrenzten Zwischenraumes (53) ist.

3. Tintenschreibkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich über die freien Enden (44, 45) der Schenkel (46, 47) niederohmige Leiterschichten (50, 51) erstrecken, die mit den Stromleitern (41, 42) verbunden sind.

4. Tintenschreibkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine die Schenkel (46, 47) im Bereich (49) des Bogens der U-Form verbindende Leiterschicht (52).

5. Tintenschreibkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschichten (50, 51; 52) aus Aluminium bestehen.