DE602004005504T2

DE602004005504T2 - Flüssigkeitsstrahlverfahren unter Verwendung von Ionenwind und Tintenstrahldruckkopf zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE602004005504T2
Application number: DE602004005504T
Authority: DE
Inventors: You-Seop Lee; Yong-Soo Oh; Seung-Joo Shin
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: US7216958B2; KR100519756B1; EP1439062B1; JP2004216898A; US20040145621A1; KR20040065105A; JP4386346B2; EP1439062A1; DE602004005504D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf und insbesondere ein Verfahren zum Ausstoß eines Fluids aus einer Düse unter Verwendung eines Ionenwindes und eines Tintenstrahldruckkopfes, die das Verfahren anwenden.
Typischerweise sind Tintenstrahldruckköpfe Vorrichtungen zum Drucken eines bestimmten Farbenbildes mittels Ausstoß einer geringen Anzahl von Drucktintentröpfchen an eine gewünschte Position auf einem Aufzeichnungsblatt. Bei derartigen Tintenstrahldruckköpfen werden Tintenausstoßmechanismen allgemeinen in verschiedene Typen eingeteilt. Bisher wurden ein thermisch gesteuerter Typ, bei dem eine Wärmequelle zum Erzeugen von Bläschen in Tinte verwendet wird, um zu veranlassen, dass durch eine Ausdehnungskraft der erzeugten Bläschen Tintentröpfchen ausgestoßen werden, und ein piezoelektrisch gesteuerter Typ, bei dem Tinte aufgrund eines durch die Verformung eines piezo-elektrischen Elementes auf die Tinte ausgeübten Drucks ausgestoßen wird, eingesetzt.
Die 1A und 1B zeigen Beispiele eines herkömmlichen thermisch betriebenen Tintenstrahldruckkopfs, wobei 1A eine schematische Perspektivansicht ist, die eine Struktur eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfs, offenbart in der Druckschrift US Patent Nr. 4882595, darstellt und 1B eine Querschnittsansicht ist, die einen Tintenausstoßmechanismus des in 1A abgebildeten herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfes darstellt.
Der in den 1A und 1B dargestellte thermisch gesteuerte Tintenstrahldruckkopf umfasst einen auf einem Substrat 10 ausgebildeten Verteiler 22, einen Tintenkanal 24 und eine durch eine Barrierewand 14 definierte Tintenkammer 26, die auf dem Substrat 10 installiert sind, eine in der Tintenkammer 26 installierte Erwärmungseinrichtung 12 und eine Düse 16, welche auf der Düsenplatte 18 vorgesehen ist und durch die Tintentröpfchen 29' ausgestoßen werden. Wenn ein pulsförmiger Strom an die Erwärmungseinrichtung 12 angelegt wird und die Erwärmungseinrichtung 12 Wärme erzeugt, wird die in der Tintenkammer 26 eingefüllte Tinte 29 erhitzt und es wird ein Bläschen 28 erzeugt. Das erzeugte Bläschen 28 dehnt sich kontinuierlich aus und übt einen Druck auf die in der Tintenkammer 26 enthaltene Tinte 29 aus. Dieser Druck bewirkt, dass die Tintentröpfchen 29' durch die Düse 16 ausgestoßen werden. Anschließend wird von dem Verteiler 22 die Tinte 29 in die Tintenkammer 26 durch den Tintenkanal 24 angesogen und die Tintenkammer 26 erneut mit Tinte 29 befüllt.
Jedoch fließt in den thermisch gesteuerten Tintenstrahldruckköpfen, wenn die Tintentröpfchen durch die Ausdehnung der Bläschen ausgestoßen werden, Tinte aus der Tintenkammer 26 zum Verteiler 22 zurück, und nachdem Tinte ausgestoßen ist, wird ein Tintenwiederbefüllvorgang durchgeführt. Demnach gibt es bei dem Einsatz für den Hochgeschwindigkeitsdruck eine Begrenzung.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Tintentröpfchenausstoßmechanismus werden in Tintenstrahldruckköpfen eine Vielzahl von unterschiedlichen Tintentröpfchenausstoßmechanismen eingesetzt, wobei ein Beispiel in 2 abgebildet ist, welche ein anderes Beispiel eines herkömmlichen Tintentröpfchenausstoßmechanismus zeigt, der im US-Patent Nr. 6394575 offenbart ist, der das Prinzip eines Zerstäubers benutzt.
Mit Bezug zur 2 beinhaltet ein Reservoir 34 einer Tintenkartusche 32 unvermischte Tinte 40 in unterschiedlichen Farben. Das Reservoir 34 weist einen Druckkopf 35 an seiner Unterseite auf. Der Druckkopf 35 bewirkt, dass die ungemischte Tinte 40 verteilt wird. Die durch den Druckkopf 35 ausgegebene Tinte 40 wird in einer Mischungskammer 42 gemischt, und eine Düsennadel 44 mit der gemischten Tinte gefüllt. Über eine Leitung 52 eines Zerstäubers 50 zugeführte Druckluft wird auf einen vorderen Teil eines Auslasses 46 des Düsennadel 44 geblasen, um eine Verringerung des Druckes im vorderen Teil des Auslasses 46 der Düsennadel 44 zu bewirken. Folglich wird Tinte in der Düsennadel 44 ausgestoßen und auf einem Objekt 49 in Form von Tröpfchen 48 zerstäubt.
Der Tintenstrahlkopf, der nach dem Prinzip eines Zerstäubers Tinte ausstößt, benötigt einen Kompressor zum Bereitstellen der verdichteten Luft. Insbesondere besteht eine Notwendigkeit für komplexe Luftzufuhrleitungen vom Kompressor zu der Vielzahl an Düsen, um den oben beschriebenen Tintenausstoßmechanismus auf einen Tintenstrahldruckkopf anzuwenden, der eine Vielzahl von Düsen aufweist. Damit wird der Druckkopf sperrig, was die Anzahl der Düsen je Flächeneinheit, das entspricht einer Düsendichte, reduziert. Außerdem ist es ziemlich schwierig, einen Druckkopf herzustellen, der mehrere hundert oder mehr Düsen aufweist. Folglich bleibt die Druckauflösung beim Betrieb des Tintenstrahldruckkopfs, der nach dem oben beschriebenen Tintenausstoßmechanismus arbeitet, in der Größenordnung von mehreren zehn Punkten je Zoll (DPI, Dots per Inch).
Dementsprechend wird ein neuer Tintentröpfchenausstoßmechanismus benötigt, um einen Tintenstrahldruckkopf zu implementieren, der eine hohe Druckgeschwindigkeit und eine hohe Auflösung aufweist.
Die Druckschrift JP 60052353 A offenbart einen Tintenstrahldruckkopf, bei dem in der Umgebung der Düsenöffnung innerhalb einer dünnen Wand ein Luftstrom ausgebildet wird.
Die Druckschrift JP 11028818 A offenbart einen Tintenstrahldruckkopf, bei dem leitfähige Tintentröpfchen geladen und Tröpfchen mittels einer elektrostatischen Kraft ausgebildet werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fluidausstoß bereitgestellt, umfassend: Füllen einer Düse mit einem Fluid durch eine Kapillarkraft und Ausstoßen des Fluids aus der Düse, indem ein Druck um den Auslass der Düse abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner das Erzeugen eines Ionenwindes durch Ionisierung von Luft umfasst, die in der Nähe eines Auslasses der Düse vorhanden ist, wobei das Ionisieren der Luft durch ein zwischen Masse- und Source-Elektroden gebildetes elektrisches Feld erfolgt, die im Bereich des Auslasses der Düse angeordnet sind, wobei die Masse-Elektrode näher an der Düse angeordnet ist, als die Source-Elektrode, der Ionenwind von einem Teil entfernt von dem Auslass der Düse zu einem Teil nahe dem Auslass der Düse strömt, und in einem vorderen Teil des Auslasses der Düse nach oben strömt, und wobei der Druck um den Auslass der Düse aufgrund des Ionenwindes abnimmt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahldruckkopf zur Verfügung gestellt, umfassend: einen Verteiler, ausgebildet in einer Durchgangsplatte zum Zuführen von Tinte; und einer Düse ausgebildet in einer auf einer Durchgangsplatte vorgesehenen Düsenplatte, und die derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Kapillarkraft mit Tinte gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahlkopf ferner im Bereich eines Auslasses der Düse angeordneten Masse- und Source-Elektroden umfasst, wobei die Masse-Elektrode näher an der Düse angeordnet ist, als die Source-Elektrode, wobei die Elektroden so angeordnet sind, dass sie ein elektrisches Feld ausbilden, wenn eine Spannung daran angelegt wird und die Luft um dem Auslass der Düse ionisieren, um ein Ionenwind zu erzeugen, wobei der Ionenwind von einem Teil entfernt vom Auslass der Düse zu einem Teil nahe dem Auslass der Düse strömt und in einem vorderen Teil des Auslasses der Düse nach oben strömt, so dass in der Düse enthaltene Tinte ausgestoßen wird, wenn der Druck um den Auslass der Düse aufgrund des Ionenwindes abnimmt.
Die vorliegende Erfindung stellt damit ein neues Verfahren zum Ausstoß eines Fluids aus einer Düse durch Reduzierung eines Drucks in einem vorderen Teil eines Auslasses der Düse mittels eines Ionenwindes bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem einen hoch-integrierten, hochauflösenden Tintenstrahldruckkopf zur Verfügung, der das Verfahren zum Fluidausstoß anwendet.
Die obigen Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich durch eine detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1A und 1B ein Beispiel eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfes zeigen, wobei 1A in Perspektivexplosionsansicht seiner Struktur zeigt und 1B eine Querschnittsansicht zur Erklärung seines Tintenausstoßmechanismus darstellt;
2 ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Tintenstrahldruckkopfes zeigt, der einen Tintenausstoßmechanismus unter Verwendung des Prinzips eines Zerstäubers verwendet;
3A eine Draufsicht eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und 3B eine vertikale Querschnittsansicht des Tintenstrahlkopfes entlang einer Linie A-A' in 3A darstellt;
4 ein Diagramm zur Erläuterung des Mechanismus der Bildung eines Ionenwindes zeigt;
5 eine Modifikation einer in 3A gezeigten Source-Elektrode darstellt;
6 ein Beispiel eines Verfahrens zum Ausstoßen eines Tintenstrahls gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, das von einem Tintenstrahldruckkopf, der eine Vielzahl von Düsen aufweist, eingesetzt wird;
7 eine vertikale Querschnittsansicht des Tintenstrahldruckkopfes gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 eine vertikale Querschnittsansicht des Tintenstrahldruckkopfes gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche funktionale Elemente.
3A zeigt eine Draufsicht eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3B eine vertikale Querschnittsansicht des Tintenstrahldruckkopfes von 3A entlang einer Linie A-A'.
Obgleich nur eine Struktureinheit des Tintenstrahldruckkopfes in den Zeichnungen gezeigt ist, sind in dem in Form von Chips hergestellten Tintenstrahldruckkopf eine Vielzahl von Düsen ausgebildet.
Unter Bezugnahme zu den 3A und 3B ist ein Verteiler 112 in einer Durchgangsplatte 110 zum Zuführen von Tinte ausgebildet und eine Düse 122, gefüllt mit Tinte zum Ausstoßen, ist in einer Düsenplatte 120 ausgebildet, die auf der Durchgangsplatte 110 ausgebildet ist. Die Durchgangsplatte 110 und die Düsenplatte 120 können integral ausgebildet sein.
Die Tinte wird dem Verteiler 112 aus einem Tintenreservoir (nicht abgebildet) zugeführt. Die Tinte im Verteiler 112 wandert mittels einer Kapillarkraft zur Düse 122, um die Düse 122 zu füllen. Die Düse 122 weist vorzugsweise eine kreisförmige Querschnittsfläche auf, und kann unterschiedliche Formen annehmen, darunter eine ovale oder polygonale Gestalt. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Düse 122 eine verjüngte Form aufweist, bei der eine Querschnittsfläche zum Auslass hin allmählich abnimmt.
Eine Masse-Elektrode 131 und eine Source-Elektrode 132 sind, durch eine vorgegebene Entfernung zueinander, um einen Auslass der Düse 122 beabstandet. Die Masse-Elektrode 131 ist geerdet und an der Source-Elektrode 132 wird ein vorgegebener Gleichspannungspuls (DC) oder eine Wechselspannung (AC) angelegt. Die an die Masse-Elektrode 131 und an der Source-Elektrode 132 angelegte Spannung erzeugt ein elektrisches Feld und ionisiert die Umgebungsluft, die sich im Bereich des Auslasses der Düse 122 befindet, um dadurch einen Ionenwind zu erzeugen, welcher später beschrieben wird.
Die Masse-Elektrode 131 und die Source-Elektrode 132 sind vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie den Auslass der Düse 122 umgeben. Wie abgebildet, weist beispielsweise, wenn die Düse 122 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, die Masse-Elektrode 131 und die Source-Elektrode 132 ebenfalls eine kreisförmige Ringform auf. Wenn jedoch die Düse 122 eine ovale oder polygonale Querschnittsform aufweist, kann auch die Form des Querschnitts der Masse-Elektrode 131 und der Source-Elektrode 132 entsprechend variieren.
Die Masse-Elektrode 131 kann relativ nahe am Auslass der Düse 122 angeordnet sein, während die Source-Elektrode 132 relativ entfernt vom Auslass der Düse 122 angeordnet ist, oder umgekehrt. Die Source-Elektrode 132 weist eine Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als die der Masse-Elektrode 131, was später genauer beschrieben wird.
Der zuvor genannte Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch einen Tintenausstoßmechanismus betrieben, bei dem Tinte, unter Verwendung eines Ionenwindes, der in der Art erzeugt wird, wie in 4 gezeigt, durch eine Düse ausgestoßen wird. Unter Bezugnahme auf 4, bildet sich ein elektrisches Feld zwischen der Masse-Elektrode 61 und der Source-Elektrode 62 aus, wenn ein Gleichspannungspuls oder eine Wechselspannung mit einer hohen Spannung an die Source-Elektrode 62 angelegt wird, welche durch eine vorgegebene Entfernung von der Masse-Elektrode 61 beabstandet ist. Das zwischen den Elektroden 61, 62 vorliegende elektrische Feld ionisiert die Luft und die ionisierte Luft wandert in Richtung zu der Masse-Elektrode 61, die eine entgegengesetzte Polarität aufweist, um somit einen Ionenwind W auszubilden. Der Ionenwind W wird durch eine Coulombkraft (F) erzeugt, welche einem Produkt aus einer Intensität (E) des elektrischen Feldes und einer Anzahl (q) von Ionenladungen entspricht, dass heißt F = q × E. Wenn die Masse-Elekt rode 61 als Platte mit einem relativ großen Querschnitt ausgebildet ist und die Source-Elektrode 62 einen relativ schmalen Querschnitt aufweist, insbesondere wenn die Source-Elektrode 62 als scharfe Spitze ausgebildet ist, wie in der Abbildung gezeigt, wird ein relativ starkes elektrisches Feld an dem Ende der scharfen Spitze erzeugt und die Coulombkraft F, die den Ionenwind erzeugt, steigt entsprechend an.
Wiederum mit Bezug zu den 3A und 3B wird nun ein Tintenausstoßmechanismus für den Tintenstrahldruckkopf gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wenn ein ausreichend hoher Gleichspannungspuls oder Wechselstrom mit hoher Spannung an die Source-Elektrode 132 angelegt wird, um die Luft zu ionisieren, bildet sich ein elektrisches Feld zwischen der Masse-Elektrode 131 und der Source-Elektrode 132. Das elektrische Feld ionisiert zwischen den Elektroden 131, 132 vorhandene Luft und die ionisierte Luft bewegt sich durch eine Coulombkraft (F = q × E) in Richtung auf die Masse-Elektrode 131 zu, und dementsprechend wird ein Ionenwind W erzeugt. Die Geschwindigkeit des erzeugten Ionenwindes W erhöht sich mit der auf die Ionen im elektrischen Feld wirkenden Coulombkraft (F = q × E). Wie bereits oben beschrieben, erniedrigt sich der Druck im Bereich des Auslasses der Düse 122, wenn der Ionenwind W im Bereich des Auslasses der Düse 122 erzeugt wird, so dass Tinte 101 in der Düse 122 entsprechend dem Prinzip eines Zerstäubers in Form eines Tröpfchens 102 ausgestoßen wird. Sobald das Tintentröpfchen 102 ausgestoßen ist, wird die Düse 122 durch eine Kapillarkraft wieder mit Tinte 101 gefüllt.
Beim oben beschriebenen Tintenausstoßmechanismus lässt sich die Menge und die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Tröpfchen 102 durch Veränderung der zwischen den beiden Elektroden 131, 132 angelegten Spannung und der Dauer der anliegenden Spannung einstellen. Das bedeutet, wenn eine an die Elektroden 131, 132 angelegte Spannung erhöht wird, steigt die Geschwindigkeit des Ionenwindes und ein Druckunterschied zwischen der Innen seite und der Außenseite der Düse 122, wodurch sich die Ausstoßgeschwindigkeit der Tröpfchen 102 erhöht. Damit wird eine Ansprechgeschwindigkeit der Düse 122 erhöht, welche von einem Signal abhängt, das ausgestoßene Tinte angibt, welches Signal über die Source-Elektrode 132 übertragen wird. Wenn die Dauer, in der die Spannung anliegt, verringert wird, verkleinert sich die Größe der ausgestoßenen Tintentröpfchen 102. Eine Ausstoßfrequenz des Tröpfchens 102 lässt sich durch Verändern einer Impulsperiode der angelegten Spannung einstellen. Damit kann bei einer gewünschten Frequenz eine gewünschte Menge des Tintentröpfchens 102 ausgestoßen werden. Sobald das Tintentröpfchen 102 ausgestoßen ist, befüllt die Tinte 101 die Düse 122 durch Kapillarkraft. Außerdem tritt kein Rückfluss von der Tinte 101 in die Düse 122 auf. Folglich wird wenig Zeit zum Befüllen mit Tinte benötigt, was dadurch ermöglicht, dass die Tintentröpfchen 102 mit einer hohen Frequenz ausgestoßen werden.
Obgleich die Tinte 101 in der Düse 122 durch den Ionenwind W bewegt wird, welcher horizontal von einer Seite der Düse 122 zur gegenüberliegenden Seite wandert, ist es bevorzugt, den Ionenwind W konvergierend und aufwärts strömend zu einem vorderen Teil des Auslasses der Düse 122 auszubilden, da der Ionenwind W vorzugsweise adaptiv in eine Ausstoßrichtung des Tintentröpfchens 102 strömt. Zu diesem Zweck sind die Elektroden 131 bzw. 132 so angeordnet, dass sie die Düse 122 umgeben. Die Masse-Elektrode 131 ist nahe dem Auslass der Düse 122 angeordnet, und die Source-Elektrode 132 ist vom Auslass der Düse 122 entfernt angeordnet. Eine derartige Anordnung der Elektroden 131, 132 ermöglicht dem Ionenwind W, von einem Teil entfernt vom Auslass der Düse 122 zu einem Teil nahe am Auslass der Düse 122 zu strömen, und ermöglicht dem Ionenwind W, am vorderen Teil des Auslasses der Düse 122 aufwärts zu strömen.
Die 5 zeigt eine Modifikation einer in 3A gezeigten Source-Elektrode. Mit Bezug zu 5 ist in der Source-Elektrode 132' ein Vorsprung 133 vorgesehen, der in Richtung zur Masse-Elektrode 131 vorsteht. Der Vor sprung 133 ist vorzugsweise mehrfach in gleichen Abständen entlang der Längsrichtung der Source-Elektrode 132' vorgesehen. Die Source-Elektrode 132' mit dem Vorsprung 133 kann ein relativ starkes elektrisches Feld zwischen den Elektroden 131, 132' ausbilden, wie in 4 gezeigt, und die Coulombkraft, die einen Ionenwind W erzeugt, steigt entsprechend, wodurch bei einer vergleichsweise geringen Spannung ein ausreichend schneller Ionenwind erzeugt wird.
Die 6 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Tintenstrahlausstoß gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt bei einem Tintenstrahlkopf, der eine Vielzahl von Düsen aufweist. Mit Bezug zu 6 ist ein Verteiler 112 auf einer Durchgangsplatte 110 ausgebildet und eine Vielzahl von mit dem Verteiler 112 verbundenen Düsen 122 sind auf der Düsenplatte 120 in 3 Reihen angeordnet. Obgleich in den Zeichnungen nur eine Struktureinheit des Tintenstrahldruckkopfes abgebildet ist, welcher eine Vielzahl von in drei Reihen angeordneten Düsen 122 aufweist, können diese in einer oder zwei Reihen oder in vier oder mehr Reihen angeordnet sein, um eine höhere Auflösung bei einem Tintenstrahldruckkopf zu erreichen. Wie oben beschrieben sind die Masse-Elektrode 131 und die Source-Elektrode 132 im Bereich jeder der Mehrzahl der Düsen 122 angeordnet.
In der vorgenannten Struktur kann das Tintentröpfchen 102 gleichzeitig aus den zugehörigen Düsen 122 ausgestoßen werden, indem an die zugehörigen Source-Elektroden 132 gleichzeitig eine Spannung angelegt wird. Ebenso können die Tintentröpfchen 102 nacheinander aus den zugehörigen Düsen 122 ausgestoßen werden, indem an die zugehörigen Source-Elektroden 132 mit zeitlichem Abstand eine Spannung angelegt wird. Alternativ kann der Ionenwind W nur um den Auslass der einen ausgewählten Düse 122 erzeugt werden, indem eine Spannung nur an eine der Source-Elektroden 132 angelegt wird, wodurch das Tintentröpfchen 102 nur aus der ausgewählten Düse 122 ausgestoßen wird.
Da die Elektroden 131, 132 in Gestalt von Mikrotröpfchen durch einen Halbleiterfertigungsprozess ausgebildet werden, weist der Tintenstrahldruckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf, bei welchem die Tinte durch Druckluft ausgestoßen wird, eine vereinfachte Struktur auf. Daher kann der Tintenstrahldruckkopf, der eine Vielzahl von Düsen 122 aufweist, einfach hergestellt werden, wodurch ein hochintegrierbarer, hoch-auflösender Tintenstrahldruckkopf implementiert wird. Da eine vergleichsweise geringe Spannung, d. h. wenige Volt bis einige zehn Volt an die Source-Elektrode 132 angelegt werden, heißt das, dass eine geringe Menge von Energie für die Erzeugung des Ionenwindes W benötigt wird und es kann ein Tintenstrahldruckkopf, der wenig Energie verbraucht, hergestellt werden.
7 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Tintenstrahldruckkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in der 7 dargestellt, weist der Tintenstrahldruckkopf gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die gleiche Struktur auf wie der Tintenstrahldruckkopf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit dem Unterschied, dass eine Ausnehmung 224, die eine vorgegebene Tiefe aufweist, in der Umgebung von einem Auslass einer Düse 122 ausgebildet ist. Eine Erläuterung des Unterschiedes zwischen den Tintenstrahldruckköpfen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend gegeben.
Mit Bezug zu 7 ist ein Verteiler 212, der Tinte 101 enthält, in einer Durchgangsplatte 210 ausgebildet, eine Düse 222 gefüllt mit der Tinte 101 ist in einer Düsenplatte 220 ausgebildet, die auf der Durchgangsplatte 210 angeordnet ist. Die Ausnehmung 224 mit einer bestimmten Tiefe ist in der Umgebung des Auslasses der Düse 222 auf einer Oberfläche der Düsenplatte 220 ausgebildet und in der Ausnehmung 224 sind eine Masse-Elektrode 231 und eine Source-Elektrode 232 angeordnet.
Die Ausnehmung 224 ist vorzugsweise ringförmig um die Düse 222 ausgebildet, so dass sie die ringförmige Masse-Elektrode 231 und die Source-Elektrode 232 aufnimmt. Vorzugsweise ist eine Seite 225 der Düse 222 geneigt, um dem in der Ausnehmung 224 erzeugten Ionenwind W zu ermöglichen, in einer geneigten Weise zu einem vorderen Teil des Auslasses der Düse 222 zu strömen, um somit den Aufwärtsstrom des Ionenwindes W am vorderen Teil des Auslasses der Düse 222 zu erleichtern.
Obgleich die Masse-Elektrode 231 auf dem Boden der Ausnehmung 224 installiert ist, kann diese an der geneigten Seite 225 der Ausnehmung 224 angeordnet sein, um den Fluss des Ionenwindes W zu erleichtern. In diesem Fall ist die Source-Elektrode 232 an einer Unterseite auf einer äußeren Umfangsseite der Ausnehmung 224 angeordnet.
Die Düse 222 weist vorzugsweise eine sich verjüngende Form auf, bei der eine Querschnittsfläche zum Auslass hin allmählich abnimmt, die einem auf der Oberfläche der Tinte 101 in der Düse 222 ausgebildeten sich nach oben erstreckenden Meniskus ermöglicht, dass er sich bekanntermaßen schnell stabilisiert. Die Form der Düse 222 ist zu der in ihrer Umgebung ausgebildeten Ausnehmung 224 konform.
Die Anordnung und Form der Elektroden 231, 232 sind dieselben wie die in der ersten Ausführungsform. Die Source-Elektrode 232 gemäß der dargestellten Ausführungsform weist auch die gleiche Gestalt auf wie in 5 dargestellt. Ebenso weist der Tintenstrahldruckkopf entsprechend der beschriebenen Ausführungsform auch eine Vielzahl von Düsen auf, wie in 6 dargestellt.
Die 8 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des Tintenstrahldruckkopfes gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 8 gezeigt, weist der Tintenstrahldruckkopf gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine ähnliche Struktur auf wie der Tintenstrahldruckkopf gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und es wird eine Erläuterung des Unterschiedes zwischen den Tintenstrahldruckköpfen entsprechend den ersten und dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben.
Mit Bezug zu 8 ist ein Verteiler 312, der Tinte 101 enthält, in einer Durchgangsplatte 310 ausgebildet, eine mittels Kapillarkraft mit Tinte 101 gefüllte Düse 322 ist in einer Düsenplatte 320 ausgebildet. Ein Ionenwindpfad 324 zum Leiten des Ionenwindes ist in der Düsenplatte 320 ausgebildet, so dass er die Düse 322 umgibt, und eine Masse-Elektrode 331 und eine Source-Elektrode 332 sind in dem Ionenwindpfad 324 angeordnet.
Der Ionenwindpfad 324 ist vorzugsweise als ein die Düse 322 umgebender Ring ausgebildet, so dass er die ringförmige Masse-Elektrode 331 und die Source-Elektrode 332 aufnimmt. Eine Auslassseite des Ionenwindpfads 324 ist vorzugsweise geneigt, so dass es dem Ionenwind ermöglicht ist, in geneigter Form zu einem vorderen Teil des Auslasses des Ionenwindpfads 324 zu strömen, um ein Aufwärtsfließen des Ionenwindes W am vorderen Teil des Auslasses der Düse 322 zu erleichtern.
Die Masse-Elektrode 331 ist auf einer geneigten Seite des Ionenwindpfads 324 angeordnet und die Source-Elektrode 332 ist durch eine vorgegebene Entfernung von der Masse-Elektrode 331 beabstandet, so dass sie an einer tieferen Stelle des Ionenwindpfads 324 angeordnet ist. Eine derartige Anordnung ist in Hinblick auf die Ausbildung des Flusses des Ionenwindes W bevorzugt.
Ein Luftpfad 326 zum Versorgen des Ionenwindpfads 324 mit Luft ist in der Düsenplatte 320 ausgebildet, so dass er mit dem Ionenwindpfad 324 in Verbindung steht. Der Luftpfad 326 ist, wie in der Zeichnung dargestellt, in einer vertikalen Richtung ausgebildet und ist mit dem Ionenwindpfad 324 in seinem unteren Teil verbunden. Der Luftpfad 326 kann entweder in einer horizontalen Richtung oder in einer geneigten Richtung ausbebildet sein. Mit anderen Worten, die Position und Gestalt des Luftpfads 326 kann innerhalb einer Grenze, in welcher es möglich ist, den Ionenwindpfad 324 mit Luft zu versorgen, variieren.
Ebenso ist es aus den vorgenannten Gründen bevorzugt, dass die Düse 322 eine sich verjüngende Form aufweist, bei welcher eine Querschnittfläche in Richtung eines Auslasses allmählich abnimmt.
Die Anordnung und Gestalt der Elektroden 331, 332 sind die gleichen, wie diejenigen in der ersten Ausführungsform. Gemäß der beschriebenen Ausführungsform weist die Source-Elektrode 332, wie in 5 dargestellt, auch die gleiche Gestalt auf. Ebenfalls weist, wie in 6 dargestellt, der Tintenstrahldruckkopf gemäß der beschriebenen Ausführungsform auch eine Vielzahl von Düsen auf.
Wie oben beschrieben, kann die Menge und Geschwindigkeit des ausgestoßenen Fluids gemäß dem Verfahren zum Fluidausstoß der vorliegenden Erfindung, fein und genau eingestellt werden, indem die zwischen den zwei Elektroden angelegten Spannungen und die Anlegedauer einer Spannung verändert wird. Eine Ausstoßfrequenz des Fluids kann durch Verändern einer Impulsperiode der angelegten Spannung eingestellt werden. Sobald das Fluid aus den Düse ausgestoßen ist, füllt das Fluid die Düsen wieder. Damit tritt in den Düsen kein Rückfluss des Fluids auf und es wird keine zusätzliche Zeit zum Wiederbefüllen benötigt, wodurch sich ein Fluid mit einer höheren Frequenz ausstoßen lässt.
Da der Tintenstrahldruckkopf gemäß der vorliegenden Erfindung in der Art ausgebildet ist, dass die Elektroden, die einen Ionenwind erzeugen, im Bereich einer Vielzahl von Düsen angeordnet sind und die Elektroden miniaturi siert sind, weist er gegenüber einem herkömmlichen Tintenstrahldruckkopf, bei dem die Tinte mittels verdichteter Luft ausgestoßen wird, eine vereinfachte Struktur auf. Da die Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes, der eine Vielzahl von Düsen aufweist, sich einfach durchführen lässt, kann ein hochintegrierter, hoch-auflösender Tintenstrahldruckkopf einfach ausgebildet werden. Ebenso können Tintenstrahldruckköpfe mit einem geringem Energieverbrauch hergestellt werden, da zur Erzeugung eines Ionenwindes der Energieverbrauch vergleichsweise gering ist.
Während diese Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für die Fachleute, dass verschiedene Änderungen und Äquivalente in Form und Details hierbei vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Beispielsweise kann das Verfahren zum Tintenausstoß gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein allgemeines Fluidausstoßsystem anwendet werden, bei dem ein kleine Menge eines Fluids durch Düsen ausgestoßen wird, ebenso wie bei den abgebildeten und in den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Tintenstrahldruckköpfe. Demgemäß ist es vorgesehen, dass der Rahmen der Erfindung durch die angefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Fluidausstoß umfassend: Füllen einer Düse (122) mit einem Fluid (101) durch Kapillarkraft; und Ausstoßen des Fluids (101) aus der Düse (122), wenn der Druck um den Auslass der Düse (122) abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: Erzeugen eines Ionenwinds durch Ionisieren von Luft, die im Bereich eines Auslasses der Düse (122) vorhanden ist, wobei das Ionisieren von Luft durch ein elektrisches Feld erfolgt, das zwischen Masse- und Sourceelektrode (131, 132) gebildet ist, die im Bereich des Auslasses der Düse (122) angeordnet sind, wobei die Masseelektrode (131) näher an der Düse (122) angeordnet ist als die Sourceelektrode (132), der Ionenwind von einem Teil entfernt vom Auslass der Düse (122) zu einem Teil nahe dem Auslass der Düse (122) strömt und in einem vorderen Teil des Auslasses der Düse (122) nach oben strömt, und wobei der Druck um den Auslass der Düse (122) aufgrund des Ionenwinds abnimmt.
Verfahren zum Fluidausstoß nach Anspruch 1, wobei Menge und Geschwindigkeit des ausgestoßenen Fluids durch Verändern der zwischen den beiden Elektroden (131, 132) angelegten Spannungen und Spannungsanlegedauer eingestellt wird.
Verfahren zum Fluidausstoß nach Anspruch 1, wobei eine Ausstoßfrequenz des Fluids durch Verändern einer Impulsperiode einer an den Elektroden (131, 132) angelegten Spannung eingestellt wird.
Verfahren zum Fluidausstoß nach Anspruch 1, wobei der Ionenwind in geneigter Form zu einem vorderen Teil des Auslasses der Düse (122) strömt.
Verfahren zum Ausstoßen von Tinte in einem Tintenstrahldruckkopf umfassend das Verfahren zum Fluidausstoß nach Anspruch 1.
Tintenstrahldruckkopf umfassend: einen Verteiler (112) ausgebildet in einer Durchgangsplatte (110) zum Zuführen von Tinte; und eine Düse (122) gebildet in einer Düsenplatte (120), die auf der Durchgangsplatte (110) vorgesehen und so angeordnet ist, dass sie durch eine Kapillarkraft mit Tinte (101) gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahldruckkopf ferner Masse- und Sourceelektroden (131, 132) angeordnet im Bereich eines Auslasses der Düse (122) umfasst, wobei die Masseelektrode (131) näher an der Düse (122) angeordnet ist als die Sourceelektrode (132), die Elektroden (131, 132) so angeordnet sind, dass sie ein elektrisches Feld bilden, wenn eine Spannung daran angelegt wird, und um den Auslass der Düse (122) vorhandene Luft ionisiert wird, so dass ein Ionenwind erzeugt wird, wobei der Ionenwind von einem Teil entfernt vom Auslass der Düse (122) zu einem Teil nahe dem Auslass der Düse (122) strömt und in einem vorderen Teil des Auslasses der Düse (122) nach oben strömt, so dass in der Düse (122) enthaltene Tinte (101) ausgestoßen wird, wenn der Druck um den Auslass der Düse (122) aufgrund des Ionenwinds abnimmt.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 6, wobei eine Ausnehmung (224) mit einer bestimmten Tiefe in der Peripherie des Auslasses der Düse (222) auf einer Oberfläche der Düsenplatte (220) ausgebildet ist, und eine Masseelektrode (231) und eine Sourceelektrode (232) in der Ausnehmung (224) angeordnet sind.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 7, wobei eine Seite der Ausnehmung (224) geneigt ist, so dass es dem Ionenwind ermöglicht ist, in geneigter Form zu einem vorderen Teil eines Auslasses der Düse (222) zu strömen.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 8, wobei die Masseelektrode (231) auf der geneigten Seite der Ausnehmung (224) angeordnet ist.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 6, wobei ein Ionenwindpfad (324) zum Führen des Ionenwinds in der Düsenplatte (320) ausgebildet ist, so dass er die Düse (322) umgibt, und die Masseelektrode (331) und die Sourceelektrode (332) im Ionenwindpfad (324) angeordnet sind.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 10, wobei eine Auslassseite des Ionenwindpfads (324) geneigt ist, so dass es dem Ionenwind ermöglicht ist, in geneigter Form zu einem vorderen Teil des Auslasses des Ionenwindpfads (324) zu strömen.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 11, wobei die Masseelektrode (331) auf der geneigten Seite des Ionenwindpfads (324) angeordnet ist.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein Luftpfad (326) zum Versorgen des Ionenwindpfads (324) mit Luft in der Düsenplatte (320) ausgebildet ist, so dass er mit dem Ionenwindpfad (324) in Verbindung steht.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei die Düse (122) eine verjüngte Form aufweist, in der eine Querschnittsfläche graduell zum Auslass abnimmt.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei die Masseelektrode (131) und die Sourceelektrode (132) so geformt sind, dass sie den Auslass der Düse (122) umgeben.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei die Sourceelektrode (132) eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als die Masseelektrode (131).
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 7 bis 16, wobei ein Vorsprung (133), der zur Masseelektrode (131) vorsteht, in der Sourceelektrode (132) vorgesehen ist.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 17, wobei der Vorsprung (133) mehrfach in gleichen Abständen entlang der Längsrichtung der Sourceelektrode (132) vorgesehen ist.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 18, wobei die Düse (122) mehrfach in der Düsenplatte (120) vorgesehen ist und die Masseelektrode (131) und die Sourceelektrode (132) im Bereich jeder der Mehrzahl von Düsen (122) angeordnet sind.