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Die Erfindung betrifft auf Abruf
arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtungen, und beispielsweise auf
Abruf arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtungen mit einer zweidimensionalen
Tintenkammer-Anordnung.
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Auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtungen,
speziell Tintenstrahldruckköpfe,
umfassen typischerweise eine Kammer, die mit Tröpfchenfluid versorgt wird und
mit einer Düse
zum Ausstoßen von
Tröpfchen
in Verbindung steht, sowie eine Einrichtung, die durch elektrische
Signale betätigt
werden kann, um das Volumen der Kammer zu ändern, wobei die Volumenänderung
ausreicht, um einen Tröpfchenausstoß zu bewirken.
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Jedoch bleiben bei solchen Anordnungen Probleme,
die zusammenhängen
mit der Bereitstellung einer hochdichten, zweidimensionalen Tintenkammeranordnung,
die bei hoher Frequenz und mit geringen Herstellungskosten betätigbar ist.
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Die WO 88/10192 (siehe Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 23) und die
DE 196 39
717 beschreiben jeweils einen Tintenstrahldruckkopf, der
Druckkammern mit ungefähr
kreisförmiger
Konfiguration enthält.
Jede Druckkammer hat einen Piezowandler auf einer Seite, der sich
bei einer Aktivierung nach außen
beult und Tintentröpfchen
durch eine Düse ausstößt.
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Es ist eine Aufgabe von zumindest
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstrahldruckvorrichtung bereitzustellen,
die sowohl hohe Leistung als auch Effizienz hat, gekoppelt mit einem
einfachen Herstellungsverfahren und geringen Kosten, und die in
einer zweidimensionalen Anordnung hergestellt werden kann.
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Es ist noch eine weitere solche Aufgabe,
einfachere Verfahren elektrischer Verbindung und eine breitere Auswahl
elektrischer Verbindungsverfahren bei auf Abruf arbeitenden Schermodus-Tintenstrahldruckvorrichtungen
zu gestatten.
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Es ist noch eine weitere solche Aufgabe, eine
Konfiguration eines Roof-Mode-Scherscheibenbetätigers zu
gestatten, welche nicht unter den Einschränkungen der gegenseitigen Beeinflussung
zwischen benachbarten Betätigern
leidet.
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Es ist eine weitere solche Aufgabe,
es zu ermöglichen,
dass eine Schermodusanordnung mit großer Matrix aus einer Anzahl
kleiner Matrizen hergestellt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine auf Abruf arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtung zur Verfügung, mit
einer Düse
auf einer Düsenachse;
einer Düsenkammer,
die sich radial um die Düsenachse
erstreckt; einer Tintenzuführungseinrichtung,
die mit der Düsenkammer
in Verbindung steht; und mit einem Betätigungselement, das in Richtung
der Düsenachse
beweglich ist, um das Ausstoßen
eines Tintentropfens durch die Düse
und die Wiederauffüllung
der Tintenkammer mit Tinte zu bewirken;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tintenkammer durch eine im Allgemeinen kreisförmige Struktur
begrenzt ist, die durch eine Veränderung
in der Tintentiefe in Richtung der Düsenachse eine Veränderung in
der akustischen Impedanz bereitstellt, die dazu dient, akustische
Wellen zu reflektieren, welche radial zur Düsenachse aufgrund der Bewegung
des Betätigungselements
zur Konvergenz an der Düsenachse
in der Tintenkammer wandern, wobei das Betätigungselement dadurch einen
Tintentropfenausstoß durch
das Wandern akustischer Wellen in der Tintenkammer radial zur Düsenachse
bewirkt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
erstreckt sich die Tintenkammer über
einen radialen Abstand R von der Düsenachse, und das Betätigungselement
ist in der Richtung der Düse
zwischen einer ersten und einer zweiten Konfiguration beweglich,
in einer Zeit, die mindestens der Hälfte der Zeit R/c entspricht,
wobei c die Schallgeschwindigkeit durch Tinte in der Tintenkammer
ist.
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Beispielsweise wenn sich die Tintenkammer über einen
radialen Abstand von 0,5 mm erstreckt und die Schallgeschwindigkeit
durch Tinte in der Tintenkammer 500 m/sec ist, ist die Düse zwischen
Konfigurationen in einer Zeit beweglich, welche höchstens
500 ns beträgt.
Vorzugsweise ist die Düse
zwischen Konfigurationen in einer Zeit beweglich, welche mindestens
um eine Größenordnung
niedriger liegt als die Zeit R/c, vorzugsweise in einer Größenordnung
von Nanosekunden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Betätigungselement
eine piezoelektrische Betätigungsscheibe,
die der Tintenkammer zugeordnet ist und sich in eine Kuppelkonfiguration
und aus dieser heraus bewegen kann, um einen Tintentropfenausstoß zu bewirken,
wobei die Vorrichtung ferner Elektroden umfasst, um eine elektrisches
Betätigungsfeld
auf die piezoelektrische Scheibe aufzubringen.
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Vorzugsweise ist die piezoelektrische
Scheibe homogen und in Relation zum elektrischen Betätigungsfeld
so gepolt, dass sie sich in einem Schermodus bewegt. Wenn dem so
ist, kann das elektrische Feld in Richtung der Düsenachse aufgebracht werden,
wobei die piezoelektrische Scheibe radial gepolt ist.
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Die piezoelektrische Scheibe kann
in Richtungen gepolt sein, die alle zur Düsenachse hin konvergieren.
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Die Elektroden können eine Erdungselektrode
auf einer Fläche
der piezoelektrischen Scheibe umfassen, welche an die Tintenkammer
stößt, und eine
andere Elektrode an einer entgegengesetzten Fläche der piezoelektrischen Scheibe.
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Die Scheibe kann mit einem hervorstehenden
Bauteil versehen sein, das entlang der Düsenachse hervorsteht, oder
mit einer Ausnehmung, die im Wesentlichen konzentrisch mit der Düse verläuft. Die
Tintenzuführungseinrichtung
kann dazu dienen, Tinte in die Tintenkammer in einer Richtung radial
zu Düsenachse
zuzuführen.
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Die Tintenzuführungseinrichtung kann dazu dienen,
die Tinte in der Tintenkammer an einer Vielzahl von Stellen zuzuführen, die
um den Umfang der Tintenkammer herum angeordnet sind, bevorzugt dazu
dienen, Tinte in der Tintenkammer um im Wesentlichen die gesamte
Peripherie der Tintenkammer herum zuzuführen.
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Die im Allgemeinen kreisförmige Struktur kann
einen Tintenring um die Tintenkammer herum definieren, der in Richtung
der Düsenachse
eine Tiefe aufweist, die sich von der Tiefe der Tintenkammer unterscheidet.
Der Ring kann einen Teil der Tintenzuführungseinrichtung ausbilden.
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Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung
eine Vielzahl von Düsen,
welche jede eine jeweilige Düsenachse
aufweisen, wobei die Düsen
parallel und in einer zweidimensionalen Ebenenanordnung vorgesehen
sind; mit einer Vielzahl der Tintenkammern, von denen jedes sich
um eine jeweilige Düsenachse herum
erstreckt; und mit einem homogenen piezoelektrischen Flächengebilde,
das eine zweidimensionale Anordnung der Betätigungselemente aufweist, wobei
jedes Betätigungselement
einer jeweiligen Düsenkammer
zugeordnet ist.
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Bei einer solchen Anordnung kann
die Vorrichtung eine Vielzahl der Elektroden aufweisen, mit einer
gemeinsamen Erdungselektrode auf einer Fläche des piezoelektrischen Flächengebildet
im Anschluss an die Tintenkammern, und mit einer entgegengesetzten
Fläche,
wobei individuelle Elektroden jeweils den Tintenkammern zugeordnet
sind. Die individuellen Elektroden können mit elektrischen Impulsaufbringungsvorrichtungen
durch jeweilige elektrische Verbindungen verbunden sein, welche
auf einer Zwischenverbindungsplatte vorgesehen sind, die mit einer
Düsenplatte
und dem piezoelektrischen Flächengebilde
laminiert ist.
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Die Düsen können in einer Düsenplatte
ausgebildet werden, wobei die Düsenplatte
mit dem piezoelektrischen Flächengebilde
laminiert ist, um die Vielzahl der Düsenkammern bereitzustellen.
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Die Tintenzuführungseinrichtung kann eine Anordnung
von Tintenkanälen
umfassen, die in dem piezoelektrischen Flächengebilde ausgebildet sind, sowie
Tintenübertragungseinrichtungen
zum Übertragen
von Tinte aus den Tintenkanälen
zu den Tintenkammern. Die Tintenübertragungseinrichtungen können eine
Anordnung von Ausnehmungen umfassen, welche in einer Zwischenplatte
ausgebildet sind, die mit der Düsenplatte
und dem piezoelektrischen Flächengebilde
laminiert ist.
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Die Düsenplatte, die Zwischenverbindungsplatte
und die Zwischenplatte können
jeweils ein piezoelektrisches Flächengebilde
umfassen. Alternativ können
die Düsenplatte,
die Zwischenverbindungsplatte und die Zwischenplatte jeweils ein
Flächengebilde
aus einem Material umfassen, das thermisch mit dem piezoelektrischen
Flächengebilde
kompatibel ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken
mit den folgenden Schritten: Bilden eines planaren Körpers aus
Tinte in Verbindung mit einer Düse,
die eine Düsenachse
aufweist, wobei der Körper
aus Tinte radial zur Düsenachse
erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass in dem Körper der Tinte durch eine Änderung
in der Tintentiefe in Richtung der Düsenachse eine Impedanzbegrenzung
bereitgestellt wird, die sich am Umfang der Düsenachse erstreckt; und dadurch,
dass ein Betätigungselement selektiv
in Richtung der Düsenachse
so bewegt wird, dass akustische Wellen gebildet werden, die radial zur
Düsenachse
in der Tintenkammer wandern, wobei die Wellen durch die Impedanzgrenze
reflektiert werden und an der Düsenachse
konvergieren, wodurch das Ausstoßen eines Tintentröpfchens
durch die Düse
bewirkt wird.
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Das Verfahren kann ferner den Schritt
den Wiederauffüllens
des Körpers
aus Tinte in Abfolge auf den Tintentröpfchenausstoß umfassen,
durch das Zuführen
von Tinte zu diesem in einer Radialrichtung der Düsenachse.
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Bevorzugte Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden nun beispielhaft beschrieben, unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte, perspektivische Explosionsansicht von oben für eine Ausführungsform einer
auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckvorrichtung mit einer Vielzahl
von kreisförmigen Scher-Scheibenbetätigern;
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2 eine
vereinfachte perspektivische Explosionsansicht von unten auf die
in 1 gezeigte Vorrichtung;
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3 und 4 detailliertere, perspektivische Explosionsansichten
eines einzelnen Betätigers,
wie er in 1 gezeigt
ist;
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5 und 6 Aufsichten auf Matrixanordnungen,
die jeweils eine 144 mal 144 dpi-Anordnung und eine 288 mal 72 dpi-Anordnung
zeigen;
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7 eine
Seitenansicht des einzelnen Betätigers,
der in 3 gezeigt ist;
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8 eine
Seitenansicht des in 3 gezeigten
Betätigers
in einem betätigten
Zustand;
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9(a) bis 9(c) Schritte in der Herstellung eines
einzelnen Betätigers;
und
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10 und 11 obere Ansichten alternativer Polungsanordnungen
für eine
piezoelektrische Scheibe.
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Die 1 bis 8 zeigen eine Ausführungsform einer
auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckvorrichtung. Die Vorrichtung
umfasst eine laminierte Struktur, gebildet aus einer Vielzahl von
Schichten, welche eine Anordnung von Tintenkammern 22 umfasst.
Die Tröpfchenausstoßkraft für jede Tintenkammer
wird durch ein piezoelektrisches Flächengebilde 14 mit Betätigungsregionen 10 bereitgestellt,
die in Radialrichtung gepolt sind und welche sich im Betrieb in
einer Richtung im Wesentlichen zur jeweiligen Düse 19 hin biegen.
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Die 1 zeigt
eine perspektivische, vereinfachte Explosionsansicht von oben für eine Anzahl von
abgegrenzten Tintenkammern 22, die in einer 2 mal 2-Matrix
angeordnet sind. Die Vorrichtung ist aus vier Schichten ausgebildet,
welche dasselbe Material oder thermisch kompatible Materialien umfassen können.
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Die Zwischenverbindungsschicht 21 hat
darin ausgebildete Löcher 12,
durch welche elektrische Verbindungsbahnen 13 zu einer
Treiberschaltung geführt
sind.
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Das piezoelektrische Flächengebilde 14 ist so
gearbeitet oder geformt, dass es eine Vielzahl von Ausnehmungen
ausbildet, um Tintenkammern 22 zu definieren, wobei Betätigungsregionen 10 in
ihren jeweiligen Bodenwänden
ausgebildet sind. Die Betätigungsregionen 10 sind
so ausgestaltet, dass sie es dem piezoelektrischen Flächengebilde 14 gestatten, sich
zur Düsenplatte 18 hin
zu biegen, ohne gegenseitige Beeinflussung zwischen benachbarten
Betätigungsregionen
zu bewirken. Die Tintenkanäle 15,
die es der Tinte gestatten, aus einem Reservoir (nicht gezeigt)
zu den Tintenkammern 22 zu strömen, sind in derselben Seite
des piezoelektrischen Flächengebildes 14 ausgebildet
wie die Ausnehmungen.
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Weggeschnittene Segmente 16 in
der Zwischenplatte 17 gestatten es der Tinte, von den Kanälen 15 in
die Tintenkammern hinein zu strömen,
wie mittels der Pfeile in 2 gezeigt
ist. Die Pfeile zeigen Tinte, die vom Kanal 15 durch die
Kammer 22 und in den benachbarten Kanal hinein zirkuliert
wird. Dies verhindert eine Stagnation und reduziert die Ansammlung
von Luft in der Vorrichtung. Alternativ kann die Tinte gleichzeitig
von beiden Seiten der Betätigungsregion
zugeführt
werden.
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Die Düsenplatte 18 ist an
der Zwischenplatte 17 fixiert, und Düsen 19 sind so vorgesehen,
dass sie innerhalb des Durchmessers der Öffnungen 20 der Zwischenplatte 17 positioniert
sind.
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Die perspektivische Explosionsansicht
von unten für
die Anordnung ist in 2 gezeigt.
Diese Figur zeigt klarer die Tintenkanäle 15 und die Tintenkammern 22,
die im piezoelektrischen Flächengebilde 14 ausgebildet
sind.
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Jede Tintenkammer 22 kann
mit einem zentralen Vorsprung oder eine zentralen Einbuchtung ausgebildet
werden, die in der Tintenkammer positioniert sind. Der Vorsprung
ist als zylindrisch gezeigt, jedoch versteht es sich, dass er ebenso
halbkugelförmig,
dreieckig oder von jeder anderen geeigneten Form sein kann. Obwohl
der Vorsprung kleiner dargestellt ist als die Öffnung 20 in der Zwischenplatte 17,
ist es natürlich
möglich,
dass ein Vorsprung mit derselben Größe oder größer als die Öffnung 20 geeignet
so vorgesehen sein kann, dass der Vorsprung sich frei unterhalb
oder in der Öffnung 20 bewegen kann.
Der Vorsprung oder die Einbuchtung 23 in der Tintenkammer 22 helfen
dabei, die Effizienz des Betätigers
zu erhöhen
und die Tröpfchengröße und –geschwindigkeit
einzustellen. Zusätzlich
stellen Vorsprung oder Einbuchtung eine Stelle zur Verfügung, um
ein elektrisches Feld während
der Radialpolung der Betätigungsregion des
piezoelektrischen Flächengebildes 14 beim
Zusammenbau oder bei der Herstellung aufzubringen.
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Elektroden werden durch Sputtern
oder jedwede andere geeignete Methode auf sowohl der oberen Oberfläche der
Tintenkammer 22 als auch am Boden des piezoelektrischen
Flächengebildes 14 ausgebildet.
Wenn ein elektrisches Feld zwischen gegenüberliegenden Elektroden angelegt
wird, biegt sich eine zugeordnete Betätigungsregion des piezoelektrischen
Flächengebildes,
das in Radialrichtung gepolt worden ist, zur Öffnung 20 hin und
stößt Tinte aus
der Düse 19 aus.
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Die 3 und 4 zeigen detaillierter eine
einzelne Betätigungsregion
und Tintenkammer (Details der Zwischenverbindungsschicht 21 sind
weggelassen worden). Die einfache Anordnung vier separater Schichten
gestattet eine leichte Herstellung unter Verwendung moderner Formungsmethoden
sowie herkömmlicher
Bearbeitung. Ein Vorteil der Herstellung durch Formung liegt darin,
dass Bumps oder Rillen auf einer oder mehrerer der Platten und Flächenmaterialien
mit jeweiligen Hohlräumen
oder Vorsprüngen
auf der gegenüberliegenden
Fläche
ausgebildet werden können.
Dies gestattet eine einfache aber genaue Ausrichtung der jeweiligen
Schichten. Es ist ebenfalls möglich,
Vorsprünge
auf den Kantenoberflächen 26 anzuordnen,
um einen modularen Aufbau individueller oder von Gruppen von Wandlern zu
größeren Matrizenanordnungen
zu gestatten.
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Die Tatsache, dass nur die Erdungselektrode 25 in
Kontakt mit der Tinte ist, bedeutet, dass die Passivierung, die
beim Drucken mit Wasser basierenden Tinten notwendig wird, reduziert
und in einigen Fällen
vollständig überflüssig wird,
da von der Elektrode in die Tinte kein Strom fließt, wobei
das piezoelektrische Flächengebilde 14 als
Isolationsbarriere arbeitet. Das piezoelektrische Flächengebilde kann
mit der Zwischenplatte 17 und der Zwischenverbindungsplatte 21 mittels
eines gleitenden Klebemittels oder durch ein anderes geeignetes
Verfahren verbunden werden. Zusätzlich
können
die Düsen
in situ sowie ex situ ausgebildet werden, abhängig von den bevorzugten Herstellungsverfahren.
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Obwohl die 1 und 2 eine
2 mal 2-Matrix zeigen, würde
ein vollständiger
Anordnungsaufbau typischerweise aus einer 16 mal 16 Düsenanordnung bestehen,
die 18 mal 18 mm misst. Dies ergibt eine Punktdichte in der Größenordnung
von 360 dpi. Die Druckdichte kann leicht in der Matrixanordnung
verändert
werden, einfach durch das Spezifizieren einer unterschiedlichen
Druckdichte. Beispielsweise zeigt die 5 die
Betätigerpositionen
in einer 12 mal 12-Matrix. Die Matrix hat Gesamtabmessungen von 2,54
cm mal 2,54 cm (1 inch mal 1 inch) und jede Düse ist von der benachbarten
Düse um
0,21 cm (1/12tel eines inch) getrennt. Eine Punktdichte von 144
dpi in beiden Richtungen wird dadurch ausgebildet, dass die Düsen in sowohl
horizontalen als auch in vertikalen Reihen mit einer Teilung von
0,0176 cm (1/144tel eines inch) angeordnet werden. Die 6 zeigt die Betätigerpositionen
bei einer 24 × 12-Matrix, was
eine Tropfendichte von 288 dpi in horizontaler Richtung und 72 dpi
in vertikaler Richtung ergibt. Die Anordnung wird durch zwei 24
mal 6-Module ausgebildet, die Seite an Seite aneinander stoßen. Es
ist natürlich
möglich,
eine Anzahl vereinzelter Module aneinander anstoßen zu lassen, um eine Anordnung auszubilden,
die so groß ist
wie notwendig, sogar bis zur Seitenbreite. Es kann bemerkt werden,
dass die Zwischenverbindungsdichte nicht merklich abhängig von
der Matrixkonfiguration verändert
wird. Derselbe Effekt der Ausbildung der Matrix könnte natürlich durch
das Ausbilden einer quadratischen oder rechteckigen Anordnung und
das Winkeln des gesamten Kopfes erzielt werden.
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Die 7 und 8 sind Teil-Explosionsansichten
der einzelnen Tintenkammern, die in 3 gezeigt
ist. Tinte wird der Tintenkammer von entweder einer oder beiden
ihrer Seiten zugeführt.
Die Betätigungsregion
liegt in der Form einer Scheibe des piezoelektrischen Flächenmaterials
vor, welche radial in Richtung des Pfeiles 27 gepolt ist.
Die 8 zeigt die Richtung
der piezoelektrische Scheibe, während
eine Potentialdifferenz über
die Elektroden 24, 25 angelegt wird, die darauf
positioniert sind. Wenn der zentrale Vorsprung 23 sich
zur Düse 19 hin
bewegt, wird ein Tröpfchen
ausgestoßen.
Wenn das elektrische Feld entfernt wird, kehrt die piezoelektrische
Scheibe in ihre Ausgangsposition zurück, die in 7 gezeigt ist.
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Der Betätiger ist dazu in der Lage,
Tintentröpfchen
in Reaktion auf das Anlegen differentieller Spannungsimpulse an
die Elektroden 24, 25 abzugeben. Ein jeder solcher
Impuls baut ein elektrisches Feld in der Richtung senkrecht zur
Richtung der Polarisierung 27 auf. Dies entwickelt eine
Scherverformung in der piezoelektrischen Scheibe 14 und bewirkt,
dass die Scheibe sich in der Richtung des elektrischen Feldes verbiegt,
wie in 8 gezeigt ist.
Diese Verschiebung baut einen Druck in der Tintenkammer auf. Typischerweise
wird ein Druck von 30 bis 300 kPa aufgebracht, um die Tintenkammer
zu betätigen,
und dies kann mit nur einer kleinen mittleren Verbiegung erzielt
werden, da die Kammerabmessung senkrecht zur Platte 14 gering
ist.
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Der Abbau des Drucks, der auf dieser
Weise in der Tinte entwickelt wird, bewirkt, vorausgesetzt, dass
der Druck einen minimalen Wert überschreitet, den
Ausstoß eines
Tintentröpfchens
aus der Düse 19.
Dies findet wegen einer akustischen Druckwelle statt, die radial
in der Kammer verläuft,
von den Seitenwänden
der Kammer reflektiert wird, um die in der Tinte und dem Betätiger gespeicherte
Energie abzubauen, und wieder im Zentrum der Kammer konvergiert,
um das Ausstoßen
von Tinte aus der Kammer zu bewirken. Die Volumenlast oder Kondensation während die
Druckwelle von der Düse
zurückläuft entwickelt
eine Tintenströmung
von der Düsenauslassöffnung über eine
Zeitspanne R/c, wobei c die effektive Schallgeschwindigkeit der
Tinte in der Kammer und R der radiale Abstand zu den Wänden der Kammer
ist. Ein Tintentröpfchen
wird während
dieser Zeitspanne ausgestoßen.
Nach der Zeit R/c wird der Druck negativ, die Tintenabgabe endet
und die angelegte Spannung kann abgenommen werden. In der Folge
wird, während
die Druckwelle gedämpft
wird, die aus der Kammer ausgestoßene Tinte aus dem Tintenkanal
wieder aufgefüllt
und der Tröpfchenausstoßzyklus
kann wiederholt werden. Durch die Aufbringung einer Anzahl von Impulsen
in schneller Folge ist es möglich,
die Größe der ausgestoßenen Tröpfchen zu
erhöhen
und damit eine Anzahl von Graustufen aufzubauen.
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Verschiedene Verfahren können verwendet werden,
um die Tröpfchenausstoßeigenschafen
für die
Tintenkammer 22 zu ändern.
Ein solches Verfahren besteht darin, die Form und die Struktur der
Tintenkammer zu ändern,
beispielsweise durch die Erhöhung
des Tintenkammerradius oder das Ändern des
Profils der Öffnung 20.
Die Form der Öffnung 20, der
Düse 19 und
die Steifigkeit der Düsenplatte 18 beeinflussen
die Trägheit
der aus der Kammer auszustoßenden
Tinte. Zusätzlich
können Änderungen in
der Dicke der piezoelektrischen Scheibe Änderungen in der Scherbiegung
der Scheibe bewirken und die Tröpfchenausstoßeigenschaften
verändern.
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Die 9 zeigt
eine Ausführungsform
eines Verfahrens zur Ausbildung einer radial gepolten piezoelektrischen
Scheibe in einem piezoelektrischen Flächenmaterial und das darauf
folgende Aufbringen von Elektroden.
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Bei dieser Ausführungsform wird eine Resistschicht 100 ausgebildet,
beispielsweise durch Sputtern, und zwar auf jeder Seite des piezoelektrischen
Flächenmaterials.
Die Abschnitte der Resistschichten, die an den äußeren Seitenwänden 102 ausgebildet
sind, und der Zentralabschnitt 104 der inneren Bodenwand 106 jeder
Ausnehmung werden beispielsweise durch eine Schleif-, Ablations-
oder Ätztechnik
entfernt, und die verbleibenden Abschnitte der Resistschichten 100 werden
entwickelt. Eine Metallschicht 108 wird auf jeder Seite
des piezoelektrischen Flächengebildet
abgelagert, um freiliegende Regionen jeder Ausnehmung zu bedecken.
Wie in 9(a) gezeigt
ist, wird ein elektrisches Feld über die
Metallschichten aufgebracht, um die Betätigungsregionen der Ausnehmung
radial zu polen, so dass eine gepolte piezoelektrische Scheibe ausgebildet wird,
bei der die Polarisierungsrichtungen zum Zentrum der Scheibe hin
konvergieren.
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Die entwickelten Resistschichten 100 und die
Metallschichten 108 werden entfernt und zweite Resistschichten 110 auf
jeweiligen Flächen
der gepolten piezoelektrischen Scheibe ausgebildet, beispielsweise
durch Ablagerung und darauffolgende selektive Entfernung der zweiten
Resistschichten 110.
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Die verbleibenden Abschnitte der
zweiten Resistschichten 110 werden entwickelt und eine elektrisch
isolierende Schicht 112 wird daraufhin auf beiden Seiten
des piezoelektrischen Flächenmaterials
ausgebildet, wie in 9(b) gezeigt
ist.
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Die Resistschichten werden daraufhin
entfernt, um beide Flächen
der gepolten piezoelektrischen Scheibe freizulegen, und Elektroden 24, 25 werden
auf jeweiligen Seiten des piezoelektrischen Flächenmaterials aufgebracht,
wie in 9(c) gezeigt
ist. Die Elektrode 25 bildet die gemeinsame Erdungselektrode
für alle
gepolten piezoelektrischen Scheiben, und Spannungen können selektiv
an individuelle Abschnitte der Elektrodenschicht 24 angelegt
werden, um die gepolten piezoelektrischen Scheiben nach Wunsch zu
aktivieren.
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Während
die piezoelektrischen Scheiben bei der vorgenannten Ausführungsform
radial gepolt sind, das heißt
in Richtungen gepolt sind, die alle zur Düsenachse hin konvergieren,
können
ebenfalls alternative Polungsanordnungen der piezoelektrischen Scheiben
die Erzeugung radialer Druckwellen in den Tintenkammern durch Schermodus-Verbiegung
der Scheiben bei der Aktivierung erzeugen.
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Die 10 und 11 zeigen zwei solche alternative
Polungsanordnungen. Die 10 zeigt
einen Aufriss der piezoelektrischen Scheibe 14, die aus zwei
identischen Hälften 14a, 14b gebildet
ist, wobei jede Hälfte
zum Durchmesser der Scheibe 14 hin gepolt ist. Bei der
Polungsanordnung, die in 11 gezeigt
ist, wird die piezoelektrische Scheibe aus vier identischen Vierteln 14c
... 14f ausgebildet.
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Bei den vorgenannten Ausführungsformen werden
die Betätigungsregionen
durch gepolte piezoelektrische Scheiben ausgebildet. Jedoch sind
alternative Formen für
die Betätigungsregionen
ohne Weiteres ins Auge zu fassen. Beispielsweise kann die Betätigungsregion
jedwede polygonale Form einnehmen, beispielsweise dreieckig, rechteckig
oder hexagonal, mit Segmenten der Betätigungsregion, die geeignet
zur Verbiegung im Schermodus auf eine Aktivierung hin gepolt sind,
um einen radialen Schallwellenfortgang in der Tintenkammer zu entwickeln.
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Alle vorgenannten Ausführungsformen
stellen eine auf Abruf arbeitende Tröpfchen-Tintenstrahlvorrichtung zur Verfügung, welche
einen piezoelektrischen Betätiger
verwendet, der so angeordnet ist, dass er sich im Schermodus verbiegt.
Zusammenfassend ist die Vorrichtung aus mehreren laminierten Platten
ausgebildet, die so angeordnet sind, dass sie eine Tintenkammer 22 definieren.
Der Betätiger
bildet eine Seite der Kammer und biegt sich zur Düse 19 hin,
die in einer Düsenplatte 18 ausgebildet
wird, welche die gegenüberliegende
Seite der Kammer bereitstellt. Eine Zwischenverbindungsschicht 21 dient als
das Substrat und hat Öffnungen 12,
die es den Bahnen 13 zum Treiberchip gestatten, durch sie
hindurchzugehen. Auf der gegenüberliegenden
Seite der Zwischenverbindungsschicht liegt das piezoelektrische
Flächenmaterial 14.
Elektroden 24, 25 sind zwischen der Zwischenverbindungsschicht
und dem piezoelektrischen Flächenmaterial
vorgesehen. Das piezoelektrische Flächenmaterial ist graviert,
gefräst oder
geformt, um so parallele Tintenkanäle 15 bereitzustellen,
sowie eine kreisförmige
Einbuchtung mit einer angehobenen zentralen Reservierung 23.
Das piezoelektrische Flächenmaterial
ist mit der Zwischenplatte oder Erdungselektrode zusammengefügt, welche
wiederum mit der Düsenplatte
zusammengefügt
ist. Wenn eine Ladung zwischen die beiden Elektroden aufgebracht
wird, biegt sich ein ausgewählter
Betätiger 10 des
piezoelektrischen Flächenmaterials 14 im
Schermodus zur Düsenplatte hin.
Diese Bewegung stellt ausreichende Energie zur Verfügung, um
ein Tröpfchen
aus der Düse
auszustoßen.
Eine Anzahl kurzer Impulse könnte
aufgebracht werden, um so die Größe des ausgestoßenen Tröpfchens
zu erhöhen.
Eine Anzahl vereinzelter Druckkammern 22, die nur durch
parallele Tintenkanäle verbunden
sind, sind in zweidimensionaler Matrix angeordnet, was erhöhte Abstände zwischen
den Betätigern 10 ermöglicht,
sowie weniger dicht gepackte elektrische Verbindungen als sie bei
linearer Anordnung notwendig sind.