DE69904743T2 - DROPLETS STORAGE APPARATUS - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tröpfchenablageapparat, wie etwa z. B. für Tintenstrahldruckköpfe.The present invention relates to a droplet deposition apparatus, such as for inkjet printheads.
Der gegenwärtige Trend beim Tröpfchen-auf-Anforderung-Tintenstrahldrucken zu höherer Auflösung hin, erfordert eine erhöhte Dichte von sowohl den Tintenausstoßdüsen als auch der zugehörigen Treiberschaltungstechnik. Die erhöhte Dichte der Treiberschaltungstechnik kann jedoch zu Problemen führen, welche mit Überhitzung verbunden sind. In ähnlicher Weise stellt der Trend zu immer größeren Breiten der Druckköpfe entsprechend höhere Anforderungen an das Wärmemanagement innerhalb von Druckköpfen. Thermische ("Dampfblasenstram"("bubble jet")) Druckköpfe profitieren in dieser Hinsicht davon, dass ihre Treiberschaltungen in engem Kontakt mit der Tinte sind, welche einen kühlenden Effekt besitzt. Dies wird jedoch durch das Erfordernis für spezielle Maßnahmen aufgewogen, um die elektrische Integrität bzw. Unversehrtheit der Schaltung in der Tintenumgebung aufrecht zu erhalten.The current trend in drop-on-demand inkjet printing towards higher resolution requires an increased density of both the ink ejection nozzles and the associated driver circuitry. However, the increased density of driver circuitry can lead to problems associated with overheating. Similarly, the trend towards ever-increasing printhead widths places correspondingly higher demands on thermal management within printheads. Thermal ("bubble jet") printheads benefit in this respect from having their driver circuitry in close contact with the ink, which has a cooling effect. However, this is offset by the need for special measures to maintain the electrical integrity of the circuitry in the ink environment.
Es ist ein Ziel von wenigstens der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, auf eine einfache Weise zu verhindern, dass die Treiberschaltung eines Druckkopfes vor Überhitzung bewahrt wird, ohne dass gleichzeitig ihre elektrische Integrität bzw. Unversehrtheit auf das Spiel gesetzt wird.It is an object of at least the preferred embodiments of the present invention to provide a simple way of preventing the driver circuit of a print head from overheating without simultaneously compromising its electrical integrity.
In einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Tröpfchenablageapparat, der aufweist:In a first aspect, the present invention provides a droplet deposition apparatus comprising:
eine Flüssigkeitskammer mit einer Aktuator- bzw. Betätigungseinrichtung, welche durch elektrische Signale betätigbar ist, um den Ausstoß von Tröpfchen aus der Flüssigkeitskammer zu bewirken;a liquid chamber with an actuator or actuating device, which can be actuated by electrical signals to cause the ejection of droplets from the liquid chamber;
eine Treiberschaltungseinrichtung zur Zuführung der elektrischen Signale zu der Aktuator- bzw. Betätigungseinrichtung; unda driver circuit device for supplying the electrical signals to the actuator or actuating device; and
Leitungseinrichtungen zur Förderung von Tröpfchenflüssigkeit zu und von der besagten Flüssigkeitskammer;Conduit means for conveying droplet liquid to and from the said liquid chamber;
wobei die Treiberschaltungseinrichtung in einem engen thermischen Kontakt mit der besagten Leitungseinrichtung derart ist, dass ein wesentlicher Teil der in der besagten Treiberschaltung erzeugten Wärme auf die besagte Tröpfchenflüssigkeit übergeht.wherein the driver circuit means is in close thermal contact with said conduction means such that a substantial portion of the heat generated in said driver circuit is transferred to said droplet liquid.
Wenn die Treiberschaltungseinrichtungen in einer solchen Weise angeordnet werden, kann dies leicht erlauben, dass die Tinte in dem Druckkopf als eine Senke für die in der Treiberschaltung erzeugte Wärme dienen kann. Dies kann erheblich die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung verringern, wohingegen die Probleme mit elektrischer Integrität bzw. Unversehrtheit vermieden werden können, welche auftreten könnten, wo die Bildung eines integrierten Schaltungsbausteins, welcher die Schaltung enthält, es erlaubt, in direkten Kontakt mit der Tinte zu kommen.Arranging the driver circuitry in such a manner can easily allow the ink in the printhead to act as a sink for the heat generated in the driver circuitry. This can significantly reduce the likelihood of overheating, while avoiding the electrical integrity problems that could arise where the formation of an integrated circuit package containing the circuitry allows it to come into direct contact with the ink.
Der Apparat kann eine erste Leitungseinrichtung zum Zuführen von Tröpfchenflüssigkeit zu der besagten Flüssigkeitskammer und eine zweite Leitungseinrichtung zum Leiten der Tröpfchenflüssigkeit von der besagten Flüssigkeitskammer aufweisen. Wenn dies der Fall ist, kann die Treiberschaltungseinrichtung vorteilhaft thermisch mit der zweiten Leitungseinrichtung verbunden sein. Dies kann die direkteste Route aus dem Druckkopf für die in dem Chip der Treiberschaltung erzeugte Wärme sein, und in dem Fall, dass die durch den Chip erzeugte Wärme sich erheblich während des Betriebs ändert, kann jede Variation bzw. Änderung in der Temperatur der Tinte in der Flüssigkeitskammer selbst minimiert werden. Wie dies z. B. aus der WO 97/35167 bekannt ist, kann durch eine solche Temperaturän derung bzw. -variation zu Variationen in der Ausstoßgeschwindigkeit der Tröpfchen und demzufolge in Ablagefehlern in dem gedruckten Bild führen.The apparatus may comprise first conduit means for supplying droplet liquid to said liquid chamber and second conduit means for conducting the droplet liquid from said liquid chamber. If so, the driver circuit means may advantageously be thermally connected to the second conduit means. This may be the most direct route from the printhead for the heat generated in the driver circuit chip and, in the event that the heat generated by the chip changes significantly during operation, any variation in the temperature of the ink in the liquid chamber itself may be minimised. As is known, for example, from WO 97/35167, such a temperature change change or variation can lead to variations in the ejection velocity of the droplets and consequently to deposition errors in the printed image.
Wenn die Treiberschaltung in einem integrierten Schaltungsbaustein von im wesentlichen Quaderform eingeschlossen ist, bei welchem wenigstens einige der Flächen Rechtecke sind, wobei jede einen Oberflächenbereich hat, kann eine Fläche, welche nicht die Fläche mit der kleinsten Oberfläche ist, vorteilhaft so angeordnet sein, dass sie im Wesentlichen parallel zu der Richtung des Flüssigkeitsstroms in demjenigen Teil der Leitung liegt, welcher der genannten Fläche am nächsten ist und in engem bzw. wesentlichen thermischem Kontakt mit der Flüssigkeit ist. Eine solche Anordnung kann einen signifikanten bzw. bedeutenden Wärmeübergang bzw. -transfer zu der Tröpfchenflüssigkeit sicherstellen. Vorzugsweise ist die Fläche mit dem größten Oberflächenbereich so angeordnet, dass sie parallel zur Richtung des Flüssigkeitsstroms liegt. Eine Schaltungsarchitektur, welche eine solche Anordnung erlaubt, kann die Wärmeübertragung bzw. den Wärmetransfer von der Schaltung maximieren.When the driver circuit is enclosed in an integrated circuit package of substantially cuboid shape in which at least some of the faces are rectangles, each having a surface area, a face other than the face with the smallest surface area may advantageously be arranged to be substantially parallel to the direction of liquid flow in that part of the conduit which is closest to said face and is in close thermal contact with the liquid. Such an arrangement may ensure significant heat transfer to the droplet liquid. Preferably, the face with the largest surface area is arranged to be parallel to the direction of liquid flow. A circuit architecture which allows such an arrangement may maximise heat transfer from the circuit.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft einen Tröpfchenablageapparat, welcher aufweist:A second aspect of the present invention provides a droplet deposition apparatus comprising:
wenigstens eine Einheit zum Ausstoßen von Tröpfchen, welche eine Mehrzahl von Flüssigkeitskammern aufweist, eine Mehrzahl von Aktuator- bzw. Betätigungseinrichtungen, und eine Mehrzahl von Düsen, welche in einer Reihe angeordnet sind, wobei die besagten Aktuator- bzw. Betätigungseinrichtungen betätigbar sind, um ein Tröpfchen von Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer durch eine jeweilige Düse auszustoßen; undat least one droplet ejection unit comprising a plurality of liquid chambers, a plurality of actuators, and a plurality of nozzles arranged in a row, said actuators being operable to eject a droplet of liquid from the liquid chamber through a respective nozzle; and
ein Tragteil für die besagte wenigstens eine Einheit zum Ausstoß von Tröpfchen, wobei das Tragteil wenigstens einen Durchlass für Tröpfchenflüssigkeit aufweist, welcher mit der Mehrzahl von Flüssigkeitskammern kommuniziert bzw. in Verbindung steht und so angeordnet ist, dass Tröpfchenflüssigkeit zu oder von den besagten Flüssigkeitskammern in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der besagten Düsenreihe fördern kann und um einen wesentlichen Teil der während des Tröpfchenausstoßes erzeugten Wärme auf die geförderte Tröpfchenflüssigkeit zu übertragen.a support member for said at least one droplet ejection unit, said support member having at least one droplet liquid passage communicating with said plurality of liquid chambers and arranged to direct droplet liquid to or from said liquid chambers in a direction substantially parallel to said row of nozzles and to transfer a substantial part of the heat generated during droplet ejection to the droplet liquid being conveyed.
Dadurch kann eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Wärme entlang der Länge des Tragteils erreicht werden, was zu verminderten thermisch verursachten bzw. induzierten Spannungen führen kann, welche sonst den Druckkopf deformieren könnten. Eine solche Deformierung würde stärker bzw. hervorgehobener werden, wenn die Breite des Druckkopfes zunimmt, z. B. auf diejenige einer Seite (typischerweise 12,6 Inch (32 cm) für den amerikanischen "Narrenkappen"- (American "Foolscap"-)Standard und würde unabhängig davon auftreten, ob eine Mehrzahl von schmalen Ausstoßeinheiten oder eine einzelne breite Ausstoßeinheit in Verbindung mit dem Tragteil verwendet würden.This allows a substantially uniform distribution of heat to be achieved along the length of the support member, which can lead to reduced thermally induced stresses that could otherwise deform the printhead. Such deformation would become more pronounced as the width of the printhead increased, e.g., to that of a page (typically 12.6 inches (32 cm) for the American "Foolscap" standard, and would occur regardless of whether a plurality of narrow ejection units or a single wide ejection unit were used in conjunction with the support member.
Vorteilhafterweise kann der Durchlass für die Tröpfchenflüssigkeit den Hauptteil des Bereichs des Tragteils einnehmen bzw. belegen, wenn dies im Querschnitt betrachtet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Durchlass jeweilig Bereiche für den Strom von Tröpfchenflüssigkeit in jede und aus jeder Flüssigkeitskammer aufweisen. Eine solche Strömung kann bei dem Transfer bzw. Übergang von Wärme von der Flüssigkeitskammer (wo die Hauptquelle der Wärme - die Aktuator- bzw. Betätigungseinrichtung - angeordnet ist) zu dem Rest der Trageinrichtung helfen bzw. dienen, wodurch die Temperaturunterschiede bzw. -differenziale verringert werden können.Advantageously, the passage for the droplet liquid may occupy the majority of the area of the support member when viewed in cross-section. Alternatively or additionally, the passage may have respective areas for the flow of droplet liquid into and out of each liquid chamber. Such flow may assist in the transfer of heat from the liquid chamber (where the main source of heat - the actuator - is located) to the remainder of the support member, whereby temperature differentials may be reduced.
Um eine wirksame Unterstützung für die wenigstens eine Tröpfchenausstoßeinheit zu schaffen, ist der Querschnitt des Tragteils vorzugsweise in der Richtung des Tintenausstoßes aus den Düsen größer bzw. breiter als in der Richtung der Düsenreihe.In order to provide effective support for the at least one droplet ejection unit, the cross-section of the support member is preferably larger or wider in the direction of the ink ejection from the nozzles than in the direction of the nozzle row.
In einer Ausführungsform weist der Apparat eine Mehrzahl der besagten Tröpfchenausstoßeinheiten auf, wobei das Tragteil die Tröpfchenausstoßeinheiten nebeneinander bzw. Seite an Seite in der Richtung der Düsenreihen trägt, wobei das Tragteil wenigstens einen Tröpfchenflüssigkeitsdurchlass aufweist, der mit wenigstens zwei der besagten Ausstoßeinheiten kommuniziert und so angeordnet ist, dass Tröpfchenflüssigkeit zu oder von den Ausstoßeinheiten in einer Richtung gefördert wird, welche im Wesentlichen parallel zu den besagten Düsenreihen ist, und um einen wesentlichen Teil der während des Tröpfchenausstoßes erzeugten Wärme auf die geförderte Tröpfchenflüssigkeit zu übertragen.In one embodiment, the apparatus comprises a plurality of said droplet ejection units, the support member supporting the droplet ejection units side by side in the direction of the nozzle rows, the support member having at least one droplet liquid passage communicating with at least two of said ejection units and arranged to convey droplet liquid to or from the ejection units in a direction substantially parallel to said nozzle rows and to transfer a substantial portion of the heat generated during droplet ejection to the conveyed droplet liquid.
Die Wärmeableitung bzw. -verteilung kann dadurch erleichtert werden, dass das Tragteil aus einem Material konstruiert wird, wie Aluminium, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Ein solches Material hat auch Vorteile, was die Herstellung und die Kosten betrifft. Probleme treten jedoch auf, wenn die Ausstoßeinheit aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist, welcher sich wesentlich zu demjenigen der Trageinrichtung unterscheidet. Dies wird der Fall sein bei einer Ausstoßeinheit, welche Kanäle aufweist, welche in einem Körper aus piezoelektrischem Material (typischerweise Bleizirkoniumtitanat, PZT) gebildet sind, was nachfolgend beschrieben wird. Wie leicht verstanden werden kann, kann eine unterschiedliche Ausdehnung - insbesondere in der Richtung der Düsenreihe in einer "seitenbreiten" ("pagewide") Vorrichtung - zu einer Deformierung und/oder einem Bruch von Tintendichtungen, Aktuator- bzw. Betätigungsbauteilen, elektrischen Kontakten usw. führen.Heat dissipation can be facilitated by constructing the support member from a material such as aluminum which has high thermal conductivity. Such a material also has advantages in terms of manufacturing and cost. Problems arise, however, when the ejection unit is made from a material with a thermal expansion coefficient that differs significantly from that of the support. This will be the case with an ejection unit having channels formed in a body of piezoelectric material (typically lead zirconium titanate, PZT), which will be described below. As can be readily understood, differential expansion - particularly in the direction of the nozzle row in a "pagewide" device - can lead to deformation and/or breakage of ink seals, actuator components, electrical contacts, etc.
Deshalb ist es vorzuziehen, eine Einrichtung zum Anbringen bzw. Befestigen der besagten wenigstens einen Tröpfchenausstoßeinheit an dem Tragteil vorzusehen, um im Wesentlichen die Übertragung von thermischer Deformierung des Tragteils auf die besagte wenigstens eine Tröpfchenausstoßeinheit zu vermeiden.Therefore, it is preferable to provide means for attaching said at least one droplet ejection unit to the support member in order to substantially avoid the transmission of thermal deformation of the support member to said at least one droplet ejection unit.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft einen Tröpfchenablageapparat, welcher aufweist:A third aspect of the present invention provides a droplet deposition apparatus comprising:
eine Flüssigkeitskammer, von welcher wenigstens ein Teil aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist, wobei die besagte Kammer Aktuator- bzw. Betätigungseinrichtungen zugeordnet ist, welche zum Ausstoß eines Tröpfchens aus der Kammer betätigbar sind und eine Öffnung für den Einlass von Tröpfchenflüssigkeit in diese aufweisen,a liquid chamber, at least a part of which is made of a first material with a first thermal expansion coefficient, said chamber being associated with actuators which are operable to eject a droplet from the chamber and have an opening for the inlet of droplet liquid into it,
ein Tragteil für die besagte Flüssigkeitskammer und welches einen Durchlass zur Zurührung von Tröpfchenflüssigkeit zu der besagten Öffnung aufweist, wobei das Tragteil wenigstens teilweise durch ein zweites Material definiert bzw. daraus gebildet ist, welches einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten größer als der besagte erste Koeffizient hat; unda support member for said liquid chamber and having a passage for supplying droplet liquid to said opening, the support member being at least partially defined by or formed from a second material having a second coefficient of thermal expansion greater than said first coefficient; and
Einrichtungen zur Befestigung der Flüssigkeitskammer an dem Tragteil, um im Wesentlichen den Transfer bzw. die Übertragung von thermischer Deformation des Tragteils auf die besagte Flüssigkeitskammer zu verhindern.Means for securing the fluid chamber to the support member so as to substantially prevent the transfer of thermal deformation of the support member to said fluid chamber.
Vorzugsweise weist die Befestigungseinrichtung eine federnde Verbindungs- bzw. Klebungseinrichtung zum Verbinden bzw. Kleben der bzw. jeder Flüssigkeitskammer mit dem Tragteil auf. In einem nachfolgend beschriebenen Beispiel wird ein klebendes Gummikissen bzw. ein solcher Fleck verwendet, um ein Tragteil aus extrudiertem Aluminium mit einem Flüssigkeitskammeraufbau zu verbinden bzw. zu verkleben, welcher einen in einem Körper von PZT gebildeten Kanal aufweist und durch ein Deckelteil aus einem Material, wie Molybdän geschlossen ist, welches thermisch an das PZT angepasst ist. Die Ausbildung von Tintenzufuhröffnungen in dem Deckel und Tintenausstoßdüsen in dem mit Kanälen versehenen Bauteil kann ein besonders kompaktes Design bzw. eine Gestalt mit einer geringen Anzahl von Bauteilen schaffen.Preferably, the fastening means comprises resilient bonding means for bonding the or each liquid chamber to the support member. In an example described below, an adhesive rubber pad is used to bond an extruded aluminum support member to a liquid chamber structure having a channel formed in a body of PZT and closed by a lid member of a material such as molybdenum which is thermally matched to the PZT. The formation of ink supply openings in the lid and ink ejection nozzles in the channeled member can provide a particularly compact design with a small number of components.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in der Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.Further advantageous embodiments of the invention are set out in the description, the drawings and the dependent claims.
Die Erfindung wird nunmehr im Wege eines Beispiels durch Bezugnahme auf die folgenden Darstellungen beschrieben, in welchen:The invention will now be described by way of example with reference to the following drawings in which:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von vorne und oben einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist;Figure 1 is a front and top perspective view of a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von rückwärts und oben des Druckkopfes von Fig. 1 ist;Fig. 2 is a rear and top perspective view of the print head of Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht des Druckkopfes ist, wobei der Schnitt senkrecht zur Richtungserstreckung der Düsenreihen gelegt ist;Fig. 3 is a sectional view of the print head, the section being perpendicular to the direction of the nozzle rows;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von oben und oberhalb von einem Ende des Druckkopfes von Fig. 1 ist;Fig. 4 is a perspective view from above and above one end of the print head of Fig. 1;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht ist, wobei der Schnitt entlang eines Flüssigkeitskanals eines Tintenausstoßmoduls des Druckkopfes von Fig. 1 ist; undFig. 5 is a cross-sectional view taken along a liquid channel of an ink ejection module of the printhead of Fig. 1; and
Fig. 6 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Tröpfchenablageapparats ist, wobei der Schnitt senkrecht zur Richtung der Ausdehnung der Düsenreihen gelegt ist.Fig. 6 is a sectional view of a second embodiment of a droplet deposition apparatus, the section being perpendicular to the direction of extension of the nozzle rows.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Tröpfchenablageapparats, welcher durch einen Druckkopf 10 verkörpert wird. Die gezeigte Ausführungsform ist eine "seitenbreite" Vorrichtung ("pagewide" device), welche zwei Reihen von Düsen 20, 30 aufweist, welche sich (in der Richtung, welche durch einen Pfeil 100 angegeben ist) über die Breite eines Stücks Papier bzw. Blatts Papier erstrecken, was es erlaubt, dass Tinte über die gesamte Breite einer Seite in einem einzelnen Durchlauf abgelagert wird. Der Ausstoß von Tinte aus einer Düse wird durch das Anlegen eines elektrischen Signals an Betätigungseinrichtungen erreicht, welche einer Flüssigkeitskammer zugeordnet sind, welche mit der Düse kommuniziert bzw. in Verbindung steht, wie dies z. B. aus der EP-A-0 277 703, der EP-A-0 278 590 und insbesondere den britischen Anmelde-Nrn. 9710530, EP 1011977 A, und 9721555, EP 1021302 A, bekannt ist. Um die Herstellung zu vereinfachen und die Ausbeute bzw. Leistung zu erhöhen, sind die "seitenbreiten" Reihen ("pagewide" rows) von Düsen aus einer Anzahl von Modulen hergestellt, von denen einer bei 40 gezeigt ist. Jeder Modul hat zugeordnete Flüssigkeitskammern und Aktuator- bzw. Betätigungseinrichtungen und er ist mit einer zugeordneten Treiberschaltung (integrierte Schaltung ("Chip") 50) mittels z. B. einer flexiblen Schaltung 60 verbunden. Die Tintenversorgung zu dem Druckkopf und von dem Druckkopf wird überjeweilige Bohrungen (nicht gezeigt) in den Abschlusskappen bzw. -deckeln 90 ausgeführt.Figure 1 shows a first embodiment of a droplet deposition apparatus embodied by a print head 10. The embodiment shown is a "pagewide" device having two rows of nozzles 20, 30 extending (in the direction indicated by arrow 100) across the width of a sheet of paper, allowing ink to be deposited across the entire width of a page in a single pass. The ejection of ink from a nozzle is achieved by the application of an electrical signal to actuators associated with a liquid chamber communicating with the nozzle, as is known, for example, from EP-A-0 277 703, EP-A-0 278 590 and in particular British Application Nos. 9710530, EP 1011977 A, and 9721555, EP 1021302 A. To simplify production and increase yield and performance, the "pagewide" rows of Nozzles are made from a number of modules, one of which is shown at 40. Each module has associated fluid chambers and actuator means and is connected to an associated driver circuit (integrated circuit ("chip") 50) by means of, for example, a flexible circuit 60. Ink supply to and from the printhead is carried out via respective bores (not shown) in the end caps 90.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Druckkopfes von Fig. 1 von rückwärts und wobei die Abschlusskappen bzw. -deckel 90 entfernt sind, um die Tragkonstruktion 200 des Druckkopfes zu zeigen bzw. zu offenbaren, welche Tintenströmungsdurchlässe 210, 220, 230 aufweist, die sich entlang der Breite des Druckkopfes erstrecken. Über eine Bohrung in einer der Abschlusskappen bzw. -deckel 90 (welche in den Ansichten von den Fig. 2 und 3 weggelassen sind) tritt Tinte in den Druckkopf und den Tintenversorgungsdurchlass 220 ein, wie dies bei 215 in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn sie (die Tinte) entlang dem Durchlass fließt, wird sie in die jeweiligen Tintenkammern abgezogen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, welche eine Schnittansicht des Druckkopfes darstellt, wobei der Schnitt senkrecht zur Richtung der Erstreckung der Düsenreihe gelegt ist. Von dem Durchlass 220 fließt die Tinte in erste und zweite parallele Reihen von Tintenkammern (angegeben jeweils bei 300 und 310) über eine Öffnung 320, welche in dem Aufbau 200 (schraffiert gezeigt) gebildet ist. Nachdem sie durch die ersten und zweiten Reihen von Tintenkammern geströmt ist, tritt die Tinte über Öffnungen 330 und 340 aus, um sich mit dem Tintenstrom entlang jeweiliger erster und zweiter Tintenauslassdurchlässe 210, 230 zu vereinen, wie dies bei 235 angegeben ist. Diese vereinen sich bei einem gemeinsamen Tintenauslass (nicht gezeigt), welcher in der Abschlusskappe bzw. dem Abschlussdeckel gebildet ist, der am entgegengesetzten Ende des Druckkopfes zu dem gelegen ist, in welchem die Einlassbohrung gebildet ist.Fig. 2 is a rear perspective view of the printhead of Fig. 1 and with the end caps 90 removed to reveal the printhead support structure 200 which includes ink flow passages 210, 220, 230 extending across the width of the printhead. Ink enters the printhead and ink supply passage 220 via a bore in one of the end caps 90 (which are omitted in the views of Figs. 2 and 3), as shown at 215 in Fig. 2. As it flows along the passage, it is drawn into the respective ink chambers, as shown in Fig. 3, which is a sectional view of the printhead, the section being perpendicular to the direction of extension of the nozzle array. From the passage 220, the ink flows into first and second parallel rows of ink chambers (indicated at 300 and 310, respectively) via an opening 320 formed in the assembly 200 (shown in cross-hatching). After flowing through the first and second rows of ink chambers, the ink exits via openings 330 and 340 to join with the ink stream along respective first and second ink outlet passages 210, 230, as indicated at 235. These join at a common ink outlet (not shown) formed in the end cap located at the opposite end of the printhead from that in which the inlet bore is formed.
Zu jeder Reihe von Kammern 300 und 310 sind jeweils Treiberschaltungen 360, 370 zugeordnet. Die Treiberschaltungen sind in engem thermischem Kontakt mit jenem Teil der Konstruktion bzw. des Aufbaus 200 montiert, welcher als Leitung dient und welcher die Tintenströmungsdurchlässe so definiert bzw. begrenzt, dass es gestattet wird, dass ein wesentlicher Teil der durch die Schaltungen während ihres Betriebs erzeugten Wärme über den Leitungsaufbau auf die Tinte übertragen wird. Zu diesem Ziel ist der Aufbau 200 der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 aus einem Material mit guten Eigenschaften der Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Unter solchen Materialien ist Aluminium aus dem Grunde besonders bevorzugt, weil es leicht und billig durch Extrusion geformt bzw. gebildet werden kann. Die Schaltungen 360, 370 werden dann auf der Außenoberfläche des Aufbaus 200 so positioniert, dass sie in thermischem Kontakt mit dem Aufbau liegen, wobei thermisch leitende Kissen bzw. Flecken oder Kleber optional verwendet werden, um den Widerstand gegen Wärmetransfer zwischen der Schaltung und dem Aufbau zu reduzieren.Each row of chambers 300 and 310 has associated therewith respective driver circuits 360, 370. The driver circuits are mounted in close thermal contact with that part of the structure 200 which serves as a conduit and which defines the ink flow passages so as to allow a substantial portion of the heat generated by the circuits during their operation to be transferred to the ink via the conduit structure. To this end, the structure 200 of the embodiment of Figs. 1 to 3 is made of a material with good thermal conductivity properties. Among such materials, aluminum is particularly preferred because it can be easily and inexpensively formed by extrusion. The circuits 360, 370 are then positioned on the outer surface of the assembly 200 so that they are in thermal contact with the assembly, with thermally conductive pads or adhesives optionally used to reduce the resistance to heat transfer between the circuit and the assembly.
In der gezeigten Ausführungsform sind die quaderförmigen Treiberschaltungsplättchen bzw. -scheibchen 360, 370 so angeordnet, dass eine größte (rechteckige oder quadratische) Oberfläche von jedem Scheibchen oder Plättchen im Wesentlichen parallel zu der Richtung (bei 235 angegeben) der Flüssigkeitsströmung in den jeweiligen Teilen der Leitungen 210, 230 liegt, welche am nächsten zu diesen Oberflächen liegen. Dies hilft den Wärmetransfer zwischen der Schaltung und der Tinte zu maximieren, was auch durch Minimieren der Dicke des Aulbaus erleichtert wird, welcher den Tintenkanal und die Schaltung voneinander trennt bzw. separiert, wie auch durch Herstellen des Aufbaus aus einem Material, welches gute thermische Leitfähigkeit besitzt.In the embodiment shown, the cuboid-shaped driver circuit wafers 360, 370 are arranged such that a largest (rectangular or square) surface of each wafer is substantially parallel to the direction (indicated at 235) of fluid flow in the respective portions of the conduits 210, 230 closest to those surfaces. This helps to maximize heat transfer between the circuit and the ink, which is also facilitated by minimizing the thickness of the structure that separates the ink channel and the circuit, as well as by making the structure from a material that has good thermal conductivity.
Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, welche eine perspektivische Ansicht von oben und oberhalb eines Endes des Druckkopfes ist, wobei alle, ausgenommen einen, der Module 40 entfernt worden sind, um die äußeren und inneren Einzel heiten des Aufbaus 200 noch klarer zu zeigen. Der Aufbau weist Ausnehmungen 500 auf, um die Treiberschaltungen 370 aufzunehmen bzw. unterzubringen und Lippen 510, 520, um weiter Schaltkreisplatten 530 zu halten, welche mit jenen Bauteilen bestückt sind, welche nicht für eine Eingliederung in die Treiberschaltungen 370 geeignet sind. Die Bildung der rückwärtigen Lippe 520 auf einem separaten Bauteil 540, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, erlaubt es, dass diese Platten an Ort und Stelle durch die Wirkung von Befestigungseinrichtungen festgeklemmt werden können (z. B. durch Schrauben), welche durch Löcher 240, welche in Fig. 2 gezeigt sind, eingesetzt werden und im Eingriff mit einer Schiene (nicht gezeigt) sind, welche in dem Kanal 550 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Schiene aus einem starken Material, wie etwa Stahl, hergestellt, welches in der Lage ist, Schraubengewinde aufzunehmen und den Aluminiumaufbau 200 zu verstärken, insbesondere in Bezug auf Kräfte, die erzeugt werden, wenn der Druckkopf installiert und angeschlossen wird.Reference is now made to Fig. 4 which is a perspective view from above and above one end of the printhead with all but one of the modules 40 removed to reveal the outer and inner individual ities of the assembly 200 more clearly. The assembly includes recesses 500 to accommodate the driver circuits 370 and lips 510, 520 to further hold circuit boards 530 loaded with those components not suitable for incorporation into the driver circuits 370. The formation of the rear lip 520 on a separate component 540 as shown in Fig. 4 allows these boards to be clamped in place by the action of fasteners (e.g., screws) inserted through holes 240 shown in Fig. 2 and engaging a rail (not shown) disposed in the channel 550. Preferably, the rail is made of a strong material, such as steel, which is capable of accommodating screw threads and reinforcing the aluminum structure 200, particularly with respect to forces generated when the printhead is installed and connected.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine weitere Schaltungsplatte auch mit Stiften (Fig. 3, 420) zur Zufuhr von Energie und Daten zu dem Druckkopf gebildet und mit Stiften 560 für die Zuruhr von Energie und Daten, welche in geeigneter Weise verarbeitet werden, zu den Treiberschaltungen 370 über flexible Anschlüsse bzw. Verbinder 570. Solche Verbindungstechniken sind im Stand der Technik gut bekannt und werden deshalb nicht weiter im Einzelnen erörtert.In the present embodiment, another circuit board is also formed with pins (Fig. 3, 420) for supplying power and data to the printhead and with pins 560 for supplying power and data, which are suitably processed, to the driver circuits 370 via flexible connectors 570. Such connection techniques are well known in the art and will therefore not be discussed in further detail.
Wie oben erläutert, wird Wärme, welche in den Treiberschaltungen erzeugt wird, zu der Tinte übertragen, wenn sie über den Aufbau 200 verteilt bzw. abgeleitet wird als ein Ergebnis der vorerwähnten Wege der Tintenströmung. In den Tintenkammern durch die zugehörigen Aktuator- bzw. Betätigungseinrichtungen erzeugte Wärme wird ebenfalls auf diese Weise verteilt bzw. abgeleitet. Als Ergebnis sind Temperaturunterschiede, welche innerhalb des Aurbaus 200 auftreten, klein und geben keine Veranlassung für bedeutende interne Kräfte und/oder Deformierung.As explained above, heat generated in the driver circuits is transferred to the ink as it is dissipated throughout the assembly 200 as a result of the aforementioned ink flow paths. Heat generated in the ink chambers by the associated actuators is also dissipated in this manner. As a result, temperature differences occurring within the assembly 200 are small and do not give rise to significant internal forces and/or deformation.
Die gesamte Erwärmung des Druckkopfes während des Betriebs kann jedoch zu unterschiedlichen Ausdehnungen des Aufbaus 200 und des Körpers, in welchem die Flüssigkeitskammern 300, 310 gebildet sind, rühren, wenn die beiden Teile aus Materialien bestehen, welche erheblich unterschiedliche Koeffizienten CTE der Wärmeausdehnung besitzen. Dies ist der Fall in der vorliegenden Ausführungsform, welche Flüssigkeitskammern besitzt, die in einem Körper aus piezoelektrischem Material in Übereinstimmung mit der vorerwähnten britischen Anmeldung Nr. 9721555, EP 1021302 A, gebildet sind.However, the overall heating of the printhead during operation may result in differential expansions of the structure 200 and the body in which the liquid chambers 300, 310 are formed if the two parts are made of materials having significantly different coefficients of thermal expansion CTE. This is the case in the present embodiment which has liquid chambers formed in a body of piezoelectric material in accordance with the above-mentioned British Application No. 9721555, EP 1021302 A.
Wie in Fig. 5 dargestellt, welche eine Querschnittsansicht ist, bei der der Schnitt entlang einem Flüssigkeitskanal eines Moduls 40 gelegt ist, sind Kanäle 11 in einem Bodenbauteil 860 aus piezoelektrischem Material so gebildet, dass piezoelektrische Kanalwände zwischen ihnen gebildet sind. Diese Wände werden nachfolgend mit Elektroden beschichtet, um Aktuatoren bzw. Betätigungseinrichtungen für die Kanalwände zu bilden, wie dies z. B. aus der vorerwähnten EP-O-0 277 703 bekannt ist, wobei eine Unterbrechung in den Elektroden bei 810 erlaubt, dass die Kanalwände in jeder Hälfte des Kanals unabhängig mittels elektrischer Signale betrieben werden können, welche über elektrische Eingänge (flexible Schaltungen 60) angelegt werden.As shown in Fig. 5, which is a cross-sectional view taken along a fluid channel of a module 40, channels 11 are formed in a bottom member 860 of piezoelectric material such that piezoelectric channel walls are formed between them. These walls are subsequently coated with electrodes to form actuators for the channel walls, as is known for example from the aforementioned EP-0-0 277 703, a break in the electrodes at 810 allowing the channel walls in each half of the channel to be operated independently by means of electrical signals applied via electrical inputs (flexible circuits 60).
Jede Kanalhälfte ist entlang einer Länge 600, 610 durch jeweilige Abschnitte 820, 830 eines Deckelbauteils 620 geschlossen, welches auch mit Öffnungen 630, 640, 650 ausgebildet ist, welche es erlauben, dass Tinte zu und von jeder Kanalhälfte für Reinigungszwecke und Wärmeabfuhrzwecke, wie dies allgemein bekannt ist, zugeführt werden kann. Wie auch bekannt ist, ist das Deckelbauteil 620 vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches thermisch an das piezoelektrische Material des mit Kanälen versehenen Bauteils angepasst ist. Der Tintenausstoß aus jeder Kanalhälfte erfolgt über Öffnungen 840, 850, welche den Kanal mit der gegenüber liegenden Oberfläche des piezoelektrischen Bodenbauteils verbinden, in welcher der Kanal gebildet ist. Düsen 870, 880 für den Ausstoß von Tinte werden nachfolgend in einer Düsenplatte 890 ausgebildet, welche an dem piezoelektrischen Bauteil angebracht ist.Each channel half is closed along a length 600, 610 by respective portions 820, 830 of a lid member 620 which is also formed with openings 630, 640, 650 which allow ink to be supplied to and from each channel half for cleaning and heat dissipation purposes as is well known. As is also well known, the lid member 620 is preferably made of a material which is thermally matched to the piezoelectric material of the channeled member. Ink ejection from each channel half is via openings 840, 850 which connect the channel to the opposite surface of the piezoelectric base member in which the channel is formed. Nozzles 870, 880 for ejecting ink are provided. subsequently formed in a nozzle plate 890 which is attached to the piezoelectric component.
Um die Deformierung des Druckkopfes zu vermeiden, die ansonsten als Ergebnis unterschiedlicher thermischer Ausdehnungseigenschaften des piezoelektrischen Materials der Flüssigkeitskammern und des Aluminiums des Aurbaus 200 auftreten könnte, können Zugstangen in Bohrung 580 in dem Aufbau eingesetzt werden und so festgezogen werden, dass sie den Aufbau 200 unter Druck halten. Obgleich irgendein Material mit einem Wert von CTE geringer als derjenige des Aufbaus- Stahl im Fall von einem Aluminiumaufbau - für die Zuganker bzw. -stangen geeignet ist, wird erkannt werden, dass niedrige Werte von CTE bevorzugt werden.To avoid deformation of the print head that might otherwise occur as a result of different thermal expansion properties of the piezoelectric material of the fluid chambers and the aluminum of the structure 200, tie rods can be inserted into bore 580 in the structure and tightened to hold the structure 200 in compression. Although any material having a CTE value less than that of the structure - steel in the case of an aluminum structure - is suitable for the tie rods, it will be recognized that low values of CTE are preferred.
Zusätzlich kann das Deckelbauteil 620 an dem Aufbau 200 mittels einer nachgiebigen bzw. federnden Verbindung bzw. Klebung - mit Kleber beschichteter Gummi ist bei 430 in Fig. 3 gezeigt - befestigt werden, so dass irgendeine relative Ausdehnung gestattet wird, welche trotz des Vorhandenseins der Zuganker bzw. -stangen auftritt (und welche in der Größenordung von 0,3 mm über eine typische 12,6" (32 cm) Länge eines Druckkopfes sein kann), um bei dieser weniger kritischen Grenzfläche aufzutreten und nicht Spannungen und Verformungen in dem Druckkopfmodul 40 selbst zu erzeugen. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann der Deckel 620 in einen Schacht bzw. eine Wand 590 eingesetzt werden, welche in dem Aufbau 200 gebildet sind und kann sich zusätzlich zu jeder Seite des Druckkopfes erstrecken, um Befestigungsflächen für den Druckkopf zu schaffen. Es wurde gefunden, dass Molybdän, welches eine hohe Festigkeit und thermische Leitfähigkeit aufweist, zusätzlich dazu, dass es thermisch an PZT angepasst ist, ein besonders zweckmäßiges Material für den Deckel ist.In addition, the cover member 620 may be secured to the assembly 200 by means of a resilient bond - adhesive coated rubber is shown at 430 in Figure 3 - allowing any relative expansion that occurs despite the presence of the tie rods (and which may be on the order of 0.3 mm over a typical 12.6" (32 cm) length of a printhead) to occur at this less critical interface and not create stresses and distortions in the printhead module 40 itself. As shown in Figure 4, the cover 620 may be inserted into a well or wall 590 formed in the assembly 200 and may additionally extend to either side of the printhead to provide mounting surfaces for the printhead. Molybdenum, which has high strength and thermal conductivity, in addition to being thermally matched to PZT, making it a particularly suitable material for the lid.
Fig. 6 zeigt eine Quer Schnitts ansieht einer zweiten Ausführungsform eines Tröpfchenablageapparates, wobei der Querschnitt senkrecht zur Richtung der Erstreckung der Düsenreihen verläuft.Fig. 6 shows a cross-sectional view of a second embodiment of a droplet deposition apparatus, wherein the cross-section is perpendicular to the direction of the extension of the nozzle rows.
Ähnlich der ersten in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform enthält der Tragaufbau 900 des Druckkopfes Tintenströmungsdurchlässe 910, 920, welche sich über die Breite des Druckkopfes erstrecken. Tinte tritt in den Druckkopf und den Tintenzufuhrdurchlass 920 ein, wie dies bei 915 in Fig. 6 gezeigt ist. Wenn sie entlang des Durchlasses fließt, wird sie in die jeweiligen Tintenkammern 925 über eine Öffnung 930, welche in dem Aufbau 900 ausgebildet ist, abgezogen. Nachdem sie durch die Tintenkammern geströmt ist, tritt die Tinte durch Öffnungen 940 und 950 aus, um sich der Tintenströmung entlang dem Tintenauslassdurchlass 910 anzuschließen, wie dies bei 935 angegeben ist.Similar to the first embodiment shown in Figure 3, the printhead support structure 900 includes ink flow passages 910, 920 that extend across the width of the printhead. Ink enters the printhead and the ink supply passage 920 as indicated at 915 in Figure 6. As it flows along the passage, it is drawn into the respective ink chambers 925 via an opening 930 formed in the structure 900. After flowing through the ink chambers, the ink exits through openings 940 and 950 to join the ink flow along the ink outlet passage 910 as indicated at 935.
Ein flaches Aluminiumoxidsubstrat 960 ist an dem Aufbau 900 über eine Aluminiumoxid-Zwischenschicht 970 angebracht. Die Zwischenschicht 970 ist vorzugsweise mit dem Aufbau 900 verbunden, indem thermisch leitender Kleber von ungefähr 100 Mikron Dicke verwendet wird, wobei das Substrat 960 wiederum mit der Zwischenschicht 970 verbunden bzw. verklebt ist, indem ein thermisch leitender Kleber verwendet wird.A flat alumina substrate 960 is attached to the structure 900 via an alumina interlayer 970. The interlayer 970 is preferably bonded to the structure 900 using thermally conductive adhesive of approximately 100 microns thickness, with the substrate 960 in turn bonded to the interlayer 970 using a thermally conductive adhesive.
Chips 980 der Treiberschaltung werden auf einer flexiblen Schaltungsplatte 985 mit niedriger Dichte angebracht, um die Herstellung des Druckkopfes zu erleichtern und Kosten zu reduzieren, werden die Teile der Schaltungsplatten, welche die Chips 980 tragen, direkt auf der Oberfläche des Aluminiumoxidsubstrats 960 montiert. Um eine Überhitzung der Treiberschaltung zu vermeiden, werden andere Wärme erzeugende Bauteile der Treiberschaltung, wie beispielsweise Widerstände 990, in einer wesentlichen thermischen Verbindung mit jenem Teil des Aufbaus 900 angebracht bzw. montiert, welcher als Leitung dient, um so zu erlauben, dass ein wesentlicher Betrag der durch diese Bauteile 990 erzeugten Wärme während ihres Betriebs über den Leitungsaufbau zur Tinte übertragen wird.Driver circuit chips 980 are mounted on a low density flexible circuit board 985. To facilitate manufacturing of the printhead and reduce costs, the portions of the circuit boards carrying the chips 980 are mounted directly on the surface of the alumina substrate 960. To avoid overheating of the driver circuit, other heat generating components of the driver circuit, such as resistors 990, are mounted in substantial thermal communication with that portion of the structure 900 which serves as a conduit, thus allowing a substantial amount of the heat generated by these components 990 during their operation to be transferred to the ink via the conduit structure.
Zusätzlich zu dem Aluminiumoxidsubstrat und der Zwischenschicht ist eine Aluminiumoxidplatte 995 an der Unterseite des Aufbaus 900 montiert, um eine Ausdehnung des Aluminiumaufbaus 900 bei dieser Position zu begrenzen, wodurch wesentlich das Biegen des Aufbaus infolge thermischer Ausdehnung verhindert wird.In addition to the alumina substrate and the interlayer, an alumina plate 995 is mounted on the underside of the structure 900 to limit expansion of the aluminum structure 900 at that position, thereby substantially preventing bending of the structure due to thermal expansion.
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