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Die
Erfindung betrifft hochfrequente Ultraschallwandler zum Reinigen
von Tintenstrahldruckkopfpatronen, wobei der hochfrequente Ultraschallwandler
in physikalischem Kontakt mit der mit Öffnungen versehenen Platte
steht.
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Ein
typischer Tintenstrahldrucker weist mindestens eine Druckpatrone
auf, aus der Tintentropfen auf ein Empfangsmaterial gelenkt werden.
In der Patrone kann die Tinte in einer Vielzahl von Kanälen enthalten
sein. Energieimpulse bewirken, dass die Tintentropfen auf Anforderung
oder kontinuierlich aus Düsen
oder Öffnungen
in einer Platte in einer mit Öffnungen
versehenen Anordnung ausgestoßen
werden.
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In
einem Thermotintenstrahldrucker werden die Energieimpulse im Allgemeinen
von elektrischen Widerständen
erzeugt, die jeweils in einem entsprechenden Kanal angeordnet sind
und von elektrischen Impulsen individuell adressiert werden können, sodass
sie sich augenblicklich erwärmen
und in den mit den Widerständen
in Berührung
stehenden Kanälen einen
Tropfen oder eine Dampfblase erzeugen. Die Arbeitsweise von Thermotintenstrahldruckern
wird ausführlich
in US-A-4 849 774, US-A-4 500 895 und US-A-4 794 409 beschrieben.
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Im
Gegensatz dazu weist ein piezoelektrisches Tintenstrahldrucksystem
einen Körper
aus piezoelektrischem Material auf, der eine Vielzahl paralleler,
oben offener Kanäle
definiert, die durch Wände voneinander
getrennt sind. Die Wände
sind auf einander gegenüberliegenden
Seiten mit Metallelektroden versehen, die durch Abscherung bewirken,
dass Tropfen aus den Kanälen
ausgestoßen
werden. Eine mit Öffnungen
versehene Anordnung mit mindestens einer mit Öffnungen versehenen Platte,
in der die Löcher
ausgebildet sind, durch welche die Tintentropfen ausgestoßen werden,
ist mit dem offenen Ende der Kanäle
verklebt. An die parallelen Elektroden werden elektrische Impulse
angelegt, die bewirken, dass die Kanäle durch Abscherung Tropfen
aus der mit Öffnungen
versehenen Platte ausstoßen.
Die Arbeitsweise piezoelektrischer Tintenstrahldruckköpfe wird ausführlich in
US-A-S 598 196, US-A-S 311 218 und US-A-S 248 998 beschrieben.
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In
Tintenstrahldruckpatronen für
Thermodrucker ebenso wie für
piezoelektrische Drucker findet eine Vielzahl von Funktionsbauteilen
Verwendung, deren genaues Zusammenwirken eine unabdingbare Voraussetzung
für die
Maximierung der Leistung ist. Eines der wichtigsten Bauteile ist
eine Platte mit einer Vielzahl darin ausgebildeter Öffnungen
oder Düsen. Die
Düsen haben
gewöhnlich
einen kreisrunden Querschnitt und entsprechend den Daten des Druckers
Durchmesser im Bereich von 10 bis 100 μm. Je höher die Auflösung der
Druckausgabe, desto kleiner ist der Tintentropfen und dementsprechend
der Durchmesser der Düsen
oder Öffnungen.
Während des
Druckvorgangs wird durch diese Öffnungen
Tinte ausgestoßen.
Um eine fehlerfreie Druckausgabe zu erhalten, müssen die mit Öffnungen
versehenen Platten und alle Düsen
stets sauber und von Ablagerungen und Strömungshindernissen jeder Art
frei gehalten werden. Wenn die mit Öffnungen versehene Platte und
die Düsen
nicht sauber sind, können
zahlreiche Probleme auftreten, welche die Leistung des Druckers
untergraben. So können
sich zum Beispiel Papierfasern und andere Ablagerungen auf der Oberfläche der
mit Öffnungen
versehenen Platte und in den Düsen
nachteilig auf die Qualität
der gedruckten Bilder auswirken. Nachteilig für die Leistung des Druckers
sind ferner auch eingetrocknete Tintenkrusten und Papierstaub auf
der mit Öffnungen
versehenen Platte ebenso wie in den Tintenkanälen und den Düsen.
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Diese
Probleme können,
wie in US-A-S 300 958 beschrieben, durch Bereitstellung von "Wartungs- oder Servicestationen" innerhalb der Hauptdruckereinheit
gelöst
werden. Die Wartungsstationen sind so ausgelegt, dass die Druckkopftintenpatrone bei
Nichtbetrieb zur routinemäßigen Reinigung
der Patrone in der Wartungsstation außerhalb der Druckzone "geparkt" wird. Die Wartungsstation
ist mit zahlreichen Bauteilen versehen, die eine Vielzahl von Aufgaben übernehmen.
Dazu gehören:
(a) Laden der Druckkopfpatrone, (b) Verschließen der mit Öffnungen
versehenen Platte und der Düsen
(Öffnungen)
in der Platte mit einer Kappe, wenn der Druckkopf nicht in Betrieb
ist, (c) Abstreifen von Verunreinigungen von der mit Öffnungen
versehenen Platte, (d) Verhindern, dass Tinte in den Öffnungen
der mit Öff nungen versehenen
Platte austrocknet und (e) Bereitstellung eines Behälters für die Beseitigung
der beim Reinigen entfernten Ablagerungen.
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Für die Durchführung dieser
Reinigung offenbart US-A-S 103 244 eine Konstruktion, bei der ein
Wischer mit einer Vielzahl von Wischblättern eingesetzt wird. Die
gewünschte
Reinigung erfolgt in der Weise, dass ein Druckkopf (eine Patrone) über das ausgewählte Wischblatt
gezogen wird. Der Wischermechanismus weist auch eine Vielzahl elastischer Wischblätter auf,
die jeweils achteckig geformt und um eine Achse drehbar sind.
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Eine
weitere, in US-A-S 300 958 offenbarte Reinigungskonstruktion weist
einen Druckkopfwischer auf, der aus ein oder zwei Elementen besteht, die
so zueinander angeordnet sind, dass dazwischen eine Kapillarbahn
entsteht. Die Patrone weist eine Kammer mit einer Öffnung und
einem mit Reinigungslösung
getränkten
absorbierenden Element auf.
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Eine
weitere Reinigungskonstruktion wird in US-A-S 287 126 offenbart.
Hier trägt
ein Absauger zur Reinigung der mit Öffnungen versehenen Platte bei.
Der Absauger besteht aus einer oberen Abdeckplatte mit einer Vielzahl
von Luftdurchlässen,
die mit Abstandshaltern über
einer Kanalfläche
fixiert ist. Ein Druckunterschied in dem zwischen der oberen Abdeckplatte,
der Kanalfläche
und den Abstandshaltern gebildeten Raum gegenüber dem Außendruck bewirkt, dass durch
die Luftdurchlässe
Luft in den so gebildeten Raum gesogen wird. Die dadurch entstehende
Luftströmung
entfernt Tinte, Staub und Ablagerungen aus der Umgebung und hält auf diese
Weise die Patrone sauber.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reinigung von Tintenstrahldruckkopfpatronen
zu verbessern.
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Die
Erfindung hat ferner die Aufgabe, ein leistungsfähigeres Druckkopfpatronenreinigungssystem
zu schaffen, mit dem Ablagerungen in den Düsen und den Öffnungen
der mit Öffnungen
versehenen Anordnung kontrolliert gelöst und ohne Verschmutzung und
Beschädigung
der Patronen beseitigt werden können,
um auf diese Weise die Druckkopfpatronen wirksam zu reinigen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer kompakten,
robusten und leistungsfähigen
Vorrichtung zum Reinigen einer Tintenstrahldruckkopfpatrone.
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Ferner
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungsvorrichtung
zu schaffen, welche die Tintenstrahlpatronen nicht abschleift oder
beschädigt.
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Gelöst werden
diese Aufgaben mit einem Tintenstrahldrucker zum Aufnehmen einer
Tintenpatrone, die eine mit Öffnungen
versehene Anordnung mit mindestens einer Platte aufweist, welche
eine Vielzahl von Düsen
zum Ausstoßen
von Tintentropfen auf ein Empfangsmaterial zum Erzeugen eines Bildes
umfasst, und der Mittel aufweist zum Reinigen der mit Öffnungen
versehenen Anordnung von Ablagerungen, mit:
- (a)
mindestens einem betätigbaren,
hochfrequenten Ultraschallwandler, der in physikalischem Kontakt
mit der mit Öffnungen
versehenen Anordnung steht, ohne dass eine Flüssigkeit oder ein anderes Ultraschall-Verbindungsmedium
sich zwischen dem Wandler und der mit Öffnungen versehenen Anordnung
befindet, wobei der Wandler mit den Düsen in Wirkverbindung steht und
von diesen beabstandet ist; und
- (b) Mitteln zum Betätigen
des betätigbaren,
hochfrequenten Ultraschallwandlers, um zu bewirken, dass dieser
Ultraschallwellen erzeugt, die auf die mit Öffnungen versehene Anordnung
auftreffen und die Ablagerungen lösen.
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Die
Erfindung bietet u.a. folgende Vorteile:
Überwindung vieler Nachteile
des Stands der Technik, wie zum Beispiel Beschädigung der mit Öffnungen
versehenen Platten durch Abnutzung, Abrieb und Verformung;
kostengünstige elektronische
Integrierung des betätigbaren
hochfrequenten Ultraschallwandlers zum Reinigen der Tintenstrahldruckkopfpatrone;
Vermeidung
von Lösungsmitteln
und anderen unerwünschten
Chemikalien;
Planheit der wirksamen Fläche des betätigbaren hochfrequenten Ultraschallwandlers,
sodass dieser in engen physikalischem Kontakt mit einer planen, mit Öffnungen
versehenen Platte einer Tintenstrahlpatrone kommt; und
Verwendung
eines austauschbaren Elements, das Tinte wirksam von der Oberfläche der
mit Öffnungen versehenen
Platte entfernt und diese trocknet.
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Es
ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dass mindestens ein betätigbarer
hochfrequenter Ultraschallwandler in physikalischem Kontakt mit
der mit Öffnungen
versehenen Platte einer Tintenstrahlpatrone steht, um die Tintenstrahldruckkopfpatrone wirksam
von Ablagerungen zu reinigen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Tintenstrahldruckers nach dem Stand
der Technik;
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2 eine
vergrößerte isometrische
Teilansicht der Wartungsstation mit hochfrequenten Ultraschallwandlern;
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3 eine
Seitenansicht einer in 2 dargestellten Tintenstrahldruckkopfpatrone
mit einem Wandler in physikalischem Kontakt mit der mit Öffnungen
versehenen Platte.
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1 zeigt
einen typischen Tintenstrahldrucker 100 nach dem Stand
der Technik. Der Tintenstrahldrucker 100 druckt in einer
im Wesentlichen waagerechten Ebene und umfasst ein Druckergehäuse 10,
einen Druckkopfwagen 20, eine Wagenstange 32 (siehe 2);
Antriebsrollen 34, einen Papiervorrat 38 mit Empfangsmaterial
und eine Wartungsstation 40. Die Wischerplattform 30 ist
Bestandteil der Wartungsstation 40. Die Antriebsrollen 34 befördern in
einer dem Fachmann bekannten Weise Papier oder andere Druckmedien
nach Wahl aus dem Papiervorrat 38 in eine Druckzone zwischen dem
Druckkopfwagen 20 und der Auflageplatte (nicht dargestellt).
Der Druckkopfwagen 20 fährt
in der von dem Pfeil 73 (siehe 2) angezeigten
Richtung in der Druckzone auf der Wagenstange 32 hin und
her. Der Druckkopfwagen 20 wird in der Regel mittels eines
mit dem Wagenmotor 60 verbundenen Treibriemens 50 in
zwei Richtungen bewegt. Der Druckkopfwagen 20 ist mit Tintenpatronen 64 und 66 (hier
nur zwei Patronen dargestellt) versehen, die über einen biegbaren elektrischen
Verbindungsstreifen 31 mit einem Mikroprozessor 24 verbunden
sind, der auch den Wagenmotor 60 steuert. Eine Steuertafel 70 für die Auswahl
verschiedener Druckoptionen ist mit dem Mikroprozessor 24 elektrisch
verbunden. Diese Art der Steuerung und der Druckmechanismus eines Tintenstrahldruckers
sind bekannt und nicht Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
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Die
Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Reinigen einer Tintenstrahldruckkopfpatrone
mittels eines betätigbaren
hochfrequenten Ultraschallwandlers in Kontakt mit einer mit Öffnungen
versehenen Platte einer Tintenstrahlpatrone. Der betätigbare hochfrequente
Ultraschallwandler kann mit der mit Öffnung versehenen Anordnung
der zu reinigenden Patronen in Kontakt gebracht werden, ohne dass eine
Flüssigkeit
oder ein anderes Ultraschall-Verbindungsmedium sich zwischen dem
Wandler und der mit Öffnungen
versehenen Platte (Anordnung) befindet.
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Zu
den Hauptbauteilen eines typischen betätigbaren hochfrequenten Wandlers 80, 82, 84 und 86 gehört ein Generator
oder Leistungsverstärker 120 (siehe 3),
der herkömmlichen
Wechselstrom mit 50 Hz und 110 oder 220 V in elektrische Energie
mit mehr als 100 kHz und ca. 1000 V umwandelt. Diese hochfrequente
elektrische Energie wird in einem Umsetzer in mechanische Schwingungen
umgeformt. Das Herzstück
eines hochfrequenten Ultraschallwandlers besteht aus keramischen
piezoelektrischen Materialien, beispielsweise zwei oder mehr PZT(Bleizirkonattitanat)-Körpern beliebiger
Form, die sich bei Beaufschlagung mit einem Wechselstrom ausdehnen
und zusammenziehen. Die piezoelektrischen Körper vibrieren in Längsrichtung.
Diese Bewegung wird auf den Wandlerkopf übertragen.
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Um
die Schwächung
der Ultraschallenergie bei der Übertragung
durch den Wandler zu minimieren, wird der hochfrequente Ultraschallwandler
aus Materialien mit einem großen
Q-Faktor hergestellt, vorzugsweise aus Aluminium, Titan oder einer
Aluminium- oder Titanlegierung mit einem Q-Faktor größer als
50 000. Geeignete Aluminiumlegierungen sind beispielsweise Duraluminium,
Aluminiumlegierung 7075 (US-Werkstoffnummer), Aluminiumlegierung 2024
und Aluminiumlegierung 6061. Eine Titanlegierung, die Ultraschallenergie
wirksam überträgt, ist beispielsweise
Ti-6Al-4V. Um Partikel in der mit Öffnungen versehenen Anordnung
zu lösen,
muss die Schwingungsfrequenz des hochfrequenten Ultraschallwandlers
im Bereich von 100 kHz bis 5 MHz liegen.
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Die
erfindungsgemäße Wartungsstation 40 wird
im Folgenden ausführlich
anhand von 2 beschrieben. Die Wartungsstation 40 ist
mit einem oder mehreren betätigbaren
hochfrequenten Wandlern 80, 82, 84 und 86 versehen,
die akustische Energie direkt an die mit Öffnungen versehenen Platten 90, 92, 94 und 96 übertragen.
Die betätigbaren
hochfrequenten Wandler 80, 82, 84 und 86 sind
starr auf einer verschiebbaren Plattform 110 montiert,
die aus Metallen, wie zum Beispiel Aluminium oder Stahl, oder aus Kunststoffen
für schwere
Beanspruchung besteht. In der verschiebbaren Plattform befindet
sich auch ein Abfallbehälter 98 für die Aufnahme
von Tinte, die beim Ausstoßen
oder Spritzen als Abfall anfällt.
Auf der in einem Rahmen 99 gelagerten verschiebbaren Plattform 110 sind
vier Ablöschelemente 91, 93, 95 und 97 befestigt.
Für einen
bequemen Austausch der Ablöschelemente 91, 93, 95 und 97 und
die Wartung der betätigbaren
hochfrequenten Wandler 80, 82, 84 und 86 kann
die verschiebbare Plattform 110 mit den Plattformgriffen 112 in
der von dem Zweirichtungspfeil 77 angezeigten Richtung
herausgezogen werden. Die Ablöschelemente 91, 93, 95 und 97 sind
mit beidseitig beschichteten Klebestreifen auf der verschiebbaren
Plattform 110 befestigt. Die Ablöschelemente 91, 93, 95 und 97 werden
aus polymerem Schaum, Gummischaum, Baumwolle oder Papiererzeugnissen
hergestellt. Die Ausführungsform
der Erfindung wird hier anhand von 4 Tintenstrahldruckkopfpatronen 72, 74, 76 und 78 vollständig beschrieben.
Für die
Zwecke des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels enthält die Patrone 72 schwarze
Tinte, während
die Patronen 74, 76 und 78 jeweils nur Tinte
in einer der Farben Cyan, Gelb und Magenta enthalten könnten. Die
Patronen 72, 74, 76 und 78 sind
jeweils mit einer mit Öffnungen
versehenen Anordnung versehen, die Tintenkanäle (nicht dargestellt) definieren
kann, aber zwingend mit Öffnungen versehene
Platten 90, 92, 94 und 96 aufweisen muss,
durch die Tintentropfen auf ein Empfangsmaterial ausgestoßen werden.
Wenn die Anwendung des Druckers 100 (siehe 1)
dies rechtfertigt, können
auch Patronen 72, 74, 76 und 78 mit
Tinten anderer Farbe in beliebiger Anzahl verwendet werden. Die
Tintenstrahlpatronen 72, 74, 76 und 78 sind
in der Regel als piezoelektrische Tintenstrahldruckköpfe ausgebildet,
andere Patronen, wie zum Beispiel Thermopatronen, sind jedoch im
Rahmen der Erfindung ebenfalls zulässig und sinnvoll verwendbar.
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Die
mit Öffnungen
versehenen Platten, 90, 92, 94 und 96 der
Tintenstrahlpatronen 72, 74, 76 und 78 werden
in einer ersten Reinigungsposition mit den hochfrequenten Wandlern 80, 82, 84 und 86 in enge
Berührung
gebracht und mit der zum Lösen
der Ablagerungen erforderlichen Schwingung beaufschlagt. Anschließend werden
die Patronen 72, 74, 76 und 78 in
eine weitere Reinigungsposition in der Nähe eines Abfallbehälters 98 bewegt
und impulsartig mit Tinte ausgespritzt. Dieses Ausspritzen mit Tinte
bewirkt, dass die gelösten
Ablagerungen in den Abfallbehälter 98 geschwemmt
werden. Darauf werden die Tintenstrahlpatronen 72, 74, 76 und 78 in eine
dritte Reinigungsposition in der Nähe der Ablöschelemente 91, 93, 95 und 97 bewegt,
welche die mit Öffnungen
versehenen Platten 90, 92, 94 und 96 sauber
wischen. Dem Fachmann dürfte
klar sein, dass die mit Öffnungen
versehenen Platten bei Nichtgebrauch mit einem entsprechenden Mechanismus automatisch
abgedeckt werden können.
Wenn die Druckvorrichtung wieder in Betrieb genommen werden soll,
wird die Abdeckung oder Kappe entfernt. Um jede Möglichkeit
einer gegenseitigen Verschmutzung mit Ablagerungen auszuschließen, sind
die Ablöschelemente 91, 93, 95 und 97 jeweils
nur einer entsprechenden Tintenstrahlpatrone 72, 74, 76 oder 78 zugeordnet.
Mit anderen Worten, die betätigbaren hochfrequenten
Ultraschallwandler 80, 82, 84 und 86 werden
von dem Mikroprozessor 24 über einen Rückkoppelungskreis (nicht dargestellt)
elektronisch gesteuert.
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Der
Fachmann wird verstehen, dass sich die in 2 dargestellte
Wartungsstation 40 in einem Bereich außerhalb der Druckzone an einem
Ende der von dem Pfeil 73 angezeigten Bewegung des Wagens 20 in
zwei Richtungen befindet. Die Reinigung erfolgt, wenn die Tintenstrahlpatronen 72, 74, 76, 78 von
der Wagenstange 32 in die Reinigungspositionen bewegt werden.
Wie der Pfeil 75 zeigt, wird der Druckkopfwagen 20 rechtwinklig
zur Richtung der Achse der Wagenstange 32 bewegt.
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3 zeigt
eine Seitenansicht der Druckkopfpatrone 72. Die mit Öffnungen
versehene Anordnung 122 und die mit Öffnungen versehene Platte 90 stehen
hier in physikalischem Kotakt mit dem hochfrequenten Ultraschallwandler 80.
Das piezoelektrische Element 80a des Wandlers 80 aus
piezoelektrischer Keramik ist in einem Metallgehäuse 80b untergebracht.
Die wirksame Fläche 80c des
hochfrequenten Ultraschallwandlers 90 ist wie die ihr gegenüberliegende
plane Fläche 90a der
mit Öffnungen versehenen
Platte 90 plan ausgeführt.
Der Wandler wird über
einen Funktionsgenerator 140 von einem Leistungsverstärker 120 bestromt.
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Die
Tintenpatrone 72 weist einen Tinteneinlass 72b auf,
der mit den Tintenkanälen
(nicht dargestellt) in dem piezoelektrischen Tintenstrahlkopf 72a verbunden
ist, der seinerseits mit der mit Öffnungen versehenen Platte 90 verklebt
ist. Wie der Fachmann nachvollziehen kann, sind die Tintenkanäle in dem
piezoelektrischen Tintenstrahlkopf 72a mit der mit Öffnungen
versehenen Anordnung 90 verbunden. Die mit Öffnungen
versehene Platte 90 wird im Allgemeinen aus galvanisch
geformten Nickel hergestellt und außen mit Gold beschichtet, um
die durch chemisch reaktionsfähige
Tinten verursachte Korrosion zu verringern. Da die plane Fläche 90a der
mit Öffnungen versehenen
Platte 90 in physikalischem Kontakt mit der wirksamen Fläche 80c der
piezoelektrischen Keramik 80a des hochfrequenten Ultraschallwandlers 80 steht,
ist es wichtig, dass die galvanisch geformte Nickelplatte mit einer
Beschichtung versehen wird, die sowohl verschleißfest als auch korrosionsbeständig ist.
Durch Aufdampfen einer dünnen
Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff wird die Abriebfestigkeit, Verschleißfestigkeit
und Korrosionsbeständigkeit
der galvanisch geformten Nickelfläche in eindrucksvoller Weise
verbessert. Die Dicke der Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff
muss zwischen 500 Ångstrom und
5 Mikrometern liegen.
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Aus
der vorangehenden Beschreibung ergeben sich für den Fachmann nahe liegende Änderungs-
und Verbesserungsmöglichkeiten,
die durchaus im Schutzumfang der Erfindung liegen. Die vorangehende
Beschreibung hat jedoch nur beispielhaften Charakter, während der
Schutzumfang der Erfindung von den folgenden Ansprüchen abgegrenzt wird.