EP0145066A2 - Mikroplanarer Tintenstrahldruckkopf - Google Patents

Mikroplanarer Tintenstrahldruckkopf Download PDF

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EP0145066A2
EP0145066A2 EP84201685A EP84201685A EP0145066A2 EP 0145066 A2 EP0145066 A2 EP 0145066A2 EP 84201685 A EP84201685 A EP 84201685A EP 84201685 A EP84201685 A EP 84201685A EP 0145066 A2 EP0145066 A2 EP 0145066A2
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EP
European Patent Office
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pressure chambers
plate
elevations
print head
piezoceramic
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EP0145066A3 (en
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Michael Döring
Horst-Kurt Bentin
Hermann-Franz-Ludwig Maier
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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Publication of EP0145066A3 publication Critical patent/EP0145066A3/de
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    • B41J2002/14387—Front shooter

Definitions

  • the invention relates to an ink jet printhead with a plate-shaped base body, in which a plurality of ink channels run, which open out on a flat side of the base body in nozzles and on the opposite side in separate pressure chambers, which are connected to an ink supply system, with one common to all pressure chambers Membrane plate, and with a one-piece piezoceramic plate connected to the membrane plate, which has a bump in the area of each pressure chamber, the bumps carrying layered electrodes provided with electrical connections.
  • Such an ink jet print head is already known from DE-AS 22.56 667.
  • the respective elevations of the piezoceramic plate have flat dimensions which correspond to the dimensions of the pressure chambers arranged below them. If these dimensions are reduced, so that the density of the ink channels or pressure chambers present in the base body can be increased, there are strong influences on the vibration behavior of the piezoceramic elevations when the electrode layers are contacted by means of electrical wires if the contacting wire is arranged above the pressure chamber is because with these small dimensions of the elevations, the contact wire has a mass comparable to them. If this mass is applied in the area of the deflection, the resonance behavior of the piezoceramic elevations changes and thus also the control voltage necessary for the ejection of a drop.
  • the object of the invention is to provide an ink jet print head of the type mentioned, in which the resonance behavior of the piezoceramic elevations by contacting wires remains unaffected even with very high density of the pressure chambers in the base body or with very small flat dimensions of the piezoceramic elevations.
  • This object is achieved according to the invention in that the elevations of the piezoceramic plate extend at least partially beyond the area of the pressure chambers, and in that the electrical connections are connected to the electrodes outside the area of the pressure chambers.
  • the contact point of the electrode surface comes to lie outside the actual bending area of a piezoceramic elevation.
  • the pressure chambers within an ink jet print head are conical or cylindrical, so that they have a circular cross section.
  • the piezoceramic elevations arranged above the pressure chambers can likewise have this cross section and can be provided with a tab only at one point which projects beyond this cross section and is used for contacting.
  • the elevations of the piezoceramic plate lying above the pressure chambers can be of a square or diamond-shaped design. It has been shown that these elevations arranged on pressure chambers with, for example, a circular cross section are just the same show dynamic behavior like circular surveys. So far it has been assumed that the geometry of the elevations must correspond as closely as possible to the geometry of the pressure chambers.
  • the aforementioned square or diamond-shaped elevations can be produced in a simple manner with the aid of saw cuts in the piezoceramic plate, the piezoceramic plate being sawn through to about 90% and the membrane plate underneath not being damaged.
  • the circular pressure chambers underneath are completely covered by the squares or parallelograms, so that there is sufficient space in the corner points of the squares or parallelograms for the attachment of electrical contact wires.
  • the pressure chambers are arranged in a matrix, each pressure chamber on the other side of the base body being directly opposite a nozzle.
  • the invention enables a relatively small configuration of the piezoceramic elevations and thus also of the pressure chambers arranged below them, so that they can be arranged with a very high density within an ink jet print head. It is thus possible to create a distribution of piezoceramic elevations which corresponds to the usual distribution of the nozzles on the other side of the base body, i.e. the piezoceramic elements have the same average spacing as the nozzles.
  • the ink channels run perpendicular to the flat extension of the base body and connect the directly opposite pressure chambers or nozzles. Of course, the ink channels can also be inclined to one another.
  • such an ink jet print head Due to the relatively short ink channels, such an ink jet print head has a very high resonance frequency of the liquid system and thus a very large drop rate.
  • piezoceramic elevations according to the invention in connection with the very short print channels also allows the construction of very small ink jet print heads.
  • the ceramic plate carries further elevations provided with layered electrodes, which lie between the pressure elements.
  • the contact wires are first guided from the piezoceramic elevations arranged above the pressure chambers to electrodes to which the connecting lines can be attached. This measure serves to additionally secure the elevations arranged above the pressure chambers, since it is no longer necessary to pay attention to the vibrating regions of the elevations when contacting the connecting lines with these electrodes.
  • the piezoceramic plate carries a membrane plate which is galvanically applied to it on the side facing away from the elevations and which consists, for example, of a nickel layer.
  • Fig. 1 shows a microplanar ink jet print head according to the invention. It consists of an outer bracket 1 with two side tabs 2 and 3, which are provided with inwardly facing lugs 4 and 5. The other components of the inkjet print head are clamped and secured between these shoulders 4 and 5 and the upper inside of the holding bracket 1.
  • the bracket 1 has on its top an electrical terminal block 6, which is equipped with individual plug contacts 7, via which electrical connections to the electrically controllable printing elements in the interior of the ink jet print head are made. Furthermore, an ink supply nozzle 8 is provided on the upper side of the holding bracket 1 and is connected to the pressure chambers and the nozzles via an ink supply system.
  • the plate combination 9, 10 there is an opening 11 through which the in the ink introduction 8th introduced ink runs into the ink supply system.
  • the piezoceramic plate 10 has individual elevations 12, which are arranged on it in a matrix, i.e. in the form of columns and rows. These elevations 12 are created, for example, by sawing the piezoceramic plate 10. The plate 10 is sawed through to about 90% without damaging the underlying plate 9.
  • the elevations 12 can also be produced in other ways, for example by photochemical means using a suitable exposure and subsequent etching process.
  • Layered electrodes 13 are applied to the elevations 12, via which an electrical field can be applied in connection with the metallic membrane layer 9.
  • the electrode layers 13 are contacted with connecting wires 14, which establish an electrical connection between the electrode layers 13 and further electrode layers 15, which are likewise arranged on piezoceramic elevations 16.
  • These elevations 16 serve as quasi support points for the electrode layers 15, from which the electrical connecting lines 17 to the plug contacts 7 then depart.
  • the piezoceramic elevations 13 are arranged on the piezoceramic plate 10 so that they come to lie exactly above the pressure chambers 18, which are arranged within a base body 19, to which the plate combination 9, 10 is applied.
  • the pressure chambers 18 are conical and run, for example, perpendicular to the plane of the plate 19. They have a circular cross section in the plane of the plate. On the side opposite the membrane plate 9, this is not greater than the edge length of a square elevation 12, so that it completely covers the pressure chamber 18.
  • the connecting wires 14 In order to prevent the connecting wires 14 from impermissibly impairing the vibration properties of the elevations 12, they are electrically connected to the respective electrode layer 13 in the corner points of the elevations 12. A connecting wire 14 thus contacts an electrode layer 13 only in an area which does not come to lie over a pressure chamber 18. Elevations 12 designed and contacted in this way behave in their vibration properties practically the same as elevations that are completely adapted to the cross section of the pressure chambers 18, that is to say circular elevations. However, from a certain size, these can no longer be easily contacted with connecting wires, since the connecting wires then adversely affect the vibration behavior.
  • the pressure chambers 18 present in the base body 19 are connected to one another by an ink supply system which consists of individual ink conductors 20, 21.
  • the base body 19 can consist, for example, of etchable glass, silicon, steel or another hard material.
  • This base body 19 can also be constructed from two separate layers, one layer containing only the pressure chambers 18 and the second layer only the ink supply system. In any case, the thickness of the base body 19 can be kept small, so that a printhead with an extremely low height results.
  • nozzle plate 22 Below the base body 19 is a nozzle plate 22, the nozzles 23 of which come to coincide with the pressure chambers 18 in the base body 19.
  • This nozzle plate 22 can be produced using conventional technology and is firmly connected to the base body 19 by means of suitable measures. Pressure chambers 18 and nozzles 23 form an ink channel.
  • the F ig. 2a shows a diagonal section through a piezoceramic projection 12 in the direction of arrow A in F ig. 1, while FIG. 2b represents such a section in the direction of arrow B of FIG. 1.
  • FIG. 2b represents such a section in the direction of arrow B of FIG. 1.
  • the connecting wire 14 is attached, for example soldered or g eb ondet, to a point on the electrode 13 which lies laterally next to the pressure channel formed by the pressure chamber 18 and the nozzle 23.
  • this connecting wire 14 is guided to a further electrode layer 15, which lies on the further elevation 16 as a base for the connecting wire 14.
  • This further electrode layer 15 is divided, so that two support contacts are formed on the elevation 16.
  • Ig by F. 2b is the connecting wire only apparently 14 via the D üsenkanal. Rather, it is actually located here next to the pressure chamber 18, since the piezoceramic elevation 12 has a square cross section and the pressure chamber 18 has a circular outer section.
  • the ink supply lines 21 open into the top of the pressure chambers 18. They are connected via the encryption sor supply line 20 with the ink inlet connection. 8 In operation, the ink supply system and thus also the pressure chambers 18 and the nozzles 23 are filled with ink.
  • the elevations 12, which work as pressure generators are excited to vibrate, which via the membrane plate 9 affect the liquid inside the pressure chambers 18 transfer. These vibrations cause the ink to escape from the pressure chambers 18 via the nozzles 23 and adjoining nozzle edges 24.
  • the pressure chambers 18 can also be cylindrical or in another suitable manner.
  • the membrane plate 9 has for example a thickness of 50 /, while the piezo-ceramic plate 10 or an elevation / um to 200 12 100 / um thick.
  • the membrane plate 9 can also be replaced by a plate with a different size than that which is galvanically applied to the piezoceramic plate 10.
  • the flat dimensions of the piezoceramic elevations 12 are approximately in the range from 0.4 to 0.6 mm.
  • the further elevations 16 can also be dispensed with.
  • the connecting wires 14 are led directly from the electrode layers 13 to the plug contacts 7.
  • 3a to c different embodiments of the piezoceramic elevations of the piezoceramic plate 10 are shown.
  • 3a shows the square-shaped elevation 12 already discussed, which is arranged above a pressure chamber 18 with a circular cross-section. Their diameter corresponds to the edge length of the square elevation 12.
  • the connecting wire 14 is connected to the layered electrode applied to the elevation 12 at a point which lies outside the pressure chamber 18.
  • 3b shows a diamond-shaped piezoceramic elevation 12a, which is likewise arranged above a pressure chamber 18a with a circular cross section and completely covers it.
  • a connecting wire 14a is connected at the point outside the pressure chamber 18a to the electrode lying on the elevation 12a, which is delimited by two sides of the elevation 12a which run at an acute angle to one another.
  • FIG. 3c shows a likewise possible circular piezoceramic elevation 12b, the diameter of which corresponds to the diameter of the pressure chamber 18b arranged beneath it, and which is provided with an additional tab 12c for contacting a connecting wire 14b.
  • the ink jet print head according to the invention can be mass-produced and inexpensively manufactured and, due to its small dimensions, enables very high drop rates.
  • the size of the printhead is now on the order of the size of previous nozzle plates, but is thicker than this.

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldruckkopf mit einem plattenförmigen Grundkörper (19), in welchem mehrere Tintenkanäle verlaufen, die an einer ebenen Seite des Grundkörpers in Düsen (23) und an der gegenüberliegenden Seite in getrennten Druckkammern (18) münden. Der Tintenstrahldruckkopf besitzt eine für alle Druckkammern (18) gemeinsame Membranplatte (9), die mit einer einstückigen Piezokeramikplatte (10), welche im Bereich jeweils einer Druckkammer eine Erhebung aufweist, verbunden ist. Die Erhebungen tragen schichtförmige und mit elektrischen Anschlüssen (4) versehene Elektroden (13). Diese Erhebungen erstrecken sich wenigstens teilweise über den Bereich der Druckkammern hinaus, so daß die elektrischen Anschlüsse (14) außerhalb des Bereichs der Druckkammern mit den Elektroden (13) verbunden werden können.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahldruckkopf mit einem plattenförmigen Grundkörper, in welchem mehrere Tintenkanäle verlaufen, die an einer ebenen Seite des Grundkörpers in Düsen und an der gegenüberliegenden Seite in getrennten Druckkammern münden, welche mit einem Tintenversorgungssystem verbunden sind, mit einer für alle Druckkammern gemeinsamen Membranplatte, und mit einer mit der Membranplatte verbundenen, einstückigen Piezokeramikplatte, welche im Bereich jeweils einer Druckkammer eine Erhebung aufweist, wobei die Erhebungen schichtförmige und mit elektrischen Anschlüssen versehene Elektroden tragen.
  • Ein derartiger Tintenstrahldruckkopf ist bereits aus der DE-AS 22.56 667 bekannt. Die jeweiligen Erhebungen der Piezokeramikplatte besitzen dabei ebene Abmessungen, die den Abmessungen der unter ihnen angeordneten Druckkammern entsprechen. Werden diese Abmessungen verringert, so daß auf diese Weise die Dichte der im Grundkörper vorhandenen Tintenkanäle bzw. Druckkammern erhöht werden kann, so treten bei der Kontaktierung der Elektrodenschichten mittels elektrischer Drähte starke Beeinflussungen des Schwingungsverhaltens der piezokeramischen Erhebungen auf, wenn der Kontaktierungsdraht über der Druckkammer angeordnet wird, da bei diesen kleinen Dimensionen der Erhebungen der Kontaktdraht eine mit ihnen vergleichbare Masse hat. Wenn diese Masse im Bereich der Durchbiegung angebracht wird, verändert sich das Resonanzverhalten der piezokeramischen Erhebungen und somit auch die für die Ausstoßung eines Tropfens notwendige Ansteuerspannung. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tintenstrahldruckkopf der genannten Art zu schaffen, bei dem das Resonanzverhalten der piezokeramischen Erhebungen durch Kontaktierungsdrähte auch bei sehr hoher Dichte der Druckkammern im Grundkörper bzw. bei sehr kleinen ebenen Abmessungen der piezokeramischen Erhebungen unbeeinträchtigt bleibt.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sich die Erhebungen der Piezokeramikplatte wenigstens teilweise über den Bereich der Druckkammern hinaus erstrecken, und daß die elektrischen Anschlüsse außerhalb des Bereichs der Druckkammern mit den Elektroden verbunden sind.
  • Hierdurch wird erreicht, daß der Kontaktierungspunkt der Elektrodenfläche außerhalb des eigentlichen Biegebereichs einer piezokeramischen Erhebung zu liegen kommt. Ein an dieser Stelle mit der Elektrodenfläche verbundener elektrischer'Draht hat daher praktisch keinen Einfluß mehr auf das Schwingungsverhalten des über einer Druckkammer liegenden Teils der Erhebung.
  • Üblicherweise sind die Druckkammern innerhalb eines Tintenstrahldruckkopfes konisch oder zylindrisch ausgebildet, so daß sie einen kreisrunden Querschnitt besitzen. Die über den Druckkammern angeordneten piezokeramischen Erhebungen können ebenfalls diesen Querschnitt aufweisen und nur an einer Stelle mit einer Lasche versehen sein, die diesen Querschnitt überragt und zur Kontaktierung dient.
  • Vorzugsweise können die über den Druckkammern liegenden Erhebungen der Piezokeramikplatte aber aich quadratisch oder rautenförmig ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, daß diese auf Druckkammern mit z.B. kreisförmigem Querschnitt angeordneten Erhebungen geriu das gleiche dynamische Verhalten wie kreisrunde Erhebungen zeigen. Bisher wurde davon ausgegangen, daß die Geometrie der Erhebungen möglichst genau der Geometrie der Druckkammern entsprechen müsse.
  • Die genannten quadratischen bzw. rautenförmigen Erhebungen lassen sich in einfacher Weise mit Hilfe von Sägeschnitten in der piezokeramischen Platte herstellen, wobei die Piezokeramikplatte zu etwa 90 % durchgesägt und die darunterliegende Membranplatte nicht verletzt wird.
  • Durch die Quadrate bzw. Parallelogramme werden die darunterliegenden kreisförmigen Druckkammern vollständig abgedeckt, so daß in den Eckpunkten der Quadrate bzw. Parallelogramme hinreichend Platz für die Anbringung von elektrischen Kontaktdrähten zur Verfügung steht.
  • Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Druckkammern matrixförmig angeordnet, wobei jeder Druckkammer auf der anderen Seite des Grundkörpers eine Düse direkt gegenüberliegt.
  • Die Erfindung ermöglicht eine relativ kleine Ausbildung der piezokeramischen Erhebungen und damit auch der unter ihnen angeordneten Druckkammern, so daß diese mit sehr hoher Dichte innerhalb eines Tintenstrahldruckkopfes angeordnet werden können. Es ist damit möglich, eine Verteilung von piezokeramischen Erhebungen zu schaffen, die der üblichen Verteilung der Düsen auf der anderen Seite des Grundkörpers entspricht, d.h. die piezokeramischen Elemente haben untereinander die gleichen mittleren Abstände wie die Düsen. In diesem Falle verlaufen die Tintenkanäle senkrecht zur ebenen Ausdehnung des Grundkörpers und verbinden die sich direkt gegenüberliegenden Druckkammern bzw. Düsen. Selbstverständlich können die Tintenkanäle aber auch zueinander geneigt verlaufen.
  • Infolge der relativ kurzen Tintenkanäle besitzt ein solcher Tintenstrahldruckkopf eine sehr hohe Resonanzfrequenz des Flüssigkeitssystems und damit eine sehr große Tropfenrate.
  • Die Verwendung der piezokeramischen Erhebungen nach der Erfindung in Verbindung mit den sehr kurzen Druckkanälen erlaubt darüber hinaus die Konstruktion von sehr kleinen Tintenstrahldruckköpfen.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung trägt die Keramikplatte weitere mit schichtförmigen Elektroden versehene Erhebungen, die zwischen den Druckelementen liegen.
  • Die Kontaktdrähte werden dabei zunächst von den über den Druckkammern angeordneten piezokeramischen Erhebungen zu Elektroden geführt, an die die Verbindungsleitungen angebracht werden können. Diese Maßnahme dient der zusätzlichen Sicherung der über den Druckkammern angeordneten Erhebungen, da man bei der Kontaktierung der Verbindungsleitungen mit diesen Elektroden nicht mehr die schwingenden Bereiche der Erhebungen zu achten braucht.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung trägt die Piezokeramikplatte auf der den Erhebungen abgewandten Seite eine galvanisch auf sie aufgebrachte Membranplatte, die beispielsweise aus einer Nickelschicht besteht.
  • Durch die nach der Erfindung relativ klein herstellbaren piezokeramischen Erhebungen wird es möglich, die Schichtdicke der Membranplatte so dünn zu wählen, daß sie galvanisch aufgebracht werden kann. Ein Verkleben einer separaten Membranplatte mit der Piezokeramikplatte kann daher entfallen. Insgesamt läßt sich somit in einfacher Weise ein Tintenstrahldruckkopf nach der Erfindung herstellen. Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Explosionszeichnung eines Tintenstrahldruckkopfes nach der Erfindung mit quadratischen piezokeramischen Erhebungen,
    • Fig. 2a, b verschiedene Schnitte durch einen derartigen Tintenstrahldruckkopf, und
    • Fig. 3a bis c unterschiedlich geformte piezokeramische Erhebungen.
  • Die Fig. 1 zeigt einen mikroplanaren Tintenstrahldruckkopf nach der Erfindung. Er besteht aus einem äußeren Haltebügel 1 mit zwei seitlichen Laschen 2 und 3, welche mit nach innen weisenden Ansätzen 4 und 5 versehen sind. Zwischen diesen Ansätzen 4 und 5 und der oberen Innenseite des Haltebügels 1 werden die weiteren Bauteile des Tintenstrahldruckkopfes festgeklemmt und gesichert.
  • Der Haltebügel 1 besitzt an seiner Oberseite eine elektrische Anschlußleiste 6, die mit einzelnen Steckkontakten 7 ausgerüstet ist, über die elektrische Verbindungen zu den elektrisch ansteuerbaren Druckelementen im Inneren des Tintenstrahldruckkopfes hergestellt werden. Ferner ist an der Oberseite des Haltebügels 1 ein Tintenzulaufstutzen 8 vorgesehen, der über ein Tintenversorgungssystem mit den Druckkammern und den Düsen verbunden ist.
  • Eine Membranplatte 9 aus einer leitenden Metallschicht, z.B. einer Nickelschicht, ist auf der Unterseite der Piezokeramikplatte 10 galvanisch aufgebracht. In der Plattenkombination 9, 10 befindet sich eine Öffnung 11, durch die die in den Tinteneinführungsstutzen 8 eingeführte Tinte in das Tintenversorgungssystem läuft.
  • Die Piezokeramikplatte 10 besitzt einzelne Erhebungen 12, die auf dieser matrixförmig, d.h. in Form von Spalten und Zeilen, angeordnet sind. Diese Erhebungen 12 sind beispielsweise durch Einsägen der Piezokeramikplatte 10 entstanden. Hierbei wird die Platte 10 zu ca. 90 % durchgesägt, ohne die darunterliegende Platte 9 zu beschädigen. Die Erhebungen 12 können auch auf andere Weise erzeugt werden, beispielsweise auf fotochemischem Wege durch einen geeigneten Belichtungs- und anschließenden Ätzvorgang.
  • Auf den Erhebungen 12 sind schichtförmige Elektroden 13 aufgebracht, über die in Verbindung mit der metallischen Membranschicht 9 ein elektrisches Feld angelegt werden kann. Hierzu sind die Elektrodenschichten 13 mit Anschlußdrähten 14 kontaktiert, die eine elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenschichten 13 und weiteren Elektrodenschichten 15 herstellen, die ebenfalls auf piezokeramischen Erhebungen 16 angeordnet sind. Diese Erhebungen 16 dienen quasi als Stützpunkte für die Elektrodenschichten 15, von denen dann die elektrischen Verbindungsleitungen 17 zu den Steckkontakten 7 abgehen.
  • Die piezokeramischen Erhebungen 13 sind auf der Piezokeramikplatte 10 so angeordnet, daß sie genau über den Druckkammern 18 zu liegen kommen, die innerhalb eines Grundkörpers 19 angeordnet sind, auf den die Plattenkombination 9, 10 aufgebracht wird. Die Druckkammern 18 sind konisch ausgebildet und verlaufen beispielsweise senkrecht zur Ebene der Platte 19. Sie besitzen in der Plattenebene einen kreisförmigen Querschnitt. Dieser ist an der der Membranplatte 9 gegenüberliegenden Seite nicht größer als die Kantenlänge einer quadratischen Erhebung 12, so daß diese die Druckkammer 18 vollständig bedeckt.
  • Um zu verhindern, daß die Anschlußdrähte 14 die Schwingungseigenschaften der Erhebungen 12 unzulässig beeinträchtigen, sind diese in den Eckpunkten der Erhebungen 12 mit der jeweiligen Elektrodenschicht 13 elektrisch verbunden. Ein Anschlußdraht 14 kontaktiert somit eine Elektrodenschicht 13 nur in einem Bereich, der nicht über einer Druckkammer 18 zu liegen kommt. Derart ausgebildete und kontaktierte Erhebungen 12 verhalten sich in ihren Schwingungseigenschaften praktisch genauso wie vollständig an den Querschnitt der Druckkammern 18 angepaßte Erhebungen, also kreisrunde Erhebungen. Diese lassen sich jedoch ab einer bestimmten Größe nicht mehr ohne weiteres mit Anschlußdrähten kontaktieren, da die Anschlußdrähte dann das Schwingungsverhalten nachteilig beeinflussen.
  • Die im Grundkörper 19 vorhandenen Druckkammern 18 sind mit einem Tintenversorgungssystem untereinander verbunden, welches aus einzelnen Tintenleitern 20, 21 besteht. Der Grundkörper 19 kann beispielsweise aus ätzbarem Glas, Silizium, Stahl oder einem anderen harten Material bestehen.
  • Dieser Grundkörper 19 läßt sich auch aus zwei getrennten Schichten aufbauen, wobei die eine Schicht nur die Druckkammern 18 enthält und die zweite Schicht nur das Tintenversorgungssystem. In jedem Fall kann die Dicke des Grundkörpers 19 klein gehalten werden, so daß sich ein Druckkopf mit äußerst geringer Höhe ergibt.
  • Unterhalb des Grundkörpers 19 befindet sich eine Düsenplatte 22, deren Düsen 23 mit den Druckkammern 18 im Grundkörper 19 zur Deckung kommen. Diese Düsenplatte 22 kann in herkömmlicher Technologie hergestellt sein und ist mit Hilfe geeigneter Maßnahmen mit dem Grundkörper 19 fest verbunden. Druckkammern 18 und Düsen 23 bilden einen Tintenkanal.
  • Die Fig. 2a zeigt einen diagonalen Schnitt durch eine piezokeramische Erhebung 12 in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1, während die Fig. 2b einen solchen Schnitt in Richtung des Pfeiles B der Fig. 1 darstellt. Hierbei sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen.
  • Wie die Fig. 2a zeigt, ist der Anschlußdraht 14 an einer Stelle der Elektrode 13 angebracht, z.B. angelötet oder gebondet, die seitlich neben dem Druckkanal liegt, der durch die Druckkammer 18 und die Düse 23 gebildet wird. Dieser Anschlußdraht 14 ist, wie bereits beschrieben, zu einer weiteren Elektrodenschicht 15 geführt, die auf der weiteren Erhebung 16 als Stützpunkt für den Anschlußdraht 14 liegt. Diese weitere Elektrodenschicht 15 ist geteilt, so daß auf der Erhebung 16 zwei Stützkontakte gebildet sind.
  • Nach Fig. 2b liegt der Anschlußdraht 14 nur scheinbar über dem Düsenkanal. Vielmehr liegt er auch hier tatsächlich neben der Druckkammer 18, da die piezokeramische Erhebung 12 einen quadratischen Querschnitt und die Druckkammer 18 einen kreisförmigen Ouerschnitt besitzt.
  • Die Tintenversorgungsleitungen 21 münden an der Oberseite der Druckkammern 18 in diese ein. Sie sind über die Ver- sorgungsleitung 20 mit dem Tintenzulaufstutzen 8 verbunden. Im Betrieb sind das Tintenversorgungssystem und damit auch die Druckkammern 18 bzw. die Düsen 23 mit Tinte gefüllt. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die piezokeramischen Erhebungen 12 über die Elektrodenschichten 13 bzw. die leitende Membranplatte 9 werden die Erhebungen 12, die als Druckgeneratoren arbeiten, zu Schwingungen angeregt, die sich über die Membranplatte 9 auf die Flüssigkeit im Inneren der Druckkammern 18 übertragen. Diese Schwingungen verursachen ein Austreten der Tinte aus den Druckkammern 18 über die Düsen 23 und die sich daran anschließenden Düsenränder 24. Infolge der relativ geringen Länge der Tintenkanäle, also der Druckkammern 18 und der Düsen 23, können mit dem beschriebenen Tintenstrahldruckkopf sehr hohe Tropfenraten von z.B. 10 kHz bei gleichzeitiger hoher Integrationsdichte der Tintenkanäle erreicht werden.
  • Die Druckkammern 18 können auch zylindrisch oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein. Die Membranplatte 9 besitzt beispielsweise eine Dicke von 50/um, während die piezokeramische Platte 10 bzw. eine Erhebung 12 100/um bis 200/um dick ist. Selbstverständlich kann die Membranplatte 9 auch durch eine andere als auf die piezokeramische Platte 10 galvanisch aufgebrachte Platte mit anderen Abmessungen ersetzt sein. Die ebenen Abmessungen der piezokeramischen Erhebungen 12 liegen etwa im Bereich von 0,4 bis 0,6 mm.
  • Um die Integrationsdichte eines derartigen Tintenstrahldruckkopfes noch weiter zu erhöhen, kann auch auf die weiteren Erhebungen 16 verzichtet werden. In diesem Falle werden die Anschlußdrähte 14 direkt von den Elektrodenschichten 13 zu den Steckkontakten 7 geführt.
  • In den Fig. 3a bis c sind verschiedene Ausführungsformen der piezokeramischen Erhebungen der Piezokeramikplatte 10 dargestellt. Die Fig. 3a zeigt die bereits diskutierte quadratisch ausgebildete Erhebung 12, die über einer Druckkammer 18 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist. Ihr Durchmesser entspricht dabei der Kantenlänge der quadratischen Erhebung 12. Der Anschlußdraht 14 ist mit der auf der Erhebung 12 aufgebrachten schichtförmigen Elektrode an einer Stelle verbunden, die außerhalb der Druckkammer 18 liegt.
  • Die Fig. 3b zeigt eine rautenförmige piezokeramische Erhebung 12a, die ebenfalls über einer Druckkammer 18a mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist und diese vollständig bedeckt. Ein Anschlußdraht 14a ist an der Stelle außerhalb der Druckkammer 18a mit der auf der Erhebung 12a liegenden Elektrode verbunden, die von zwei in spitzem Winkel zueinander verlaufenden Seiten der Erhebung 12a begrenzt wird.
  • Schließlich zeigt die Fig. 3c eine ebenfalls mögliche kreisförmige piezokeramische Erhebung 12b, deren Durchmesser dem Durchmesser der unter ihr angeordneten Druckkammer 18b entspricht, und die mit einer zusätzlichen Lasche 12c zur Kontaktierung eines Anschlußdrahtes 14b versehen ist.
  • Der Tintenstrahldruckkopf nach der Erfindung ist massenfertigungstechnisch und preiswert herstellbar und ermöglicht durch seine geringen Abmessungen sehr hohe Tropfenraten. Die Größe des Druckkopfes liegt nunmehr in der Größenordnung bisheriger Düsenplatten, ist jedoch dicker als diese.

Claims (7)

1. Tintenstrahldruckkopf mit einem plattenförmigen Grundkörper (19), in welchem mehrere Tintenkanäle verlaufen, die an einer ebenen Seite des Grundkörpers in Düsen (23) und an der gegenüberliegenden Seite in getrennten Druckkammern (18) münden, welche mit einem Tintenversorgungssystem (8, 20, 21) verbunden sind, mit einer für alle Druckkammern (18) gemeinsamen Membranplatte (9), und mit einer mit der Membranplatte verbundenen, einstückigen Piezokeramikplatte (10), welche im Bereich jeweils einer Druckkammer (18) eine Erhebung (12) aufweist, wobei die Erhebungen schichtförmige und mit elektrischen Anschlüssen (14) versehene Elektroden (13) tragen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Erhebungen (12) der Piezokeramikplatte (10) wenigstens teilweise über den Bereich der Druckkammern (18) hinaus erstrecken, und daß die elektrischen Anschlüsse (14) außerhalb des Bereichs der Druckkammern mit den Elektroden (13) verbunden sind.
2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Druckkammern (18, 18a) liegenden Erhebungen (12, 12a) der Piezokeramikplatte (10) quadratisch oder rautenförmig ausgebildet sind.
3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern (18) matrixförmig angeordnet sind, und daß jeder Druckkammer auf der anderen Seite des Grundkörpers (19) eine Düse (23) direkt gegenüberliegt.
4. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikplatte (10) weitere mit schichtförmigen Elektroden (15) versehene Erhebungen (16) trägt, die zwischen den Druckkammern (18) liegen.
5. Tintenstrahldruckkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezokeramikplatte (10) auf der den Erhebungen (12, 16) abgewandten Seite eine galvanisch auf sie aufgebrachte Membranplatte (9) trägt.
6. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranplatte (9) aus einer Nickelschicht besteht.
7. Tintenstrahldruckkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabmessungen der Erhebungen (12, 16) etwa 0,4 mm bis 0,6 mm betragen, während die Membranplatte (9) eine Dicke von ca. 50/um besitzt.
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