EP0581395A2 - Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0581395A2
EP0581395A2 EP93250012A EP93250012A EP0581395A2 EP 0581395 A2 EP0581395 A2 EP 0581395A2 EP 93250012 A EP93250012 A EP 93250012A EP 93250012 A EP93250012 A EP 93250012A EP 0581395 A2 EP0581395 A2 EP 0581395A2
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EP
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chamber
parts
ink
chambers
nozzles
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EP0581395B1 (de
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Wolfgang Dr. Thiel
Stephan Günther
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Francotyp Postalia GmbH
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49401—Fluid pattern dispersing device making, e.g., ink jet

Definitions

  • the invention relates to an ink jet print head of the type specified in the preamble of claim 1 and a method for its production.
  • Such an ink jet printhead can be used in small, fast printers. These are used, for example, for franking machines for franking mail.
  • ink jet printheads are constructed according to the edge shooter or face shooter principle (First annual ink jet printing workshop, March 26-27, 1992, Royal Sonesta Hotel, Cambridge, Massachusetts). Efforts have been made to minimize the dimensions of the chambers to increase the nozzle density. The nozzle chambers have also been arranged in a concentrated manner towards the front edge. However, this principle only makes sense for inkjet modules with a few nozzles in a row and fails with a large number of nozzles.
  • a nozzle plate was then placed in front of a one-piece, multi-chamber ink jet printhead.
  • the chambers are no longer parallel to each other with the smaller chamber area, but now with the larger chamber area.
  • the piezo crystals form the chamber walls (shared wall concept, Ink Jet Printing Conference, November 11-13, 1991).
  • DE 34 45 761 A1 discloses a method for producing a transducer arrangement from a single plate of a transducer material. After coating the lower plate surface with a membrane layer, material is removed from the upper surface in order to produce separate areas which are arranged on the membrane above each pressure chamber (area 25.4 mm * 2.54 mm). This eliminates the need for an adhesive bond between the transducer material and the membrane and the uniformity of all distances is improved. The resulting nozzle spacing is, however, relatively large.
  • Such an offset arrangement of two rows of nozzles is also known for an edge shooter module - shown in FIG. 2 (First Annual Ink Jet Printing Workshop, March 26-27, 1992, Royal Sonesta Hotel, Cambridge, Massachusetts).
  • a module consists of a total of only three parts (glass pieces), a central part with openings and two side parts, each with a row of ink chambers and a row of nozzles on the front side of the respective side part.
  • the two rows of ink chambers and the rows of nozzles on the front of the respective side part are offset from one another, which again brings with it the disadvantages already mentioned when assembling the module and when actuating.
  • an ink jet print head having an in-line module with an edge ejection is proposed .
  • the invention is based on the fact that when the edges are ejected, the row of nozzles with a high number of nozzles can be accommodated in a side part of a module. For the first time, a higher nozzle density can be achieved in the manner according to the invention, completely independently of the dimensions of the ink chambers.
  • the dimensions of the ink chambers can now even be increased without reducing the nozzle density.
  • the ink jet print head is made up of several modules, only one of the modules carrying the row of nozzles or consisting of a multi-part module. It is furthermore provided that the end edge of the chamber-bearing part, which carries the row of nozzles, is arranged at the edge or in the middle of a module.
  • the process for manufacturing the inkjet printhead is based on the CAD development of a printhead design and a mask production for a photosensitive glass plate.
  • the masked glass plates are exposed at least once to radiation with a corresponding wavelength of UV light with subsequent heat treatment.
  • the areas to be removed are then removed (etched out) from the plate and then the individual parts for the middle part and the parts carrying the chambers are separated.
  • the duration of the etching bath determines the layer thickness of the removed material.
  • nozzle channels and the cavities (chambers) and the outer edge of the module are specially treated before the printhead is contacted and installed.
  • FIG. 1b shows the known principle of a face shooter ink jet ink jet print head in a perspective view. It consists of a module, in the base of which two nozzle groups 1.1 and 1.2 offset in the z direction lie in a row. A group of ink chambers 101 and 102 for the nozzle group 1.1 and for the offset nozzle group 1.2 is supplied with ink from a suction chamber 151 and 152, respectively.
  • FIG. 1 c shows a perspective view of the principle according to the invention of an edge shooter ink jet in-line print head (ESIJIL). It consists of a module, on the end face of which k ⁇ 2 nozzle groups 1.1, 1.2, etc., which are horizontally offset from one another, lie in a row.
  • the ink flow from the chamber groups 101-104 in the volume of the module is directed to the front edge of the first chamber-bearing part, which forms a side part of the module.
  • the chambers of a group 101-104 are staggered in the y-direction and their associated outgoing ink channels are guided to the printing edge in such a way that they form nozzles 1.1-1.4 which are in a row but nevertheless have a very short distance.
  • FIG. 1c This is achieved in FIG. 1c in which the outgoing ink channels have a certain lateral offset in the z direction.
  • the chambers 101-104 themselves can have this lateral offset in the z direction.
  • the arrangement of such arrangements finally results in the desired number of nozzles in a row.
  • the lateral spacing of the nozzles in the z direction is much smaller than the lateral spacing of two chambers 101 and 101 or 102 and 102 adjacent in the z direction, etc.
  • the ink drops are made from Nozzles ejected in the x direction.
  • the axes x, y, z are orthogonal to each other.
  • the addition of further chambers 105, 106 etc. in the y direction is possible in principle and is only limited by the effort.
  • the inventive principle already has its positive effect, namely the formation of only one row of nozzles with a minimal nozzle spacing, with two chamber groups 101 and 102.
  • FIG. 2 The construction of a known two-row edge shooter ink jet module shown in FIG. 2 consists of 3 ceramic or glass parts.
  • a first part which bears a first chamber group on its left side, is connected via a middle part to a second part, which bears a second chamber group on its right side, in the y direction such that the chambers lie against the inside of the middle part and laterally to one another are offset (horizontally).
  • Each chamber is connected to a suction chamber via a first channel and to the front edge of the module via a second channel.
  • Each of the second channels forms a nozzle. It is relatively difficult to exactly maintain the distance between the two rows of nozzles.
  • the middle part has a first opening which connects the suction spaces of both outer parts to one another and to an ink supply opening. There are also openings for the fasteners.
  • An ink chamber group 101 and the suction space 15 are located on the left side of the first part 2, which is not visible in FIG. 3.
  • the part 4 containing the second chambers does not carry any nozzles but only the second ink chamber group 102, which is supplied with ink via the second openings 14 of the middle part 3.
  • the associated nozzles are connected to the ink chambers of the second part 4 via the third openings in the middle part 3.
  • Parts 2 - 4 are assembled in the direction of the y-axis.
  • the X-ray image of the ESIJIL printhead module according to the invention shown in FIG. 4 in plan view illustrates the in-line arrangement of the nozzles and the lateral offset of the ink chamber groups 101 of the first chamber-bearing part 2 and the group 102 of the second chamber-bearing part 4 the position of the first opening 18 in the middle part 3 to the ink supply opening 16 and the suction space 15, the second openings 14 which are in communication with the suction space 15 and the third openings 9 which supply the ink to the nozzles of the second nozzle group 1.2. It is contemplated that the nozzles of nozzle group 101 alternate with the nozzles of nozzle group 102 within the row of nozzles.
  • FIG. 5a A detail of the X-ray image from FIG. 4 is shown enlarged in FIG. 5a.
  • the chambers 11 of the first chamber group 101 located in the first part 2 are assigned nozzles of the first nozzle group 1.1 in the same part 2.
  • the chamber 11 is supplied with ink from a suction chamber 15 via one of the channels 13.
  • a corresponding section on the line AA through the drawing in Figure 5a is shown in Figure 5b.
  • the chambers 12 of the second chamber group 102 located in the second part 4 are assigned nozzles of the second nozzle group 1.2 in the other chamber-carrying part 2, as can be seen from the section BB shown in FIG. 5c.
  • Ink passes from the suction chamber 15 located in the first chamber-bearing part 2 via a other of the channels 13 and via one of the second openings 14 located in the middle part 3 into the chamber 12 of the second chamber-bearing part 4. From the chamber 12 to the corresponding nozzle in the first chamber-bearing part 2 there is a connection via a respective one third opening 9 in the middle part 3.
  • FIG. 6a, b, c and d show a second variant of the solution according to the invention.
  • FIG. 6a shows a top view of a detail as an X-ray image
  • FIG. 6d shows a front view of a print head as an X-ray image. Sections C-C, D-D and E-E are superimposed on the x-ray image in the view in FIG. 6d. The position of the ink chamber groups 101, 102, 103 and 104 can be seen from this in connection with FIG. 6a.
  • FIG. 6b shows a superimposition of sections through the lines A-A and A1-A1 of FIGS. 6a and 6d.
  • FIG. 6c shows a superimposition of sections through the lines B-B and B1-B1 of FIGS. 6a and 6d.
  • a respective second nozzle group 1.2 in the first part is connected to a chamber 12 of the second chamber group 102 in the second chamber-carrying part, which is arranged offset with respect to a chamber 11 of the first chamber group 101 of the first chamber-carrying part 2, the second chamber group 102 passing through Openings 14 in the center piece 3 is supplied with ink.
  • second openings 14 in the center piece 3 for supplying the second nozzle group 1. 2 with ink.
  • openings 9 in the respective middle piece are openings 10 in the first chamber-carrying part and a connection of the second chambers supporting part for connecting the chambers of each second chamber group 102 with the nozzle channels of the second nozzle group 1.2 in the first chamber-carrying part.
  • the ink chambers 11, 12 are supplied in each of the first and second chamber-carrying parts from a common suction chamber 15 in the first chamber-carrying part.
  • the ink is supplied to the suction chamber 15 via an opening 16 in that part 2 which forms a side part of the print head, and via corresponding openings 18, 22 in the respective center piece and further openings 17, 19, 21 in the parts 2, 4, 6 carrying the chambers and an opening 20 in the spacer 5.
  • a piezoelectric element 31 - not shown in Figures 1 to 6a - serves as a well-known means for driving ink out of a chamber and can be arranged on the chamber surface or in the chamber in order to exert a pressure on the flexible chamber wall when it is excited To exert ink liquid in the chamber, causing an ink jet to emerge from the nozzle connected to the chamber.
  • Such a piezoelectric element 31 is arranged on the chamber surface in FIGS. 6b, 6c and 6d.
  • the chamber 12 is separated from the element 31 by a thin layer 30 consisting of the material of the chamber-carrying part 4, which is so elastic that the bending energy of the element 31 is only insignificantly damped.
  • a spacer 5 has a corresponding recess 32 for the piezoelectric element 31.
  • an elongated opening in the chambers-carrying parts are each provided with a correspondingly rotated by 90 o in the elongated aperture Middle parts and spacers are connected.
  • An inkjet print head constructed from such individual modules has no tolerance problems when assembling.
  • the shape of the openings can be oval or an elongated hole, the small diameter of the openings determining the passage cross section for the ink flow. If there is a greater deviation from the round or rectangular cross section, the openings 9 and 10 can also be arranged in two rows on lines C-C and D-D.
  • a module is composed of 3 parts each and is provided with piezoelectric elements and contacted.
  • a second module is joined together with the first module via a spacer 5 to form an ESIJIL printhead, the second module with parts 6, 7, 8 not having any nozzles, but only corresponding openings which correspond to the openings provided in parts 2 , 3, 4 of the first module are connected.
  • an ESIJIL printhead is built from a single, multi-part module.
  • FIG. 7a shows a front view with the in-line nozzle row and
  • FIG. 7b shows an X-ray image of the front view or an overlay of the sections through the lines C-C and E-E. All third openings lie on this line C-C. There are no further openings on a line D-D. It can be seen that the nozzle dimensions alone determine the maximum number of nozzles in the row. If there is a need for enlarged chamber dimensions, only the volume of the print head would have to be increased. Of course, it is also possible, if required, to solve higher tolerance requirements by means of the measures with third openings on a line D-D explained in FIG. 6.
  • the spacer parts are in two parts and consist of the same material as the piezoelectric elements (marked in black). These elements are worked out from the piezoelectric material, which is arranged on the chamber surface, but the edge is retained and cavities 32 are formed only in the immediate vicinity of the elements 31. Ink supply openings as well as second and third openings are worked out in the edge. After the piezoelectric elements are worked out, these are contacted, conductor tracks also being able to run on the chamber bottom and / or outside on the layer 30.
  • the chambers and the through bores in the individual parts can be produced in a further variant of the production process in one step.
  • Another possibility is UV exposure with different intensities.
  • the plate then has a different sensitivity during etching in different areas.
  • the dividing line between the individual parts is also etched, which simplifies subsequent separation.
  • the mask to be applied contains recessed areas for the chambers and the bores at the same time. After the etching, fine grinding takes place to the final dimension when the thickness of the layer 30 on the chamber bottom is reached.
  • the production of the ink nozzles and the piezoelectric elements, as well as the edge production takes place on the above. known way.
  • the bottom of the chamber is used for contacting.
  • the plate is divided into individual parts, which are then assembled into a module.
  • piezoelectric elements are also fitted or contacted only or the back of the chamber surface.
  • the middle parts can also be provided with conductor tracks. This means that cables can be routed from the other layers to the upper layers of the module without crossing, even if a large number of elements have to be contacted.
  • the individual module parts are aligned and annealed, with a phase transition from amorphous to crystalline. It is contemplated that spacers lie or are additionally arranged between the modules and that the spacer parts are produced from the plate material or from a layer of piezoelectric material applied to the surface of the plate, structuring being carried out by etching.
  • a printhead can be assembled from several modules or consists of only one module that has external conductor tracks that are contacted externally. The printhead is then housed in a housing and can be tested for functionality to remove faulty copies.
  • the plate material or a part of the individual parts consists of a photosensitive ceramic. Glass parts and / or ceramic parts can also be connected to one another by an adhesive connection.
  • the invention is not limited to the present embodiment. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

Tintenstrahldruckkopf nach dem Edge-Shooter-Prinzip, wobei ein Kammern tragendes Teil mit Mitteln zum Zuführen und zum Austreiben von Tinte aus jeweils einer Düse zugeordneten Kammer ausgerüstet ist. In jedem Kammern tragenden Teil ist eine Gruppe von Kammern auf der einem Mittelteil zugewandten Seite angeordnet und eine einzige Düsenreihe, die zu k Kammergruppen (101, 102, 103, 104, ...) gehörige Düsengruppen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, ...) aufweist, liegt an der Stirnkante eines ersten Kammern tragenden Teiles. Die erste Düsengruppe (1.1) ist mit der in demselben Teil gelegenen Kammergruppe (101) und die übrigen k-1 Düsengruppen (1.2, 1.3, 1.4, ...) sind mit den zugehörigen Kammergruppen (102, 103, 104, ...) verbunden, wobei die Kammergruppen aus einem Ansaugraum (151, 152, 153, 154) mit Tinte versorgt werden und in anderen vertikal versetzt angeordneten Kammern tragenden Teilen liegen. Nach einer Vorbehandlung des Plattenmaterials, aus welchem der Druckkopf sich aufbaut, erfolgt ein Maskieren und Ätzen der Platten in einem parallelen Plattenbearbeitungsprozeß für alle Einzelteile. Separierte fertiggestellte Einzelteile werden zu einem Modul verbunden und kontaktiert. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
  • Ein solcher Tintenstrahldruckkopf kann in kleinen schnellen Druckern eingesetzt werden. Solche werden beispielsweise für Frankiermaschinen zum Frankieren von Postgut verwendet.
  • Es ist bekannt, daß Tintenstrahldruckköpfe nach dem Edge-shooter- oder nach dem Face-shooter-Prinzip aufgebaut sind (First annual ink jet printing workshop, March 26-27, 1992, Royal Sonesta Hotel, Cambridge, Massachusetts). Bisher wurden Anstrengungen unternommen, die Abmaße der Kammern zu minimieren, um die Düsendichte zu erhöhen. Auch wurden bereits die Düsenkammern zur Stirnkante hin konzentriert angeordnet. Jedoch ist dieses Prinzip nur bei Tintenstrahlmodulen mit wenigen Düsen in einer Reihe sinnvoll und versagt bei einer hohen Anzahl von Düsen.
  • Es ist hinlänglich bekannt, daß eine erste Generation von Tintenstrahldruckköpfen nach dem Edge-shooter-Prinzip aus einzelnen Impulsstrahlern aufgebaut waren, die aus einer länglichen Tintenkammer mit rechteckigen Querschnitt und einem darüber angeordneten aufgeklebten Piezokristall bestehen (BIS CAP Ink Jet Printing Conference, Monterey, California, 11-13.November 1991).
  • Bei einer späteren Generation wurde dann eine Düsenplatte vor einen einstückigen Tintenstrahldruckkopf, der mehrere Kammern aufweist, angeordnet. Die Kammern liegen nicht mehr mit der kleineren Kammerfläche, sondern nunmehr mit der größeren Kammerfläche parallel nebeneinander. Die Piezokristalle bilden dabei die Kammerwände (shared wall concept, Ink Jet Printing Conference, 11-13.November 1991).
  • Aus der DE 34 45 761 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Wandleranordnung aus einer einzelnen Platte eines Wandlerwerkstoffes bekannt. Nach dem Beschichten der unteren Plattenoberfläche mit einer Membranschicht erfolgt eine Materialentfernung aus der oberen Oberfläche, um getrennte Bereiche zu erzeugen, die auf der Membran oberhalb jeder Druckkammer (Fläche 25,4 mm * 2,54 mm) angeordnet sind. Damit entfällt die Notwendigkeit mittels Klebstoff eine Haftverbindung zwischen Wandlerwerkstoff und Membran herzustellen und die Gleichmäßigkeit aller Abstände wird verbessert. Der resultierende Düsenabstand ist jedoch relativ groß.
  • Weiterhin ist aus der US 46 80 595 ein Face-shooter mit einer Düsenlinie zwischen zwei Gruppen von Tintenkammern bekannt, der eine verdoppelte Düsendichte aufweist. Jeder rechteckigen Druckkammer sind ein Versorgungskanal und eine Düse sowie eine Schwingplatte mit piezokeramischem Element zugeordnet. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die in der Tintenzuführung und in jeder Kammer auftretenden Druckwellen ein Übersprechen auf weitere Druckkammern bewirken können. Nur durch sehr aufwendige Maßnahmen kann dieses Übersprechen nachträglich beseitigt werden. Ein weiterer Nachteil ist, daß diese Tintenstrahldruckköpfe in einem aufwendigen und teuren Herstellungsprozeß hergestellt werden müssen.
  • Aus der US 47 03 333 ist auch bekannt, solche aus schräg übereinander versetzt angeordneten Face-shooter-Modulen aufgebauten Tintenstrahldruckköpfe für eine geneigte Anordnung zur Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers herzustellen. Tintenstrahldruckköpfe mit einer geneigten Anordnung zur Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers erzeugen eine gleichmäßigere Aufzeichnung auch bei schwankender Dicke des Aufzeichnungsträgers. Die Herstellung solcher Druckköpfe erfordert jedoch eine Vielzahl von Herstellungsschritten. Es ist schwierig, die erforderliche Genauigkeit bei einem solch aufwendigen Gesamtaufbau jedes Druckkopfes zu garantieren. Ebenfalls aufwendig gestaltet sich auch die beim Betrieb erforderliche elektrische Ansteuerung solcher Druckköpfe mit gegeneinander versetzten Düsenreihen.
  • Die bereits beim Face-shooter-ink-jet-Modul mit zwei symmetrisch zur Düsenlinie angeordneten Gruppen von Tintenkammern erreichte doppelte Düsendichte in einer Reihe wird bisher bei Edge-shooter-ink-jet-Modulen mit einer Düsenreihe nicht erreicht. Um die doppelte Abbildungsdichte zu erreichen, werden mehrere Düsenreihen zueinander horizontal und vertikal versetzt angeordnet.
  • Eine solche versetzte Anordnung von zwei Düsenreihen ist auch bei einem - in der Figur 2 gezeigten - Edge-shooter-Modul bekannt (First Annual Ink Jet Printing Workshop, March 26-27, 1992, Royal Sonesta Hotel, Cambridge, Massachusetts). Ein derartiger Modul besteht aus insgesamt nur drei Teilen (Glasstücken), einem Öffnungen aufweisenden Mittelteil und zwei Seitenteilen mit jeweils einer Reihe an Tintenkammern und einer Düsenreihe an der Stirnseite des jeweiligen Seitenteils. Die beiden Reihen an Tintenkammern und die Düsenreihen an der Stirnseite des jeweiligen Seitenteils sind dabei zueinander versetzt, was wieder die bereits genannten Nachteile beim Zusammenfügen des Moduls und bei der Ansteuerung mit sich bringt.
  • Diese Nachteile verschärfen sich noch zusätzlich, wenn ein Tintendruckkopf aus mehreren solchen Modulen zusammengesetzt ist. So muß der Versatz der einzelnen Düsenreihen exakt gleich sein. Außerdem wäre jeder Modul einzeln jeweils über eine Tintenzuführungsleitung und jeweils einen Filter an einen Tintenvorratsbehälter anzuschließen.
  • Bei einer gegeneinander versetzten Anordnung von zwei Reihen mit jeweils einer geringen Düsendichte in jeder Reihe sind aufgrund einer erforderlichen Mindestgröße der Tintenkammer die minimalen Abstände zwischen den Düsen nicht weiter reduzierbar.
  • Herstellungsbedingt ist es unmöglich, für alle Düsen eine gleichbleibende Düsengröße zu erreichen, denn es müssen Kanäle in separate Glasstücke geätzt werden. Bereits geringe Größen- oder Materialunterschiede zwischen den Glasstücken führen zu Abweichungen der Düsenform und Position.
  • Es ist Aufgabe, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und einen Ink-jet-Druckkopf mit einer hohen Düsendichte pro Reihe und dafür ein Herstellungsverfahren mit niedrigen Herstellungskosten zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Ausgehend von der Zielstellung, Tintenstrahldruckköpfe für eine geneigte Anordnung zur Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers herzustellen, um eine gleichmäßigere Aufzeichnung auch bei schwankender Dicke des Aufzeichnungsträgers zu erzeugen, wird ein Ink-jet-Druckkopf, der einen In-Line-Modul mit einem Kantenausstoß aufweist, vorgeschlagen.
  • Die Erfindung geht davon aus, daß beim Kantenausstoß die Düsenreihe mit einer hohen Düsenzahl in einem Seitenteil eines Moduls untergebracht werden kann. Erstmalig ist auf erfindungsgemäße Weise eine höhere Düsendichte, völlig unabhängig von den Abmaßen der Tintenkammern, erreichbar.
  • Die Abmaße der Tintenkammern können nun sogar vergrößert werden, ohne daß die Düsendichte vermindert wird.
  • Die weiteren Vorteile neben der erhöhten Düsendichte des Edge-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopfes (ESIJIL-Druckkopf) sind:
    • Durch die in demselben Glasstück angeordneten Düsen, ist es möglich, für alle Düsen eine gleichbleibende Düsengröße und einen gleichen Abstand zu erreichen. Das ist dann der Fall, wenn vor dem Diffusions-Bond-Prozeß entsprechende Kanäle in das das Seitenteil des Moduls bildende Glasstück geätzt werden. Das reduziert auch die Herstellungskosten.
    • Gegenüber der üblichen Konstruktion mit einer horizontalen Ausrichtung von zwei Reihen von Düsen ist ein Überlappen des jeweils zweiten Kammern tragenden Teils mit einer versetzten Kammergruppe mit größerer Toleranz möglich.
    • Die erfindungsgemäße vertikale Ausrichtung des Teils mit den Düsen und eines Kammern tragenden Teils mit einer seitlich versetzten Kammergruppe ist unkritisch, da alle Düsen nur auf einer Seite des Druckkopfes sind. Dies reduziert auch die Kosten.
    • Die Düsenreihe macht es in unaufwendiger Weise möglich, den Druckkopf in einer geneigten Anordnung zum Aufzeichnungsträger anzuordnen.
    • Die elektrische Ansteuerung des Tintenstrahldruckkopfes kann einfacher ausgeführt werden, weil keine Kompensation des Düsenreihenabstandes durch zeitliche Staffelung der Drucksteuersignale erforderlich ist.
  • Es ist vorgesehen, daß der Tintenstrahldruckkopf aus mehreren Modulen aufgebaut ist, wobei nur einer der Module die Düsenreihe trägt oder aus einem mehrteiligen Modul besteht. Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Stirnkante des Kammern tragenden Teils, das die Düsenreihe trägt, am Rand oder in der Mitte eines Moduls angeordnet ist.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahldruckkopfes, geht von der CAD-Entwicklung eines Druckkopfdesigns und einer Maskenherstellung für eine photosensible Glasplatte aus.
  • Zur Erzeugung der gegen Ätzmittel empfindlichen aus der Glasplatte zu entfernenden Teile werden die maskierten Glasplatten mindestens einmal einer Bestrahlung mit UV-Licht entsprechender Wellenlänge mit anschließender Wärmebehandlung ausgesetzt.
  • In einem parallelen Bearbeitungsprozeß werden dann die zu entfernenden Bereiche aus der Platte entfernt (herausgeätzt) und danach die Einzelteile für das Mittelteil und die Kammern tragenden Teile separiert.
  • Anschließend erfolgen gesonderte Herstellungsverfahrensschritte für die Kammern tragenden Teile, um die Tintenkammern und die Düsen herzustellen. Die Dauer des Ätzbades bestimmt dabei die Schichtdicke des entfernten Materials.
  • Jeweils drei Einzelteile, bestehend aus jeweils zwei Kammern tragenden Teilen und einem Mittelteil, werden ausgerichtet und aneinandergeheftet sowie anschließend getempert.
  • Zum Abschluß erfolgt eine Sonderbehandlung der Düsenkanäle und der Hohlräume (Kammern) und der Außenkante des Moduls, bevor der Druckkopf kontaktiert und montiert wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
    • Figur 1a,
    Prinzip eines Edge-Shooter-Ink-Jet-Druckkopfes nach dem Stand der Technik
    Figur 1b,
    Prinzip eines Face-Shooter-Ink-Jet-Druckkopfes nach dem Stand der Technik
    Figur 1c,
    Prinzip des erfindungsgemäßen Aufbaues eines Edge-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopfes
    Figur 2,
    Aufbau eines Edge-Shooter-Ink-Jet-Druckkopfes nach dem Stand der Technik
    Figur 3,
    Aufbau des erfindungsgemäßen ESIJIL-Druckkopfes in einer ersten Variante
    Figur 4,
    Röntgenbild des erfindungsgemäßen ESIJIL-Druckkopfes in Draufsicht,
    Figur 5a,
    Detail des Röntgenbildes
    Figur 5b,
    Schnitt durch die Linie A-A
    Figur 5c,
    Schnitt durch die Linie B-B
    Figur 6a,
    Detail des Röntgenbildes einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen ESIJIL-Druckkopfes in Draufsicht,
    Figur 6b,
    Schnitt durch die Linie A-A
    Figur 6c,
    Schnitt durch die Linie B-B
    Figur 6d,
    Röntgenbild der Frontansicht
    Figur 7a,
    Frontansicht einer dritten Variante des erfindungsgemäßen ESIJIL-Druckkopfes,
    Figur 7b,
    Röntgenbild der Frontansicht nach Figur 7a
    Figur 8,
    Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen ESIJIL-Druckkopfes,
    In der Figur 1a ist das bekannte Prinzip eines Edge-shooter-Tintenstrahldruckkopfes in perspektivischer Ansicht dargestellt. Er besteht aus einem Modul, an dessen Stirnseite zwei zueinander in y-Richtung versetzte Düsenreihen liegen. Dabei gehört zur Düsengruppe 1.1 der ersten Reihe eine erste Gruppe 101 an Tintenkammern und zur Düsengruppe 1.2 der zweiten Reihe eine Gruppe 102 an Tintenkammern.
  • In der Figur 1b ist das bekannte Prinzip eines Face-Shooter-Ink-Jet-Tintenstrahldruckkopfes in perspektivischer Ansicht dargestellt. Er besteht aus einem Modul, in dessen Grundfläche zwei zueinander in z-Richtung versetzte Düsengruppen 1.1 und 1.2 in einer Reihe liegen. Aus einen Ansaugraum 151 bzw. 152 wird jeweils eine Gruppe an Tintenkammern 101 bzw. 102 für die Düsengruppe 1.1 bzw. für die versetzten Düsengruppe 1.2 mit Tinte versorgt.
  • Die Figur 1c zeigt in perspektivischer Ansicht das erfindungsgemäße Prinzip eines Edge-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopfes (ESIJIL). Er besteht aus einem Modul, an dessen Stirnseite k≧2 zueinander horizontal versetzte Düsengruppen 1.1, 1.2 usw. in einer Reihe liegen. Der Tintenfluß von den Kammergruppen 101 - 104 im Volumen des Moduls wird an die Stirnkante des ersten Kammern tragenden Teils, welches quasi ein Seitenteil des Moduls bildet, geleitet. Die Kammern einer Gruppe 101 - 104 sind dabei in y-Richtung gestaffelt und deren zugehörige abgehende Tintenkanäle werden so an die Druckkante geführt, daß sie Düsen 1.1 - 1.4 bilden, die in einer Reihe liegen aber dennoch einen sehr geringen Abstand haben. In der Figur 1c ist dies erreicht, in dem die abgehenden Tintenkanäle einen gewissen seitlichen Versatz in z-Richtung aufweisen. Ebenso können in einer anderen Ausführungsvariante die Kammern 101 - 104 selbst diesen seitlichen Versatz in z-Richtung aufweisen. Die Aneinanderreihung derartiger Anordnungen ergibt schließlich die gewünschte Zahl an Düsen in einer Reihe. In Fig. 1c sind der Übersicht halber nur zwei solche Anordnungen gezeichnet. Der seitliche Abstand der Düsen in z-Richtung ist dabei viel kleiner als der seitliche Abstand zweier in z-Richtung benachbarter Kammern 101 und 101 oder 102 und 102 usw. Die Tintentropfen werden aus den Düsen in x-Richtung ausgestoßen. Die Achsen x, y, z stehen jeweils orthogonal zueinander. Das Hinzufügen weiterer Kammern 105, 106 usw. in y-Richtung ist prinzipiell möglich, und lediglich vom Aufwand begrenzt. Seine positive Wirkung, nämlich Bildung nur einer Düsenreihe mit minimalem Düsenabstand, entfaltet das erfinderische Prinzip bereits mit 2 Kammergruppen 101 und 102.
  • Der Aufbau eines bekannten -in der Figur 2 gezeigtenzweireihigen Edge-Shooter-Ink-Jet-Moduls besteht aus 3 Keramik- oder Glasteilen. Ein erstes Teil, welches auf seiner linken Seite eine erste Kammergruppe trägt, wird über ein Mittelteil mit einem zweiten Teil, welches auf seiner rechten Seite eine zweite Kammergruppe trägt, so in y-Richtung verbunden, daß die Kammern innen am Mittelteil anliegen und zueinander seitlich (horizontal) versetzt sind. Jede Kammer ist über einen ersten Kanal mit einem Ansaugraum und mit einem zweiten Kanal mit der Stirnkante des Moduls verbunden. Jeder der zweiten Kanäle bildet eine Düse. Es ist relativ schwierig, den Abstand der beiden Düsenreihen exakt einzuhalten. Abweichungen führen aber bei konstanter zeitlicher Ansteuerung der beiden Düsenreihen zu Abweichungen im Druckbild, wodurch die Druckqualität gemindert wird. Das Mittelteil weist eine erste Öffnung auf, die die Ansaugräume beider Außenteile miteinander und mit einer Tintenzuführungsöffnung verbindet. Außerdem sind Öffnungen für die Befestigungsmittel vorhanden.
  • Der in der Figur 3 gezeigte Modul einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen ESIJIL-Druckkopfes (k=2) besteht ebenfalls aus 3 Teilen, wobei jedoch das erste Kammern enthaltene Teil 2 alle Düsen 1 trägt, wobei das Mittelteil 3 eine Anzahl an zweiten und dritten Öffnungen 14 und 9 zusätzlich zu der ersten Öffnung 18, welche die Tintenzuführungsöffnung 16 mit einem in der Figur 3 nicht dargestellten Ansaugraum 15 verbindet, aufweist. Eine Tintenkammergruppe 101 und der Ansaugraum 15 befinden sich auf der in der Figur 3 nicht sichtbaren linken Seite des ersten Teils 2. Das zweite Kammern enthaltene Teil 4 trägt keine Düsen sondern nur noch die zweite Tintenkammergruppe 102, welche über die zweiten Öffnungen 14 des Mittelteils 3 mit Tinte versorgt wird. Die zugehörigen Düsen sind über die dritten Öffnungen des Mittelteils 3 mit den Tintenkammern des zweiten Teils 4 verbunden. Die Teile 2 - 4 werden in Richtung der y-Achse montiert.
  • Das in der Figur 4 gezeigte Röntgenbild des erfindungsgemäßen ESIJIL-Druckkopf-Modules in Draufsicht verdeutlicht die In-Line-Anordnung der Düsen und den seitlichen Versatz der Tintenkammergruppen 101 des ersten Kammern tragenden Teiles 2 und der Gruppe 102 des zweiten Kammern tragenden Teiles 4, zeigt die Lage der ersten Öffnung 18 im Mittelteil 3 zu der Tintenzuführungsöffnung 16 und zum Ansaugraum 15, der zweiten Öffnungen 14, die mit dem Ansaugraum 15 in Verbindung stehen und der dritten Öffnungen 9, die die Tinte den Düsen der zweiten Düsengruppe 1.2 zuführen. Es ist vorgesehen, daß die Düsen der Düsengruppe 101 mit den Düsen der Düsengruppe 102 innerhalb der Düsenreihe alternieren.
  • In der Figur 5a ist ein Detail des Röntgenbildes aus der Figur 4 vergrößert dargestellt. Den im ersten Teil 2 gelegenen Kammern 11 der ersten Kammergruppe 101 sind Düsen der ersten Düsengruppe 1.1 in demselben Teil 2 zugeordnet. Aus einem Ansaugraum 15 wird die Kammer 11 über einen der Kanäle 13 mit Tinte versorgt. Ein entsprechender Schnitt auf der Linie A-A durch die Zeichnung in Figur 5a ist in der Figur 5b dargestellt. Den im zweiten Teil 4 gelegenen Kammern 12 der zweiten Kammergruppe 102 sind Düsen der zweiten Düsengruppe 1.2 im anderen Kammern tragenden Teil 2 zugeordnet, wie aus dem in der Figur 5c gezeigten Schnitt B-B ersichtlich ist. Aus dem im ersten Kammern tragenden Teil 2 gelegenen Ansaugraum 15 gelangt Tinte über einen anderen der Kanäle 13 und über eine der im Mittelteil 3 gelegenen zweiten Öffnungen 14 in die Kammer 12 des zweiten Kammern tragenden Teils 4. Von der Kammer 12 zur entsprechenden in dem ersten Kammern tragenden Teil 2 gelegenen Düse der Düsengruppe 12 besteht eine Verbindung über jeweils eine dritte Öffnung 9 im Mittelteil 3.
  • Die Figur 6a, b, c und d zeigen eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Lösung. In der Figur 6a ist wieder eine Draufsicht auf ein Detail als Röntgenbild und in Figur 6d ist hierzu eine Vorderansicht eines Druckkopfes als Röntgenbild dargestellt. Dem Röntgenbild werden Schnitte C-C, D-D und E-E in der Ansicht Figur 6d überlagert. Daraus wird in Verbindung mit der Figur 6a die Lage der Tintenkammergruppen 101, 102, 103 und 104 ersichtlich. Die Figur 6b zeigt eine Überlagerung von Schnitten durch die Linien A-A und A1-A1 der Figuren 6a und 6d. Die Figur 6c zeigt eine Überlagerung von Schnitten durch die Linien B-B und B1-B1 der Figur 6a und 6d.
  • Die In-Line-Düsengruppen 1.1 - 1.4 von k=4 Kammergruppen 101,102,103, 104 befinden sich in einem jeweils ersten Teil 2, welches selbst nur eine erste 101 der k=4 Kammergruppen aufweist. Eine jeweils zweite Düsengruppe 1.2 im ersten Teil steht in Verbindung mit einer Kammer 12 der zweiten Kammergruppe 102 im zweiten Kammern tragenden Teil, die gegenüber einer Kammer 11 der ersten Kammergruppe 101 des ersten Kammern tragenden Teils 2 versetzt angeordnet ist, wobei die zweite Kammergruppe 102 durch Öffnungen 14 im Mittelstück 3 mit Tinte versorgt wird.
  • Erfindungsgemäß sind im Mittelstück 3 zweite Öffnungen 14 zur Versorgung der zweiten Düsengruppe 1.2 mit Tinte vorhanden. Gegenüber den Öffnungen 9 in dem jeweiligen Mittelstück sind Öffnungen 10 im jeweils ersten Kammern tragenden Teil und eine Verbindung des zweiten Kammern tragenden Teils zur Verbindung der Kammern der jeweils zweiten Kammergruppe 102 mit den Düsenkanälen der zweiten Düsengruppe 1.2 im jeweils ersten Kammern tragenden Teil vorhanden.
  • Aus jeweils einem gemeinsamen Ansaugraum 15 im jeweils ersten Kammern tragenden Teil erfolgt die Versorgung der Tintenkammern 11, 12 im jeweils ersten und jeweils zweiten Kammern tragenden Teil. Die Tintenzuführung zum Ansaugraum 15 geschieht über eine Öffnung 16 in demjenigen Teil 2, welches ein Seitenteil des Druckkopfes bildet, und über entsprechende Öffnungen 18, 22 im jeweiligen Mittelstück und weiteren Öffnungen 17, 19, 21 in den Kammern tragenden Teilen 2, 4, 6 und einer Öffnung 20 im Abstandsteil 5.
  • Ein - in den Figuren 1 bis 6a nicht gezeigtes - piezoelektrisches Element 31 dient als hinlänglich bekanntes Mittel zum Austreiben von Tinte aus einer Kammer und kann auf der Kammeroberfläche oder in der Kammer angeordnet sein, um bei seiner Erregung einen Druck über die nachgiebige Kammerwand auf die Tintenflüssigkeit in der Kammer auszuüben, was zum Austritt eines Tintenstrahls aus der an die Kammer angeschlossene Düse führt. In den Figuren 6b, 6c und 6d ist ein solches piezoelektrisches Element 31 auf der Kammeroberfläche angeordnet. So ist z.B. die Kammer 12 von dem Element 31 durch eine dünne aus dem Material des Kammern tragenden Teils 4 bestehenden Schicht 30 getrennt, welche so elastisch ist, daß die Biegeenergie des Elements 31 nur unwesentlich gedämpft wird. Ein Abstandsteil 5 weist eine entsprechende Aussparung 32 für das piezoelektrische Element 31 auf.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Erfindungsgedankens ist jeweils eine längliche Öffnung in den Kammern tragenden Teilen vorgesehen, die mit einer entsprechend um 90o gedrehten länglichen Öffnung in den Mittelteilen und Abstandsteilen in Verbindung steht. Ein aus derartigen einzelnen Modulen aufgebauter Tintenstrahldruckkopf kennt keine Toleranzprobleme beim Zusammenfügen.
  • Durch die - in den Figuren 6a, b, c - sichtbaren und angedeuteten rechteckigen Öffnungen ist keine aufwendige Ausrichtung mit einer sehr hohen Genauigkeit beim Zusammenfügen der Teile mehr nötig, wie sie bisher beim Zusammenfügen von Teilen mit versetzten Düsenreihen erforderlich war. Die Form der Öffnungen kann in einer weiteren Variante oval oder als Langloch ausgebildet sein, wobei der kleine Durchmesser der Öffnungen den Durchlaßquerschnitt für den Tintenstrom bestimmt. Bei einer größeren Abweichung vom runden oder rechteckigen Querschnitt sind die Öffnungen 9 und 10 auch zweireihig auf Linien C-C und D-D anordenbar.
  • Es ist vorgesehen, daß bei einem Aufbau aus mehreren Modulen ein erster die Düsenreihe tragender Modul aus zwei Kammern tragenden Teilen 2 und 4, deren Kammergruppen 101 und 102 einem Mittelteil 3 zugewandt sind und mindestens ebenso ein zweiter Modul aus zwei Kammern tragenden Teilen 6 und 8 und einem Mittelteil 7 aufgebaut ist, daß jeder Modul einen Ansaugraum 15, 25 aufweist, daß ein Abstandsteil 5 mindestens zwischen den Modulen vorhanden ist, welches eine Tintenzuführungsöffnung 20 und Tintendurchführungsöffnungen 23, 26, die den Kammern des zweiten Moduls zugeordnet sind, sowie eine Aussparung 32 für das Mittel zum Austreiben 31 von Tinte aus einer Kammer aufweist, daß die Öffnungen 23, 24 an den dritten Öffnungen der Kammern tragenden Teile und der Mittelteile angeschlossen sind, um Tinte den Düsen aus den jeweiligen Kammern zuzuleiten, daß die Ansaugräume 15, 25 jedes Moduls über zweite Öffnungen 14, 24 mit den Kammern der Kammergruppen 101, 102, 103,..., 10k verbunden sind, um Tinte zuzuführen und daß in jedem Modul erste Öffnungen 18, 22 vorhanden sind, um die Tintenzuführung zu den Ansaugräumen zu sichern.
    Das Herstellungsverfahren geht davon aus, daß ein Modul aus jeweils 3 Teilen zusammengesetzt ist und mit piezoelektrischen Elementen versehen und kontaktiert wird. Ein zweiter Modul wird mit dem ersten Modul über ein Abstandsteil 5 zu einem ESIJIL-Druckkopf zusammengefügt, wobei der zweite Modul mit den Teilen 6, 7, 8 keine Düsen aufweist, sondern nur entsprechende Öffnungen, die mit den dafür vorgesehenen Öffnungen in den Teilen 2, 3, 4 des ersten Moduls in Verbindung stehen.
  • In einer dritten Variante wird ein ESIJIL-Druckkopf aus einem einzigen mehrteiligen Modul aufgebaut. In der Figur 7a ist eine Frontansicht mit der In-Line-Düsenreihe und in der Figur 7b ein Röntgenbild der Vorderansicht beziehungsweise eine Überlagerung der Schnitte durch die Linien C-C und E-E dargestellt. Auf dieser Linie C-C liegen alle dritten Öffnungen. Weitere Öffnungen auf einer Linie D-D sind nicht vorgesehen. Es ist erkennbar, daß allein die Düsenabmaße die maximale Anzahl an Düsen auf der Reihe bestimmen. Besteht ein Erfordernis nach vergrößerten Kammerabmaßen, müßte lediglich das Volumen des Druckkopfes erhöht werden. Natürlich ist es zusätzlich ebenfalls bei Bedarf möglich, höhere Toleranzanforderungen durch solche in den Figuren 6 erläuterten Maßnahmen mit dritten Öffnungen auf einer Linie D-D zu lösen.
  • Im Unterschied zu den Abstandsteilen in den Figuren 6 sind hier die Abstandsteile zweiteilig und bestehen aus dem selben Material wie die piezoelektrischen Elementen (schwarz gekennzeichnet). Diese Elemente werden aus dem piezoelektrischen Material herausgearbeitet, welches auf der Kammeroberfläche angeordnet ist, wobei jedoch der Rand erhalten bleibt und nur in der unmittelbaren Umgebung der Elemente 31 Hohlräume 32 entstehen. Im Rand sind sowohl Tintenzuführungsöffnungen als auch zweite und dritte Öffnungen herausgearbeitet. Nachdem die piezoelektrischen Elemente herausgearbeitet sind, werden diese kontaktiert, wobei Leiterbahnen auch auf dem Kammerboden und/oder außen auf der Schicht 30 verlaufen können.
  • In der Figur 8 sind die einzelnen Schritte für ein Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen ESIJIL-Druckkopfes aufgezeigt.
    • Mittels Masken, welche die Struktur der verschiedenen herzustellenden Teile aufweisen, wird eine photosensible Platte aus amorphem Glas maskiert und einer UV-Bestrahlung ausgesetzt. Die bestrahlten Bereiche können später ca. 100 mal schneller geätzt werden, als unbestrahlte Bereiche. Nach einer Wärmebehandlung erfolgt eine nochmalige UV-Bestrahlung.
    • Zu den parallelen Bearbeitungsschritten für mehrere Teile eines Moduls gehört das Maskieren und anschließende Ätzen der durchgehenden Öffnungen.
    • Beim Separieren der Einzelteile werden die fertigen Mittelteile ausgesondert.
    • Vor dem Herstellen der Tintenkammern wird die alte Maskenschicht durch Feinschleifen der Oberfläche der Kammerteile entfernt. Anschließend wird die Oberfläche in den Bereichen maskiert, die nicht tiefengeätzt werden sollen. Nach dem Ätzen der Tintenkammern erfolgt ein Feinschleifen der Einzelteile auf Endmaß und ein anschließendes Maskieren zur Herstellung der Versorgungskanäle und der Tintendüsenkanäle, die eine geringere Tiefe als die Kammern aufweisen sollen. Der Materialabtrag erfolgt wieder durch Ätzen. Im Sonderfall wird nur die Ätzempfindlichkeit der UV-bestrahlten Bereiche des Materials ausgenutzt und eine Maske kann entfallen.
  • Es ist vorgesehen, daß für die drei Bereiche Ätzmittel mit unterschiedlicher Konzentration zum Einsatz kommen, um die entsprechenden Bereiche mit unterschiedlicher Tiefengenauigkeit entfernen zu können, wobei die Tiefengenauigkeit beim Ätzen der Bereiche für durchgehende Bohrungen geringer ist als beim Ätzen sehr flacher Bereiche für die Kanäle in den Kammern tragenden Teilen und wobei zuerst die durchgehenden Bohrungen, dann die Kammern und dann die Düsenkanäle geätzt werden. Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Dicke der Bodenschicht 30 beim Ätzen der Kammern überwacht wird und daß die zum Abschluß der Herstellung der Kammern erforderliche Dicke der Bodenschicht 30 der Kammern durch Feinschleifen jeder der Kammern tragenden Teile erreicht wird.
    • Die Einzelteile werden in einem Modul verbunden, wobei die Einzelteile ausgerichtet werden. Nach einem Aneinanderheften der Einzelteile ist ein Modul entstanden, welches anschließend getempert wird. Beim Tempern findet im Glasmaterial ein Phasenübergang von amorph zu kristallin statt.
    • Beim Abschneiden der Düsenspitzen mit einer rotierenden Trennscheibe entsteht eine gerade Stirnkante. Eine ebene Oberfläche wird durch abschließendes Feinschleifen erreicht.
  • Durch Spülen mit einer ersten geeigneten handelsüblichen Flüssigkeit entsteht eine hydrophile Innenbeschichtung. Durch Behandlung der Stirnkante mit einer zweiten geeigneten Flüssigkeit wird eine hydrophobische Außenbeschichtung erreicht. Nach dem Aushärten der Oberschicht sind die Düsen fertiggestellt.
    • Die Auftragung der elektrischen Leiterbahnen auf die Kammeroberfläche, das Aufbringen der Piezokristalle und das Kontaktieren erfolgt in einer an sich bekannten Weise. Die Piezokristalle können einzeln aufgeklebt werden mit anschließendem Aushärten. Es kann andererseits auch eine Schicht aus piezoelektrischem Material auf die Kammeroberfläche aufgetragen werden, welches anschließend strukturiert und kontaktiert wird. Das Beschichten kann durch Sputtern erfolgen.
    • Zum Abschluß erfolgt noch eine Düsenreinigung mittels Druckluft.
  • Die Herstellung der Kammern und der durchgehenden Bohrungen in den Einzelteilen kann in einer weiteren Variante des Herstellungsverfahrens in einem Schritt erfolgen. Dazu ist es erforderlich, daß die UV-Belichtung durch verschiedene Masken wiederholt wird, bevor die Platte geätzt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer UV-Belichtung mit unterschiedlicher Intensität. Die Platte weist dann in unterschiedlichen Bereichen eine unterschiedliche Empfindlichkeit beim Ätzen auf. Auch die Trennlinie zwischen den einzelnen Teilen wird mit angeätzt, was ein nachträgliches Vereinzeln vereinfacht. Die aufzutragende Maske enthält ausgesparte Bereiche für die Kammern und die Bohrungen gleichzeitig. Nach dem Ätzen erfolgt ein Feinschleifen auf Endmaß, wenn die Dicke der Schicht 30 am Kammerboden erreicht wird. Die Herstellung der Tintendüsen und der piezoelektrischen Elemente, sowie die Kantenherstellung, erfolgt auf die o.g. bekannte Weise. In dieser Variante wird zum Kontaktieren der Kammergrund benutzt. Anschließend wird die Platte in Einzelteile zerteilt, die anschließend zu einem Modul montiert werden.
  • In einer weiteren Variante wird auch oder nur die Rückseite der Kammeroberfläche mit piezoelektrischen Elementen bestückt und kontaktiert. Beim Kontaktieren vor dem Vereinzeln ist es vorteilhaft, daß auch die Mittelteile mit Leiterbahnen versehen werden können. Dadurch kann eine Leitungsführung von den anderen Schichten zu den oberen Schichten des Moduls kreuzungsfrei erfolgen, auch wenn sehr viele Elemente zu kontaktieren sind. Die Moduleinzelteile werden ausgerichtet aufeinandergeheftet und getempert, wobei ein Phasenübergang von amorph zu kristallin erfolgt. Es ist vorgesehen, daß Abstandsteile zwischen den Modulen liegen bzw. zusätzlich angeordnet sind und daß die Abstandsteile aus dem Plattenmaterial oder aus einer auf die Oberfläche der Platte aufgebrachten Schicht aus piezoelektrischem Material hergestellt werden, wobei ein Strukturieren durch Ätzen erfolgt. Ein Druckkopf kann aus mehreren Modulen montiert werden oder besteht nur aus einem Modul, der nach außen geführte Leiterbahnen aufweist, die extern kontaktiert werden. Der Druckkopf wird abschließend in einem Gehäuse untergebracht und kann auf Funktionsfähigkeit getestet werden, um fehlerhafte Exemplare auszusondern. In einer weiteren Ausführungsform besteht das Plattenmaterial oder ein Teil der Einzelteile aus einer photosensiblen Keramik. Glasteile und/oder Keramikteile können untereinander auch durch eine Klebverbindung verbunden werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsform beschränkt. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (30)

  1. Tintenstrahldruckkopf, der nach dem Edge-Shooter-Prinzip Düsen an einer Stirnkante eines Kammern tragenden Teils aufweist, welches mit Mitteln zum Zuführen und zum Austreiben von Tinte aus jeweils einer Düse zugeordneten Kammer ausgerüstet ist, wobei in jedem Kammern tragenden Teil eine Gruppe von Kammern auf der einem Mittelteil zugewandten Seite angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    eine einzige Düsenreihe, die zu k Kammergruppen (101, 102, 103, 104, ...) gehörige Düsengruppe (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, ...) aufweist, an der Stirnkante eines ersten Kammern tragenden Teils (2) angeordnet ist,
    daß die erste Düsengruppe (1.1) mit der in demselben Kammern tragenden Teil (2) gelegenen ersten Kammergruppe (101) verbunden ist,
    daß die eine Düsengruppe (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, ...) bildenden Düsen in einer Richtung z in einer Reihe angeordnet sind und Tintentropfen in einer dazu orthogonalen Richtung x ausstoßen, während die zugehörigen Kammern (101, 102, 103, 104, ...) in einer zu diesen beiden Richtungen x und z orthogonalen Richtung y angeordnet sind.
    daß den Mitteln zum Zuführen von Tinte im Kammern tragenden Teil Öffnungen im Mittelteil zugeordnet sind, um die Hohlräume in den übrigen Kammern tragenden Teilen (4, 6, 8, ...) oder/und um die übrigen k-1 Düsengruppen in der Düsenreihe mit Tinte zu versorgen, wobei die k-1 Düsengruppen mit den zugehörigen in den übrigen Kammern tragenden Teilen (4, 6, 8, ...) gelegenen Kammergruppen (102, 103, 104, ...) in Verbindung stehen.
  2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Düsenreihe die Düsen der Düsengruppen mit Düsen der anderen Düsengruppen alternieren.
  3. Tintenstrahldruckkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkante des Teils, das die Düsenreihe trägt, am Rand oder in der Mitte eines Moduls angeordnet ist.
  4. Tintenstrahldruckkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenstrahldruckkopf aus mehreren Modulen aufgebaut ist, wobei nur einer der Module die Düsenreihe trägt oder aus einem mehrteiligen Modul besteht.
  5. Tintenstrahldruckkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrteilige Modul aus mindestens zwei Kammern tragenden Teilen besteht, deren Kammergruppen einem Mittelteil zugewandt sind, und aus Abstandsteilen aufgebaut ist, daß mindestens eine erste Öffnung (18) in einem Mittelteil oder/und in einem Abstandsteil vorhanden ist, um Tintenzuführungsöffnungen (16, 17, 19, 20, 21) mit mindestens einem Ansaugraum (15, 151, 152) zu verbinden, daß das jeweilige Abstandsteil (5) oder/und das jeweilige Mittelteil (3, 7) eine Anzahl zweiter Öffnungen (14) zur Versorgung der mindestens einer jeweils zweiten Kammergruppe (102) mit Tinte aus dem mindestens einem Ansaugraum (15, 151, 152, 153, 154) aufweist, und die übrigen k-1 Düsengruppen (1.2, 1.3, ..., 1.K) mit den zugehörigen Kammergruppen (102, 103, ..., 10k) über dritte Öffnungen (23, 24) im Abstandsteil (5) oder/und Öffnungen 9 im Mittelteil (3, 7) sowie Öffnungen (10) im Teil (2) in Verbindung stehen.
  6. Tintenstrahldruckkopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Aufbau aus mehreren Modulen ein erster die Düsenreihe tragender Modul aus zwei Kammern tragenden Teilen (2 und 4), deren Kammergruppen (101 und 102) einem Mittelteil (3) zugewandt sind und mindestens ebenso ein zweiter Modul aus zwei Kammern tragenden Teilen (6 und 8) und einem Mittelteil (7) aufgebaut ist, daß jeder Modul einen Ansaugraum (15, 25) aufweist, daß ein Abstandsteil (5) mindestens zwischen den Modulen vorhanden ist, welches eine Tintenzuführungsöffnung (20) und Tintendurchführungsöffnungen (23, 26), die den Kammern des zweiten Moduls zugeordnet sind, sowie eine Aussparung (32) für das Mittel zum Austreiben (31) von Tinte aus einer Kammer aufweist, daß die Öffnungen (23, 24) an den dritten Öffnungen der Kammern tragenden Teile und der Mittelteile angeschlossen sind, um Tinte den Düsen aus den jeweiligen Kammern zuzuleiten, daß die Ansaugräume (15, 25) jedes Moduls über zweite Öffnungen (14, 24) mit den Kammern der Kammergruppen (101, 102, 103, ... 10k) verbunden sind, um Tinte zuzuführen und daß in jedem Modul erste Öffnungen (18, 22) vorhanden sind, um die Tintenzuführung zu den Ansaugräumen zu sichern.
  7. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnt, daß die Mittel zum Zuführen bzw. Durchführen von Tinte längliche Öffnungen von rechteckiger oder ovaler Form oder aber ein Langloch sind, wobei die länglichen Öffnungen zueinander um 90o verdreht übereinander und/oder untereinander liegen, daß längliche Öffnungen auf mindestens einer Linie C-C oder D-D nahe der Stirnkante liegen und der Versatz der Linien C-C und D-D der längsten Ausdehnung der länglichen Öffnungen und der seitliche Abstand von länglichen Öffnungen größer als die längste Ausdehnung der darunter- oder darüberliegenden um 90o gedrehten länglichen Öffnungen ist, wobei der Querschnitt der sich beim Über- bzw. Untereinanderliegen der Öffnungen ergibt, größer als der Düsenquerschnitt ist, daß mindestens in jedem zweiten Kammern tragenden Teil ein Ansaugraum (15, 25) angeordnet ist, daß die Mittel zum Austreiben von Tinte piezoelektrische Elemente sind, die auf jeder Kammeroberfläche in der Aussparung (32), der Abstandsteile oder in jeder Kammer angeordnet sind und daß die Abstandsteile aus dem Material der Kammern tragenden Teile, Mittelteile oder aus dem piezoelektrischen Material bestehen.
  8. Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen, gekennzeichnet durch die Schritte:
    - parallele Plattenbearbeitung bei der Herstellung von durchgehenden Bohrungen in allen Teilen,
    - spezielle Bearbeitung von Kammern tragenden Teilen,
    - Verbinden der Einzelteile zu mindestens einem Modul mit anschließendem Tempern,
    - Aufbringen und Kontaktieren der piezoelektrischen Elemente mit aufgebrachten Leiterbahnen,
    - Assemblieren zum Druckkopf.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Masken für den Vorbehandlungsprozeß von Plattenmaterial erstellt werden, um aus dem Plattenmaterial Bereiche für mindestens die Tintenkammern, Düsenkanäle und Zuführungskanäle, für den Ansaugraum und für durchgehende Öffnungen gezielt entfernen zu können, daß im Vorbehandlungsprozeß Platten über Masken mindestens einmal einer Bestrahlung mit UV-Licht entsprechender Wellenlänge mit anschließender Wärmebehandlung ausgesetzt werden, daß in einem parallelen Prozeß die zu entfernenden Bereiche aus der Platte herausgeätzt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorbehandlungsprozeß der Platten alle zu entfernenden Bereiche mit UV-Licht gleicher Wellenlängen und Intensität ausgesetzt werden, daß vor dem Herausätzen der photosensibilisierten Bereiche der Platte eine erste Maske auf die Platte aufgebracht wird, wodurch erste Bereiche aus der Platte herausgeätzt werden, daß nach dem Herausätzen der ersten Bereiche die erste Maske wieder entfernt und eine zweite Maske auf die Platte aufgebracht wird, um zweite Bereiche aus der Platte herauszuätzen, daß nach dem Herausätzen der zweiten Bereiche die zweite Maske wieder entfernt und daß dritte Bereiche aus der Platte herausgeätzt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorbehandlungsprozeß unterschiedliche Masken für das Plattenmaterial in Einsatz kommen, wobei Bereiche der Platte einer öfteren oder stärkeren Bestrahlung mit UV-Licht entsprechender Wellenlängen ausgesetzt sind als andere Bereiche der Platte, wodurch die Bereiche des Plattenmaterials, die unterschiedlich sensibilisiert für das Ätzmittel sind, entstehen, daß im Prozeß der parallelen Plattenbearbeitung eine Maske für unterschiedlich tief zu entfernende Bereiche auf die Platte aufgetragen wird und daß ein Ätzmittel bestimmter Konzentration zum Einsatz kommt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die drei Bereiche Ätzmittel mit unterschiedlicher Konzentration zum Einsatz kommen, um die entsprechenden Bereiche mit unterschiedlicher Tiefengenauigkeit entfernen zu können, wobei die Tiefengenauigkeit beim Ätzen der Bereiche für durchgehende Bohrungen geringer ist als beim Ätzen sehr flacher Bereiche für die Kanäle in den Kammern tragenden Teilen und wobei zuerst die durchgehenden Bohrungen, dann die Kammern und dann die Düsenkanäle geätzt werden.
  13. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Bodenschicht (30) beim Ätzen der Kammern überwacht wird und daß die zum Abschluß der Herstellung der Kammern die erforderliche Dicke der Bodenschicht (30) der Kammern durch Feinschleifen jeder der Kammern tragenden Teile erreicht wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach der parallelen Bearbeitung des Plattenmaterials Einzelteile aus der Platte separiert und getrennt weiterbearbeitet werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ätzen der durchgehenden Bohrungen in allen Einzelteilen die Einzelteile separiert werden, daß die Kammern tragenden Teile nach dem Feinschleifen der Oberfläche maskiert werden, daß durch Tiefenätzen der nicht maskierten Bereiche Hohlräume oder/und Tintenkammern in den Kammern tragenden Teilen erzeugt werden, daß durch Feinschleifen auf Endmaß der einen Oberfläche die Tiefe der Kammern, daß durch Feinschleifen auf Endmaß der anderen Oberfläche die erforderliche Dicke der Bodenschicht (30) am Kammergrund exakt eingestellt und daß durch das Feinschleifen die Maske für das Tiefenätzen entfernt wird sowie daß anschließend ein Ätzen der Tintendüsen erfolgt.
  16. Verfahren nach dem Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ätzen der Tintendüsen im wesentlichen photosensibilisiertes Plattenmaterial entfernt wird oder daß vor dem Ätzen eine dritte Maske aufgebracht wird.
  17. Verfahren nach den Ansprüchen 8, 9, 11, 13, 14, und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Hohlräume, Kammern und durchgehenden Bohrungen parallel in einem Schritt erfolgt, nachdem die zu entfernenden Bereiche auf dem Plattenmaterial unterschiedlich photosensibilisiert worden sind, woraus eine unterschiedliche Ätzgeschwindigkeit resultiert, daß nach der Herstellung der erforderlichen Tiefe der Hohlräume und der Kammern und der erforderlichen Dicke der Bodenschicht (30) der Kammern tragenden Teile eine Separierung in Einzelteile vorgenommen wird, daß anschließend die Tintendüsen in die Kammern tragenden Teile geätzt werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im parallelen Plattenbearbeitungsprozeß die Trennlinien zwischen den Einzelteilen auf der Platte mit angeätzt werden, um ein nachfolgendes Separieren zu erleichtern.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ätzen der Tintendüsen mindestens vereinzelte Plattenteile, wie Kammern tragende Teile, Mittelteile zu einem Modul zusammengefügt werden, wobei nach einem Ausrichten der Einzelteile ein Aneinanderheften erfolgt, daß die aneinander gehefteten Einzelteile miteinander dauerhaft verbunden werden und anschließend eine gerade Stirnkante durch Abschneiden der Düsenspitzen und durch Feinschleifen eine ebene Oberfläche der Stirnkante entsteht, daß durch Spülen der Hohlräume des Moduls mit einer ersten Spezialflüssigkeit eine hydrophile Innenbeschichtung und durch eine Behandlung der Oberfläche der Stirnkante mit einer zweiten Spezialflüssigkeit eine hydrophobische Außenbeschichtung, welche anschließend ausgehärtet werden, entstehen.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Herstellen der Düsen und der Beschichtung ein Aufbringen der elektrischen Leiterbahnen und der Piezokristalle auf den Kammergrund oder/und auf die Außenoberfläche der Bodenschicht (30) sowie daß ein Kontaktieren erfolgt.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezokristalle aufgeklebt werden und die Klebeverbindung ausgehärtet wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte, aus welcher die Einzelteile hergestellt werden, aus amorphem, photoseniblem Glas besteht, daß die dauerhafte Verbindung der Einzelteile zu einem Modul durch Tempern erfolgt, wobei die Temperatur so gewählt ist, daß ein Phasenübergang von amorph zu kristallin erfolgt.
  23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Leiterbahnen und/oder einer Schicht aus piezoelektrischem Material durch Sputtern erfolgt, daß die piezoelektrische Schicht strukturiert und kontaktiert wird.
  24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Module über mindestens ein Abstandsteil miteinander verbunden zu einem Tintenstrahldruckkopf assembliert werden oder ein mehrteiliges Modul verwendet wird, und daß ein Einbau des Tintenstrahldruckkopfes in ein Gehäuse und ein Herstellen von elektrischen Verbindungen erfolgt.
  25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile aus dem Plattenmaterial oder aus einer auf die Oberfläche der Platte aufgebrachten Schicht aus piezoelektrischem Material hergestellt werden, wobei ein Strukturieren durch Ätzen erfolgt.
  26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsteile aus dem Plattenmaterial im parallelen Plattenbearbeitungsprozeß vor dem Separieren strukturiert werden.
  27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düsenreinigung mittels Druckluft nach Fertigstellung eines jeden Moduls und/oder nach Fertigstellung des Druckkopfes erfolgt.
  28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung des Druckkopfes dessen Funktionsfähigkeit getestet wird und daß fehlerhafte Exemplare ausgesondert werden.
  29. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß während des parallelen Plattenbearbeitungsprozesses oder danach ein Aufbringen von elektrischen Leiterbahnen auf die Mittelteile erfolgt, um eine kreuzungsfreie Leitungsführung zu erzielen.
  30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenmaterial aus einer photosensiblen Keramik und/oder ein zweites Plattenmaterial aus photosensiblem, amorphem Glas besteht, daß mindestens ein Einzelteil eines Moduls aus Glas- oder Keramikmaterial hergestellt wird und daß zum Verbinden der Einzelteile eine Klebeverbindung eingesetzt wird.
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