WO1989000920A1 - Piezoelectric ink printing head and process for its production - Google Patents

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WO1989000920A1
WO1989000920A1 PCT/DE1988/000444 DE8800444W WO8900920A1 WO 1989000920 A1 WO1989000920 A1 WO 1989000920A1 DE 8800444 W DE8800444 W DE 8800444W WO 8900920 A1 WO8900920 A1 WO 8900920A1
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piezoceramic
strip
electrode
channels
profiles
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PCT/DE1988/000444
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Karl Lubitz
Jutta Mohaupt
Wolfram Wersing
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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    • B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering

Definitions

  • the invention relates to a piezoelectric ink print head with a nozzle front with at least one nozzle, at least one ink-guiding channel which opens into the nozzle and at least one piezoelectric drive element which acts on the ink in a channel in such a way that it is more piezoelectric Constriction causes a drop of ink to be ejected and a process for its production.
  • An ink print head with ink-carrying channels, on which piezoelectric drive elements act is known from German Patent 2,543,451.
  • a section of the channels is cylindrically surrounded by a piezoelectric drive element.
  • the length of the sections of the ink channels which are not encompassed by the drive elements and are located between the outlet openings of the ink channels and the drive elements is dimensioned such that the ink channels with the piezoelectric drive elements can be arranged in a radiation-free, curvilinear manner from the impression point.
  • This ink print head therefore has significantly larger dimensions in the area of the piezoelectric drive elements than it corresponds to the print screen.
  • This ink printhead is therefore less suitable for a modular construction of a writing device with several ink printheads. A complete print line can only be realized if the ink print head is moved in the line direction. However, this limits the printing speed and the resolution.
  • the object of the invention is to provide a piezoelectric inkjet print head which has very small dimensions and delivers printing dots with a very high printing dot density, and to specify a method for its production.
  • the object is achieved in the case of a piezoelectric ink print head of the type mentioned at the outset by the following characteristic features a) the drive element has a) a piezoceramic part in which a channel is created, a2) a first electrode which is attached to the piezoceramic part a3) a second electrode, which is arranged insulated from the first electrode on the piezoceramic part, b> the nozzle front is connected directly to the piezoceramic parts.
  • a particularly advantageous embodiment with a plurality of drive elements is characterized in that a) the channels run parallel to one another, b) the drive elements can be controlled individually, c) the drive elements have a common first electrode, d) the piezo-ceramic parts at least along the length the electrically contacted areas are separated from one another and e) each channel opens into a nozzle.
  • the method according to the invention for producing a piezoelectric lead printing head is characterized in that a) a piezoceramic strip with at least one channel contained therein is produced, b) the first electrode is applied to the piezoceramic strip, c) the second electrodes on the surface of the piezoceramic strip opposite the first electrode are applied, so that they lie in the middle above the channels, run parallel to them and do not touch each other, d) the drive elements by dividing the piezoceramic strip between the second electrodes at least along the length of the electrically contacted areas are separated from one another, e) the piezoceramic parts are polarized and f) the nozzle front connected to the channels is produced on the front of the piezoceramic strip.
  • German patent application P 36 19 871.4 describes a method for producing piezoceramic material with a predeterminable acoustic impedance which has internal cavities.
  • the cavities are produced photolithographically, with an intermediate stage in the process being the production of a stack from piezoceramic raw foils.
  • This method can advantageously be used to generate channel-shaped cavities in piezoceramic film strips, which serve as ink channels.
  • German patent application P 37 18 323 describes a method with which the processing of ceramic materials is possible without the creation of layers of damage.
  • Laser radiation with an (air) wavelength less than about 350 n is used, the exposure to laser radiation is carried out only in pulses, and the pulse duration, the pulse repetition rate and the pulse energy are dimensioned in such a way that a substantial build-up of heat is avoided in the processed material .
  • the use of an excimer laser is advantageous.
  • This laser process can be used in the process for producing the piezoelectric ink print head for producing the nozzles, the trenches and for dividing the piezoceramic strips, with no disruptive damage layers being formed at the edges of the processed areas.
  • the yield in the production and the functional accuracy of the piezoelectric ink print heads can thus be increased.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a section through a piezoelectric ink print head.
  • Fig. 2 schematically shows the ink print head in plan view.
  • 3 schematically shows the course of the manufacture of the piezoelectric ink print head on the basis of successive method steps with the reference numerals 301 to 304, 301a, 301b, ' 304a, 305a and 304b to 307b.
  • the reference numerals of which are provided with a or b the piezoelectric ink print head is shown in a top view.
  • FIG. 4 schematically shows a device which can be used for the production of piezoceramic foil strips with channel-shaped cavities.
  • FIG. 5 shows a film which can be used to produce piezo-ceramic strips with channel-shaped cavities.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of FIG. 1:
  • Each drive element 1 consists of a piezoceramic part 2, a second electrode 4 and a part of a common first electrode 3. Electrical connection strips are located on the second electrodes 4 8.
  • the Piezokera ikmaschine 2 have channels 5 with a rectangular cross-section.
  • the carrier layer 6 can consist of plastic or metal.
  • the piezoelectric ink print head can be encapsulated with plastic 7 on the side of the drive elements 1.
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of FIG. 1
  • the nozzle front 21 with nozzles 22 is located on the end face of the piezoelectric ink print head.
  • the nozzle front 21 is connected directly to the piezoceramic parts 2 and each channel 5 opens into a nozzle 22.
  • the piezoceramic parts 2 Do not move along the length of the electrically contacted areas.
  • the nozzle front 21 can consist of metal or piezo ceramic.
  • the nozzles 22 are important for droplet formation when operating the piezoelectric ink print head.
  • the electrical connecting strip line 9 is arranged on the side of the piezoelectric ink print head opposite the nozzle front 21, the electrical connecting strip line 8 making electrical contact with the second electrodes 4.
  • FIG. 3 is a diagrammatic representation of FIG. 3
  • Method step 301 Several parallel, bar-shaped profiles 43 are applied to an approximately 80 to 150 mm thick strip of a piezoceramic raw foil 41 with a carrier foil 42, from which the ink channels 5 are formed in the further course of the method.
  • the profiles can be applied using the screen printing process.
  • Profiles 43 which have the shape of the desired ink channels 5, are printed on from a paste of organic binder with a proportion of carbon.
  • a further possibility for producing the profiles 43 (not shown in the figure) is to provide the piezo ceramic film 41 with a plastic layer and to structure it using the known photoetching techniques.
  • ink channels with a rectangular, elliptical or elongated cross-section is particularly advantageous for the manufacturing process, since inaccuracies in the dimensions during the sintering caused by material shrinkage in the manufacture of the nozzle front 21 by adjusting the nozzles 22 can be compensated.
  • the profiles 43 are not applied continuously to the piezoceramic tube film strip 41.
  • the non-structured part of the piezoceramic raw film strip 41 will later be used to produce the nozzle front 21.
  • the profiles 43 are applied continuously to the piezoceramic raw film strip 41. Continuous channels 5 then result from this in the further production process.
  • a layer of piezoceramic raw material 45 is applied to the piezoceramic tube film strip 41 in such a way that the profiles 43 are covered and the space between the profiles 43 is filled.
  • the piezoceramic raw material 45 can be applied using the casting and drawing processes which are usually used for the production of piezoceramic raw film.
  • ikrohfolienstMail applying a further PiezokeramikrohfolienstMails and subsequently compressing the Piezokera, for example in a single pass through a heated calendering.
  • the coating of the profiles 43 with piezoceramic raw material 45 by casting and drawing processes is preferable if the distances of the channels 5 from one another are to be produced with very slight deviations.
  • the coating of the piezoceramic raw film strip 41 with a further piezoceramic raw film strip using a calendering process enables a narrower tolerance of the thickness, so that deviations in the thickness of less than 10% are possible for the finished ink print head. All Piezokera ikrohfolien and Piezokeramikroh assen used are selected so that they achieve a defined high final density, for example 99% after sintering.
  • the entire structure of piezoceramic strips with inner profiles 43 and carrier foil 42 is sintered and a piezoceramic strip 46 with channels 5 is formed.
  • the common first electrode 3 is applied to one side of the piezoceramic strip 46 by sputtering on a metal layer. On the common electrode 3 On the opposite side of the piezoceramic strip 46, a metallic sputter layer 47 is applied, from which the second electrodes 4 are later produced.
  • a support layer 6 is applied to the common first electrode 3, 'for example, by gluing a plastic film.
  • the piezoceramic parts 2 are separated from one another by laser etching such that they are separated from one another at least along the length of the electrically contacted regions, wedge-shaped furrows 48 being cut out of the sintered piezoceramic 46.
  • the second electrodes 4 also result from the sputter layer 47. With precise focusing and positioning of the laser beam, the piezoceramic parts 2 can be separated from one another practically continuously in one operation up to the first electrode 3. Further possibilities for separating the piezo ceramic parts 2 result if wedge-shaped parting lines 48 are cut out of the sintered piezoceramic 46 by laser etching and do not reach the common first electrode 3.
  • the wedge-shaped parting lines 48 are cast with plastic 7 and the ceramic connection points 44 are torn by defined bending of the sintered piezoceramic parts 2. This can take place when a carrier layer 6 is glued on, both parts being pressed into a device (not shown in the figure) which has a slightly concave shape.
  • the breaking apart of the ceramic connection points 44 results in the finest gaps between the piezoceramic parts 2.
  • the separation of the individual piezoceramic parts 2 from one another prevents crosstalk between the individual drive elements 1.
  • the polarization of the piezoceramic parts 2 must be carried out in such a way that the mechanical stresses that occur are as low and elastic as possible.
  • the polarization field strength should be as large as possible within the piezoceramic parts 2 and for all piezoceramic parts 2.
  • the channels 5 are therefore polarized with a weakly conductive liquid, e.g. Ink, filled and between the second electrodes 4 and the common first electrode 3, an electric field with a field strength customary for the piezoceramic is applied.
  • the polarization is carried out at elevated temperature (100-150 ° C).
  • Another method for separating the piezoceramic parts 2 offers the introduction of wedge-shaped elongated profiles (not shown in the figure) at the same time as the application of the profiles 43.
  • the wedge-shaped furrows 48 then arise during sintering by burning out the profiles.
  • the second electrodes 4 lie centrally over the channels 5 and run parallel to these.
  • the nozzles 22 are produced by laser etching.
  • the ink print head is finely sanded and polished on the front.
  • the nozzles 22 are produced by laser etching so that they meet the channels 5 and have the same distances from one another.
  • the second electrodes 4 lie centrally over the channels 5 and run parallel to these.
  • a further metallic sputter layer 49 is applied to the front of the piezoceramic strip 46.
  • the metallic nozzle front 21 is applied galvanically to the sputter layer 49.
  • the nozzle front 21 can e.g. are made of nickel.
  • the nozzles 22 are produced by laser etching in such a way that they meet the channels 5 in the middle and are at equal distances from one another.
  • Electrode material Compounds with chrome-platinum-gold and titanium-nickel-gold are particularly suitable as electrode material. Nickel is particularly suitable for the electrodeposited layers.
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation of FIG. 4
  • the device contains a base body 51, in which a depression 54 is produced. On the outer edges of the base body 51 there are regularly arranged grooves 52 for receiving plastic threads 53. The grooves 52 are arranged such that the plastic threads 53 lie parallel next to one another over the depression 54 when the base body 53 is wrapped. In a casting process, the device can be used to produce a piezo-ceramic strip which, after sintering, has channel-shaped cavities.
  • the plastic threads 53 are also known to be surrounded with ceramic material in a pressing process. Since very thin piezoceramic strips are difficult to produce by pressing, it is recommended it is possible to produce thicker piezoceramic strips and grind them to the desired thickness after sintering.
  • the piezoceramic strips produced using this method have continuous channels.
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of FIG. 5
  • a film made of burnable material 61 can be used, which has strip-shaped openings 62.
  • the strip-shaped openings 62 are arranged parallel to one another.
  • the burn-out film 61 is surrounded with piezoceramic raw material by a casting or pressing process. During sintering, the burn-out film 61 burns and a piezoceramic strip with continuous channel-shaped cavities is created. In this method, too, it is advisable to design piezoceramic strips 46 produced by a pressing process somewhat thicker and to grind them to the desired thickness after sintering.
  • the pressure dot density that can be achieved with the ink print head described is at least approximately 12 dots per mm.
  • the ink print head is suitable for the highest printing speeds.
  • the method allows the production of an ink print head of the highest resolution, so to speak in one piece, without complex mechanical processing and connection processes, e.g. Welding, are necessary. Since the height of this ink print head is very small, including a possible plastic coating smaller than 0.2 mm, several ink print heads can be easily stacked and installed together in one housing.
  • the housing can serve as an ink chamber.
  • Ink print heads for an entire print line can also be constructed in this way.
  • a connection technique for the assembly of individual ink printheads is gluing.
  • ink printheads with widths of a few 10 mm to manufacture. Since even assembled ink printheads still have a very low overall height, further stacking of such ink printheads is possible for multi-color printing.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Piezoelectric ink printing head in which at least one piezoelectric drive unit (1) acts on the ink in a channel (5) in such a way as to cause a drop-like jet of ink to be ejected from a nozzle (22) through piezoelectric constriction. The drive element (1) contains a piezo-ceramic part (2) with an ink channel (5); a first electrode (3) is positioned on the piezo-ceramic part (2) together with a second electrode (4) which is insulated from the first (3). The nozzle front (21) having at least one nozzle (22) is directly connected to the piezo-ceramic parts (2). The method provides for the ink printing head to be made in one piece from piezo-ceramic strip (46) with channel-like cavities and metal coatings.

Description

Piezoelektrischer Tintendruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung Piezoelectric ink print head and process for its manufacture
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Tintendruck- kopf mit eiαer Düsenfront mit mindestens einer Düse, minde¬ stens einem tinteführenden Kanal, der in die Düse mündet und mindestens einem piezoelektrischen Antriebselement, das so auf die Tinte in einem Kanal einwirkt, daß es bei piezoelek¬ trischer Einschnürung einen tropfenförmigen Ausstoß von Tinte bewirkt und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a piezoelectric ink print head with a nozzle front with at least one nozzle, at least one ink-guiding channel which opens into the nozzle and at least one piezoelectric drive element which acts on the ink in a channel in such a way that it is more piezoelectric Constriction causes a drop of ink to be ejected and a process for its production.
Ein Tintendruckkopf mit tinteführenden Kanälen, auf die piezoelektrische Antriebselemente einwirken, ist aus der deutschen Patentschrift 2 543 451 bekannt. Dabei wird jeweils ein Abschnitt der Kanäle von einem piezoelektrischen Antriebs¬ element zylindrisch umfaßt. Bei diesem Tintendruckkopf ist die Länge der von den Antriebselementen nicht umfaßten, zwischen den Austrittsöffnungen der Tintenkanäle und den Antriebsele¬ menten liegenden Abschnitte der Tintenkanäle so bemessen, daß die Tintenkanäle mit den piezoelektrischen Antriebselemeπten von der Abdrucksstelle her strahlenförmig knickfrei wegfluch¬ tend verlaufend anordbar sind. Dieser Tintendruckkopf hat also im Bereich der piezoelektrischen Antriebselemente wesentlich größere Abmessungen als es dem Druckraster entspricht. Für einen modularen Aufbau einer Schreibeinrichtung mit mehreren Tintendruckköpfen ist dieser Tintendruckkopf daher weniger geeignet. Eine vollständige Druckzeile kann nur realisiert werden, wenn der Tintendruckkopf in Zeilenrichtung bewegt wird. Damit ist aber die Druckgeschwindigkeit und die Auflösung begrenzt.An ink print head with ink-carrying channels, on which piezoelectric drive elements act, is known from German Patent 2,543,451. In each case, a section of the channels is cylindrically surrounded by a piezoelectric drive element. In the case of this ink print head, the length of the sections of the ink channels which are not encompassed by the drive elements and are located between the outlet openings of the ink channels and the drive elements is dimensioned such that the ink channels with the piezoelectric drive elements can be arranged in a radiation-free, curvilinear manner from the impression point. This ink print head therefore has significantly larger dimensions in the area of the piezoelectric drive elements than it corresponds to the print screen. This ink printhead is therefore less suitable for a modular construction of a writing device with several ink printheads. A complete print line can only be realized if the ink print head is moved in the line direction. However, this limits the printing speed and the resolution.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Tinten¬ druckkopf anzugeben, der sehr kleine Abmessungen aufweist und Druckpunkte mit sehr hoher Druckpunktdichte liefert, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben. Die Aufgabe wird bei einem piezoelektrischen Tintendruck- kopf der eingangs genannten Art gelöst durch folgende kenn¬ zeichnende Merkmale a) das Antriebselement weist auf al) ein Piezokeramikteil, in dem ein Kanal geschaffen ist, a2) eine erste Elektrode, die auf dem Piezokeramikteil ange¬ ordnet ist, a3) eine zweite Elektrode, die isoliert zur ersten Elektrode auf dem Piezokeramikteil angeordnet ist, b> die Düsenfront ist direkt mit dem Piezokeramikteilen ver¬ bunden.The object of the invention is to provide a piezoelectric inkjet print head which has very small dimensions and delivers printing dots with a very high printing dot density, and to specify a method for its production. The object is achieved in the case of a piezoelectric ink print head of the type mentioned at the outset by the following characteristic features a) the drive element has a) a piezoceramic part in which a channel is created, a2) a first electrode which is attached to the piezoceramic part a3) a second electrode, which is arranged insulated from the first electrode on the piezoceramic part, b> the nozzle front is connected directly to the piezoceramic parts.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform mit mehreren Antriebselementen ist dadurch gekennzeichnet, daß a) die Kanäle parallel zueinander verlaufen, b) die Antriebselemente einzelnen ansteuerbar sind, c) die Antriebselemente eine gemeinsame erste Elektrode be¬ sitzen, d) die Pie∑okeramikteile mindestens auf der Länge der elek¬ trisch kontaktierten Bereiche voneinander separiert sind und e) jeder Kanal in eine Düse mündet.A particularly advantageous embodiment with a plurality of drive elements is characterized in that a) the channels run parallel to one another, b) the drive elements can be controlled individually, c) the drive elements have a common first electrode, d) the piezo-ceramic parts at least along the length the electrically contacted areas are separated from one another and e) each channel opens into a nozzle.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines piezo¬ elektrischen Tindendruckkopfes ist dadurch gekennzeichnet, daß a) ein Piezokeramikstreifen mit mindestens einem darin ent¬ haltenen Kanal hergestellt wird, b) die erste Elektrode auf den Piezokeramikstreifen aufge¬ bracht wird, c) die zweiten Elektroden auf der der ersten Elektrode gegen¬ überliegenden Oberfläche des Piezokeramikstreifens aufgebracht werden, so daß sie jeweils mittig über den Kanälen liegen, prallel zu diesen verlaufen und einander nicht berühren, d) die Antriebselemente durch Zerteilen des Piezokeramik¬ streifens zwischen den zweiten Elektroden mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche voneinander separiert werden, e) die Piezokera ikteile polarisiert werden und f) auf der Frontseite des Piezokeramikstreifens die mit den Kanälen verbundene Düsenfront hergestellt wird.The method according to the invention for producing a piezoelectric lead printing head is characterized in that a) a piezoceramic strip with at least one channel contained therein is produced, b) the first electrode is applied to the piezoceramic strip, c) the second electrodes on the surface of the piezoceramic strip opposite the first electrode are applied, so that they lie in the middle above the channels, run parallel to them and do not touch each other, d) the drive elements by dividing the piezoceramic strip between the second electrodes at least along the length of the electrically contacted areas are separated from one another, e) the piezoceramic parts are polarized and f) the nozzle front connected to the channels is produced on the front of the piezoceramic strip.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further refinements and developments of the invention emerge from the subclaims.
_._.
In der deutschen Patentanmeldung P 36 19 871.4 ist ein Ver¬ fahren zur Herstellung piezokeramischen Materials mit vorgeb¬ barer akustischer Impedanz, das innere Hohlräume besitzt, be¬ schrieben. Die Hohlräume werden fotolithographisch erzeugt, wobei ein Zwischenstadium des Verfahrens die Herstellung eines Stapels aus Piezokeramikrohfolien ist.German patent application P 36 19 871.4 describes a method for producing piezoceramic material with a predeterminable acoustic impedance which has internal cavities. The cavities are produced photolithographically, with an intermediate stage in the process being the production of a stack from piezoceramic raw foils.
Dieses Verfahren kann vorteilhaft dazu eingesetzt werden, kaπalför ige Hohlräume in Piezokeramikfolienstreifen zu er¬ zeugen, die als Tintenkanäle dienen.This method can advantageously be used to generate channel-shaped cavities in piezoceramic film strips, which serve as ink channels.
In der deutschen Patentanmeldung P 37 18 323 ist ein Ver¬ fahren beschrieben, mit dem die Bearbeitung von Keramikwerk¬ stoffen ohne das Entstehen von Damageschichten möglich ist. Dabei wird eine Laserstrahlung mit einer (Luft) Wellenlänge kleiner als etwa 350 n verwendet, die Beaufschlagung mit Laserstrahlung nur impulsweise durchgeführt und die Impuls¬ dauer, die Pulswiederholungsrate und die Pulsenergie derart aufeinander abgestimmt bemessen, daß in dem bearbeiteten Werkstoff ein wesentlicher Wärmestau vermieden wird. Vor¬ teilhaft ist der Einsatz eines Excimerlasers.German patent application P 37 18 323 describes a method with which the processing of ceramic materials is possible without the creation of layers of damage. Laser radiation with an (air) wavelength less than about 350 n is used, the exposure to laser radiation is carried out only in pulses, and the pulse duration, the pulse repetition rate and the pulse energy are dimensioned in such a way that a substantial build-up of heat is avoided in the processed material . The use of an excimer laser is advantageous.
Dieses Laserverfahren kann beim Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Tintendruckkopfes zum Erzeugen der Düsen, der Gräben und zum Zerteilen der Piezokeramikstreifen verwendet werden, wobei keine störenden Damageschichten an den Rändern der bearbeiteten Bereiche entstehen. Damit kann die Ausbeute bei der Herstellung und die Funktionsgenauigkeit der piezo¬ elektrischen Tintendruckköpfe erhöht werden.This laser process can be used in the process for producing the piezoelectric ink print head for producing the nozzles, the trenches and for dividing the piezoceramic strips, with no disruptive damage layers being formed at the edges of the processed areas. The yield in the production and the functional accuracy of the piezoelectric ink print heads can thus be increased.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels mit den Figuren 1 bis 4 weiter erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen piezoelektrischen Tintendruckkopf. Fig. 2 zeigt schematisch den Tintendruckkopf in Draufsicht. Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf der Herstellung des piezoelektrischen Tintendruckkopfes anhand aufeinanderfol¬ gender Verfahrensschritte mit den Bezugszeichen 301 bis 304, 301a, 301b, '304a, 305a und 304b bis 307b. Bei den Ver¬ fahrensschritten, deren Bezugszeichen mit a oder b versehen sind, ist der piezoelektrische Tintendruckkopf in Draufsicht gezeigt.The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment with FIGS. 1 to 4. Fig. 1 shows a schematic representation of a section through a piezoelectric ink print head. Fig. 2 schematically shows the ink print head in plan view. 3 schematically shows the course of the manufacture of the piezoelectric ink print head on the basis of successive method steps with the reference numerals 301 to 304, 301a, 301b, ' 304a, 305a and 304b to 307b. In the process steps, the reference numerals of which are provided with a or b, the piezoelectric ink print head is shown in a top view.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung, die zur Herstel¬ lung von Piezokeramikfolienstreifen mit kanalför igen Hohl¬ räumen verwendet werden kann.FIG. 4 schematically shows a device which can be used for the production of piezoceramic foil strips with channel-shaped cavities.
Fig. 5 zeigt eine Folie, die zur Herstellung von Piezo¬ keramikstreifen mit kanalförmigen Hohlräumen verwendet wer¬ den kann.5 shows a film which can be used to produce piezo-ceramic strips with channel-shaped cavities.
FIG. 1:FIG. 1:
Auf einer Trägerschicht 6 befinden sich mehrere paralell ne¬ beneinander liegende Antriebselemente 1. Jedes Antriebsele¬ ment 1 besteht aus einem Piezokeramikteil 2, einer zweiten Elektrode 4 und einem Teil einer gemeinsamen ersten Elektrode 3, Auf den zweiten Elektroden 4 befinden sich elektrische An¬ schlußstreifen 8. Die Piezokera ikteile 2 besitzen Kanäle 5 mit rechteckigem Querschnitt. Die Trägerschicht 6 kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. Der piezoelektrische Tinten¬ druckkopf kann auf der Seite der Antriebselemente 1 mit Kunst¬ stoff 7 vergossen sein.On a carrier layer 6 there are a plurality of drive elements 1 lying parallel to one another. Each drive element 1 consists of a piezoceramic part 2, a second electrode 4 and a part of a common first electrode 3. Electrical connection strips are located on the second electrodes 4 8. The Piezokera ikteile 2 have channels 5 with a rectangular cross-section. The carrier layer 6 can consist of plastic or metal. The piezoelectric ink print head can be encapsulated with plastic 7 on the side of the drive elements 1.
FIG.2:FIG. 2:
An der Stirnseite des piezoelektrischen Tintendruckkopfes befindet sich die Düsenfront 21 mit Düsen 22. Die Düsenfront 21 ist direkt mit den Piezokera ikteilen 2 verbunden und jeder Kanal 5 mündet in eine Düse 22. Die Piezokeramikteile 2 be- rühren sich auf der Länge der elektrisch kontaktierten Be¬ reiche nicht. Die Düsenfront 21 kann aus Metall oder Piezo- keramik bestehen. Die Düsen 22 sind zur Tröpfenchenausbildung beim Betrieb des piezoelektrischen Tintendruckkopfes wichtig. Auf der der Düsenfront 21 gegenüberliegenden Seite des piezo¬ elektrischen Tintendruckkopfes ist die elektrische Anschluß- streifenleitung 9 angeordnet, deren elektrische Anschlußstrei¬ fen 8 zu den zweiten Elektroden 4 einen elektrischen Kontakt herstellen.The nozzle front 21 with nozzles 22 is located on the end face of the piezoelectric ink print head. The nozzle front 21 is connected directly to the piezoceramic parts 2 and each channel 5 opens into a nozzle 22. The piezoceramic parts 2 Do not move along the length of the electrically contacted areas. The nozzle front 21 can consist of metal or piezo ceramic. The nozzles 22 are important for droplet formation when operating the piezoelectric ink print head. The electrical connecting strip line 9 is arranged on the side of the piezoelectric ink print head opposite the nozzle front 21, the electrical connecting strip line 8 making electrical contact with the second electrodes 4.
FIG.3:FIG. 3:
Verfahrensschritt 301: Auf einem ca. 80 bis 150 mm dicken Streifen einer Piezokeramikrohfolie 41 mit einer Trägerfolie 42 werden mehrere parallele balkenför ige Profile 43 aufge¬ bracht, aus denen im weiteren Verlauf des Verfahrens die Tintenkanale 5 entstehen. Das Aufbringen der Profile kann im Siebdruckverfahren erfolgen. Dabei werden Profile 43, die die Form der gewünschten Tintenkanäle 5 aufweisen, aus einer Paste aus organischem Bindemittel mit einem Anteil Kohlenstoff aufgedruckt. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der Profile 43 (nicht in der Figur dargestellt) ist, den Piezo- kera ikrohfolienstreifen 41 mit einer Kunststoffschicht zu versehen und diese mit den bekannten Fotoätztechniken zu strukturieren.Method step 301: Several parallel, bar-shaped profiles 43 are applied to an approximately 80 to 150 mm thick strip of a piezoceramic raw foil 41 with a carrier foil 42, from which the ink channels 5 are formed in the further course of the method. The profiles can be applied using the screen printing process. Profiles 43, which have the shape of the desired ink channels 5, are printed on from a paste of organic binder with a proportion of carbon. A further possibility for producing the profiles 43 (not shown in the figure) is to provide the piezo ceramic film 41 with a plastic layer and to structure it using the known photoetching techniques.
Für das Herstellungsverfahren ist das Erzeugen von Tinten¬ kanälen mit rechteckigem, ellipsenför igem oder langlochför- migem Querschnitt besonders vorteilhaft, da durch Material¬ schwund der Piezokera ik beim Sintern verursachte Ungenauig- keiten in den Abmessungen bei der Herstellung der Düsenfront 21 durch Justierung der Düsen 22 ausgeglichen werden können.The production of ink channels with a rectangular, elliptical or elongated cross-section is particularly advantageous for the manufacturing process, since inaccuracies in the dimensions during the sintering caused by material shrinkage in the manufacture of the nozzle front 21 by adjusting the nozzles 22 can be compensated.
Verfahrensschritt 301aMethod step 301a
Wenn die Düsenfront 21 aus Piezokeramik hergestellt werden soll, werden die Profile 43 nicht durchgehend auf dem Piezo- keramikrohrfolienstreifen 41 aufgebracht. Der nicht struktu¬ rierte Teil des Piezokeramikrohfolienstreifens 41 wird später zur Herstellung der Düsenfront 21 verwendet. Verfährensschritt 301bIf the nozzle front 21 is to be produced from piezoceramic, the profiles 43 are not applied continuously to the piezoceramic tube film strip 41. The non-structured part of the piezoceramic raw film strip 41 will later be used to produce the nozzle front 21. Method step 301b
Wenn die Düsenfront 21 aus Metall hergestellt werden soll, werden die Profile 43 durchgehend auf den Piezokeramikroh- folienstreifen 41 aufgebracht. Im weiteren Herstellungsver¬ fahren entstehen dann daraus durchgehende Kanäle 5.If the nozzle front 21 is to be made of metal, the profiles 43 are applied continuously to the piezoceramic raw film strip 41. Continuous channels 5 then result from this in the further production process.
Ver.fahrensschritt 302Step 302
Auf den Piezokeramikrohrfolienstreifen 41 wird eine Schicht aus- Piezokeramikrohmasse 45 so aufgebracht, daß die Profile 43 bedeckt sind und der Raum zwischen den Profilen 43 ausgefüllt ist. Das Aufbringen der Piezokeramikrohmasse 45 kann mit den Gieß- und Ziehverfahren erfolgen, die zur Herstellung von Piezokeramikrohfolie üblicherweise verwendet werden.' Eine alternative Möglichkeit zum Beschichten der Profile 43 mit Piezokeramikrohmasse 45 ist das Aufbringen eines weiteren Piezokeramikrohfolienstreifens und anschließendes Verpressen der Piezokera ikrohfolienstreifen, z.B. in einem Durchlauf durch eine beheizte Kalandereinrichtung. Die Beschichtung der Profile 43 mit Piezokeramikrohmasse 45 durch Gieß- und Ziehverfahren ist vorzuziehen, wenn die Abstände der Kanäle 5 voneinander mit sehr geringen Abweichungen hergestellt werden sollen. Die Beschichtung des Piezokeramikrohfolienstreifens 41 mit einem weiteren Piezokeramikrohfolienstreifen unter An¬ wendung eines Kalanderprozesses ermöglicht eine engere Toleranz der Dicke, so daß für den fertigen Tintendruckkopf Abwei¬ chungen in der Dicke von weniger als 10% möglich werden. Alle verwendeten Piezokera ikrohfolien und Piezokeramikroh assen sind so gewählt, daß sie nach dem Sintern eine definiert hohe Enddichte, z.B. 99% erreichen.A layer of piezoceramic raw material 45 is applied to the piezoceramic tube film strip 41 in such a way that the profiles 43 are covered and the space between the profiles 43 is filled. The piezoceramic raw material 45 can be applied using the casting and drawing processes which are usually used for the production of piezoceramic raw film. 'An alternative way for coating of the profiles 43 with Piezokeramikrohmasse 45 is ikrohfolienstreifen applying a further Piezokeramikrohfolienstreifens and subsequently compressing the Piezokera, for example in a single pass through a heated calendering. The coating of the profiles 43 with piezoceramic raw material 45 by casting and drawing processes is preferable if the distances of the channels 5 from one another are to be produced with very slight deviations. The coating of the piezoceramic raw film strip 41 with a further piezoceramic raw film strip using a calendering process enables a narrower tolerance of the thickness, so that deviations in the thickness of less than 10% are possible for the finished ink print head. All Piezokera ikrohfolien and Piezokeramikroh assen used are selected so that they achieve a defined high final density, for example 99% after sintering.
Verfahrensschritt 303Method step 303
Der gesamte Aufbau aus Piezokeramikstreifen mit inneren Pro¬ filen 43 und Trägerfolie 42 wird gesintert und es entsteht ein Piezokeramikstreifen 46 mit darin enthaltenen Kanälen 5. Auf einer Seite des Piezokeramikstreifens 46 wird die ge¬ meinsame erste Elektrode 3 durch Aufsputtern einer Metall¬ schicht aufgebracht. Auf der der gemeinsamen Elektrode 3 gegenüberliegenden Seite des Piezokeramikstreifens 46 wird eine metallische Sputterschicht 47 aufgebracht, aus der später die zweiten Elektroden 4 hergestellt werden.The entire structure of piezoceramic strips with inner profiles 43 and carrier foil 42 is sintered and a piezoceramic strip 46 with channels 5 is formed. The common first electrode 3 is applied to one side of the piezoceramic strip 46 by sputtering on a metal layer. On the common electrode 3 On the opposite side of the piezoceramic strip 46, a metallic sputter layer 47 is applied, from which the second electrodes 4 are later produced.
Verfahrensschritt 304Method step 304
Auf die gemeinsame erste Elektrode 3 wird eine Trägerschicht 6 aufgebracht,' z.B. durch Aufkleben einer Kunststoffolie. Durch Laserätzen werden die Piezokeramikteile 2 so voneinander ge¬ trennt, daß sie mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche voneinander separiert sind, wobei keilförmige Furchen 48 aus der gesinterten Piezokeramik 46 herausgeschnitten werden. Dabei entstehen auch die zweiten Elektroden 4 aus der Sputterschicht 47. Bei genauer Fokus- sierung und Positionierung des Laserstrahls kann das voneinan¬ der Trennen der Piezokeramikteile 2 in einem Arbeitsgang praktisch durchgehend bis zur ersten Elektrode 3 erfolgen. Weitere Möglichkeiten für das voneinander Trennen der Piezo¬ keramikteile 2 ergeben sich, wenn durch Laserätzen keilförmige Trennfugen 48 aus der gesinterten Piezokeramik 46 herausge¬ schnitten werden, die nicht bis zur gemeinsamen ersten Elek¬ trode 3 reichen. Das vollständige Trennen der Piezokeramikteile 2 voneinander kann dann durch verschiedene Vefahren erfolgen. Bei dem in der Figur dargestellten piezoelektrischen Tinten¬ druckkopf werden die keilförmigen Trennfugen 48 mit Kunststoff 7 vergossen und durch definiertes Biegen der gesinterten Piezokeramikteile 2 die keramischen Verbindungsstellen 44 zum Reißen gebracht. Das kann beim Aufkleben einer Trägerschicht 6 erfolgen, wobei beide Teile in eine Vorrichtung (nicht in der Figur dargestellt) eingepreßt werden, die eine leicht konkave Form aufweist. Durch das Auseinanderbrechen der keramischen Verbindungsstellen 44 entstehen feinste Spalte zwischen den Piezokera ikteilen 2. Durch die Trennung der einzelnen Piezo¬ keramikteile 2 voneinander ist ein Übersprechen zwischen den einzelnen Antriebselementen 1 unterbunden. Dadurch wird das unerwünschte Nebensprechen, d.h. ein Ausstoß von Tinten¬ tröpfchen aus dem Kanal eines nicht angeregten Antriebsele- ments unterbunden ist. Die keilförmigen Furchen 48 unter¬ binden das Auftreten von interferenzbildenden Schallwellen im Tintendruckkopf.A support layer 6 is applied to the common first electrode 3, 'for example, by gluing a plastic film. The piezoceramic parts 2 are separated from one another by laser etching such that they are separated from one another at least along the length of the electrically contacted regions, wedge-shaped furrows 48 being cut out of the sintered piezoceramic 46. The second electrodes 4 also result from the sputter layer 47. With precise focusing and positioning of the laser beam, the piezoceramic parts 2 can be separated from one another practically continuously in one operation up to the first electrode 3. Further possibilities for separating the piezo ceramic parts 2 result if wedge-shaped parting lines 48 are cut out of the sintered piezoceramic 46 by laser etching and do not reach the common first electrode 3. The complete separation of the piezoceramic parts 2 from one another can then be carried out by different methods. In the piezoelectric inkjet print head shown in the figure, the wedge-shaped parting lines 48 are cast with plastic 7 and the ceramic connection points 44 are torn by defined bending of the sintered piezoceramic parts 2. This can take place when a carrier layer 6 is glued on, both parts being pressed into a device (not shown in the figure) which has a slightly concave shape. The breaking apart of the ceramic connection points 44 results in the finest gaps between the piezoceramic parts 2. The separation of the individual piezoceramic parts 2 from one another prevents crosstalk between the individual drive elements 1. This eliminates the undesired crosstalk, ie an ejection of ink droplets from the channel of a non-excited drive element. is prevented. The wedge-shaped furrows 48 prevent the occurrence of interference-forming sound waves in the ink print head.
Das Polarisieren der Piezokeramikteile 2 muß so durchge¬ führt werden, daß die dabei auftretenden mechanischen Span¬ nungen möglichst gering und elastisch sind. Die Polari¬ sierungsfeldstärke soll innerhalb der Piezokeramikteile 2 und für alle Piezokeramikteile 2 möglichst gleich groß sein. Zum Polarisieren werden daher die Kanäle 5 mit einer schwach leitfähigen Flüssigkeit, z.B. Tinte, gefüllt und zwischen die zweiten Elektroden 4 und die gemeinsame erste Elektrode 3 wird ein elektrisches Feld mit einer für die Piezokeramik gebräuchlichen Feldstärke angelegt. Das Polari¬ sieren wird bei erhöhter Temperatur (100-150°C) durchge¬ führt.The polarization of the piezoceramic parts 2 must be carried out in such a way that the mechanical stresses that occur are as low and elastic as possible. The polarization field strength should be as large as possible within the piezoceramic parts 2 and for all piezoceramic parts 2. The channels 5 are therefore polarized with a weakly conductive liquid, e.g. Ink, filled and between the second electrodes 4 and the common first electrode 3, an electric field with a field strength customary for the piezoceramic is applied. The polarization is carried out at elevated temperature (100-150 ° C).
Ein weiteres Verfahren für das voneinander Trennen der Piezokeramikteile 2 bietet das Einbringen von keilförmigen langgestreckten Profilen (nicht in der Figur dargestellt) gleichzeitig mit dem Aufbringen der Profile 43. Bei diesem Verfahren entstehen die keilförmigen Furchen 48 dann beim Sintern durch Ausbrennen der Profile.Another method for separating the piezoceramic parts 2 offers the introduction of wedge-shaped elongated profiles (not shown in the figure) at the same time as the application of the profiles 43. In this method, the wedge-shaped furrows 48 then arise during sintering by burning out the profiles.
Verfahrensschritt 304aMethod step 304a
Die zweiten Elektroden 4 liegen mittig über den Kanälen 5 und verlaufen parallel zu diesen.The second electrodes 4 lie centrally over the channels 5 and run parallel to these.
Verfahrensschritt 305aMethod step 305a
Bei der Herstellung der Düsenfront 21 aus Piezokeramik wer¬ den die Düsen 22 durch Laserätzen hergestellt. Dazu wird der Tintendruckkopf an der Frontseite fein geschliffen und poliert. Anschließend werden durch Laserätzen die Düsen 22 so erzeugt, daß sie auf die Kanäle 5 treffen und dabei gleiche Abstände zueinander aufweisen. Verfahrensschritt 304bWhen producing the nozzle front 21 from piezoceramic, the nozzles 22 are produced by laser etching. For this purpose, the ink print head is finely sanded and polished on the front. Subsequently, the nozzles 22 are produced by laser etching so that they meet the channels 5 and have the same distances from one another. Method step 304b
Die zweiten Elektroden 4 liegen mittig über den Kanälen 5 und verlaufen parallel zu diesen.The second electrodes 4 lie centrally over the channels 5 and run parallel to these.
Verfahrensschritt 305bMethod step 305b
Zur Herstellung einer Düsenfront 21 aus Metall wird eine wei¬ tere metallische Sputterschicht 49 an der Frontseite des Piezokeramikstreifens 46 aufgebracht.To produce a nozzle front 21 made of metal, a further metallic sputter layer 49 is applied to the front of the piezoceramic strip 46.
Verfahrensschritt 306bMethod step 306b
Auf die Sputterschicht 49 wird die metallische Düsenfront 21 galvanisch aufgebracht. Die Düsenfront 21 kann z.B. aus Nickel bestehen.The metallic nozzle front 21 is applied galvanically to the sputter layer 49. The nozzle front 21 can e.g. are made of nickel.
Verfahrensschritt 307bMethod step 307b
Durch Laserätzen werden die Düsen 22 so erzeugt, daß sie mittig auf die Kanäle 5 treffen und dabei gleiche Abstände zuein¬ ander aufweisen.The nozzles 22 are produced by laser etching in such a way that they meet the channels 5 in the middle and are at equal distances from one another.
Als Elektrodenmaterial eignen sich besonders Verbindungen mit Chrom-Platin-Gold und Titan-Nickel-Gold. Für die galvanisch abgeschiedenen Schichten ist Nickel besonders geeignet.Compounds with chrome-platinum-gold and titanium-nickel-gold are particularly suitable as electrode material. Nickel is particularly suitable for the electrodeposited layers.
FIG.4:FIG. 4:
Die Vorrichtung enthält einen Grundkörper 51, in dem eine Vertiefung 54 hergestellt ist. An den Außenkanten des Grund¬ körpers 51 befinden sich regelmäßig angeordnnete Nuten 52 zur Aufnahme von Kunststoffäden 53. Die Nuten 52 sind so ange¬ ordnet, daß die Kunststoffäden 53 beim Umwickeln des Grund¬ körpers 53 parallel nebeneinander über der Vertiefung 54 lie¬ gen. Mit der Vorrichtung kann in einem Gießprozeß eine Piezo¬ keramikstreifen hergestellt werden, der nach dem Sintern kanalförmige Hohlräume aufweist.The device contains a base body 51, in which a depression 54 is produced. On the outer edges of the base body 51 there are regularly arranged grooves 52 for receiving plastic threads 53. The grooves 52 are arranged such that the plastic threads 53 lie parallel next to one another over the depression 54 when the base body 53 is wrapped. In a casting process, the device can be used to produce a piezo-ceramic strip which, after sintering, has channel-shaped cavities.
Die Kunststoffäden 53 kennen auch in einem Preßverfahren mit Keramikmasse umgeben werden. Da sehr dünne Piezokera¬ mikstreifen durch Pressen schwer herstellbar sind, empfiehlt es sich dickere Piezokeramikstreifen herzustellen und diese nach dem Sintern auf die gewünschte Dicke abzuschleifen. Die mit diesem Verfahren hergestellten Piezokeramikstreifen weisen durchgehende Kanäle auf.The plastic threads 53 are also known to be surrounded with ceramic material in a pressing process. Since very thin piezoceramic strips are difficult to produce by pressing, it is recommended it is possible to produce thicker piezoceramic strips and grind them to the desired thickness after sintering. The piezoceramic strips produced using this method have continuous channels.
FIG.5:FIG. 5:
Zur Herstellung von Piezokeramikstreifen 46 mit kanalförmigen Hohlräumen kann eine Folie aus ausbrennbarem Material 61 ver¬ wendet werden, die streifenför ige Durchbrüche 62 aufweist. Die streifenförmigen Durchbrüche 62 sind parallel zueinander ange¬ ordnet. Durch einen Gieß- oder Preßprozeß wird die ausbrenn¬ bare Folie 61 mit Piezokeramikrohmasse umgeben. Beim Sintern verbrennt die ausbrennbare Folie 61 und es entsteht ein Piezo¬ keramikstreifen mit durchgehenden kanalförmigen Hohlräumen. Auch bei diesem Verfahren empfiehlt es sich, durch einen Pre߬ prozeß hergestellte Piezokeramikstreifen 46 etwas dicker zu konzipieren und diese nach dem Sintern auf die gewünschte Dicke abzuschleifen.For the production of piezoceramic strips 46 with channel-shaped cavities, a film made of burnable material 61 can be used, which has strip-shaped openings 62. The strip-shaped openings 62 are arranged parallel to one another. The burn-out film 61 is surrounded with piezoceramic raw material by a casting or pressing process. During sintering, the burn-out film 61 burns and a piezoceramic strip with continuous channel-shaped cavities is created. In this method, too, it is advisable to design piezoceramic strips 46 produced by a pressing process somewhat thicker and to grind them to the desired thickness after sintering.
Die Druckpunktdichte, die mit dem beschriebenen Tintendruck¬ kopf erreicht werden kann, beträgt mindestens ca. 12 Punkte pro mm. Der Tintendruckkopf ist für höchste Druckgeschwindig¬ keiten geeignet. Das Verfahren gestattet die Herstellung eines Tintendruckkopfes höchster Auflösung, sozusagen in einem Stück, ohne daß aufwendige mechanische Bearbeitungs-und Verbindungs¬ verfahren, z.B. Schweißen, notwendig sind. Da die Bauhδhe dieses Tintendruckkopfes sehr gering ist, einschließlich einer möglichen Kunststoffbeschichtung kleiner als 0,2 mm, können mehrere Tintendruckkδpfe leicht gestapelt und gemeinsam in ein Gehäuse eingebaut werden. Das Gehäuse kann dabei als Tintenkammer dienen. In dieser Weise können auch Tintendruck¬ kδpfe für eine ganze Druckzeile aufgebaut werden. Eine Ver¬ bindungstechnik für den Zusammenbau einzelner Tinten¬ druckkδpfe ist das Kleben.The pressure dot density that can be achieved with the ink print head described is at least approximately 12 dots per mm. The ink print head is suitable for the highest printing speeds. The method allows the production of an ink print head of the highest resolution, so to speak in one piece, without complex mechanical processing and connection processes, e.g. Welding, are necessary. Since the height of this ink print head is very small, including a possible plastic coating smaller than 0.2 mm, several ink print heads can be easily stacked and installed together in one housing. The housing can serve as an ink chamber. Ink print heads for an entire print line can also be constructed in this way. A connection technique for the assembly of individual ink printheads is gluing.
Mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren ist es mög¬ lich, Tintendruckköpfe mit Breiten von einigen 10mm herzustellen. Da selbst zusammengesetzte Tintendruckköpfe noch eine sehr geringe Bauhöhe aufweisen, ist eine weitere Stapelung solcher Tintendruckköpfe für Mehrfarbendruck möglich.With the manufacturing method described it is possible to use ink printheads with widths of a few 10 mm to manufacture. Since even assembled ink printheads still have a very low overall height, further stacking of such ink printheads is possible for multi-color printing.
5 Figuren 27 Patentansprüche 5 Figures 27 claims

Claims

Patentansprüche Claims
1. Piezoelektrischer Tintendruckkopf mit einer Düsenfront mit mindestens einer Düse, mindestens einem tinteführenden Kanal, der in die Düse mündet und mindestens einen piezo¬ elektrischen Antriebselement, das so auf die Tinte in dem Kanal einwirkt, daß es bei piezoelektrischer Einschnürung einen tropfenförmigen Ausstoß an Tinte bewirkt, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale a) das Antriebselement (1) weist auf al) ein Piezokeramikteil (2), in dem ein Kanal (5) ge¬ schaffen ist, a2) eine erste Elektrode (3), die auf dem Piezokeramikteil (2) angeordnet ist, a3) eine zweite Elektrode (4), die isoliert zur ersten Elek¬ trode (3) auf dem Piezokeramikteil (2) angeordnet ist, b) die Düsenfront (21) ist direkt mit dem Piezokeramikteil (2) verbunden.1. Piezoelectric inkjet printhead with a nozzle front with at least one nozzle, at least one ink-guiding channel which opens into the nozzle and at least one piezoelectric drive element which acts on the ink in the channel in such a way that, when the piezoelectric constriction occurs, it emits a drop of ink , characterized by the following features a) the drive element (1) has a) a piezoceramic part (2) in which a channel (5) is created, a2) a first electrode (3) which is on the piezoceramic part (2 ) is arranged, a3) a second electrode (4), which is arranged insulated from the first electrode (3) on the piezoceramic part (2), b) the nozzle front (21) is connected directly to the piezoceramic part (2).
2. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach Anspruch 1 mit mehreren Antriebselementen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß a) die Kanäle (5) parallel zueinander verlaufen, b) die Antriebselemente (1) einzeln ansteuerbar sind, c) die Antriebselemεnte (1) eine gemeinsame erste Elek¬ trode (3) besitzen, d) die Piezokeramikteile (2) mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche voneinander separiert sind und e) jeder Kanal (5) in eine Düse (22) mündet.2. Piezoelectric ink print head according to claim 1 with a plurality of drive elements, characterized in that a) the channels (5) run parallel to each other, b) the drive elements (1) can be controlled individually, c) the drive elements (1) have a common first electrode (3), d) the piezoceramic parts (2) are separated from one another at least along the length of the electrically contacted areas and e) each channel (5) opens into a nozzle (22).
3. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Piezo¬ keramikteile (2) eine Materialdichte von größer 98% auf¬ weisen. 3. Piezoelectric ink print head according to claim 1 or 2, characterized in that the Piezo¬ ceramic parts (2) have a material density of greater than 98%.
4. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kanäle (5) einen Querschnitt aufweisen, dessen Durchmesser in Richtung der Verbindungslinien zwischen der ersten Elektrode (3) und den zweiten Elektroden (4) kleiner ist, als der Durch¬ messer in der dazu senkrechten Richtung.4. Piezoelectric ink print head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the channels (5) have a cross section, the diameter in the direction of the connecting lines between the first electrode (3) and the second electrodes (4) is smaller than that Diameter in the direction perpendicular to it.
5. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der An¬ sprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düsenfront (21) aus Metall besteht.5. Piezoelectric ink print head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nozzle front (21) consists of metal.
6. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der An¬ sprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düsenfront (21) aus Piezokeramik besteht.6. Piezoelectric ink print head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nozzle front (21) consists of piezoceramic.
7. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der An¬ sprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Trägerschicht (6) aus Metall auf der gemeinsamen ersten Elektrode (3) vorgesehen ist.7. Piezoelectric ink print head according to one of claims 1 to 5, characterized in that a carrier layer (6) made of metal is provided on the common first electrode (3).
8. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der An¬ sprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Trägerschicht (6) aus Kunststoff auf der gemein¬ samen ersten Elektrode (3) vorgesehen ist.8. Piezoelectric ink print head according to one of claims 1 to 5, characterized in that a carrier layer (6) made of plastic is provided on the common first electrode (3).
9. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Tintendruckkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß a) ein Piezokeramikstreifen (46) mit mindestens einem darin enthaltenen Kanal (5) hergestellt wird, b) die erste Elektrode (3) auf den Piezokeramikstreifen (46) aufgebracht wird, c) die zweiten Elektroden (4) auf der der ersten Elektrode (3) gegenüberliegenden Oberfläche des Piezokeramikstreifens (46) aufgebracht werden, so daß sie jeweils mittig über den Kanälen (5) liegen, parallel zu* diesen verlaufen und einander nicht berühren, d) die Antriebselemente (1) durch Zerteilen des Piezokeramik- streifens (46) zwischen den zweiten Elektroden (4) mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche voneinander separiert werden, e) die Piezokeramikteile (2) polarisiert werden und9. A method for producing a piezoelectric ink print head according to one of claims 1 to 7, characterized in that a) a piezoceramic strip (46) with at least one channel (5) contained therein is produced, b) the first electrode (3) on the piezoceramic strip is applied (46), c) the second electrodes (4) on which the first electrode (3) opposite surface of the piezoceramic strip (applied 46) of the so that they each lie centrally on the channels (5), parallel to * this run and don't touch each other, d) the drive elements (1) are separated from one another by dividing the piezoceramic strip (46) between the second electrodes (4) at least along the length of the electrically contacted regions, e) the piezoceramic parts (2) are polarized and
-*_ f) auf der Frontseite des Piezokera ikstreifens (46) die mit den Kanälen (5) verbundene Düsenfront (21) hergestellt wird.- * _ f) on the front of the piezoceramic strip (46) the nozzle front (21) connected to the channels (5) is produced.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Piezokeramikstreifen (46) mit den darin enthaltenen Kanälen (5) hergestellt wird durch a) Aufbringen von parallelen balkenförmigen Profilen (43) aus ausbrennbarem Material auf eine Piezokeramikrohfolie (41), b) Aufbringen einer Schicht aus Piezokeramikrohmaterial (45) auf die Profile (43), so daß diese bedeckt sind und der Raum zwischen den Profilen (43) aufgefüllt ist und c) Sintern.10. The method according to claim 9, characterized in that the piezoceramic strip (46) with the channels (5) contained therein is produced by a) applying parallel beam-shaped profiles (43) made of burnable material to a piezoceramic raw film (41), b) applying a layer of piezoceramic raw material (45) on the profiles (43) so that they are covered and the space between the profiles (43) is filled and c) sintering.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Aufbringen der Profile (43) durch Siebdrucken erfolgt.11. The method according to claim 10, characterized in that the profiles (43) are applied by screen printing.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n π z e i c h n e t , daß das Aufbringen der Profile (43) erfolgt durch a) Aufbringen einer Schicht aus fotostrukturierbarem Kunst¬ stoff und b) Strukturieren des Kunststoffs durch Fotoätztechnik .12. The method according to claim 10, characterized in that the profiles (43) are applied by a) applying a layer of photostructurable plastic and b) structuring the plastic by photoetching technology.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Aufbringen des Piezokeramikroh- aterials (45) durch Aufgießen erfolgt.13. The method according to claim 10, characterized in that the piezoceramic raw material (45) is applied by pouring on.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Aufbringen des Piezokeramikroh- aterials (45) erfolgt durch a) Aufbringen eines weiteren Piezokeramikrohfolienstrei¬ fens und b) Verpressen der beiden Rohfolienstreifen zusammen mit den dazwischen enthaltenen Profilen (43).14. The method according to claim 10, characterized in that the application of the piezoceramic raw material (45) is carried out by a) applying a further piezoceramic raw film strip and b) pressing the two raw film strips together with the profiles (43) contained between them.
15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Piezokeramikstreifen (46) mit den darin enthaltenen Kanälen (5) hergestellt wird durch a) Gießen einer Piezokeramikrohmasse in eine Vorrichtung, die eine Vertiefung aufweist, über der Fäden (53) aus aus¬ brennbarem Material so gespannt sind, daß sie parallel zu¬ einander verlaufen und b) Sintern.15. The method according to claim 9, characterized in that the piezoceramic strip (46) with the channels (5) contained therein is produced by a) pouring a piezoceramic raw material into a device which has a recess above the threads (53) from aus¬ combustible material are so stretched that they run parallel to each other and b) sintering.
16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Piezokeramikstreifen (46) mit den darin enthaltenen Kanälen (5) hergestellt wird durch a) beidseitiges Beschichten, insbesondere Vergießen, einer ausbrennbaren Folie (61), in der parallele Durchbrüche (62)" vorgesehen sind, deren Abstände voneinander den Maßen der Kanäle (5) entsprechen, mit Piezokeramikrohmasse und b) Sintern.16. The method according to claim 9, characterized in that the piezoceramic strip (46) with the channels (5) contained therein is produced by a) coating on both sides, in particular casting, a burn-out film (61), in the parallel openings (62) " are provided, the distances from which correspond to the dimensions of the channels (5), with piezoceramic raw material and b) sintering.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Aufbringen der ersten Elektrode (3) durch Aufsputtern einer Metallschicht erfolgt.17. The method according to any one of claims 9 to 16, characterized in that the first electrode (3) is applied by sputtering on a metal layer.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Aufbringen der zwei¬ ten Elektroden (4) und das voneinander Separieren der Antriebs¬ elemente (1) dadurch erfolgt, daß a) auf der der ersten Elektrode (3) gegenüberliegenden Ober¬ fläche des Piezokeramikstreifen (46) eine metallische Sput¬ terschicht (47) aufgebracht wird und b) keilförmige Furchen (48) aus dem Piezokeramikstreifen (46) herausgeschnitten werden, so daß aus der metallischen Sputter¬ schicht (47) die zweiten Elektroden (4) und gleichzeitig die Antriebselemente (1) voneinander separiert werden.18. The method according to any one of claims 9 to 17, characterized in that the application of the second electrodes (4) and the separation of the drive elements (1) is carried out in that a) on that of the first electrode (3) a metallic sputter layer (47) is applied to the opposite surface of the piezoceramic strip (46) and b) wedge-shaped furrows (48) from the piezoceramic strip (46) are cut out, so that the second electrodes (4) and at the same time the drive elements (1) are separated from the metallic sputter layer (47).
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch g e k e n n z e ic h n e t , daß das zum Separieren der Arttriebselemente (1) folgende Verfahrensschritte durchge¬ führt werden, a) Einbringen keilförmiger langgestreckter Profile zwischen den balkenför igen Profilen (43) auf den Piezokeramikroh¬ folienstreifen (41), b) Aufbringen einer Schicht aus Piezokeramikrohmaterial (45) auf die Profile, so daß diese bedeckt sind und deren Raum zwischen den Profilen aufgefüllt ist, c) Sintern und d) Durchtrennen der keramischen Verbindungsstellen (44) zwi¬ schen den Piezokeramikteilen (2).19. The method according to any one of claims 9 to 17, characterized in that the following method steps are carried out for separating the drive elements (1), a) introducing wedge-shaped elongated profiles between the beam-shaped profiles (43) on the piezoceramic tube film strips (41), b) applying a layer of piezoceramic raw material (45) to the profiles so that they are covered and whose space between the profiles is filled, c) sintering and d) severing the ceramic connection points (44) between the Piezoceramic parts (2).
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf die erste Elektrode (3) eine Trägerschicht (6) aus Metall galvanisch aufge¬ bracht wird.20. The method according to any one of claims 9 to 19, characterized in that a carrier layer (6) made of metal is applied galvanically to the first electrode (3).
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Trägerschicht (6) aus r.unststoff auf die erste Elektrode (3) aufgeklebt wird.21. The method according to any one of claims 9 to 19, characterized in that a carrier layer (6) made of plastic is glued onto the first electrode (3).
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Polarisieren der Piezokeramikteile (2) erfolgt durch a) Auffüllen der Kanäle (5) mit einer schwachleitfähigen Flüssigkeit und b) Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen die zweiten Elektroden (4) und die erste Elektrode (3) bei erhöhter Temperatur. 22. The method according to any one of claims 9 to 21, characterized in that the polarization of the piezoceramic parts (2) is carried out by a) filling the channels (5) with a weakly conductive liquid and b) applying an electrical field between the second electrodes (4) and the first electrode (3) at elevated temperature.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düsenfront (21) aus Metall hergestellt wird, nachdem die Antriebselemente (1) durch Zerteilen des Piezokeramikstreifen (46) auf seiner gesamten Länge voneinander getrennt werden, in dem der Piezo¬ keramikstreifen (46) auf der Frontseite a) geschliffen und poliert wird, b) eine weitere metallische Sputterschicht (49) aufgebracht wird, c) auf die weitere metallische Sputterschicht (49) die me¬ tallische Düsenfront (21) galvanisch aufgebracht wird und d) die Düsen (22) auf die Kanäle (5) stoßend mit gleichen Abstand voneinander erzeugt werden.23. The method according to any one of claims 9 to 22, characterized in that the nozzle front (21) is made of metal after the drive elements (1) are separated by dividing the piezoceramic strip (46) over its entire length in which the piezo ¬ ceramic strip (46) on the front a) is ground and polished, b) a further metallic sputter layer (49) is applied, c) the metallic nozzle front (21) is galvanically applied to the further metallic sputter layer (49) and d ) the nozzles (22) are generated by abutting the channels (5) at the same distance from each other.
24. Verfahren- nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Düsenfront (21) aus Piezokeramik hergestellt wird, nachdem die Antriebs¬ elemente (1) durch Zerteilen des Piezokeramikstreifens (46) so voneinander getrennt werden, daß der Piezokeramikstrei¬ fen (46) im Frontbereich unzerteilt bleibt, indem a) die Frontseite des Piezokeramikstreifens (46) geschlif¬ fen und poliert wird und b) durch Laserätzen die Düse (22) auf die Kanäle (5) stoßend mit gleichen Abstand voneinander erzeugt werden.24. The method according to any one of claims 9 to 22, characterized in that the nozzle front (21) is made of piezoceramic after the drive elements (1) are separated from one another by dividing the piezoceramic strip (46) so that the piezoceramic strip fen (46) remains undivided in the front area by a) grinding and polishing the front of the piezoceramic strip (46) and b) by laser etching the nozzle (22) against the channels (5) with the same distance from each other.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bearbeitung des Piezokeramikstreifens (46) durch Laserätzen mit einem Ver¬ fahren durchgeführt wird, das die folgenden Merkmale auf¬ weist, a) es wird eine Laserstrahlung mit einer (Luft)-wellenlänge kleiner als etwa 350 nm verwendet, b) die Beaufschlagung mit Laserstrahlung wird nur impuls¬ weise durchgeführt und c) die Impulsdauer, die Pulswiederholungsrate und die Puls¬ energie wird derart aufeinander abgestimmt bemessen, daß in dem Piezokeramikstreifen (46) ein wesentlicher Wärmestau vermieden wird. 25. The method according to any one of claims 9 to 24, characterized in that the processing of the piezoceramic strip (46) is carried out by laser etching with a method which has the following features, a) it is a laser radiation with an (air ) -wavelength less than about 350 nm is used, b) the exposure to laser radiation is carried out only in pulses, and c) the pulse duration, the pulse repetition rate and the pulse energy are dimensioned in such a way that they are essential in the piezoceramic strip (46) Heat build-up is avoided.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 25, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Piezokeramikstrei¬ fen (46) verwendet wird, der eine Materialdichte von größer 98% aufweist.26. The method according to any one of claims 9 to 25, characterized in that a piezoceramic strip (46) is used which has a material density of greater than 98%.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 26, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß die keilförmigen Furchen (48) mit Kunststoff (7) vergoßen werden. 27. The method according to any one of claims 9 to 26, characterized in that the wedge-shaped furrows (48) are cast with plastic (7).
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