DE60103013T2

DE60103013T2 - Tröpfchenaufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE60103013T2
Application number: DE2001603013
Authority: DE
Inventors: Raymond Paul Royston DRURY; Angus Condie; Marcin Jerzy ZABA
Original assignee: Xaar Technology Ltd
Current assignee: Xaar Technology Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2021-01-06
Also published as: KR100771090B1; US8783583B2; GB0000368D0; JP5274741B2; DE60103013D1; US20170100932A1; JP5619933B2; KR20020097155A; BR0107460A; IL150532A; CA2395750A1; WO2001049493A2; JP2003519027A; EP1244554B1; EP1244554A2; US9415582B2; US20100110136A1; JP2013091329A; CN1213869C; US20140285581A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tröpfchenaufbringungsvorrichtung wie beispielsweise einen auf Abruf einzelne Tropfen erzeugenden Tintenstrahldrucker.
Um die Geschwindigkeit des Tintenstrahldruckvorgangs zu erhöhen, werden Tintenstrahl-Druckköpfe typisch mit einer immer größer werdenden Anzahl von Tintenausstoßkanälen ausgestattet. Beispielsweise gibt es im Handel erhältliche Tintenstrahl-Druckköpfe mit mehr als 500 Tintenausstoßkanälen, und es wird erwartet, dass in Zukunft so genannte "seitenweise Drucker" Druckköpfe enthalten könnten, die mehr als 2000 Tintenausstoßkanäle aufweisen. Ein Beispiel für einen seitenweisen Drucker ist in WO 98/52 763 gegeben.
Zumindest in ihren bevorzugten Ausführungsformen versucht die vorliegende Erfindung, eine Tröpfchenausbringungsvorrichtung zu schaffen, die sich für eine Verwendung in einem seitenweisen Drucker eignet, wobei sie einen einfachen und kompakten Aufbau hat.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Tröpfchenaufbringungsvorrichtung, die umfasst:
eine Tröpfchenausstoßeinheit, die eine Vielzahl von Fluidkanälen aufweist, die nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, Betätigungseinrichtungen und eine Vielzahl von Düsen, wobei jede eine Düsenachse hat, die sich in einer zweiten Richtung, orthogonal zu der ersten Richtung, erstreckt, wobei die Betätigungseinrichtungen betätigbar sind, um ein Fluidtröpfchen von einem Fluidkanal durch eine jeweilige Düse auszustoßen, wobei die Ausstoßeinheit eine Endfläche hat, die sich sowohl in der ersten als auch in der zweiten Richtung erstreckt;
ein Tragglied für die zumindest eine Tröpfchenausstoßeinheit, wobei das Tragglied eine Seitenfläche hat; und
eine Leitung zum Fördern von Fluid zu jedem der Fluidkanäle, wobei sich die Leitung entlang sowohl der Endfläche als auch der Seitenfläche erstreckt;
wobei Verbindungseinrichtungen zum elektrischen Verbinden der Betätigungseinrichtungen mit der Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung an der Endfläche ausgebildet sind.
In dem Fall, in dem die Vorrichtung eine Vielzahl von Tröpfchenausstoßeinheiten umfasst, ist die Leitung vorzugsweise so beschaffen, dass sie Tröpfchenfluid zu jedem der Fluidkanäle der Vielzahl von Tröpfchenausstoßeinheiten transportiert. Folglich können alle Tintenkanäle von einer Leitung mit Tinte versorgt werden. Dadurch kann die Anzahl der Tintenzuführungskanäle oder Leitungen, die erforderlich sind, um Tinte zu den Tintenkanälen zu befördern, erheblich verringert werden, wodurch sich die maschinelle Bearbeitung vereinfacht und eine kompakte Tröpfchenaufbringungsvorrichtung geschaffen wird.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine zweite Leitung, um Tröpfchenfluid von jedem der Fluidkanäle von wenigstens einer Tröpfchenausstoßeinheit weg zu transportieren.
In einer Ausführungsform gibt es eine Vielzahl von Reihen von Kanälen, wobei die Tröpfchenausstoßeinheiten auf dem Tragglied derart angeordnet sind, dass zumindest einige der Fluidkanäle benachbarter Reihen von Fluidkanälen im Wesentlichen koaxial sind. Folglich könnte es praktisch einen Fluideinlass und einen Fluidauslass für eine Anzahl koaxialer Tintenkanäle geben. Dadurch kann die Größe des Druckkopfes in der Papiervorschubrichtung wesentlich verringert werden. Dies kann außerdem ermöglichen, die Druckköpfe in der Papiervorschubrichtung dicht zu stapeln, was für die Erzielung einer genauen Tropfenplatzierung, eines kompakten Druckers und folglich niedriger Kosten von Vorteil ist.
In einer bevorzugten Ausführung hat jeder Fluidkanal eine Länge, die sich in einer dritten Richtung orthogonal zu der ersten und der zweiten Richtung erstreckt.
Die erhöhte Dichte der Komponenten der Vorrichtung, wie etwa der Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungsanordnung, kann zu mit einer thermischen Überlastung verbundenen Problemen führen. Deshalb ist vorzugsweise zumindest eine der Leitungen so angeordnet, dass ein beträchtlicher Teil der Wärme, die während des Tröpfchenausstoßes erzeugt wird, auf das Tröpfchenfluid übertragen wird, wodurch sie abtransportiert wird.
Die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtungen können in im Wesentlichen thermischen Kontakt mit zumindest einer der Leitungen sein, um einen beträchtlichen Teil der in der Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung erzeugten Wärme auf das Tröpfchenfluid zu übertragen. Das Anordnen der Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung auf eine solche Weise kann vorteilhaft der Tinte in dem Druckkopf ermöglichen, als Senke für die in der Steuerkreis- bzw. Treiber schaltungseinrichtung erzeugte Wärme zu dienen. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Überlastung erheblich verringert werden, während gleichzeitig Probleme hinsichtlich der elektrischen Integrität, die auftreten könnten, wenn das Schaltkreisgehäuse, das die Schaltungsanordnung enthält, in direkten Kontakt mit der Tinte kommen kann, vermieden werden. In einer Ausführung ist die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung an dem Tragglied montiert, wobei das Tragglied in thermischem Kontakt mit zumindest einer der Leitungen ist. In einer Ausführungsform weist das Tragglied ein im Wesentlichen U-förmiges oder H-förmiges Glied auf, wobei die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung zumindest an einer der beiden einander gegenüberliegenden Seiten der Arme des U-förmigen oder H-förmigen Gliedes montiert ist. Bei dieser Ausführung kann die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung ohne weiteres von dem Fluid, das durch die Leitungen transportiert wird, räumlich getrennt werden.
Alternativ kann die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung an dem Tragglied montiert sein, um mit Tröpfchenfluid, das durch wenigstens eine der Leitungen transportiert wird, in Kontakt zu kommen. Bei dieser Ausführung kann es erforderlich sein, die außenseitigen Oberflächen der Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung elektrisch zu passivieren.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Kühlmittelförderleitung zum Fördern eines Kühlmittelfluides, wobei die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung der Kühlmittelförderleitung nahe ist, um einen beträchtlichen Teil der in der Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung erzeugten Wärme auf das Kühlmittelfluid zu übertragen. Ein Kühlen der Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung kann folglich mit einer verminderten Übertragung von Wärme auf die Tröpfchenausstoßeinheiten erzielt werden. Dadurch kann jede Änderung der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit auf Grund von Schwankungen der Viskosität des Fluids, die durch die Erwärmung des Tröpfchenfluids durch die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung verursacht sind, reduziert werden. Die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung ist vorzugsweise an dem Tragglied montiert, wobei das Tragglied in thermischem Kontakt mit der dritten Leitung ist. Vorzugsweise weist die dritte Leitung eine Öffnung auf, die in dem Tragglied ausgebildet ist.
Bevorzugt ist zumindest eine, entweder wenigstens eine Tröpfchenausstoßeinheit oder die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung, an der Kühlmittelför dereinrichtung angebracht. Stärker bevorzugt sind beide, wenigstens eine Tröpfchenausstoßeinheit und die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung, daran angebracht.
Vorzugsweise umfasst die Fluidfördereinrichtung eine Leitung, die sich entlang der Reihe und zu einer der beiden Seiten der Kühlmittelfördereinrichtung und der wenigstens einen Tröpfchenausstoßeinheit erstreckt, um Tröpfchenfluid zu jedem der Fluidkanäle der wenigstens einen Tröpfchenausstoßeinheit zu transportieren. Vorzugsweise umfasst die Fluidfördereinrichtung außerdem eine zweite Leitung, die sich entlang der Reihe und zu der anderen Seite sowohl der Kühlmittelfördereinrichtung als auch der wenigstens einen Tröpfchenausstoßeinheit erstreckt, um Tröpfchenfluid aus jedem der Fluidkanäle der wenigstens einen Tröpfchenausstoßeinheit aufzunehmen.
In einer alternativen Ausführung sind zwei Reihen Fluidkanäle vorhanden, wobei jede Reihe an einem jeweiligen Tragglied angeordnet ist, das eine entsprechende Leitung zum Fördern von Fluid zu der Reihe hat. Vorzugsweise ist eine weitere Leitung angeordnet, um Tröpfchenfluid von beiden Reihen von Fluidkanälen wegzutransportieren. Die zweite Leitung verläuft vorzugsweise zwischen den Traggliedern.
In einer Ausführung hat das Tragglied eine Abmessung in der dritten Richtung, die im Wesentlichen gleich n mal der Länge eines Fluidkanäls in der dritten Richtung ist, wobei n die Anzahl der Kanalreihen ist. Durch Verringern der Breite der Vorrichtung in der Papiervorschubrichtung, durch Ausbilden des Traggliedes mit einer Dicke, die im Wesentlichen den kombinierten Längen der Tintenkanäle in der dritten Richtung gleich ist, können Verbesserungen der Papier-/Druckkopf-Ausrichtung und der Punktaufzeichnung erzielt werden. Das Blei-Zirkonat-Titanat-Material (PZT), aus dem die Ausstoßeinheiten typisch geformt sind, ist verhältnismäßig teuer; deshalb ist es vorteilhaft, wenn sichergestellt ist, dass eine maximale Anzahl von Kanälen in einem Minimum an PZT geschaffen wird.
Demnach kann eine Tröpfchenausbringungsvorrichtung geschaffen werden, die umfasst:
wenigstens eine Tröpfchenausstoßeinheit, die eine Vielzahl von Fluidkanälen aufweist, die nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, wobei die Kanäle eine Länge haben, die sich in einer zweiten Richtung im Wesentlichen koplanar zu der ersten Richtung und orthogonal zu dieser erstreckt, Betätigungseinrichtungen und eine Vielzahl von Düsen, wobei jede Düse eine Düsenachse hat, die sich in einer dritten Richtung im Wesentlichen orthogonal zu der ersten und der zweiten Richtung erstreckt, wobei die Betätigungseinrichtungen betätigbar sind, um ein Fluidtröpfchen von einem Fluidkanal durch eine jeweilige Düse auszustoßen;
eine Einrichtung, um das Tröpfchenfluid zu den Fluidkanälen zu transportieren; und
ein Tragglied für zumindest eine Tröpfchenausstoßeinheit, wobei zumindest eine Tröpfchenausstoßeinheit so auf dem Tragglied angeordnet ist, dass es dort n Reihen von Fluidkanälen gibt, die sich in der ersten Richtung erstrecken (wobei n eine ganze Zahl ist), wobei das Tragglied eine Abmessung in einer zweiten Richtung hat, die im Wesentlichen gleich n mal der Länge eines Fluidkanals in der zweiten Richtung ist.
In einer alternativen Ausführung kann das Tragglied einen Arm eines im Wesentlichen U-förmigen Gliedes umfassen, wobei am Ende jedes Arms des U-förmigen Gliedes wenigstens eine Tröpfchenausstoßeinheit getragen wird.
Vorzugsweise erstreckt sich die zweite Leitung zwischen den Armen des U-förmigen Gliedes, um Tröpfchenfluid von den Tröpfchenausstoßeinheiten, die durch die Arme des U-förmigen Gliedes getragen werden, zu transportieren. Bei einer derartigen Ausführung kann die Vorrichtung ein Paar Leitungen aufweisen, wobei jede für den Transport von Tröpfchenfluid zu der oder jeder Tröpfchenausstoßeinheit durch einen jeweiligen Arm getragen wird, wobei sich jede Leitung entlang der äußeren Seite des jeweiligen Armes des U-förmigen Gliedes erstreckt.
In einer weiteren Ausführung umfasst die Vorrichtung ein Abdeckungsglied, das sich über und zu den Seiten des Traggliedes erstreckt, um mit dem Tragglied zumindest teilweise die Leitungen zu definieren.
Das Tragglied und das Abdeckungsglied können an einer Basis angebracht sein, die mit dem Tragglied und dem Abdeckungsglied die Leitungen definiert. Folglich kann die Anzahl der Vorrichtungskomponenten verringert werden, da beispielsweise die Basis, das Abdeckungsglied und das Tragglied mehrere Funktionen ausüben (einschließlich der Definition der Leitungen).
In einer nochmals weiteren Ausführung wird eine Tröpfchenausbringungsvorrichtung geschaffen, die umfasst:
ein Tragglied;
zumindest eine Tröpfchenausstoßeinheit, die an dem Tragglied befestigt ist und eine Vielzahl von Fluidkanälen aufweist, die nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind; und
ein Abdeckungsglied, das sich über und zu den Seiten des Traggliedes erstreckt, um mit dem Tragglied eine erste Leitung zu definieren, die sich entlang der Reihe für den Transport von Fluid zu den Fluidkanälen erstreckt, und eine zweite Leitung, die sich entlang der Reihe für den Transport von Fluid von den Fluidkanälen erstreckt.
Die oder jede Tröpfchenausstoßeinheit kann Betätigungseinrichtungen und eine Vielzahl von Düsen umfassen, wobei die Betätigungseinrichtungen betätigbar sind, um ein Fluidtröpfchen von einem Fluidkanal durch eine jeweilige Düse auszustoßen.
Die Abdeckung kann Öffnungen enthalten, um den Tröpfchen zu ermöglichen, von den Fluidkanälen ausgestoßen zu werden. Diese Öffnungen sind vorzugsweise in das Abdeckglied geätzt. In einer Ausführung sind die Düsen in der Abdeckung ausgebildet. In einer weiteren Ausführung sind die Düsen in einer Düsenplatte ausgebildet, die von der Abdeckung getragen wird, wobei jeder Fluidkanal über eine jeweilige Öffnung in Fluidverbindung mit einer jeweiligen Düse ist. Die Verwendung sowohl eines Abdeckgliedes als auch einer Düsenplatte kann eine verbesserte Toleranz für die Laser-Ablation der Düsen in der Düsenplatte liefern, da eine präzise Positionierung der Düse in Bezug auf den Tintenraum weniger kritisch wird. Da die Düsenplatte von der Abdeckung getragen wird, kann sie dünner gemacht werden, wodurch die Kosten sinken. Die Abdeckung ist vorzugsweise aus einem Werkstoff geformt, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der im Wesentlichen jenem des Traggliedes gleich ist.
Die Abdeckung ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff geformt, beispielsweise aus Molybdän oder Nilo (einer Nickel/Eisen-Legierung).
Die oder jede Tröpfchenausstoßeinheit kann eine erste piezoelektrische Schicht, die in einer ersten Polrichtung gepolt ist, und auf der ersten piezoelektrischen Schicht eine zweite piezoelektrische Schicht aufweisen, die in einer Richtung ge polt ist, die entgegengesetzt zu der ersten Polrichtung ist, wobei in der ersten und in der zweiten piezoelektrischen Schicht Fluidkanäle ausgebildet sind. Folglich können die Wandungen der Fluidkanäle als Betätigungseinrichtungen bzw. Wandungsaktuatoren vom so genannten Chevron-Typ dienen. Es ist bekannt, dass diese Aktuatoren vorteilhaft sind, da sie im Vergleich zu Aktuatoren vom Schubmodus-Auslegertyp oder anderen herkömmlichen, auf Abruf Tropfen liefernden piezoelektrischen Aktuatoren eine niedrigere Stellspannung erfordern, um während des Betriebs in den Fluidkanälen den gleichen Druck aufzubauen.
Die erste piezoelektrische Schicht kann direkt auf das Tragglied aufgebracht sein. Diese einfache Ausführung der Ausstoßeinheit ermöglicht, Kanäle in der ersten und der zweiten piezoelektrischen Schicht maschinell auszuarbeiten, wenn die Schichten in situ auf dem Tragglied sind, wodurch sich die Herstellung vereinfacht. In dieser Ausführung ist das Tragglied vorzugsweise aus keramischem Material geformt.
In einer alternativen Ausführung ist die erste piezoelektrische Schicht auf einer Basisschicht ausgebildet, die aus keramischem Material gebildet ist, wobei die Basisschicht an dem Tragglied angebracht ist.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen weiter verdeutlicht, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird, worin:
1 eine Perspektivansicht eines Moduls einer Tröpfchenausstoßeinheit zeigt;
2 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Moduls zeigt;
3 eine Perspektivansicht des Moduls von 1 mit den darauf ausgebildeten Elektroden und Verbindungsleiterbahnen zeigt;
4 eine Perspektivansicht einer einzigen an das Tropfenausstoßmodul angeschlossenen Steuer- bzw. Treiberschaltung zeigt;
5 eine Perspektivansicht zweier an ein Tröpfchenausstoßmodul angeschlossener Steuer- bzw. Treiberschaltungen zeigt;
6 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform einer Anordnung eines Tröpfchenausstoßmoduls mit an diesem angebrachten Fluidleitungen für die Zuführung von Fluid zu dem Modul zeigt;
7 eine Perspektivansicht der in 6 gezeigten Ausführung mit einem daran angebrachten Kühlkörper zeigt;
8 eine erste Gruppierung von Anordnungen, wie sie in 7 gezeigt sind, in einem Druckkopf zeigt;
9 eine zweite Gruppierung von Anordnungen, wie sie in 7 gezeigt sind, in einem Druckkopf zeigt;
10 eine dritte Gruppierung von Anordnungen, wie sie in 7 gezeigt sind, in einem Druckkopf zeigt;
11 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Anordnung mehrerer Tröpfchenausstoßeinheiten, die an einem Tragglied angebracht sind, zeigt;
12 eine auseinander gezogene Perspektivansicht der in 11 gezeigten Ausführungsform mit Fluidleitungen für die Zuführung von Fluid zu den Modulen zeigt;
13 eine Perspektivansicht der Befestigung einer Düsenplatte an die in 12 gezeigte Anordnung zeigt;
14 eine Perspektivansicht einer dritten Ausführungsform einer Anordnung mehrerer Tröpfchenausstoßeinheiten, die an einem Tragglied angebracht sind, zeigt;
15 eine Seitenansicht der in 14 gezeigten Anordnung mit einem Abdeckungsglied, das daran angebracht ist, um Fluidleitungen für die Zuführung von Fluid zu den Modulen zu definieren, zeigt;
16 eine Seitenansicht eines Abschnitts der in 15 gezeigten Anordnung, die an einer Basis angebracht ist, zeigt;
17 eine Perspektivansicht der in 15 gezeigten Ausführung mit Öffnungen, die für den Ausstoß von Tinte aus den Tintenkanälen in der Abdeckung ausgebildet sind, zeigt;
18 eine Perspektivansicht der in 15 gezeigten Ausführung mit einer an der Abdeckung angebrachten Düsenplatte zeigt;
19 eine Perspektivansicht einer vierten Ausführungsform einer Anordnung mehrerer Tröpfchenausstoßeinheiten, die an einem Tragglied angebracht sind, zeigt;
20 eine Seitenansicht einer fünften Ausführungsform einer Anordnung von Tröpfchenausstoßmodulen mit Fluidleitungen für die Zuführung von Fluid zu den Modulen zeigt; und
21 bis 25 Querschnittansichten weiterer Ausführungsformen von Anordnungen von Tröpfchenausstoßeinheiten mit daran angebrachten Fluidleitungen zeigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tröpfchenaufbringungsvorrichtung, wie beispielsweise auf Abruf einzelne Tropfen erzeugende Tintenstrahl-Druckköpfe. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im Folgenden beschrieben werden, verwendet der Druckkopf eine modulare Anordnung von Tröpfchenausstoßmodulen, um eine über eine Seite reichende Gruppierung von Tröpfchen ausstoßenden Düsen für den Ausstoß von Fluid auf ein Substrat zu schaffen. Als Erstes wird die Herstellung eines derartigen Tröpfchenausstoßmoduls beschrieben.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst ein Tröpfchenausstoßmodul 100 ein keramisches Basisplättchen, an das ein erstes piezoelektrisches Plättchen 104 und ein zweites piezoelektrisches Plättchen 106 angebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Basisplättchen 102 aus einem Glaskeramikplättchen gebildet, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten C_TE zwischen jenem des Werkstoffs, aus dem die piezoelektrischen Schichten 104, 106 gebildet sind (beispielsweise PZT), und jenem des Werkstoffs, aus dem ein Tragglied gebildet ist, auf dem das Basisplättchen 102 zu befestigen ist, besitzt. Das erste piezoelektrische Plättchen 104 wird mittels eines elastischen Klebstoffs 108 an dem Basisplättchen 102 befestigt. Genauso wird das zweite piezoelektrische Plättchen 106 mittels eines elastischen Klebstoffs 110 an dem ersten piezoelektrischen Plättchen 104 befestigt. Die Kombination aus dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE des Basisplättchens 102 und der Elastizität des Klebstoffs 108, 110 sorgt für eine Pufferung, um die Verformung des Moduls 100, die ansonsten infolge des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens des piezoelektrischen Materials und des Traggliedes auftreten könnte, zu vermeiden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist dies wegen der Kompaktheit der Tröpfchenausstoßeinheit besonders wichtig, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird.
In den piezoelektrischen Schichten 104, 106 ist eine Reihe von parallelen Fluidkanälen 112 ausgebildet. Die Fluidkanäle können beispielsweise durch Schlitze erzielt werden, die mit einer dünnen Plättchenschneidklinge in den piezoelektrischen Plättchen ausgebildet werden. Wie durch die Pfeile 114 und 116 in 2 angegeben ist, sind die piezoelektrischen Plättchen in entgegengesetzter Richtung gepolt. Da die Plättchen 104 und 106 entgegengesetzt gepolt sind, dienen die Wandungen 118 der Kanäle als Betätigungseinrichtungen bzw. Wandungs-Aktuatoren vom so genannten Chevron-Typ, von der Art des Gegenstands der europäischen Patente Nr. 0 277 703 und Nr. 0 278 590. Es ist bekannt, dass diese Aktuatoren vorteilhaft sind, da sie eine niedrigere Stellspannung erfordern, um während des Betriebs den gleichen Druck in den Fluidkanälen aufzubauen.
Nachdem die Kanäle 112 ausgebildet worden sind, werden die Plättchen zerteilt, um ein Modul zu bilden, wie es in 1 gezeigt ist. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das Modul 64 Fluidkanäle, jeweils mit einer Länge von 2 mm (ungefähr dem Doppelten der akustischen Länge von Tinte in dem Kanal während des Betriebs).
Wie aus 3 hervorgeht, wird ein metallischer Überzug auf den einander gegenüberliegenden Flächen des Tintenkanals 112 abgelagert, wo er sich über die volle Höhe der Kanalwände 118 erstreckt und für Betätigungselektroden 120 sorgt, auf die eine Passivierungsschicht aufgebracht werden kann. Bei einem Verfahren zum Bilden der Elektroden wird eine Impfschicht wie etwa Nd: Yttrium-Aluminium-Granat über dem Modul 100 und in die Kanäle 112 zerstäubt. Auf einer Seite oder auf beiden Seiten 124 des Moduls 100 wird beispielsweise mittels der wohl bekannten Laser-Ablation, Photoresist- oder Maskierungstechnik eine Verbindungsstruktur 122 ausgebildet. Das Ausbilden der Verbindungsstruktur auf beiden Seiten 124 des Moduls kann die Dichte der Leiterbahnen des Verbindungsmusters halbieren, wodurch sich die Herstellung des Verbindungsmusters vereinfacht. Mit der Impfschicht, die definiert worden ist, wird die Schicht überzogen, um die Elektroden-Leiterbahnen beispielsweise mit einem stromlosen Vernickelungsverfahrens zu bilden. Die oberen Enden der Wände 118, die die Kanäle 112 voneinander trennen, werden von Überzugsmetall frei gehalten, so dass die Leiterbahn und die Elektrode für jeden Kanal von anderen Kanälen elektrisch isoliert sind.
Wie aus 4 und 5 hervorgeht, ist jedes Modul mit zumindest einer zugeordneten Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungsanordnung (integrierte Schaltung ("Chip") 130) beispielsweise mittels einer flexiblen Schaltung 132 verbunden. In der in 4 gezeigten Ausführung hat das Modul 100 Verbindungsleiterbahnen, die nur auf einer Seite ausgebildet sind; folglich ist nur ein Chip 130 erforderlich, um die Betätigungseinrichtungen bzw. Aktuatoren 118 anzusteuern. In der in 5 gezeigten Ausführung hat das Modul 100 Verbindungsleiterbahnen, die auf beiden Seiten des Moduls ausgebildet sind, wobei zwei Chips 130 die Aktuatoren 118 ansteuern. In der flexiblen Schaltung 132 können Durchgangslöcher 133 ausgebildet sein, die ermöglichen, den Chip mit weiteren Komponenten der Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungsanordnung wie etwa Widerständen, Kondensatoren und dergleichen zu verbinden.
Wie 5 zeigt, ist das Modul 100 an dem Tragglied 140 angebracht. Die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungsanordnung 130 kann mit dem Modul verbunden werden, bevor es an dem Tragglied angebracht wird, wodurch das Modul getestet werden kann, bevor es an dem Tragglied angebracht wird, oder sie kann mit dem Modul verbunden werden, wenn es schon an dem Tragglied 140 angebracht ist.
Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, ist in der in 5 gezeigten Ausführungsform das Tragglied 140 aus einem Werkstoff hergestellt, der ein gutes Wärmeleitungsvermögen besitzt. Von derartigen Werkstoffen wird Aluminium besonders bevorzugt, weil es einfach und preiswert durch Fließpressen geformt werden kann. Um die Größe des Druckkopfes in der Papiervorschubrichtung zu verringern hat das Tragglied 140 eine Dicke in Richtung der Länge des Fluidkanals, die im Wesentlichen der Länge des Fluidkanals gleich ist.
6 zeigt die Verbindung von Leitungen, um Tinte zu und von dem Modul zu transportieren, das in 5 in einer ersten Ausführungsform einer Tröpfchenaufbringungsvorrichtung gezeigt ist. Die Leitungen umfassen einen ersten Tintenzuführungsverteiler 150, um dem Modul 100 Tinte zuzuführen, und einen zweiten Tintenzuführungsverteiler 152, um Tinte von dem Verteiler 152 wegzutransportie- ren. Bei der in 6 gezeigten Ausführung sind die Verteiler 150, 152 so konfiguriert, dass sie Tinte zu allen Tintenkanälen des Moduls 100 transportieren und von diesen wegtransportieren. Die Verteiler können aus irgendeinem geeigneten Werkstoff wie etwa Kunststoff sein.
Wie 7 zeigt, ist ein Kühlkörper 160 mit dem Tintenauslass 154 des zweiten Verteilers 152 verbunden. Der Kühlkörper ist hohl und wird verwendet, um Tinte von dem zweiten Verteiler 152 in einen (nicht gezeigten) Tintenvorratsbehälter wegzutransportieren. Wie 7 zeigt, ist der Steuerkreis bzw. die Treiberschaltung 130 in im Wesentlichen thermischem Kontakt mit dem Kühlkörper 160 montiert, um zu ermöglichen, dass eine beträchtliche Menge der Wärme, die von den Schaltungen während ihres Betriebs erzeugt wird, über den Kühlkörper 160 an die Tinte übertragen wird. Dazu ist der Kühlkörper 160 ebenfalls aus einem Werkstoff geformt, der ein gutes Wärmeleitungsvermögen hat, wie etwa Aluminium. Wahlweise können wärmeleitende Kontaktstellen 134 oder Klebstoff verwendet werden, um den Wärmeübergangswiderstand zwischen den Schaltungen 130 und dem Kühlkörper 160 zu verringern.
Eine Düsenplatte 170 ist mit der obersten Oberfläche des Moduls 100 verklebt. Die Düsenplatte 17 besteht aus einem Streifen aus einem Polymer wie etwa Polyimid, beispielsweise Ube Industries Polyimid UPILEX R oder S, der wie in US-A-5 010 356 (EP-B-0 367 438) angegeben mit einem nichtnetzenden Überzug beschichtet ist. Die Düsenplatte wird durch Aufbringen einer dünnen Schicht Klebstoff verklebt, wobei der Klebstoff eine Adhäsionsklebung zwischen der Düsenplatte 10 und den Wänden 118 herstellt, woraufhin der Klebstoff aushärten kann. In der Düsenplatte wird eine Reihe von Düsen, eine für jeden Tintenkanal 112, beispielsweise mittels UV-Excimerlaser-Ablation ausgebildet, wobei sich die Reihe von Düsen in einer Richtung erstreckt, die orthogonal zur Länge der Tintenkanäle 112 ist, so dass die Betätigungseinrichtungen so genannte "side shooter"-Aktuatoren sind.
Wenn das Modul 100 mit Tinte versorgt und über die Leiterbahnen 124 mit geeigneten Spannungssignalen betrieben wird, kann es entweder senkrecht oder unter einem geeigneten Winkel zur Bewegungsrichtung über eine Papierdruckoberfläche bewegt werden, um Tinte auf die Druckoberfläche aufzubringen. Alternativ kann eine Gruppierung von unabhängigen Modulen 100 vorgesehen sein. Die Anordnung der Gruppierung kann jede denkbare Form annehmen. Beispielsweise können, um für die erforderliche Druckkopfauflösung zu sorgen, wie in 8 gezeigt ist, drei Module mit 180 dpi Auflösung schräg zur Vorschubrichtung einer Druckfläche 180 angeordnet sein, um eine Gruppierung mit 360 dpi Auflösung zu bilden, während 9 eine "über drei Ebenen verschachtelte" Gruppierung von Modulen zeigt und 10 eine "in zwei Reihen verschachtelte" Gruppierung von Modulen 100 zeigt.
Eine derartige modulare Gruppierung beseitigt die Notwendigkeit, mehrere Module seriell an gegenüberliegenden Endflächen aneinander zu fügen, um einen Druckkopf zu schaffen, der die nötige Tröpfchendichte hat. Nichtsdestoweniger können solche Module aneinander gefügt werden, um eine über eine Seite reichende Gruppierung von Modulen zu bilden.
Eine zweite Ausführungsform der Tröpfchenausbringungsvorrichtung, die eine derartige Anordnung von Modulen umfasst, wird nun mit Bezug auf 11 bis 13 beschrieben.
Zuerst zu 11. Die in dieser Figur gezeigte Ausführungsform umfasst mehrere Module 100, beispielsweise, wie in 4 gezeigt ist, mit einer an einer Seite 124 des Moduls 100 angebrachten Steuer- bzw. Treiberschaltungsanordnung. Jedes Modul ist am Ende eines Arms eines im Wesentlichen U-förmigen, über eine Seite reichenden Traggliedes 200 angebracht. An jedem Arm sind die Module an den Kanten 126 der Module 100 seriell aneinander gefügt, wie in 1 gezeigt ist, so dass es eine einzige Reihe von Fluidkanälen gibt, die sich senkrecht zur Längsachse oder Länge jedes der Tintenkanäle 112 erstreckt. Die Module können mit Klebstoff aneinander gefügt und unter Anwendung eines geeigneten Ausrichtungsverfahrens ausgerichtet werden. Jede Gruppierung aneinander gefügter Module liefert eine Auflösung von 180 dpi, und folglich liefert die Kombination von zwei verschachtelten Gruppierungen, die an den jeweiligen Armen des Traggliedes 200 ausgebildet sind, einen Druckkopf mit einer Auflösung von 360 dpi.
Ähnlich der ersten Ausführungsform sind die Chips 130 auf der äußeren Oberflä che des Traggliedes 200 angebracht, so dass sie in im Wesentlichen thermischen Kontakt mit dem Tragglied 200 sind. Wie in 11 gezeigt ist, können weitere Komponenten 202 der Steuer- bzw. Treiberschaltungsanordnung über eine Leiterplatte 204, die unter Verwendung von Lötperlen 206 auf dem Leiterstreifen angebracht ist, mit dem Chip 130 verbunden sein. Nach der Montage der Chips auf das Tragglied 200 wird jede Leiterbahn 132 in der Richtung gefaltet, die in 11 durch Pfeile 208, 210 angegeben ist, so dass die Leiterplatten 204 ebenfalls in thermischen Kontakt mit dem Tragglied 200 kommen.
Wie weiter unten ausführlicher beschrieben ist, wirkt das U-förmige Tragglied 200 als ein Auslassverteiler, um Fluid von den Tröpfchenausstoßeinheiten wegzutransportieren. Die Steuerkreise bzw. Treiberschaltungen 130 für die Module 100 sind in im Wesentlichen thermischen Kontakt mit dem Teil der Struktur 200 angebracht, der als Auslassverteiler wirksam wird, so dass ein beträchtlicher Teil der Wärme, die durch die Schaltungen während ihres Betriebs erzeugt wird, über die Leitungsstruktur an die Tinte übertragen werden kann. Hierzu ist der Kühlkörper 200 aus einem Werkstoff hergestellt, der ein gutes Wärmeleitungsvermögen hat, wie etwa Aluminium.
Wie in 12 gezeigt ist, sind Tinteneinlassverteiler 210, 220 vorgesehen, die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Traggliedes 200 erstrecken, um jedem der Module, die an jeweiligen Armen des Traggliedes angebracht sind (wobei der Klarheit wegen in 11 nur ein Modul 100 gezeigt ist), Tinte zuzuführen. Die Einlassverteiler 210, 220 können aus stranggepressten Kunststoffen oder metallischen Werkstoffen geformt sein. Wie aus 12 leicht zu erkennen ist, werden die Einlassverteiler außerdem bei der Schaffung von Außenabdeckungen wirksam, um die Komponenten 202 der Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungsanordnung für die Module 100 zu schützen. Die Enden des Traggliedes 200 und die Einlassverteiler 210, 220 sind mit (nicht gezeigten) Endkappen ausgestattet, um Abschlüsse zu bilden, die den Einlass- und den Auslassverteiler vervollständigen und die Steuerkreis- bzw. die Treiberschaltungsanordnung einschließen.
Wie aus 13 hervorgeht, ist ähnlich der ersten Ausführungsform an den oberen Enden der Aktuator-Wandungen 118 eine Düsenplatte 230 angebracht, wobei in der Düsenplatte zwei Reihen Düsen ausgebildet sind, jeweils eine Reihe für jede der Tintenkanalreihen. Wie in 13 gezeigt ist, wird die Düsenplatte 230 außerdem an jeder Seite von Abschnitten 240 der Tinteneinlassverteiler 210, 220 ge stützt. Die Düsenplatte 230 könnte ferner von einer (nicht gezeigten) Trag-Formschnitt-Aktuatorkomponente gestützt werden, die an jedem Ende jeder Gruppierung von Modulen vorgesehen ist.
Ein Beispiel für eine weitere Anordnung aneinander gefügter Module wird nun mit Bezug auf 14 bis 18 beschrieben, wobei das U-förmige Tragglied 200 durch ein planes Tragglied 300 mit parallelen Seiten ersetzt ist.
Wie aus 14 und 15 ersichtlich ist, sind zwei Reihen 302, 304 von Modulen an dem Tragglied 300 angebracht. Zwar zeigt 14 zwei Reihen mit vier aneinander gefügten Modulen, und es könnte eine beliebige Anzahl von Modulen aneinander gefügt werden, trotzdem wird bevorzugt, dass die Länge jeder Reihe im Wesentlichen der Länge einer Seite gleich ist (typisch 12,6 Zoll (32 cm) für die amerikanische "Foolscap"-Norm).
Das Tragglied 300 ist vorzugsweise aus keramischem Material wie etwa Aluminiumoxid geformt. Dies ermöglicht das Weglassen des Basisplättchens 102 der Module 100, wodurch sich die Anzahl der Komponenten des Druckkopfes weiter verringert. In diesem Fall ist die erste Schicht 104 jedes Moduls beispielsweise unter Verwendung einer elastischen Klebstoffverbindung direkt an dem Tragglied 300 angebracht. Ähnlich dem in 1 gezeigten Modul ist eine zweite piezoelektrische Schicht 106 auf die erste piezoelektrische Schicht 104 aufgebracht.
Ähnlich der in 1 gezeigten Ausführung sind in den piezoelektrischen Schichten 104, 106 beispielsweise durch maschinelles Bearbeiten Tintenkanäle 112 ausgebildet, und in den Kanälen sowie an beiden Seiten des Traggliedes 300 sind Elektroden und Verbindungsleiterbahnen ausgebildet (wobei in 14 der Klarheit wegen nur eine geringe Anzahl von Tintenkanälen und Verbindungen gezeigt ist). Die Tintenkanäle sind so ausgebildet, dass jeder Tintenkanal einer Reihe 302 koaxial zu einem Tintenkanal der anderen Reihe 304 ist.
Die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungseinrichtung oder die Chips 130 sind direkt an den Seiten des Traggliedes angebracht, um elektrische Impulse an die Verbindungsleiterbahnen zu liefern, um die Wandungen 118 der Kanäle 112 zu verformen. Da das Tragglied beispielsweise aus Aluminiumoxid hergestellt ist, das einen verhältnismäßig niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, verhindert dies im Wesentlichen, dass Wärme, die in den Chips 130 erzeugt wird, durch das Tragglied zu den Aktuatoren 118 übertragen wird. Die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungsanordnung kann beispielsweise parylenbeschichtet sein.
Außerdem sind an jeder Seite des Traggliedes 300 Gehäuse 306 für die Unterbringung elektrischer Verbindungen zu den Chips 130 angebracht. Die Gehäuse können vorteilhaft aus spritzgegossenen Kunststoffen geformt sein. Außerdem ist an jeder Seite des Traggliedes 300 auch ein Fluid-Einlass/Auslass 308 angebracht. Der Fluid-Einlass/Auslass kann in das benachbarte Gehäuse 306 integriert sein und einen Filter enthalten, besonders an der Einlassseite, um die Tinte, die den Modulen zugeführt werden soll, zu filtern.
Über die gesamte Länge und zu beiden Seiten des Traggliedes 300 erstreckt sich eine Abdeckung 310. Wie in 16 gezeigt ist, sind die Basis des Traggliedes 300 sowie beide Enden der Abdeckung 310 an einer Basisplatte 315 angebracht. Die Abdeckung ist vorzugsweise aus einem Werkstoff geformt, der in thermischer Hinsicht auf den Werkstoff der piezoelektrischen Plättchen 104, 106 abgestimmt ist. Molybdän, das nicht nur in thermischer Hinsicht zu PZT passt, sondern zudem eine hohe Festigkeit und eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, hat sich als ein besonders geeigneter Werkstoff für die Abdeckung herausgestellt.
Die Abdeckung 310 definiert mit dem Tragglied eine Tinteneinlassleitung 320 und eine Tintenauslassleitung 330, um Tinte zu oder von allen der Kanäle der zwei Reihen 302, 304 der Module zu transportieren, wie in 15 durch Pfeile 335 angegeben ist. Die Enden des Traggliedes 300 und der Abdeckung 310 sind mit (nicht gezeigten) Endkappen ausgestattet, um Abschlüsse zu bilden, die mit den Gehäusen 306 die Einlass- und den Auslassleitungen vervollständigen und die Elektronik einschließen.
Die koaxiale Anordnung der Tintenkanäle der zwei Reihen ermöglicht der Tinte, aus der Tinteneinlassleitung 320 in einen Tintenkanal der Reihe 302, aus diesem Tintenkanal direkt in einen Tintenkanal der anderen Reihe 304 und aus diesem Tintenkanal in die Tintenauslassleitung 330 zu fließen. Mit der Anordnung der Chips 130 an den Seiten des Traggliedes 300 wird die Wärme, die an den Oberflächen der Chips im thermischen Kontakt mit der Tinte, die durch die Leitungen 320, 330 transportiert wird, erzeugt wird, im Wesentlichen auf die Tinte übertragen.
Wie in 17 gezeigt ist, sind in der Abdeckung 310 Öffnungen 340 ausgebildet, um zu ermöglichen, dass von den Modulen durch die Abdeckung 310 hindurch Tinte ausgestoßen wird. Die Öffnungen 340 können mit jedem geeigneten Verfahren, beispielsweise mittels UV-Excimerlaser-Ablation ausgebildet werden und können als Düsen für die Tröpfchenausstoßmodule dienen. Alternativ kann, wie in 18 gezeigt ist, eine Düsenplatte 350 an der Abdeckung angebracht sein, wobei die Düsen in der Düsenplatte 350 so ausgebildet sind, dass sie durch die Öffnungen 340 in einer Fluidverbindung mit den Tintenkanälen 112 sind. Da die Düsenplatte 350 von der Abdeckung 310 getragen wird, ist es möglich, die Dicke der Düsenplatte zu verringern. Alternativ kann die Düsenplatte 350 direkt an den Modulen angebracht sein, wobei sich die Abdeckung 310 so über der Düsenplatte erstreckt, dass die Öffnungen 340 zu den in der Düsenplatte ausgebildeten Düsen ausgerichtet sind.
Es wird nun die Funktionsweise der dritten Ausführungsform beschrieben.
In ihrer einfachsten Form können, wenn von einem Paar Aktuator-Wandungen 118 einer Reihe, etwa der Reihe 304, gefordert wird, ein Tröpfchen Fluid aus dem Tintenkanal 112 zwischen den Aktuator-Wandungen 118 auszustoßen, die Wandungen des Tintenkanals der Reihe 304, die koaxial zu dem Tintenkanal ist, so angesteuert werden, dass sie die Akustik eines Tintenverteilers, der am Ende dieses Tintenkanals angeordnet ist, replizieren. Im Fall eines "Grauskalen"-Drucks kann eine Anzahl von Tröpfchen aus dem Tintenkanal der Reihe 302 ausgestoßen werden, denen eine ähnliche Anzahl von Tröpfchen aus dem koaxialen Tintenkanal der Reihe 304 folgt. Alternativ kann, um die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen, der Reihe nach aus jedem Kanal ein Tröpfchen abgeschossen werden. Beispielsweise kann Tinte in einen Kanal gezogen werden, gefolgt von einem ähnlichen Ereignis (bei einer bestimmten Frequenz) in dem anderen koaxialen Kanal. Dadurch würde in jedem Kanal eine konstante, stabile akustische Wirkung erzielt werden.
Obwohl die in 14 bis 18 gezeigte Ausführungsform zwei Reihen von Modulen aufweist, kann alternativ eine einzige Reihe von Tintenmodulen verwendet werden. Eine derartige Ausführung ist in 19 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine einzige Reihe 402 von Modulen an dem Tragglied 300 angebracht. Obwohl 19 vier aneinander gefügte Module zeigt, könnte eine beliebige Anzahl von Modulen aneinander gefügt werden, obgleich bevorzugt wird, dass die Länge jeder Reihe im Wesentlichen der Länge einer Seite gleich ist (typisch 12,6 Zoll (32 cm) für die amerikanische "Foolscap"-Norm). Bei einer derartigen Anordnung kann die Breite des Traggliedes auf im Wesentlichen die Länge eines einzigen Tintenkanals 112 reduziert werden, und die Chips 130 können mit nur einer Seite des Traggliedes verbunden werden. Es wird jedoch selbstverständlich eine Verringerung der Auflösung des Druckkopfes (von 360 dpi auf 180 dpi) geben. Die Auflösung könnte erhöht werden, indem zwei derartige Anordnungen "Rücken an Rücken" mit einem üblichen Tinteneinlass, der zwischen den zwei Reihen von Modulen vorgesehen ist, geschaffen werden.
20 zeigt eine vereinfachte Querschnittansicht einer fünften Ausführungsform einer Anordnung von Tröpfchenausstoßmodulen mit Fluidleitungen für die Zuführung von Fluid zu den Modulen. Bei dieser Ausführungsform umfasst die tragende Struktur 500 eine laminierte Struktur aus mehreren Aluminiumoxid-Lagen. In der in 20 gezeigten Ausführungsform gibt es 4 laminierte Lagen 502, 504, 506, 508 aus Aluminiumoxid, obgleich eine beliebige Anzahl von Lagen verwendet werden könnte.
Die Lagen der tragenden Struktur 500 werden spanend bearbeitet oder anders geformt, um in der laminierten Struktur Kanäle 510, 512 zu definieren, um Tinte zu oder von einem oder mehreren der Module 514, die an der tragenden Struktur 500 befestigt sind, zu transportieren. Wie in 20 gezeigt ist, transportiert der Kanal 510 Tinte zu der Leitung 516, die sich entlang einer Seite des Moduls 514 erstreckt, um Tinte zu dem Modul 514 zu liefern, und der Kanal 512 transportiert Tinte von der Leitung 518, die sich entlang der anderen Seite des Moduls 514 erstreckt, weg.
Die Leitung 518 ist durch ein Abdeckungsglied 520, das am oberen Ende des Moduls 514 angebracht ist und Öffnungen 522 hat, so dass die Düsen 524 der Düsenplatte 526 durch die Öffnungen 522 in einer Fluidverbindung mit den Tintenkanälen des Moduls sind, und durch eine Endkappe 528 definiert, die an der Seite der tragenden Struktur angebracht ist. Obwohl die Leitung 516 auf eine ähnliche Weise definiert werden könnte, ist bei der in 20 gezeigten Ausführung diese Leitung zwei tragenden Strukturen 500 gemeinsam, so dass alternativ diese Leitung durch das Abdeckungsglied 520 und eine Aluminiumoxidplatte 530 definiert ist, an der die zwei tragenden Strukturen befestigt sind.
Ähnlich wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungsanordnung 130 direkt an den Seiten des Traggliedes 500 angebracht, um elektrische Impulse an die Verbindungsleiterbahnen zu liefern, um die Wandungen der Kanäle des Moduls zu betätigen bzw. verformen. Da das Tragglied beispielsweise aus Aluminiumoxid geformt ist, das einen verhältnismäßig niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, verhindert dies im Wesentlichen, dass Wärme, die in den Chips 130 erzeugt wird, durch das Tragglied zu den Aktuatoren übertragen wird. In dieser Ausführung ist jedoch die Steuerkreis- bzw. Treiberschaltungsanordnung nicht in Fluidverbindung mit der Tinte, die zu dem Modul transportiert oder von diesem wegtransportiert wird, sondern befindet sich stattdessen in einem Gehäuse, das in der Endkappe 528 ausgebildet ist.
21 zeigt eine Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung von Tröpfchenausstoßmodulen mit Fluidleitungen für die Zuführung von Fluid zu den Modulen. Diese Ausführungsform ist der fünften Ausführungsform insofern ähnlich, als sich eine Abdeckung über und zu den Seiten des Traggliedes 300 erstreckt, um eine erste Leitung 320 und eine zweite Leitung 330 zu definieren, die sich beide entlang einer Reihe von Tröpfchenausstoßkanälen und zu den Seiten des Traggliedes 130 erstrecken. In dieser Ausführungsform ist eine einzige Reihe von Modulen 302 am Ende eines Traggliedes 300 angebracht, und die erste und zweite Leitung, 320 und 330, sind von den Chips 130 beabstandet, die an der Seite des Traggliedes 300 montiert sind, so dass die Notwendigkeit der Passivierung der Oberflächen der Chips 130 vermieden wird. Um die Wärme abzuführen, die durch die Chips 130 während des Betriebs erzeugt wird, ist das Tragglied 300 aus einem wärmeleitendem Werkstoff geformt, um die von den Chips 130 erzeugte Wärme zu dem Fluid zu leiten, das durch die Leitungen 320 und 330 transportiert wird.
Bei der in 22 gezeigten Ausführungsform sind zwei Reihen 302, 304 von Ausstoßeinheiten auf einem im Wesentlichen U-förmigen oder H-förmigen Tragglied 600 gezeigt, das zwei Tragglieder 300a, 300b umfasst, die mittels einer eine Brücke bildenden Wand 602 verbunden sind. Die Chips 130 und die zugeordnete Schaltungsanordnung 602 sind auf den gegenüberliegenden Oberflächen der Tragglieder 300a, 300b montiert, wobei auf diesen Oberflächen Verbindungsleiterbahnen 600 ausgebildet sind, um elektrische Signale für eine Betätigung bzw. Verformung an die Wandungen der Ausstoßeinheiten zu liefern. Das Fluid wird durch Leitungen 320, 330, die durch das Abdeckungsglied 310 und das Tragglied 600 definiert sind, zu den Ausstoßeinheiten transportiert und von diesen wegtransportiert, wobei die überbrückende Wand 602 wirksam wird, um Fluid aus der ersten Reihe 302 zur zweiten Reihe 304 zu lenken. Die während des Betriebs in den Chips 130 erzeugte Wärme wird durch die Tragglieder 300a, 300b in das Fluid geleitet, das durch die Leitungen 320, 330 transportiert wird.
23 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der die Wärme, die während des Betriebs sowohl durch die Chips 130, die an einer Seite des Traggliedes 650 montiert sind, als auch durch die Reihen 302, 304 von Ausstoßeinheiten, die auf dem Tragglied montiert sind, erzeugt wird, auf ein Kühlmittelfluid wie etwa Wasser übertragen wird, das durch eine Leitung 660 transportiert wird, die das Tragglied 650 durchquert. Die Wände 670 des Traggliedes sind vorzugsweise hinreichend dünn, so dass die Wärme so schnell wie möglich zu dem Kühlmittelfluid geleitet wird. Zur Verbesserung der Wärmeleitung können die Wände 670 aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein. Der Körper 675 des Traggliedes kann aus einem keramischen Material geformt sein.
In der in 23 gezeigten Ausführungsform gibt es keine Rückführung von Tröpfchenfluid, so dass die Leitung 330 einfach Fluid aus den Ausstoßeinheiten 304 entgegennimmt und kein Fluid für eine Wiederverwendung zu einem Vorratsbehälter zurücktransportiert. 24 zeigt eine Modifikation dieser Ausführungsform, wobei die Leitung 330 so ausgelegt ist, dass sie Fluid für eine Wiederverwendung zu einem Vorratsbehälter zurücktransportiert.
25 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der jede Reihe 302, 304 von Ausstoßeinheiten auf ein entsprechendes Tragglied 300 montiert ist. Durch jeweils eine Leitung 320, die sich entlang dieser Reihe und zu einer Seite des Traggliedes, auf das die Reihe montiert ist, erstreckt, wird Fluid zu jeder Reihe transportiert. Das Fluid wird mittels einer gemeinsamen Leitung 330, die zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden der zwei Tragglieder 300 verläuft, von den Reihen wegtransportiert, wodurch die von den Chips 130 erzeugte Wärme auf das in der Leitung 330 transportierte Fluid übertragen wird. Das Vorsehen von zwei "Einlassleitungen" 320 kann ermöglichen, den Druckkopf während der Herstellung wirksam zu spülen, um Schmutz zu entfernen. Es kann ein langsames Ablassen von Tröpfchenfluida aus einer der Leitungen 320 genutzt werden, um während des Druckens Luftblasen zu entfernen, während in einer Druckpause für Wartungs zwecke ein stärkerer Strom herbeigeführt werden könnte.

Claims

Tröpfchenaufbringungsvorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Tröpfchenausstoßeinheit (106), die eine Vielzahl von Fluidkanälen (112) aufweist, die nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, Betätigungseinrichtungen (118) und eine Vielzahl von Düsen, wobei jede eine Düsenachse hat, die sich in einer zweiten Richtung, orthogonal zu der ersten Richtung, erstreckt, wobei die Betätigungseinrichtungen (118) betätigbar sind, um ein Fluidtröpfchen von einem Fluidkanal durch eine jeweilige Düse auszustoßen, wobei die Ausstoßeinheit eine Endfläche hat, die sich sowohl in der ersten als auch in der zweiten Richtung erstreckt; ein Tragglied (140) für die zumindest eine Tröpfchenausstoßeinheit, wobei das Tragglied eine Seitenfläche hat; und eine Leitung zum Fördern von Fluid zu jedem der Fluidkanäle, wobei sich die Leitung entlang sowohl der Endfläche als auch der Seitenfläche erstreckt; und wobei Verbindungseinrichtungen zum elektrischen Verbinden der Betätigungseinrichtungen mit der Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung an der Endfläche ausgebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Tröpfchenausstoßeinheit ferner eine zweite Endfläche aufweist, die sich sowohl in der ersten Richtung als auch in der zweiten Richtung erstreckt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Tragglied eine zweite Seitenfläche aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, die eine zweite Leitung zum Fördern von Fluid von jedem der Fluidkanäle aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei sich die weitere Leitung entlang sowohl der zweiten Endfläche als auch der zweiten Seitenfläche erstreckt.
Vorrichtung gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei jeder Fluidkanal eine Länge hat, die sich in einer dritten Richtung orthogonal sowohl zu der ersten als auch der zweiten Richtung, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, erstreckt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung in im Wesentlichen thermischen Kontakt mit zumindest einer der Leitungen ist, um einen beträchtlichen Teil der in der Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung erzeugten Wärme auf das Tröpfchenfluid zu übertragen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung an dem Tragglied montiert ist, wobei das Tragglied in thermischen Kontakt mit zumindest einer der Leitungen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung an dem Tragglied montiert ist, um Tröpfchenfluid zu kontaktieren, das durch zumindest eine der Leitungen gefördert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung an das Tragglied montiert ist, um von dem Tröpfchenfluid beabstandet zu sein, das durch mindestens eine der Leitungen gefördert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei das Tragglied ein im wesentlichen U-förmiges Glied aufweist, wobei die Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung zumindest an einer der zwei gegenüber liegenden Wände der Arme des U-förmigen Gliedes montiert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, die eine Kühlmittelförderleitung zum Fördern eines Kühlmittelfluides aufweist, wobei die Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung der Kühlmittelförderleitung nahe liegend ist, um einen beträchtlichen Teil der in der Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung erzeugten Wärme auf das Kühlmittelfluid zu übertragen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Steuerkreiseinrichtung bzw. Treiberschaltungseinrichtung an das Tragglied montiert ist, wobei das Tragglied in thermischen Kontakt mit der dritten Leitung ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die dritte Leitung eine Öffnung aufweist, die in dem Tragglied ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Vielzahl von Reihen der Fluidkanälen vorhanden ist, wobei die Tröpfchenausstoßeinheiten an dem Tragglied angeordnet sind, so dass zumindest einige der Fluidkanäle von angrenzenden Reihen der Fluidkanäle im Wesentlichen koaxial sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei zwei Reihen von Fluidkanälen vorhanden sind, wobei jede Reihe an einem jeweiligen Tragglied angeordnet ist, das eine entsprechende Leitung zum Fördern von Fluid zu der Reihe hat.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei sich eine weitere Leitung zwischen den Traggliedern zum Fördern von Tröpfchenfluid weg von den Reihen erstreckt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kanäle eine Länge haben, die sich in einer dritten Richtung erstreckt, die im Wesentlichen koplanar mit und orthogonal zu der ersten Richtung ist, wobei das Tragglied eine Abmessung in der dritten Richtung hat, die im Wesentlichen gleich mit n × der Länge eines Fluidkanales in der dritten Richtung ist, wo n die Anzahl der Reihen der Kanäle ist.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Tragglied einen Arm eines im wesentlichen U-förmigen Gliedes aufweist, wobei zumindest eine Tröpfchenausstoßeinheit an dem Ende von jedem der Arme des U-förmigen Gliedes getragen wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 19, die ein Paar Leitungen aufweist, wobei jede zum Fördern von Tröpfchenfluid zu der oder jeder Tröpfchenausstoßeinheit durch einen jeweiligen Arm getragen wird, wobei sich jede Leitung entlang der äußeren Seite des jeweiligen Armes des U-förmigen Gliedes erstreckt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei sich eine weitere Leitung zwischen den Armen des U-förmigen Gliedes erstreckt, um Tröpfchenfluid von den Tröpfchenausstoßeinheiten zu fördern, die durch die Arme des U-förmigen Gliedes getragen werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, die ein Abdeckungsglied aufweist, das sich über und zu den Seiten des Traggliedes erstreckt, um mit dem Tragglied zumindest teilweise die Leitungen zu definieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, wobei die Abdeckung Öffnungen enthält, um den Tröpfchen zu ermöglichen, von den Fluidkanälen ausgestoßen zu werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei die Düsen in der Abdeckung ausgebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 24, wobei die Düsen in einer Düsenplatte ausgebildet sind, die durch die Abdeckung getragen wird, wobei jeder Fluidkanal in Fluidverbindung mit einer entsprechenden Düse über eine entsprechende Öffnung ist.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die Abdeckung einen Koeffizienten thermischer Ausdehnung hat, der im Wesentlichen gleich zu dem des Traggliedes ist.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 23 bis 26, wobei die Abdeckung aus metallischem Werkstoff gebildet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 27, wobei die Abdeckung von einem von Molybdän und Nilo (Nickel/Eisenlegierung) ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei die oder jede Tröpfchenausstoßeinheit eine erste piezoelektrische Schicht, die in einer ersten Polrichtung gepolt ist, und eine zweite piezoelektrische Schicht auf der ersten piezoelektrischen Schicht aufweist, und in einer Richtung gepolt ist, die entgegen gesetzt zu der ersten Polrichtung ist, wobei Fluidkanäle in der ersten und der zweiten piezoelektrischen Schicht ausgebildet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 29, wobei die erste piezoelektrische Schicht direkt an dem Tragglied angebracht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 30, wobei das Tragglied aus keramischem Material ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 29, wobei die erste piezoelektrische Schicht an einer Basisschicht ausgebildet ist, die aus keramischem Material gebildet ist, wobei die Basisschicht an dem Tragglied angebracht ist.