DE4025619A1 - Druckerzeile fuer ein tintentroepfchen-aufzeichnungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckerzeile für ein Tin­ tentröpfchen-Aufzeichnungsgerät nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

In einer aus der DE-C2 30 12 552 bekannten Tintentröpfchen-Auf­ zeichnungseinrichtung erfolgt der Ausstoß von Tintentröpfchen aus Tintenaustragdüsen in Abhängigkeit von der Ausdehnung und Zusammenziehung von Dampfblasen in der Tinte. Dabei wird eine auf einer Heizgrundplatte angeordnete Heizvorrichtung von einer Steuereinrichtung mit einem Stromimpuls versorgt und erhitzt. Die entstehende Dampfblase dehnt sich aus. Dadurch wird Tinte durch die Düse ausgetragen und auf das Aufzeichnungsmaterial gebracht. In dieser bekannten Einrichtung wird aber nur ein Teil der von der Heizvorrichtung aufgenommenen Leistung in Form von Joule'scher Wärme an die Tinte abgegeben; der restliche Teil wird als Verlustleistung an das Substrat abgegeben, das die Heizvorrichtung trägt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Druckerzeile für Tintentröpfchen-Aufzeichnungsgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verbessern, insbesondere soll das Gerät so weitergebildet werden, daß die Abgabe der Heizleistung prak­ tisch verlustfrei erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1. Die zur Erzeugung einer Dampf­ blase erforderliche Heizleistung wird durch die freitragenden nahezu völlig mit Tinte umgebenen Heizwiderstände in die Tin­ tenflüssigkeit eingebracht.

Die Druckerzeile ist mit einer Abdeckplatte und einer Düsen­ platte versehen. Die beiden Platten sind jeweils mit wenigstens einer Düsenkammerhälfte versehen, die derart angeordnet sind, daß nach dem Zusammenfügen der Platten aus den einander gegen­ überliegenden Flachseiten der Düsenkammerhälften jeweils wenig­ stens eine gemeinsame Düsenkammer entsteht, welche die Tinten­ flüssigkeit aufnimmt.

Auf einer der Platten, beispielsweise der Düsenplatte, wird jede Düsenkammerhälfte von wenigstens einem Heizwiderstand überspannt. Somit bildet jeder Heizwiderstand nach dem Zu­ sammenfügen der beiden Platten in jeder Düsenkammer eine frei­ tragende Brücke, welche die Heizleistung nach allen Seiten an die Tintenflüssigkeit abgibt. Ferner sind die Düsenkammern je­ weils mit einer Tintenaustrittsdüse versehen, die an der Stirn­ seite einer Platte oder im Boden einer Düsenkammerhälfte ange­ ordnet sein kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Platten verschieden breit, wobei die schmalere der Platten beispiels­ weise als Abdeckplatte ausgestaltet sein kann und mit den Dü­ senkammerhälften sowie tintenführenden Kanälen versehen ist.

Die breitere der Platten kann beispielsweise als Düsenplatte gestaltet sein. In dieser Ausgestaltung ist die Düsenplatte in einem Bereich, der nach dem Zusammenfügen der Düsenplatte mit der Abdeckplatte von dieser nicht bedeckt ist, mit einer Elek­ tronik zum Steuern elektrischer Heizstromimpulse versehen. In dieser Ausführungsform ist die Elektronik von den tintenfüh­ renden Bereichen räumlich getrennt.

In einer weiteren Ausführungsform bestehen die Heizwiderstände aus Metall, beispielsweise aus Titan oder einer Chrom-Nickel- Legierung, und die Abdeckplatte und die Düsenplatte jeweils aus einem Halbleiter. Ausgangsmaterial können beispielsweise Sili­ ziumwafer sein. Die Ausbildung der Abdeck- und der Düsenplatte erfolgt vorzugsweise in Mikrostrukturtechnologie, insbesondere durch Ätzen, Sputtern oder Abdampfen. Mit dieser Technologie erhält man eine hohe Präzision und Ausbeute in der Fertigung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 in einer auseinandergezogenen Darstellung eine Ausfüh­ rungsform der Druckerzeile veranschaulicht ist.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Druckerzeile.

In der Fig. 1 sind eine Abdeckplatte mit 10, eine Düsenplatte mit 20, Düsenkammerhälften mit 11 und 21, Tintenführungskanäle zur Verbindung mit einem in der Figur nicht dargestellten Tin­ tenvorratsbehälter mit 12 sowie Heizwiderstände mit 50 und eine Elektronik zum Steuern der Heizstromimpulse mit 60 bezeichnet.

Die Düsenkammerhälften 21 sind mit Tintenaustrittsdüsen 23 ver­ sehen, die in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 an der Stirn­ seite 25 der Düsenplatte 20 im Abstand R voneinander angeordnet sind.

Die Düsenkammerhälften 21 werden jeweils von wenigstens einem Heizwiderstand 50 überspannt. Der Düsenplatte 20 ist eine Elek­ tronik 60 zum Ansteuern der Heizwiderstände 50 zugeordnet, die vorzugsweise auf einer Flachseite der Düsenplatte 20 angeordnet sein kann. Stromanschlüsse 52 verbinden die Heizwiderstände 50 mit der Elektronik 60.

Die Ausgestaltung der Düsenkammerhälften 11 und 21, der Tinten­ austrittsdüsen 23 sowie der Tintenführungskanäle 12 erfolgt vorzugsweise mit den Methoden der Mikrostrukturtechnologie, beispielsweise durch Verwendung anisotroper und isotroper Ätz­ mittel.

Bei Verwendung anisotroper Ätzmittel auf (100) orientiertem Silizium erhält man für den Querschnitt der Tintenaustritts­ düsen 23 ein gleichschenkliges Dreieck. Dabei wird die Atz­ tiefe durch die Breite der Öffnung in der Atzmaske festgelegt, da der Atzvorgang an den begrenzenden (111) Kristallflächen selbststoppend ist. Die Ätztiefe kann daher innerhalb enger Toleranzen konstant gehalten werden. Die Tintenaustrittsdüsen 23 können aber auch mit Hilfe isotrop wirkender, trocken­ chemischer Atzmittel ausgebildet werden, wobei man einen halb­ runden Querschnitt erhält.

Die Seitenwände der Düsenkammerhälften 11 bzw. 21 sind bei Ver­ wendung anisotroper Ätzmittel auf (100) orientiertem Silizium unter 54,7° gegen die Silizium-Oberfläche geneigt, während sie auf (110) orientiertem Silizium senkrecht zur Silizium-Ober­ fläche stehen.

Die Heizwiderstände 50 über den Düsenkammerhälften 21 sind dabei vorteilhaft kristallographisch so orientiert, daß sie durch das Ätzmittel beim Ätzen der Düsenkammerhälften 21 unter­ ätzt werden und diese freitragend überspannen. Durch diese vor­ teilhafte Ausgestaltung erhält man eine nahezu verlustfreie Ab­ gabe der Heizleistung an die den Heizwiderstand 50 umgebende Tinte.

Durch die Ausgestaltung der Abdeckplatte 10 und der Düsenplatte 20 in Mikrostrukturtechnologie erhält man einen sehr kleinen Abstand R, der beispielsweise zwischen 10 und 1000 µm, vorzugs­ weise aber zwischen 60 und 300 µm betragen kann.

Das Zusammenfügen der Abdeckplatte 10 mit der Düsenplatte 20 kann mit den Standardmethoden der Verbindungstechnik, bei­ spielsweise dem "Anodic-Bonding", erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Breite B der Düsenplatte größer als die Breite b der Abdeckplatte. Die Elektronik 60 zum Ansteuern der Heizwiderstände 50 kann dann auf dem freiliegenden Teil der oberen Flachseite der Düsenplat­ te 20 angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Druckerzeile 30 gemäß Fig. 2 sind die Tintenaustrittsdüsen 23 im Boden 26 der Düsen­ platte 20 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden dabei in Fig. 2 bei der im Schnitt dargestellten Düsenkammer 40 die Heizwiderstände 50 nicht eingezeichnet.

In weiteren Ausführungsformen können aber auch die Stirnseite oder die obere Flachseite der Abdeckplatte 10 mit Tintenaus­ trittsdüsen 23 versehen sein.

Claims (10)

1. Druckerzeile für ein Tintentröpfchen-Aufzeichnungsgerät, die mit

• - Tintenführungskanälen,
• - wenigstens einer Düsenkammer mit jeweils einer Tintenaus­ trittsdüse sowie Mitteln zur Tintenerwärmung und Blasenbil­ dung durch elektrische Heizung und
• - einer Elektronik zum Ansteuern der elektrischen Heizung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Heizung in jeder Düsenkammer (40) wenig­ stens ein freitragender von Tinte umgebener Heizwiderstand (50) vorgesehen ist.

2. Druckerzeile nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckerzeile mit einer Abdeckplatte (10) und einer Düsenplatte (20) versehen ist.

3. Druckerzeile nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdeckplatte (10) und die Düsen­ platte (20) aus Halbleitermaterial bestehen.

4. Druckerzeile nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Halbleitermaterial Silizium vorge­ sehen ist.

5. Druckerzeile nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düsenplatte (20) an einer ihrer Flachseiten mit mindestens einer Düsenkammerhälfte (21), die von wenigstens einem Heizwiderstand (50) überspannt ist, und mit einer Ansteuerelektronik (60) zum Steuern elektrischer Heizstromimpulse sowie mit Stromanschlüssen (52) zur Verbindung der Heizwiderstände (50) mit der Ansteuerelektronik (60) ver­ sehen ist.

6. Druckerzeile nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abdeckplatte (10) auf ihrer Flachseite, welche der Düsenkammerhälfte (21) zugewandt ist, mit mindestens einer weiteren Düsenkammerhälfte (11) versehen ist, die in ihrer geometrischen Abmessung und Anordnung der Düsenkammerhälfte (21) der Düsenplatte (20) entspricht.

7. Druckerzeile nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die weiteren Düsenkammerhälften (11) mit Tintenführungskanälen (12) verbunden ist.

8. Druckerzeile nach Anspruch 1 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düsenkammern (40) jeweils mit einer Tintenaustrittsdüse (23) versehen sind, die an einer Stirnseite (25) der Düsenplatte (20) angeordnet sind (Fig. 1).

9. Druckerzeile nach Anspruch 1 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düsenkammern (40) jeweils mit einer Tintenaustrittsdüse (23) versehen sind, die im Boden (26) der Düsenplatte (20) angeordnet sind (Fig. 2).

10. Druckerzeile nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (10) und die Düsenplatte (20) in Mikrostrukturtechnologie ausgebildet sind.