DE60111123T2

DE60111123T2 - Tintenstrahlaufzeichnungskopf und Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes

Info

Publication number: DE60111123T2
Application number: DE60111123T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Okazaki; Shunichi Watanabe; Koichi Omata; Hirotaka Miyazaki; Ryo Shimamura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: EP1164017B1; US20020015081A1; EP1164017A1; DE60111123D1; US6499823B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der sich zur Verwendung auf umfangreichen industriellen Gebieten eignet, der nicht nur bei einem Büromaschinendrucker einsetzbar ist, sondern auch bei einem Drucker zum Bedrucken von Textilien, zum Einfärben einer Basisplatte für Farbfilterzwecke und für andere Aufzeichnungsträger. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, bei dem eine Verlängerung vorgesehen ist für das Substrat der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente, außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs.
Einschlägiger Stand der Technik
Der Aufbau des herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs selbst, für den eine Verlängerung vorgesehen ist, ist im Grunde genommen der gleiche Aufbau wie derjenige eines herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs, der vergleichsweise kurz ausgebildet ist. Nach 8 ist auf einer Basisplatte 206 eine Heizplatine 204 installiert, die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente (nicht dargestellt), beispielsweise in Form von elektrothermischen Wandlerelementen oder dergleichen ausgebildet sind, wobei auf der Basisplatte außerdem eine Deckplatte 205 aus Silicium, Harzmaterial oder dergleichen ausgebildet ist, die ihrerseits mit feinen Nutenmuttern ausgestattet ist. Die Heizplatine 204 und die Deckplatte 205 sind mit Hilfe einer Federeinheit nach dem Bonden der Deckplatte verbunden oder niedergehalten. Wie in 9 zu sehen ist, ist die Deckplatte 205 mit einem SUS-Stab ausgestattet, der sie in Längsrichtung durchdringt, um ihre Geradlinigkeit zu garantieren.
Die durch ein (nicht gezeigtes) in einer Zuführeinheit 201 vorgesehenes Filter zum Beseitigen von Staubpartikeln oder dergleichen zugeführte Tinte kann in einem SUS-Röhrchen 202 strömen, welches für eine Kopfabdeckung 203 vorgesehen ist, und kann von der Tintenstrahlaufzeichnungskopf-Seite in die Tintenströmungswege fließen, die durch Ankleben der Heizplatine 204 an der Deckplatte 205 ausgebildet sind. Die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente für die Heizplatine 204 liefern Ausstoßenergie an die Tinte abhängig von elektrischen Signalen von der PWB (Schaltungsplatine) 208, bei der es sich um eine gedruckte Basisplatine zum Austausch von elektrischen Signalen mit einer (nicht gezeigte) Aufzeichnungsvorrichtung handelt. In anderen Worten: wenn die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente elektrothermische Wandlerelemente sind, wird Tinte zur Blasenbildung erwärmt, und die Tinte wird durch den durch diese Blasenbildung erzeugten Druck ausgestoßen.
Auf diese Weise erfolgt eine Aufzeichnung durch Ausstoßen von Tinte auf einen Aufzeichnungsträger. Wenn allerdings der Tintenstrahlaufzeichnungskopf kontinuierlich arbeitet, kommt es zu einem Temperaturanstieg des Kopfs, der in einigen Fällen möglicherweise einen ungünstigen Einfluß auf den Aufzeichnungsvorgang hat. Um diesem entgegenzuwirken, ist die Basisplatte 106 mit einer Wärmeabstrahlfunktion versehen, und sie ist aus metallischem Werkstoff gebildet, beispielsweise einem Gußmaterial mit einer Aluminiumlegierung, die hervorragende mechanische Eigenschaften, Zerspanbarkeit und Schmiedbarkeit aufweist, zusätzlich zu guter Wärmeleitfähigkeit. Außerdem wird die Oberfläche der Basisplatte 106 mit eloxiertem Aluminium behandelt, um Erosionsbeständigkeit zu erreichen und somit eine Erosion durch Tinte zu vermeiden.
Außerdem führt die Aufzeichnungsvorrichtung mit einem daran angebrachten Tintenstrahlaufzeichnungskopf einen Erholungsvorgang durch, mit dessen Hilfe an der Ausstoßfläche haftengebliebene Tinte mit Hilfe einer Klinge entfernt wird, welche über die Ausstoßfläche schrappt, in der Ausstoßöffnungen gebildet sind, über die Tinte aus dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgestoßen wird, wodurch die Ausstoß-Kennwerte stabilisiert werden.
Allerdings ist der verlängerte herkömmliche Tintenstrahlaufzeichnungskopf derart ausgebildet, daß die Federeinheit zusätzlich vorgesehen ist, um die Deckpatte und die Heizplatine miteinander niederzuhalten, zusätzlich zu dem Zuführweg zum Zuführen von Tinte, der oberhalb der Deckplatte angeordnet ist. Im Ergebnis steigt die Anzahl der Komponenten, und die Fertigungsverarbeitung umfaßt möglicherweise zusätzliche Schritte.
In einigen Fällen haben die Gegenmaßnahmen nicht ausreichend Wirkung gezeigt, was die Geradlinigkeit in Längsrichtung angeht, so daß das Verhindern der wärmebedingten Verformung an den Strukturelementen aufgrund der Temperaturanstiegskennwerte des verlängerten Kopfs stattfand, ebenso wie eine Verformung des Kopfs durch den Unterschied des linearen Ausdehnungskoeffizienten von Materialien, welche durch die Umgebungstemperaturänderungen beeinflußt werden. Beispielsweise besitzt der metallische Werkstoff, beispielsweise Aluminium, der für die Basisplatte verwendet wird, einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten und wird leichter durch Temperaturänderungen verformt. Im Ergebnis kommt es in einigen Fällen zu einer Verziehung des Kopfs.
Deshalb wird es als nützlich angesehen, ein Material mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten auszuwählen, beispielsweise isotropes Graphit, um als Basisplattenmaterial für einen Druckkopf mit einer Leistung von 600 dpi verwendet zu werden. Das isotrope Graphit besitzt duale Kennwerte insofern, als es beständig gegenüber Hitze und chemischen Einflüssen ist und gleichzeitig geringes Gewicht besitzt.
Dennoch besitzt das isotrope Graphit intergranulare oder Innentextur-Defekte, oder es enthält Poren sowie mikroskopische Risse. Im Ergebnis besitzt das isotrope Graphit eine höhere Wasserabsorption, es absorbiert Tinte, die möglicherweise an dem Material haftenbleibt. Damit wird an der Oberfläche der Scherebene des isotropen Graphits, die von einer Klinge abgestreift wird, eine beträchtliche Menge Tinte absorbiert, und wenn diese Menge Tinte einen kritischen Zustand erreicht, tritt Tinte aus der Oberfläche der Abstreifebene, wodurch diese benetzt wird. Wenn dann die Menge abgestreifter Tinte nach wiederholter Erholung eine zulässige Menge überschreitet, kann die Tinte nicht vollständig abgestreift werden, so daß sich das Problem ergibt, daß der Erholungsvorgang nicht in ausreichender Weise vollzogen werden kann.
Außerdem ist die intergranulare Bindekraft von isotropem Graphit klein, so daß es einfacher ist, an seiner Oberfläche und der bearbeiteten Ebene Kohlenstoffpartikel zu bilden, was natürlich zu der Erzeugung von Schmutzpartikeln ebenso führt wie zu dem Abbrechen von Rissen bei der Handhabung während der Montage oder der Installation. Zu diesem Zweck werden auch Gewindelöcher angebrochen, wenn in sie mit erhöhtem Drehmoment eingeschraubt wird, was zu der Notwendigkeit führt, eine Obergrenze für die Festigkeit beim Gewindeschneiden hochzusetzen.
Außer den obigen Problemen können sich die im Tintenzuführweg erzeugten Bläschen auch im Filterbereich stauen oder die Tintenzufuhr oder der Erholungswirkungsgrad für die unter Druck stehende Tinte verringern. Die US-A-5 606 352 zeigt die Merkmale der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 27 auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs, bei dem die Gestrecktheit in Längsrichtung gewährleistet ist, ohne die Anzahl von Komponenten zu erhöhen. Außerdem soll ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs angegeben werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs, der seine Wiederaufbereitung nicht selbst behindert, wobei außerdem ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs angegeben werden soll.
Der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf enthält ein Substrat mit einer Elementenoberfläche mit Energieerzeugungselementen zum Erzeugen von zum Ausstoßen von Tinte zu verwendender Energie; eine Deckplatte, die in ihrer Nutenfläche Nuten aufweist, die zu einem Tintenkanal entsprechend den Energieerzeugungselementen werden, wobei die Nutenfläche und die Elementenoberfläche miteinander zur Bildung des Tintenkanals verbunden sind; eine Basisplatte zum Halten des Substrats an der der Elementenoberfläche abgewandten Fläche; und ein Tintenzuführelement in Berührung mit der Basisplatte an einem Kontaktbereich, von dem eine Wandseite des Tintenströmungswegs mit dem Tintenkanal kommuniziert. Bei diesem Aufzeichnungskopf nehmen die Basisplatte und das Tintenzuführelement das Substrat und die Deckplatte mit dem Kontaktbereich zwischen sich als Drehpunkt auf, um die Basisplatte in die Lage zu versetzen, von der der Elementenoberfläche entgegengesetzten Seite her gegen das Substrat zu drücken, und das Tintenzuführelement in die Lage zu versetzen, von der der Nutenfläche abgewandten Seite her gegen die Deckplatte zu drücken.
Bei dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der Erfindung mit diesem Aufbau sind das Teil, welches ermöglicht, daß die Deckplatte und das Substrat in inniger Berührung stehen, und das Teil zum Zuführen von Tinte gemeinsam als Tintenzuführelement fungieren. Im Ergebnis wird es möglich, auf jegliches Federelement zu verzichten, welches lediglich dazu eingesetzt wird, den engen Kontakt der Deckplatte mit dem Substrat aufrecht zu erhalten, so daß die Anzahl von Bauteilen verringert wird.
Außerdem kann es bei dem erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopf möglich sein, das Tintenzuführelement und das Basisplattenelement mittels Schrauben zu fixieren, so daß sie in engem Kontakt miteinander in dem Kontaktbereich stehen können, oder das Tintenzuführelement und das Basisplattenelement durch Klebstoff miteinander im Kontaktbereich zu verbinden. Im Fall der Klebstoffbindung ist es speziell möglich, auf Schrauben für die Fixierung zu verzichten.
Außerdem kann der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf so ausgebildet sein, daß die gedruckte Basisplatte zum Steuern der Energieerzeugungselemente auf der Basisplatte auf derjenigen Seite installiert ist, die das Substrat trägt, um nicht die Berührung zwischen dem Tintenzuführelement und der Basisplatte zu stören, wobei die Oberfläche der Basisplatte zum Installieren der gedruckten Basisplatte an einer Stelle unterhalb der Oberfläche zum Haltern des Substrats ausgebildet sein kann. Bei der so ausgestalteten Struktur wird es möglich, vorzugsweise mit Drahtbonden zu arbeiten, indem die Höhe des Drahtbondens im wesentlichen die gleiche ist wie diejenige zwischen der gedruckten Basisplatte und dem Substrat, insbesondere dann, wenn das Drahtbonden dazu dient, das Substrat und die gedruckte Basisplatte, welche dicker als das Substrat ist, elektrisch miteinander zu verbinden.
Außerdem kann der erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungskopf so ausgebildet sein, daß er ein zweites Tintenzuführelement mit einem Tintenzuführweg aufweist, welcher mit dem Tintenströmungsweg dadurch kommuniziert, daß er mit dem Tintenzuführelement verbunden ist. Das zweite Tintenzuführelement und die Basisplatte können in engem Kontakt stehen und können mit Hilfe von Schrauben oder anderen Bindemitteln miteinander verbunden und fixiert sein.
Weiterhin kann in dem Tintenzuführweg ein Filter angeordnet sein, um die Tinteneinströmrichtung im wesentlichen vertikal nach oben verlaufen zu lassen. Das Filter kann mehrere Filter umfassen, wobei von den mehreren Filtern der Tintendurchgangsbereich des Filters in dem Tintenzuführweg zum Zuführen von Tinte von außerhalb in den Tintenkanal größer ist als der Tintendurchgangsbereich des Filters in den Tintenzuführweg, um Tinte aus dem Tintenkanal nach außen zurückzuleiten. In diesem Fall wird es möglich, daß die zusammen mit der Tinte strömenden Bläschen den Auftrieb nutzen und leicht durch die Filter hindurchgelangen, so daß verhindert wird, daß der Tintenstrom durch den Stau von Bläschen auf der Einströmseite jedes der Filter blockiert wird. Dadurch, daß der Durchgangsbereich von Tinte des Filters auf der Rücklaufseite entsprechend dem verringerten Druck der strömenden Tinte klein gemacht wird, ist es möglich, Druck auf die Bläschen in dem Filter auf der Rückstromseite auszuüben, damit diese durch das Filter hindurchgelangen. Auf diese Weise lassen sich die Entwurfselemente für das Wiederaufbereitungssystem der Aufzeichnungsvorrichtung entsprechend reduzieren.
Außerdem ist der Kontaktbereich der Tintenzuführelemente selbst mit einem O-Ring oder einer Dichtung abgedichtet.
Außerdem kann der Tintenkanal im wesentlichen luftdicht verschlossen werden, ausgenommen die Verbindungsöffnung des Tintenströmungswegs mit der Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Tinte. In diesem Fall kann die Tinte in dem Tintenkanal nicht in Berührung mit dem äußeren Dichtungsmittel oder dergleichen gelangen.
Außerdem kann der Kontaktbereich des Tintenströmungswegs mit der Verbindungsöffnung durch einen O-Ring oder ein Dichtungsmittel abgedichtet sein.
Oberhalb des Energieerzeugungselements kann außerdem integral mit dem Substrat ein Ventil ausgebildet sein, dessen freies Ende in Richtung der Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Tinte verläuft, und dessen fixiertes Ende in der dazu entgegengesetzten Richtung verläuft.
Außerdem ist bei dem erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopf das Energieerzeugungselement ein elektrothermisches Wandlerelement zum Erzeugen von Wärmeenergie. Das Tintenzuführelement und die Basisplatte bestehen aus dem gleichen Werkstoff, und das Substrat und die Deckplatte bestehen ebenfalls aus demselben Werkstoff. Hierdurch wird die Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Tintenzuführelements und der Basisplatte, und den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats und der Deckplatte so gewählt, daß keine Störung in dem Ventil und in der Wand gegenüber dem Tintenkanal möglich ist, selbst wenn durch die durch das elektrothermische Wandlerelement in der Anordnungsrichtung der Ausstoßöffnung für die auszustoßende Tinte erzeugte Wärme eine Abstandsabweichung hervorgerufen wird. Selbst wenn zwischen dem Substrat und der Deckplatte eine Abstandsabweichung durch Zug aufgrund der linearen Ausdehnung der Basisplatte entsteht, stören das Ventil und die Tintenkanal-Wandfläche einander nicht, so daß es möglich ist, eine Beeinträchtigung der Ausstoßkennwerte zu vermeiden. Außerdem bestehen das Tintenzuführelement und die Basisplatte aus demselben Werkstoff, und auch das Substrat und die Deckplatte bestehen aus demselben Werkstoff. Die Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Tintenzuführelements und der Basisplatte, und der linearen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats und der Deckplatte können kleiner sein als die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Metalls und den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats und der Deckplatte.
Das Tintenzuführelement kann eine Wärmeleitfähigkeit haben, aufgrund derer schädliche Einflüsse durch Wärmeschocks durch die elektrothermische Wandlereinrichtung vermieden werden, und die Basisplatte kann eine Wärmeleitfähigkeit besitzen, durch die abträgliche Einflüsse durch Wärmeschocks seitens der elektrothermischen Wandlereinrichtung vermieden werden. Hierdurch wird es möglich, zu verhindern, daß jedes Element eine bauliche Verformung oder Verzerrung durch thermischen Schock erleidet, dem möglicherweise jedes Strukturelement ausgesetzt ist, wenn die Temperatur des gesamten Baukörpers des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs bei durchgehendem Aufzeichnungsvorgang oder dergleichen ansteigt.
Außerdem kann das Tintenzuführelement sowie die Basisplatte aus Kohlenstoffgraphit hergestellt sein. Diese Ausbildung soll dazu beitragen, das Gewicht des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs zu reduzieren und außerdem die bereits beschriebenen thermischen Eigenschaften zu erreichen.
Außerdem können bei dem erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopf die Fläche des Tintenzuführelements und die Fläche der Basisplatte, welche die Oberfläche mit den Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte bilden, wasserabweisend ausgebildet sein. Hierdurch ist es möglich, einen fehlerhaften Wiederaufbereitungsvorgang zu vermeiden, welcher bedingt ist durch das Wandern von Tinte in die Oberfläche, in welcher sich die Ausstoßöffnungen befinden.
Es kann eine Schutzschicht im wesentlichen auf den gesamten Außenflächen des Tintenzuführelements und der Basisplatte ausgebildet sein, um eine Imprägnierung mit Tinte zu vermeiden.
Außerdem können die inneren Defekte, Poren und mikroskopischen Risse in dem Tintenzuführelement und der Basisplatte mit einem flüssigen Mittel imprägniert werden, welches in sie eindringt. In diesem Fall wird bei Aushärtung des flüssigen Mittels die Bindekraft zwischen Partikeln intensiviert, so daß die Funktion einer Steigerung der Belastungsgrenze erreicht wird, ebenso wie das Vermeiden von Spänen, Kohlenstaubpartikeln, das Brechen von Gewinden an den Gewindebereichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs, der ausgestattet ist mit einem Substrat mit der Elementenoberfläche mit darauf ausgebildeten Energieerzeugungselementen zum Erzeugen von Energie, die zum Ausstoßen von Tinte verwendet wird, mit einer Deckplatte, deren Nutenoberfläche mit Nuten zur Bildung eines Tintenkanals entsprechend den Energieerzeugungselementen ausgestattet ist, wobei die Nutenoberfläche und die Elementenoberfläche miteinander verbunden sind, um den Tintenkanal zu bilden, mit einer Basisplatte zum Haltern des Substrats von der der Elementenoberfläche abgewandten Seite her; und mit einem Tintenzuführelement in Berührung mit der Basisplatte in einem Kontaktbereich, wobei die Wandfläche des Tintenströmungswegs mit dem Tintenkanal in Verbindung steht, umfaßt folgende Schritte: Vorbereiten eines Tintenzuführelements, wobei de Wandfläche des Tintenströmungswegs mit dem Tintenkanal kommuniziert; Verbinden des Tintenzuführelements mit der Basisplatte;
wobei das Substrat und die Deckplatte von der Basisplatte und dem Tintenzuführelement unter Verwendung des Kontaktbereichs als Drehpunkt eingefaßt werden, um sie dadurch in enge Berührung zu bringen, daß das Substrat mit der Basisplatte von der der Elementenoberfläche abgewandten Seite her angepreßt wird und die Deckplatte mit dem Tintenzuführelement von der der Nutenfläche abgewandten Seite her angepreßt wird.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs gemäß der Erfindung mit einem solchen Aufbau ist es möglich, das Element zum Zuführen von Tinte und das Element, welches es der Deckplatte und dem Substrat ermöglicht, in engen Kontakt miteinander zu treten, funktionell gemeinsam als das Tintenzuführelement auszubilden. Deshalb läßt sich nicht nur ein Schritt zum Installieren des Federelements, welches lediglich dazu dient, die Deckplatte und das Substrat in enger Berührung miteinander zu halten, fortlassen, sondern man erreicht auch eine Kostenverringerung und eine Vereinfachung des Geräts, so daß sich die Arbeitsausbeute verbessert.
Dieses Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs beinhaltet weiterhin den Schritt des Erstellens eines zweiten Tintenzuführelements mit einem Tintenzuführweg, welcher mit dem Tintenströmungsweg verbunden ist und an dem Tintenzuführelement angebracht ist. Auch dieses Verfahren kann weiterhin den Schritt des Ausbildens einer Schutzschicht zum Sperren des Eindringens von Tinte im wesentlichen auf der gesamten Außenoberfläche des Tintenzuführelements und der Basisplatte vorsehen. Weiterhin kann das Verfahren den Schritt des Überziehens der Fläche des Tintenzuführelements und der Fläche der Basisplatte mit einem wasserabweisenden Mittel beinhalten, um die Oberfläche zu bilden, die mit den Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte versehen ist, nachdem der Schritt des Ausbildens der Schutzschicht abgeschlossen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht, die einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine seitliche Schnittansicht, die den in 1 gezeigten Tintenstrahlaufzeichnungskopf veranschaulicht.
3A und 3B sind Ansichten des Umfangs eines Tintenwegs des in 1 gezeigten Tintenstrahlaufzeichnungskopfs; 3A ist eine seitliche Schnittansicht, und 3B ist eine Front-Schnittansicht.
4A, 4B, 4C und 4D sind Ansichten zum Veranschaulichen der Fläche für eine Deckplatte und eine Basisplatte, auf der ein Beschichtungsmittel aufgetragen wird.
5 ist eine Ansicht, die schematisch jedes der in einer Filterbox untergebrachten Filter zeigt.
6 ist eine Ansicht, welche den Wiederaufbereitungsvorgang mit einer Abstreifklinge zeigt.
7 ist ein Flußdiagramm, welches den Verlauf eines Verfahrens zum Fertigen eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs gemäß der derzeitigen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines langgestreckten herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopfs.
9 ist eine Schnittansicht, welche eine in dem herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungskopf verwendeten Deckplatte zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden soll anhand der begleitenden Zeichnungen die Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden.
1 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine Seiten-Schnittansicht, die den Tintenstrahlaufzeichnungskopf entlang der Linie Y-Y' in 1 zeigt. 3A und 3B sind Ansichten zum Veranschaulichen des Umfangs eines Tintenpfads für den in 1 dargestellten Tintenstrahlaufzeichnungskopf;
4A bis 4D sind Ansichten der Flächen der Deckplatte und einer Basisplatte, auf denen ein Beschichtungsmittel aufgetragen wird, wobei die Fläche mit einem wasserabweisenden Mittel imprägniert wird.
In 2 ist di Filterbox 9 des zweiten Tintenzuführelements 7 weggelassen. Außerdem ist 4A eine Querschnittansicht der Basisplatte 1, betrachtet entlang der Linie X-X' in 1. 4B ist eine Querschnittansicht des Tintenzuführelements 4, betrachtet entlang der Linie Y-Y'. 4C ist eine Schnittansicht desjenigen Teils des Tintenzuführelements 4, bei welchem der Tintenströmungsweg 17 ausgebildet ist. 4D ist eine Querschnittansicht desjenigen Teils des Tintenzuführelements 4, welches der Basisplatte 1 in 4B entspricht. Außerdem bedeutet der Pfeil g in den 4A bis 4D die Schwerkraftrichtung.
Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform besitzt eine Basisplatte 1 aus Graphit, und die Heizplatine 2, bei der es sich um eine Silicium-Heizplatine mit Ausstoßenergie-Erzeugungselementen 2a, beispielsweise in Form von elektrothermischen Wandlerelementen, handelt, wobei jeweils ein Ventil (siehe 3A) zum Stabilisieren der Ausstoßvorgänge oberhalb jedes Ausstoßenergie-Erzeugungselements angebracht ist. Dieser Kopf ist weiterhin mit der gedruckten Platine 8 in Form einer gedruckten Basisplatte ausgestattet, elektrisch mit der Heizplatine 2 über Drähte 16 verbunden, außerdem eine Silicium-Deckplatte 3, bei der eine Mehrzahl feiner Nuten ausgebildet ist. Darüber hinaus ist der Kopf mit einem aus Graphit bestehenden Tintenzuführelement 4 ausgestattet, welches den Tintenströmungsweg 17 aufweist, welcher mit der Verbindungsöffnung 37 der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 28 der Deckplatte 3 kommuniziert, außerdem mit einem zweiten Tintenzuführelement 7 mit einer Filterbox 9, wobei der Tintenzuführweg 18 so ausgebildet ist, daß er mit dem Tintenzuführelement 4 kommuniziert.
Die Basisplatte 1 ist derart ausgebildet, daß die Oberfläche der Schaltungsplatine 33 mit der darauf installierten Platine 8 niedriger liegt als die Oberfläche der Heizplatine 32 mit der darauf angebrachten Heizplatine 2. Auf diese Weise wird die Höhe der Ebene, an der das Drahtbonden für die Heizplatine 2 und die Schaltungsplatine 8, die dicker ist als die Heizplatine 2, vorgenommen wird, bündig, so daß das Drahtbonden unter guten Bedingungen ausgeführt werden kann. Allerdings kann die Form der Basisplatte 1 stufenlos flach zwischen der Oberfläche der Heizplatine 32 und der Oberfläche der Platine 33 sein, wenn die Struktur nicht so beschaffen ist, daß die Platine 8 auf der Seite der Oberfläche der Heizplatine 32 der Basisplatte 1 wie bei der vorliegenden Ausführungsform installiert wird.
Außerdem ist die Oberfläche der Basisplatte 1, welche in 4 schraffiert dargestellt ist, das heißt ihre gesamte Oberfläche, mit einem Überzug aus einer Polyimidharzlösung imprägniert. Durch diesen Überzug mit einer Polyimidharzlösung wird verhindert, daß Tinte in die Basisplatte 1 eindringt.
Außerdem ist eine Abstreifebene 1a (die in 4A durch schräge Striche gekennzeichnete Fläche), welche von einer noch zu beschreibenden Klinge 20 abgebürstet wird, mit einem wasserabweisenden Mittel beschichtet. Dabei wird die Abstreifebene 1a mit einem wasserabweisenden Mittel derart beschichtet, daß die oben erwähnte Polyimidharzlösung aufgetragen wird, bevor das wasserabweisende Mittel aufgetragen wird, damit letzteres einfacher verarbeitet werden kann, wobei das wasserabweisende Mittel deshalb später aufgetragen wird, weil bei direktem Auftrag des wasserabweisenden Mittels auf das Graphit das Mittel von dessen Oberfläche absorbiert würde und die Oberfläche dann keine ausreichende wasserabweisende Eigenschaft mehr besäße. Nach dem Auftrag des wasserabweisenden Mittels wird die Abstreifebene 1a drei Stunden lang oder länger bei 150°C ausgehärtet. Auf diese Weise erhält die Abstreifebene 1a wasserabstoßende Wirkung.
Wie außerdem durch Schraffur in 4B gezeigt ist, wird die Oberfläche der Basisplatte 1 dort, wo ein Gewindeloch 34 geschnitten ist, mit einer Lösung aus PSF (Polysulfon) überzogen. Wie weiter unten noch erläutert wird, wird, wenn das Tintenzuführelement 7 auf der Basisplatte 1 mit Hilfe einer Schraube 5b befestigt wird, ein (nicht gezeigtes) Gewindeloch zur Aufnahme dieser Schraube 5b mit einer PSF-Lösung imprägniert. Durch die Beschichtung mit der PSF-Lösung wird die Zerspanfestigkeit des Gewindes gesteigert, so daß das Gewinde nicht bricht oder reißt.
Für das Tintenzuführelement 4 gibt es fünf Löcher 13 zum Halten der Deckplatte, während die Deckplatte gebondet wird. Durch jedes der Löcher erstreckt sich ein Stift zum provisorischen Halten der Deckplatte 3 an der Deckplatten-Bondmaschine; acht Löcher 12 dienen als Drahtbond-Abdichtung zum Abdichten der Drahtbondstellen zwischen der Heizplatine 2 und der Schaltungsplatine 8 mit einem Dichtungsmittel 19; und drei Fixierlöcher 29 auf der linken und der rechten Seite dienen zum Fixieren einer (nicht gezeigte) Aufzeichnungsvorrichtung. In 1 ist ein Fixierloch 29 auf der linken Seite ausgebildet, zwei Löcher sind auf der rechten Seite ausgebildet. Dies deshalb, weil mit einem Loch auf der linken Seite eine Lagejustierung bezüglich links und rechts vorgenommen wird.
Außerdem ist die Oberfläche des Tintenzuführelements 4 sowie der durch Schraffur in 4C angegebene Tintenströmungsweg 17, das heißt die gesamte Fläche des Tintenzuführelements 4 mit einer Polyimidharzlösung imprägniert.
Durch diesen Überzug mit einer Polyimidharzlösung kann verhindert werden, daß Tinte in das Tintenzuführelement 4 eindringt. Außerdem ist die Abstreifebene 4a (die in 4C durch Filieren gekennzeichnete Fläche) mit einem wasserabweisenden Mittel überzogen.
Um dabei zum Überziehen der Basisplatte 1 und des Tintenzuführelements 4b eine Polyimidharzlösung zu verwenden, kann man ein Verhältnis von Polyimid Lösungsmittel von 1 : 0,8 verwenden, und als wasserabweisendes Mittel kann man von CTX809A : Ctsolve im Verhältnis von 1 : 4 (Gewichtsverhältnis) Gebrauch machen. Für die PSF-Lösung wird als Lösungsmittel Tetrahydrofuran verwendet, wobei die Lösung 5 Gew.-% enthält (PSF : Tetrahydrofuran = 5 g 95 g). Wenn allerdings die Konzentration der PSF-Lösung erhöht wird durch Steigern des PSF-Gewichts für die Lösung, wird das aus Graphit bestehende Basismaterial nicht mit der Lösung imprägniert, so daß die Oberfläche möglicherweise nicht vollständig überzogen wird.
Das Tintenzuführelement 4 und die Basisplatte 1 stehen in enger Berührung miteinander an dem Drehpunkt 30, bei dem es sich um den Umfang der Schraube 5a handelt, wie aus 2 hervorgeht, wobei das Element mit acht Schrauben 5a fixiert ist. Die Schraube 5a kann eine Klemmschraube M2 sein. Für das Tintenzuführelement 4 ist zwischen der Kontaktfläche, die zu dem Drehpunkt 30 wird, und der Deckplattenoberfläche 34, die Druck auf die Deckplatte 3 ausübt, wenn sie in Berührung mit der Oberseite der Deckplatte 3 steht, eine Lücke 31 ausgebildet.
Hierzu kann ein O-Ring oder ein Dichtungsmittel verwendet werden, um den Koppelbereich zwischen dem Tintenströmungsweg 17 und der Verbindungsöffnung 37 abzudichten.
Um die Deckplatte 3 und die Heizplatine 2 dicht mit einem Druck von 3 kg pro Schraube 5a entsprechend dem Rückkopplungsergebnis einer Untersuchung mit dem Federmaterial des länglichen herkömmlichen Kopfs in Berührung zu bringen, hat sich herausgestellt, daß vorzugsweise von folgenden Abmessungen Gebrauch gemacht wird: C = 0,8 mm; D = 12 mm und E = 5,5 mm gemäß 2, falls die Länge des verlängerten Kopfs etwa 100 mm beträgt und zwischen jeder der Schrauben ein Abstand 5a von etwa 14 mm verbleibt. Anstatt Schrauben 5a zu verwenden, ist es möglich, das Tintenzuführelement 4 mittels Klebstoff an der Basisplatte 1 in der Nähe des Drehpunkts 30 als Kupplungsbereich zwischen dem Tintenzuführelement 4 und der Basisplatte 1 zu bonden und zu fixieren. Dabei werden die Schrauben 5a dann nicht benötigt, so daß man die Teilezahl verringern kann.
Das zweite Tintenzuführelement 7 kann aus Noryl bestehen (NORYL: Handelsbezeichnung, hergestellt von der Engineering Plastics (EPL), Inc.), welches in Oberflächenberührung mit der Schaltungsplatine 8 steht und durch die Basisplatte 1 sowie vier M2-Klemmschrauben 5b dicht fixiert ist. Anstatt Schrauben 5b zu verwenden, kann das zweite Tintenzuführelement 7 durch Klebstoff an der Basisplatte 1 fixiert werden. In diesem Fall werden die Schrauben 5b nicht benötigt, so daß sich die Teilezahl verringert.
Der Tintenzuführweg 18 für das zweite Tintenzuführelement 7 steht in Verbindung mit dem Tintenströmungsweg 17 über das extrudierte Loch 35, welches in den Tintenströmungsweg 17 paßt, wobei der Übergangsabschnitt von außen durch Bonden mit einem Dichtungsmittel versperrt ist. Zu diesem Zweck ist ein (nicht gezeigter) O-Ring zwischen dem Tintenzuführelement 4 und dem zweiten Tintenzuführelement 7 eingefaßt, um den Umfang des extrudierten Lochs 35 abzudichten. Durch diesen O-Ring können das Tintenzuführelement 4 und das zweite Tintenzuführelement 7 fixiert werden.
Das andere Ende des Tintenzuführwegs 18, welches dem extrudierten Loch 35 zugewandt ist, steht in Verbindung mit dem Zuführweg 23, der in 5 durch eine ausgezogene Linie in der Filterbox 9 dargestellt ist, während der Rücklaufweg 24 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. In dem Zuführweg 23 und dem Rücklaufweg 24 befindet sich auf der Zuführseite ein Filter 21 und ein Filter 22 auf der Rücklaufseite. Das Filter 21 auf der Zuführseite besitzt eine große Fläche für den Durchgang der Tinte, größer als diejenige des Filters 22 auf der Rücklaufseite. Der Tintenstrahlaufzeichnungskopf dieser Ausführungsform ist unter der Annahme aufgebaut, daß Tinte in vertikaler Richtung gemäß Pfeil g in 5 ausgestoßen wird, wenn der Aufzeichnungskopf an einem Aufzeichnungsgerät montiert ist. Deshalb ist die Anordnung so gestaltet, daß der Tintenkanal in dem Filter 21 auf der Zuführseite und das Filter 22 auf der Rücklaufseite beide unter jeden Umständen nach oben weisen, wenn Tinte aus der Aufzeichnungsvorrichtung dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf zugeführt wird oder Tinte aus dem Aufzeichnungskopf zu dem Aufzeichnungsgerät zurückströmt.
In anderen Worten: wenn Tinte von der Aufzeichnungsvorrichtung dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf zugeleitet wird, können zusammen mit der zuzuführenden Tinte strömende Bläschen das Filter 21 auf der Zuführseite leicht durchdringen, weil die Durchgangsfläche des Filters 21 auf der Zuführseite größer ist, während der Tintenstrom in vertikaler Richtung nach oben gerichtet ist, so daß die Auftriebskraft der Bläschen genutzt werden kann. Im Ergebnis besteht keine Gefahr, daß Bläschen von außerhalb an dem Filter 21 auf der Einströmseite gestaut werden und so die Tintenzufuhr behindern.
Andererseits wird die zusammen mit Bläschen gezogene Tinte in dem Kopf zirkuliert und kehrt als Wiederaufbereitungstinte zu der Aufzeichnungsvorrichtung zurück. In diesem Fall werden Bläschen aus den Ausstoßöffnungen 25 ausgelassen, wobei solche Bläschen, die nicht ausgestoßen werden, das Filter 22 auf der Rücklaufseite durchsetzen, während die Tinte von dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf zu der Seite der Aufzeichnungsvorrichtung hin zurückläuft. Auch an dieser Verbindungsstelle strömen Tinte und Bläschen durch das Filter 22 auf der Rücklaufseite in vertikaler Richtung nach oben. Deshalb passieren die Bläschen das Filter 22 auf der Rücklaufseite ohne Schwierigkeiten. Da allerdings der Druck unmittelbar vor dem Durchgang durch das Filter 22 auf der Rücklaufseite unmittelbar in dem Maß kleiner wird, in welchem Tinte aus den Ausstoßöffnungen 25 austritt, ist der Durchmesser des Filters 22 auf der Rücklaufseite kleiner als derjenige des Filters 21 auf der Zuführseite, entsprechend dem reduzierten Tintendruck. Auf diese Weise wird das Freisetzen von Bläschen einfacher, selbst wenn der Tintendruck kleiner gemacht wird, während Tinte und Bläschen das Filter 22 auf der Rücklaufseite passieren.
Mit dem Doppelfilteraufbau des zweiten Tintenzuführelements 7 und der Steuerung der Tintenumwälzrichtungen ist es möglich, Mängel bei der Wiederaufbereitung durch das Vorhandensein von Bläschen zu vermeiden und ein einfaches Freisetzen von Bläschen auch bei geringerem Aufbereitungsdruck zu bewirken. Die für den Aufbereitungsvorgang verwendete Tintenmenge läßt sich im Vergleich zum Stand der Technik reduzieren, wobei die Auslegung der Elemente kleiner sein kann, was die Auslegung des Aufbereitungssystems auf der Seite der Aufzeichnungsvorrichtung angeht.
Die Schaltungsplatine 8 dient zum Steuern jedes der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente, und sie ist mit der Heizplatine 2 durch Drähte 18 in Form von Golddrähten verbunden, um elektrische Signale mit der Aufzeichnungsvorrichtung auszutauschen. Zum Installieren der Schaltungsplatine 18 auf der Basisplatte 1 auf der Seite der Oberfläche 32 der Heizplatine ist ein Durchgangsloch 1 1 vorgesehen, um von dem Vorsprung 10 durchdrungen zu werden, der sich auf der Vorsprünge 10 aufnehmenden Seite der Basisplatte 1 befindet, um nicht den innigen Kontakt zwischen dem Tintenzuführelement 4 und der Basisplatte 1 zu behindern.
Die Heizplatine 2 ist derart ausgebildet, daß auf einem Siliciumsubstrat oder dergleichen zwecks Isolierung und Wärmestau ein Siliciumoxidfilm oder ein Siliciumnitridfilm ausgebildet ist, wobei auf diesen Film eine elektrische Widerstandsschicht und ein Verdrahtungsmuster angebracht sind, um elektrothermische Wandlerelemente zu bilden, die als Ausstoßenergie-Erzeugungselemente fungieren. Elektrische Leistung und elektrische Signale von der Aufzeichnungsvorrichtung werden über die Schaltungsplatine 8, die Verdrahtung 16 und die auf der Heizplatine 2 gebildete Verdrahtung zu der elektrischen Widerstandsschicht geleitet. Auf diese Weise werden die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente erhitzt. Das Ventil 14, welches integriert mit der Heizplatine 2 ausgebildet ist, hat ein freies Ende auf der Seite der Ausstoßöffnung 25, während ein fixiertes Ende an der Seite der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 28 vorgesehen ist, wie dies aus 3A hervorgeht.
Die Deckplatte 3 bildet mehrere Düsen (Tintenwege) 26 entsprechend jedem der Ausstoßenergie-Erzeugungselemente und der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 28, wodurch jeder der Düsen 26 Tinte zugeführt wird. Wenn die Düsenwand (die Tintenwegwand) 27 für die Düse 26 gebildet wird, wird ein Flüssigkeitskammerrahmen 38 gleichzeitig mit einer Höhe gebildet, die der Höhe der Düsenwand 27 entspricht. Auf diese Weise ist, wenn die Deckplatte 3 in dichter Berührung mit der Heizplatine 2 steht, die gemeinsame Flüssigkeitskammer 28 im wesentlichen verschossen, ausgenommen die Verbindungsöffnung 37, welche mit dem Tintenströmungsweg 17 kommuniziert, und die Ausstoßöffnung 25. Folglich kann das weiter unten noch zu beschreibende Dichtungsmittel 19 nicht mit Tinte in Berührung treten. Wenn außerdem die Deckplatte 3 in enger Berührung mit der Heizplatine 2 steht, dabei aber nicht mit einem Klebstoff angebracht ist, so gelangt bei einem solchen Aufbau kein Klebstoff in Berührung mit der Tinte. Die Düse 26 und die gemeinsame Flüssigkeitskammer 28 sind hier verallgemeinert mit „Tintenkanal" bezeichnet.
Als nächstes wird anhand des in 7 dargestellten Flußdiagramms der Ablauf des Verfahrens zum Herstellen eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs dieser Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Im Rahmen der folgenden Beschreibung jedes einzelnen Fertigungsschritts ist die Reihenfolge der Schritte austauschbar, ausgenommen der Schritt, in welchem jede der Abstreifebenen mit einem wasserabweisenden Mittel überzogen wird im Anschluß an den Schritt, in welchem eine Imprägnierung zur Beschichtung mit Polyimidharzlösung erfolgt, wenn die Oberflächenbehandlung des Tintenzuführelements 4 und der Basisplatte 1 erläutert wird.
Als erstes wird der Tintenströmungsweg 17 für das aus Graphit gefertigte Tintenzuführelement 4 gebildet (Schritt 301). Dann wird die gesamte Oberfläche des Tintenzuführelements 4 mit Polyimidharzlösung imprägniert, um das Element zu beschichten (Schritt 302). Weiterhin wird die Abstreifebene 4a mit einem wasserabweisenden Mittel überzogen (Schritt 303). Gleichermaßen wird die gesamte Oberfläche der Basisplatte 1 mit Polyimidharzlösung imprägniert und beschichtet (Schritt 304). Die Abstreifebene 1a wird mit wasserabweisendem Mittel überzogen (Schritt 305). Weiterhin wird die Oberfläche des Gewindelochs 34 der Basisplatte 1 mit PSF-Lösung imprägniert und überzogen (Schritt 306).
Anschließend wird die Schaltungsplatine 8 mittels Klebstoff in Form eines Klebebands an der Platinenoberfläche 33 der Basisplatte 1 befestigt, und anschließend wird die Heizplatine 2 an der Heizplatinen-Oberfläche 32 befestigt (Schritt 307). Dann wird der Draht 16 durch Bonden an der Heizplatine 2 und der Schaltungsplatine 8 angebracht, um diese Teile elektrisch zu verbinden (Schritt 308).
Als nächstes wird de Deckplatte 3 an der Heizplatine 2 angebracht, und daran wird das Tintenzuführelement 4 angeordnet, um die Deckplatte 3 mit Hilfe der Deckplatten-Bondmaschine provisorisch zu halten, wenn der das Loch 13 des Tintenzuführelements 4 durchsetzende Stift die Deckplatte während deren Bond-Befestigung hält (Schritt 309).
Dann wird die Schraube 5a angezogen, damit das Tintenzuführelement 4 und die Basisplatte 1 die Deckplatte 3 und die Heizplatine 2 zwischen sich in enger Berührung zusammendrücken (Schritt 310).
Dann wird ein Dichtungsmittel 19 in das Drahtbond-Dichtungsloch 12 des Tintenzuführelements 4 gegossen (Schritt 311).
Schließlich werden das Tintenzuführelement 4 und das zweite Tintenzuführelement 7 verbunden, und das zweite Tintenzuführelement 7 wird mit Hilfe von Schrauben 5b an der Basisplatte 1 fixiert (Schritt 312), wodurch die Fertigungsschritte zum Fertigen des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs abgeschlossen werden.
Wie oben erläutert wurde, ist der Tintenstrahlaufzeichnungskopf dieser Ausführungsform der Erfindung so aufgebaut, daß an der Deckplatten-Oberfläche 34 das Tintenzuführelement 4 die Deckplatte 3 von der Seite andrückt, die der Seite gegenüberliegt, welche die Düsen 26 der Deckplatte 3 an dem Drehpunkt 30 bildet, bei dem es sich um den Kontaktbereich für das Tintenzuführelement 4 und die Basisplatte 1 handelt, in welchem diese beiden Teile an einander anstoßen, während die Basisplatte 1 die Heizplatine 2 an deren Fläche 32 von der Seite andrückt, die der Oberfläche abgewandt ist, an der sich die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente an der Heizplatine 2 befinden, um die Deckplatte 3 und die Heizplatine 2 zwischen dem Tintenzuführelement 4 und der Basisplatte 1 zusammenzudrücken und diese so in enger Berührung zu halten.
Wenn außerdem in dem erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopf der obigen Ausführung die Ausstoßenergie-Erzeugungselemente erhitzt werden, unterliegt die Tinte innerhalb des Bläschenentstehungsbereichs zwischen jedem elektrothermischen Wandlerelement und dem Ventil 14 einer thermischen Aktivierung, wodurch Bläschen an dem elektrothermischen Wandlerelement zu wachsen beginnen, so daß es zu dem Phänomen des Film-Kochens kommt. Der mit dem Bläschenwachstum einhergehende Druck wirkt auf das Ventil 14, wodurch das freie Ende des Ventils 14 so versetzt wird, daß es sich zu der Seite der Ausstoßöffnung 25 hin stark öffnet. Abhängig vom Zustand des Ventils 14, also abhängig davon, ob es versetzt wird oder versetzt wurde, wird die Ausbreitung des durch die Bläschenentstehung oder das Bläschenwachstum ausgeübten Drucks zu der Seite der Ausstoßöffnung 25 hin geleitet, wodurch Tinte aus der Ausstoßöffnung 25 ausgestoßen wird.
Wie oben erläutert wurde, wird es durch die Wärmeabstrahlfunktion für das Tintenzuführelement 4 und das zweite Tintenzuführelement 7 aus Graphit mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf dieser Ausführungsform das Ausstoßen von Tinte durch Wärmebildung begleitet, so daß es möglich ist, eine bauliche Verformung oder Verzerrung zu vermeiden, die bedingt ist durch einen Wärmeschock, der auf jedes Bauteil aufgrund des Temperaturanstiegs einwirkt, den der gesamte Tintenstrahlaufzeichnungskopf bei der Ausführung einer flächigen Aufzeichnung oder dergleichen erleidet.
Wenn außerdem das Tintenzuführelement 4 und die Basisplatte 1 aus Graphit hergestellt sind, beträgt ihr linearer Ausdehnungskoeffizient 3,8 × 10^–6 · α/K^–1, und wenn die Heizplatine 2 und die Deckplatte 3 aus Silicium bestehen, beträgt deren linearer Ausdehnungskoeffizient 2,6 × 10^–6 × α/K^–1. Die Differenz zwischen diesen linearen Ausdehnungskoeffizienten beträgt lediglich 1,2 × 10^–6 · α/K^–1, was weniger ist als die Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der Heizplatine 2 und der Deckplatte 3, und als der lineare Ausdehnungskoeffizient von Metall. Der lineare Ausdehnungskoeffizient ist hier gegeben als α = (I/I₀) (dl/dt), wobei I₀ die Länge bei Null Grad und l die Länge bei t°C ist. Die Differenz der linearen Ausdehnungskoeffizienten von 1,2 × 10^–6 · α/K^–1, zwischen diesen zwei Werkstoffarten kann lediglich zu einer Streckdifferenz von 3,3 μm auf einer Seite in Längsrichtung führen, selbst wenn die Länge des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs dieser Ausführungsform als gestreckter Aufzeichnungskopf etwa 100 mm beträgt und die Änderung der Umgebungstemperatur bei maximalem Wert Δt bis zu 55°C beträgt. Diese Differenz wird derzeit nicht als Handicap für den Aufbau des Aufzeichnungskopfs angesehen. Anders ausgedrückt: wenn die Umgebungstemperatur sich möglicherweise auf 55°C ändert, bei maximalem Wert Δt, so wird bei der entsprechenden Länge des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs in Richtung der Düsenanordnung die Ausstoßfunktion des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs durch die Zwischenabstands-Abweichung oder dergleichen nicht abträglich beeinflußt. Es gibt auch keine gegenseitige Behinderung zwischen dem Ventil 14 und der Düsenwand 27, weil die Abweichung des Mittenabstands b in Richtung er Düsenanordnung, welche zwischen der Deckplatte 3 und der Heizplatine 2 zustande kommt, wobei die Heizplatine 2 durch die lineare Ausdehnung der Basisplatte 1 gezogen wird, und der für das Ventil 14 und die Düsenwand 27 der Düse 26 vorhandene Spielraum gemäß 3B die Beziehung b < a erfüllen. Der Spielraum kann hier 3,7 μm betragen. Außerdem kann der genannte Wert Δt eine Marge von 20°C für die Änderung der Umgebungstemperatur der Aufzeichnungsvorrichtung in deren Betrieb innerhalb des Temperaturbereichs zulassen, um einen Betrieb auch bei Anstieg der Kopftemperatur zu garantieren. Außerdem ist Graphit von geringem Gewicht, so daß das Gesamtgewicht der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung geringer wird. Im Hinblick auf den Vorteil geringen Gewichts wird es möglich, bei der Gestaltung der Einsatzmöglichkeit mehr Freiheit einzuräumen, so daß der Tintenstrahlaufzeichnungskopf eine wirksamere Abtastung oder dergleichen durchführen kann, oder auf den gesamten Tintenstrahlaufzeichnungskopf einwirkende Stöße einfacher aufgenommen werden, falls der Aufzeichnungskopf bei seiner Handhabung hinfallen sollte.
Vorzugsweise wird zum Installieren des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs dieser Ausführungsform an einer Aufzeichnungsvorrichtung die SUS-Platte 15 verwendet.
6 ist eine Ansicht, die den Abstreif-Aufbereitungsvorgang mit Hilfe einer Klinge für den oben beschriebenen Aufbau des Tintenstrahlaufzeichnungskopfs veranschaulicht.
Durch Tintennebel, der entsteht, wenn Tinte aus dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf ausgestoßen wird, durch hängengebliebene Tinte beim Auffüllen von Tinte oder dergleichen kann in einigen Fällen nasse Tinte an der Ausstoßfläche 35 hängenbleiben. Außerdem kann bei dem Vorgang der Wiederaufbereitung beispielsweise Tinte aus der Ausstoßöffnung 35 gesaugt werden, und möglicherweise bleibt angesaugte restliche Tinte an der Ausstoßfläche 35 hängen.
Aus diesem Grund wird bei dem Aufbereitungsvorgang zum Beseitigen solcher hängengebliebener Tinte an der Fläche mit den Ausstoßöffnungen Tinte durch Saugen zwangsweise aus der Ausstoßöffnung 35 getrieben, und es erfolgt ein Abstreifen mit Hilfe einer Klinge oder eines Blatts 20, welches aus einem elastischen Element oder dergleichen bestehen kann, um die Ausstoßfläche 35 zu reinigen.
Das Abstreifen erfolgt dadurch, daß die Klinge oder das Blatt 20 in direkter Berührung mit der Abstreifebene 4a, der Ausstoßfläche 35 und der Abstreifebene 1a, welche die Ausstoßöffnungs-Oberfläche 36 bilden, gebracht wird, um diese Fläche gleitend abzureiben durch relatives Bewegen, damit die Ausstoßöffnung 25 und deren Umfangsbereich gereinigt und damit die Ausstoßstabilität gewährleistet wird. Die Abstreifebene 4a und die Abstreifebene 1b sind mit einem wasserabweisenden Mittel beschichtet, wobei Tinte in die Abstreifebene 4a und in die Abstreifebene 1b gelangt, so daß man vermeiden kann, daß der Aufbereitungsvorgang unzureichend wird durch Tinte, die in die Abstreifebene 4a und die Abstreifebene 1b eintritt.
In diesem Zusammenhang besteht die Möglichkeit, die Dicke der gebondeten Deckplatte 3 und der Heizplatine 2 um 0,1 mm größer zu machen als den Abstand F zwischen der Heizplatinenoberfläche 32 und der Deckplattenoberfläche 34, wie in 2 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Basisplatte 1 empfänglich für eine Verziehung um 0,1 mm zu der Seite, die dem Tintenzuführelement 4 abgewandt ist. In diesem Zustand werden die Deckplatte 3 und die Heizplatine 2 in enger Berührung miteinander gehalten.
Wie oben beschrieben wurde, werden bei dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf dieser Ausführungsform der Erfindung die Heizplatine 2 und die Deckplatte 3 zwischen dem aus Graphit bestehenden und mit dem Tintenströmungsweg ausgestatteten Tintenzuführelement 4 und der Basisplatte 1 gehalten. Damit ist keine Federeinheit oder dergleichen erforderlich, so daß sich die Teilezahl verringert. Außerdem wird es möglich, sowohl das Tintenzuführelement 4 als auch die Basisplatte 1 mit einer Wärmeabstrahlfunktion auszustatten, um den Tintenstrahlaufzeichnungskopf vor einem Temperaturschock zu bewahren.
Wenn die Abstreifebene 4a des Tintenzuführelements 4 und die Abstreifebene 1b der Basisplatte 1 mit einem wasserabweisenden Mittel beschichtet sind, kann man verhindern, daß der Wiederaufbereitungsvorgang unzureichend abläuft aufgrund des Eindringens von Tinte in die Ebene 4a und die Ebene 1b. Außerdem sind die Gewindelöcher für die Schrauben 5a und 5b mit der PSF-Lösung beschichtet, so daß man einen Bruch oder eine Rißbildung in den Gewinden verhindern kann.
Die Filterbox 9 mit einem Filter 22 auf der Rücklaufseite und einem Filter 21 auf der Zuführseite ist derart ausgebildet, daß das Filter 22 auf der Rücklaufseite angeordnet ist und das Filter 21 eine größere Fläche besitzt als das Filter 22, so daß unter allen Umständen Tinte in vertikaler Richtung nach oben hindurchgelangen kann. Im Ergebnis können zusammen mit der Tinte strömende Bläschen in einfacher Weise die Filter passieren, so daß eine Behinderung des Tintenstroms durch einen Bläschenstau auf der Einströmseite jedes Filters verhindert wird.
Die gemeinsame Flüssigkeitskammer des länglichen herkömmlichen Kopfs ist durch Einsatz von flüssigem Resistmaterial strukturiert, um gegenüber der Außenseite isoliert zu sein, oder der rippenfreie Bereich ist abgedichtet, wobei es sich um einen sogenannten genuteten Deckplattentyp handelt. Diese Ausgestaltung macht es erforderlich, daß ein Bondvorgang oder ein Dichtungsvorgang in Berührung mit der Tinte durchgeführt wird. Im Langzeitbetrieb kann die durch die Reaktion mit der Tinte eluierte Substanz Ausstoßöffnungen verstopfen, wozu noch weitere Nachteile kommen. Es werden nicht nur die Fertigungsschritte kompliziert, sondern es besteht außerdem Gefahr, daß Schwierigkeiten im Einsatz entstehen. Bei dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf dieser Ausführungsform allerdings ist das Muster des Flüssigkeitskammerrahmens 38 auf der gleichen Höhe ausgebildet wie die Nuten zum Ausstoßen von Tinte, wenn die Nuten gleichzeitig mit dem photolithographischen Prozeß zum Isolieren der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 28 gegenüber der Außenumgebung gebildet werden, so daß es möglich ist, die Kammer vor der Außenumgebung zu isolieren, ohne beim Zusammenbau des Kopfs Bondarbeiten durchzuführen. Als Halteeinrichtung ist der Umfangsbereich der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 28 abgedichtet, wobei diese Abdichtung allerdings gleichzeitig mit dem Abdichten der Drahtbondeinheit ausgeführt wird. Es ist also kein zusätzlicher Verarbeitungsschritt erforderlich. Weiterhin besteht keine Möglichkeit dafür, daß das so verwendete Dichtungsmittel in die gemeinsame Flüssigkeitskammer 28 strömt, so daß Schwierigkeiten beim Einsatz des Kopfs vermieden werden.

Claims

Tintenstrahlaufzeichnungskopf, umfassend: ein Substrat (2) das an seiner Elementenoberfläche mit Energieerzeugungselementen (2a) zum Erzeugen von zum Ausstoßen von Tinte zu verwendender Energie ausgestattet ist; eine Deckplatte (3), die an ihrer Nutenfläche Nuten aufweist, die einen Tintenkanal (26, 28) entsprechend den Energieerzeugungselementen (2a) bilden, wobei die Nutenfläche und die Elementenoberfläche miteinander zur Bildung des Tintenkanals (26, 28) verbunden sind; eine Basisplatte (1) zum Halten des Substrats an der der Elementenoberfläche abgewandten Fläche; und ein Tintenzuführelement (4) in Berührung mit der Basisplatte (1) an einem Kontaktbereich (30), von dem eine Wandseite des Tintenströmungswegs (17) mit dem Tintenkanal (26, 28) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (1) und das Tintenzuführelement (4) das Substrat (2) und die Deckplatte (3) zwischen sich als Drehpunkt aufnehmen, um die Basisplatte (1) in die Lage zu versetzen, von der der Elementenoberfläche entgegengesetzten Seite her gegen das Substrat (2) zu drücken, und das Tintenzuführelement in die Lage zu versetzen, von der der Nutenfläche abgewandten Seite her gegen die Deckplatte 3 zu drücken.
Kopf nach Anspruch 1, bei dem das Tintenzuführelement (4) und die Basisplatte (1) in enger Berührung stehen und mittels Schrauben (5a) im Kontaktbereich (30) fixiert sind.
Kopf nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Tintenzuführelement (4) und die Basisplatte (1) miteinander verbunden und am Kontaktbereich (30) fixiert sind.
Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine gedruckte Basisplatte (8) zum Steuern der Energieerzeugungselemente auf der das Substrat (2) haltenden Oberflächenseite der Basisplatte (1) angebracht ist, um nicht den Kontakt zwischen dem Tintenzuführelement (4) und der Basisplatte (1) zu beeinträchtigen.
Kopf nach Anspruch 4, bei dem die Oberfläche (33) der Basisplatte (1) zur Aufnahme der gedruckten Basisplatte (8) an einer Stelle ausgebildet ist, die niedriger liegt als die das Substrat (2) tragende Fläche (32).
Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend: ein zweites Tintenzuführelement (7) mit einem Tintenzuführweg (18), der mit dem Tintenströmungsweg (17) dadurch kommuniziert, daß es mit dem Tintenzuführelement (4) verbunden ist.
Kopf nach Anspruch 6, bei dem das zweite Tintenzuführelement (7) und die Basisplatte (1) in enger Berührung miteinander stehen und mittels Schrauben (5b) fixiert sind.
Kopf nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das zweite Tintenzuführelement (7) und die Basisplatte (1) miteinander verbunden und fixiert sind.
Kopf nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem ein Filter (21, 22) in dem Tintenzuführweg (23, 24) angeordnet ist, damit die Tinteneinströmrichtung im wesentlichen vertikal nach oben verläuft.
Kopf nach Anspruch 9, bei dem das Filter (21, 22) in Mehrzahl vorgesehen ist, und daß von den mehreren Filtern der Tintendurchgangsbereich des Filters (21) in dem Tintenzuführweg (23) zum Zuführen von Tinte von außerhalb in den Tintenkanal größer ist als der Tintendurchgangsbereich des Filters (22) in dem Tintenzuführweg (24) zum Zurückleiten von Tinte aus dem Tintenkanal nach außen.
Kopf nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Kontaktbereich der Tintenzuführelemente (4, 7) selbst mit einem O-Ring abgedichtet ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Kontaktbereich der Tintenzuführelemente (4, 7) selbst mit einem Dichtungsmittel abgedichtet ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Tintenkanal (26, 28) im wesentlichen luftdicht abgeschlossen ist, ausgenommen die Verbindungsöffnung (37) des Tintenströmungswegs (17) und die Ausstoßöffnung (25) zum Ausstoßen von Tinte.
Kopf nach Anspruch 13, bei dem der Kontaktbereich des Tintenströmungswegs (17) und die Verbindungsöffnung (37) mit einem O-Ring abgedichtet sind.
Kopf nach Anspruch 13, bei dem der Kontaktbereich des Tintenströmungswegs (17) und die Verbindungsöffnung (37) mit einem Dichtungsmittel abgedichtet sind.
Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem oberhalb des Energieerzeugungselements (2a) integral mit dem Substrat (2) ein Ventil (14) ausgebildet ist, dessen freies Ende in Richtung zur Ausstoßöffnung (25) zum Ausstoßen von Tinte verläuft, und dessen fixiertes Ende in der dazu entgegengesetzten Richtung verläuft.
Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem das Energieerzeugungselement (2a) eine elektrothermische Wandlervorrichtung zum Erzeugen von Wärmeenergie ist.
Kopf nach Anspruch 17, bei dem das Tintenzuführelement (4) und die Basisplatte (1) aus demselben Material geformt sind, und das Substrat (2) und die Deckplatte (3) aus demselben Material geformt sind, und der Unterschied zwischen den linearen Ausdehmungskoeffizienten des Tintenzuführelements (4) und der Basisplatte (1) und die linearen Ausdehnungskoeffizienten von Substrat (2) und Deckplatte (3) auch dann in dem Ventil (14) und der Wandfläche (27) des Tintenkanals (26, 28) einander nicht stören dürfen, wenn eine Abstandsabweichung (10) durch die Wärme entsteht, die von der elektrothermischen Wandlervorrichtung in Anordnungsrichtung der Ausstoßöffnung zum Ausstoßen von Tinte entsteht.
Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem das Tintenzuführelement (4) und die Basisplatte (1) aus demselben Material geformt sind, und das Substrat (2) und die Deckplatte (3) aus demselben Material geformt sind, und der Unterschied zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Tintenzuführelements (4) und der Basisplatte (1) und den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats (2) und der Deckplatte (3) kleiner ist als die Differenz zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Metalls und den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats (2) und der Deckplatte (3).
Kopf nach Anspruch 19, bei dem das Metall Aluminium ist.
Kopf nach Anspruch 17, bei dem das Tintenzuführelement (4) eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, mit der schädliche Einflüsse aufgrund von Wärmeschocks seitens der elektrothermischen Wandlervorrichtung verhindert werden.
Kopf nach Anspruch 17, bei dem die Basisplatte (1) mit einer Wärmeleitfähigkeit versehen ist, durch die schädliche Einflüsse durch Wärmeschocks seitens der elektrothermischen Wandlervorrichtung vermieden werden.
Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem das Tintenzuführeiement (4) und die Basisplatte (1) aus Graphit gebildet sind.
Kopf nach Anspruch 23, bei dem die Fläche des Tintenzuführelements (4) und die Fläche der Basisplatte (1 ), die die Oberfläche bilden, die zu Ausstoßöffnungen (25) zum Ausstoßen von Tinten gehört, wasserabweisend ausgebildet sind.
Kopf nach Anspruch 23, bei dem eine Schutzschicht zum Sperren einer Tintenimprägnierung im wesentlichen über die gesamten Außenflächen des Tintenzuführelements (4) und der Basisplatte (1) gebildet ist.
Kopf nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei dem die inneren Defekte, Poren und mikroskopische Risse des Tintenzuführelements (4) und der Basisplatte (1) mit einem sie durchdringenden flüssigen Mittel imprägniert sind.
Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfs, ausgestattet mit einem Substrat (2) mit der Elementenoberfläche mit darauf ausgebildeten Energieerzeugungselementen (2a) zum Erzeugen von Energie, die zum Ausstoßen von Tinte verwendet wird, mit einer Deckplatte (3), deren Nutenoberfläche mit Nuten zur Bildung eines Tintenkanals (26, 28) entsprechend den Energieerzeugungselementen (2a) ausgestattet ist, wobei die Nutenoberfläche und die Elementenoberfläche miteinander verbunden sind, um den Tintenkanal (26, 28) zu bilden; mit einer Basisplatte (1) zum Haltern des Substrats (2) von der der Elementenoberfläche abgewandten Seite her; und mit einem Tintenzuführelement (4) in Berührung mit der Basisplatte (1) in einem Kontaktbereich (30), wobei die Wandfläche des Tintenströmungswegs (17) mit dem Tintenkanal (26, 28) in Verbindung steht, umfassend folgende Schritte: Vorbereiten eines Tintenzuführelements (4), wobei die Wandfläche des Tintenströmungswegs (17) mit dem Tintenkanal kommuniziert; Verbinden des Tintenzuführelements mit der Basisplatte; dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat und die Deckplatte von der Basisplatte und dem Tintenzuführelement unter Verwendung des Kontaktbereichs als Drehpunkt eingefasst werden, um sie dadurch in enge Berührung zu bringen, daß das Substrat mit der Basisplatte von der der Elementenoberfläche abgewandten Seite her angepresst wird und die Deckplatte mit dem Tintenzuführelement von der der Nutenfläche abgewandten Seite her angepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 27, weiterhin umfassend den Schritt: Vorbereiten eines zweiten Tintenzuführelements, wobei der Tintenzuführweg mit dem Tintenströmungsweg dadurch in Verbindung gebracht wird, dass das zweite Tintenzuführelement mit dem Tintenzuführelement verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 27, weiterhin umfassend den Schritt: Bilden einer Schutzschicht zum Sperren des Tintendurchgangs im wesentlichen auf der gesamten Außenoberfläche des Tintenzuführelements und der Basisplatte.
Verfahren nach Anspruch 29, weiterhin umfassend den Schritt: Auftragen eines wasserabweisenden Mittels auf die Fläche des Tintenzuführelements und die Fläche der Basisplatte, um die Oberfläche zu bilden, die mit Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Tinte versehen ist, nachdem der Schritt der Ausbildung der Schutzschicht abgeschlossen wurde.
Verfahren nach Anspruch 27, weiterhin umfassend den Schritt: Imprägnieren der inneren Defekte, Poren und mikroskopischen Risse des Tintenzuführelements und der Basisplatte mit einem sie durchdringenden flüssigen Mittel.