[0001] Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Tintendruckkopf mit einer Düsenfront
mit mindestens einer Düse, mindestens einem tinteführenden Tintenkanal, der in die
Düse mündet, mindestens einem einen Graben aufweisenden piezoelektrischen Antriebselement,
das so auf die Tinte in dem Tintenkanal einwirkt, daß es bei piezoelektrischer Anregung
einen tropfenförmigen Ausstoß von Tinte bewirkt, und mit jeweils zwei Elektroden zur
Ansteuerung eines Antriebselementes.
[0002] Ein Tintendruckkopf mit tinteführenden Kanälen, auf die piezoelektrische Antriebselemente
einwirken, ist aus der deutschen Patentschrift 2 543 451 bekannt. Dabei wird jeweils
ein Abschnitt der Kanäle von einem piezoelektrischen Antriebselement zylindrisch umfaßt.
Bei diesem Tintendruckkopf ist die Länge der von den Antriebselementen nicht umfaßten,
zwischen den Austrittsöffnungen der Tintenkanäle und den Antriebselementen liegenden
Abschnitte der Tintenkanäle so bemessen, daß die Tintenkanäle mit den piezoelektrischen
Antriebselementen von der Abdruckstelle her strahlenförmig knickfrei wegfluchtend
verlaufend anordbar sind. Dieser Tintendruckkopf hat also im Bereich der piezoelektrischen
Antriebselemente wesentlich größere Abmessungen als es dem Druckraster entspricht.
Für einen modularen Aufbau einer Schreibeinrichtung mit mehreren Tintendruckköpfen
ist dieser Tintendruckkopf daher weniger geeignet. Eine vollständige Druckzeile kann
nur realisiert werden, wenn der Tintendruckkopf in Zeilenrichtung bewegt wird. Damit
ist aber die Druckgeschwindigkeit und die Auflösung begrenzt.
[0003] Aus der GB-A-2 098 134 ist ein Tintendruckkopf bekannt, dessen piezoelektische Antriebselemente
zwei Platten aus einem piezoelektrischen, polarisierten Material umfassen. Zumindest
eine Platte enthält U-förmige Vertiefungen, die durch Aufkleben der zweiten Platte
unter Bildung von Aufnahmeräumen abgedeckt werden. In die Aufnahmeräume ist jeweils
ein Röhrchen eingeklebt, das als Tintenkanal dient und in einer Düse mündet. Elektrisch
leitende Schichten an den jeweiligen Außenseiten der Platten und an den den jeweiligen
Aufnahmeraum begrenzenden Innenseiten der Platten dienen als Ansteuerelektroden. Die
piezoelektrischen Antriebselemente dieses bekannten Druckkopfes weisen damit verhältnismäßig
viele einzelne Bestandteile auf.
[0004] Ein aus der DE-A-36 30 206 bekannter Tintendruckkopf der eingangs genannten Art weist
eine Düsenfront mit mindestens einer Düse und mindestens einen tinteführenden, in
die Düse mündenden Kanal auf. Der Kanal ist von einem rillenartigen Graben in einer
piezoelektrischen Platte und von einer auf der piezoelektrischen Platte durch Verklebung
oder Verschweißung befestigten Deckplatte bebildet. Jedem Graben ist ein piezoelektrisches
Antriebselement zugeordnet, das aus zwei Elektroden zur Ansteuerung und dem zwischen
dem Grabenboden und der Außenseite der piezoelektrischen Platte befindlichen piezoelektrischen
Material gebildet ist. Bei Anregung des Antriebselements dehnt sich dieses unter Volumenverminderung
des tinteführenden Kanals aus und bewirkt damit einen tropfenförmigen Ausstoß von
Tinte. Dieser bekannter Tintendruckkopf weist eine vergleichsweise aufwendig gestaltete
Struktur der piezeoelektrischen Platte auf. Er umfaßt mit der Deckplatte ein zusätzliches
Bauteil, wodurch insgesamt eine Verringerung der Baugröße des bekannten Tintendruckkopfes
erschwert ist. Der DE-A-36 30 206 sind keinerlei Hinweise über die praktische Herstellung
des bekannten Tintendruckkopfes entnehmbar.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezoelektrischen Tintendruckkopf und ein Verfahren
zu seiner Herstellung anzugeben, der sehr kleine Abmessungen aufweist und Druckpunkte
mit sehr hoher Druckpunktdichte liefert.
[0006] Diese Aufgabe wird bei einem piezoelektrischen Tintendruckkopf der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß
a1) das Antriebselement ein Piezokeramikteil aufweist, in dem der Graben vorgesehen
ist,
a2) die erste Elektrode auf dem Piezokeramikteil so angeordnet ist, daß sie den Graben
zur Bildung des Tintenkanals verschließt,
a3) die zweite Elektrode isoliert zur ersten Elektrode auf dem Piezokeramikteil angeordnet
ist und daß
b) die Düsenfront direkt mit den Piezokeramikteilen verbunden ist.
[0007] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Kanäle parallel zueinander verlaufen,
b) die Antriebselemente einzeln ansteuerbar sind,
c) die Gräben mit einer gemeinsamen ersten Elektrode zu Kanälen geschlossen sind
d) die Piezokeramikteile mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche
voneinander separiert sind und
e) jeder Kanal in eine Düse mündet.
[0008] Ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Tintendruckkopfes besteht darin,
daß
a) in einer polarisierten Piezokeramikscheibe mindestens ein Graben erzeugt wird,
b) die gemeinsame erste Elektrode auf der Grabenseite der Piezokeramikscheibe aufgebracht
wird, so daß die Gräben geschlossen werden und damit Kanäle entstehen,
c) die zweiten Elektroden auf der den Gräben gegenüberliegenden Oberfläche der Piezokeramikscheibe
aufgebracht werden, so daß sie jeweils den Kanälen gegenüberliegen und einander nicht
berühren,
d) die Antriebselemente durch Zerteilen der Piezokeramikscheibe zwischen den zweiten
Elektroden mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche voneinander
separiert werden und
e) auf der Frontseite der Piezokeramikscheibe (41) die mit den Kanälen (5) verbundene
Düsenfront (21) hergestellt wird.
[0009] Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen,
so wie nachfolgend aus der anhand eines Ausführungsbeispiels mit FIG 1 - 3 gegebenen
Beschreibung hervor.
[0010] FIG 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen piezoelektrischen
Tintendruckkopf.
[0011] FIG 2 zeigt schematisch den Tintendruckkopf in Draufsicht.
[0012] FIG 3 zeigt schematisch den Verlauf der Herstellung des piezoelektrischen Tintendruckkopfs
anhand aufeinanderfolgender Verfahrensschritte mit den Bezugszeichen 301, 303 bis
309, 303a, 303b, 307b bis 309b, 309a und 311a.
[0013] Bei den Verfahrensschritten, deren Bezugszeichen mit a oder b versehen sind, ist
der piezoelektrische Tintendruckkopf in Draufsicht gezeigt.
[0014] FIG 1: Auf einer Trägerschicht 6 befinden sich mehrere parallel nebeneinander liegende
Antriebselemente 1. Jedes Antriebselement 1 besteht aus einem Piezokeramikteil 2,
einer zweiten Elektrode 4 und einem Teil einer gemeinsamen ersten Elektrode 3. Die
Piezokeramikteile 2 bilden zusammen mit der gemeinsamen ersten Elektrode 3 Kanäle
5. Dabei schließt die gemeinsame erste Elektrode 3 die Gräben 44, die sich in den
Piezokeramikteilen 2 befinden zu Kanälen 5 ab.
[0015] FIG 2: An der Stirnseite des piezoelektrischen Tintendruckkopfs befindet sich die
Düsenfront 21 mit Düsen 22. Die Düsenfront 21 ist direkt mit den Piezokeramiktellen
2 verbunden und jeder Kanal 5 mündet in einer Düse 22. Die Piezokeramikteile 2 berühren
sich auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche nicht. Die Düsenfront 22
kann aus Metall oder Piezokeramik bestehen. Die Düsen 22 sind zur Tröpfchenausbildung
beim Betrieb des piezoelektrischen Tintendruckkopfs wichtig.
[0016] FIG 3: Verfahrensschnitt 301: Eine Piezokeramikscheibe 41 mit einer Dicke von 100
bis 200 µm wird beidseitig mit einer Metallschicht 42 und 43 versehen. Die Piezokeramikscheibe
41 ist aus einer Piezokeramikmasse hergestellt, die eine definiert hohe Enddichte,
z. B. 99%, erreicht. Sie kann aus einer Piezokeramikfolie durch Schneiden oder aus
einem Keramikblock durch Sägen und Schleifen hergestellt sein. Nach dem Aufbringen
der Metallschichten 42 und 43 wird die Piezokeramikscheibe 41 durch Anlegen einer
Spannung zwischen den Metallschichten 42 und 43, mit einer für die Keramik gebräuchlichen
Feldstärke bei einer erhöhten Temperatur von ca. 100-150°C polarisiert.
[0017] Verfahrensschritt 303: Durch Laserätzen werden parallel nebeneinander liegende Gräben
44 auf der Seite der unteren Metallschicht 43 erzeugt.
[0018] Verfahrensschritt 303b: Wenn die Düsenfront 21 aus Metall hergestellt werden soll,
werden die Gräben 44 auf der Piezokeramikscheibe 41 durchgehend erzeugt. Durchgehende
Gräben 44 können auch mit den bekannten Sägetechniken hergestellt werden.
[0019] Verfahrensschritt 303a: Bei Herstellung der Gräben 44 durch Laserätzen ist es möglich
die Gräben 44 sackprofilartig zu erzeugen. Der nichtstrukturierte Teil der Plezokeramikscheibe
41 kann hier zur Herstellung der Düsenfront 21 verwendet werden. Dabei ist es erforderlich,
daß die obere Metallschicht 42, aus der im weiteren Herstellungsverlauf die zweiten
Elektroden 4 entstehen, nur in dem Bereich der Piezokeramikscheibe 41 aufgebracht
wird, in dem Gräben 44 hergestellt werden.
[0020] Verfahrensschritt 304: Die Gräben 44 werden mit Kunststoff 45 vergossen.
[0021] Verfahrensschritt 305: Die mit Kunststoff 45 vergossene Seite der Piezokeramikscheibe
41 wird so mechanisch bearbeitet, z. B. Schleifen, Läppen, daß die Piezokeramik freigelegt
ist.
[0022] Verfahrensschritt 306: Die gemeinsame erste Elektrode 3 wird durch Aufsputtern einer
Metallschicht aufgebracht.
[0023] Verfahrensschritt 307: Auf die gemeinsame erste Elektrode 3 kann an dieser Stelle
des Herstellungsverfahrens eine Trägerschicht 6 galvanisch aufgebracht werden. Die
Trägerschicht 6 kann aus einer 50 bis 100 µm dicken Metallschicht bestehen.
[0024] Verfahrensschritt 308: Der Kunststoff 45 wird aus den Kanälen 5 entfernt, z.B. ausgebrannt.
Die Metallschicht 42 auf der Oberseite der Piezokeramikscheibe 41 wird durch Ätz-
oder , Abhebeverfahren so strukturiert, daß daraus die zweiten Elektroden 4 entstehen,
die mittig und parallel über den Kanälen 5 verlaufen und einander nicht berühren.
Eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Metallschicht 42 für das Erzeugen
der zweiten Elektroden 4 ist das Laserätzen Dabei kann das Strukturieren der Metallschicht
42 zusammen mit dem Zerteilen der Piezokeramikteile 2 erfolgen, das im nächsten Verfahrensschritt
(309) beschrieben ist.
[0025] Verfahrensschritt 309: Die Piezokeramiktelle 2 werden durch Laserätzen so voneinander
getrennt, daß sie sich mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche
nicht berühren, wobei keilförmige Furchen 48 aus der Plezokeramikscheibe 41 herausgeschnitten
werden.
[0026] Verfahrensschritt 307b: Zur Herstellung einer Düsenfront 21 aus Metall wird nach
dem Erzeugen der gemeinsamen ersten Elektrode 3 und vor dem Entfernen des Kunststoffs
45 aus den Kanälen 5 eine metallische Sputterschicht 46 an der Frontseite der Piezokeramikscheibe
41 aufgebracht.
[0027] Verfahrensschritt 308b: Auf die Sputterschicht 46 wird die metallische Düsenfront
21 galvanisch aufgebracht. Die Düsenfront 21 kann z. B. aus Nickel bestehen. Zweckmäßigerweise
wird die Düsenfront 21 gleichzeitig mit der Trägerschicht 6 galvanisch aufgebracht.
[0028] Verfahrensschritt 309b: Die Düsen 22 werden so in die Düsenfront 21 gebohrt, daß
sie mittig auf die Kanäle 5 stoßen.
[0029] Verfahrensschritt 309a: Bei der Herstellung der Düsenfront 21 aus Piezokeramik werden
die Düsen durch Laserätzen hergestellt. Dazu wird die Piezokeramik an der Frontseite
fein geschliffen und poliert.
[0030] Verfahrensschritt 311a: Durch Laserätzen werden die Düsen 22 so erzeugt, daß sie
mittig auf die Kanäle 5 treffen.
[0031] Durch die Trennung der einzelnen Piezokeramikteile 2 voneinander ist ein übersprechen
zwischen den einzelnen Antriebselementen 1 unterbunden. Dadurch wird das unerwünschte
Nebensprechen, d. h. ein Ausstoß von Tintentröpfchen aus dem Kanal eines nicht angeregten
Antriebselements, unterbunden. Die keilförmige Trennfuge 48 unterbindet das Auftreten
von interferenzbildenden Schallwellen im Tintendruckkopf.
[0032] In der deutschen Patentanmeldung P 37 18 323 ist ein Verfahren beschrieben, mit dem
die Bearbeitung von Keramikwerkstoffen ohne das Entstehen von Damageschichten mögllch
ist. Dabei wird eine Laserstrahlung mit einer (Luft)wellenlänge kleiner als etwa 350nm
verwendet, die Beaufschlagung mit Laserstrahlung nur Impulswelse durchgeführt und
die Impulsdauer, die Pulswiederholungsrate und die Pulsenergie derart aufeinander
abgestimmt bemessen, daß in dem bearbeiteten Werkstoff ein wesentlicher Wärmestau
vermieden wird. Vorteilhaft ist der Einsatz eines Excimerlasers.
[0033] Durch Anwendung dieses Laserätzverfahrens beim Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen
Tintendruckkopf kann das Erzeugen der Düsen, der Gräben und das Zerteilen der Piezokeramikscheibe
sehr genau erfolgen, ohne daß störende Damageschichten an den Rändern der bearbeiteten
Bereiche entstehen. Damit känn die Ausbeute bei der Herstellung und die Funktionsgenauigkeit
der piezoelektrischen Tintendruckköpfe erhöht werden.
[0034] Als Elektrodenmaterial eignen sich besonders Verbindungen mit Chrom-Platin-Gold und
Titan-Nickel-Gold. Für die galvanisch abgeschiedenen Schichten ist Nickel besonders
geeignet.
[0035] Die Druckpunktdichte, die mit dem beschriebenen Tintendruckkopf erreicht werden kann,
beträgt ca. 4 Punkte pro Millimeter. Der Tintendruckkopf ist für höchste Druckgeschwindigkeiten
geeignet. Das Verfahren gestattet die Herstellung eines Tintendruckkopfes höchster
Auflösung sozusagen in einem Stück, ohne daß aufwendige mechanische Bearbeitungs-
und Verbindungsverfahren, z. B. Schweißen, notwendig sind.
[0036] Da die Bauhöhe dieses Tintendruckkopfs sehr gering ist, einschließlich einer möglichen
Kunststoffbeschichtung kleiner als 0,3 mm, können mehrere Tintendruckköpfe leicht
gestapelt und gemeinsam in ein Gehäuse eingebaut werden. Das Gehäuse kann dabei als
Tintenkammer dienen. In dieser Weise können auch Tintendruckköpfe für eine ganze Druckzeile
aufgebaut werden. Eine Verbindungstechnik für den Zusammenbau einzelner Druckköpfe
ist das Kleben.
[0037] Mit dem beschriebenen Herstellungsverfahren ist es möglich, Tintendruckköpfe großer
Breite (ca. 100 mm) herzustellen. Da selbst zusammengesetzte Druckköpfe noch eine
sehr geringe Bauhöhe aufweisen, ist eine weitere Stapelung solcher Druckköpfe für
Mehrfarbendruck möglich.
1. Piezoelektrischer Tintendruckkopf mit einer Düsenfront (21) mit mindestens einer Düse
(22), mindestens einem tinteführenden Tintenkanal (5), der in die Düse (22) mündet,
mindestens einem einen Graben (44) aufweisenden piezoelektrischen Antriebselement
(2), das so auf die Tinte in dem Tintenkanal (5) einwirkt, daß es bei piezoelektrischer
Anregung einen tropfenförmigen Ausstoß von Tinte bewirkt, und mit jeweils zwei Elektroden
(3, 4) zur Ansteuerung eines Antriebselementes (2),
dadurch gekennzeichnet, daß
a1) das Antriebselement (1) ein Piezokeramikteil (2) aufweist, in dem der Graben (44)
vorgesehen ist,
a2) die erste Elektrode (3) auf dem Piezokeramikteil (2) so angeordnet ist; daß sie
den Graben (44) zur Bildung des Tintenkanals (5) verschließt,
a3) die zweite Elektrode (4) isoliert zur ersten Elektrode (3) auf dem Piezokeramikteil
(2) angeordnet ist und daß
b) die Düsenfront (21) direkt mit den Piezokeramikteilen (2) verbunden ist.
2. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach Anspruch 1 mit mehreren Antriebselementen,
dadurch
gekennzeichnet, daß
a) die Kanäle (5) parallel zueinander verlaufen,
b) die Antriebselemente (1) einzeln ansteuerbar sind,
c) die Gräben (44) mit einer gemeinsamen ersten Eletrode (3) zu Kanälen (5) geschlossen
sind und
d) die Piezokeramikteile (2) mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten
Bereiche voneinander separiert sind und
e) jeder Kanal (5) in eine Düse (22) mündet.
3. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezokeramikteile (2) eine Materialdichte von größer 98% aufweisen.
4. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenfront (21) aus Metall besteht.
5. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenfront (21) aus Piezokeramik besteht.
6. Piezoelektrischer Tintendruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerschicht (6) aus Metall auf der gemeinsamen ersten Elektrode (3) vorgesehen
ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Tintendruckkopfes nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, bei dem
a) in einer polarisierten Piezokeramikscheibe (41) mindestens ein Graben (44) erzeugt
wird,
b) die gemeinsame erste Elektrode (3) auf der Grabenseite der Piezokeramikscheibe
(41) aufgebracht wird, so daß die Gräben (44) geschlossen werden und damit Kanäle
(5) entstehen,
c) die zweiten Elektroden (4) auf der den Gräben (44) gegenüberliegenden Oberfläche
der Piezokeramikscheibe (41) aufgebracht werden, so daß sie mittig und parallel über
den Kanälen (5) verlaufen und einander nicht berühren,
d) die Antriebselemente (1) durch Zerteilen der Piezokeramikscheibe (41) zwischen
den zweiten Elektroden (4) mindestens auf der Länge der elektrisch kontaktierten Bereiche
voneinander separiert werden und
e) auf der Frontseite der Piezokeramikscheibe (41) die mit den Kanälen (5) verbundene
Düsenfront (21) hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben (44) durch Sägen hergestellt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben (44) durch Laserätzen geschaffen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Aufbringen der gemeinsamen Elektrode (3) dadurch erfolgt, das nach Erzeugen
der Gräben (44)
a) die Gräben (44) mit Kunststoff (45) aufgefüllt werden,
b) die gemeinsame erste Elektrode (3) durch Aufsputtern einer Metallschicht aufgebracht
wird und
c) der Kunststoff (45) anschließend entfernt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente (1) nach dem Aufbringen der zweiten Elektroden (4) durch
Laserätzen voneinander getrennt werden, wobei keilförmige Furchen (48) aus der Piezokeramikscheibe
(41) herausgeschnitten werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Aufbringen der zweiten Elektroden (4) dadurch erfolgt, daß
a) auf der den Gräben (44) gegenüberliegenden Oberfläche der Piezokeramikscheibe (41)
eine obere Metallschicht (42) aufgebracht wird und
b) die obere Metallschicht (42) so strukturiert wird, daß die zweiten Elektroden (4)
entstehen, die den Kanälen (5) gegenüberliegen und einander nicht berühren.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Düsenfront (21) aus Metall hergestellt wird, nachdem die Antriebselemente
(1) voneinander getrennt werden durch Zerteilen der Piezokeramikscheibe (41) auf ihrer
gesamten Länge und bevor der in die Gräben (44) eingebrachte Kunststoff (45) entfernt
wird, indem die Piezokeramikscheibe (41) an der Frontseite
a) geschliffen und poliert wird,
b) eine metallische Sputterschicht (46) aufgebracht wird,
c) auf die Sputterschicht (46) die metallische Düsenfront (21) galvanisch aufgebrächt
und
d) die Düsen (22) mittig auf die Kanäle (5) stoßend erzeugt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Düsenfront (21) aus Piezokeramik hergestellt wird, nachdem die Antriebselemente
(1) durch Zerteilen der Piezokeramikscheibe (41) so voneinander getrennt werden, daß
die Piezokeramikscheibe (41) im Frontbereich unzerteilt bleibt, indem
a) die Frontseite der Keramikscheibe (41) geschliffen und poliert wird,
b) durch Laserätzen die Düsen (22) mittig auf die Kanäle (5) stoßend erzeugt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der Piezokeramikscheibe durch Laserätzen mit einem Verfahren
durchgeführt wird, das die folgenden Merkmale aufweist
a) es wird eine Laserstrahlung mit einer (Luft)wellenlänge kleiner als etwa 350 nm
verwendet,
b) die Beaufschlagung mit Laserstrahlung wird nur impulsweise durchgeführt und
c) die Impulsdauer, die Pulswiederholungsrate und die Pulsenergie wird derart aufeinander
abgestimmt bemessen, daß in der Piezokeramikscheibe (41) ein wesentlicher Wärmestau
vermieden wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der gemeinsamen ersten Elektrode (3) eine Trägerschicht
(6) aus Metall galvanisch darauf aufgebracht wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Piezokeramikscheibe (41) verwendet wird, die eine Materialdichte von größer
98% aufweist.
1. Piezoelectric ink printing head with a nozzle face (21) having at least one nozzle
(22), at least one ink-conveying ink duct (5) which opens into the nozzle (22), at
least one piezoelectric drive element (2) with a channel (44) which acts on the ink
in the ink duct (5) so that when there is piezoelectric excitation it causes a drop-like
expulsion of ink, and having respectively two electrodes (3, 4) for controlling a
drive element (2), characterised in that
a1) the drive element (1) has a piezoceramics portion (2) in which the channel (44)
is provided,
a2) the first electrode (3) is arranged on the piezoceramics portion so that it closes
the channel (44) to form the ink duct (5),
a3) the second electrode (4) is arranged on the piezoceramics portion insulated from
the first electrode (3) and in that
b) the nozzle face (21) is directly connected to the piezoceramics portions (2).
2. Piezoelectric ink printing head according to claim 1 having several drive elements,
characterised in that
a) the ducts (5) extend parallel to each other,
b) the drive elements (1) can be individually controlled,
c) the channels (44) are closed by a common first electrode (3) to form ducts (5)
and
d) the piezoceramics portions (2) are separated from each other at least over the
length of the electrically contacted regions and
e) each duct (5) opens into a nozzle (22).
3. Piezoelectric ink printing head according to one of claims 1 or 2, characterised in
that the piezoceramics portions (2) have a material density of more than 98%.
4. Piezoelectric ink printing head according to one of claims 1 to 3, characterised in
that the nozzle face (21) is made of metal.
5. Piezoelectric ink printing head according to one of claims 1 to 3, characterised in
that the nozzle face (21) is made of piezoceramics.
6. Piezoelectric ink printing head according to one of claims 1 to 5, characterised in
that a carrier layer (6) made of metal is provided on the common first electrode (3).
7. Process for the production of a piezoelectric ink printing head according to one of
claims 1 to 6, in which
a) at least one channel (44) is produced in a polarised piezoceramics wafer (41),
b) the common first electrode (3) is applied to the channel side of the piezoceramics
wafer (41) so that the channels (44) are closed and hence ducts (5) are produced,
c) the second electrodes (4) are applied to the surface of the piezoceramics wafer
(41) opposite the channels (44) so that they extend axially and in parallel over the
ducts (5) and do not touch each other,
d) the drive elements (1) are separated from one another by splitting the piezoceramics
wafer (41) between the second electrodes (4) at least over the length of the electrically
contacted regions and
e) on the front side of the piezoceramics wafer (41) the nozzle face (21) is established
in connection with the ducts (5).
8. Process according to claim 7, characterised in that the channels (44) are produced
by sawing.
9. Process according to claim 7, characterised in that the channels (44) are produced
by laser etching.
10. Process according to one of claims 7 to 9, characterised in that the common electrode
(3) is applied, after production of the channels (44), by the following steps;
a) the channels (44) are filled with a plastics material (45),
b) the common first electrode (3) is applied by sputtering on a metal layer and
c) the plastics material (45) is then removed.
11. Process according to one of claims 7 to 10, characterised in that the drive elements
(1) are separated from each other after the second electrode (4) has been applied
by laser etching, wedge-shaped grooves (48) being cut out of the piezoceramics wafer
(41).
12. Process according to one of claims 7 to 11, characterised in that the second electrodes
(4) are applied by the following steps;
a) an upper metal layer (42) is applied to the surface of the piezoceramics wafer
(41) opposite the channels (44) and
b) the upper metal layer (42) is structured so that the second electrodes (4) are
produced, which are opposite the ducts (5) and do not contact one another.
13. Process according to one of claims 7 to 12, characterised in that the nozzle face
(21) is constructed from metal, after the drive elements (1) are separated from each
other by splitting the piezoceramics wafer (41) over its entire length and before
the plastics ma terial (45) introduced into the channels (44) is removed, by the piezoceramics
wafer (41) on the front side
a) being ground and polished
b) a metallic sputter layer (46) being applied,
c) the metallic nozzle face (21) being galvanically applied to the sputter layer (46)
and
d) the nozzles (22) being produced to meet with the ducts (5) in the middle.
14. Process according to one of claims 7 to 12, characterised in that the nozzle face
(21) is constructed from piezoceramics, after the drive elements (1) are separated
from each other by splitting the piezoceramics wafer (41) so that the piezoceramics
wafer (41) in the face region remains unsplit, by
a) the front side of the ceramics wafer (41) being ground and polished, and
b) the nozzles (22) being produced by laser etching to meet with the ducts (5) in
the middle.
15. Process according to one of claims 7 to 14, characterised in that processing of the
piezoceramics wafer by laser etching is carried out by a process which has the following
features;
a) laser radiation with an (air) wavelength of less than about 350 nm is used,
b) action with laser radiation is carried out only in pulsed manner and
c) the impulse duration, the pulse repetition rate and the pulse energy are set with
respect to each other so that a substantial heat accumulation in the piezoceramics
wafer (41) is avoided.
16. Process according to one of claims 7 to 15, characterised in that after the common
first electrode (3) is applied a carrier layer (6) of metal is galvanically applied
thereto.
17. Process according to one of claims 7 to 16, characterised in that a piezoceramics
wafer (41) with a material density of more than 98% is used.
1. Tête piézoélect rique d'impression à encre comportant un bloc à buses (21) possédant
au moins une buse (22), au moins un canal d'adduction d'encre (5), qui débouche dans
la buse (22), au moins un élément d'entraînement piézoélectrique (2), qui possède
un sillon (24) et agit sur l'encre située dans le canal d'adduction d'encre (5) de
manière à provoquer, lors d'une excitation piézoélectrique, l'éjection de l'encre
sous la forme de gouttes, et comportant respectivement deux électrodes (3,4) servant
à commander un élément d'entraînement (2), caractérisée par le fait que
a1) l'élément d'entraînement (1) possède une partie piézocéramique (2) dans laquelle
est ménagé le sillon (44),
a2) la première électrode (3) est disposée sur la partie piézocéramique (2) de telle
sorte qu'elle obture le sillon (24) pour la formation du canal d'adduction d'encre
(5),
a3) la seconde électrode (4) est disposée sur la partie piézocéramique (2) en étant
isolée par rapport à la première électrode (3), et
b) le bloc à buses (21) est raccordé directement aux parties piézocéramiques (2).
2. Tête piézocéramique d'impression à encre suivant la revendication 1 comportant plusieurs
éléments d'entraînement, caractérisée par le fait que
a) les canaux (5) sont parallèles,
b) les éléments d'entraînement (1) peuvent être commandés individuellement,
c) les sillons (44) sont fermés par une première électrode commune (3) pour former
des canaux (5), et
d) les parties piézocéramiques (2) sont séparées les unes des autres, au moins sur
la longueur des zones de contact électrique, et
e) chaque canal (5) débouche dans une buse (22).
3. Tête piézocéramique d'impression à encre suivant l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisée par le fait que les parties piézocéramiques (2) possèdent une densité
de matière supérieure à 98 %.
4. Tête piézocéramique d'impression à encre suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée
par le fait que le bloc à buses (21) est réalisé en un métal.
5. Tête piézoélectrique d'impression à encre suivant l'une des revendications 1 à 3,
caractérisée par le fait que le bloc à buses (21) est réalisé en une piézocéramique.
6. Tête d'impression piézoélectrique à encre suivant l'une des revendications 1 à 5,
caractérisée par le fait que la couche de support métallique (6) est prévue sur la
première électrode commune (3).
7. Procédé pour fabriquer une tête piézoélectrique d'impression à encre suivant l'une
des revendications 1 à 6, selon lequel
a) on forme au moins un sillon (44) dans un disque piézocéramique polarisé (41),
b) on dépose la première électrode commune (3) sur la face, dans laquelle sont ménagés
les sillons, du disque piézocéramique (41) de manière à fermer les sillons (44) et
à faire apparaître ainsi des canaux (5),
c) on dépose les secondes électrodes (4) sur la surface du disque piézocéramique (40),
qui est situé à l'opposé des sillons (44), de telle sorte qu'elles sont disposées
au centre et parallèlement au-dessus des canaux (5) et ne soient pas en contact réciproque,
d) on sépare les uns des autres des éléments d'entraînement (1) en subdivisant le
disque piézocéramique (41) entre les deux électrodes (4), au moins sur la longueur
des zones de contact électrique, et
e) sur la face avant du disque piézocéramique (41) on forme le bloc à buses (21) qui
est raccordé aux canaux (5).
8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on forme les sillons
(44) par sciage.
9. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on forme les sillons
(44) par corrosion au moyen d'un laser.
10. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que le dépôt
de l'électrode commune (3) s'effectue grâce au fait qu'après la formation des sillons
(44),
a) on remplit les sillons (44) avec une matière plastique (45),
b) on dépose la première électrode commune (3) par pulvérisation cathodique d'une
couche métallique, et
c) on élimine ensuite la matière plastique (45).
11. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait qu'on sépare
les uns des autres les éléments d'entraînement (1), après le dépôt des secondes électrodes
(4), au moyen d'une corrosion par laser en évidant le disque piézocéramique (41) pour
former des sillons en forme de coins (48).
12. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que le dépôt
des secondes électrodes (4) est exécuté par le fait que
a) on dépose une couche métallique supérieure (42) sur la surface, qui est située
à l'opposé des sillons (44), du disque piézocéramique (41), et
b) on structure la couche métallique supérieure (42) de manière à faire apparaître
les secondes électrodes (4), qui sont situées à l'opposé des canaux (5) et ne se touchent
pas.
13. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait qu'on réalise
le bloc à buses (22) en un métal, après avoir séparé les uns des autres les éléments
d'entraînement (1) par subdivision du disque piézocéramique (41) sur toute sa longueur
et avant d'avoir éliminé la matière plastique (45) insérée dans les sillons (44),
par le fait que
a) on meule et on polit la face avant du disque piézocéramique (41),
b) on y dépose par pulvérisation une couche métallique (46),
c) on dépose galvaniquement le bloc à buses métalliques (21) sur la couche (46) déposée
par pulvérisation cathodique, et
d) on forme les buses (22) en aboutement, de manière qu'elles soient centrées sur
les canaux (5).
14. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait qu'on réalise
le bloc à buses (21) en une piézocéramique, après avoir séparé les uns des autres
les éléments d'entraînement (1) par subdivision du disque piézocéramique (41), en
laissant ce dernier non subdivisé dans sa partie avant par le fait que
a) on meule et on polit la face avant du disque piézocéramique (41),
b) on forme les buses (22) en aboutement, dans des positions centrées sur les canaux
(5), par corrosion laser.
15. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 14, caractérisé par le fait qu'on exécute
l'usinage du disque piézocéramique par corrosion par laser en utilisant un procédé
qui présente les caractéristiques suivantes :
a) on utilise un rayonnement laser possédant une longueur d'onde (dans l'air) inférieure
à environ 350 nm,
b) on applique seulement de façon impulsionnelle le rayonnement laser, et
c) on règle la durée des impulsions, la fréquence de répétition des impulsions et
l'énergie des impulsions les unes sur les autres de manière à éviter une accumulation
de chaleur importante dans le disque piézocéramique (41).
16. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que, après le dépôt
de la première électrode commune (3), on dépose dessus une couche de support métallique
(6) par électrolyse.
17. Procédé suivant l'une des revendications 7 à 16, caractérisé à ce qu'on utilise un
disque piézocéramique (41) qui a une masse volumique supérieure à 98%.