Tintenstrahldruckkopfmodul für einen Face-Shooter-Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopfmodul für einen Face-Shooter-Tintenstrahldruckkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art und zugehörige Verfahren zu seiner Herstellung.

[0002] Ein solcher Tintenstrahldruckkopf kann in kleinen schnellen Druckern eingesetzt werden. Solche werden beispielsweise für Frankiermaschinen zum Frankieren von Postgut verwendet.

[0003] Es ist bekannt, daß Tintenstrahldruckköpfe nach dem Edge-shooter- oder nach dem Face-shooter-Prinzip aufgebaut sind (First annual ink jet printing workshop, March 26-27, 1992, Royal Sonesta Hotel, Cambridge, Massachusetts). Bisher wurden Anstrengungen unternommen, die Abmaße der Kammern zu minimieren, um die Düsendichte zu erhöhen. Die dort vorgeschlagenen Maßnahmen sind aber nur bei Tintenstrahlmodulen mit wenigen Düsen in einer Reihe sinnvoll und versagen bei einer hohen Anzahl von Düsen.

[0004] Aus der DE 32 48 087 A1 ist ein Face-Shooter-Flüssigkeitsstrahlkopf bekannt, der in einer Variante in einer Düsenlinie liegende Düsengruppen derart aufweist, daß benachbarte Plumbum-Zirkonat-Titanat-Elemente (PZT-Elemente) getrennt mit Flüssigkeit versorgt werden. Jeweils eine kammartige Verzweigung der Tintenkanäle führt vom Zuführkanal zu den Elementen auf jeder Seite. Die Längsachsen der Tintenkammern liegen in Richtung des Tintenstrahlaustritts aus den Face-shooter-Düsen. Durch diese Anordnung ist die Kammergröße unter den PZT-Elementen in der Breite begrenzt und es wird keine hohe Düsendichte erreicht.

[0005] Bei einem in der DE OS 23 49 555 vorgeschlagenen Edge-Shooter-Tintenstrahldruckkopf liegen Düsenöffnungen in einem Mittelteil, welche mit beidseitig in Seitenteilen angeordneten Kammern in Verbindung stehen. Eine solche Anordnung ist aber auf einen Face-Shooter-Tintenstrahldruckkopf nicht einfach zu übertragen, ohne daß wieder andere Nachteile auftreten.

[0006] Aus der DE 33 31 488 ist ein rundes Kopfstück für eine Farbspritzvorrichtung vorgeschlagen worden, mit einer Mehrzahl an in einer weiteren Ebene gelegenen Kammern, welche jeweils mit einer zugehörige Düsenreihe auf einer Düsenplatte über Tintenkanäle in Verbindung stehen. Auf der Düsenplatte sind die Düsenreihen zueinander parallel und seitlich versetzt angeordnet. Ein derartiger Face-Shooter-Tintenstrahlkopf benötigt jedoch relativ lange Tintenkanäle zu den Düsen, weil der Platz radial nach innen zur Düsenreihe eingeschränkt ist. Durch die kreisförmige Anordnung der Kammern in radialer Entfernung ist die Kammergröße unter den PZT-Elementen in der Breite aber auch die maximal mögliche Länge der Düsenreihe eingeschränkt und es wird mit maximal 40 Düsenöffnungen keine hohe Düsendichte erreicht. Außerdem lassen sich mehrere solcher Kopfstücke nicht zu einem Druckkopf höherer Auflösung kombinieren.

[0007] Später weiterentwickelte Ink-Jet-Druckköpfe nach dem Face-Shooting-Prinzip, wie es u.a. in den einschlägigen Patenten US 47 30 197, US 47 03 333, US 46 95 854, US 46 35 079, US 46 41 153 sowie US 46 80 595 beschrieben ist, bestehen ebenfalls aus Tintenkammern, die links und rechts einer Linie von Düsenaustrittsöffnungen orthogonal zu den Längsachsen der Tintenkammern angeordnet sind. Die Tintenkammern liegen mit ihrer Längsachse alle in einer Ebene. Auch bei dieser Anordnung wird die erreichbare Dichte in der Anordnung der Düsen durch die Breite der Kammer und durch die Dicke der zwischen 2 Kammern liegenden Trennwand bestimmt, die wegen des cross-talk-Effektes ein bestimmtes Minimum nicht unterschreiten kann. Die beidseitig und symmetrisch zur Düsenlinie vorgenommene Anordnung bewirkt nur eine Verdoppelung der Düsendichte. Mit derartigen Anordnungen sind zur Zeit geometrische Auflösungen von 64 dpi erreichbar. Für den Abdruck grafischer Symbole, wie sie z.B. von Labeldruckern oder Frankiermaschinen verlangt werden, reicht diese Auflösung nicht aus.

[0008] Aus der EP 426 473 A2 (Roy) ist ein Face-shooter-Tintenstrahldruckkopf mit einer hohen Packungsdichte an Tintenkammern in einer Ebene bekannt, der eine höhere Auflösung im Druckbild durch eine Konzentration aller Düsen in einer Düsenreihe zu erreichen gestattet. Die Struktur des Kopfes ist aber überaus kompliziert und mit einer Vielzahl an Platten in mehreren Ebenen ausgestattet. Die hohe Anzahl an Ebenen insgesamt erfordert aber eine aufwendige Tintenzuführung und auch längere Tintenkanäle zu den Düsen. Seine Herstellung ist aufwendig und damit teuer.

[0009] Insbesondere aus der US 46 80 595 ist ein Herstellungsverfahren für einen Face-Shooter-Ink-Jet-Druckkopf mit einer Düsenlinie zwischen zwei Gruppen von Tintenkammern bekannt, der eine verdoppelte Düsendichte aufweist. Es wird eine die Kammern in symmetrischer Anordnung zur Düsenlinie tragende Kammerplatte hergestellt, auf der später eine Membranplatte positioniert werden soll. Über der Membranplatte wird eine einzelne PZT-Schicht befestigt und danach durch Materialentfernung in diskrete PZT-Elemente separiert. Anschließend wird die Membranplatte über der Kammerplatte positioniert und befestigt, unter welcher eine Anzahl weiterer Arbeitsplatten angeordnet ist.

[0010] Jeder rechteckigen Kammer sind ein Versorgungskanal und eine Düse sowie eine Schwingplatte mit piezokeramischem Element zugeordnet. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß die in der Tintenzuführung und in jeder Kammer auftretenden Druckwellen ein Übersprechen auf weitere Druckkammern bewirken können. Nur durch sehr aufwendige Maßnahmen kann dieses Übersprechen nachträglich beseitigt werden, so daß diese Tintenstrahldruckköpfe letztlich aus vielen einzelnen Platten bestehen, die in einem aufwendigen und teuren Herstellungsprozeß hergestellt werden müssen.

[0011] Aus der DE 34 45 761 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Wandleranordnung aus einer einzelnen Platte eines Wandlerwerkstoffes bekannt. Nach dem Beschichten der unteren Plattenoberfläche mit einer Membranschicht erfolgt eine Materialentfernung aus der oberen Plattenoberfläche des Wandlerwerkstoffes, um getrennte Bereiche zu erzeugen, die auf der Membran oberhalb jeder Druckkammer (Fläche 25,4 mm * 2,54 mm) angeordnet sind. Damit entfällt die Notwendigkeit mittels Klebstoff eine Haftverbindung zwischen den einzelnen Wandlerelementen und der Membran herzustellen und die Gleichmäßigkeit aller Abstände wird verbessert. Der resultierende Düsenabstand ist jedoch bei einem derart hergestellten Druckkopf weiterhin relativ groß.

[0012] Aus der US 47 03 333 ist außerdem bekannt, solche aus schräg übereinander versetzt angeordneten Face-shooter-Modulen aufgebauten Tintenstrahldruckköpfe für eine geneigte Anordnung zur Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers herzustellen. Tintenstrahldruckköpfe mit einer geneigten Anordnung zur Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers erzeugen eine gleichmäßigere Aufzeichnung auch bei schwankender Dicke des Aufzeichnungsträgers. Die Herstellung solcher Druckköpfe erfordert jedoch eine Vielzahl von Herstellungsschritten. Es ist schwierig, die erforderliche Genauigkeit bei einem solch aufwendigen Gesamtaufbau jedes Druckkopfes zu garantieren. Ebenfalls aufwendig gestaltet sich auch die beim Betrieb erforderliche elektrische Ansteuerung solcher Druckköpfe mit gegeneinander versetzten Düsenreihen. Auch bei einer gegeneinander versetzten Anordnung von zwei Reihen von Kammern mit Düsen mit jeweils einer geringen Düsendichte in jeder Düsenreihe sind aufgrund einer erforderlichen Mindestgröße der Tintenkammer die minimalen Abstände zwischen den Düsen nicht weiter reduzierbar.

[0013] Die bereits beim Face-shooter-ink-jet-Modul mit zwei symmetrisch zur Düsenlinie angeordneten Gruppen von Tintenkammern erreichte doppelte Düsendichte in einer Reihe wird in der in US 4,525,728 genannten Lösung für einen Edge-shooter-ink-jet-Druckmodule mit je einer Düsenreihe pro Kammerplatte auf andere Weise erhöht. Die Abmessungen der Kammer und Kanäle können unter bestimmten Umständen weiter verkleinert werden. Hierbei liegen die Längsachsen der relativ langen Tintenkammern in Richtung des Tintenstrahls, während die Breite der Tintenkammer extrem verringert wird. Problematisch wird aber nun der Herstellungsschritt des Aufbringens der PZT-Elemente. Die einzuhaltenden Toleranzen sind extrem klein.

[0014] Um die doppelte Abbildungsdichte zu erreichen, wurde bereits in der schwebenden Anmeldung P 42 25 799.9 vorgeschlagen, mehrere Kammern zueinander horizontal und vertikal versetzt anzuordnen. Jedoch sind hier die zu den Düsen führenden Kanäle von der weit entfernten untersten Ebene länger, als diejenigen Kanäle von der oberen näheren Ebene, was zu einer Phasenverschiebung der einzelnen Tintenstrahlen führt, die elektronisch kompensiert werden muß. Hinzu kommt, daß durch sehr lange Kanäle größere Kräfte durch die Piezokristalle aufgebracht werden müssen, so daß diese eher ausfallen, als andere Piezokristalle. Beim Face-shooter-ink-jet-Druckkopf sind durch eine symmetrische Anordnung aller Tintenkammern in einer Ebene die Kanallängen geringer und im wesentlichen gleich, so daß ein derartiger oben genannter. Nachteil vermieden wird, allerdings auf Kosten der Auflösung.

[0015] Die Aufgabe besteht in der Schaffung eines möglichst kompakten Tintenstrahldruckkopfes nach dem Face-Shooter-Prinzip mit hoher Auflösung, mit einem Modul der aus wenigen Plattenteilen zusammenstellbar ist, mit einer Struktur, um einen besonders engen Düsenabstand in einer Düsenreihe für eine besonders hohe Auflösung beim Drucken zu erreichen. Die Struktur soll außerdem ein möglichst geringes Übersprechen der Tintenkammern mit zugehörigen Aktuatoren untereinander über die Tintenkammern aufweisen und nur eine einfache Ansteuerung einzelner Düsengruppen erfordern. Es ist weiterhin Aufgabe, dafür ein Herstellungsverfahren mit niedrigen Herstellungskosten zu schaffen. Geringe Größen- oder Materialunterschiede zwischen den Glasstücken sollen nicht zu Abweichungen der Düsenform und Position führen.

[0016] Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 10 und 13 gelöst.

[0017] Bisher mußte mit Nachteilen gerechnet werden, wenn mehrere Ebenen übereinander aufgebracht werden. Ein cross-talk-Effekt zwischen den Ebenen konnte zwar theoretisch verringert werden, wenn zwischen den Ebenen eine genügend starke Abstandschicht angeordnet wird. Dann würden jedoch zwischen den Kammerngruppen von relativ weit vertikal entfernten Ebenen Druckunterschiede entstehen, die letztlich einen sauberen Abdruck verhindern. Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Anordnung überwunden. Unterhalb einer ersten Ebene, in der eine erste Gruppe von Tintenkammern liegt, wird eine zweite Ebene mit Tintenkammern nunmehr so angeordnet, daß die Tintenkammern der zweiten Ebene zu denen der ersten Ebene sowohl einen Versatz zur Düsenlinie, als auch einen seitlichen Versatz aufweisen.

[0018] Die Erfindung geht davon aus, daß aufgrund dieser erfindungsgemäßen Lösung mit horizontal und vertikal versetzt angeordneten Tintenkammern eine höhere Düsendichte, völlig unabhängig von den Abmaßen der Tintenkammern, für einen Face-shooter-ink-jet-Druckkopf erreichbar ist. Dabei wird eine annähernd gleiche Kanallänge durch definierten Versatz der Tintenkammergruppe zur Düsenlinie innerhalb jeder Ebene erreicht, der die, durch vertikalen Versatz der Ebenen bedingte, unterschiedlich ausgebildete Kanallänge kompensiert.

[0019] Dieser seitliche Versatz reicht hin, um mittels der in Düsenrichtung verlaufenden Kanäle die jeweils zugeordneten Düsen mit Tinte zu versorgen. Kanäle einer ersten Art verbinden die Tintenkammern der ersten Ebene mit der Düsenplatte. Kanäle einer zweiten Art verbinden die Tintenkammern der zweiten Ebene durch die in der ersten Ebene liegende Kammerplatte hindurch mit der Düsenplatte.

[0020] Es sind zum einen Düsen mit Tinte zu versorgen, welche ihrerseits zwischen jenen Düsen, welche von den Tintenkammern der ersten Ebene versorgt werden, angeordnet sind und mit diesen eine dichte Linie von äquidistanten Düsen in z-Richtung bildet. Zum anderen müssen Unterschiede ausgeglichen werden, die zu einer Druckbildverzerrung führen würden.

[0021] Die Anordnung der Kammern zur Düsenlinie einerseits und zu einem Ansaugraum andererseits erfolgt deshalb derart, daß unterschiedlich lange Tintenkanäle (Düsen- und Einlaßkanäle) vorgesehen sind, wobei die Summe der Tintenkanallängen je Kammer annähernd konstant bleibt.

[0022] Die Tintenkammern der ersten Ebene bilden eine erste Kammergruppe, welche über Düsenkanäle mit der zugehörigen Düsengruppe in Verbindung steht. Ebenso bilden die Tintenkammern der zweiten Ebene eine zweite Kammergruppe, welche über Einlaßkanäle mit der zugehörigen Düsengruppe in Verbindung steht. In gleicher Weise können Tintenkammern weiterer Ebenen über Kanäle der zweiten Art mit zugehörigen Düsengruppen in Verbindung gebracht werden.

[0023] Es ist vorgesehen, daß im Tintenstrahldruckkopf in einer Ebene die Kammergruppen wenigstens einer Kammerplatte symmetrisch zur Düsenreihe liegen, die in der Mitte eines Moduls auf der Druckseite angeordnet ist.

[0024] Insbesondere sind dritte und/oder vierte Kammergruppen vorgesehen, die zu den ersten und zweiten Kammergruppen der Kammerplatte symmetrisch zur Düsenreihe liegen, die in der Mitte eines Moduls auf der Druckseite angeordnet ist.

[0025] In einer Ausführungsform werden zusätzlich zu den oben genannten Kammergruppen in mindestens der ersten Ebene symmetrisch zur Düsenlinie Kammern einer weiteren Kammergruppe in dieser ersten Ebene angeordnet, so daß mehrere Reihen von Kammergruppen in der ersten Ebene vorliegen. Es ist vorgesehen, daß unter diesen Tintenkammern einer Kammergruppe der ersten Ebene zusätzliche Tintenkammern einer Kammergruppe der zweiten Ebene seitlich in z-Richtung und zur Düsenlinie in x-Richtung versetzt liegen. Durch diese zusätzlichen in der Ebene versetzt angeordneten Kammern sind die Abmaße der einzelnen Tintenkammern nun sogar vergrößerbar, ohne daß die Düsendichte vermindert werden müßte.

[0026] Gegenüber der üblichen Konstruktion eines Tintenstrahldruckkopfes mit in einer Ebene gelegenen Kammern, die symmetrisch beidseitig zur Düsenlinie liegen, ist durch die weitere Ebene und den horizontalen Versatz in x-, z-Richtung in jeder Ebene eine größere Kammerbreite bei höherer Auflösung möglich. Im Grenzfall kann bei gleicher Düsendichte erfindungsgemäß die Kammerbreite verdoppelt werden. Andererseits kann bei gleicher Kammerbreite im anderen Grenzfall erfindungsgemäß die Düsendichte verdoppelt werden.

[0027] Es ist in einer bevorzugten Variante vorgesehen, daß der Tintenstrahldruckkopf aus nur einem Modul aufgebaut ist, der in wenigsten einer Kammerplatte Kammergruppen in mehreren Reihen parallel zur Düsenlinie in unterschiedlicher Entfernung angeordnet enthält. Die Entfernungen werden durch Tintenkanäle überbrückt, welche im Volumen des Moduls und dabei teilweise zwischen den Kammern liegen. Im Tintenstrahldruckkopf sind die Tintenkanäle in x-Richtung und z-Richtung versetzt. Die Düsen mindestens jeweils zweier in z-Richtung um höchstens einen halben Düsenabstand versetzt liegenden Tintenkanäle sind in demselben Glasstück angeordnet und mit den vorgenannten Tintenkanälen über vertikale Düsenkanäle verbunden. Jeweils die Düsenkanäle von den Kammern zu den Düsen einerseits, weisen einen definiert gleichen ersten Strömungswiderstand und jeweils die Einlaßkanäle vom Ansaugraum zu den Kammern andererseits, weisen einen definiert gleichen zweiten Strömungswiderstand auf. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Kanäle in vertikaler Richtung durch mehrere Ebenen zu den Kammern bzw. zu den Düsen führen, wobei alle Kanäle einer Art die gleiche Länge bei gleichem Querschnitt aufweisen. Jeder Düsenkanal besitzt einen definiert geringeren ersten Strömungswiderstand, als jeder Einlaßkanal. Das kann ebenfalls zusätzlich durch wahlweise Querschnittsveränderungen und/oder Windungen in horizontaler Richtung erreicht werden.

[0028] Es ist für den Tintenstrahldruckkopf vorgesehen, daß in jeder Ebene mehrere Reihen von Tintenkammergruppen parallel und symmetrisch zur Düsenlinie angeordnet sind, wobei unter den Kammergruppen der ersten Ebene in mindestens einer zweiten Ebene symmetrisch zur Düsenlinie Kammern einer weiteren Kammergruppe angeordnet sind, welche seitlich in z-Richtung und zur Düsenlinie in x-Richtung versetzt liegen.

[0029] Es erfolgen parallele Herstellungsverfahrensschritte für alle Modulplatten, um die Tintenkammern, Öffnungen, Bohrungen und um ggf. die Düsenkanäle herzustellen. Das Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahldruckkopfes, geht von der CAD-Entwicklung eines Druckkopfdesigns aus. Es wird eine Maske hergestellt, um damit eine photosensible Glasplatte abzudecken.

[0030] Es erfolgt eine Vorbehandlung jener später durch Ätzmittel zu entfernender Teile. Zur Phasenwandlung wird die maskierte Glasplatte mindestens einmal einer Bestrahlung mit UV-Licht entsprechender Wellenlänge mit anschließender Wärmebehandlung ausgesetzt.

[0031] In einem anschließenden Bearbeitungsprozeß werden dann die zu entfernenden Bereiche aus jeder Platte vorzugsweise herausgeätzt. Die Dauer des Ätzbades bestimmt dabei die Schichtdicke des entfernten Materials. Die Schichtdicke der beim Herausätzen verbleibenden Membran wird überwacht. Bei Erreichen einer vorbestimmten Schichtdicke wird mittels Feinschleifen die Oberfläche behandelt bzw. eine definierte Membrandicke eingestellt.

[0032] Die Membranplatte und eine Kammerplatte wird mit Leiterbahnen für die später aufgebrachten PZT-Elemente versehen.

[0033] Jeweils drei Einzelteile, bestehend aus jeweils zwei Kammerteilen, und bestehend aus mindestens einer weiteren Platte, gleichzeitig dienend als Abstandsteil, werden ausgerichtet und aneinandergeheftet sowie anschließend getempert bzw. dem Diffusionsbondprozeß zugeführt.

[0034] Zum Abschluß erfolgt eine Sonderbehandlung der Düsenkanäle und der Hohlräume (Kammern) und der Düsenplatte des Moduls,bevor der Druckkopf mit Treiberschaltkreisen versehen kontaktiert, komplettiert und montiert wird.

[0035] In einer bevorzugten Variante wird eine Glasplatte unmittelbar in einzelne Modulplatten separiert. Dabei ist es möglich, daß ein Verbund von mindestens zwei nebeneinander versetzt liegenden Modulplatten gleichen Typs bestehen bleibt. Das hat den Vorteil, daß durch den litographischen Prozeß der Versatz der Modulplatten gengeneinander in z-Richtung um einen halben Düsenabstand hochgenau realisiert werden kann. Durch die erhöhte Düsendichte von maximal 128 dpi je Modulplatte einerseits und dem Verbund von zwei Modulplatten andererseits kann eine Auflösung in der Größenordnung bis maximal 256 dpi erreicht werden. Das Prinzip der gleichzeitigen Herstellung mehrerer zueinander versetzter Modulplatten, deren Verbund ungetrennt bestehen bleibt, ist nur begrenzt durch die entsprechend der Prozeßbeherrschung erreichbare Ausbeute.

[0036] Ein Vorteil neben der erhöhten Düsendichte des Face-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopfes (FSIJIL-Druckkopf) ist auch, daß alle Düsen in demselben Glasstück angeordnet sind, weil vor dem Diffusions-Bond-Prozeß entsprechende vertikale Düsenkanäle in das die Düsenplatte des Moduls bildende Glasstück geätzt bzw. auf vergleichbare Weise eingebracht werden. Dadurch ist es möglich, für alle Düsen eine gleichbleibende Düsengröße und einen gleichen Abstand und von Düsenlinie zu Düsenlinie einen gleichmäßigen Versatz zu erreichen. Das reduziert die Herstellungskosten.

[0037] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Figur 1a,

erste Variante eines Face-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopfes in Draufsicht auf die zweite Kammerplatte (Düsenseite)

Figur 1b,

Düsenanordnung in der Düselinie nach der ersten Variante des FSIJIL-Druckkopfes

Figur 1c,

zweite Variante eines Face-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopfes in Draufsicht auf die zweite Kammerplatte (Düsenseite)

Figur 1d,

Düsenanordnung in der Düselinie nach der zweiten Variante des FSIJIL-Druckkopfes

Figur 2a,

Schnitt durch die Linie A-A'eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach Variante zwei Fig. 1c

Figur 2b,

Schnitt durch die Linie B-B'eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach Variante zwei

Figur 2c,

Schnitt durch die Linie C-C'eines Teils

Figur 2d,

Schnitt durch die Linie D-D'eines Teils

Figur 2e,

Schnitt durch die Linie E-E'eines Teils

Figur 3a,

Schnitt durch die Linie A-A'eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach der dritten Variante

Figur 3b,

Schnitt durch die Linie B-B'eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach der dritten Variante

Figur 3c,

Schnitt durch die Linie C-C'eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach der dritten Variante

Figur 3d,

Schnitt durch die Linie D-D' eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach der dritten Variante

Figur 3e,

Schnitt durch die Linie A-A' eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach einer weiteren modifizierten dritten Variante

Figur 4a,

Schnitt durch die Linie A-A' eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach der vierten Variante

Figur 4b,

Draufsicht auf die zweite Kammerplatte (Düsenseite) nach der vierte Variante,

Figur 4c,

perspektivische Ansicht der Tintenführung nach der vierte Variante,

Figur 5,

Leiterbahnführung auf der Düsenseite des FSIJIL-Druckkopfes nach der ersten Variante

Figur 6,

Schnitt durch die Linie A-A'eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes nach der ersten Variante

Figur 7a,

Herstellungsverfahren Variante eins,

Figur 7b,

Herstellungsverfahren Variante zwei,

Figur 7c,

Herstellungsverfahren Variante drei,

Figur 8,

Fünfte Variante des Aufbaues eines Moduls des erfindungsgemäßen FSIJIL-Druckkopf,

Figur 9,

Leiterbahnführung auf der Düsenseite des FSIJIL-Druckkopfes nach einer sechsten Variante,

[0038] Die Figuren 1a und 1b bzw. Figuren 1c und 1d zeigen zwei Varianten, nach denen der erfindungsgemäße FSIJIL-Druckkopf gefertigt werden kann. Die beiden Varianten unterscheiden sich lediglich in der Abfolge der periodischen Anordnung von Düsen, welche Kammern der ersten und der zweiten Ebene bzw. linken und rechten Hälfte des Druckkopfes zugeordnet sind. Jeweils Düsen der Düsengruppe 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 gehören zu einer Kammer der Kammergruppen 101, 102, 103, 104.

[0039] In der Figur 1a ist der Face-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopf in Draufsicht von der Düsenseite auf die erfindungsgemäße zweite Kammerplatte von der Düsenseite her in der ersten Variante dargestellt. Die darunter liegenden Kammern der bekannten ersten Kammerplatte sind gestrichelt gezeichnet, um deren Lage relativ zur erfindungsgemäßen zweiten Kammerplatte zu verdeutlichen. Die Überdeckungsfläche F von einer Kammer der Kammergruppe 102 in der zweiten Kammerplatte mit einer Kammer der Kammergruppe 104 in der ersten Kammerplatte ist schraffiert gezeichnet. Beide Kammern weisen einen Versatz der Größe X in x-Richtung und einen Versatz der Größe Z in z-Richtung auf. Die einzelnen Kammergruppen sind gegeneinander in x- und z-Richtung versetzt. Die eine Düsengruppe 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 bildenden Düsen sind in einer Richtung z in einer Reihe angeordnet. Die Tintentropfen werden in einer zur x- und z-Richtung orthogonalen y-Richtung ausstoßen. Die zugehörigen Kammergruppen 101, 102 sind in x-Richtung und die Kammergruppen 103, 104 sind in einer zu diesen beiden Richtungen x und z orthogonalen Richtung y versetzt angeordnet. Die Düsengruppen stehen mit den zugehörigen in den Kammerplatten 3 bzw. 2 gelegenen Kammergruppen 101, 102, 103, 104 über Tintenkanäle in Verbindung, um die Tinte zuzuführen. Dabei ist vorgesehen, daß in der Düsenreihe die Düsen der Düsengruppen mit Düsen der anderen Düsengruppen alternieren.

[0040] Zur Erläuterung ist in der Figur 1b die Düsenanordnung in der Düselinie nach der ersten Variante des FSIJIL-Druckkopfes gezeigt.

[0041] In der Figur 1c ist der Face-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopf in Draufsicht auf die erfindungsgemäße zweite Kammerplatte von der Düsenseite her in der zweiten Variante dargestellt. Die darunter liegenden Kammern der bekannten ersten Kammerplatte sind ebenfalls gestrichelt gezeichnet, um deren Lage relativ zur erfindungsgemäßen zweiten Kammerplatte zu verdeutlichen. Die Überdeckungsfläche F ist allerdings in vorteilhafter Weise kleiner als bei der Figur 1a.

[0042] Die Figur 1d zeigt die Düsenanordnung in der Düselinie 1 nach der zweiten Variante des FSIJIL-Druckkopfes.

[0043] Die Düsenreihe 1 umfaßt die zu unterschiedlichen Düsengruppen 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 gehörigen Düsen welche so alternieren, daß die Überdeckung von Kammerngruppen der einen Ebene mit denen der anderen Ebene nur an den Kammerrändern wirksam ist.

[0044] Die Überdeckungsfläche F von jeder Kammer der Kammergruppe 101 bzw. 102 in der zweiten Kammerplatte mit Kammern der Kammergruppe 103 bzw. 104 in der ersten Kammerplatte ist durch den Versatz in x- und z-Richtung minimierbar.

[0045] Die Schnittdarstellungen in den Figuren 2a bis 2e zeigen den schichtweisen Aufbau des Druckkopfes und den Weg des Tintenflusses nach der bevorzugten Ausführung der Erfindung (zweite Variante, Fig.1c). Eine erste in einer ersten Ebene liegende Tintenkammern tragende erste Kammerplatte 2 ist mit Mitteln zum Zuführen 151, 110 und Aktuatoren zum Austreiben 10 von Tinte aus jeweils einer Düse zugeordneten Kammer ausgerüstet. In der zweiten Variante nach Fig. 1c besteht der Druckkopf aus nur 3 Platten. In jeder Kammerplatte 2, 3 ist eine Gruppe 101, 102, 103, 104 von Tintenkammern auf der der Düsenplatte 4 zugewandten Seite hineingearbeitet. Der Tintenstrahldruckkopf weist eine Düsenplatte 4 nach dem Face-Shooter-Prinzip auf. Diese umfaßt hineingearbeitete Bereiche 20, die als Membran ausgebildet sind, auf welchen Mittel zum Austreiben 10 von Tinte (PZT-Elemente) angeordnet werden. Die Düsenplatte 4 fungiert einerseits als Membranplatte für die Tintenkammern der zweiten Ebene. Daneben enthält sie die Düsen und Düsenkanäle 112 in Form von zylinderförmigen die Düsenplatte senkrecht durchlaufenden Durchgangsöffnungen. Die Düsenplatte 4 ist auf der erfindungsgemäßen die Tintenkammern tragenden zweiten Kammerplatte angeordnet und trägt eine einzige Düsenreihe 1, die zu k Kammergruppen 101, 102, 103, 104, ... gehörige Düsengruppen 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, ... aufweist und welche in der Mitte der Fläche der Düsenplatte 4 angeordnet ist.

[0046] Es ist vorgesehen, daß Düsen einer Düsengruppe 1.1, 1.2 über Tintenkanäle 115 mit der in derselben Kammerplatte 3 gelegenen zugehörigen Kammergruppe 101, 102 verbunden sind und daß mindestens Düsen einer weiteren Düsengruppe 1.3, 1.4 über Durchgangsöffnungen 112 und Tintenkanäle 111 in der vorgenannten ersten Kammerplatte 2 mit den zugehörigen Kammern mindestens einer weiteren Kammergruppe 103, 104 verbunden sind.

[0047] In der Figur 2a ist der Schnitt A-A' mit Tintenkanalführung von einem Ansaugraum 151 zu einer Tintenkammer 104 der ersten Ebene und von dort zur zugehörigen Düse in der Düsenplatte 4 gezeigt.

[0048] Die Figur 2b zeigt hingegen einen Schnitt B-B' mit Tintenkanalführung von dem Ansaugraum 151 der den Einsaugkanal 110, 113, 114 zu einer Tintenkammer 102 der zweiten Ebene und von dort über die Düsenkanäle 115, 112 zur zugehörigen Düse. Daraus wird auch ersichtlich, daß die Kammerplatte 3 neben der Struktur der Tintenkammern, des Zuflusses (Einsaugkanäle) aus dem Tintenvorrat (Ansaugraum) und dem Düsenkanal auch noch die senkrecht verlaufenden Verbindungskanäle 112 von den Tintenkammern der ersten Kammerplatte 2 zu deren zugehörigen Düsen in der Düsenplatte 4 aufweist.

[0049] Die Kammerplatte 2 enthält die Strukturen der Tintenkammern und waagerecht verlaufende Tintenkanäle 111 sowie mindestens einen Ansaugraum 151, 152 und waagerechte Verbindungskanäle 110 (Einsaugkanäle) zum Ansaugraum 151, 152.

[0050] Der - in der Figur 2c gezeigte - Schnitt C-C' ist längs der Düsenlinie 1 und in y-Richtung der Düsenachsen gelegt. Er verdeutlicht, wie durch die Verzahnung der Tintenkanäle der linken und rechten Hälfte der gemäß Fig. 1c dargestellten Draufsicht eine besonders hohe Dichte in der Anordnung der Düsen erreicht ist. Die Düsenkanäle 112 der linken Hälfte sind fett gezeichnet. Die zugehörigen Tintenkammern 101 und 103 sind fett gestrichelt gezeichnet. In der Fig. 2d wird ein Schnitt durch die Linie D-D' der gemäß Fig. 1c dargestellten Draufsicht für die linke Hälfte gezeigt, wobei der Schnitt durch die Kammern der 1. Ebene geht. In der Fig. 2e ist ein Schnitt durch die Linie E-E' auf die linke Hälfte der Draufsicht nach Fig. 1c gelegt worden, wobei der Schnitt E-E' durch alle Kammern der Ebene der linken Hälfte geht.

[0051] Die Druchgangsöffnungen können auf verschiedene Weise hergestellt werden, so können sie geätzt werden, mit Laserstrahl durchgebrannt oder mit Spezialwerkzeugen gestanzt werden. Die Auswahl des Verfahrens hängt unter anderem vom verwendeten Material ab.

[0052] Da die Düsenplatte 4 nicht nur die Düsen sondern auch die Aktuatoren 10 zur Volumenänderung der Tintenkammern trägt, ist eine homogene Verbindung mit dem Material der darunterliegenden Kammerplatte erforderlich. In der vorzugsweisen Ausführung der Erfindung, wird als Material für alle Platten des Druckkopfes photosensitives Glas verwendet. Die Strukturierung einschließlich der Ausbildung der Düsen wird durch einen photolithografischen Prozeß und Ausätzung der belichteten Teile erreicht. Die homogene und dicht abschließende Verbindung der Platten wird durch thermisches Diffusionsbonden hergestellt.

[0053] In den Figuren 3a bis 3c ist die bevorzugte Ausführung der Erfindung (Variante 3) dargestellt, wobei der Versatz, wie prinzipiell in der Figur 1a zur Variante 1 bereits erläutert, gewählt wurde. In dieser Variante besteht der Druckkopf jedoch aus mehr als 3 Platten, wobei eine Mittelplatte 5 der Dicke H als Abstandsplatte zwischen den Kammerplatten 2 und 3 eingesetzt wird. Dadurch kann bei Beibehaltung des Prinzips einer gleichen Düsenkanallänge auch der Versatz in x-Richtung um die Dicke H vergrößert werden. Das ermöglicht eine weitere Verringerung der Überlappung von Kammern. Die Düsenplatte 4 fungiert als Deckplatte für die Tintenkammern der zweiten Ebene. Daneben enthält sie die Düsen in Form von zylinderförmigen die Platte senkrecht durchlaufenden Öffnungen.

[0054] Die Figur 3a zeigt den Schnitt durch die - in der Figur 1a gezeigte - Linie A-A' für ein Teil des FSIJIL-Druckkopfes nach 3.Variante. Die Figur 3b zeigt den entsprechenden Schnitt durch die Linie B-B', die Figur 3c den Schnitt durch die Linie C-C' und die Figur 3d den Schnitt durch die Linie D-D' für ein Teil des FSIJIL-Druckkopfes nach der dritten Variante.

[0055] Es ist weiterhin für Subvarianten des FSIJIL-Druckkopfes nach der dritten Variante vorgesehen, weitere Abstandsplatten einzusetzen, um den Versatz in x-Richtung zu vergrößern. Der Versatz in x-Richtung wird dabei durch die Summe aller Dicken H der zweiten Kammerplatte 3 und der Abstands- bzw. Mittelpalten 7 bzw. 5 bestimmt.

[0056] Die Figur 3e zeigt den Schnitt durch die - in der Figur 1a gezeigte - Linie A-A' für ein Teil des FSIJIL-Druckkopfes nach einer derartig modifizierten dritten Variante mit einer weiteren Abstandplatte 7. Die entsprechenden Schnitte durch die Linie B-B' und C-C' für einen Teil des FSIJIL-Druckkopfes müssen nicht ausführlich erläutert werden, da sie ähnlich den Schnitten nach der dritten Variante sind.

[0057] Eine weitere Ausführung mit mehreren Reihen von Tintenkanalgruppen 101 bis 108 parallel und symmetrisch zur Düsenlinie je Ebene wird anhand der Figuren 4a bis 4c für eine 4. Variante erläutert. Die Düsendichte kann auf diese Weise verdoppelt werden. Die Figur 4a zeigt einen Schnitt durch die Linie A-A'eines Teils des FSIJIL-Druckkopfes, der in der Fig. 4b gezeigten Draufsicht auf die Düsenseite der vierten Variante. Der Verlauf von nahe angeordneten Tintenkanälen außerhalb der Schnittebene A-A' ist dabei gestrichelt eingezeichnet.

[0058] In der Figur 4b ist die vierte Variante eines Face-Shooter-Ink-Jet-In-Line-Druckkopfes in Draufsicht auf die zweite Kammerplatte 3 (Düsenseite) dargestellt. Die darunter im Volumen liegenden Kammern und Tintenkanäle sind gestrichelt gezeichnet.

[0059] Aus den Figuren 4a und 4b wird ersichtlich, daß die Tintenkanäle zwischen den Kammern im Volumen des Moduls liegen. Erfindungsgemäß wird der Abstand zwischen den vorgenannten Reihen von Tintenkanalgruppen innerhalb jeder Ebene soweit erhöht, daß dies zu einer weiteren Minimierung der Überdeckungsfläche führt. Somit kann mit gutem Ergebnis auch der Versatz nach der ersten prinzipiellen Variante Fig. 1a angewandt werden.

[0060] Die Figur 4c verdeutlicht die Tintenführung in perspektivisch Ansicht für ein Detail des FSIJIL-Druckkopfes rechts von der Düsenlinie 1 bezogen auf die Figuren 4a und 4b. Jeder Tintenkanal 111 bzw. 115 weist Abschnitte für die Tintenführung in anderen Ebenen auf und die Tintenkammern der Gruppe 101 und 103 sowie 102 und 104 sind um eine Weglänge näher an der Düsenlinie angeordnet. Umgekehrt sind die Tintenkammern der zusätzlichen Gruppen 105 und 107 sowie 106 und 108 näher an dem Ansaugraum 151, 152 angeordnet und jeder Tinten-Eingangskanal 124 und 120 weist so Abschnitte der Tintenführung in anderen Ebenen auf.

[0061] Aus den Figuren 5 bzw. 9 ist die Leiterbahnführung zur Kontaktierung der PZT-Elemente auf der Düsenseite ersichtlich. Die Leiterbahnführung auf der Schaltkreisseite ist vergleichbar angeordnet.

[0062] Allerdings kommen auf der Schaltkreisseite noch die Leitungen von den PZT-Elementen der zweiten Kammerplatte hinzu. Die Leiterbahnführung auf der Schaltkreiseite dieses Moduls ist in einer weiteren noch schwebenden Anmeldung näher dargestellt. Als Treiberschaltkeis kommt beispielsweise der Typ HV 04 oder HV 06 in HVCMOS-Technologie der Firma Supertexinc. zum Einsatz. Dieser umfaßt einen 64-bit Serien/Parallel-Schieberegister mit nachfolgenden 64 Latches, das über NAND- und OR-Gatter mit 64 CMOS-Treiberstufen verbunden ist, welche einen Output bis zu Vs = 80 V abgeben können. Die Ansaugräume 151, 152 vereinen sich an der Peripherie des Moduls zu einem Raum 150, von dem ein Durchgang 153 zu einem Dämpfungsglied 154 an der Oberfläche (Schaltkreisseite) des Moduls führt, der über Zuführkanäle 155, 156 mit einer Tintenversorgungsöffnung verbunden ist. Der in der Fig. 5 dargestellte Modul 200 weißt Bohrungen 177 zur Befestigung des Moduls und Masseleiterbahnen 180 mit angeschlossener Elektrodenfläche 181 auf. Auf letzterer wird später der jeweilige PZT-Kristall angeordnet und kontaktiert. Die andere Elektrode auf der Oberfläche des PZT-Kristalls wird über einen gebondeten Draht mit der zugehörigen Leiterbahn 190 verbunden, welche zum entsprechenden Ausgang des Treiberschaltkreises führt.

[0063] Die Figur 6 zeigt ein in der Linie A-A' geschnittenes Teilstück des erfindungsgemäßen FSIJIL-Druckkopfes nach einer ersten Variante. Der Schaltkreis 160 und die Aktuatoren 10 sind durch äußere Kunststofformteile 170, 171 gegen Umwelteinflüsse geschützt. Die PZT-Elemente sind über gebondete Drähte 131, 132 mit Leiterbahnen 190, 191 verbunden. welche zum vorgenannten Treibschaltkreis 160 führen. Ein Flachkabel 185 stellt die Verbindung zur Ansteuerelektronik, beispielsweise einer Frankiermaschine, her. Zwischen Druckkopf und Postgutoberfläche 100 wird ein definierter Abstand eingehalten.

[0064] In der Figur 7a ist eine bevorzugte Variante eines Verfahrens zur Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen aufgezeigt, welches die folgenden Schritte aufweist:

a) Herstellung von unterschiedlich strukturierten Modulplatten mit paralleler Bearbeitung a1) einer Glasplatte sowie ggf. Feinschleifen a2) und Aufbringen a3) von Leiterbahnen,

b) Separieren und Verbinden der Einzelteile zu mindestens einem Modul mit anschließendem Tempern,

c) Aufbringen, Bearbeiten und Kontaktieren von piezoelektrischen Elementen mit aufgebrachten Leiterbahnen,

d) Assemblieren zum Druckkopf.

[0065] Die Vorteile des definierten Versatzes beruhen darauf, daß einerseits Materialeigenschaften zwischen den einzelnen Wafern und andererseits die einzelnen Prozeßparameter untereinander ausgeglichen werden, also dadurch, daß alle Teile, die für das gleiche Druckmodul hergestellt werden, aus dem gleichen Wafer und dem gleichen Prozeß stammen.

[0066] Das Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen FSIJIL-Druckkopf beruht auf der Verwendung eines Wafers aus photoempfindlichen Glas, auf welche eine Maske aufgelegt wird. Nach dem Belichten mit UV-Licht wird an den belichteten Stellen durch eine Wärmebehandlung eine Phasenumwandlung amorphen Marterials in seine kristalline Phase bewirkt. Durch Ätzen wird dann kristallines Material schichtweise abgetragen, wie das bereits von IBM in dem US 4 092 166 vorgeschlagen worden war.

[0067] Der Schritt a) besteht aus mehreren Subschritten a1) bis a3), welche unterschiedlich weiter ausgestaltet werden können. Zunächst werden in der Glasplatte alle Modulplatten gleichzeitig parallel bearbeitet. Dabei kommen die bekannten Bearbeitungsschritte a1) Ätzen und a2) Feinschleifen zur Anwendung, wie dies im Prinzip bereits in der schwebenden Anmeldung P 42 25 799.9 vorgeschlagen worden war (hier allerdings zur Herstellung eines ESIJIL-Druckkopfes). Im Unterschied dazu, gibt es bei der Herstellung eines FSIJIL-Druckkopfes aber keine spezielle Bearbeitung von ausgewählten Kammerteilen.

[0068] Es ist vorgesehen, daß für die drei Bereiche Ätzmittel mit unterschiedlicher Konzentration und/oder unterschiedlichen Einwirkungszeiten zum Einsatz kommen, um die entsprechenden Bereiche mit unterschiedlicher Tiefengenauigkeit entfernen zu können, wobei die Tiefengenauigkeit beim Ätzen der Bereiche für durchgehende Bohrungen geringer ist als beim Ätzen sehr flacher Bereiche für die Kanäle in den Kammerteilen und wobei zuerst die durchgehenden Bohrungen, dann die Kammern und dann die Düsenkanäle geätzt werden. Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Dicke der Bodenschicht beim Ätzen der Kammern überwacht wird und daß die zum Abschluß der Herstellung der Kammern erforderliche Dicke der Bodenschicht (Membran) der Kammern durch Feinschleifen jeder der Kammerteile erreicht wird.

[0069] Vor einem Separieren in einzelne Kammerplatten bzw. Düsenplatten im Schritt b), erfolgt im Schritt a3) ein Aufbringen der Leiterbahnen. Die Leiterbahnen werden vorzugsweise durch Aufsputtern erzeugt jedoch sind auch andere Verfahren, wie übliche Fotoresist- und Metallisierungsverfahren geeignet. Möglichst werden dabei Metalle eingesetzt, die einen nachfolgenden Temperprozeß überstehen. Es ist aus DE OS 37 33 109 bekannt Platin oder Metalle der Platingruppe einzusetzen, die einen Sinterprozeß bis zu 1300°C aushalten.

[0070] Die Einzelteile für die Kammerteile ggf. das Abstandsteil bzw. für die Düsenplatte jedes Moduls werden im Schritt b) separiert und danach zu einem Modul verbunden, wobei die Einzelteile ausgerichtet werden. Nach einem Aneinanderheften der Einzelteile ist ein Modul entstanden, welches anschließend getempert wird. Beim Tempern findet im Glasmaterial ein Phasenübergang von amorph zu kristallin statt.

[0071] Danach erfolgt im Schritt c) die Auftragung von weiteren elektrischen Leiterbahnen auf die Kammeroberfläche, das Aufbringen der Piezokristalle und das Kontaktieren in einer an sich bekannten Weise. Die Piezokristalle können einzeln aufgeklebt werden mit anschließendem Aushärten des Klebers. Es kann andererseits auch eine Schicht aus piezoelektrischem Material auf die mit Leiterbahnen versehenen Kammeroberfläche aufgetragen werden, welches später strukturiert und kontaktiert wird. Es ist vorgesehen, daß die PZT-Schicht zunächst in einzelne PZT-Elemente separiert wird. Hierzu wird in vorteilhafter Weise eine Laserstrahl-Bearbeitung eingesetzt. Nach dem Aufbringen weiterer Leiterbahnen erfolgt eine Kontaktierung der PZT-Elemente.

[0072] Schließlich ist es auch möglich, eine vorbehandelte PZT-Platte zu metallisieren und auf die zweite Kammerplatte bzw. Düsenplatte aufzubringen. Das Aufbringen kann in vorteilhafter Weise durch Kleben erfolgen. Anschließend werden für jedes Moduls eine Anzahl einzelner PZT-Elemente separiert. Die PZT-Elemente werden ggf. nach dem Aufbringen weiterer Leiterbahnen kontaktiert.

[0073] Der letzte Schritt d) ist das Assemblieren der Module zu einem Druckkopf.

[0074] Die Figur 8 zeigt eine fünfte Variante für den Aufbau eines Tintenstrahldruckkopfes, bei der die Tintenkammern der zweiten Kammerplatte von der entgegengesetzten Seite strukturiert angeordnet wurden. In dem Fall ist keine zusätzliche Deckplatte erforderlich, welche die Tintenkammern nach unten abschließt. Statt dessen wird zum dichten Abschließen der Tintenkammern eine Mittelplatte eingesetzt.

[0075] Es ist erkennbar, daß allein die Düsenabmaße die maximale Anzahl an Düsen auf der Reihe bestimmen. Besteht ein Erfordernis nach vergrößerter Auflösung, müßte ein weiterer Druckmodul angeordnet werden.

[0076] Es ist schon bekannt, daß ein Tintenstrahldruckkopf aus mehreren Modulen blockweise aufgebaut ist. Eine solche Blockbauweise ist beispielsweise aus US 4 703 333 bekannt. Im Unterschied dazu, liegen in einer erfindungsgemäßen Variante mindestens zwei gleichartige Kammerplatten in mehreren Ebenen verteilt untereinander und/oder in einer Ebene versetzt nebeneinander. In erfindungsgemäßer Weise werden nach einem Herstellungsschritt aa) die Kammerteile für die unteren Ebenen gleichzeitig mit denen für die obere Ebene und gleichzeitig mit den Abstandsteilen bzw. der Düsenplatte aus einer gemeinsamen Glasplatte hergestellt.

[0077] Es sind in der sechsten Variante in einer Ebene versetzt nebeneinander liegende Kammerplatten vorgesehen, welche jeweils zu einem anderen Modul gehören. Es ist während des Herstellungsschrittes b) nicht erforderlich beide Kammerplatten voneinander abzutrennen.

[0078] Der Tintenstrahldruckkopf, der nach dem Face-Shooter-Prinzip in der Fläche einer Düsenplatte eine Düsenreihe in z-Richtung angeordnet enthält, die einen Tintenstrahl in y-Richtung auszustoßen gestattet, bestehend somit aus mehreren Modulen. In einer ersten Ebene ist eine die Tintenkammern tragende Kammerplatte mit einer Membran angeordnet, wobei jedem Kammerteil Mittel zum Zuführen und zum Austreiben von Tinte aus jeder Kammer zugeordnet sind. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß pro Modul mindestens eine weitere Kammerplatte 3 in einer weiteren Ebene zwischen der Düsenplatte 4 und der ersten Kammerplatte 2 angeordnet ist und Kammergruppen aufweist, wobei die Kammergruppen wenigstens einer Kammerplatte 2, 3 je Modul symmetrisch zur Düsenreihe 1 des jeweiligen Moduls liegen, die in der Mitte jedes Moduls auf der Aufdruckseite in der Düsenplatte 4 angeordnet ist und wobei die Düsenplatte 4 Membranbereiche 20 aufweist, die mit Tintenaustreibungsmitteln 10 versehen sind. Erfindungsgemäß sind in einer Ebene zusammenhängende Komplexe von gleichartigen Kammerplatten bzw. Düsenplatten ggf. Abstandplatten fest angeordnet. Dabei ist vorgesehen, daß mindestens die Strukturen der Kammerplatten 2, 3 und Düsenplatte 4 jeweils zweier Module in der jeweiligen x-,z-Ebene in z-Richtung versetzt um maximal den halben Düsenabstand nebeneinander eingearbeitet sind. Die Düsenreihe 1 in der Düsenplatte 4 jedes Moduls umfaßt mehrere Düsengruppen 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4, wobei jeder Modul des Tintenstrahldruckkopfes mindestens eine Gruppe 101, 102 von Tintenkammern auf der der Düsenplatte 4 zugewandten Seite der zweiten Kammerplatte 3 aufweist, wobei mindestens eine Düsengruppe 1.1, 1.2 mit der in derselben Kammerplatte 3 gelegenen zugehörigen Kammergruppen 101, 102 verbunden ist, und mindestens eine weitere Düsengruppe 1.3, 1.4 über Durchgangsöffnungen in der vorgenannten Kammerplatte 3 mit den zugehörigen Kammern mindestens einer weiteren auf der ersten Ebene in der Kammerplatte 2 gelegenen Kammergruppe 103, 104 verbunden ist. Dabei sind die einzelnen Kammergruppen 101, 103 bzw. 102, 104 pro Modul gegeneinander in x- und z-Richtung so versetzt, daß eine annähernd gleiche Kanallänge von jeder Tintenkammer zur zugehörigen Düse in der Düsenlinie erreicht wird und die Überdeckung von Kammerngruppen der einen Ebene mit denen der anderen Ebene minimal ist.

[0079] Im Unterschied zu US 4 703 333 ist es in der dort vorgesehenen Blockbauweise mit auseinandernehmbaren Blöcken erforderlich, die einzelnen Blöcke (Module) genau zu justieren. Dieser Nachteil ist erfindungsgemäß vermeidbar, durch die in einer Ebene zusammenhängende Komplexe von gleichartigen Kammerplatten bzw. Düsenplatten mit in den z-Richtung versetzten Strukturen für die einzelnen Module.

[0080] Der erforderliche Versatz zwischen den Strukturen zusammenhängender Kammerplatten, welche in einer Ebene zusammenhängende Komplexe bilden, wird im nachfolgend erläuterten Herstellungsschritt aa) oder aaa) mit höchster Genauigkeit durch den vor dem Ätzen durchgeführten lithographischen Prozeß sichergestellt.

[0081] In der Figur 9 ist die Leiterbahnführung auf der Düsenseite eines aufgrund des oben genannten Herstellungsverfahrens gefertigten FSIJIL-Druckkopfes gemäß der sechsten Variante teilweise dargestellt. Die benachbarten Module jedes Komplexes sind in x-Richtung voneinander auf der Glasplatte beabstandet, um Platz für die erforderlichen elektrischen Leiterbahnen zu schaffen.

[0082] In der Figur 7b ist ein Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen in einer - sowohl für Einzelteile, als auch für zusammenhängende Komplexe - geeigneten Variante aufgezeigt.
Die Figur 7b zeigt folgende Schritte:

aa) Herstellung von unterschiedlich strukturierten Modulplatten durch parallele Bearbeitung einer Glasplatte. Vor einem Separieren der in einer Ebene zusammenhängenden Komplexe von gleichartigen Kammerplatten bzw. Düsenplatten in Einzelteile erfolgt alternierend in mehreren Subschritten aa1) ein Ätzen der Bohrungen und vertikalen Düsenkanäle sowie Öffnungen und Kammern und im nachfolgenden Subschritt aa2) ein Feinschleifen und dannach ein Subschritt aa3) Herstellen von Kanälen vorbestimmter Tiefe mittels Ätzen und Feinschleifen und dann der Subschritt aa4) Aufbringen von Leiterbahnen (durch Sputtern),

b) Separieren der Einzelteile oder in zusammenhängende Komplexe und Verbinden dieser zu mindestens einem Modul mit anschließendem Tempern,

c) Aufbringen, Bearbeiten und Kontaktieren der piezoelektrischen Elemente mit aufgebrachten Leiterbahnen,

d) Assemblieren zum Druckkopf.

[0083] Im Unterschied zur Variante nach Figur 7a werden im Schritt aa) zuerst durchgehende Bohrungen und vertikale Düsenkanäle und nichtdurchgehende Öffnungen und Kammern gleichzeitig hergestellt. Durch mehrfaches Belichten (Durchbelichten) und Wärmebehandlung werden erste Bereiche, z.B. durchgehende Düsenkanäle, zum Ätzen vorbehandelt. Dagegen werden zweite Bereiche, z.B. Kammern, nur bis zu einer vorbestimmten Tiefe belichtet. Ab dieser Tiefe verringert sich in den zweiten Bereichen die Ätzgeschwindigkeit gegenüber den ersten Bereichen. Vor dem Ätzen horizontaler Tintenkanäle erfolgt eine Vorbehandlung der Plattenoberfläche durch Feinschleifen und Belichten mit UV-Licht sowie eine anschließende Wärmebehandlung. Nun können erste Leiterbahnen aufgebracht werden (durch Sputtern). Beim Kontaktieren vor dem Vereinzeln ist es vorteilhaft, daß auch die Mittelteile mit Leiterbahnen versehen werden können. Beispielsweise werden die Modulplatten durch Sputtern mit einem Metall beschichtet. Dadurch kann eine Leitungsführung von den anderen Schichten zu den oberen Schichten des Moduls kreuzungsfrei erfolgen, insbesondere wenn sehr viele Elemente zu kontaktieren sind.

[0084] Im Schritt b) Separieren erfolgt ein Subschritt b1) Vereinzeln der erforderlichen Teile des Moduls aus der Glasplatte bzw. der zusammenhängenden Komplexe. Es ist vorgesehen, daß Abstandsteile zwischen den Modulen liegen bzw. zusätzlich angeordnet sind und daß die Abstandsteile aus dem gleichen Plattenmaterial hergestellt werden, wobei vor dem Separieren ein Strukturieren durch Ätzen im Schritt aa3) vorgesehen ist. Die Moduleinzelteile werden im Subschritt b2) ausgerichtet aufeinandergeheftet und getempert, wobei ein Phasenübergang von amorph zu kristallin erfolgt.

[0085] Nach Ausführung des Schrittes b) Separieren und Verbinden zu mindestens einem Modul mit anschließendem Tempern, kann im Schritt c) das Aufbringen von PZT-Elementen auf folgende Weise erfolgen:

c1) Eine erste vorbehandelte PZT-Platte wird metallisiert und auf die Membran des Abstandsteils bzw. Düsenplatte aufgebracht. Anschließend werden für jedes Moduls eine Anzahl einzelner PZT-Elemente separiert.

c2) Eine zweite vorbehandelte PZT-Platte wird metallisiert und auf die zweite Kammerplatte aufgebracht. Anschließend werden für jedes Modul eine Anzahl einzelner PZT-Elemente separiert.

c3) Aufbringen von weiteren Leiterbahnen, Kontaktieren der PZT auf der entsprechenden Seite jeder Modulplatte.

[0086] Das Assemblieren zum Druckkopf im Schritt d) kann für alle genannten Varianten des Herstellungsverfahrens auf folgende Weise erfolgen:

d1) Düsenreinigung mittels Druckluft.

d2) Behandlung (Reinigen und Spülen) der Kammern und Düsen. Durch Spülen mit einer ersten geeigneten handelsüblichen Flüssigkeit entsteht eine hydrophile Innenbeschichtung.

d3) Durch Behandlung der Düsenplatte auf der Druckseite mit einer zweiten geeigneten Flüssigkeit wird eine hydrophobische Außenbeschichtung erreicht. Nach dem Aushärten der Oberschicht sind die Düsen fertiggestellt.

d4) Versehen des Moduls mit den erforderlichen Treiberschaltkreisen auf der zur Druckseite abgewandten Seite des Moduls und mit einem Schutzgehäuse.

d5) Kombination des Moduls mit weiteren zu seinem Betrieb erforderlichen unterschiedlichen Mitteln (elektrische, mechanische und Tintenversorgungsmittel). Zum Abschluß erfolgt noch ein Druckkopftest.

d6) Der Druckkopf wird abschließend in einem Gehäuse untergebracht, bevor er auf Funktionsfähigkeit getestet wird, um fehlerhafte Exemplare auszusondern.

[0087] Als ein weiteres Herstellungsverfahren für einen Tintenstrahldruckkopf sind die Schritte vorgesehen: aaa) Herstellung eines Satzes von gleichen Modulplatten auf separaten Wafern durch

a1) eine parallele Bearbeitung einer Glasplatte zur Herausbildung mindestens einer Kavität für Bohrungen, vertikale/horizontale Düsenkanäle, für Öffnungen, Kammern, Trennlinien oder Einlaßkanäle,

a2) Herstellen von Kanälen vorbestimmter Tiefe durch Feinschleifen der einen Seite und Herstellen von Membranen vorbestimmter Dicke durch Feinschleifen der anderen Seite der Glasplatte,

a3) Aufbringung von Leiterbahnen auf die vorgenannte Glasplatte,

i) Herstellung von weiteren Sätzen an gleichen Modulplatten auf separten Wafern, gemäß dem vorgenannten Schritt aaa),

ii) Verbinden der Wafer zu einem Glasplattenverbund mit einer Vielzahl von Modulen,

bb) Separieren der einzelnen oder zusammenhängender Module aus dem Glasplattenverbund,

c) Aufbringen von PZT-Elementen, ggf. Vereinzeln,

d) Assemblieren der Module zu einem Druckkopf.

[0088] In der Figur 7c ist dieses weitere Herstellungsverfahren dargestellt. Im Unterschied zu den vorgenannten Herstellungsverfahren gemäß Figur 7a und 7b weist jeder Wafer nur einen gleichen Modulplattentyp auf.

[0089] Diese Modulplattentypen werden in zeitlich und/oder räumlich getrennten Verfahrensschritten aaa), i) bearbeitet. Die Wafer werden übereinander angeordnet und im Schritt ii) zu einem Glasplattenverbund, der mehrere Module aufweist, verbunden. Dazu wird ein großflächiges Diffusionsbonden verwendet. Erst danach wird im Unterschied zur Herstellung gemäß Verfahren nach den Figuren 7a und 7b im Schritt bb) zu einer Vielzahl von einzelnen oder zusammenhängender Module vereinzelt, die dann getrennt in den vorgenannten Schritten c) und d) weiterbearbeitet werden. Dieser Schritt bb) umfaßt aufgrund des vorausgegangenen Schrittes ii) also keinen Subschritt zum Verbinden von Einzelteilen oder zusammenhängender Komplexe. Das Separieren ist vorteilhaft möglich, wenn die einzelnen Modulplatten oder zusammenhängenden Komplexe lediglich über Stege untereinander verbunden sind, welche sich leicht, vorzugsweise durch Sägen, zertrennen lassen. Die Stege werden zuvor beim Ätzen im ersten Verfahrensschritt aaa) hergestellt. Nach der Ausführung der Schritte aaa), i), ii) und bb) werden die weiteren Schritte c) und d) durchgeführt.

[0090] Mit dem vorgenanten Verfahren gemäß Figur 7c können auch eine Vielzahl einzelner Module hergestellt werden, die eine verlängerte einzige Düsenreihe aufweisen. Eine weitere Erhöhung der Druckdichte kann hier durch ein übliches Schrägstellen eines Moduls zur Druckrichtung erzielt werden.

[0091] Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsform beschränkt. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Ansprüche

1. Tintenstrahldruckkopfmodul für einen Tintenstrahldruckkopf nach dem Face-Shooter-Prinzip, wobei der Tintenstrahldruckkopfmodul aufgebaut ist aus Modulplatten vom Typ

- einer Düsenplatte (4) in einer x/z-Ebene, wobei in der Fläche der Düsenplatte (4) eine Düsenreihe (1) in z-Richtung angeordnet ist, die einen Tintenstrahl in y-Richtung auszustoßen gestattet,

- einer ersten Kammerplatte (2) in einer ersten x/z-Ebene mit einer auf der der Düsenplatte zugewandten Seite hineingearbeiteten Gruppe an Tintenkammern, wobei jeder Tintenkammer Kanäle zum Zu- und Abführen von Tinte, eine Membran Sowie ein Aktuator (10) zum Austreiben von Tinte zugeordnet sind,

- mindestens einer weiteren Kammerplatte (3) mit Tintenkammern, wobei die weitere Kammerplatte (3) in einer weiteren x/z-Ebene zwischen der Düsenplatte (4) und der ersten Kammerplatte (2) angeordnet ist, wobei jeder Tintenkammer Kanäle zum Zu- und Abführen von Tinte, Membran und Aktuator (10) zum Austreiben von Tinte aus jeder Tintenkammer zugeordnet sind,

- wobei die einzelnen Kammergruppen (101 und 103 bzw. 102 und 104) der Kammerplatten (2, 3) gegeneinander in x- und z-Richtung derart versetzt sind, so daß eine annähernd gleiche Kanallänge von jeder Tintenkammer zur zugehörigen Düse in der Düsenlinie erreicht wird und die Überdeckungsflächen (F) von Tintenkammern der Kammerngruppen der einen x/z-Ebene mit denen der anderen x/z-Ebene minimiert ist, um den cross talk-Effekt zwischen den vorgenannten ersten und Weiteren x/z-Ebenen gelegenen Tintenkammern zu verringern.

2. Tintenstrahldruckkopfmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Düsenreihe (1) in der Düsenplatte (4) vorgesehen ist, die mehrere Düsengruppen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) umfaßt, wobei die weitere Kammerplatte (3) mindestens eine Gruppe (101, 102) von Tintenkammern auf der der Düsenplatte (4) zugewandten Seite der zweiten Kammerplatte (3) aufweist, mindestens eine Düsengruppe (1.1, 1.2) mit der in derselben Kammerplatte (3) gelegenen zugehörigen Kammergruppen (101,102) über Kanäle verbunden ist, und mindestens eine weitere Düsengruppe (1.3, 1.4) über Durchgangsöffnungen in der vorgenannten zweiten Kammerplatte (3) mit den zugehörigen Kammern mindestens einer weiteren auf der ersten x/z-Ebene in der ersten Kammerplatte (2) gelegenen Kammergruppe (103, 104) verbunden ist, wobei in der Düsenreihe (1) die zu unterschiedlichen Düsengruppen (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) gehörigen Düsen so alternieren, daß die Überdeckung von Kammerngruppen der einen Ebene mit denen der anderen Ebene nur an den Kammerrändern wirksam ist.

3. Tintenstrahldruckkopfmodul nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenkammern zur Düsenreihe (1) einerseits und zu einem Ansaugraum (151, 152) andererseits derart angeordnet sind, daß in den Kammerplatten (2, 3) unterschiedlich lange Düsenkanäle (111, 112, 115, 121, 125) und Einlaßkanäle (110, 113, 114, 120, 124) vorgesehen sind, wobei die Summe der Tintenkanallängen je Kammer annähernd konstant bleibt.

4. Tintenstrahldruckkopfmodul nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenkammern wenigstens einer Kammerplatte (2, 3) in Kammergruppen symmetrisch zur Düsenreihe (1) liegen, die in der Mitte des Tintenstrahldruckkopfmoduls auf der Aufdruckseite in der Düsenplatte (4) angeordnet ist

5. Tintenstrahldruckkopfmodul nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kammerplatte (2, 3) mehrere Reihen von Kammergruppen (101, 102, 105, 106; 103, 104, 107, 108) parallel und symmetrisch zur Düsenreihe (1) angeordnet sind, wobei unter den Kammergruppen (103, 104, 107, 108) der ersten Ebene in mindestens einer zweiten Ebene symmetrisch zur Düsenreihe (1) Tintenkammern einer weiteren Kammergruppe (101, 102, 105, 106) angeordnet sind, welche seitlich in z-Richtung und zur Düsenreihe (1) in x-Richtung versetzt liegen.

6. Tintenstrahldruckkopfmodul nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten (2) und zweiten Kammerplatte (3) mindestens eine Tintenkanäle aufweisende Abstandsplatte (5, 7) angeordnet ist.

7. Tintenstrahldruckkopfmodul nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die in einer zu diesen beiden Richtungen x und z orthogonalen y-Richtung angeordneten Kammergruppen (103, 104, 107, 108) und durch eine ins Volumen gelegte Tintenführung außerhalb der Ebene, in der sich die Tintenkammern der vorgenannten Kammergruppen befinden, wobei die Tintenführung teilweise zwischen den Kammern in weiteren Ebenen in Kanälen erfolgt, der Abstand zwischen den vorgenannten Reihen von Tintenkammergruppen (101 und 105 bzw. 102 und 106 sowie 103 und 107 bzw. 104 und 108) innerhalb jeder Kammerplatte (2, 3) soweit erhöht wird, so daß die Überdeckungsfläche F von jeder Tintenkammer der Kammergruppe (101, 105 bzw. 102, 106) der zweiten Kammerplatte (3) mit Kammern der Kammergruppe (103, 105 bzw. 104, 108) in der ersten Kammerplatte (2) durch den Versatz in x- und z-Richtung minimal wird.

8. Tintenstrahldruckkopfmodul nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenstrahldruckkopfmodul in wenigsten einer Kammerplatte (2, 3) Kammergruppen in mehreren Reihen parallel zur Düsenreihe (1) und in unterschiedlicher Entfernung zur Düsenreihe (1) angeordnet enthält.

9. Tintenstrahldruckkopfmodul nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Kammerplatte (2, 3) eine Gruppe an Tintenkammern auf der der Düsenplatte (4) zugewandten Seite hineingearbeitet ist, wobei die Düsenplatte (4) hineingearbeitete Membranbereiche (20) für die Tintenkammern der weiteren Kammerplatte (3) aufweist, die mit zugeordneten Aktuatoren (10) zum Austreiben von Tinte aus jeder Tintenkammer versehen sind, daß die Aktuatoren (10) auf Membranbereichen (20) der Düsenplatte (4) und die Aktuatoren (10) auf Membranbereichen der ersten Kammerplatte (2) PZT-Ebenen bilden, sowie daß auf der zur Düsenseite abgewandten Seite des Moduls mindestens ein Treiberschaltkreis (160) angeordnet ist, welcher über elektrische Leiterbahnen (180, 181, 190) ausgangsseitig mit den PZT-Ebenen und eingangsseitig mit einem Flachbandkabel (185) verbunden ist.

10. Herstellungsverfahren für einen Tintenstrahldruckkopf mit Tintenstrahldruckkopfmodulen nach Anspruch 1, mit einer parallelen Bearbeitung einer Glasplatte zur Herausbildung von Bohrungen, vertikalen Düsenkanälen, Öffnungen und Kammern,
   gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Herstellung von unterschiedlichen Modulplatten durch die parallele Bearbeitung einer Glasplatte zur Herausbildung mindestens der Bohrungen und vertikalen Düsenkanäle und der Öffnungen und Kammern und Schritte zur Aufbringung von Leiterbahnen auf die vorgenannte Glasplatte,

b) Separieren der Einzelteile aus der Glasplatte und Verbinden der Einzelteile zu einem Modul,

c) Aufbringen von PZT-Elementen, ggf. Vereinzeln und

d) Assemblieren der Module zu einem Druckkopf

11. Herstellungsverfahren, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Herstellungsschritt a) der eine parallele Bearbeitung einer Glasplatte zur Herausbildung mindestens der Bohrungen und vertikalen Düsenkanälen und der Öffnungen und Kammern aufweist, im Subschritt a1) Maßnahmen vorsieht, entsprechende vertikale Düsenkanäle in das die Düsenplatte des Moduls bildende Glasstück zu ätzen bzw. auf vergleichbare Weise einzubringen, daß der Subschritt a1) auch das Herausbilden von horizontalen Düsenkanälen, Trennlinien und Einlaßkanäle mit umfaßt und daß ein nachfolgender Subschritt a2) vorgesehen ist, in dem die Herstellung von Kanälen vorbestimmter Tiefe durch Feinschleifen der einen Seite und die Herstellung von Membranen vorbestimmter Dicke durch Feinschleifen der anderen Seite der Glasplatte erfolgt.

12. Herstellungsverfahren, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Herstellungsschritt a) der eine parallele Bearbeitung einer Glasplatte zur Herausbildung mindestens der Bohrungen und vertikalen Düsenkanälen und der Öffnungen und Kammern aufweist, zur Herstellung von unterschiedlichen Modulplatten innerhalb einer Glasplatte folgende Subschritte vorsieht:

aa1) die parallele Bearbeitung einer Glasplatte zur Herausbildung mindestens der Bohrungen, vertikalen Düsenkanäle, der Öffnungen und Kammern,

aa2) Feinschleifen der einen Seite und Herstellung von Membranen vorbestimmter Dicke durch Feinschleifen der anderen Seite der Glasplatte,

aa3) Herstellen von horizontalen Düsenkanälen, Trennlinien und Einlaßkanälen durch Ätzen und Herstellung von Kanälen vorbestimmter Tiefe durch Feinschleifen der einen Seite der Platte,

aa4) Aufbringung von Leiterbahnen auf die vorgenannte Glasplatte.

13. Herstellungsverfahren für einen Tintenstrahldruckkopf mit Tintenstrahldruckkopfmodulen nach Anspruch 1, mit aaa) Herstellung eines Satzes von gleichen Modulplatten auf separaten Wafern, einschließlich einem Schritt a1) parallele Bearbeitung einer Glasplatte zur Herausbildung mindestens einer Kavität,
   gekennzeichnet, durch weitere Schritte:

i) Herstellung von weiteren Sätzen an gleichen Modulplatten auf separten Wafern gemäß dem vorgenannten Schritt aaa), wobei der Schritt aaa) Herstellung von gleichen Modulplatten auf separaten Wafern neben a1) paralleler Bearbeitung zur Herausbildung mindestens einer der Bohrungen, vertikalen und horizontalen Düsenkanäle, der Öffnungen, Kammern, Trennlinien, Einlaßkanäle, die folgenden Subschritte mit umfaßt:

a2) Herstellen von Kanälen vorbestimmter Tiefe durch Feinschleifen der einen Seite und Herstellen von Membranen vorbestimmter Dicke durch Feinschleifen der anderen Seite der Glasplatte,

a3) Aufbringung von Leiterbahnen auf die vorgenannte Glasplatte,

und weitere Schritte:

ii) Verbinden der Wafer zu einem Glasplattenverbund mit einer Vielzahl von Modulen,

bb) Separieren der einzelnen oder zusammenhängenden Module aus dem Glasplattenverbund,

c) Aufbringen von PZT-Elementen, ggf. Vereinzeln, sowie

d) Assemblieren der Module zu einem Druckkopf.

14. Herstellungsverfahren, nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß, nach dem Aufbringen von PZT-Elementen (c) und vor dem Assemblieren (d) der Module zu einem Druckkopf, ein weiteres Aufbringen der Leiterbahnen auf die Glasplatte erfolgt, wobei vorzugsweise zum Aufbringen der Leiterbahnen ein Sputtern vorgesehen ist.

15. Herstellungsverfahren, nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) das Kontaktieren der PZT-Elemente auf der entsprechenden Seite jeder einzelnen Modulplatte erfolgt.

16. Herstellungsverfahren, nach einem der vorgenannten Ansprüche 10-15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ätzen von Öffnungen im ersten Herstellungsschritt zwischen den Modulplatten Stege gebildet werden, die sich im Verfahrensschritt Separieren leicht durchtrennen lassen.

Claims

1. An ink-jet print head module for an ink-jet print head according to the face shooter principle, wherein the ink-jet print head module consists of modular plates of the type

- of a nozzle plate (4) in a x/z level, wherein a nozzle line (1) is arranged in z-direction on the surface of the nozzle plate (4) that allows for the ejection of an ink-jet in y-direction;

- a first chamber plate (2) in a first x/z plane with a worked-in group of ink chambers on the side facing towards the nozzle plate, wherein channels for feeding and carrying off ink, a membrane as well as an actuator (10) for expulsing ink are assigned to each ink chamber;

- at least one further chamber plate (3) with ink chambers, wherein the further chamber plate (3) is arranged on a further x/z plane situated between the nozzle plate (4) and the first chamber plate (2), wherein channels for feeding and carrying off ink, a membrane and an actuator (10) for expulsing ink are assigned to each ink chamber;

- wherein the individual chamber groups (101 and 103 or 102 and 104, respectively) of the chamber plates (2, 3) are staggered in x- and z-direction in such manner that a nearly similar channel length from each ink chamber to the respective nozzle in the nozzle line is achieved and the overlapping areas (F) of the ink chambers of the chamber groups on the one x/z-plane with those on the other x/z-plane is minimized so as to reduce the cross talk effect between the ink chambers on the above-mentioned one and further x/z planes.

2. An ink-jet print head module according to claim 1, characterized in that there is provided one single nozzle line (1) on the nozzle plate (4) that comprises several nozzle groups (1.1, 1.2, 1.3, 1.4), wherein the further chamber plate (3) contains at least one group (101, 102) of ink chambers on the side of the second chamber plate (3) facing towards the nozzle plate (4), at least one nozzle group (1.1, 1.2) is connected by channels with the respective chamber groups (101, 102) situated in the same chamber plate (3), and at least one further nozzle group (1.3, 1.4) is connected, through openings in the above-mentioned second chamber plate (3), with the respective chambers of at least one further chamber group (103, 104) situated on the first x/z plane in the first chamber plate (2), wherein the nozzles belonging to different nozzle groups (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) alternate in nozzle line (1) in such manner that the overlapping of chamber groups of the one plane with those of the other plane is effective only near the chamber edges.

3. An ink-jet print head module according to claims 1 and 2, characterized in that the ink chambers are arranged with regard to the nozzle line (1) on the one hand and to a suction space (151, 152) on the other hand in such way that nozzle channels (111, 112, 115, 121, 125) and inlet channels (110, 113, 114, 120, 124) of different lengths are provided in the chamber plates (2, 3), wherein the sum of the ink channel lengths per chamber is nearly constant.

4. An ink-jet print head module according to claims 1 to 3, characterized in that the ink chambers of at least one chamber plate (2, 3) are arranged in chamber groups symmetrically towards the nozzle line (1) that is arranged in the middle of the ink-jet print head module on the face of said module in the nozzle plate (4).

5. An ink-jet print head module according to any of the above claims 1 to 4, characterized in that in each chamber plate (2, 3), there are arranged several lines of chamber groups (101, 102, 105, 106; 103, 104, 107, 108) in parallel and symmetrically to the nozzle line (1), wherein below the chamber groups (103, 104, 107, 108) of the first plane, there are arranged ink chambers of a further chamber group (101, 102, 105, 106) on at least one second plane symmetrically to the nozzle line (1), said chambers being staggered laterally in z-direction and in x-direction in relation to the nozzle line (1).

6. An ink-jet print head module according to claims 1 to 5, characterized in that at least one distance plate (5, 7) having ink channels is arranged between the first (2) and the second chamber plate (3).

7. All ink-jet print head module according to claims 1 to 6, characterised in that, due to the chamber groups (103, 104, 107, 108) arranged in a y-direction that is orthogonal to these two directions x and z, and due to an ink conduct placed into the volume outside the plane which the ink chambers of the above-mentioned chamber groups are located on, wherein the ink is conducted in part between the chambers on further planes in channels, the distance between the above-mentioned lines of ink chamber groups (101 and 105 or 102 and 106 as well as 103 and 107 or 104 and 108, respectively) within each chamber plate (2, 3) is increased to such an extent that the overlapping area F of each ink chamber of chamber group (101, 105 or 102, 106, respectively) of the second chamber plate (3) with chambers of chamber group (103, 105 or 104, 108, respectively) in the first chamber plate (2) becomes minimal due to the staggering in x- and z-direction.

8. All ink-jet print head module according to claims 1 to 3, characterized in that the ink-jet print head module contains chamber groups arranged in several lines in parallel to nozzle line (1) and in different distance to nozzle line (1) in at least one chamber plate (2, 3)

9. An ink-jet print head module according to any of the above claims 1 to 8, characterized in that each chamber plate (2, 3) contains a group of worked-in ink chambers on the side facing towards nozzle plate (4), wherein nozzle plate (4) contains worked-in membrane areas (20) for the ink chambers of the further chamber plate (3) that are provided with respective actuators (10) for the expulsion of ink out of each ink chamber; that PZT planes are formed by the actuators (10) on the membrane areas (20) of the nozzle plate (4) and by the actuators (10) on the membrane areas of the first chamber plate (2); and that on the side of the module opposite to the nozzle side, there is provided at least one driver circuit (160) which is connected by electric strip connectors (180, 181, 190) with the PZT planes on the output side and with a flat cable (185) on the input side.

10. Manufacturing method for an ink-jet print head with ink-jet print head modules according to claim 1 including a parallel machining of a glass slab for forming drill holes, vertical nozzle channels, openings and chambers, characterized by the following steps:

a) manufacturing of different module plates by the parallel machining of a glass slab for forming at least the drill holes, vertical nozzle channels, openings and chambers and steps for the application of strip conductors on the above-mentioned glass slab;

b) separation of the individual parts from the glass slab and joining of the individual parts to form a module;

c) application of PZT elements, singling, if necessary; and

d) assembly of the modules to form a print head.

11. Manufacturing method according to claim 10, characterized in that the manufacturing step a) that comprises a parallel machining of a glass slab for forming at least the drill holes, vertical nozzle channels, openings and chambers includes, in a sub-step a1), measures to etch vertical nozzle channels into the piece of glass forming the nozzle plate of the module or to work them in in a comparable manner; that said sub-step a1) also comprises the formation of horizontal nozzle channels, separating lines and inlet channels; and that a subsequent sub-step a2) is included that comprises the production of channels having a predetermined depth by means of precision-grinding the one side and the production of membranes having a predetermined thickness by means of precision-grinding the other side of the glass slab.

12. Manufacturing method according to claim 10, characterized in that the manufacturing step a) that comprises the parallel machining of a glass slab for forming at least the drill holes, vertical nozzle channels, openings and chambers includes the following sub-steps for manufacturing different module plates within a glass slab:

aa1) the parallel machining of a glass slab for forming at least the drill holes, vertical nozzle channels, openings and chambers;

aa2) precision-grinding of the one side and production of membranes having a predetermined thickness by means of precision-grinding the other side of the glass slab:

aa3) production of horizontal nozzle channels, separating lines and inlet channels by means of etching and production of channels having a predetermined depth by means of precision-grinding the one side of the slab;

aa4) application of strip conductors on said glass slab.

13. Manufacturing method for an ink-jet print head with ink-jet print head modules according to claim 1 with aaa) production of a set of equal module plates on separate wafers, including a step a1) parallel machining of a glass slab for forming at least one cavity,
characterized by further steps:

i) production of further sets of equal module plates on separate wafers according to the above-mentioned step aaa), wherein said step aaa) production of equal module plates on separate wafers comprises, apart from

a1) parallel machining for forming at least one of the drill holes, vertical and horizontal nozzle channels, of the openings, chambers, separating lines, inlet channels, also the following sub-steps:

a2) production of channels of predetermined depth by means of precision-grinding of the one side and production of membranes of predetermined thickness by means of precision-grinding of the other side of the glass slab;

a3) application of strip conductors on said glass slab;

and further steps:

ii) joining the wafers to form a glass slab compound with a plurality of modules;

bb) separation of the individual or connected modules from the glass slab compound;

c) application of PZT elements, singling, if necessary; and

d) assembly of the modules to form a print head.

14. Manufacturing method according to any of the above claims 10 to 13, characterized in that another application of the strip connectors on the glass slab is included after the application of PZT elements c) and before the assembly d) of the modules to form a print head, wherein the strip connectors are preferably applied by means of sputtering.

15. Manufacturing method according to any of the above claims 10 to 14, characterized in that in step c), the PZT elements are contacted on the respective side of each individual module plate.

16. Manufacturing method according to any of the above claims 10 to 15, characterized in that, upon the etching of openings in the first manufacturing step, there are formed bridges between the module slabs that can be easily cut in the separation step.

Revendications

1. Module de tête d'impression à jet d'encre pour une tête d'impression à jet d'encre selon le principe Face-Shooter, le module de tête d'impression à jet d'encre étant conçu à partir de plaques de module du type

- d'une plaque de buses (4) dans un plan x/z, une rangée de buses (1) étant agencée dans la surface de la plaque de buses (4) dans le sens z qui permet de projeter un jet d'encre dans le sens y,

- d'une première plaque de chambres (2) dans un premier plan x/z avec un groupe de chambres d'encre usiné du côté orienté vers la plaque de buses, des canaux pour l'arrivée et la sortie d'encre, une membrane ainsi qu'un actuateur (10) pour éjecter l'encre étant affectés à chaque chambre d'encre,

- au moins une autre plaque de chambres (3) avec des chambres d'encre, l'autre plaque de chambres (3) étant agencé dans un autre plan x/z entre la plaque de buses (4) et la première plaque de chambres (2), des canaux pour l'arrivée et la sortie d'encre, une membrane ainsi qu'un actuateur (10) pour éjecter l'encre de chaque chambre étant affectés à chaque chambre d'encre,

- les différents groupes de chambres (101 et 103 respectivement 102 et 104) des plaques de chambres (2, 3) étant décalés les uns par rapport aux autres dans le sens x et z de telle sorte que l'on obtient une longueur de canal approximativement similaire de chaque chambre d'encre à la buse correspondante dans la ligne de buses et que la surface de chevauchement (F) des chambres d'encre des groupes de chambres d'un plan x/z avec ceux de l'autre plan x/z est minimisée afin de diminuer l'effet cross talk entre les chambres d'encre situées dans lesdits premiers plans et autre plans.

2. Module de tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une seule rangée de buses (1) dans la plaque de buses (4) qui comprend plusieurs groupes de buses (1.1, 1.2, 1.3, 1.4), l'autre plaque de chambres (3) présentant au moins un groupe (101, 102) de chambres d'encre sur le côté orienté vers la plaque de buses (4) de la deuxième plaque de chambres, au moins un groupe de buses (1.1, 1.2) étant relié aux groupes de chambres correspondants situés dans la même plaque de chambres (3) via des canaux, et au moins un autre groupe de buses (1.3, 1.4) est relié, via des ouvertures de passage dans ladite deuxième plaque de chambres, aux chambres correspondantes d'au moins un autre groupe de chambres (103, 104) situé sur le premier plan x/z dans la première plaque de chambres (2), les buses faisant partie de différents groupes de buses (1.1, 1.2, 1.3, 1.4), dans la rangée de buses, alternant de telle sorte que le recouvrement des groupes de chambres d'un plan avec ceux des autres plans n'est efficient que sur les bords de chambres.

3. Module de tête d'impression à jet d'encre selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les chambres d'encre vers la rangée de buses (1), d'un côté, et vers un espace d'aspiration (151, 152), de l'autre, sont agencées de telle sorte que, dans les plaques de chambres (2, 3), il est prévu des canaux de buses de longueurs diverses (111, 112, 115, 121, 125) et canaux d'admission (110, 113, 114, 120, 124), la somme des longueurs de canaux d'encre par chambre demeurant approximativement constante.

4. Module de tête d'impression à jet d'encre selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les chambres d'encre d'au moins une plaque de chambres (2, 3) se situent, en groupes de chambres, symétriquement par rapport à la rangée de buses (1) qui est agencée au centre du module de tête d'impression à jet d'encre, sur le côté d'impression, dans la plaque de buses (4).

5. Module de tête d'impression à jet d'encre selon l'une des revendications susnommées 1 à 4, caractérisé en ce que, dans chaque plaque de chambres (2, 3), plusieurs rangées de groupes de chambres (101, 102, 105, 106; 103, 104, 107, 108) sont agencées parallèlement et symétriquement par rapport à la rangée de buses (1), des chambres d'encre d'un autre groupe de chambres (101, 102, 105, 106), qui se situent décalées latéralement dans le sens Z et par rapport à la rangée de buses (1) dans le sens x, étant agencés, symétriquement par rapport à la rangée de buses (1), sous les groupes de chambres (103, 104, 107, 108) du premier plan dans au moins un deuxième groupe de chambres (101, 102, 105, 106).

6. Module de tête d'impression à jet d'encre selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que au moins une plaque d'écartement (5, 7) présentant des canaux d'encre est agencée entre la première (2) et la deuxième plaque de chambres (3).

7. Module de tête d'impression à jet d'encre selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, par les groupes de chambres (103, 104, 107, 108) agencés dans un sens y orthogonal par rapport à ces deux sens x et z, et par un guidage d'encre placé en volume au-dehors du plan dans lequel se trouvent les chambres d'encre des groupes de chambres susnommés, le guidage d'encre ayant lieu en partie dans des canaux entre les chambres dans d'autres plan, la distance entre les rangées susnommées de groupes de chambres d'encre (101 et 105 respectivement 102 et 106 ainsi que 103 et 107 respectivement 104 et 108) à l'intérieur de chaque plaque de chambres (2, 3) est augmentée de telle sorte que la surface de recouvrement F de chaque chambre d'encre du groupe de chambres (101, 105 respectivement 102, 106) de la deuxième plaque de chambres (3) avec des chambres du groupe de chambres (103, 105 respectivement 104, 108) dans la première plaque de chambre (2), est minimale grâce au décalage dans le sens x et z.

8. Module de tête d'impression à jet d'encre selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le module de tête d'impression à jet d'encre contient dans au moins une plaque de chambres (2, 3) des groupes de chambres agencés en plusieurs rangées parallèlement à la rangée de buses (1) et à une distance différente par rapport à la rangée de buses (1).

9. Module de tête d'impression à jet d'encre selon une des revendications précédentes 1 à 8, caractérisé en ce que, dans chaque plaque de chambres (2, 3), un groupe de chambres d'encre est usiné sur le côté orienté vers la plaque de buses (4), la plaque de buses (4) présentant des zones de membranes usinées (20) pour les chambres d'encre de l'autre plaque à chambres (3) qui sont munies d'actuateurs affectés (10) destinés à éjecter l'encre de chaque chambre d'encre, en ce que les actuateurs (10) forment des plans PZT sur des zones de membranes (20) de la plaque de buses (4) et sur des zones de membranes de la première plaque de chambres (2), et en ce que au moins un circuit d'excitation (160) est agencé sur le côté du module opposé au côté des buses, circuit qui est relié côté sorti, via des circuits conducteurs (180, 181, 190) avec les niveaux PZT et côté entrée avec un câble plat (185).

10. Procédé de fabrication pour une tête d'impression à jet d'encre avec des modules de tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1, avec un traitement parallèle d'une plaque en verre pour la formation de perçages, canaux de buse verticaux, ouvertures et chambre,
   caractérisé par les étapes:

a) fabrication de différentes plaques de module par le traitement parallèle d'une plaque de verre pour la formation d'au moins des perçages et des canaux de buse verticaux et des ouvertures et des chambres, et des étapes pour la mise en place de circuits conducteurs sur ladite plaque de verre,

b) séparation des différentes pièces de la plaque de verre et assemblage des différentes pièces en un module,

c) mise en place d'éléments PZT, le cas échéant séparation et

d) assemblage des modules en une tête d'impression.

11. Procédé de fabrication, selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de fabrication a) qui présente un traitement parallèle d'une plaque de verre pour la formation d'au moins des perçages et canaux de buse verticaux et des ouvertures et des chambres, prévoit dans la sous-étape a1) des mesures pour graver ou mettre en place d'une manière semblable des canaux de buse verticaux dans la pièce en verre formant la plaque de buses du module, en ce que la sous-étape a1) comprend également la formation de canaux de buse horizontaux, lignes de séparation et canaux d'admission, et en ce qu'il est prévu une sous-étape a2) suivante dans laquelle on procède à la fabrication de canaux de profondeur prédéfinie par rectification de précision d'un côté et la fabrication de membranes d'épaisseur prédéfinie par rectification de précision de l'autre côté de la plaque de verre.

12. Procédé de fabrication, selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de fabrication a) qui présente un traitement parallèle d'une plaque de verre pour la formation d'au moins des perçages et canaux de buse verticaux et des ouvertures et des chambres, prévoit dans la sous-étape suivante pour la fabrication de différentes plaques de module différentes à l'intérieur d'une plaque de verre:

aa1) le traitement parallèle d'une plaque de verre pour la formation d'au moins des perçages, canaux de buse verticaux, des ouvertures et des chambres,

aa2) la rectification de précision d'un côté et la fabrication de membranes d'épaisseur prédéfinie par la rectification de précision de l'autre côté de la plaque de verre,

aa3) la fabrication de canaux de buses horizontaux, lignes de séparation et canaux d'admission par gravure et fabrication de canaux de profondeur prédéfinie par rectification de précision d'un côté de la plaque,

aa4) mise en place de circuits conducteurs sur ladite plaque de verre.

13. Procédé de fabrication pour une tête d'impression à jet d'encre avec des modules de tête d'impression à jet d'encre selon la revendication 1, avec aaa) fabrication d'un set de plaques de module similaires sur des pastilles séparées, y compris une étape a1) traitement parallèle d'une plaque de verre pour la formation d'au moins une cavité, caractérisé par d'autres étapes:

i) fabrication d'autres sets de plaques de module similaires sur des pastilles séparées, conformément à l'étape susnommée aaa), l'étape aaa) la fabrication de plaques de module similaires sur des pastilles séparées outre a1) traitement parallèle pour la formation d'au moins un des perçages, canaux de buse verticaux et horizontaux, des ouvertures, chambres, lignes de séparation, canaux d'admission, comprenant également les sous-étapes suivantes:

a2) fabrication de canaux de profondeur prédéfinie par rectification de précision d'un côté et fabrication de membranes d'épaisseur prédéfinie par rectification de précision de l'autre côté de la plaque de verre,

a3) mise en place des circuits conducteurs sur ladite plaque de verre,

et d'autres étapes:

ii) relier les pastilles en un assemblage de plaques de verre avec un grand nombre de modules,

bb) séparation des modules différents ou contigus de l'assemblage de plaques de verre,

c) mise en place des éléments PZT, le cas échéant séparation, ainsi que

d) assemblage des modules en une tête d'impression.

14. Procédé de fabrication, selon l'une des revendications précédentes 10 à 13, caractérisé en ce que, après la mise en place des éléments PZTasba( on procède à la mise en place des circuits conducteurs sur la plaque de verre, une pulvérisation étant de préférence prévue pour la mise en place des circuits conducteurs.

15. Procédé de fabrication, selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le contact des éléments PZT sur le côté correspondant de chaque plaque de module a lieu dans l'étape c).

16. Procédé de fabrication, selon une des revendications précédentes 10 à 15, caractérisé en ce que des traverses sont formées lors de la gravure des ouvertures dans la première étape de fabrication entre les plaques de module, traverses qui sont faciles à couper dans l'étape dite de séparation

Zeichnung