PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69421220T2 30.03.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0636479
Titel Struktur einer Abdeckung für Tropfenabstrahler
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Hadimioglu, Babur B., Mountain View, California 94040, US;
Lim, Martin G., Foster City, California 94404, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69421220
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 29.07.1994
EP-Aktenzeichen 943056697
EP-Offenlegungsdatum 01.02.1995
EP date of grant 20.10.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.03.2000
IPC-Hauptklasse B41J 2/04
IPC-Nebenklasse B41J 2/065   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Tröpfchenausstoßvorrichtung und insbesondere eine Abdeckstruktur, welche die Kontaminierung in Tintentröpfchenausstoßdruckern verringert.

Verschiedene Tröpfchenausstoßdruckertechnologien sind entwickelt worden oder werden entwickelt. Eine derartige Technologie, das akustische Tintendrucken (AIP) verwendet fokussierte akustische Energie, um ein Markierungsmaterial (im allgemeinen im folgenden als Tinte bezeichnet) auf ein Aufzeichnungsmedium aufzustoßen. Zur detaillierteren Beschreibung von akustischem Tintendrucken kann auf die US-A-4308547, 4697195 und 5028937 und die darin zitierten Referenzen verwiesen werden.

Die US-A-5111220 beschreibt einen akustischen Tintenstrahldruckkopf mit einer Basis, die eine akustische Linse umfaßt und einer darüberliegenden Platte mit einer Öffnung, die direkt über der Linse positioniert ist.

Von Bedeutung beim AIP-Drucken ist es, Verschmutzung (debris), wie beispielsweise Papierstaub, davon abzuhalten, die Tropfenausstoßeinrichtungen zu kontaminieren, und dadurch die Druckqualität zu verringern. Kontaminierung kann die Tropfenausstoßeinrichtungen auf wenigstens drei verschiedene Arten beeinflussen. Erstens kann die Verschmutzung den Ort der freien Oberfläche der Tinte stören, wodurch die sehr wichtige räumliche Beziehung zwischen dem Fokusbereich der akustischen Energie und der freien Oberfläche der Tinte gestört wird. Zweitens kann der Weg zwischen der Tinte und dem Aufzeichnungsmedium teilweise oder vollständig blockiert werden. Drittens kann Verschmutzung den internen Tintenflußweg innerhalb der Tropfenausstoßeinrichtung stören, wodurch ein Auffüllen der ausgestoßenen Tinte vermieden wird.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Schmutzkontaminierung der Druckqualität in einem Tröpfchenausstoßdrucker zu vermindern.

Eine Tröpfchenausstoßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Basis, die eine Mehrzahl von Tröpfchenausstoßöffnungen aufweist, welche individuelle Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium ausstoßen können. Über den Tropfenausstoßöffnungen befindet sich eine Abdeckstruktur mit einer Mehrzahl von Öffnungen, von denen einige mit den Tröpfchenausstoßöffnungen fluchten. Die fluchtenden Öffnungen ermöglichen es, daß ausgestoßene Tintentröpfchen auf das Aufzeichnungsmedium treten. Andere Öffnungen fluchten mit Abstandshaltern, welche die Abdeckstruktur an Ort und Stelle halten. Die Abstandshalter führen zu einem Spalt zwischen der Basis und der Abdeckstruktur. Vorteilhafterweise ist die Abdeckstruktur so implementiert, daß sie entfernbar ist.

Die vorliegende Erfindung schafft somit Tröpfchenausstoßeinrichtungen, die eine Abdeckstruktur haben, welche die Schmutzkontaminierung verringert, die mit geringen Kosten hergestellt werden kann und die so implementiert werden kann, daß ein Entfernen der Abdeckstruktur von dem Rest der Tröpfchenausstoßeinrichtung möglich ist.

Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Fortlauf der folgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlich, in welchen:

Fig. 1 eine Ansicht, von oben nach unten, einer ersten Ausführungsform einer akustischen Tröpfchenausstoßeinrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine vereinfachte und unskalierte Schnittansicht der in Fig. 1 gezeigten akustischen Tröpfchenausstoßeinrichtung zeigt;

Fig. 3 eine Ansicht, von oben nach unten, einer zweiten Ausführungsform einer akustischen Tröpfchenausstoßeinrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 4 eine vereinfachte und unskalierte Schnittansicht der in Fig. 3 gezeigten akustischen Tröpfchenausstoßeinrichtung zeigt.

Die vorliegende Erfindung schafft Tröpfchenausstoßdrucker, die Abdeckstrukturen umfassen, welche die Schmutzkontaminierung verringert. Während andere Drucker vom Ausstoßtyp ebenfalls von der vorliegenden Erfindung profitieren können, ist die vorliegende Erfindung insbesondere bei akustischen Tintendruckern nützlich. Demgemäß werden akustische Tröpfchenausstoßeinrichtungen als illustrative Ausführungsformen verwendet.

EINE ERSTE AKUSTISCHE TRÖPFCHENAUSSTOSSVORRICHTUNG GEMÄSS DEN PRINZIPIEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Im folgenden wird auf Fig. 1 zu einer Ansicht einer beispielhaften akustischen Tröpfchenausstoßeinrichtung 10 von oben nach unten verwiesen, die eine Abdeckstruktur 12 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 14 verwendet. Die Abdeckstruktur ist eine ungefähr 0,1 mm dicke Scheibe aus Silizium. In der Praxis kann die Anzahl der Öffnungen 14 im Bereich von Tausenden liegen. Wie untenstehend erläutert, stellen viele der Öffnungen 14 Durchgänge für die ausgestoßenen Tintentröpfchen zum Durchtritt dieser auf ein Aufzeichnungsmedium (nicht in Fig. 1 aber in Fig. 2 gezeigt) dar. Andere der Öffnungen 14 dienen dazu, die Abdeckstruktur 12 über dem Rest der akustischen Tröpfchenausstoßeinrichtung 10 (siehe unten) im Abstand zu halten. Abgesehen von den nachfolgend beschriebenen Abstandselementen wird der Rest der akustischen Tröpfchenausstoßeinrichtung im folgenden als Basis bezeichnet. Eine Schnittansicht eines Teils der akustischen Tröpfchenausstoßeinrichtung in Fig. 1 entlang der Linie 1- 1 ist in Fig. 2 gezeigt.

Bezug nehmend auf Fig. 2 sind die Öffnungen 14 pyramidenförmig (größer an der Unterseite als an der Oberseite). Die Öffnungen 14 ermöglichen es, daß die einzelnen Tröpfchenausstoßeinrichtungen der akustischen Tröpfchenausstoßvorrichtung 10 Tröpfchen 16 aus Tinte (ein generischer Begriff, der für jedes Markierungsmaterial verwendet wird) auf ein Aufzeichnungsmedium 18 ausstoßen. Während zwei individuelle Tröpfchenausstoßeinrichtungen (siehe unten) in Fig. 2 gezeigt sind, können in der Praxis Tausende vorgesehen sein.

Ein Tröpfchenausstoß wird durch akustische Energie, die von ZnO-Übertragern 20, die auf einem 1,25 mm dicken 7740-Glas(Pyrex)-Substrat 22 mit polierten oberen und unteren Oberflächen angebracht sind, erzielt. Auf der Oberseite der Oberfläche des Substrats 22 ist eine Kanalplatte 24 vorgesehen, die einen 300 um dicken Wafer aus < 100> Silizium aufweist, ebenfalls auf seiner oberen und unteren Oberfläche poliert. Die Kanalplatte 24 umfaßt eine Mehrzahl von Öffnungen 26, die mit den Öffnungen 14, durch welche die Tröpfchen 16 ausgestoßen werden sollen, gefluchtet sind. Auf dem Substrat 22 innerhalb der Öffnungen 26 und ebenfalls mit den Öffnungen 14, durch welche die Tröpfchen ausgestoßen werden sollen, gefluchtet, sind akustische Fresnel- Linsen 28 vorgesehen. Während die Linsen 28 in der dargestellten Ausführungsform aus Silizium gebildet sind, ist Oxy-Nitrid vielversprechender Ersatz. Das Substrat 22 und die Öffnungen 26 der Kanalplatte 24 formen einen Tintenwall für eine Markierungsflüssigkeit 30, aus der die Tröpfchen 16 ausgestoßen werden. Jeder Übertrager und der mit ihm assoziierte Tintenwall bildet eine einzelne Tröpfchenausstoßeinrichtung.

Die Kanalplatte umfaßt weiterhin Einkerbungen 32, die mit Öffnungen 14 zur Beabstandung der Abdeckstruktur 12 über der Basis der akustischen Tröpfchenausstoßvorrichtung 10 gefluchtet sind. Zwischen den Einkerbungen 32 und ihren gefluchteten Öffnungen 14 sind Abstandskugeln 34 lokalisiert. Die Kugeln können aus Materialien aus einem weiten Bereich, einschließlich Keramik und rostfreiem Stahl, bestehen. Der Durchmesser der Abstandskugeln, die Winkel der Einkerbungen 32 und die Dimensionen der Öffnungen 14 steuern den Spalt 36 zwischen der Abdeckstruktur und der Basis. Während dieser Spalt nicht kritisch ist, darf er nicht so dick sein, daß die ausgestoßenen Tröpfchen nicht das Aufzeichnungsmedium erreichen.

Wendet man sich wieder Fig. 1 zu, wird der Spalt 36 (siehe Fig. 2) vorteilhafterweise durch eine Druckbeaufschlagungseinrichtung 38 mit dem Spalt über einen Einlaß 40 unter Druck gesetzt.

TRÖPFCHENAUSSTOSS

Zum Ausstoß eines Tröpfchens wird akustische Energie durch einen der Übertrager 20 als Antwort auf eingegebene elektrische Energie erzeugt. Die akustische Energie läuft durch das Substrat 22 und bestrahlt eine assoziierte akustische Linse 28. Die akustische Linse fokussiert die akustische Energie in einen Fokusbereich in der Nähe der freien Oberfläche der Tinte 30. Als Antwort wird ein Tröpfchen 16 durch die assoziierte Öffnung 14 auf das Aufzeichnungsmedium 18 ausgestoßen.

BETRIEB DER ABDECKSTRUKTUR

Abgesehen von den Durchgängen, die durch die Öffnungen 14 geschaffen werden, nimmt die Abdeckstruktur 12 selbst nicht direkt an dem Tröpfchenausstoß teil. Statt dessen schützt die Abdeckstruktur 12 die Basis gegenüber Verschmutzung, insbesondere Papierstaub von dem Aufzeichnungsmedium 18, falls das Aufzeichnungsmedium Papier ist. Schmutz, der auf die Abdeckstruktur fällt, wird davon abgehalten, daß auf er auf die Basis fällt. Außerdem wird Druck, der in die Nähe oder in die Öffnungen 14, durch die Tröpfchen ausgestoßen werden sollen, fällt, von der Luft von der Druckeinrichtung 38 weggeblasen. Schließlich verringert die Abdeckstruktur aufgrund des verringerten Oberflächenbereichs für ein Verdampfen der Markierungsflüssigkeit die Feuchtigkeit in der Nähe des Aufzeichnungsmediums.

Die Abdeckstruktur 12 kann von ihrem Ort über der Basis dadurch entfernt werden, daß sie von den Abstandskugeln abgehoben wird. Dies ermöglicht ein Reinigen der Abdeckstruktur und ein Reinigen etwaiger verstopfter Öffnungen 14. Natürlich kann ein Rückhaltemechanismus verwendet werden, um während des Betriebs die Abdeckstruktur mit den Abstandskugeln verbunden zu halten. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung 10 umfaßt eine Klammer 42, um die Abdeckstruktur 10 in Position zu halten.


Anspruch[de]

1. Eine Tröpfchenausstoßvorrichtung zum Ausstoßen von Tröpfchen (16) eines Markierungsmaterials auf ein Aufzeichnungsmedium (18), umfassend:

eine Basis (24), die eine Mehrzahl von einzelnen Tröpfchenausstoßeinrichtungen (26) zum Ausstoßen der Tröpfchen (16) auf ein Markierungsmaterial aufweist;

gekennzeichnet durch

eine zur Basis benachbarte Abdeckstruktur (12), wobei die Abdeckstruktur eine Mehrzahl von Öffnungen (14) aufweist, von denen einige axial mit den einzelnen Tröpfchenausstoßeinrichtungen fluchten, so daß ermöglicht wird, daß individuell aus den einzelnen Tröpfchenausstoßeinrichtungen (26) ausgestoßene Tröpfchen durch die Abdeckstruktur hindurchtreten; und

eine Mehrzahl von Abstandshaltern (34) zwischen der Abdeckstruktur und der Basis, wobei die Abstandshalter so vorgesehen sind, daß sie sich mit der Abdeckstruktur fügen, und die Abstandshalter die räumliche Beziehung zwischen der Basis und der Abdeckstruktur beibehalten und die Fluchtung der Öffnungen, durch welche die Tröpfchen ausgestoßen werden sollen, mit den einzelnen Tröpfchenausstoßeinrichtungen beibehalten.

2. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Abdeckstruktur (12) entfernbar über der Basis angebracht ist.

3. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in welcher die Abstandshalter (34) im wesentlichen sphärisch sind.

4. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher die Abstandshalter (108) im wesentlichen zylindrisch sind.

5. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher die Abstandshalter in Kerben (32) in der Basis und in Öffnungen (14) in der Abdeckstruktur eingreifen.

6. Die Tröpfchenausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter umfassend eine Druckbeaufschlagungseinrichtung (38), um den Spalt (36) zwischen der Abdeckstruktur und der Basis so unter Druck zu setzen, daß der Schmutz von den Öffnungen weggeblasen wird.

7. Eine Tröpfchenausstoßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in welcher jede Tröpfchenausstoßeinrichtung eine akustische Tröpfchenausstoßeinrichtung darstellt, mit:

einem Substrat (22), das eine obere und untere Oberfläche aufweist;

einem Übertrager (20), der an dem Substrat zum Konvertieren von eingegebener elektrischer Energie in akustische Energie angebracht ist;

einer Kanalplatte (24), die an der oberen Oberfläche des Substrats angebracht ist, wobei die Kanalplatte eine Mehrzahl von Öffnungen (26) zum Halten eines akustisch leitenden Materials umfaßt;

einer akustische Linse (28), die operativ zum Empfangen der akustischen Energie und zum Fokussieren der akustischen Energie in einen Fokusbereich an einer vorbestimmten Position vor dem Substrat angeordnet ist.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com