DE102005031646A1

DE102005031646A1 - Print-head piezo-electric ink drop generator has liquid chamber joined to a membrane which is deformed by transverse- and length-effects

Info

Publication number: DE102005031646A1
Application number: DE200510031646
Authority: DE
Inventors: Joachim Prof. Dr.-Ing. Heinzl; Daniel GÜNTHER; Tobias Kraus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-01-11

Abstract

An arrangement for operating the piezo-ceramic in an ink drop generator has a liquid chamber covered by a membrane which is deformed by application of the piezoelectric transverse- and length-effects. The liquid chamber is connected to jets through which the ink drops are ejected. The piezo-ceramic is unstructured and is joined to the membrane and only the electrodes on the piezo-ceramic are structured in correspondence to the geometry of the liquid chamber.

Description

Die Anmeldung betrifft einen piezoelektrisch betriebenen Tropfenerzeuger nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The Application relates to a piezoelectrically operated drop generator according to the preamble of the first claim.

Es gibt eine Reihe von piezoelektrisch betriebenen Tropfenerzeugern. Einige nutzen den piezoelektrischen Längseffekt, andere den Quereffekt oder eine Kombination aus Längs- und Quereffekt und eine dritte Gruppe nutzt den Schereffekt. Als Längseffekt bezeichnet man die Verformung der Piezokeramik durch ein Feld in Polarisationsrichtung oder entgegengesetzt dazu. Als Quereffekt bezeichnet man die Verformung, die beim Anlegen eines Feldes in Polarisationsrichtung in Folge der Querkontraktion senkrecht zur Polarisationsrichtung auftritt. Der Schereffekt entsteht dagegen beim Anlegen eines Feldes senkrecht zur Polarisationsrichtung.It There are a number of piezoelectric powered drop generators. Some use the piezoelectric longitudinal effect, others use the transverse effect or a combination of longitudinal and cross effect and a third group uses the shear effect. When longitudinal effect Denoting the deformation of the piezoceramic by a field in Polarization direction or opposite thereto. As a cross effect refers to the deformation when creating a field in the polarization direction due to the transverse contraction perpendicular to the polarization direction occurs. The shear effect, on the other hand, occurs when creating a field perpendicular to the polarization direction.

Der Längseffekt wird bei Piezostapeln genutzt, die gegen eine Membran stoßen und dadurch Tropfen durch die Düse ausstoßen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in EP 1 208 983 von Epson beschrieben. Der Quereffekt wird bei Biegewandlern genutzt, bei denen die Piezoschicht mit einer passiven zweiten Schicht verbunden ist und die Kombination der beiden Schichten sich verbiegt, wenn die eine Schicht sich durch den Quereffekt verkürzt oder verlängert. In DE 199 1 399 und EP 0 713 773 sind solche Druckköpfe beschrieben. Auch die Anordnung von Piezoelementen auf einer Membran nutzt den Quereffekt. Die Membran ist mit dem Piezoelement verklebt und verwölbt sich, wenn das Piezoelement seine Ausdehnung ändert. Die Membran kann rund, rechteckig oder quadratisch sein. Eine solche Anordnung haben zuerst Kyser and Sears in US 3,946,398 beschrieben. Die darunter befindliche Flüssigkeitskammer ändert dabei schlagartig ihr Volumen und stößt Flüssigkeitstropfen durch eine Düse aus. Bei Röhrchen aus Piezokeramik mit den Mantelflächen als Elektroden wird sowohl der Längseffekt wie auch der Quereffekt benutzt. Dadurch wird bei der richtigen Dimensionierung erreicht, dass sich der Innenradius beim Anlegen eines Feldes verändert, der Außenradius dagegen nicht. Die Dimensionierung eines solchen Röhrchens ist in DE 25 37 767 angegeben. Bei der Benutzung des Längs- und des Quereffekts können die Elektroden, die zum Polarisieren der Keramik benutzt werden, auch zum Ansteuern der Keramik verwendet werden. Das elektrische Feld zum Ansteuern der Keramik wird in Polarisationsrichtung oder entgegen der Polarisationsrichtung angelegt. Die Keramik kann deshalb auch nachpolarisiert werden. Bei der Anordnung von vielen Tropfenerzeugern nebeneinander wird die Keramik zerteilt, so dass jedem Tropfenerzeuger ein rundes oder eckiges Keramikelement zugeordnet wird oder ein Finger eines Kamms als Biegewandler zugeteilt ist.The longitudinal effect is used in piezo stacks, which strike against a membrane and thereby eject drops through the nozzle. Such an arrangement is for example in EP 1 208 983 described by Epson. The transverse effect is used in bending transducers in which the piezo layer is connected to a passive second layer and the combination of the two layers bends when the one layer is shortened or extended by the transverse effect. In DE 199 1 399 and EP 0 713 773 are described such printheads. The arrangement of piezo elements on a membrane also uses the transverse effect. The membrane is glued to the piezo element and warps when the piezo element changes its extent. The membrane can be round, rectangular or square. Such an arrangement has first Kyser and Sears in US 3,946,398 described. The underlying liquid chamber abruptly changes its volume and ejects liquid drops through a nozzle. In tubes made of piezoceramic with the lateral surfaces as electrodes, both the longitudinal effect and the transverse effect are used. As a result, the correct dimensioning ensures that the inner radius changes when a field is created, whereas the outer radius is not. The dimensioning of such a tube is in DE 25 37 767 specified. When using the longitudinal and transverse effects, the electrodes used to polarize the ceramic can also be used to drive the ceramic. The electric field for driving the ceramic is applied in the polarization direction or opposite to the polarization direction. The ceramic can therefore also be nachpolarisiert. In the arrangement of many drop generators side by side, the ceramic is cut so that each drop generator is assigned a round or square ceramic element or a finger of a comb is assigned as a bending transducer.

Im Gegensatz dazu wird bei der Benutzung des Schereffekts das Feld zum Ansteuern der Keramik senkrecht zur Polarisationsrichtung angelegt. Über die Ansteuerelektroden ist deshalb ein Nachpolarisieren nicht möglich. Der Schereffekt wird bei Tintenschreibköpfen von Xaar z.B. nach US 4,879,568 und von Spectra z.B. nach US 4,584,590 benutzt. Bei den Schreibköpfen von Xaar wird ein Piezoplättchen zunächst zwischen Elektroden auf der Ober- und Unterseite polarisiert. Diese Elektroden werden wieder entfernt. Dann wird das Plättchen mit parallelen Schlitzen versehen. Die Seitenwände der Schlitze werden mit Elektroden belegt. Ein angelegtes Feld führt dann zum Verbiegen der Wände, wodurch Tropfen aus den Kanälen zwischen den Wänden ausgestoßen werden. Bei den Schreibköpfen von Spectra wird ebenfalls ein Piezoplätten zwischen Elektroden auf der Ober- und Unterseite polarisiert. Diese Elektroden werden auch entfernt. Das Plättchen wird anschließend einseitig mit kammförmigen Elektroden belegt. Wird zwischen zwei Elektroden an einer dritten Elektrode eine Spannung angelegt, so entsteht ein Feld senkrecht zur Polarisationsrichtung und der Schereffekt führt zu einer Verscherung der Keramik zwischen den beiden geerdeten Elektroden. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass das Keramikplättchen selbst nicht weiter strukturiert werden muss. Ein Nachteil ist, dass es nicht nachpolarisiert werden kann.In contrast, when using the shear effect, the field for driving the ceramic is applied perpendicular to the direction of polarization. Therefore, post-polarization is not possible via the drive electrodes. For example, the shear effect of Xaar inkjet heads will decrease US 4,879,568 and from Spectra for example US 4,584,590 used. For Xaar transcribers, a piezo plate is first polarized between electrodes on the top and bottom. These electrodes are removed again. Then the plate is provided with parallel slots. The side walls of the slots are covered with electrodes. An applied field then causes the walls to bend, expelling drops from the channels between the walls. Spectra heads also polarize piezoplates between electrodes on the top and bottom surfaces. These electrodes are also removed. The plate is then covered on one side with comb-shaped electrodes. If a voltage is applied between two electrodes on a third electrode, a field arises perpendicular to the polarization direction and the shear effect leads to a shearing of the ceramic between the two grounded electrodes. A particular advantage of this arrangement is that the ceramic plate itself does not need to be further structured. One drawback is that it can not be re-polarized.

Erfindungsgemäß wird nun eine Anordnung vorgeschlagen, bei der der Quereffekt benutzt wird, ohne dass die Piezokeramik selbst zerteilt werden muss, sondern lediglich die Elektroden strukturiert werden. Im Gegensatz zu der Anordnung von Spectra können dabei die Steuerimpulse so ausgelegt werden, dass die Elektroden, die zum Polarisieren der Keramik benutzt werden, auch zum Ansteuern der Keramik benutzt werden und so die Keramik auch nachpolarisiert werden kann.According to the invention will now proposed an arrangement in which the transverse effect is used without that the piezoceramic itself must be cut, but only the electrodes are structured. In contrast to the arrangement from Spectra while the control pulses are designed so that the electrodes, which are used to polarize the ceramic, also for driving The ceramic can be used and so nachpolarisiert the ceramic also can be.

Die Piezokeramik ist dazu mit einer Membran flächig verbunden, so dass sich die Oberfläche der Membran konvex zum Inneren der Flüssigkeitskammer hin verformt, wenn die Piezokeramik durch den Quereffekt verkürzt wird und konkav, wenn sie sich zufolge des Quereffekts verlängert. Um den ebenen Verbund aus Piezokeramik und Membran nach Art einer Beule zu verformen, muss die Wölbung am Rand der Beule eine zur Mitte der Beule entgegen gesetzte Krümmung annehmen. Dabei reicht es, die Krümmung in der Mitte der Beule durch eine gesteuerte Verkürzung der Piezokeramik aufzuprägen. Man kann die Verformung aber auch dadurch unterstützen, dass man die Piezokeramik im Randbereich durch die Ansteuerung verlängert. Dies kann durch Hilfselektroden geschehen, an die eine andere Spannung zum Polarisieren und zum Ansteuern angelegt wird. Durch die Ansteuerung mit Hilfselektroden wird die Verformung vergrößert, so dass auch größere Tropfen ausgestoßen werden können. Die mechanische Beanspruchung der Piezokeramik wird verringert. Wie Versuche gezeigt haben, wird auch das von der Anordnung abgestrahlte Geräusch vermindert. Eine solche Ansteuerung ist in PCT/DE87/00230 für eine Fluidpumpe angegeben. Besonders wirksam ist eine solche Maßnahme bei langen schmalen Membranen, die allseitig fest eingespannt sind. Sie ist aber auch bei runden Membranen über runden Flüssigkeitskammern wirksam. Die Hilfselektroden sind dann konzentrisch um die Gegenelektroden angeordnet. Erfindungsgemäß werden Anordnungen beschrieben, wie eine solche Maßnahme ohne wesentlichen Mehraufwand realisiert werden kann.The piezoceramic is surface connected to a membrane, so that the surface of the membrane convexly deforms towards the interior of the liquid chamber, when the piezoceramic is shortened by the transverse effect and concave, when extended by the transverse effect. In order to deform the flat composite of piezoceramic and membrane in the manner of a bump, the curvature on the edge of the bulge must assume a curvature opposite to the middle of the bulge. It is sufficient to impart the curvature in the middle of the bulge by a controlled shortening of the piezoceramic. But you can also support the deformation by extending the piezoceramic in the edge area by the control. This can be done by auxiliary electrodes to which another chip voltage for polarizing and for driving is created. By driving with auxiliary electrodes, the deformation is increased, so that even larger drops can be ejected. The mechanical stress of the piezoceramic is reduced. As tests have shown, the noise emitted by the device is also reduced. Such control is indicated in PCT / DE87 / 00230 for a fluid pump. Such a measure is particularly effective in the case of long, narrow membranes which are firmly clamped on all sides. But it is also effective for round membranes over circular fluid chambers. The auxiliary electrodes are then arranged concentrically around the counterelectrodes. Arrangements are described according to the invention, as such a measure can be realized without significant additional effort.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass die Piezokeramik nicht zerteilt werden muss, um sie den einzelnen Tropfenerzeugern zuzuordnen. Vielmehr reicht es, die Elektroden zum Ansteuern so auf die Keramik aufzubringen, dass die gewünschte Verformung des Verbundes aus Piezokeramik und Membran entsteht. Dazu muss nicht mehr die spröde Keramik zersägt werden. Die Elektroden lassen sich beispielsweise durch Siebdruck aufbringen. Darüber hinaus lassen sich die Elektroden zeilen- und spaltenweise auf der Piezokeramik anordnen und verbinden, so dass die Zahl der Kontakte zum Ansteuern wesentlich verringert werden kann. Beim Aufbau der Kanalstruktur und der Abdeckmembran können Materialien verwendet werden, die auch von aggressiven Flüssigkeiten nicht angegriffen werden. Die Piezokeramik kommt mit den Flüssigkeiten nicht in Kontakt.One An essential advantage of the arrangement according to the invention is that the Piezoceramic does not have to be cut to give it to the individual drop generators assigned. Rather, it is enough, the electrodes for driving so Apply to the ceramic that the desired deformation of the composite made of piezoceramic and membrane. This no longer needs the brittle Ceramic sawn become. The electrodes can be, for example, by screen printing muster. About that In addition, the electrodes can be in rows and columns on the Arrange piezoceramic and connect, so that the number of contacts can be significantly reduced for driving. When building the Channel structure and the cover membrane can be used materials which are not attacked by aggressive liquids become. The piezoceramic does not come into contact with the liquids.

Die 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Tropfenerzeuger entsprechend der Erfindung.The 1 to 3 show various embodiments of the drop generators according to the invention.

1 zeigt eine Anordnung mit vier Reihen von Düsen unter runden Flüssigkeitskammern in Explosionsdarstellung, die durch ein unstrukturiertes Piezoplättchen mit einer Vielzahl von Elektroden angesteuert werden, 1 shows an arrangement with four rows of nozzles under round liquid chambers in exploded view, which are controlled by an unstructured piezo plate with a plurality of electrodes,

2 zeigt eine ähnliche Anordnung, wobei die Elektroden als Matrix ausgebildet sind und so die Zahl der Anschlüsse reduziert ist, 2 shows a similar arrangement, wherein the electrodes are formed as a matrix and so the number of terminals is reduced,

3 zeigt eine Anordnung mit rechteckigen Flüssigkeitskammern und einer Anordnung der Elektroden, die jeweils eine gesteuerte, entgegen gesetzte Verformung der Piezokeramik am Rand der Flüssigkeitskammern erlaubt. 3 shows an arrangement with rectangular fluid chambers and an array of electrodes, each of which allows a controlled, opposite deformation of the piezoceramic at the edge of the fluid chambers.

4 zeigt den Querschnitt durch einen Tropfenerzeuger, 4 shows the cross section through a drop generator,

5 zeigt eine Anordnung von Gegenelektrode und Hilfselektrode. 5 shows an arrangement of counter electrode and auxiliary electrode.

6 zeigt eine Anordnung, bei der vorzugsweise der Längseffekt benutzt wird und sich die Elektroden zum Polarisieren und zum Ansteuern nur auf einer Seite der Piezokeramik befinden. 6 shows an arrangement in which preferably the longitudinal effect is used and the electrodes for polarizing and for driving are only on one side of the piezoceramic.

Der Tropfenerzeuger in 1 weist eine matrixförmige Anordnung von Düsen auf.The drop generator in 1 has a matrix-shaped arrangement of nozzles.

Der Tropfenerzeuger ist im Wesentlichen aus drei Schichten aufgebaut. Die unterste Schicht bildet der Grundkörper 1 des Tropfenerzeugers. Er enthält die Düsen 2 und die Kanalstruktur. Die Kanalstruktur besteht aus einem oder mehreren Zu- und Abläufen 3 und 4, den zylindrischen Flüssigkeitskammern 5, in deren Mitte die Düsen 2 angebracht sind, sowie den Drosselkanälen 6 und 7 zwischen den Zu- und Abläufen 3 und 4 und den zylindrischen Flüssigkeitskammern 5. Die Flüssigkeit wird über die Zu- und Abläufe 3 und 4 durch die Kanalstruktur gefördert. Die Kanalstruktur des Grundkörpers ist durch eine Membranschicht 8 abgedeckt. Über der Membranschicht befindet sich als dritte Schicht die Piezoschicht 9, auf der beidseitig die Elektroden 10 und 11 aufgebracht sind. Die Elektroden 11 befinden sich auf der Unterseite der Piezokeramik 9 und sind nur der Anschaulichkeit halber in der Figur zusammen mit der Membran abgebildet. Der Grundkörper 1 kann aus Pyrex bestehen, die Membranschicht 8 aus Silizium und beide können durch anodisches Bonden miteinander verbunden sein. Die Piezoschicht 9 mit den Elektroden 10 und 11 ist auf die Membranschicht aufgeklebt. Die Elektroden 10 und 11 sind so ausgebildet, dass ein scheibenförmiger Teil der Piezokeramik über der Flüssigkeitskammer polarisiert und angesteuert werden kann. Bei Ansteuerung in Polarisationsrichtung wird dieser Bereich entsprechend dem Längseffekt etwas dicker und durch Querkontraktion etwas kürzer. Dadurch wölbt sich die Membran in diesem Bereich in Richtung Flüssigkeitskammer und verdrängt dabei etwas Flüssigkeit als Tropfen 12 durch die Düse 2 und durch die beiden Drosselkanäle 6 und 7, über die Flüssigkeitskammer 5 an Zu- und Abfluss 3 und 4 angeschlossen ist.The drop generator is essentially composed of three layers. The lowest layer forms the main body 1 the drop generator. It contains the nozzles 2 and the channel structure. The channel structure consists of one or more inflows and outflows 3 and 4 , the cylindrical fluid chambers 5 in the middle of which are the nozzles 2 are attached, and the throttle channels 6 and 7 between the inflows and outflows 3 and 4 and the cylindrical liquid chambers 5 , The liquid gets over the inflows and outflows 3 and 4 promoted by the channel structure. The channel structure of the main body is through a membrane layer 8th covered. Above the membrane layer is located as a third layer, the piezoelectric layer 9 , on both sides of the electrodes 10 and 11 are applied. The electrodes 11 are located on the underside of the piezoceramic 9 and are shown for the sake of clarity in the figure together with the membrane. The main body 1 can consist of pyrex, the membrane layer 8th of silicon and both may be connected together by anodic bonding. The piezo layer 9 with the electrodes 10 and 11 is glued to the membrane layer. The electrodes 10 and 11 are formed so that a disc-shaped part of the piezoceramic can be polarized and driven over the liquid chamber. When driven in the direction of polarization, this area becomes somewhat thicker in accordance with the longitudinal effect and somewhat shorter due to transverse contraction. As a result, the membrane bulges in this area in the direction of the liquid chamber and displaces some liquid as a drop 12 through the nozzle 2 and through the two throttle channels 6 and 7 , about the liquid chamber 5 to inflow and outflow 3 and 4 connected.

2 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der allerdings die Elektroden anders miteinander verbunden sind. Die Elektroden 20 auf der Oberseite der Piezokeramik 19 sind spaltenweise verbunden und nur jeweils mit einem Anschluss 22 versehen. Die Elektroden 21 auf der Unterseite der Piezokeramik 19 sind dagegen zeilenweise verbunden und jeweils über einen der Anschlüsse 23 angesteuert. 2 shows a similar arrangement in which, however, the electrodes are connected to each other differently. The electrodes 20 on top of the piezoceramic 19 are connected in columns and only with one connection each 22 Mistake. The electrodes 21 on the underside of the piezoceramic 19 on the other hand are connected line by line and in each case via one of the connections 23 driven.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Tropfenerzeugers. Die Flüssigkeitskammern 35 über denen sich die Membran 38 verformt, sind hier rechteckig. Auch hier sind die Flüssigkeitskammern 35, die Kanalstruktur, bestehend aus der Zuleitung 33, der Ableitung 34, den Drosselkanälen 36 und 37 sowie den Düsen 32 in einen Grundkörper 31 eingebracht. Der Grundkörper 31 ist durch die Membran 38 abgeschlossen, auf der die Piezokeramik 39 angebracht ist. Die Piezokeramik 39 enthält auf der Oberseite den rechteckigen Flüssigkeitskammern 35 zugeordnete Streifenelektroden 40, die bis zu einer Anschlussstelle 42 verlängert sind. Auf der Unterseite sind die Gegenelektroden 41 und die Hilfselektroden 43 kammartig angeordnet und über die Anschlüsse 44 und 45 getrennt ansteuerbar. Die Zinken des Kammes 41 sind zentral über den Flüssigkeitskammern 35 angeordnet, die Zinken des Kammes 43 dagegen jeweils entlang den beiden Rändern der Flüssigkeitskammern 35. Auf diese Weise wird es möglich, die Piezokeramik über den Randbereichen und in der Mitte jeweils getrennt und nacheinander zu polarisieren. Die Keramik über den Randbereichen kann dabei in entgegen gesetzter Richtung zu den zentralen Bereichen polarisiert werden. 3 shows a further embodiment of the drop generator. The fluid chambers 35 above which is the membrane 38 deformed, here are rectangular. Again, the fluid chambers 35 , the channel structure, consisting of the supply line 33 , the derivation 34 , the throttle channels 36 and 37 as well as the nozzles 32 into a body 31 brought in. The main body 31 is through the membrane 38 completed, on which the piezoceramic 39 is appropriate. The piezoceramic 39 contains on the top of the rectangular fluid chambers 35 associated strip electrodes 40 leading up to a junction 42 are extended. On the bottom are the counter electrodes 41 and the auxiliary electrodes 43 arranged comb-like and over the connections 44 and 45 separately controllable. The tines of the comb 41 are centrally above the fluid chambers 35 arranged the tines of the comb 43 but in each case along the two edges of the liquid chambers 35 , In this way, it becomes possible to polarize the piezoceramic over the edge regions and in the middle separately and successively. The ceramic over the edge regions can be polarized in the opposite direction to the central regions.

Zum Ansteuern legt man dann an den Anschlüssen 44 und 45 verschiedene konstante Spannungen an und steuert den Tropfenausstoß durch Steuerimpulse über die Anschlüsse 42.To control one puts then at the connections 44 and 45 different constant voltages and controls the drop ejection by control pulses across the terminals 42 ,

Im Querschnitt 4 erkennt man den Grundkörper 51, die Düse 52, den Zulauf 53, die Flüssigkeitskammer 55, den Drosselkanal 56, die Deckmembran 58, die Piezokeramik 59, die Ansteuerelektrode 60, die Gegenelektrode 61 und die Hilfselektrode 62.In cross section 4 you recognize the main body 51 , the nozzle 52 , the inflow 53 , the fluid chamber 55 , the throttle channel 56 , the cover membrane 58 , the piezoceramic 59 , the drive electrode 60 , the counter electrode 61 and the auxiliary electrode 62 ,

In 5 ist eine Anordnung der Gegenelektrode 61, der Hilfselektrode 62 und der Anschlüsse 63 und 64 auf der Unterseite der Piezokeramik dargestellt.In 5 is an arrangement of the counter electrode 61 , the auxiliary electrode 62 and the connections 63 and 64 shown on the bottom of the piezoceramic.

Die Anordnung der Elektroden in 6 ist dazu geeignet, bevorzugt den Längseffekt zur Verformung des Verbundes aus Membran 78 und Piezokeramik 79 zu benutzen. Über der Flüssigkeitskammer sind die Ansteuerelektroden 80 und die Gegenelektroden 81 so angeordnet, dass beim Polarisieren und beim Ansteuern ein großer Teil des elektrischen Feldes in der Piezokeramik parallel zur Oberfläche der Piezokeramik verläuft. Im Gegensatz zum Schereffekt werden hier die gleichen Elektroden zum Polarisieren und zum Ansteuern benutzt. Die Anordnung besitzt auf der Unterseite keine Elektrode und für die Membran 78 wird ein nichtleitender Werkstoff benutzt. In einer beispielhaften Ausführung besteht die Membran 78 aus Pyrex, das mit einem Grundkörper 71 aus Silizium durch anodisches Bonden verbunden ist. Die Piezokeramik 79 ist auf die Membran 78 aufgeklebt und trägt auf der Oberseite die Elektrodenstruktur aus Ansteuerelektrode 80 und Gegenelektrode 81. Die Anschlüsse 82 und 83 dienen zum Polarisieren und Ansteuern. Der Zu- und Ablauf der Flüssigkeit erfolgt durch die Öffnungen 73 und 74.The arrangement of the electrodes in 6 is suitable, preferably the longitudinal effect for deformation of the composite membrane 78 and piezoceramics 79 to use. Above the liquid chamber are the drive electrodes 80 and the counter electrodes 81 arranged so that during polarization and when driving a large part of the electric field in the piezoceramic runs parallel to the surface of the piezoceramic. In contrast to the shear effect, the same electrodes are used here for polarizing and driving. The arrangement has on the bottom no electrode and for the membrane 78 a non-conductive material is used. In an exemplary embodiment, the membrane exists 78 from Pyrex, that with a basic body 71 of silicon is connected by anodic bonding. The piezoceramic 79 is on the membrane 78 glued on and carries on the top of the electrode structure of drive electrode 80 and counter electrode 81 , The connections 82 and 83 serve for polarizing and driving. The inlet and outlet of the liquid takes place through the openings 73 and 74 ,

1, 31, 51, 711, 31, 51, 71: Grundkörperbody
2, 32, 522, 32, 52: Düsenjet
3, 33, 53, 733, 33, 53, 73: ZulaufIntake
4, 34, 744, 34, 74: Ablaufprocedure
5, 35, 555, 35, 55: Flüssigkeitskammernliquid chambers
6, 36, 566 36, 56: Drosselkanalthrottle channel
7, 377, 37: Drosselkanalthrottle channel
8, 38, 58, 788th, 38, 58, 78: Membranmembrane
9, 19, 59, 799 19, 59, 79: Piezoplättchenpiezo plate
10, 20, 40, 60, 8010 20, 40, 60, 80: Ansteuerelektrodedrive electrode
11, 21, 41, 61, 8111 21, 41, 61, 81: Gegenelektrodecounter electrode
43, 6243 62: Hilfselektrodeauxiliary electrode
1212: Tropfendrops
13, 23, 42, 8213 23, 42, 82: Anschluss der Ansteuerelektrodeconnection the drive electrode
14, 22, 44, 63, 8314 22, 44, 63, 83: Anschluss der Gegenelektrodeconnection the counter electrode
45, 6445, 64: Anschluss der Hilfselektrodeconnection the auxiliary electrode

Claims

Anordnung zum Ansteuern der Piezokeramik in einem Tropfenerzeuger mit Flüssigkeitskammern, die mit einer Membran abgedeckt sind, die unter Benutzung des piezoelektrischen Quer- und Längseffekts verformt wird, diese Flüssigkeitskammern stehen mit Düsen in Verbindung, durch die die Tropfen ausgestoßen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezokeramik unstrukturiert ist und mit der Membran verbunden ist und nur die Elektroden auf der Piezokeramik entsprechend der Geometrie der Flüssigkeitskammern strukturiert sind.Arrangement for driving the piezoceramic in a drop generator with liquid chambers, which are covered with a membrane, which is deformed using the transverse and longitudinal piezoelectric effect, these liquid chambers communicate with nozzles through which the drops are ejected, characterized in that the Piezoceramic is unstructured and is connected to the membrane and only the electrodes on the piezoceramic are structured according to the geometry of the liquid chambers.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tropfenerzeuger eine Vielzahl von Düsen enthält, die über eine Vielzahl von Elektroden angesteuert werden können.Arrangement according to claim 1, characterized in that the drop generator contains a multiplicity of nozzles, which are activated via a multiplicity of electrodes can be.

Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt der Quereffekt genutzt wird und die Elektrode auf der einen Seite der Keramik als gemeinsame Gegenelektrode strukturiert ist und nur die andere Seite strukturierte Elektroden zum Ansteuern der einzelnen Kanäle enthält.Arrangement according to claim 2, characterized that preferably the transverse effect is used and the electrode on the structured one side of the ceramic as a common counter electrode is and only the other side structured electrodes for driving the individual channels contains.

Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden auf der Oberseite und Unterseite der Piezokeramik so strukturiert sind, dass nur die Bereiche der Piezokeramik polarisiert werden, die im Bereich der Flüssigkeitskammern liegen und so die Polarisation der Anschlussbereiche vermieden wird.Arrangement according to claim 3, characterized that the electrodes on the top and bottom of the piezoceramic are structured so that only the areas of the piezoceramic are polarized, in the area of the liquid chambers lie and so the polarization of the connection areas is avoided.

Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden so gestaltet sind, dass sie nach einer Matrixstruktur angesteuert werden können und bei n Zeilen von Düsen und m Düsen pro Zeile nur n plus m Anschlüsse zum Ansteuern der Düsen erforderlich sind.Arrangement according to claim 3, characterized in that the electrodes are designed so that They can be controlled according to a matrix structure and with n lines of nozzles and m nozzles per line only n plus m connections to control the nozzles are required.

Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich zwischen den Elektroden auf der Ober- und Unterseite der Piezokeramik durch die Ansteuerung jeweils in entgegen gesetzter Richtung verformt wird, so dass sich hier die Piezokeramik unter dem Einfluss des Quereffekts dehnt, während sie sich innerhalb dieses Randbereichs zusammenzieht.Arrangement according to claim 3, characterized that the edge area between the electrodes on the top and bottom the piezoceramic by the control in each case in opposite directions Direction is deformed, so here is the piezoceramic below the influence of the transverse effect stretches while they are within this Contracting edge area.

Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Polarisieren der Keramik für den Randbereich zumindest auf einer Seite der Piezokeramik getrennt ansteuerbare Gegen- und Hilfselektroden zum Polarisieren und Ansteuern vorhanden sind, an die beim Betrieb des Tropfenerzeugers verschiedene Spannungen angelegt werden können.Arrangement according to claim 6, characterized that for polarizing the ceramic for the edge area at least on one side of the piezoceramic separately controllable counter and Auxiliary electrodes for polarizing and driving are present at the different voltages applied during operation of the drop generator can be.

Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden so gestaltet sind, dass sie nach einer Matrixstruktur angesteuert werden können und bei n Zeilen von Düsen und m Düsen pro Zeile nur n plus 2 mal m Anschlüsse zum Ansteuern der Düsen erforderlich sind.Arrangement according to claim 6, characterized that the electrodes are designed so that they follow a matrix structure can be controlled and at n lines of nozzles and m nozzles per line only n plus 2 times m connections to control the nozzles required are.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitskammer mit den Düsen jeweils durch Drosselkanäle mit einen Zu- und Abfluss verbunden sind, so dass während des Betriebs der Flüssigkeitskammer gespült werden kann, auch wenn keine Tropfen ausgestoßen werden.Arrangement according to claim 1, characterized that the liquid chamber with the nozzles each through throttle channels associated with an inflow and outflow, so that during the Operation of the liquid chamber rinsed can be, even if no drops are ejected.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zu- und Ablauf mehrere Flüssigkeitskammern mit Düsen hintereinander angeordnet sind, die durch Drosselkanäle verbunden sind.Arrangement according to claim 1, characterized that between the inlet and outlet a plurality of liquid chambers with nozzles arranged one behind the other are through throttle channels are connected.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt der Längseffekt benutzt wird und nur die eine Seite mit Elektroden zum Polarisieren und Ansteuern belegt wird und die Membran aus nichtleitendem Material besteht.Arrangement according to claim 1, characterized that preferably the longitudinal effect is used and only one side with electrodes for polarizing and driving is occupied and the membrane of non-conductive material consists.