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Patent Searching and Data


Title:
FLUID DISCHARGING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/009626
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fluid droplet discharging device comprising a fluid reservoir that is open for discharging fluid droplets and comprising an actuator for pressurizing the fluid serving the discharge thereof. The invention provides that the actuator for acting upon the fluid reservoir operates with actuator sound wave-induced alternating pressure pulses.

Inventors:
WEHL WOLFGANG (DE)
WILD JOERG (DE)
Application Number:
PCT/DE2004/001527
Publication Date:
February 03, 2005
Filing Date:
July 14, 2004
Export Citation:
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Assignee:
FACHHOCHSCHULE HEILBRONN (DE)
WEHL WOLFGANG (DE)
WILD JOERG (DE)
International Classes:
B05B17/06; B23K3/06; (IPC1-7): B05B17/06; B23K3/06
Foreign References:
DE19931110A12001-01-25
US6367925B12002-04-09
US6260741B12001-07-17
US5560543A1996-10-01
US6508196B12003-01-21
Attorney, Agent or Firm:
Pietruk, Claus Peter (Karlsruhe, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung mit einem zum Fluid tröpfchenausgeben geöffneten Fluidvorrat und mit einem Aktor zur das Fluidausgeben bewirkenden Fluiddruckbeauf schlagung, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor zur Be aufschlagung des Fluidvorrates mit aktorschallwellenindu zierten Wechseldruckimpulsen ausgebildet ist.
2. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid'eine Temperatur von wenigstens 150 °C, bevorzugt um 350 °C oder darüber besitzt.
3. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heiß fluid ein geschmolzenes Metall ist.
4. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißfluid ein Lot bzw. eine Lotlegierung ist.
5. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil eines Lotdruckkopfes ist.
6. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Heißfluidtröpfchenausgeben geöffnete Heißfluidvorrat als Kammer mit Kapillaröffnungen gebildet ist.
7. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer mit ei nem größeren Heißfluidvorratsbereich verbunden ist.
8. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer wenigstens eine Ausgabeöffnung aufweist, die zur Ausgabe von Fluidtröpfchen mit einem Durchmesser um ca. 20150 um, insbesondere um 70 um bemaßt ist.
9. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor als piezoelektrischer Aktor gebildet ist.
10. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor mit einer Lamellenstruktur gebildet ist.
11. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor wenigstens einen aktiven und wenigstens einen inaktiven Bereich aufweist, der von dem Wirkende verschieden ist.
12. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor mehrere aktive Bereiche aufweist.
13. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor monolithisch gebildet ist.
14. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein akti ver Bereich von einer vom Fluidvorrat abgewandten Akto rendseite getrennt ist und die Aktorendseite zur Stoß und/oder Schallwellenreflektion ausgebildet ist.
15. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Um gebung des vom Fluidvorrat abgewandten Aktorendes ein Be reich niedriger Schallimpedanz vorgesehen ist, der insbe sondere durch Luft, Gas oder Vakuum gebildet ist.
16. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der Ansprüche 114, dadurch gekennzeichnet, dass am Aktorende eine Zustzmasse zur Schallimpedanzerhöhung angeordnet ist.
17. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor zur Erzeugung von als Zugund/oder Druck wellenimpulsen durch ihn laufenden Wechseldruckimpulsen ausgebildet ist.
18. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schal limpedanz am vom Fluidvorrat abgewandten Ende einen we nigstens um einen Faktor 2, bevorzugt um wenigstens einen Faktor 5 größeren Sprung macht als am Fluidvorrat.
19. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor in zugund/oder. druckfester Verbindung mit einer insbe sondere membranartigen Fluidkammerwand steht.
20. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kam merwand aus Silizium besteht.
21. Fluidtröpfenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aktor eine Gleitführung zugeordnet ist.
22. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor thermisch vom Fluidvorrat zumindest weitgehend entkoppelt ist.
23. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsversorgung für die Aktorerregung vor gesehen ist, die zur Erzeugung unipolarer und/oder zumin dest im Wesentlichen unipolarer Impulse ausgebildet ist.
24. Fluidtröpfchenausgabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung dazu ausgebildet ist, Impul se in einer solchen Abfolge zu erzeugen, dass sich ein erster, durch Reflektion an dem rückwärtigen Aktorende erzeugter Druckstoß im und/oder beim aktiven Bereich mit einem durch Rückdehnung eines zuvor kontraktierten Aktor bereiches erhaltenen Druckimpuls überlagert.
25. Verfahren zur Heißfluidtröpfchenausgabe aus einem Heiß fluidvorrat durch Beaufschlagung eines Heißfluidvorrats mit Wechseldruckimpulsen, wobei die Wechseldruckimpulse zunächst einen Unterdruck auf den Heißfluidvorrat, dann einen erhöhten Druck und dann wiederum einen Unterdruck auf den Heißfluidvorrat ausüben.
Description:
Titel : Fluidausgabevorrichtung Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Bean- spruchte und befasst sich somit mit der Erzeugung von Tröpf- chen von Fluiden insbesondere in einer Heißfluiddruckvorrich- tung und dergleichen.

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen feine Tröpf- chen gesteuert erzeugt werden. Hierzu zählen beispielsweise Tintendrucker, bei denen Tinte aus einem Vorrat auf ein Pa- pier oder dergleichen gespritzt wird, um Texte, Graphiken usw. zu drucken. Dabei sind. eine Reihe von Techniken bekannt, um ein präziseres Druckbild zu erreichen.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, heiße Fluide wie ins- besondere Metalllot oder dergleichen aus einem Heißfluidvor- rat tröpfchenweise auszugeben, um aus dem heißen Fluid erfor- derliche Strukturen aufzubauen. Eine Anwendung findet sich etwa in der Erzeugung von Lot-Bumps, die zur Kontaktierung von Halbleiter-Chips wie Prozessoren und dergleichen eine Verbindung zwischen dem entsprechenden Kontaktbereich auf dem den Prozessor bildenden Siliziumstück und einem weiteren Chip bzw. einer Halterung oder dergleichen bilden kann, in welcher der Chip etwa eingegossen oder auf andere Weise fixiert wird.

Problematisch ist nun, dass gerade für die erwähnten Anwen- dungen eine sehr hohe Präzision und Akkuranz der Lage und Größe der auszugebenden Tröpfchen erforderlich ist. Dem ste- hen Probleme dadurch entgegen, dass das heiße Fluid nur in

erwärmtem Zustand ausgegeben werden kann, was bedeutet, dass die gesamte, für die Ausgabe erforderliche Anordnung auf eine entsprechend hohe Betriebstemperatur gebracht werden muss. Da für einzelne Teile der Vorrichtung, aus welcher das heiße Fluid ausgegeben wird, unterschiedliche Materialien erforder- lich sind, treten sehr oft thermische Spannungen und Dehnun- gen auf. Diese verringern die gewünschte Präzision, wenn, wie typisch, Heißfluidtröpfchen aus einem Heißfluidvorrat in ei- ner Heißfluidvorratskammer ausgegeben werden, welche eine membranartige dünne Wandung besitzt und auf welche wiederum ein Aktor einwirkt. Während der Aktor auf die Membran drückt, wird heißes Fluid aus einer Ausgabeöffnung gepresst. Es ist nun einsichtig, dass unterschiedliche Ausdehnungen usw. der verschiedenen Teile der Heißfluidausgabevorrichtung dazu füh- ren können oder müssen, dass ein per se erforderlicher Ak- torweg bzw. Kraftverlauf nicht, jedenfalls nicht in der oft- mals erforderlichen exakten Reproduzierbarkeit erzeugt werden kann.

Um Heißfluidtröpfchenausgabevorrichtungen einer breiteren An- wendung zuzuführen, ist überdies wünschenswert, eine preis- werte Ausgestaltung zu ermöglichen, eine problemfreie An- steuerung und/oder eine sich schnell wiederholende Ausgabe von Heißfluidtröpfchen. Es wäre wünschenswert, zumindest ei- nige dieser Problembereiche zumindest ansatzweise einer we- nigstens partiellen Lösung zuzuführen. Daneben ist einsich- tig, dass neben Möglichkeiten, mit denen Heißfluidtröpfchen ausgegeben werden sollen, auch neue Ausgabemöglichkeiten für nicht heiße Fluide wünschenswert sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form bean- sprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Un- teransprüchen.

Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken eine Fluidtröpfchenausgabevorrichtung mit einem zum Heißfluidtröpfchenausgeben geöffneten Fluidvorrat und mit einem Aktor zur das Fluidausgeben bewirkenden Fluiddruckbe- aufschlagung vor, bei welcher der Aktor zur Beaufschlagung des Fluidvorrates mit aktorschallwelleninduzierten Wechsel- druckimpulsen ausgebildet ist.

Ein erster wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht somit in der Erkenntnis, das Heißfluidtröpfchen wesentlich präziser ausgegeben werden können, wenn der Vorrat, aus wel- chem sie durch Druckimpulse aus Ausgabeöffnungen herausge- presst werden, mit Wechseldruckimpulsen beaufschlagt wird, also sowohl Überdruck als auch Unterdruck in impulsartiger Form auf den Fluidvorrat ausgeübt wird. Dies ist bevorzugt gegenüber einer monopolaren Druckbeaufschlagung, bei welcher lediglich ein Überdruckimpuls angelegt wird und gegebenen- falls noch ein geringes, langsames Unterschwingen bei Rück- stellen des Aktors auftreten kann. Es ist dabei beachtens- wert, dass nicht nur die Durchführbarkeit einer Wechseldruck- impulsbeaufschlagung, wie sie prinzipiell von Tintendruckern bekannt war, auch für andere Fluidausgabevorrichtungen er- kannt werden mußte, was für allgemeine Fluide wegen der oft typisch vollständig anderen Tröpfchenparameter etwa bezüglich der Tropfendichte, Masse, Viskosität usw. nicht zu erwarten war, sondern dass überdies auch eine besondere Art der Wech- seldruckimpulserzeugung gelehrt wird, nämlich durch Schall- wellen, die in einem Festkörper aktorinduziert, also durch \

diesen erzeugt, werden. Diese Art der Schallwellenerzeugung in einem Festkörper und das Einkoppeln der Festkörper in das Fluid sind dabei streng zu unterscheiden von der bekannten Erzeugung von Schallwellen im Fluid selbst. Die vorliegende Erfindung erlaubt nämlich durch die entfernt vom Fluid erfol- gende Schallwellengeneration im Festkörper, auch Fluide mit hohen oder gegebenenfalls sehr niederen Temperaturen ohne Ak- torbeeinträchtigung auszuspritzen. Der Festkörper kann dabei typisch mit dem Aktor identisch sein ; dann laufen die Schall- wellen durch den Aktor, der zu deren Erzeugung erregt wird, und treffen schließlich auf das Fluid.

In einer bevorzugten Variante wird das Fluid ein Heißfluid sein und bevorzugt wenigstens eine Temperatur von 150 °C auf- weisen ; bevorzugt liegen die Temperaturen noch darüber.

Sie können um 350 °C liegen oder noch weiter angehoben wer- den, wobei kritisch die sich ergebende Temperatur des Aktors ist, etwa wenn dieser wie bevorzugt möglich als piezoelektri- scher Aktor gebildet ist, dessen Curie-Temperatur die maximal zulässige Betriebstemperatur begrenzt. Dies ist möglich, weil das Fluid entfernt vom Ort liegen kann, an welchem der Aktor Schallwellen erzeugt ; die Strecke zwischen Fluid und aktivem Aktorbereich isoliert dann thermisch.

Als Heißfluid wird typisch ein geschmolzenes Metall verwen- det. Bei diesem Metall kann es sich insbesondere um ein Lot bzw. eine Lotlegierung handeln, so dass die Heißfluidtröpf- chenausgabevorrichtung insbesondere Teil eines Lotdruckkopfes sein kann, wie er etwa für die Kontaktierungen von Halblei- ter-Chips einsetzbar ist.

In einer bevorzugten Variante ist der (Heiß-) Fluidvorrat als Kammer gebildet, die insbesondere von einer Seite her geheizt werden kann, um das Fluid auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen oder dort zu halten, und welche von der anderen Sei- te her insbesondere an einer Membranwand vom Aktor mit Wech- seldruckimpulsen beaufschlagt werden kann.

Eine bevorzugte Variante wird erhalten, wenn die Kammer mit Ausgabeöffnungen versehen wird, die als Kapillaröffnungen mit einem Durchmesser zwischen insbesondere 20 bis 150 um verse- hen sind. In. einer praktischen Ausführungsform wurde eine'Ka- pillaröffnung von um 70 um verwendet. Es ist aber einsichtig, dass, insbesondere dann, wenn Halbleiterstrukturen kleiner werden, eine Anpassung auch der Kontaktflächen erwünscht ist und somit die Tröpfchengrößen von dafür vorgesehenen Lot- tröpfchen verringert werden sollen, was durch Anpassung der Ausgabeöffnungsgrößen möglich ist. Überdies ist einsichtig, dass, wenn von einem Ausgabeöffnungsdurchmesser die Rede ist, sich diese Größe auf eine äquivalente Fläche bezieht, ohne dass zwingend eine kreisrunde Ausgabeöffnung vorhanden sein muss. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass an Stelle von runden Öffnungen auch Ausgabeöffnungen mit viereckigem Quer- schnitt etwa durch Ätzen der Öffnungen in Siliziumstrukturen und/oder mit hochenergetischen Laserstrahlen erhalten werden können.

Der Aktor wird typisch als piezoelektrischer Aktor gebildet sein. Dabei kann er Lamellenstrukturen aufweisen, wie sie per se etwa aus der DE 199 31 110 Al bekannt sind. In diesen pie- zoelektrischen Aktoren sind Schallwellen wie erforderlich er- zeugbar. Es sei hierbei im übrigen darauf hingewiesen, dass die sich mit Heißfluidtröpfchenerzeugung allgemein befassen-

den früheren Schutzrechtsanmeldungen der vorliegenden Erfin- der zu Offenbarungszwecken vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung eingegliedert sind.

Der Aktor ist in einer bevorzugten Variante so gebildet, dass er wenigstens einen aktiven und wenigstens einen inaktiven Bereich aufweist, der von dem Wirkende, an welchem der Aktor auf die insbesondere membranartige Umgrenzung des Fluidvorra- tes einwirkt, verschieden ist.

Alternativ zum Vorsehen eines aktiven und eines inaktiven Be- reiches wäre es möglich, einen durchgehend aktiven Aktor vor- zusehen, der aber in unterschiedlicher Weise erregt wird, was bei einem piezoelektrischen Aktor mit Lamellenstruktur etwa dadurch geschehen könnte, dass zeitlich versetzte und/oder in unterschiedliche Richtungen verlaufende elektrische Impulse an diesen angelegt werden, obgleich die Verwendung unipolarer elektrischer Impulse stark bevorzugt ist.

Es ist möglich, dass der Aktor mehrere aktive Bereiche auf- weist, was vorteilhaft sein kann, wenn sehr starke Impulse und/oder sehr kurz hintereinander laufende Impulse bzw. je- weils Wechselimpulse erzeugt werden sollen. Der Aktor selbst kann monolithisch gebildet sein, wie per se für Aktoren be- kannt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der aktive Bereich oder zumindest ein aktiver Bereich beabstandet von einer oder der Aktorendseite, die vom Fluidvorrat abgewandt sind. Die Aktorendseite kann daher zur Reflektion einer in dem Aktor verlaufenden Stoß-bzw. Schallwelle ausgebildet sein. Mit anderen Worten wird im Aktor in einer bevorzugten

Variante in einem aktiven Bereich eine Longitudinal-Welle er- zeugt, diese am Aktorende reflektiert und sodann insbesondere durch Überlagerung weiterer Pulse aus dem aktiven Bereich ei- ne durch den Aktor verlaufende Stoßwellenform erreicht, die die gewünschte Wechseldruckbeaufschlagung ergibt. Während es prinzipiell möglich ist, einen Aktor so auszubilden, dass er sowohl einen Über-als auch einen Unterdruckimpuls in einem (Heiß-) Fluidvorrat erzeugt, auch ohne auf einen piezoelektri- schen Aktor Rückgriff zu nehmen, ist die als bevorzugt be- schriebene Anordnung, bei welcher im Aktor piezoelektrisch Stoß-bzw. Schallwellen erzeugt werden, aus denen die erfor- derlichen Wechseldruckimpulse durch Überlagerung mehrerer Ak- torerregungen erhalten werden, deshalb besonders bevorzugt, weil sie eine baulich und ansteuerungsmäßig sehr einfache Ausbildung der Heißfluidtröpfchenausgabevorrichtung erlauben.

In einer bevorzugten Variante wird die Stoß-und/oder Schall- wellenreflektion durch insbesondere am vom Fluidvorrat abge- wandten Ende angebrachte zusätzliche Massen, wie hammerförmi- ge Verdickungen oder dergleichen, erreicht und/oder dadurch, dass der Aktor sich zumindest nahezu ungehindert dehnen und/oder kürzen kann, also nicht fest angebracht, einstückig mit einer rückwärtigen Abstützung oder z. B. nur durch eine Gleitführung in seiner Lage bestimmt ist. Diese Anordnung führt einerseits zu der gewünschten Reflektion am Aktorende mit oder ohne Phasenumkehr von im Aktorinneren laufenden Stoß-und/oder Schallwellen und reduziert zudem das Auftreten von thermischen Spannungen in den Aktoren, wobei durch die Verringerung thermischer Spannungen und dergleichen wiederum eine Verbesserung der Präzision und/oder Akkuranz der Tröpf- chenausgabe erreicht wird.

Es ist einsichtig, dass bei Fehlanpassungen der Schallimpe- danz zum Fluidvorrat bzw. zur Fluidvorratswandung auch dort ein Impedanzsprung für die Schallimpedanz auftreten könnte.

Typisch werden aber konstruktive Maßnahmen, etwa zur Impe- danzangleichung von Aktor und Übergangsstelle zum Heiß- fluidsystem ergriffen, um hier eine weitgehende Einkopplung der Schallenergie in den Heißfluidvorrat zu bewirken. An dem der Fluidseite abgewandten Ende des Aktors wird dagegen ty- pisch besonders ein starker Impedanzübergang vorgesehen, um dorthin laufende Stoß-und/oder Schallwellen reflektieren zu lassen. Es ist einerseits prinzipiell eine Sprungstelle zu großen Impedanzen möglich, bei der Schallwellen ohne Phasen- wechsel reflektiert werden ; ein derartiger Impedanzsprung kann etwa durch eine endseitig angebrachte Zusatzmasse be- wirkt werden. Eine Sprungstelle zu sehr kleinen Impedanzen lässt Stoß-und/oder Schallwellen hingegen zwar ebenfalls re- flektieren, allerdings mit dem Unterschied, dass sich dabei die Phase der Welle um 180° ändert. Ein derartiger Impedanz- sprung ist konstruktiv besonders einfach dadurch zu erzielen, dass das Aktorende unbefestigt an Luft grenzt. Dabei muss der Schallimpedanzsprung nicht genau so groß sein, wie er sich bei einem in Luft frei beweglichen Aktor ergibt, weil etwa Kühlfluide vorgesehen sein könnten, die den Aktor kühlen und es ist, wie unmittelbar einsichtig sein wird, möglich, auch am vorderen Ende die Schallimpedanzen nicht exakt auf jene der Heißfluidvorratswandmembran anzupassen. Die größere Ände- rung am vom Heißfluidvorrat abgewandten Ende sorgt jedoch da- für, dass zumindest ein überwiegender Teil der Druckimpulse in den Heißfluidvorrat hinein beaufschlagend wirken, während sie auf der anderen Seite weitgehend reflektiert werden.

Der Aktor wird mit der (Heiß-) Fluidkammerwand typisch in druck-und/oder zugfester Verbindung stehen, d. h. derart da- mit in Eingriff befindlich sein, dass sowohl Über-als auch Unterdruckimpulse übertragen werden können. Es werden im all- gemeinen bei den typisch stets offenen, ventilfreien Drop-on- Demand-Systemen lediglich pulsartige Druckimpulse, nicht aber statische oder quasistatische Drücke erzeugt. Es sei aber er- wähnt, dass von Über-bzw. Unterdruckimpulsen auch dann die Rede ist, wenn der Aktor per se schon im Mittel einen gerin- gen Überdruck ausübt, der bei Unterdruckimpulsen lediglich verringert wird. Eine solche Ausbildung könnte vorteilhaft sein, wenn lediglich erreicht werden soll, dass das Heißfluid sich vor dem eigentlichen Ausstoß etwas aus einer Kapillar- öffnung zurückzieht, aber ein sehr hoher Druck zum Auspressen aus der Heißfluidkammerwand erforderlich ist.

Die Kammerwand wird, in bevorzugten Varianten insbesondere für Lotdruckköpfe, aus Siliziummaterial bestehen, das sich besonders gut strukturieren lässt und überdies hinreichend temperaturbeständig ist. Die Verwendung anderer Materialien sei aber als möglich gleichfalls erwähnt.

In einer bevorzugten Variante ist der Aktor thermisch zumin- dest weitgehend vom Heißfluidvorrat entkoppelt. Dies kann et- wa durch eine spitzenartige Verjüngung des auf die Heißfluid- vorratswandung wirkenden Aktorendes geschehen und/oder durch thermisch isolierende Beläge auf der Heißfluidsvorratswandung und/oder der Aktorspitze. Es ist einsichtig, dass ungeachtet der thermischen Entkopplung, die gewünscht wird, für eine ausreichende Anpassung der Schallimpedanz Sorge zu tragen ist.

Die Spannungsversorgung, mit welcher piezoelektrische Aktoren erregt werden, kann insbesondere ausschließlich unipolare be- ziehungsweise, bei etwa geringem Unterschwingen, zumindest weitgehend unipolare Impulse erzeugen. Dies erlaubt eine be- sonders kostengünstige Ausgestaltung der Spannungsversorgung, die lediglich in der Lage sein muss, hinreichend kurze und/oder starke und in der erforderlichen zeitlichen Reihen- folge ausgegebene Spannungsimpulse an den Aktor bzw. den oder die aktiven Aktorbereiche auszugeben.

Schutz wird auch beansprucht für ein Verfahren zur (Heiß')- Fluidtröpfchenausgabe, bei welchem der (Heiß-) Fluidvorrat mit Wechselimpulsen beaufschlagt wird.

Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise an Hand der Zeichnungen beschrieben. In dieser ist gezeigt durch : Fig. 1 : eine Heißfluidtröpfchenausgabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ; Fig. 2 : eine Veranschaulichung des Druckwellen- verlaufes im Aktor ; Fig. 3 : der sich am Heißfluidvorrat einstellende Wechseldruckimpulsverlauf ; Fig. 4 : Varianten der Aktorausgestaltung.

Nach Fig. 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Heiß- fluidtröpfchenausgabe mit einem an einer Öffnung 2 zum Heiß- fluidtröpfchenausgeben geöffneten Heißfluidvorrat 3 einen Ak- tor 4, der zum Beaufschlagen des Heißfluidvorrates mit von diesem Aktor erzeugten, schallenwelleninduzierten Wechsel- druckimpulsen ausgebildet ist.

Die Heißfluidtröpfchenausgabevorrichtung 1 dient im vorlie- genden Fall zur Ausgabe von Lotlegierungströpfchen mit hoher Wiederholfrequenz und hoher Akkuranz. Sie ist in einer geeig- neten Halterung, die als Gleitführung dient, beweglich ange- ordnet (nicht gezeigt).

Die Öffnung 2 ist als Kapillaröffnung in einem strukturierten Siliziumelement gebildet, wie es per se im Stand der Technik bekannt ist, und hier zur Ausgabe von Heißfluidtröpfchen mit einem Durchmesser von 70 um bemaßt. Die Öffnung ist zum Heiß- fluidausstoß quer zur Aktorlängsrichtung angeordnet.

Der Heißfluidvorrat 3 ist in einer Siliziumkammer 3a angeor- dent, die zum Aktor 4 hin eine Siliziummembran 3b besitzt und welche mit einem größeren Heißfluidvorrat (nicht gezeigt) durch eine langgestreckte Drosselöffnung kommuniziert. Die Heißfluidkammer 3a ist auf einem Träger angeordnet, der hier aus Pyrex-Glas 3c gebildet ist und von der aktorabgewandten Seite 3d mit einem Heizelement 3e auf die gewünschte Be- triebstemperatur von z. B. 350 °C gebracht wird.

Der Aktor 4 ist als piezoelektrischer Lamellenaktor mono- lithisch wie per se bekannt aufgebaut und weist somit auch eine hier schallimpedanzanpassende Spitze 4a auf, in welcher der zug-und druckfeste Übergang zur Membranwand 3b erfolgt.

Abweichend von bekannten Aktoren wird aber lediglich ein Teilbereich 4b des Aktors, der in Fig. 1 hell dargestellt ist, mit einer unipolaren Spannung beaufschlagt, wie durch Pfeil 5 dargestellt. Dieser nach Fig. 1 einzelne aktive Be- reich ist vom Ende 4c des Aktors, welches dem Heißfluidvorrat abgewandt ist, und von der Wirkspitze 4a beabstandet. Bei- spiele für praktische Realisierungen der Breite eines einzel-

nen aktiven Bereiches 4b, der Aktorspitze 4a, des Bereiches dazwischen 4e und des Abstandes des aktiven Bereiches 4b zum Ende 4c sind durch die Pfeile a, b, c, d in Fig. 2 wiederge- geben. Es sei darauf hingewiesen, dass über die Dimensionie- rung dieser Elemente die Pulslaufzeiten und die sich einstel- lenden Kraftverläufe verändert werden können.

Der Aktor 4 ist im hinteren Bereich durch eine Gleitführung 6 gehalten, die den Aktor ohne signifikante Beeinträchtigung seiner Beweglichkeit so führt, dass auf die Verbindungsstelle zwischen dem Aktor... 4 und der Membranwand 3b kein belastendes Moment wirken kann, indem Gleitführung 6 vertikale Bewegungen verhindert, jedoch Stoß-und/oder Schallwellen, die durch den Aktor 4 nach vorne oder hinten laufen, ungehindert und unbe- dämpft passieren lässt.

Die Anordnung wird verwendet wie folgt : Es wird zunächst das Fluid in gewohnter Weise auf die erfor- derliche Temperatur erwärmt. Dann wird eine Spannung U für eine Zeit t = to bis t2 (vergleiche Fig. 2) an den aktiven Bereich 4b angelegt. Dieser kontrahiert sich beim Anlegen des Spannungsimpulses und es entsteht eine durch den Aktor lau- fende Kontraktionswelle, die zum einen in Richtung auf die vordere Spitze 4a läuft und zum anderen in Richtung auf das rückwärtige Ende. Am rückwärtigen Ende tritt auf Grund der sprungartigen Impedanzverminderung eine Reflektion mit Pha- senumkehr auf. Dabei wird die Kontraktionswelle in eine Druckwelle umgewandelt, d. h. an Stelle der vorherigen Kon- traktion folgt nun eine Expansion des Materials. Während der reflektierte Impuls zur Zeit t2 durch den aktiven Bereich als Expansionswelle läuft, wird die Spannung am Aktor wieder ab-

geschaltet. Dies führt dazu, dass sich der Aktorbereich 4b wiederum dehnt und eine Überhöhung der Expansionswelle, die in Richtung der Aktorspitze läuft, auftritt. Es ist einsich- tig, dass aus den Laufzeiten der Schallwelle durch den Aktor, der Ausdehnung des aktiven Bereiches sowie der Entfernung d des aktiven Bereiches zum freien Ende 4c des Aktors die er- forderliche Pulsdauer des Spannungsimpulses U bestimmt werden kann, und es ist weiter einsichtig, dass nicht ausschließlich ein dauerhafter Puls angelegt werden muss. Vielmehr wäre eventuell ein Puls mit anderer Flankenform anzulegen und/oder ein Pulszug zur Erregung, falls dies gewünscht wäre, wobei auch ein bestimmter Pulsverlauf vorgegeben werden könnte.

Zum Zeitpunkt t3 ist jetzt die Kontraktionswelle aus dem Ein- schalten des Spannungsimpulses zur Zeit to fast bis zur Ak- torspitze gelaufen, die am hinteren Aktorende reflektierte Welle ist mit der entspannungserzeugten Druckwelle überlagert und hat den aktiven Bereich in Richtung auf die Aktorspitze verlassen, während die entspannungserzeugte Welle, die durch den Aktor in Richtung auf das freie Aktorende 4c läuft, gera- de an diesem freien Aktorende 4c reflektiert wird, was durch den Phasensprung wiederum zu einer Unterdruckwelle im Aktor führt. Wenn diese Schallwellenpakete nun in Richtung auf die Aktorspitze weiter zulaufen, wie auf den Teilbildern t4, t5, t6, t7, t8 in Fig. 2 angedeutet, ergibt sich auf der Aktor- <BR> <BR> spitze bzw. der Heißfluidmembran 3b zunächst ein Unterdruck,<BR> dann, kurze Zeit später, ein wesentlich größerer Überdruck, und dann, einige Zeit später, wieder ein Unterdruck.

Dieser akustische Druckverlauf führt dazu, dass das in der Düse kapillarisch gehaltene Fluidmaterial etwas zurückgezogen wird, dann das Fluid aus der so quasi vordefinierten Lage mit

hohem Druck ausgestoßen wird und dann, quasi sofort danach, eventuell noch in der Kapillaröffnung vorhandenes Heißfluid wieder zurückgezogen wird. Dies trägt zu einer sehr exakten Wiederholbarkeit bei, ungeachtet von Kapillareffekten, Aus- dehnungen usw. und erlaubt hohe Ausstoßfrequenzen.

In der Zeit bis zum nächsten Stoß strömt gedrosselt Material aus dem Vorrat in die Heißfluidkammer nach.

Es ist einsichtig, dass durch geeignete Impulsformen und/oder Aktorbereichsanordnungen andere Pulsverläufe erhalten werden können, falls dies gewünscht wird. Die Art und Weise, wie dies mit einfachen Mitteln möglich ist, wird auch aus dem Vorstehenden ersichtlich sein. Eine erste Variante der Akto- ranordnung ist in Fig. 4a gezeigt, wonach der aktive Bereich 4b'größer gewählt ist und zudem am freien Aktorende 4c'eine trägheiterhöhende Verdickung 4c vorgesehen ist. Fig. 4b zeigt, dass mehrere aktive Bereiche 4b'getrennt von inaktiven Bereichen 4e vorgesehen sein können.