DE3586998T2 - INK-JET PRINTER. - Google Patents
INK-JET PRINTER.Info
- Publication number
- DE3586998T2 DE3586998T2 DE8989117232T DE3586998T DE3586998T2 DE 3586998 T2 DE3586998 T2 DE 3586998T2 DE 8989117232 T DE8989117232 T DE 8989117232T DE 3586998 T DE3586998 T DE 3586998T DE 3586998 T2 DE3586998 T2 DE 3586998T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- nozzle
- channel
- liquid
- meniscus
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1631—Manufacturing processes photolithography
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1606—Coating the nozzle area or the ink chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/162—Manufacturing of the nozzle plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1626—Manufacturing processes etching
- B41J2/1629—Manufacturing processes etching wet etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1632—Manufacturing processes machining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1643—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by plating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/02—Air-assisted ejection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Tintenstrahldrucker und spezieller auf einen Tintenstrahldruckkopf des Typs, in dem eine Flüssigkeit durch axial ausgerichtete, hintere und vordere Kanäle durch die sich überlagernden Wirkungen des elektrischen Feldes und des Luftdruckgradienten ausgestoßen wird.The present invention relates generally to inkjet printers and more particularly to an inkjet printhead of the type in which a liquid is ejected through axially aligned rear and front channels by the combined effects of the electric field and the air pressure gradient.
Ein Tintenstrahldruckkopf des im US-Patent 4,403,234 gezeigten und beschriebenen Typs enthält ein vorderes Düsenelement, das an einem Gehäuse befestigt ist, um eine Laminarstromluftkammer auszubilden. Das Gehäuse ist mit einem hinteren Kanal ausgebildet, der zu einem in dem vorderen Düsenelement vorgesehenen, vorderen Kanal ausgerichtet ist. Der hintere Kanal ist durch ein elektrisch leitfähiges Rohr an eine Flüssigkeitsversorgung angeschlossen, um einen Meniskus an dem Ausgangsende des hinteren Kanals zu erzeugen. Das elektrisch leitfähige Rohr ist an eine Spannungsquelle angeschlossen, um die Flüssigkeit in dem hinteren Kanal in bezug auf den vorderen Kanal auf zuladen, so daß ein elektrischer Feldgradient zwischen dem Meniskus und dem vorderen Kanal erzeugt wird. Die Luftstromkammer ist an eine Druckluftquelle angeschlossen, um einen Luftdruckgradienten zwischen den Ausgangsenden des hinteren und des vorderen Kanals zu erzeugen. Wegen der sich überlagernden Wirkungen der Feld- und Druckgradienten, wird der Meniskus nach vorn gezogen und durch den vorderen Kanal auf eine Schreibfläche ausgestoßen.An ink jet printhead of the type shown and described in U.S. Patent 4,403,234 includes a front nozzle element secured to a housing to form a laminar flow air chamber. The housing is formed with a rear channel aligned with a front channel provided in the front nozzle element. The rear channel is connected to a liquid supply by an electrically conductive tube to create a meniscus at the exit end of the rear channel. The electrically conductive tube is connected to a voltage source to charge the liquid in the rear channel with respect to the front channel so that an electric field gradient is created between the meniscus and the front channel. The air flow chamber is connected to a source of compressed air to create an air pressure gradient between the exit ends of the rear and front channels. Due to the overlapping effects of the field and pressure gradients, the meniscus is pulled forward and ejected through the anterior canal onto a writing surface.
Der Meniskus ist jedoch gegenüber Störungen sehr empfindlich, die erzeugt werden, wenn der Druckkopf über die Schreibfläche scannt, und wird instabil, wenn er in die ursprüngliche Gestalt nach Ausstoß eines Tropfens zurückkehrt.However, the meniscus is very sensitive to disturbances generated when the print head scans across the writing surface and becomes unstable when it returns to its original shape after a drop is ejected.
Das Patent Abstract of Japan, Vol. 9, No. 57 (M-363) (1780) zeigt einen Tintenstrahldrucker des in der vorliegenden Anmeldung betroffenen Typs, wo eine Luftzuführung vor einem Durchgang durch einen Auslaß scharf umgelenkt wird, und ein elektrisches Feld wird beim Betrieb in dem Bereich angelegt, wo der Tintentropfenmeniskus ausgebildet wird.The Patent Abstract of Japan, Vol. 9, No. 57 (M-363) (1780) shows an ink jet printer of the type concerned in the present application, where an air supply is sharply deflected before passing through an outlet, and an electric field is applied during operation in the region where the ink drop meniscus is formed.
Die EP-A-109755 ist mit der Herstellung einer Düse für einen Tintenstrahldruckkopf befaßt, wobei Ätzverfahren angewendet werden.EP-A-109755 is concerned with the manufacture of a nozzle for an ink jet print head using etching processes.
Das Patent Abstract of Japan, Vol. 6, No. 201 offenbart eine Tintendüsenplatte für einen Tintenstrahldrucker, in der die Innenwand der Tintendüse und die Vorderfläche der Düsenplatte um die Tintendüse mit tinteabweisendem Material ausgekleidet ist.Patent Abstract of Japan, Vol. 6, No. 201 discloses an ink nozzle plate for an ink jet printer in which the inner wall of the ink nozzle and the front surface of the nozzle plate around the ink nozzle are lined with ink repellent material.
Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Tintenstrahldrucker mit folgenden Bauteilen versehen:According to the present invention, an inkjet printer is provided with the following components:
einer Druckluftquelle;a compressed air source;
einem Flüssigkeitsbehälter;a liquid container;
einem Tintenstrahldruckkopf, der ein vorderes Düsenelement mit einem vorderen Kanal, ein Gehäuse, das an dem vorderen Düsenelement befestigt ist, ein hinteres Düsenelement, das mit dem Gehäuse eine Flüssigkeitskammer definiert, die an den Behälter angeschlossen ist und mit dem vorderen Düsenelement eine Laminarstromluftkammer definiert, wobei das hintere Düsenelement eine nach vorn vorstehende Düse und einen hinteren Kanal enthält, der sich aus der Flüssigkeitskammer nach vorn in axialer Flucht mit dem vorderen Kanal erstreckt, wobei die vorderen und hinteren Düsenelemente beide als eine flache Scheibe ausgebildet und einander gegenüberliegend angebracht sind, und die nach vorn vorstehende Düse die Form eines Rings hat, der von dem als flache Scheibe ausgebildeten hinteren Düsenelement als eine Verlängerung des hinteren Kanals zur Ausbildung eines Meniskus an einem vorderen Ende der Verlängerung vorsteht, wobei der ringförmige Vorsprung im wesentlichen in radialen Abmessungen dem vorderen Kanal entspricht, wobei die Luftstromkammer an die Luftquelle angeschlossen ist, um die Luft an einen Punkt zwischen dem vorderen und dem hinteren Kanal zu leiten, so daß sie eine scharfe Umlenkung am Eingang in den vorderen Kanal erfährt, die auf dem Weg zwischen den Vorderenden des vorderen und des hinteren Kanals einen starken Druckgradienten und als Folge des starken Druckgradienten einen Bereich ruhender Luft um den Meniskus schafft;an inkjet printhead comprising a front nozzle element having a front channel, a housing attached to the front nozzle element, a rear nozzle element defining with the housing a liquid chamber connected to the reservoir and defining with the front nozzle element a laminar flow air chamber, the rear nozzle element including a forwardly projecting nozzle and a rear channel extending forwardly from the liquid chamber in axial alignment with the front channel, the front and rear nozzle elements are both formed as a flat disc and mounted opposite one another, and the forwardly projecting nozzle is in the form of a ring which projects from the flat disc rear nozzle element as an extension of the rear channel to form a meniscus at a front end of the extension, the annular projection substantially corresponding in radial dimensions to the front channel, the air flow chamber being connected to the air source for directing the air to a point between the front and rear channels so that it undergoes a sharp turn at the entrance to the front channel which creates a strong pressure gradient on the way between the front ends of the front and rear channels and, as a result of the strong pressure gradient, a region of still air around the meniscus;
einer ringförmigen Elektrode, die an dem vorderen Ende des vorderen Kanals befestigt ist, Einrichtungen zum Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen der Elektrode und der Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer, um einen elektrischen Feldgradienten zwischen dem vorderen Kanal und dem Meniskus zu schaffen, um zu erreichen, daß der Meniskus zum Teil durch den vorderen Kanal austritt; undan annular electrode secured to the front end of the anterior channel, means for applying an electrical potential between the electrode and the liquid in the liquid chamber to create an electrical field gradient between the anterior channel and the meniscus to cause the meniscus to partially exit through the anterior channel; and
einer Einrichtung zum Anschließen des Flüssigkeitsbehälters an die Luftquelle, so daß beim Fehlen des elektrischen Feldgradienten der Flüssigkeitsdruck in dem hinteren Kanal mit den sich überlagernden Kräften des auf den Meniskus wirkenden Luftdruckes und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit statisch im Gleichgewicht steht;a device for connecting the liquid container to the air source so that in the absence of the electric field gradient the liquid pressure in the rear channel is in static equilibrium with the superimposed forces of the air pressure acting on the meniscus and the surface tension of the liquid;
einer ersten flüssigkeitsabweisenden Schicht, die die vorderen und hinteren Endabschnitte des vorderen Kanals und Innenwände des vorderen Kanals bedeckt; unda first liquid-repellent layer covering the front and rear end portions of the front channel and inner walls of the front channel; and
einer zweiten flüssigkeitsabweisenden Schicht, die das Vorderende und die Außenwände des ringförmigen Vorsprungs bedeckt.a second liquid-repellent layer covering the front end and the outer walls of the annular projection.
Das Düsenelement kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das die Schritte umfaßt:The nozzle element can be manufactured by a method comprising the steps of:
a) Ätzung einer ersten Oberfläche eines Substrats auf eine vorbestimmte Tiefe entsprechend eines ersten Musters, um eine vorstehende Düse mit einer Düsenöffnung darin zu formen,wobei das Substrat aus einem lichtempfindlichen Glas oder aus einem Laminat eines Isoliermittels und einer Schicht eines Materials, das dem Isoliermittel unähnlich ist, zusammengesetzt ist, wobei die Schicht die erste Oberfläche ausbildet; unda) etching a first surface of a substrate to a predetermined depth according to a first pattern to form a protruding nozzle having a nozzle opening therein, wherein the substrate is composed of a photosensitive glass or of a laminate of an insulating agent and a layer of a material dissimilar to the insulating agent, the layer forming the first surface; and
b) Ätzung einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats auf eine vorbestimmte Tiefe, um einen Kanal zu formen, der sich zu der Düsenöffnung erstreckt und zu dieser axial ausgerichtet ist.b) etching a second, opposite surface of the substrate to a predetermined depth to form a channel extending to and axially aligned with the nozzle orifice.
Die Ausbildung des Bereichs ruhender Luft in der Düse des Druckers der Erfindung bewirkt, daß der Meniskus konvex wird, was eine hohe elektrische Feldstärke erzeugt und die für das Abreißen des Meniskus in einen Tropfen erforderliche Minimalspannung reduziert.The formation of the still air region in the nozzle of the printer of the invention causes the meniscus to become convex, which creates a high electric field strength and reduces the minimum voltage required to break the meniscus into a drop.
Der zweistufige Ätzvorgang ist für die Senkung der benötigten Zeit von Vorteil, um die vorstehende Düse herzustellen, da er Abweichungen der Düsenöffnungsgröße minimiert, die als Ergebnis der Neigung des Substratmaterials, auf einem Einzelsubstrat an den Seiten zu erodieren, auftreten könnten. Weiterhin kann die Bohrung an dem hinteren Ende der Düsenöffnung geeignet dimensioniert werden, so daß ihr Querschnitt größer als der von der Düsenöffnung ist und indem der Widerstand reduziert wird, ermöglicht sie der Flüssigkeit die Durchströmung.The two-stage etching process is advantageous for reducing the time required to produce the protruding nozzle, as it minimizes variations in the nozzle orifice size that could occur as a result of the tendency of the substrate material to erode at the sides on a single substrate. Furthermore, the bore at the rear end of the nozzle orifice can be appropriately dimensioned so that its cross-section is larger than that of the nozzle orifice and by Resistance is reduced, allowing the fluid to flow through.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin detailliert durch Beispiel mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:The present invention will be further described in detail by example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Tintenstrahldruckers ist, der einen Druckkopf der vorliegenden Erfindung in sich aufnimmt;Fig. 1 is a block diagram of an ink jet printer incorporating a print head of the present invention;
Fig. 2 eine Darstellung von Einzelheiten eines Druckkopfabschnittes von Fig. 1 ist;Fig. 2 is a detailed illustration of a print head section of Fig. 1;
Fig. 3 eine Darstellung ist, die zur Beschreibung der vorteilhaften Wirkung der vorstehenden Düse der Erfindung nützlich ist;Fig. 3 is a diagram useful for describing the advantageous effect of the above nozzle of the invention;
Fig. 4A bis 4F Darstellungen von verschiedenen Modifikationen der hinteren Düsenscheibe sind;Fig. 4A to 4F are illustrations of various modifications of the rear nozzle disk;
Fig. 5A bis 5G Darstellungen von Herstellungsschritten einer hinteren Düsenscheibe des Druckkopfes nach der Erfindung sind;Figs. 5A to 5G are illustrations of manufacturing steps of a rear nozzle disk of the print head according to the invention;
Fig. 6 eine Darstellung eines modifizierten Schritts von Fig. 5C ist;Fig. 6 is an illustration of a modified step of Fig. 5C;
Fig. 7A und 7B Darstellungen von einer weiteren Modifikation von Fig. 5C sind;Figs. 7A and 7B are illustrations of a further modification of Fig. 5C;
Fig. 8A bis 8F Darstellungen eines zweiten Verfahrens zur Herstellung der hinteren Düsenscheibe sind; Fig. 9A bis 9F Darstellungen eines dritten Verfahrens zur Herstellung der hinteren Düsenscheibe sind;8A to 8F are illustrations of a second method of manufacturing the rear nozzle disk; 9A to 9F are illustrations of a third method of manufacturing the rear nozzle disk;
Fig. 10 eine Querschnittsansicht von einer nach der vorliegenden Erfindung hergestellten hinteren Düsenscheibe ist.Figure 10 is a cross-sectional view of a rear nozzle disk made according to the present invention.
Fig. 11A bis 11C Querschnittsansichten von Ausführungsbeispielen sind, in denen die tinteabweisenden Schichten auf den Düsenelementen ausgebildet sind; undFigs. 11A to 11C are cross-sectional views of embodiments in which the ink-repellent layers are formed on the nozzle elements; and
Fig. 12A und 12B Darstellungen einer Vorrichtung zum Aufbringen einer tinteabweisenden Schicht auf ein Düsenelement sind.Fig. 12A and 12B are illustrations of an apparatus for applying an ink repellent layer to a nozzle element.
Bezogen auf die Fig. 1 wird ein Tintenstrahldruckkopf und seine zugeordneten Einrichtungen nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der Druckkopf 1 enthält eine vordere Düsenscheibe 2 mit einem vorderen Kanal 3. Die vordere Düsenscheibe 2 ist aus einem Isolationsmaterial hergestellt und an einem hinteren Gehäuse 4 aus Isolationsmaterial befestigt. Das hintere Gehäuse ist mit einer Flüssigkeitskammer 5 ausgebildet, um darin aus einem Tintenbehälter 6 durch ein elektrisch leitfähiges Rohr 6a zugeführte Tinte aufzunehmen. Die Flüssigkeitskammer 5 ist vorn mit einer hinteren Düsenscheibe 7 ausgebildet, die eine vorstehende Düse 8 aufweist. Ein hinterer Kanal 9 ragt aus der Flüssigkeitskammer 5 durch die vorstehende Düse 8 in axialer Flucht mit dem vorderen Kanal 3, so daß die Tinte in der Flüssigkeitskammer 5 hindurchgeführt werden kann, um am äußeren Ende einen Meniskus auszubilden. Die vordere Düsenscheibe 2 definiert mit der hinteren Düsenscheibe 7 eine scheibenähnliche Laminarstromluftkammer 10a einer Luftkammer 10 und definiert mit dem hinteren Gehäuse 4 einen ringförmigen Abschnitt 10b.Referring to Fig. 1, there is shown an ink jet print head and its associated devices according to a preferred embodiment of the invention. The print head 1 includes a front nozzle disk 2 having a front channel 3. The front nozzle disk 2 is made of an insulating material and is secured to a rear housing 4 of insulating material. The rear housing is formed with a liquid chamber 5 for receiving ink supplied thereto from an ink container 6 through an electrically conductive tube 6a. The liquid chamber 5 is formed at the front with a rear nozzle disk 7 having a protruding nozzle 8. A rear channel 9 projects from the liquid chamber 5 through the protruding nozzle 8 in axial alignment with the front channel 3 so that the ink in the liquid chamber 5 can be passed through to form a meniscus at the outer end. The front nozzle disk 2 defines with the rear nozzle disk 7 a disk-like laminar flow air chamber 10a of an air chamber 10 and defines with the rear housing 4 an annular section 10b.
Eine Ringelektrode 11, die den vorderen Kanal 3 umgibt, ist an der Außenfläche der vorderen Düsenscheibe 2 befestigt. Eine Spannung aus einer Spannungsquelle 12 wird zwischen die Elektrode 11 und das Rohr 6a angelegt, so daß ein elektrischer Feldgradient zwischen der Elektrode 11 und der Flüssigkeit in dem hinteren Kanal 9 erzeugt wird.A ring electrode 11 surrounding the front channel 3 is attached to the outer surface of the front nozzle disk 2. A voltage from a voltage source 12 is applied between the electrode 11 and the tube 6a so that an electric field gradient is generated between the electrode 11 and the liquid in the rear channel 9.
Eine Druckluftquelle 13 ist durch ein Rohr 14 mit der Luftkammer 10 verbunden, um einen Luftstrom in dem ringförmigen Luftkammerabschnitt 10b zu erzeugen und zu bewirken, daß er sich in einer Laminarströmung durch den scheibenähnlichen Kammerabschnitt 10a zu dem vorderen Kanal 3 und damit nach außen windet. Der Luftstrom erfährt am Eingang zu dem vorderen Kanal 3 eine scharfe Umlenkung, die einen starken Druckgradienten auf einem Weg zwischen dem Vorderende des hinteren Kanals 9 und des vorderen Kanals 3 schafft. Druckluft wird ebenfalls durch ein Reglerventil 15 dem Tintenbehälter 6 zugeführt. Das Ventil 15 ist eingestellt, so daß beim Fehlen einer Spannung an der Elektrode 11 der Flüssigkeitsdruck in dem hinteren Kanal 9 mit den sich überlagernden Kräften des auf den Meniskus wirkenden Luftdrucks und seiner Oberflächenspannung statisch im Gleichgewicht steht. Als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung an die Elektrode 11, wird die Flüssigkeit in dem hinteren Kanal 9 elektrostatisch aufgeladen und unter dem Einfluß des elektrischen Feldgradienten nach vorn gezogen. Die Flüssigkeit wird durch den Druck der durch den ersten vorderen Kanal 3 ausgestoßenen Luft in eine bleistiftähnliche Form gestreckt und auf eine Schreibfläche ausgestoßen.A source of compressed air 13 is connected to the air chamber 10 by a tube 14 to create an air flow in the annular air chamber section 10b and cause it to wind in a laminar flow through the disk-like chamber section 10a to the front channel 3 and outwardly. The air flow undergoes a sharp turn at the entrance to the front channel 3 which creates a strong pressure gradient in a path between the front end of the rear channel 9 and the front channel 3. Compressed air is also supplied to the ink container 6 through a regulator valve 15. The valve 15 is adjusted so that in the absence of voltage at the electrode 11 the fluid pressure in the rear channel 9 is statically balanced with the superimposed forces of the air pressure acting on the meniscus and its surface tension. In response to the application of a voltage to the electrode 11, the liquid in the rear channel 9 is electrostatically charged and drawn forward under the influence of the electric field gradient. The liquid is stretched into a pencil-like shape by the pressure of the air expelled through the first front channel 3 and expelled onto a writing surface.
Wie es am besten in der Fig. 2 zu sehen ist, hat die hervorstehende Düse 8 eigen Außendurchmesser, der etwas kleiner als der Durchmesser des vorderen Kanals 3 ist und erstreckt sich aus der Düsenscheibe 7 nach vorn um einen Abstand B. Der Luftstrom wird verengt, wenn er den Raum zwischen dem vorderen und dem hinteren Kanal passiert und erzeugt direkt neben dem vorderen Ende des hinteren Kanals 9 einen Bereich ruhender Luft. Auf der anderen Seite benetzt die Flüssigkeit in dem hinteren Kanal 9 die Vorderfläche der Düse 8 und neigt dazu, nach außen zu dispergieren. Jedoch wird eine weitere Dispersion der Flüssigkeit über die äußere Kante der hinteren Düse 8 durch eine durch den Luftstrom aufgebrachte Kraft verhindert, der sich an der äußeren Kante vorbeibewegt und die Flüssigkeit zwingt, sich leicht vorzuwölben. Beim Fehlen eines elektrischen Feldes, bewirkt der hohe Druck in dem Bereich ruhender Luft, daß der Meniskus an dem vorderen Ende des hinteren Kanals 9 eine, wie bei 8a gezeigte, konvexe Form annimmt und ihn gegen äußere Störung stabilisiert.As best seen in Fig. 2, the protruding nozzle 8 has its own outside diameter which is slightly smaller than the diameter of the front channel 3 and extends forward from the nozzle disc 7 by a distance B. The air flow is constricted as it enters the space between the front and the rear channel, creating a region of still air immediately adjacent to the front end of the rear channel 9. On the other hand, the liquid in the rear channel 9 wets the front surface of the nozzle 8 and tends to disperse outward. However, further dispersion of the liquid beyond the outer edge of the rear nozzle 8 is prevented by a force applied by the air stream moving past the outer edge and forcing the liquid to bulge slightly. In the absence of an electric field, the high pressure in the region of still air causes the meniscus at the front end of the rear channel 9 to assume a convex shape as shown at 8a, stabilizing it against external disturbance.
Wenn die Ringelektrode 11 mit einer Spannung beaufschlagt wird, streckt sich der Meniskus schnell und bildet einen geneigten Abschnitt 8b, der sich von der äußeren Kante der hinteren Düse 8 zu einem engen, bleistiftähnlichen Abschnitt 8c, wie in der Fig. 3 gezeigt ist, ausbildet. Die Ausbildung eines konvexen Meniskus 8a konzentriert das elektrische Feld darauf und reduziert die für die Teilung in Tropfen erforderliche Mindestspannung. Wegen der Anwesenheit des Bereiches ruhender Luft, geht der Meniskus schnell in seinen ursprünglichen Zustand nach der Tintenausstoßung zurück.When a voltage is applied to the ring electrode 11, the meniscus quickly stretches and forms an inclined portion 8b extending from the outer edge of the rear nozzle 8 to a narrow pencil-like portion 8c as shown in Fig. 3. The formation of a convex meniscus 8a concentrates the electric field thereon and reduces the minimum voltage required for division into droplets. Due to the presence of the region of still air, the meniscus quickly returns to its original state after ink ejection.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Vorderfläche der Düse 8 aufgerauht, um einen kleinen Benetzungswinkel für die Flüssigkeit herzustellen, so daß der Meniskus die Vorderfläche der Düse 8 leicht benetzen kann. Der kleine Benetzungswinkel reduziert die Ansprechzeit des Druckkopfes und erhöht die pro Zeiteinheit ausgestoßene Flüssigkeitsmenge.In a preferred embodiment, the front surface of the nozzle 8 is roughened to create a small wetting angle for the liquid so that the meniscus can easily wet the front surface of the nozzle 8. The small wetting angle reduces the response time of the print head and increases the amount of liquid ejected per unit time.
Am besten ist es, wenn der Axialabstand B der hinteren Düse 8 und der Außendurchmesser Dr der hinteren Düse 8 die folgenden Beziehungen erfüllen:It is best if the axial distance B of the rear nozzle 8 and the outer diameter Dr of the rear nozzle 8 satisfy the following relationships:
4L/5 < B < L/204L/5 < B < L/20
Df < Dr < Df/4Df < Dr < Df/4
wobei L dem Abstand zwischen der vorderen und der hinteren Düsenscheibe 2 und 7 und Df dem Durchmesser des vorderen Kanals 3 entspricht.where L is the distance between the front and rear nozzle discs 2 and 7 and Df is the diameter of the front channel 3.
Experimente bestätigten, daß unter ähnlichen Betriebsbedingungen der Druckkopf der vorliegenden Erfindung bei einer Mindestimpulsdauer arbeitet, die 1/10 der Mindestimpulsdauer des Standes der Technik entspricht und unempfindlich gegenüber Schwingungen in einem Bereich ist, der zehnmal größer als der dem Stand der Technik entsprechende ist.Experiments confirmed that under similar operating conditions, the printhead of the present invention operates at a minimum pulse width that is 1/10 of the prior art minimum pulse width and is insensitive to vibrations over a range ten times larger than the prior art.
Verschiedene bevorzugte Formen der hinteren Düsenscheibe werden in den Fig. 4A bis 4F gezeigt. Die in den Fig. 4A bis 4D gezeigten Variationen sind für eine weitere Steigerung der Meniskusstabilität von Vorteil und verbessern die Ansprechcharakteristik des Meniskus. Das wird durch Vergrößerung der Kontaktfläche des Vorderendes der hinteren Düse gegenüber der Flüssigkeit erreicht. In diesen Variationen hat der hintere Kanal 9 einen vorderen Abschnitt, der durch die Düse 8 hindurchgeht und einen hinteren Abschnitt, der durch die Düsenscheibe 7 hindurchgeht.Various preferred shapes of the rear nozzle disk are shown in Figures 4A to 4F. The variations shown in Figures 4A to 4D are advantageous for further increasing the meniscus stability and improving the response characteristics of the meniscus. This is achieved by increasing the contact area of the front end of the rear nozzle with the liquid. In these variations, the rear channel 9 has a front portion passing through the nozzle 8 and a rear portion passing through the nozzle disk 7.
In der Fig. 4A hat der hintere Kanal 9 einen vorderen Abschnitt 9A' mit einer teilsphärischen Fläche und einen zylindrischen, hinteren Abschnitt 9A''. Der hintere Kanal 9 in der Fig. 4B hat einen kegelstumpfförmigen, vorderen Abschnitt 9B' und einen hinteren Abschnitt 9B''. In der Fig. 4C hat der hintere Kanal 9 einen vorderen Abschnitt 9C mit einer größeren Querschnittsfläche als ein hinterer Abschnitt 9C''. Das erhöht die in der Düse 8 eingeschlossene Menge Flüssigkeit. Der hintere Kanal 9, Fig. 4D, hat einen vorderen Abschnitt 9D' mit einem treppenförmigen Querschnitt und einen zylindrischen, hinteren Abschnitt 9D'', wobei der Treppenabschnitt seinen Durchmesser mit zunehmendem Abstand von dem hinteren Abschnitt 9D' vergrößert.In Fig. 4A, the rear channel 9 has a front portion 9A' with a part-spherical surface and a cylindrical rear portion 9A''. The rear channel 9 in Fig. 4B has a frusto-conical front portion 9B' and a rear portion 9B''. In Fig. 4C, the rear channel 9 has a front portion 9C with a larger cross-sectional area than a rear portion 9C''. This increases the amount of liquid trapped in the nozzle 8. The rear channel 9, Fig. 4D, has a front Section 9D' with a stepped cross-section and a cylindrical rear section 9D'', the stepped section increasing its diameter with increasing distance from the rear section 9D'.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 4A und 4B bildet die ausgestoßene Flüssigkeit im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 mit der Fläche der vorderen Abschnitte 9A', 9B' einen großen Benetzungskontaktwinkel und ist folglich einer größeren Flüssigkeitsrückstellkraft ausgesetzt, mit der der Meniskus gegen äußere Schwingungen mehr stabilisiert wird, die andererseits bewirken könnten, daß er zerfällt. In den Ausführungsbeispielen der Fig. 4C und 4D dienen die vorderen Abschnitte 9C' und 9D als Behälter, um darin eine größere Menge Flüssigkeit zu speichern und die Flüssigkeitsausstoßfähigkeit zu erhöhen.In the embodiments of Figs. 4A and 4B, the ejected liquid forms a large wetting contact angle with the surface of the front portions 9A', 9B' compared to the embodiment of Fig. 1 and is consequently subjected to a larger liquid restoring force, with which the meniscus is more stabilized against external vibrations which could otherwise cause it to disintegrate. In the embodiments of Figs. 4C and 4D, the front portions 9C' and 9D serve as containers to store a larger amount of liquid therein and to increase the liquid ejection capability.
In der Fig. 4E ist die hintere Düse 8 mit einer ringförmigen Nut 80 ausgebildet,um die Flüssigkeit einzufangen,die über die Kante der Düse austreten könnte, wenn von außen eine übermäßige Kraft auf den Druckkopf einwirkt. Die Ringnut kann um die Düse 8, wie bei 81 der Fig. 4F gezeigt ist, ausgebildet sein.In Fig. 4E, the rear nozzle 8 is formed with an annular groove 80 to catch the liquid that might leak over the edge of the nozzle if an excessive force is applied to the print head from the outside. The annular groove may be formed around the nozzle 8 as shown at 81 in Fig. 4F.
Nun wird eine Beschreibung für ein Verfahren zur Herstellung einer hinteren Düsenscheibe mit Bezug auf die Fig. 5A bis 5G gegeben.Now, a description will be given of a method of manufacturing a rear nozzle disk with reference to Figs. 5A to 5G.
Durch das Bezugszeichen 21 in der Fig. 5A ist ein photoempfindliches Glas dargestellt, das aus einem CeO&sub2; und Ag&sub2;O enthaltendem SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-Li&sub2;O Glas zusammengesetzt ist. Eine Photomaske 22 mit einer Vielzahl von ringförmigen, lichtundurchlässigen Abschnitten 22a (von denen der Einfachheit halber nur einer gezeigt ist) in einem transparenten Bereich 22b ist auf die obere Oberfläche des Glases 21 aufgebracht.Depicted by reference numeral 21 in Fig. 5A is a photosensitive glass composed of a SiO2-Al2O3-Li2O glass containing CeO2 and Ag2O. A photomask 22 having a plurality of annular opaque portions 22a (only one of which is shown for simplicity) in a transparent region 22b is applied to the upper surface of the glass 21.
Das photoempfindliche Glas 21 wird einer bildweisen Bestrahlung mit ultraviolettem Licht durch die Maske 22 ausgesetzt, um zu bewirken, daß es in den Abschnitten 21b, die unter dem transparenten Abschnitt 22b liegen, zu folgender Reaktion kommt:The photosensitive glass 21 is exposed to imagewise irradiation with ultraviolet light through the mask 22 to cause the following reaction to occur in the sections 21b lying under the transparent section 22b:
Ce³&spplus; + A&spplus; + Ultraviolettes Licht - Ce&sup4;&spplus; + Ag&sup0;Ce³&spplus; + A&spplus; + Ultraviolet light - Ce&sup4;&spplus; + Ag&sup0;
Das Glas wird dann einer ersten Wärmebehandlung unterzogen, so daß der Silberinhalt der Verbindung kolloidal wird und dann einer zweiten Wärmebehandlung unterzogen, so daß sich Li&sub2;O - SiO&sub2; - Kristalle um die Silberkolloide ausbilden. Die Li&sub2;O - SiO&sub2; - Kristalle werden auf eine vorbestimmte Tiefe weggeätzt. Das hinterläßt einen oberen Abschnitt des amorphen Bereichs, der als eine hintere, wie in der Fig. 5B gezeigte, Düse dient. Dieser Ätzungsprozeß wird vorzugsweise durch Aufbringen einer Schicht von flußsäureresistentem Material auf die untere Glasfläche und durch Eintauchen in eine wäßrige Flußsäurelösung erreicht. Ein als flußsäureresistente Schicht geeignetes Material ist ein Paraffin enthaltendes Material, das von Sou Denshi Kogyo Kabushi Kaisha unter der Handelsbezeichnung "Electron Wax" zur Verfügung steht. Das Wachs wird bei einer Temperatur von 70ºC angewendet und durch Eintauchen in eine bei einer Ultraschallfrequenz umgerührte Trichloräthylenlösung entfernt.The glass is then subjected to a first heat treatment so that the silver content of the compound becomes colloidal and then to a second heat treatment so that Li₂O - SiO₂ crystals form around the silver colloids. The Li₂O - SiO₂ crystals are etched away to a predetermined depth. This leaves an upper portion of the amorphous region which serves as a rear nozzle as shown in Figure 5B. This etching process is preferably accomplished by applying a layer of hydrofluoric acid resistant material to the lower glass surface and immersing it in an aqueous hydrofluoric acid solution. One material suitable as a hydrofluoric acid resistant layer is a paraffin-containing material available from Sou Denshi Kogyo Kabushi Kaisha under the trade name "Electron Wax". The wax is applied at a temperature of 70ºC and removed by immersion in a trichloroethylene solution stirred at an ultrasonic frequency.
In der Fig. 5C ist die untere Fläche des Glases 21 mit einer lichtunempfindlichen Schicht 24 beschichtet, und eine Photomaske 25 mit einer Vielzahl von lichtundurchlässigen Abschnitten 25a ist auf die lichtunempfindliche Schicht 24 aufgebracht, so daß der lichtundurchlässige Abschnitt 25a zu der Düse 21a entsprechend ausgerichtet ist. Der Durchmesser des lichtundurchlässigen Abschnitts 25a ist größer als der Innendurchmesser, aber kleiner als der Außendurchmesser der Düse 21a. Die lichtunempfindliche Schicht wird der bildweisen, ultravioletten Bestrahlung durch die Maske 25 ausgesetzt. Nicht belichtete Abschnitte werden geätzt, so daß eine Vielzahl von Löchern 24a gebildet wird, von denen jedes zur Düse 21a, wie in der Fig. 5D gezeigt ist, konzentrisch liegt.In Fig. 5C, the lower surface of the glass 21 is coated with a light-resistant layer 24, and a photomask 25 having a plurality of light-resistant portions 25a is applied to the light-resistant layer 24 so that the light-resistant portion 25a is aligned with the nozzle 21a. The diameter of the light-resistant portion 25a is larger than the inner diameter but smaller than the outer diameter of the Nozzle 21a. The photoresist layer is exposed to imagewise ultraviolet irradiation through the mask 25. Unexposed portions are etched to form a plurality of holes 24a each concentric with the nozzle 21a as shown in Fig. 5D.
Eine flußsäurebeständige Schicht 26 wird dann über der ganzen, oberen Oberfläche des Glases 21 ausgebildet, so daß sie den Raum innerhalb der vorstehenden Düse 21a, wie in der Fig. 5D gezeigt ist, ausfüllt. Das Glassubstrat wird in eine wäßrige Flußsäurelösung eingetaucht, um die Glasabschnitte über der Öffnung 24a zu ätzen, um dadurch eine Bohrung 27 herzustellen, die über die Dicke des Glases 21 verläuft. Die lichtunempfindliche Schicht 24 wird nach Karbonisation in einem Plasma entfernt, und die Schicht 26 wird durch Eintauchen des Glases in eine Trichloräthylenlösung, die bei einer Ultraschallfrequenz gerührt wird, entfernt (Fig. 5E). Da die Düse 21a amorph bleibt,ist es vorzuziehen,daß das Glas bei ultraviolettem Licht geflutet und auf eine Art und Weise wärmebehandelt wird, die ähnlich der in Verbindung mit dem Schritt in der Fig. 5A beschriebenen ist, so daß die amorphen Kanalabschnitte 21a kristallisieren. Dieser Kristallisationsprozeß bewirkt, daß das ganze Glas 21, wie in der Fig. 5G gezeigt ist, homogenisiert wird und seine mechanische Festigkeit erhöht wird. Das Glas 21 wird dann in einzelne Düsenscheiben geschnitten.A hydrofluoric acid resistant layer 26 is then formed over the entire upper surface of the glass 21 so as to fill the space within the protruding nozzle 21a as shown in Fig. 5D. The glass substrate is immersed in an aqueous hydrofluoric acid solution to etch the glass portions above the opening 24a to thereby produce a bore 27 extending through the thickness of the glass 21. The photoresistant layer 24 is removed after carbonization in a plasma, and the layer 26 is removed by immersing the glass in a trichloroethylene solution stirred at an ultrasonic frequency (Fig. 5E). Since the nozzle 21a remains amorphous, it is preferable that the glass be flooded with ultraviolet light and heat treated in a manner similar to that described in connection with the step in Figure 5A so that the amorphous channel portions 21a crystallize. This crystallization process causes the entire glass 21 to become homogenized as shown in Figure 5G and to increase its mechanical strength. The glass 21 is then cut into individual nozzle disks.
Es ist ersichtlich, daß der Düsenabschnitt 21a und die Öffnung 27 durch Ätzung des Glases in entgegengesetzten Richtungen hergestellt werden.It can be seen that the nozzle portion 21a and the opening 27 are made by etching the glass in opposite directions.
Obwohl der amorphe Bereich des Glases dazu neigt, bei einem Verhältnis zu erodieren, das im wesentlichen 1/20 des Verhältnisses ausmacht bei dem der kristalline Bereich erodiert, bewahrt das Verfahren nach der Erfindung das Glas 21 davor, einem einzigen verlängerten Ätzungsprozeß ausgesetzt zu sein und verhindert somit, daß er seitwärts übermäßig erodiert. Es ist möglich, eine hintere Düsenscheibe mit einer Düse 21a herzustellen, die einen Außendurchmesser von 100 Mikrometer, bei einer Toleranz von ± 2 Mikrometer, einen Innendurchmesser (an dem vorderen Ende) von 40 Mikrometer bei einer Toleranz von ± 2 Mikrometer hat und mit einer Axialdicke von 35 Mikrometer. In diesem Fall hat die Öffnung 27 eine Tiefe von 130 Mikrometer. Obwohl sie in Radialrichtungen eine kleine Dicke aufweist, hat die Düse 21a eine ausreichende Starrheit, um ihre Form für eine lange Zeit zu erhalten. Die aus Glas geformte Düsenscheibe 7 hat einen weiteren Vorteil darin, daß sie gegenüber Tinte chemisch resistent ist und nicht aufquillt.Although the amorphous region of the glass tends to erode at a rate substantially 1/20 of the rate at which the crystalline region erodes, the process of the invention preserves the glass 21 from being subjected to a single prolonged etching process and thus prevents it from eroding excessively sideways. It is possible to manufacture a rear nozzle disk with a nozzle 21a having an outside diameter of 100 micrometers, with a tolerance of ± 2 micrometers, an inside diameter (at the front end) of 40 micrometers, with a tolerance of ± 2 micrometers, and with an axial thickness of 35 micrometers. In this case, the opening 27 has a depth of 130 micrometers. Although it has a small thickness in radial directions, the nozzle 21a has sufficient rigidity to maintain its shape for a long time. The nozzle disk 7 formed of glass has a further advantage in that it is chemically resistant to ink and does not swell.
In dem in der Fig. 5C gezeigten Verfahrensschritt wird einfallendes, ultraviolettes Licht, das die lichtunempfindliche Schicht 24 durchdringt, in verschiedenen Tiefen der kristallisierten Abschnitte des Glases unregelmäßig reflektiert, und ein Teil des reflektierten Lichts dringt in unerwünschte Abschnitte der lichtunempfindlichen Schicht 24 ein und bewirkt, daß die Grenze zwischen belichteten und nicht belichteten Bereichen verwischt wird. Aus diesem Grund ist eine lichtabschirmende Schicht 16 zwischen der unteren Fläche des Glases 21 und der lichtunempfindlichen Schicht 24, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, vorgesehen. Die lichtabschirmende Schicht 16 wird durch Aufdampfen eines flußsäureresistenten Materials im Vakuum, wie beispielsweise Gold,auf dem Glas ausgebildet, bis sie eine Dicke von 1 bis 2 Mikrometer erreicht. Nachdem sie der bildweisen ultravioletten Bestrahlung ausgesetzt wurde, wird die lichtunempfindliche Schicht 24 entfernt, der die Entfernung der Goldschicht 16 durch die Verwendung von Königswasser folgt. Alternativ wird die untere Fläche des Glases 21, wie in der Fig. 7A gezeigt ist, durch Ätzung aufgerauht. Die lichtunempfindliche Schicht 24 wird auf die aufgerauhte Oberfläche (Fig. 7B) aufgebracht. Der größte Teil des in die lichtunempfindliche Schicht 24 eindringenden ultravioletten Lichts wird an der aufgerauhten Oberfläche reflektiert, wodurch das in den nicht erwünschten Abschnitt der lichtunempfindlichen Schicht 24 eindringende Licht unbedeutend ist. Die aufgerauhte Oberfläche stellt eine Vergrößerung des Kontaktbereichs zwischen dem Glas 21 und der lichtunempfindlichen Schicht 24 dar, so daß die letztere an dem Glas 21 fest anhaftet.In the process step shown in Fig. 5C, incident ultraviolet light penetrating the photo-insensitive layer 24 is irregularly reflected at different depths of the crystallized portions of the glass, and part of the reflected light penetrates into undesired portions of the photo-insensitive layer 24, causing the boundary between exposed and unexposed areas to be blurred. For this reason, a light-shielding layer 16 is provided between the lower surface of the glass 21 and the photo-insensitive layer 24, as shown in Fig. 6. The light-shielding layer 16 is formed by vacuum-evaporating a hydrofluoric acid-resistant material such as gold on the glass until it reaches a thickness of 1 to 2 micrometers. After being exposed to imagewise ultraviolet irradiation, the photo-insensitive layer 24 is removed, followed by removal of the gold layer 16 by using aqua regia. Alternatively, the lower surface of the glass 21 is roughened by etching as shown in Fig. 7A. The light-insensitive layer 24 is deposited on the roughened surface (Fig. 7B). Most of the ultraviolet light penetrating the photo-insensitive layer 24 is reflected by the roughened surface, whereby the light penetrating the undesired portion of the photo-insensitive layer 24 is insignificant. The roughened surface represents an increase in the contact area between the glass 21 and the photo-insensitive layer 24, so that the latter adheres firmly to the glass 21.
Die Fig. 8A bis 8F sind Darstellungen eines zweiten bevorzugten Verfahrens zur Herstellung der hinteren Düsenscheibe 7. In dem ersten Schritt wird ein Isoliersubstrat 31 aus Keramik oder Glas (Fig. 8A) vorbereitet. Auf dem Substrat 31 wird eine Schicht 32 aus einem Material aufgebracht, das sich von dem darunterliegenden Substrat unterscheidet. Dieses Material ist gegenüber Tinte chemisch resistent, kann aber leicht durch ein Ätzmittel erodiert werden. Geeignete Materialien für die Schicht 32 sind Kupfer, Aluminium, Gold, Platin, Chrom, Molybdän, wie zuvor erwähntes photoempfindliches Glas und photoempfindliches Kunstharz. Solches Metall wird durch Galvanisierung aufgebracht, und das nichtmetallische Material kann durch Verwendung eines geeigneten Klebstoffs aufgebracht werden. Eine lichtunempfindliche Schicht 33 wird auf die Schicht 32 aufgebracht. Die lichtunempfindliche Schicht 33 wird der bildweisen ultravioletten Bestrahlung durch eine Photomaske 34 ausgesetzt, die einen transparenten Abschnitt 34a in der Form eines Ringes in dem lichtundurchlässigen Hintergrund hat. Die unbelichteten Abschnitte der lichtunempfindlichen Schicht 33 werden entfernt, um einen Ring 33a der lichtunempfindlichen Schicht auf der Schicht 32, wie in der Fig. 8B gezeigt ist, zu erzeugen. Eine ätzresistente Schicht 35 wird auf die untere Fläche des Substrats 31 aufgebracht. Das Substrat 31 wird dann in eine Ätzlösung eingetaucht, um die Abschnitte der Schicht 32, die nicht durch den Ring 33a der lichtunempfindlichen Schicht geschützt sind, zu entfernen. Wenn die Schicht 32 aus Gold oder Platin zusammengesetzt ist, kann Königswasser als Ätzlösung verwendet werden.8A to 8F are illustrations of a second preferred method of manufacturing the rear nozzle disk 7. In the first step, an insulating substrate 31 of ceramic or glass (Fig. 8A) is prepared. On the substrate 31 is deposited a layer 32 of a material different from the underlying substrate. This material is chemically resistant to ink, but can be easily eroded by an etchant. Suitable materials for the layer 32 are copper, aluminum, gold, platinum, chromium, molybdenum, photosensitive glass as previously mentioned, and photosensitive resin. Such metal is deposited by electroplating, and the non-metallic material can be deposited using a suitable adhesive. A photoinsensitive layer 33 is deposited on the layer 32. The photo-insensitive layer 33 is exposed to image-wise ultraviolet irradiation through a photomask 34 having a transparent portion 34a in the form of a ring in the opaque background. The unexposed portions of the photo-insensitive layer 33 are removed to create a ring 33a of the photo-insensitive layer on the layer 32 as shown in Fig. 8B. An etch-resistant layer 35 is applied to the lower surface of the substrate 31. The substrate 31 is then immersed in an etching solution to expose the portions of the Layer 32 which is not protected by the ring 33a of the light-insensitive layer. If the layer 32 is composed of gold or platinum, aqua regia can be used as the etching solution.
Der Ring 33a der lichtunempfindlichen Schicht wird dann durch Karbonisation in einem Plasma entfernt, der eine Entfernung der ätzresistenten Schicht 35 folgt, um somit eine Düse 32a (Fig. 8C) auszubilden.The ring 33a of the photo-insensitive layer is then removed by carbonization in a plasma, followed by removal of the etch-resistant layer 35, thus forming a nozzle 32a (Fig. 8C).
In der Fig. 8D wird eine lichtunempfindliche Schicht auf die untere Fläche des Substrates 31 aufgebracht,um eine Schicht 36 auszubilden, die einer bildweisen ultravioletten Bestrahlung durch eine Photomaske 37 mit einem lichtundurchlässigen Abschnitt 37a ausgesetzt wird, die den Abschnitt direkt unter der Düse 32a in einer Weise abschirmt, die ähnlich dem in der Fig. 5C gezeigten Schritt ist. Eine flußsäurebeständige Schicht 38 aus dem in der Schicht 26, Fig. 5D, verwendeten Material wird auf die gesamte obere Fläche des Substrats 31 aufgebracht, so daß der Bereich innerhalb der Düse 32a gefüllt wird (Fig. 8D), dem das Eintauchen des Substrats in eine lichtunempfindliche Ätzlösung folgt, um den nicht belichteten Abschnitt der lichtunempfindlichen Schicht 36 zu entfernen, um eine Öffnung 36a (Fig. 8E) auszubilden. Das Substrat wird dann in eine wäßrige Flußsäurelösung eingetaucht, so daß eine Öffnung 31a, Fig. 8F, ausgebildet wird, die sich durch die Substratdicke 31 erstreckt, dem die Entfernung der Schichten 36 und 38 folgt. Das Verfahren nach den Fig. 8A bis 8F ist für Anwendungen vorteilhaft, in denen es erwünscht ist, ein geeignetes Material für den vorstehenden Düsenabschnitt 32a mit einer ausreichenden Oberflächenrauhigkeit auszuwählen, die unterschiedlich zu der Oberflächenrauhigkeit des Substrats 31 sein kann, um den Meniskus zu erhalten.In Fig. 8D, a photo-insensitive layer is applied to the lower surface of the substrate 31 to form a layer 36 which is exposed to imagewise ultraviolet irradiation through a photomask 37 having an opaque portion 37a shielding the portion directly under the nozzle 32a in a manner similar to the step shown in Fig. 5C. A hydrofluoric acid resistant layer 38 of the material used in layer 26, Fig. 5D, is applied to the entire upper surface of the substrate 31 so as to fill the area inside the nozzle 32a (Fig. 8D), followed by immersing the substrate in a photo-insensitive etching solution to remove the unexposed portion of the photo-insensitive layer 36 to form an opening 36a (Fig. 8E). The substrate is then immersed in an aqueous hydrofluoric acid solution so as to form an opening 31a, Fig. 8F, extending through the thickness of the substrate 31, followed by the removal of the layers 36 and 38. The process of Figs. 8A-8F is advantageous for applications in which it is desired to select a suitable material for the protruding nozzle portion 32a with sufficient surface roughness, which may be different from the surface roughness of the substrate 31, to obtain the meniscus.
Die Fig. 9A bis 9F veranschaulichen ein weiteres Herstellungsverfahren, in dem die Schritte von Fig. 5A am Anfang durchgeführt werden, um Abschnitte eines Glassubstrats 41, die einen zylindrischen amorphen Abschnitt umgeben, zu kristallisieren. Es folgt der in der Fig. 9A gezeigte Schritt. Dieser Schritt ist mit dem in der Fig. 5B gezeigten Schritt mit der Ausnahme ähnlich, daß der Ätzvorgang auf den gegenüberliegenden Flächen des Glassubstrats 41 ausgeführt wird,um ein Paar Düsen 41a und 41b auszubilden. Da die obere Düse 41a außerhalb des Bereiches, der näher zu der Photomaske als die untere Düse 41b ist, hergestellt wird,weist erstere eine schärfer ausgebildete Grenze zu dem Umgebungsbereich auf, als die letztere. In der Fig. 9B ist die obere Fläche des Substrats 41 vollständig mit einer flußsäureresistenten Schicht 42 beschichtet, so daß sie den Raum innerhalb der Düse 41a füllt. Die untere Fläche ist außerhalb der Bereiche der unteren Düse 41b mit einer Schicht 43 beschichtet. Die Schicht 43 kann aus demselben wie in der Fig. 5D verwendeten Wachs ausgebildet werden. Der untere Düsenabschnitt 41b weist eine größere Oberflächenrauhigkeit an seinen Seitenwänden als auf seiner oberen Seite auf. Der Unterschied der Oberflächenrauhigkeit bewahrt die Paraffinschicht 43 davor, sich über die obere Kante des Düsenabschnitts 41b hinaus auszubreiten. Das Substrat wird dann in eine 5%-ige wäßrige Flußsäurelösung eingetaucht, die bei einer Temperatur von niedriger als 34ºC gehalten wird, um eine Öffnung 41c innerhalb des amorphen Zylinders zu schaffen,die sich zwischen den Düsen 41a und 41b (Fig. 9C) erstreckt. Bei diesem Verfahren neigt die Ätzlösung dazu, in die Grenzschicht zwischen der Düse 41b und der umgebenden Schicht 43 einzudringen, was bewirkt, daß Abtragung entlang dieser Grenzschicht auftritt. Das Substrat kann für einen Zeitraum von 35 Minuten bei einer Lösungstemperatur von 20ºC geätzt werden,um ein Volumen bis zu einer Tiefe von 170 Mikrometer bei einem Durchmesser von etwa 50 Mikrometer zu entfernen. Infolge der seitlichen Abtragung ist die Öffnung 41c nach oben verjüngt.9A to 9F illustrate another manufacturing process in which the steps of Fig. 5A are initially performed to crystallize portions of a glass substrate 41 surrounding a cylindrical amorphous portion. The step shown in Fig. 9A follows. This step is similar to the step shown in Fig. 5B except that the etching is performed on the opposite surfaces of the glass substrate 41 to form a pair of nozzles 41a and 41b. Since the upper nozzle 41a is formed outside the region closer to the photomask than the lower nozzle 41b, the former has a sharper boundary with the surrounding region than the latter. In Fig. 9B, the upper surface of the substrate 41 is completely coated with a hydrofluoric acid resistant layer 42 so that it fills the space inside the nozzle 41a. The lower surface is coated with a layer 43 outside the areas of the lower nozzle 41b. The layer 43 can be formed from the same wax as used in Fig. 5D. The lower nozzle portion 41b has a larger surface roughness on its side walls than on its upper side. The difference in surface roughness prevents the paraffin layer 43 from spreading beyond the upper edge of the nozzle portion 41b. The substrate is then immersed in a 5% aqueous hydrofluoric acid solution maintained at a temperature of less than 34°C to create an opening 41c within the amorphous cylinder extending between nozzles 41a and 41b (Fig. 9C). In this process, the etching solution tends to penetrate into the interface between nozzle 41b and surrounding layer 43, causing ablation to occur along this interface. The substrate may be etched for a period of 35 minutes at a solution temperature of 20°C to remove a volume to a depth of 170 microns with a diameter of about 50 microns. As a result of the lateral ablation, the opening 41c is tapered upward.
Die Schichten 42 und 43 werden in einer Lösung von mit Ultraschallfrequenz gerührtem Trichloräthylen entfernt (Fig. 9D). Die untere Fläche des Substrats wird geläppt, um eine flache Oberfläche (Fig. 9E) zu schaffen. Das Substrat 41 wird dann der ultravioletten Bestrahlung ausgesetzt und dann auf dieselbe Weise, wie in der Fig. 5G gezeigt ist, erhitzt, so daß der amorphe Bereich kristallisiert (Fig. 9F).Layers 42 and 43 are removed in a solution of trichloroethylene stirred at ultrasonic frequency (Fig. 9D). The bottom surface of the substrate is lapped to create a flat surface (Fig. 9E). The substrate 41 is then exposed to ultraviolet irradiation and then heated in the same manner as shown in Fig. 5G so that the amorphous region crystallizes (Fig. 9F).
Die flußsäurebeständige Schicht 43 kann auch aus Epoxidharzkleber hergestellt sein, der eine Mischung aus Epicoat 828 als Hauptkomponente und Epicur Z als ein Härtemittel ist (beide sind Markenzeichen von Shell Chemicals). Das photosensible Glassubstrat 41 wird auf eine Temperatur von 40ºC erhitzt, um Epicoat 828 mit einer Dicke von 5 Mikrometer aufzubringen und kann dann bei einer Dauer von 50 Stunden bei Raumtemperatur halbaushärten, um ein Eindringen von Epicoat in die Düse 41b zu verhindern. Dem folgt ein vollständiger Aushärtungsprozeß, bei dem das Substrat auf einer Temperatur von 70ºC bei einer Dauer von 60 Minuten gehalten wird. Die Epoxidharzschicht 43 kann in einer Sauerstoffplasmaumgebung entfernt werden. Zum Vergleich mit dem Verfahren, das die Verwendung von Wachs einschließt, wird der Epoxidharzschicht 43 wegen ihrer ausgezeichneten Bindung zum darunterliegenden Glassubstrat und Festigkeit der Vorzug gegeben. Infolge der großen Festigkeit kann die unerwünschte Abtragung rund um die Düse 41b minimiert werden.The hydrofluoric acid resistant layer 43 may also be made of epoxy resin adhesive which is a mixture of Epicoat 828 as the main component and Epicur Z as a curing agent (both are trademarks of Shell Chemicals). The photosensitive glass substrate 41 is heated to a temperature of 40°C to apply Epicoat 828 to a thickness of 5 microns and then allowed to semi-cure for 50 hours at room temperature to prevent Epicoat from entering the nozzle 41b. This is followed by a complete curing process in which the substrate is held at a temperature of 70°C for 60 minutes. The epoxy resin layer 43 may be removed in an oxygen plasma environment. In comparison with the method involving the use of wax, the epoxy resin layer 43 is preferred because of its excellent bonding to the underlying glass substrate and strength. Due to the high strength, the undesirable abrasion around the nozzle 41b can be minimized.
Bei dem gerade beschriebenen Verfahren der Fig. 9A bis 9F, wird der ultraviolette bildweise Bestrahlungsvorgang nur auf einer Fläche des photosensitiven Glassubstrats durchgeführt, währenddessen bei den vorhergehenden Verfahren der Bestrahlungsprozeß auf den gegenüberliegenden Seiten eines Substrats durchgeführt wird. Das Verfahren nach den Fig. 9A bis 9E schließt eine Paßungenauigkeit aus, die zwischen den zwei Photomasken, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Substrats verwendet werden, auftreten könnten.In the method of Figs. 9A to 9F just described, the ultraviolet imagewise irradiation process is carried out only on one surface of the photosensitive glass substrate, whereas in the previous methods the irradiation process is carried out on the opposite sides of a substrate. The method according to Figs. 9A to 9E eliminates a misregistration that occurs between the two Photomasks used on opposite sides of the substrate.
Wie in Fig. 10 zu sehen ist, betragen die typischen Abmessungen von einer nach den Fig. 9A bis 9E hergestellten hinteren Düse F = 170 um, E = 30 um, D&sub1; = 45 um, D&sub2; = 50 um und D&sub3; = 90 un. Infolge einer einzelnen bildweisen Bestrahlung ist die Düsenöffnung 41c genau zu der Düsenöffnung 41d in der Düse 41a ausgerichtet.As can be seen in Fig. 10, the typical dimensions of a rear nozzle made according to Figs. 9A to 9E are F = 170 µm, E = 30 µm, D₁ = 45 µm, D₂ = 50 µm and D₃ = 90 µm. As a result of a single imagewise exposure, the nozzle opening 41c is precisely aligned with the nozzle opening 41d in the nozzle 41a.
Da der erste Ätzvorgang, der in die Formung der hinteren Düsenöffnungen auf der einen Fläche des Substrats eingebunden ist, in einer viel kürzeren Zeitdauer durchgeführt wird, als die für den zweiten Ätzvorgang auf der gegenüberliegenden Seite benötigte, und da die Abmessungsvariationen zwischen den verschiedenen Düsen als eine Funktion der Zeit des Ätzvorgangs ansteigt, gewährleistet das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Massenherstellung von Düsenscheiben mit einer genau dimensionierten Düsenöffnung. Weiterhin kann der zweite Ätzvorgang eine gewünschte Zeit lang ausgeführt werden, um einen Vorteil aus der Neigung des photosensitiven Glassubstrats zur seitlichen Ätzung zu ziehen, so daß der Querschnitt der hinteren Öffnung 41c größer als der der Düsenöffnung 41d gemacht werden kann, um ihren Strömungswiderstand gegenüber der Flüssigkeit zu reduzieren.Since the first etching involved in forming the rear nozzle orifices on one surface of the substrate is performed in a much shorter time than that required for the second etching on the opposite side, and since the dimensional variations between the various nozzles increase as a function of the time of the etching, the method of the present invention ensures mass production of nozzle disks with a precisely dimensioned nozzle orifice. Furthermore, the second etching can be performed for a desired time to take advantage of the tendency of the photosensitive glass substrate to etch sideways, so that the cross-section of the rear orifice 41c can be made larger than that of the nozzle orifice 41d to reduce its flow resistance to the liquid.
Es wurde herausgefunden, daß die Anordnung des Tintenmeniskus an der vorstehenden Düse 8 durch die elektrische Feldstärkeverteilung, die Tintenviskosität des typischerweise öligen Materials, die Druckstoßänderungen in der vorstehenden Düse 8 und in der Luftkammer 10 und die durch die an die Elektroden angelegte Spannung erzeugte Meniskusgröße bewirkt wird. Im Ergebnis neigt die Tinte dazu, aus der beabsichtigten Bahn abgelenkt zu werden, wenn sie aus der vorstehenden Düse 8 ausgespritzt wird. Daraus ergibt sich der Aufbau einer Tintenschicht an den Wandungen neben der vorstehenden Düse 8. Da die Tinte leitfähig ist, wird das elektrische Feld ernsthaft verformt, so daß das Bahnablenkungsproblem größer wird.It has been found that the arrangement of the ink meniscus at the protruding nozzle 8 is determined by the electric field strength distribution, the ink viscosity of the typically oily material, the pressure surge changes in the protruding nozzle 8 and in the air chamber 10 and the meniscus size generated by the voltage applied to the electrodes. As a result, the ink tends to be deflected from the intended path when it is ejected from the protruding nozzle 8. This results in the build-up of an ink layer on the walls adjacent to the protruding nozzle 8. Since the ink is conductive, the electric field is seriously deformed, so that the path deflection problem becomes greater.
Es ist darum am besten, daß die Abschnitte der angrenzenden Wandungen, wo die Tintenteilchen wahrscheinlich niederschlagen werden, tinteabweisend ausgeführt sind. Da die Neigung eines Materials, benetzt zu werden, von der Rauhigkeit seiner Oberfläche abhängt, ist es wirkungsvoll, einen Abschnitt 2a der vorderen Düsenscheibe 2, die den vorderen Kanal 3 umgibt, auf Hochglanz zu polieren.It is therefore best that the portions of the adjacent walls where the ink particles are likely to deposit are made ink-repellent. Since the tendency of a material to be wetted depends on the roughness of its surface, it is effective to polish a portion 2a of the front nozzle disk 2 surrounding the front channel 3 to a high gloss.
Die Fig. 11A bis 11C sind Darstellungen von bevorzugten Ausführungsbeispielen zur Ausschaltung des Ablenkungsproblems. In der Fig. 11A ist die Innenfläche der vorderen Düsenscheibe 2 mit einer dünnen Schicht 50 eines tinteabweisenden Materials ausgekleidet (das auch ölabweisend ist), wie beispielsweise Äthylentetrafluorharz, das typischerweise als Teflon verfügbar ist, ein Warenzeichen von Du Pont oder ein Fluorid enthaltendes Polymer, das als eine Flüssigkeitsmischung unter dem Warenzeichen Fluorad FC-721 und FC-77 der 3M Corporation bekannt ist. Infolge der reduzierten Benetzung kann jede Menge der auf die Schicht 50 niedergeschlagenen Tinte nach außen durch die Luft, die über die Oberfläche der Schicht 50 streicht, ausgestoßen werden.Figures 11A through 11C are illustrations of preferred embodiments for eliminating the deflection problem. In Figure 11A, the inner surface of the front nozzle disk 2 is lined with a thin layer 50 of an ink repellent material (which is also oil repellent), such as ethylene tetrafluororesin typically available as Teflon, a trademark of Du Pont, or a fluoride-containing polymer known as a liquid blend under the trademark Fluorad FC-721 and FC-77 of 3M Corporation. Due to the reduced wetting, any amount of the ink deposited on the layer 50 can be expelled outwardly by the air passing over the surface of the layer 50.
In der Fig. 11B wird die oben erwähnte, Fluorid enthaltende Polymerflüssigkeit auf die Innenfläche des vorderen Düsenelements 2 gesprüht,so daß eine tinteabweisende Schicht 51 auf der Innenwand eines sich nach vorn verjüngenden, vorderen Kanals 3 genauso wie auf der Innenfläche des Elements 2 ausgebildet wird. Da das Fluorad eine Oberflächenspannung von 11 bis 12 Dyn/cm aufweist, kann ein zufriedenstellendes Niveau der Abstoßung erreicht werden. Auf der Oberfläche des hinteren Düsenelements 7 ist vorzugsweise eine tinteabweisende Schicht 52, die aus einer Mischung von fluoridhaltigem Diamin und Epoxidharz besteht, aufgebracht.In Fig. 11B, the above-mentioned fluoride-containing polymer liquid is sprayed onto the inner surface of the front nozzle element 2, so that an ink-repellent layer 51 is formed on the inner wall of a forwardly tapered front channel 3 as well as on the inner surface of the element 2. Since the fluorad has a surface tension of 11 to 12 dynes/cm, a satisfactory level of repellency can be achieved. On the surface of the rear nozzle element 7, an ink-repellent layer 52 consisting of a mixture of fluoride-containing diamine and epoxy resin is preferably applied.
Speziell nach Ausbildung einer Beschichtung, wird die Mischung durch Erhitzen bei 150ºC in 1 bis 5 Stunden ausgehärtet. Das gleiche Abstoßniveau, wie mit Äthylentetrafluorid kann erreicht werden. Da die Außenwand der vorstehenden Düse 8 und der den Fuß der Düse 8 umgebende Bereich eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen , die infolge des vorher erwähnten Ätzvorgangs größer als die des vorderen Endes der vorstehenden Düse 8 ist, kann die abweisende Schicht 52 mit Ausnahme des Düsenvorderteils leicht ausgebildet werden. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 11B neigt die Tinte dazu, sich bis zum Umfang des vorderen Flächenendes der vorstehenden Düse 8 infolge des niedrigen Benetzungskontaktwinkels mit dem Glas aus dem es geformt ist, zu erstrecken. Daher wird ein verhältnismäßig großer Meniskus 53 ausgebildet. Eine Elektrode 54 kann auf der hinteren Oberfläche der hinteren Düse 7 vorgesehen werden.Specifically, after forming a coating, the mixture is cured by heating at 150°C for 1 to 5 hours. The same level of repellency as with ethylene tetrafluoride can be achieved. Since the outer wall of the protruding nozzle 8 and the area surrounding the base of the nozzle 8 have a surface roughness greater than that of the front end of the protruding nozzle 8 due to the aforementioned etching process, the repellent layer 52 can be easily formed except for the nozzle front part. In the embodiment of Fig. 11B, the ink tends to extend to the periphery of the front surface end of the protruding nozzle 8 due to the low wetting contact angle with the glass of which it is formed. Therefore, a relatively large meniscus 53 is formed. An electrode 54 may be provided on the rear surface of the rear nozzle 7.
Eine tinteabweisende Schicht 55 kann auch auf der vorderen Endfläche der vorstehenden Düse 8, wie in der Fig. 11C gezeigt ist, ausgebildet werden. Diese Schicht wird durch Sprühen der oben erwähnten fluoridhaltigen Polymerflüssigkeit hergestellt. Infolge des Austreibvorgangs, wobei die Tinte innerhalb des inneren Umfangs der Beschichtung auf der vorderen Endfläche eingedämmt wird, wird ein relativ kleiner Meniskus 56 ausgebildet. Wegen einer erhöhten Feldstärke an dem Meniskus 56 ist zum Ausspritzen der Tinte durch die Düse 8 eine niedrigere Vorspannung als beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel erforderlich. Das vordere Düsenelement 2 ist vorzugsweise mit einer tinteabweisenden Schicht 57 beschichtet, die sich nach außen erstreckt, um die Elektrode 11 zu umschließen. Die Beschichtung der Vorderwand dient dazu, die Tintenteilchen, die infolge der durch die bei hohen Geschwindigkeiten herausgeschleuderten Luft verursachten Turbulenz zu dem vorderen Element 2 zurückkehren könnten, aus dem Kanal 3 auszutreiben.An ink repellent layer 55 may also be formed on the front end face of the protruding nozzle 8 as shown in Fig. 11C. This layer is formed by spraying the above-mentioned fluoride-containing polymer liquid. As a result of the expulsion process, in which the ink is confined within the inner periphery of the coating on the front end face, a relatively small meniscus 56 is formed. Due to an increased field strength at the meniscus 56, a lower bias voltage is required to eject the ink through the nozzle 8 than in the previous embodiment. required. The front nozzle element 2 is preferably coated with an ink repellent layer 57 which extends outwardly to enclose the electrode 11. The coating of the front wall serves to expel from the channel 3 the ink particles which might return to the front element 2 as a result of the turbulence caused by the air being thrown out at high speeds.
Tinteabweisende Materialien, die in der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ausgenutzt werden können, enthalten:Ink-repellent materials that can be advantageously used in the present invention include:
(a) ein Fluorid enthaltendes Polymer, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, fluoriertes Äthylen-Propylen enthaltendes Kopolymer, Polychlortrifluoräthylen, Polyvinylfluorid, Tetrafluoräthylen-Perfluoralkylvinyläther enthaltendes Kopolymer, Polyvinylidenfluorid, Äthylen-Tetrafluoräthylen enthaltendes Kopolymer, Äthylen-Chlortrifluoräthylen enthaltendes Kopolymer, Epoxidharz gemischt mit Fluorid enthaltendem Diamin oder Fluorid enthaltendes Alkylsilan;(a) a fluoride-containing polymer such as polytetrafluoroethylene, fluorinated ethylene-propylene-containing copolymer, polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether-containing copolymer, polyvinylidene fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene-containing copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene-containing copolymer, epoxy resin mixed with fluoride-containing diamine or fluoride-containing alkylsilane;
(b) anorganische, Fluorid enthaltende Verbindung, wie beispielsweise Kalziumfluorid und Graphitfluorid;(b) inorganic fluoride-containing compound such as calcium fluoride and graphite fluoride;
(3) Silikonpolymer des Typs, der aus einer Si-O Verbindung zusammengesetzt und bei Raumtemperaturen aushärtbar ist, oder Silikonpolymer des Typs, der bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet wird; und(3) silicone polymer of the type composed of a Si-O compound and curable at room temperature, or silicone polymer of the type curable at elevated temperature; and
(4) ein Kopolymer aus Fluorid enthaltendem Polymer und Silikonpoiymer, wie beispielsweise: (4) a copolymer of fluoride-containing polymer and silicone polymer, such as:
Tintabweisendes Material wird erfolgreich auf die vordere und hintere Düsenscheibe durch eine in den Fig. 12A und 12B gezeigte Vorrichtung aufgebracht.Ink repellent material is successfully applied to the front and rear nozzle disks by a device shown in Figs. 12A and 12B.
In der Fig. 12A enthält eine Fassung 60 eine Ringnut 61 auf der Oberfläche, in die eine Dichtung 62 eingelegt ist. Die Fassung 60 wird mit einer Unterdruckkammer 63 ausgebildet,die durch ein Rohr 64 mit einer Saugpumpe 65 in Verbindung steht. Das Düsenelement 2 oder 7 ist auf der Fassung 60 angebracht. Die Dichtung 62 schafft einen luftdichten Abdichtungskontakt, so daß die Luft in die Kammer 63 ausschließlich durch den Kanal 3 (oder 9) eingelassen werden kann.In Fig. 12A, a socket 60 includes an annular groove 61 on the surface into which a gasket 62 is inserted. The socket 60 is formed with a vacuum chamber 63 which is connected to a suction pump 65 through a pipe 64. The nozzle element 2 or 7 is mounted on the socket 60. The gasket 62 creates an airtight sealing contact so that the air can be admitted into the chamber 63 exclusively through the channel 3 (or 9).
Die Geschwindigkeit der durch den Kanal strömenden Luft wird durch einen Druckregler 66, der in dem Rohr 64 angeordnet ist, gesteuert. Tinteabweisendes Material wird durch eine Spritzpistole 67 auf das Düsenelement gesprüht, um eine tinteabweisende Schicht 69 darauf auszubilden. Infolge der Luft, die in die gleiche Richtung strömt, wie die Bewegungsrichtung der gesprühten Teilchen, werden letztere durch die Luft transportiert und bilden einen dünnen Film auf der Innenwand des Kanals. Anderenfalls würde das gesprühte Material den Kanal verstopfen.The speed of the air flowing through the channel is controlled by a pressure regulator 66 arranged in the pipe 64. Ink repellent material is sprayed onto the nozzle element by a spray gun 67 to form an ink repellent layer 69 thereon. As a result of the air flowing in the same direction as the direction of movement of the sprayed particles, the latter are transported through the air and form a thin film on the inner wall of the channel. Otherwise, the sprayed material would clog the channel.
Die in der Fig. 12B gezeigte Vorrichtung ist zur Ausbildung der tinteabweisenden Schicht nur auf dem Oberflächenabschnitt des Düsenelements nützlich. Eine Fassung 70 hat eine Ringnut 71, in die eine Dichtung 72 eingelegt ist und eine Überdruckkammer 73. Ein Halteelement 74 ist abnehmbar an der Fassung 70 durch Schrauben 75 befestigt, um die Düsenscheibe dazwischen zu halten. Ein Halteelement 74 ist mit einem Fenster 76 ausgebildet. Die Kammer 73 ist durch ein Rohr 77 mit einer Druckpumpe 78 verbunden, um einen Überdruck in der Kammer 73 zu erzeugen und Luft durch den Kanal des Düsenelements nach außen zu drücken, wobei die Geschwindigkeit der Luftströmung in dem Kanal durch einen Druckregler 79 gesteuert wird. Tinteabweisendes Material wird mit einer Spritzpistole 80 aufgesprüht, um eine tinteabweisende Schicht 81 innerhalb des Fensters 76 auszubilden. Da die Bewegungsrichtung der Luft durch den Kanal der Richtung des gesprühten Materials entgegengesetzt ist, schlägt sich letzteres nur auf den Oberflächenabschnitt der Düsenscheibe nieder und verhindert das Verkleben des Kanals.The device shown in Fig. 12B is useful for forming the ink repellent layer only on the surface portion of the nozzle member. A socket 70 has an annular groove 71 in which a gasket 72 is inserted and a pressure chamber 73. A holding member 74 is detachably attached to the socket 70 by screws 75 to hold the nozzle disk between them. A holding member 74 is formed with a window 76. The chamber 73 is connected by a pipe 77 to a pressure pump 78 to create a positive pressure in the chamber 73 and to force air out through the channel of the nozzle member, the speed of the air flow in the channel being controlled by a pressure regulator 79. Ink repellent material is sprayed with a spray gun 80 to form an ink repellent layer 81 within the window 76. Since the direction of movement of the air through the channel is opposite to the direction of the sprayed material, the latter is deposited only on the surface portion of the nozzle disk and prevents the channel from sticking.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59203406A JPS6179668A (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | inkjet recording head |
| JP60162403A JPS6221551A (en) | 1985-07-23 | 1985-07-23 | Ink jet recording head |
| JP60177911A JPS6239252A (en) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | Surface treating method of nozzle plate for ink jet recording |
| JP60196290A JPS6255154A (en) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | Ink jet recording head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3586998D1 DE3586998D1 (en) | 1993-02-25 |
| DE3586998T2 true DE3586998T2 (en) | 1993-07-22 |
Family
ID=27473797
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8989117232T Expired - Fee Related DE3586998T2 (en) | 1984-09-28 | 1985-09-30 | INK-JET PRINTER. |
| DE8585306956T Expired - Lifetime DE3583275D1 (en) | 1984-09-28 | 1985-09-30 | METHOD FOR PRODUCING A NOZZLE BODY FOR AN INK JET PRINTER. |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8585306956T Expired - Lifetime DE3583275D1 (en) | 1984-09-28 | 1985-09-30 | METHOD FOR PRODUCING A NOZZLE BODY FOR AN INK JET PRINTER. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP0177316B1 (en) |
| DE (2) | DE3586998T2 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1329341C (en) * | 1988-10-19 | 1994-05-10 | Rosemary Bridget Albinson | Method of forming adherent fluorosilane layer on a substrate and ink jet recording head containing such a layer |
| GB8906379D0 (en) * | 1989-03-20 | 1989-05-04 | Am Int | Providing a surface with solvent-wettable and solvent-non wettable zones |
| DE3918472A1 (en) * | 1989-06-06 | 1990-12-13 | Siemens Ag | HYDROPHOBIC AGENTS AND APPLICATION METHOD, ESPECIALLY FOR INK JET PRINT HEADS |
| US5574486A (en) * | 1993-01-13 | 1996-11-12 | Tektronix, Inc. | Ink jet print heads and methos for preparing them |
| US6243112B1 (en) | 1996-07-01 | 2001-06-05 | Xerox Corporation | High density remote plasma deposited fluoropolymer films |
| US9895885B2 (en) | 2012-12-20 | 2018-02-20 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device with particle tolerant layer extension |
| DE112012007239B4 (en) * | 2012-12-20 | 2021-11-25 | Hewlett-Packard Development Co.,L.P. | Fluid ejection device with particle-tolerant layer expansion |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3921916A (en) * | 1974-12-31 | 1975-11-25 | Ibm | Nozzles formed in monocrystalline silicon |
| DE3048259A1 (en) * | 1980-12-20 | 1982-07-29 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | "NOZZLE FOR INK JET PRINTER" |
| DE3269768D1 (en) * | 1981-01-21 | 1986-04-17 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Ink jet printing head utilizing pressure and potential gradients |
| JPS5816856A (en) * | 1981-07-24 | 1983-01-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | Nozzle head for ink jet |
| US4528577A (en) * | 1982-11-23 | 1985-07-09 | Hewlett-Packard Co. | Ink jet orifice plate having integral separators |
-
1985
- 1985-09-30 EP EP85306956A patent/EP0177316B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-09-30 DE DE8989117232T patent/DE3586998T2/en not_active Expired - Fee Related
- 1985-09-30 EP EP19890117232 patent/EP0355862B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-09-30 DE DE8585306956T patent/DE3583275D1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3586998D1 (en) | 1993-02-25 |
| EP0177316A2 (en) | 1986-04-09 |
| EP0177316B1 (en) | 1991-06-19 |
| DE3583275D1 (en) | 1991-07-25 |
| EP0355862A1 (en) | 1990-02-28 |
| EP0177316A3 (en) | 1987-06-16 |
| EP0355862B1 (en) | 1993-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4801955A (en) | Ink jet printer | |
| DE3150109C2 (en) | ||
| DE69203986T2 (en) | Inkjet printer nozzle opening plate. | |
| DE69712622T2 (en) | THREE-DIMENSIONAL PRINTING AND PRODUCING STRUCTURES | |
| DE69109447T2 (en) | Thin film thermal inkjet printhead with a plastic nozzle plate and manufacturing process. | |
| DE69837466T2 (en) | A filter for removing contaminants from a liquid and method of making the same | |
| DE3685653T2 (en) | INK RAY PROTECTIVE LAYER AND HOLE PLATE PRINT HEAD AND MANUFACTURING. | |
| DE69203015T2 (en) | Nozzle plate for ink jet recording apparatus and method of its manufacture. | |
| DE3546063C2 (en) | ||
| DE69202385T2 (en) | Inkjet printhead with two photo-patterned, hardened barrier layers. | |
| DE4223707A1 (en) | Ink bubble jet printer - has multiple nozzles each with associated heating electrode to generate air bubble causing rapid discharge of defined ink droplet | |
| DE69620748T2 (en) | Liquid microvalve for modulating a flow of liquid in an inkjet printer | |
| DE69012079T2 (en) | Method for using erodible masks to produce partially etched structures in panes with orientation-dependent etching. | |
| DE602005000784T2 (en) | Process for the preparation of a hydrophobic layer on the surface of a nozzle plate for ink jet printers | |
| DE3874786T2 (en) | BASE PLATE FOR INK JET RECORDING HEAD. | |
| DE3511381C2 (en) | Liquid jet print head | |
| DE2842538A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR IMAGE GENERATION | |
| DE3047835A1 (en) | INK-JET RECORDING HEAD | |
| DE69636021T2 (en) | Ink jet printhead and method of making the same | |
| DE19836357A1 (en) | Unilateral manufacturing process for forming a monolithic ink jet printing element array on a substrate | |
| DE3200388A1 (en) | "INK OR COLOR BEAM HEAD" | |
| DE2358168A1 (en) | REGISTRATION UNIT | |
| DE4141203A1 (en) | Ink jet printer head - has ink ducts etched into plate mounted on heater actuator to generate droplet discharge bubbles | |
| DE69826428T2 (en) | Printhead stress relief | |
| DE69303526T2 (en) | Manufacturing process of a printhead with a piezoelectric component |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |