RU2051043C1 - Thermojet printing head - Google Patents
Thermojet printing head Download PDFInfo
- Publication number
- RU2051043C1 RU2051043C1 SU5018613A RU2051043C1 RU 2051043 C1 RU2051043 C1 RU 2051043C1 SU 5018613 A SU5018613 A SU 5018613A RU 2051043 C1 RU2051043 C1 RU 2051043C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ink
- plate
- nozzle
- nozzles
- chambers
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам вывода информации на бумажный носитель. The invention relates to paper output devices.
Известна термоструйная печатающая головка с тонкопленочными резисторами, диэлектрическим покрытием резисторов полимерным материалом, формирующим сопельные и чернильную камеры, пластину с соплами (Ronald A.Askeland, Winthrop D. Childers, and William R. Sperry. The Second Generation Thermal Inkjet Structure. Hewlett-Packard Journal. August 1988, p. 28-31). Known thermostatic print head with thin-film resistors, a dielectric coating of resistors with a polymeric material forming the nozzle and ink chambers, a plate with nozzles (Ronald A. Askeland, Winthrop D. Childers, and William R. Sperry. The Second Generation Thermal Inkjet Structure. Hewlett-Packard Journal. August 1988, p. 28-31).
Такой конструктивный вариант головки позволяет получить разрешение до 300 точек на дюйм с высоким качеством печати, но является трудоемким в изготовлении платы с резисторами, а именно необходимо ввести в технологию целый ряд операций, связанных с нанесением и обработкой полимерного материала с толщиной 25-50 мкм в зависимости от конструкции термоструйной печатающей головки. При этом пластина с соплами не имеет дополнительного рельефа, кроме сопельных отверстий. Повышение частоты достигается за счет применения подложки с высокой теплопроводностью, например кремния. Such a constructive version of the head allows obtaining a resolution of up to 300 dpi with high print quality, but is laborious in manufacturing a board with resistors, namely, it is necessary to introduce a number of operations in the technology related to the deposition and processing of polymer material with a thickness of 25-50 μm depending on the design of the thermal inkjet print head. In this case, the plate with nozzles does not have an additional relief, except for nozzle holes. The increase in frequency is achieved through the use of a substrate with high thermal conductivity, such as silicon.
В предложенной конструкции головки исключается толстое полимерное покрытие на резистивной плате и связанные с ним технологические операции, а сопельные и чернильная камеры формируются методом гальванопластики в пластине с соплами без увеличения ее трудоемкости в сравнении с аналогом. Рельеф, созданный на периферии пластины с соплами, позволяет повысить качество приклейки за счет увеличения толщины клеющей пленки. In the proposed head design, a thick polymer coating on the resistive board and the associated technological operations are eliminated, and the nozzle and ink chambers are formed by electroforming in a plate with nozzles without increasing its complexity in comparison with the analogue. The relief created on the periphery of the plate with nozzles can improve the quality of gluing by increasing the thickness of the adhesive film.
Наиболее близкой по своей конструкции является термоструйная печатающая головка, в которой имеются тонкопленочные резисторы с диэлектрическим покрытием, рельефная пластина с соплами. Пластина с соплами имеет рельеф на внутренней и внешней поверхности (Ronald A. Askeland, Winthrop D. Childers, and William R. Sperry. The Second Generation Thermal Inkjet. Structure. Hewlett Packard Journal, August 1988, p. 28-31). The closest in design is the thermal inkjet head, which has thin-film resistors with a dielectric coating, a relief plate with nozzles. The nozzle plate has relief on the inner and outer surfaces (Ronald A. Askeland, Winthrop D. Childers, and William R. Sperry. The Second Generation Thermal Inkjet. Structure. Hewlett Packard Journal, August 1988, p. 28-31).
Основным недостатком данного конструктива головки является низкая разрешающая способность (не более 180 точек на дюйм) из-за несовершенства конструкции сопельных и чернильной камер, выполненных на рельефной пластине с соплами. Для изготовления пластины с соплами требуется матрица из металла с высотой рельефа до 50 мкм, что и определяет высокую трудоемкость изготовления. The main disadvantage of this head design is the low resolution (not more than 180 dpi) due to imperfect design of nozzle and ink chambers made on a relief plate with nozzles. For the manufacture of a plate with nozzles, a matrix of metal with a relief height of up to 50 μm is required, which determines the high complexity of manufacturing.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков, получение высокого разрешения и снижение трудоемкости изготовления, повышение рабочей частоты и повышение качества присоединения пластины с соплами к резистивной плате. The aim of the invention is to eliminate these drawbacks, obtaining high resolution and reducing the complexity of manufacturing, increasing the operating frequency and improving the quality of connecting the plate with nozzles to the resistive board.
На фиг. 1 показан участок матрицы с резисторами и камерообразующей пластиной с соплами; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 пластина с соплами с внутренней поверхности; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 разрез С-С на фиг. 3. In FIG. 1 shows a portion of a matrix with resistors and a chamber-forming plate with nozzles; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 plate with nozzles from the inner surface; in FIG. 4 a section BB in FIG. 3; in FIG. 5 a section CC of FIG. 3.
Головка содержит пластину с соплами 1, на которой имеются замкнутая тонкостенная перегородка 2, перегородка 3 между сопельными и чернильной камерами, канал 4 подачи чернил в сопельную камеру 5, чернильную камеру 6, камеру для клея 7, резистивный слой 8, защитное покрытие 9, проводящие шины 10, диэлектрическую подложку 11, канал 12 подачи чернил из резервуара с чернилами в чернильную камеру, ребра жесткости 13. The head contains a plate with
Как показано на фиг. 2-5, внутренняя поверхность пластины с соплами имеет замкнутую тонкостенную перегородку 2, которая формирует чернильную и сопельную камеры при приклейке пластины к плате с резисторами. Эта перегородка разделяет сопельные камеры 5 друг от друга, и каждая из них имеет канал в чернильную камеру 6. Камеры для клея 7 отделены друг от друга ребрами жесткости 13, которые могут быть изготовлены как продолжение тонкостенной перегородки 2 с такой же или меньшей высотой рельефа, могут иметь зазор с перегородкой 2. Кроме того, они могут быть замкнуты по периметру пластины дополнительными ребрами или быть открытыми, как показано на фиг. 3. Перегородка 2 ограничивает натекание клея к сопельным и чернильной камерам. As shown in FIG. 2-5, the inner surface of the plate with nozzles has a closed thin-
Предложенные конструкции пластины с соплами выбираются в зависимости от применяемого клея и способа приклейки. The proposed plate designs with nozzles are selected depending on the adhesive used and the gluing method.
Конфигурация ребер может быть иной в зависимости от размера пластины с соплами и количества сопел. The configuration of the ribs may be different depending on the size of the plate with nozzles and the number of nozzles.
Термоструйная печатающая головка работает следующим образом. Thermostatic print head operates as follows.
К резистивной подложке 8 через подводящие шины 10 подается импульсное напряжение с амплитудой 18-22 В, с длительностью 2-7 мкс и частотой 1,3-1,8 кГц (т.е. стандартный режим питания термоструйных головок). В каждый из данных промежутков времени в сопельной камере 5 с чернилами выделяется тепловая энергия. Благодаря этому осуществляется вскипание чернил в камере. Процесс вскипания чернил сопровождается образованием пузырьков газа, которые выбрасываются вместе с красителем (чернилами) через сопло камеры 5. В промежутках (в паузах) между импульсами осуществляется подпитка красителем из чернильной камеры 6, соединенной каналом 12 подачи чернил с резервуаром чернил (не показан). To the
Объем капли генерируемых чернил, влияющий на разрешающую способность, зависит от размеров сопельной камерами 5 и отверстия в ней, от размеров перегородки 3 между сопельной и чернильной камеры, от качества приклейки пластины к резистивной плате. В предложенной конструкции размеры перегородки между сопельной и чернильной камерами 3 определяют длину и сечение соединяющего их канала 4. Размеры перегородки 3 задаются шаблоном. Управление размерами перегородки по трем координатам позволяет выбрать наиболее приемлемый вариант для обеспечения требуемых характеристик головки. The droplet volume of the generated ink, which affects the resolution, depends on the size of the
Получение рельефа в пластине с соплами позволяет повысить и частотные характеристики за счет снижения постоянной времени охлаждения чернил в сопельной камере после прохождения теплового импульса. Obtaining a relief in a plate with nozzles allows one to increase the frequency characteristics by reducing the constant cooling time of the ink in the nozzle chamber after the passage of a heat pulse.
Отличительной чертой пластины является и то, что она имеет рельеф лишь с внутренней стороны и микрорельеф с внешней стороны, который может достигать не более пяти микрон и определяется толщиной диэлектрика и проводников матрицы, применяемых при гальванопластике. В прототипе рельеф формируется с двух сторон, а в аналоге он отсутствует. A distinctive feature of the plate is that it has a relief only on the inside and a microrelief on the outside, which can reach no more than five microns and is determined by the thickness of the dielectric and matrix conductors used in electroplating. In the prototype, the relief is formed on both sides, and in the analogue it is absent.
Пластина с соплами изготавливается методом гальванопластики. На кремниевой подложке с удельным сопротивлением менее 0,003 Ом см наращивается окисный слой толщиной до 1 мкм. The plate with nozzles is made by electroforming. An oxide layer with a thickness of up to 1 μm is grown on a silicon substrate with a resistivity of less than 0.003 Ω cm.
В слое окисла вскрываются окна для формирования тонкостенной перегородки 2 и ребер жесткости 13. Подвод тока через подложку кремния позволяет сформировать участки любой конфигурации с равной высотой. Далее на подложку напыляется металл толщиной 0,5 мкм, например никель с подслоем адгезионного материала. Другим фотошаблоном делается фотолитография по металлу с таким расчетом, чтобы между первым рисунком и вторым были зазоры, сформированные окисью кремния, который выполняет роль диэлектрика. Ширина этого зазора определяет толщину ступеньки, которая получается при гальваническом росте пластины. Электролит выбирается таким, когда скорость роста вдоль пластины равна скорости роста перпендикулярно к пластине. За счет этих зазоров формируются чернильная камера 6, перегородка 3 между сопельными и чернильной камерами, камеры для клея 7, конфигурация сопельных камер 5. Windows are opened in the oxide layer for the formation of a thin-
Таким образом формируется матрица для изготовления пластин с соплами. После специальной обработки матрицы ее помещают в гальваническую ванну для наращивания слоя никеля необходимой толщины. Далее с матрицы снимается блок пластин, которые соединены перемычками. Данная технология позволяет получать пластины без перемычек, т.к. подвод тока идет через подложку. Thus, a matrix is formed for the manufacture of plates with nozzles. After special processing of the matrix, it is placed in a plating bath to build up a nickel layer of the required thickness. Next, a block of plates that are connected by jumpers is removed from the matrix. This technology allows you to get plates without jumpers, because current is supplied through the substrate.
Пластина с соплами, полученная по вышеприведенной технологии, имеет микрорельеф (до 1,5 мкм) со стороны наращивания на кремниевую пластину с окислом и металлом. Высота микрорельефа равна толщине окисла и металла. Высота рельефа с внутренней стороны пластины определяется конструкцией формируемых зазоров на диэлектрике. The wafer with nozzles obtained by the above technology has a microrelief (up to 1.5 μm) on the side of the build-up on a silicon wafer with oxide and metal. The height of the microrelief is equal to the thickness of the oxide and metal. The height of the relief on the inside of the plate is determined by the design of the formed gaps on the dielectric.
Применение конструкции термоструйной печатающей головки с пластиной с соплами, рассмотренной выше, позволяет получить головки с разрешением 300 точек на дюйм при снижении затрат на ее изготовление с дозированием капли и повышением частотных характеристик. Улучшение основных характеристик головки позволяет выполнить резистивные подложки на материале типа ситалл вместо кремния, что, в свою очередь, снижает себестоимость. The use of the design of a thermal inkjet print head with a nozzle plate, discussed above, allows obtaining heads with a resolution of 300 dpi with a reduction in the cost of its manufacture with dosing of the droplet and an increase in the frequency characteristics. Improving the basic characteristics of the head allows you to perform resistive substrates on a material such as glass instead of silicon, which, in turn, reduces the cost.
Все это дает возможность повысить процент выхода годных изделий и сократить время освоения головок в массовом производстве. All this makes it possible to increase the percentage of yield of suitable products and reduce the time of development of heads in mass production.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5018613 RU2051043C1 (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Thermojet printing head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5018613 RU2051043C1 (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Thermojet printing head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2051043C1 true RU2051043C1 (en) | 1995-12-27 |
Family
ID=21592593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5018613 RU2051043C1 (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Thermojet printing head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2051043C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021045773A1 (en) * | 2019-09-06 | 2021-03-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Orifice shield |
-
1991
- 1991-11-01 RU SU5018613 patent/RU2051043C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Gary L.Siewell, William. R. Boucher, Pau 1. L. Meclelland. The Think Jet Orifice Plate: Apart with Many Functions. Hewlett-Packard. Journal, 1985, май, p. 33-37. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021045773A1 (en) * | 2019-09-06 | 2021-03-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Orifice shield |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6254219B1 (en) | Inkjet printhead orifice plate having related orifices | |
US5760804A (en) | Ink-jet printing head for a liquid-jet printing device operating on the heat converter principle and process for making it | |
DE69309143T2 (en) | Inkjet printhead with effective routing | |
US5625393A (en) | Ink ejecting apparatus with ejecting chambers and non ejecting chambers | |
KR19980080813A (en) | Inkjet printer nozzle plate designed with improved flow characteristics | |
EP1053872B1 (en) | Ink-jet head, ink-jet printer, and its driving method | |
US5980017A (en) | Process for the production of a liquid jet recording head | |
JPH0226864B2 (en) | ||
JPS63272558A (en) | Ink jet recorder | |
US4740800A (en) | Liquid jet recording head | |
US5858190A (en) | Method for electro-deposition passivation of ink channels in ink jet printhead | |
US5461406A (en) | Method and apparatus for elimination of misdirected satellite drops in thermal ink jet printhead | |
EP0347856B1 (en) | Ink jet recording head | |
JP3113077B2 (en) | How to electroform a straight orifice plate | |
RU2051043C1 (en) | Thermojet printing head | |
US6402296B1 (en) | High resolution inkjet printer | |
US7757397B2 (en) | Method for forming an element substrate | |
JPH06305142A (en) | Ink jet head and production thereof | |
JP2672096B2 (en) | Inkjet recording head | |
JP2001246753A (en) | Ink-jet printer head and manufacturing method | |
JPH10138492A (en) | Electrostatic ink jet recording head and manufacture thereof | |
JP3032282B2 (en) | Droplet ejection recording device | |
JPH0764066B2 (en) | Liquid jet recording head | |
JPS63272557A (en) | Ink jet head | |
JPH07270608A (en) | Color filter, its production and device therefor |