專利名稱：高分辨率噴墨打印頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及噴墨打印頭，特別是涉及具有提高的分辨率的噴墨打印頭以及用于制造該打印頭的方法。
背景技術：
噴墨打印機作為對激光打印機的替代一直得到廣泛的認可。在一些場合下這種噴墨打印機通常比激光打印機更通用。隨著噴墨打印機的能力得到提高以在打印速度提高的情況下提供更高質(zhì)量的圖像，作為噴墨打印機主要打印部件的打印頭不斷發(fā)展并變得更復雜。
改善打印質(zhì)量要求打印頭所提供的墨滴數(shù)量增加。為了增加來自打印頭的墨滴的數(shù)量，打印頭被設計成包括多個噴嘴和相應的噴墨促動器?？梢员绢I域技術人員公知的幾種方式增加用于“上部促發(fā)(topshooter)”或“頂部促發(fā)(roof shooter)”打印頭的噴嘴和促動器的數(shù)量。例如，在包含噴嘴孔、油墨腔室以及用聚酰亞胺激光燒蝕的油墨通道的一體噴嘴板上，相鄰的噴嘴和相應的油墨腔室通常在與供墨槽正交的方向上相互偏離。這種設計導致相鄰噴嘴具有不同的流體特性例如再填充時間，這會導致質(zhì)量缺陷并會限制噴墨器促動器的高頻操作。所述偏離主要是由于噴嘴板材料的激光燒蝕以形成油墨腔室而形成的。對于包含油墨腔室和油墨通道的激光燒蝕噴嘴板，要求在相鄰油墨腔室之間具有最小的空間以對油墨腔室提供足夠的腔室壁結構。因此，當用于打印頭的噴嘴和促動器的數(shù)量增加時要求提供更大的噴嘴板和相應的半導體基片。
盡管現(xiàn)有技術的噴墨打印頭得到改進，但仍然需要提供具有更高分辨率的打印頭，這種打印頭基本上無需增加生產(chǎn)該打印頭的成本就可以在更高的噴射頻率下操作。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上和其它目的及優(yōu)點提供一種用于噴墨打印機的高分辨率打印頭。該打印頭包括至少一個供墨邊緣和多個與供墨邊緣間隔一個距離的噴墨促動器的半導體基片。每個噴墨促動器具有的縱橫比范圍是大約1.5∶1至大約6∶1。噴嘴板通過采用粘結劑或優(yōu)選的粘結劑與中間聚合體層連接在半導體基片上。噴嘴板包含通過激光燒蝕在噴嘴板上與多個噴墨促動器相對應的多個噴嘴孔、油墨腔室以及油墨通道。相鄰噴嘴孔間隔的節(jié)距范圍是大約600dpi至大約1200dpi。每個噴墨促動器與供墨邊緣的距離基本上相同。
在另一實施方式中提出一種用于噴墨打印機的打印頭。該打印頭包括至少一個供墨邊緣和多個與供墨邊緣間隔一個距離的噴墨促動器的半導體基片。每個噴墨促動器具有的縱橫比范圍是大約1.5∶1至大約6∶1。厚膜層連接在半導體基片上。所述厚膜層具有形成在其中的與多個噴墨促動器相對應的多個供墨腔室以及供墨通道。噴嘴板連接在厚膜層上。噴嘴板包含通過激光燒蝕在噴嘴板上與多個供墨腔室相對應的多個噴嘴孔。相鄰噴嘴孔間隔的節(jié)距范圍是大約600dpi至大約2400dpi。每個噴墨促動器與供墨邊緣的距離基本上相同。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是在不降低發(fā)射頻率并且不顯著增加打印頭部件尺寸的情況下提供具有提高的打印分辨率的打印頭。本發(fā)明還能夠在不需要在與供墨槽正交方向上設置相互偏離的相鄰噴嘴以及相應油墨腔室的情況下生產(chǎn)具有噴嘴間距大于600dpi的打印頭。因此，每個噴嘴的流體特征基本上相同。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，應用在噴嘴或噴墨促動器上的術語“間距”的本意是在與直列噴嘴對準的軸線基本上平行的方向上相鄰噴嘴或噴墨促動器之間的中心距。應用在噴墨促動器上的術語“縱橫比”是促動器長度與促動器寬度的比值。


通過參照結合表示本發(fā)明一個或多個非限制性方面的以下附圖做出的對優(yōu)選實施方式的詳細描述將會了解到本發(fā)明的其它優(yōu)點，其中相同的附圖標記表示在以下幾幅視圖中的相同或相似的構件圖1是不按比例的包含根據(jù)本發(fā)明的打印頭的噴墨打印機墨盒；圖2是根據(jù)本發(fā)明的噴墨打印機的透視圖；圖3是包含根據(jù)本發(fā)明的打印頭的不按比例的平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的打印頭的一部分不按比例的截面圖；圖5是現(xiàn)有技術的打印頭的一部分不按比例的平面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的打印頭的一部分不按比例的平面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的打印頭的一部分不按比例的截面圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明實施方式的噴嘴孔入口或出口的示意圖。
具體實施例方式
參照圖1-3，示出了包含用于噴墨打印機12的打印頭16的噴墨打印機墨盒10。墨盒10包括用于向打印頭16供給流體例如油墨的盒體14。流體可以容納在盒體14的存儲區(qū)內(nèi)或者可以從遠端供給源被供給到盒體14。
打印頭16包括半導體基片18和包含噴嘴孔22的噴嘴板20，所述噴嘴孔22連接在基片18上，或者在另一實施方式中連接在基片的厚膜層上。優(yōu)選的是墨盒10應該被遠程連接在噴墨打印機12上。因此，在柔性電路26上設置電觸點24以與噴墨打印機12電連接。柔性電路26包括與打印頭16的基片18相連的導電跡線28。
在圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的打印頭16的一部分不按比例的放大截面圖。在該實施方式中，打印頭16包含用于對在基片18和噴嘴孔22之間的噴嘴板20上形成的流體腔室或油墨腔室32內(nèi)的流體進行加熱的加熱構件30。但是，本發(fā)明并不局限于包含加熱構件30的打印頭16。也可以采用其它流體噴射裝置或噴墨促動器例如壓電裝置設置根據(jù)本發(fā)明的打印頭。
通過打印頭16穿過噴嘴孔22噴射的流體優(yōu)選穿過基片18上的開口或槽34并穿過使槽34與流體腔室32相連的流體通道36被提供給流體腔室32。噴嘴板20優(yōu)選通過粘結層38粘附連接在基片18上。在特別優(yōu)選的實施方式中，打印頭是熱敏或壓電噴墨打印頭。但是，本發(fā)明并不是要局限于噴墨打印頭，因為其它流體也可以采用根據(jù)本發(fā)明的微流體噴射裝置被噴射。
同時本發(fā)明并不局限于具有在基片18上的流體供給槽34的打印頭。還可以使流體繞基片18的相對外邊緣流動并流入流體通道36和流體腔室32。因此，流體供給邊緣40被設置成可以是供給槽34的邊緣，或者在邊緣供給結構的情況下是基片18的外邊緣。
在圖4所示的實施方式中，油墨腔室32和油墨通道36通過激光燒蝕在噴嘴板20上形成。通常從噴嘴板20的油墨腔室一側執(zhí)行噴嘴板20的激光燒蝕。當噴嘴板20由聚酰亞胺材料制成時，油墨腔室32的壁42以及噴嘴22的壁44具有由激光燒蝕工藝產(chǎn)生的傾斜或成角度的表面。
在圖5所示的現(xiàn)有技術的打印頭設計中，相鄰噴嘴46和48之間中心到中心的距離S1通常是大約42微米或更大以沿平行于供墨邊緣54的方向(A)提供小于大約600dpi(每英寸點數(shù))的間距。在圖5所示的現(xiàn)有技術的設計中，設置交錯排列的油墨腔室50和52使噴嘴孔46和48交錯排列以提供相鄰噴嘴之間更近的間距S1?！敖诲e排列”意思是噴嘴46的中心到供墨邊緣54的距離T1小于噴嘴48的中心到供墨邊緣54的距離T2。在許多常規(guī)的現(xiàn)有技術的設計中，噴墨促動器56的縱橫比(L1/W1)通常小于大約1.5∶1。
為了在相鄰油墨腔室例如油墨腔室50和52之間提供流體密封，考慮制造對準誤差要求激光燒蝕的噴嘴板相鄰油墨腔室之間的距離F1的范圍是大約7.5微米至大約30微米。同時通常要求激光燒蝕的噴嘴板內(nèi)腔室壁58和油墨噴射器56之間的距離G1的范圍是大約0至大約10微米。因此，相鄰噴嘴之間的間距S1是F1和G1以及噴墨裝置的縱橫比的函數(shù)。
將會認識到，噴嘴46的流體特征不同于噴嘴48的流體特征，因為噴嘴48比噴嘴46離供墨邊緣54更遠。還將認識到，要求在激光燒蝕的噴嘴板上設置相鄰噴嘴46和48之間的間距大于600dpi或間距小于42微米的基本上無交錯排列的噴嘴，以利用更高的油墨噴射速率或發(fā)射頻率提高打印分辨率和打印質(zhì)量。對于圖5所示的設計，噴嘴的發(fā)射頻率受與供墨邊緣54間隔更遠的油墨腔室52流體填充速率的限制。
在圖6中以不按比例的平面圖示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的打印頭16的一部分。根據(jù)本發(fā)明，設置噴墨噴嘴22基本上直線形的排列60。與圖5所示的現(xiàn)有技術的設計不同，油墨腔室32與供墨邊緣40基本上間隔同一距離T3，使得每個噴嘴22的流體特征基本上相同。就油墨腔室32與邊緣的距離而言，術語“基本上相同”意思是在每列油墨腔室32中與油墨腔室32的距離差小于或等于噴墨裝置30的長度L2(圖6)。在優(yōu)選的實施方式中T3優(yōu)選的范圍是大約20微米至約90微米。還與現(xiàn)有技術的設計不同的是，相鄰噴嘴22之間的中心距S2優(yōu)選小于42微米，以沿噴嘴直線形排列60的方向B向燒蝕的油墨腔室提供大于大約600dpi到大約1200dpi的間距并向光顯影油墨腔室提供大于大約600dpi到2400dpi的間距。在優(yōu)選的實施方式中S2優(yōu)選的范圍是從小于42微米到大約10.5微米。
如上所述，在激光燒蝕的噴嘴板相鄰油墨腔室之間存在最小距離F2以向相鄰油墨腔室之間的流體密封提供足夠的腔室壁結構。距離F2優(yōu)選的范圍是大約6微米至大約30微米。同時，內(nèi)腔室壁62和噴墨裝置30之間的對準誤差要求間距G2優(yōu)選的范圍是大約0至大約10微米。這種情況特別是發(fā)生在腔室壁62和噴墨裝置30之間具有大約9微米的對準誤差(NA)時。在包含激光燒蝕的油墨腔室32和油墨通道的激光燒蝕的噴嘴板中，G1＝G2并且F1＝F2。在另一實施方式中，如下所述，G1≥G2并且F1≥F2。
為了在相鄰噴嘴22提供足以將節(jié)距提高到大于大約600dpi的更近的間距，噴墨裝置30的縱橫比被選定為使得縱橫比(L2/W2)的范圍是大約1.5∶1至大約6∶1，優(yōu)選是大約2∶1至大約4.5∶1。這種縱橫比能夠采用加熱電阻器作為噴墨裝置，其利用常規(guī)的加熱電阻器材料具有的電阻范圍是大約80歐姆至大約200歐姆或更大。在這種情況下，噴嘴22與油墨腔室32的對準誤差(NC)是大約2微米。
對于參照圖4和6所述的激光燒蝕的噴嘴板20，可采用以下關系式選定中心距S2(2×a)+ED+F2＝S2(1)其中(a)是腔室壁42底部和噴嘴22的入口64之間的距離，ED是噴嘴22的入口64的入口直徑，以及F2是相鄰油墨腔室32之間的間距。
噴嘴22的入口直徑(ED)直接影響由噴嘴22噴射的墨滴尺寸并且因此通常由產(chǎn)品規(guī)格決定。從噴嘴22的入口64到腔室壁42的距離(a)是噴嘴與油墨腔室對準誤差(NC)以及腔室壁42的側壁角的函數(shù)，所述側壁角通過在腔室壁頂部和底部之間激光燒蝕提供距離(c)而形成。在激光燒蝕過程中，腔室壁的側壁角通常范圍是大約6°至大約18°。因此，根據(jù)以下不等式距離(a)必須大于噴嘴與油墨腔室的對準誤差(NC)加上(c)a＞NC+c (2)為了使噴嘴板20的噴嘴22與噴墨裝置30對準，根據(jù)以下不等式噴墨裝置30和腔室壁42之間的距離(G2)必須大于腔室壁62和噴墨裝置30之間的對準誤差(NA)a＞NA+W2/2-ED/2 (3)其中W2是噴墨裝置30的寬度。以上公式假設噴嘴22的側壁角在噴嘴22的入口和出口之間是大約7°。對于相鄰噴嘴22的中心距S2小于600dpi到大約1200dpi的情況，加熱器寬度W2優(yōu)選的范圍是大約7微米至大約15微米。
為了減小對準誤差并進一步降低噴嘴與噴嘴的間距，在圖7中示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的打印頭66。在該實施方式中，噴嘴板68被形成為與厚膜層70分離。厚膜層70優(yōu)選通過旋轉(zhuǎn)涂覆或?qū)盈B在基片72上的光阻材料設置。厚膜層70具有范圍在大約6微米至大約30微米的厚度并且優(yōu)選是光顯影的以其中提供油墨腔室74和油墨通道76。如上所述，基片72包括供墨邊緣78，其可以通過設置在基片72上的供墨槽80提供。噴墨裝置82形成在基片72上并與在噴嘴板68上設置的噴嘴84對準。如上所述噴嘴84優(yōu)選通過激光燒蝕在噴嘴板68上形成。
在該實施方式中，油墨腔室74的側壁86被形成為小于激光燒蝕的噴嘴板20的側壁42的角度。因此，相鄰噴嘴84之間中心距S2可以被減小并且可采用以下關系式確定相鄰噴嘴84之間的中心距S2＝W2+(2×G2)+F2(4)這樣從設計中減小或消除了激光燒蝕的腔室壁42的影響。在該實施方式中，加熱器寬度W2的范圍可以是5.5微米至大約25微米。
為了提供適當?shù)膰娔b置30或82，噴墨裝置30或82的縱橫比(L2/W2)優(yōu)選的范圍是如上所述的1.5∶1-6∶1。對于給定的這一縱橫比，油墨腔室32或74以及相關的噴嘴22或84優(yōu)選被調(diào)節(jié)以提供從噴嘴22或84噴出的適當體積的油墨。對于本發(fā)明實施方式的優(yōu)選噴嘴設計在圖8中示出并包括基本上長圓形的噴嘴。優(yōu)選的長圓形噴嘴88具有在此被稱為“雙圓”的入口和出口形狀。雙圓噴嘴88由具有直徑D3的兩個半圓形部分90和92以及具有與直徑D3相等的寬度W3和長度L3的矩形部分94構成。對于噴嘴88的出口尺寸，D3優(yōu)選的范圍是大約5微米至大約30微米。寬度W3優(yōu)選的范圍是大約1微米-大約25微米并且L3優(yōu)選具有與D3相同的尺寸。噴嘴88的入口尺寸與噴嘴88的出口尺寸相似，但是出口直徑D3比相應的進口直徑更小，而噴嘴88入口和出口的寬度W3相同。噴嘴88的長軸L4優(yōu)選與噴墨裝置82的長度L2對準。噴嘴88出口的長軸L4優(yōu)選的范圍是大約10微米至大約50微米。優(yōu)選的是比值W3/D3應該大于大約0.15。還優(yōu)選的是比值L4/D3應該大于大約1.15。
排出的油墨量還是從噴墨裝置82到噴嘴84出口的距離H(圖7)的函數(shù)。距離H優(yōu)選的范圍是大約25微米-大約55微米。對于給定的中心距S2，優(yōu)選的是間距S2小于距離H。特別優(yōu)選的是當S2小于42微米時比值S2/H小于大約1.5。
盡管已經(jīng)按照噴嘴板或噴嘴板和厚膜層對以上實施方式進行了描述，但將會認識到油墨腔室和油墨通道可以單獨在噴嘴板或厚膜層上形成，或者可以在噴嘴板和厚膜層二者上都形成。在噴嘴板和厚膜層二者上都形成油墨腔室和油墨通道能夠獲得對距離H更大程度的改變同時提供適當?shù)牧鲃雍蛧娔匦浴?br> 從上述說明和附圖中可以想到并對本領域技術人員顯而易見的是，可以對本發(fā)明的實施方式做出修改和變化。因此，很明顯上述說明和附圖僅是優(yōu)選實施方式的示例，而不是對其的限定，本發(fā)明真正的精神和范圍由附加的權利要求確定。
權利要求
1.一種用于噴墨打印機的打印頭，所述打印頭包括包含至少一個供墨邊緣和多個與供墨邊緣間隔一個距離的噴墨促動器的半導體基片，每個噴墨促動器具有的縱橫比范圍是大約1.5∶1至大約6∶1；連接在半導體基片上的厚膜層，所述厚膜層具有形成在其中的與多個噴墨促動器相對應的多個供墨腔室以及供墨通道；以及連接厚膜層上的噴嘴板，所述噴嘴板包含在噴嘴板上與多個供墨腔室相對應的多個噴嘴孔，其中，相鄰噴嘴孔間隔的間距范圍是大約600dpi至大約2400dpi，并且每個噴墨促動器與供墨邊緣的距離基本上相同。
2.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述噴墨促動器包括加熱電阻器。
3.如權利要求2所述的打印頭，其特征在于，所述加熱電阻器的寬度小于或等于15微米。
4.如權利要求2所述的打印頭，其特征在于，所述加熱電阻器的電阻范圍是大約80歐姆至大約200歐姆。
5.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述噴嘴孔包括具有長軸與直徑比值大于大約1.15的長圓形噴嘴孔。
6.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述供墨邊緣包括供墨槽，并且所述多個噴墨促動器被布置在供墨槽的兩側。
7.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述供墨邊緣包括供墨槽，并且所述半導體基片包含兩個或更多供墨槽。
8.如權利要求7所述的打印頭，其特征在于，所述多個噴墨促動器僅被布置在每個供墨槽的一側。
9.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，從噴墨促動器到噴嘴孔出口的距離大于所述間距。
10.如權利要求1所述的打印頭，其特征在于，所述間距與噴墨促動器到噴嘴孔出口的距離的比值范圍是大約0.5至大約1.5。
11.一種包含權利要求8所述的打印頭的噴墨打印機墨盒。
12.一種用于噴墨打印機的打印頭，其包括包含至少一個供墨邊緣和多個與供墨邊緣間隔一個距離的噴墨促動器的半導體基片，每個噴墨促動器具有的縱橫比范圍是大約1.5∶1至大約6∶1；連接在半導體基片上的噴嘴板，所述噴嘴板包含通過激光燒蝕在噴嘴板上與多個噴墨促動器相對應的多個噴嘴孔、油墨腔室以及油墨通道，其中，相鄰噴嘴孔間隔的節(jié)距范圍是大約600dpi至大約1200dpi，并且每個噴墨促動器與供墨邊緣的距離基本上相同。
13.如權利要求12所述的打印頭，其特征在于，噴墨促動器包括加熱電阻器并且加熱電阻器的電阻范圍是大約80歐姆-大約200歐姆。
14.如權利要求12所述的打印頭，其特征在于，所述噴嘴孔包括雙圓噴嘴孔。
15.如權利要求12所述的打印頭，其特征在于，所述供墨邊緣包括供墨槽，并且所述多個噴墨促動器被布置在供墨槽的兩側。
16.如權利要求12所述的打印頭，其特征在于，所述供墨邊緣包括供墨槽，并且所述半導體基片包含兩個或更多供墨槽。
17.如權利要求16所述的打印頭，其特征在于，所述多個噴墨促動器僅被布置在每個供墨槽的一側。
18.一種包含權利要求15所述的打印頭的噴墨打印機墨盒。
19.一種包含權利要求16所述的打印頭的噴墨打印機墨盒。
20.一種用于熱噴墨打印機的打印頭，所述打印頭包括包含至少一個供墨邊緣和多個與供墨邊緣間隔一個距離的加熱電阻器的半導體基片，每個加熱電阻器具有的電阻范圍是大約80歐姆至大約200歐姆；連接在半導體基片上的厚膜層，所述厚膜層具有形成在其中的與多個噴墨促動器相對應的多個供墨腔室以及供墨通道；以及連接厚膜層上的噴嘴板，所述噴嘴板包含在噴嘴板上與多個供墨腔室相對應的多個噴嘴孔，其中，相鄰噴嘴孔間隔的間距范圍是大約600dpi至大約2400dpi，并且每個加熱電阻器與供墨邊緣的距離基本上相同。
21.如權利要求20所述的打印頭，其特征在于，每個加熱電阻器具有的縱橫比范圍是大約1.5∶1至大約6∶1。
22.如權利要求20所述的打印頭，其特征在于，所述供墨邊緣包括供墨槽，并且所述多個加熱電阻器被布置在供墨槽的兩側。
23.如權利要求20所述的打印頭，其特征在于，所述供墨邊緣包括供墨槽，并且所述半導體基片包含兩個或更多供墨槽。
24.如權利要求23所述的打印頭，其特征在于，所述多個加熱電阻器僅被布置在每個供墨槽的一側。
25.一種包含權利要求20所述的打印頭的噴墨打印機墨盒。
26.一種用于熱噴墨打印機的打印頭，所述打印頭包括包含至少一個供墨邊緣和多個與供墨邊緣間隔一個距離的加熱電阻器的半導體基片，每個加熱電阻器具有的電阻范圍是大約80歐姆至大約200歐姆；連接在半導體基片上的噴嘴板，所述噴嘴板包含通過激光燒蝕在噴嘴板上與多個噴墨促動器相對應的多個噴嘴孔、油墨腔室以及油墨通道，其中，相鄰噴嘴孔間隔的間距范圍是大約600dpi至大約1200dpi，并且每個加熱電阻器與供墨邊緣的距離基本上相同。
27.如權利要求26所述的打印頭，其特征在于，每個加熱電阻器具有的縱橫比范圍是大約1.5∶1至大約6∶1。
28.如權利要求26所述的打印頭，其特征在于，所述供墨邊緣包括供墨槽，并且所述多個加熱電阻器被布置在供墨槽的兩側。
29.如權利要求26所述的打印頭，其特征在于，所述供墨邊緣包括供墨槽，并且所述半導體基片包含兩個或更多供墨槽。
30.如權利要求29所述的打印頭，其特征在于，所述多個加熱電阻器僅被布置在每個供墨槽的一側。
31.一種包含權利要求26所述的打印頭的噴墨打印機墨盒。
全文摘要
一種用于噴墨打印機的高分辨率打印頭。該打印頭包括包含至少一個供墨邊緣和多個與供墨邊緣間隔一個距離的噴墨促動器的半導體基片。每個噴墨促動器具有的縱橫比范圍是大約1.5∶1至大約6∶1。噴嘴板連接在半導體基片上。噴嘴板包含通過激光燒蝕在噴嘴板上與多個噴墨促動器相對應的多個噴嘴孔、油墨腔室以及油墨通道。相鄰噴嘴孔間隔的間距范圍是大約600dpi至大約1200dpi。每個噴墨促動器與供墨邊緣的距離基本上相同。
文檔編號B41J2/14GK1930001SQ200580007365
公開日2007年3月14日 申請日期2005年2月9日 優(yōu)先權日2004年2月10日
發(fā)明者C·G·馬厄, J·H·鮑爾斯 申請人:萊克斯馬克國際公司