喷墨打印机的打印头和制作方法及操作该打印头的方法技术

一个能减小喷雾的打印头，该打印头具有借助墨水喷射器喷射墨水的喷孔。喷孔在喷孔板的外表面上设置窗口，窗口具有非对称沙漏轮廓，以便喷射的墨水滴在喷孔窗的窄端断开。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及具有改进喷孔设计的喷墨打印机的打印头，尤其涉及具有能减少墨水啧雾并改进轨迹误差的开口的打印头喷孔。喷墨打印机以可控方式将墨水滴喷射到介质的所需位置而在介质(如纸)上形成字符和图像。在最简单的形式中，这种打印机可抽象为这样的机构，即介质的移动定位机构，以便墨水滴能落到介质上；打印盒，用于控制墨水流、并将墨水滴喷射到介质上；以及适宜的控制硬件和软件。喷墨打印机的常规打印盒具有按需要储存和供给墨水的墨水储存部分、和由打印控制软件直接控制而加热和喷射墨水滴的打印头。典型地，打印头是层状结构的，它包括一个半导体基底、一个做成蜂窝状且做有墨水流通道的隔挡材料结构、和一个穿有小孔或喷孔的排列图案用于喷射墨水滴的喷孔板。在一种喷墨打印机中，喷射机构包括多个形成在半导体基底上的加热电阻，每个加热电阻与形成在隔挡层的多个墨水喷射室中的一个、以及喷孔板上多个喷孔中的一个相关。每个加热电阻连接到控制软件、以便使每个电阻单独地通过电流而将墨水部分迅速汽化成汽泡后从喷孔喷射墨水滴。墨水注入形成在每个加热电阻周围的隔挡层中的喷射室而待加热电阻通电加热。墨水喷射后墨水汽泡缩灭，墨水重新注入喷射室并横跨喷孔形成弯月形。使墨水流重新注入喷射室的隔挡层中的形式和结构可建立墨水重新注入喷射室的速度和墨水弯月形的动力特性。更具体的打印机、打印盒和打印头结构可见于Hewlett-Packard Journal(36卷，5号，1985年5月)和Hewlett-Packard Journal(54卷，1号，1994年2月)。打印盒设计者面临的一个问题是在实现高打印速度的同时保持良好的打印质量。当墨水滴因喷射室内的墨水迅速沸腾而从喷孔喷射时，喷射墨水的绝大部分质量聚集在喷向介质的墨水滴中。但是，喷出墨水的一小部分残留在从墨滴伸展到喷孔的表面开口的尾部中。尾部的墨水速度一般小于墨水滴的墨水速度，大部分尾部分从墨水滴分离。分离的尾部的一些墨水重组成喷射墨水滴或留下来以墨水滴畸变的形式在打印材料上产生粗糙的边缘。一些尾部中喷射的墨水返回到打印头、并在打印头喷孔板表面上形成糊状液。一些分离尾部的墨水形成子墨水滴(“墨水雾”)，墨水雾大体沿墨水滴的方向移动和随机地扩展。通常这些墨水雾落在介质上形成墨水薄雾背景。为减小墨水雾的有害作用，人们降低了打印操作速度，但这会使打印机在给定时间内的打印页数减少。人们还考虑通过优化墨水喷射室和隔挡层中相关墨水供给管道的结构和几何形状来解决墨水雾的问题。喷孔几何形状也影响啧雾问题，见由Weber等在1996年2月29日提交的专利申请08/608，923“非对称打印头喷孔”。一种制作喷孔板的常规方法是在预制芯子上使用化学镀技术。这种芯子如附图说明图1所示(它不是按比例绘制)，其中的基底101至少具有一个由硅或玻璃构成的平面。在基底101的平面上沉积铬或不锈钢薄膜导电层103。真空镀膜处理、例如平面磁控管处理可用于沉积这个导电薄膜103。其它真空镀膜处理可用于沉积氮化硅介电层105，并利用例如等离子体增强化学蒸镀处理的真空镀膜处理进行沉积。介电层105应非常薄，一般其厚度约0.3μm。用光抗蚀掩膜遮蔽介电层105，用紫外光曝光，而后进行等离子体蚀刻处理，除在导电层103的预选位置保留介电材料的“按钮”外、去掉介电层的绝大部分。当然，这些位置预定在喷孔板的每个喷孔的位置，喷孔板位于芯子的顶上。将这个可重复使用的芯子放入电镀槽，在电镀槽中导电层构成阴极，镍基底材料构成阳极。在电镀处理中，镍金属从阳极转移到阴极，镍(即，层107)附着到导电层103的导电区。由于镍金属板与芯子的每个导电板的距离相等，所以一旦到达介电层按钮105，镍将以均匀可预测的图案构成覆盖介电层的镀层。仔细地控制包括电镀时间在内的电镀处理参数，以便形成在介电层按钮105上的镍层107的开孔在介电表面上具有预定直径(通常为45μm)。这个直径一般是介电层按钮105直径的1/3到1/5，于是在镍107的顶层、在的喷孔板的内表面具有直径d2的开孔，直径d2约为喷孔板外表面上喷孔直径d1的3到5倍。在完成化学镀时，新形成的喷孔板从芯子除去、并镀金以增加喷孔的耐蚀性。其它有关金属喷孔产品的说明可见于已转让给本专利技术受让人的美国专利4，773，971；5，167，776；5，443，713；和5，560，837。不适当导向的墨水滴和不希望的卫星式墨水滴和喷雾会降低喷墨打印介质上形成的字符图像的质量。人们希望减少因从喷墨孔侧随机喷射的墨水滴引起的随机轨迹，并减少因墨水滴尾部断开所产生的喷雾。本专利技术涉及利用墨水喷射器从喷孔板的喷孔喷射墨水的喷墨打印机的打印头。喷孔板至少具有一个从与墨水喷射器相对的喷孔板的第一表面经喷孔板伸展到基本与第一表面平行的喷孔板第二表面的喷孔。该喷孔具有一个位于第二表面的窗口，窗口至少有两个限定该窗口外围的相交边缘。第一边缘包含第一弧段，第一弧段具有第一半径和位于窗口周边内的第一中心。第二边缘包含第二弧段，第二弧段具有第二半径和位于窗口周边外的第二中心。图1是形成芯子的喷孔板和形成在该芯子上的喷孔板的截面图。图2是示出一个墨水喷射室的常规打印头的截面图。图3是常规打印头的喷孔板外表面的平面图。图4是表示常规打印头喷射墨水滴的截面图。图5是墨水滴弯月系统的理论模型，它有助于理解本专利技术的方案。图6是打印介质上喷雾和加长墨水滴尾部的有害效果的重现。图7A和7B是从喷孔板外表面显示喷孔表面窗口的平面图。图8A和8B是从喷孔板表面显示可用于本专利技术的喷孔表面窗口的平面图。图9A和9B是打印介质上的喷雾效果及本专利技术作出的改进效果的重现。图10表示可用于本专利技术的构成喷孔窗口的技术。图11表示可用于本专利技术的构成喷孔窗口的技术。图12是在应用本专利技术时从喷孔板外表面显示喷孔表面窗口和喷孔口与墨水喷射室之间关系的平面图。当使用本专利技术时，作为非对称喷孔窗口的结果，随机墨水滴轨迹和过量喷雾将减少，在本专利技术中，墨水滴轨迹被偏置成沿喷射孔的一个方向产生。图2中示出常规打印头的截面图。薄膜电阻201设置在半导体基底203表面、并经在半导体基底203表面上镀金属(未示出)而与电输入信号连接。另外，为避免化学和机械破坏的各种保护层可覆盖加热电阻201，但为简明起见，图2中未示出保护层。隔挡材料层205选择地设置在硅基底203表面(或设置多层)，从而留下围绕加热电阻201的开孔或墨水喷射室207，于是在加热电阻201通电且墨水经开孔209喷射之前，墨水可聚集在喷射室内。用于隔挡层205的隔挡材料通常是可从杜邦公司得到Parad材料或类似材料。喷孔209是喷孔板107中的孔，喷孔209从喷孔板内表面向喷孔板外表面伸展、并如前所述地构成喷孔板的一部分。图3是从喷孔板107的外表面213看喷孔所显示的常规打印头的顶平面图(A-A线表示图2的截面)。墨水供给通道301设置在隔挡层205中以便从较大的墨水源(未示出)向墨水喷射室提供墨水。图4表示在墨水从喷孔209喷射之后22微秒时墨水滴401中的墨水形状。在常规喷孔板中，(其中使用圆形喷孔窗)墨水滴401保持长的尾部403，从图中可知，长尾部403至少向后伸展到喷孔板107的喷孔209。在墨水滴401离开喷孔板、且喷射墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个用于喷墨打印机的打印头，该打印头具有用于喷墨的喷孔，该打印头包括： 一个墨水喷射器；以及 一个喷孔板（１０７），喷孔板（１０７）具有一喷孔，所述喷孔经所述喷孔板从与所述墨水喷射器相对的所述喷孔板的第一表面伸展到基本平行所述第一表面的所述喷孔板的第二表面，所述喷孔包括位于所述第二表面的窗口（８０３），所述喷孔第二表面中的所述窗口至少包括两个用于限定所述窗口周边的相交边缘，第一边缘包括具有第一半径（ｒ↓［Ｃ］）的第一弧段（８０７）和位于所述窗口周边之内的第一中心（８０５），第二边缘包括具有第二半径（ｒ↓［Ｈ１］）的第二弧段（８１３）和位于所述窗口周边之外的第二中心（８１５）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RC马泽，TL维伯，AK阿加瓦尔，
申请(专利权)人：惠普公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]