專利名稱：霧滴減少的噴墨式打印頭噴孔的制作方法
本申請(qǐng)是在1995年10月25日以Weber名義提交的并且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的題為“非圓形的打印頭噴孔”的美國(guó)專利申請(qǐng)08/547885的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
本發(fā)明總的涉及一種其打印頭噴孔設(shè)計(jì)得到改進(jìn)的噴墨式打印機(jī)的打印頭，具體地說(shuō)是涉及打印頭噴孔的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有一種其特性能產(chǎn)生較少的油墨霧滴的開(kāi)口。
噴墨打印機(jī)通過(guò)將油墨液滴以受控的方式噴射而在象紙張那樣的介質(zhì)上形成符號(hào)和圖象，使得微滴滴落在介質(zhì)上要求的位置處。在其最簡(jiǎn)單的形式中，這種打印機(jī)可以概念化成一種移動(dòng)介質(zhì)和將其放置在能將油墨液滴噴到介質(zhì)上的位置處的機(jī)構(gòu)，一個(gè)控制油墨流量并且將油墨液滴噴射到介質(zhì)上的打印墨盒，和合適的控制硬件和軟件。常規(guī)的用于噴墨打印機(jī)的打印墨盒包括一個(gè)儲(chǔ)存油墨并提供需要的油墨的油墨儲(chǔ)存部分，和一個(gè)根據(jù)打印控制軟件的指示加熱和噴射油墨液滴的打印頭。一般地說(shuō)，打印頭是一種層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)包括一個(gè)半導(dǎo)體底層，一個(gè)帶有油墨流動(dòng)通道的蜂窩狀阻擋材料結(jié)構(gòu)，和一個(gè)有以使油墨液滴被噴射的圖案安置的小孔或微孔的孔板。
在一種噴墨打印機(jī)的變型中，噴墨機(jī)構(gòu)是由多個(gè)在半導(dǎo)體襯底上形成的加熱器電阻器和在孔板上的多個(gè)噴孔中的一個(gè)噴孔構(gòu)成的，這些電阻器每個(gè)都與在阻擋層上形成的多個(gè)油墨加熱室中的一個(gè)相連。每個(gè)加熱器電阻器都與打印機(jī)的控制軟件相連，使得每個(gè)電阻器都可以獨(dú)立地受到激勵(lì)以便快速地將油墨部分汽化成隨后將油墨液滴從噴孔中噴出的氣泡。油墨流入在阻擋層上繞著每個(gè)加熱器電阻器形成的加熱室內(nèi)等待激勵(lì)加熱器電阻器。在油墨液滴噴射和油墨氣泡爆裂后，油墨重新注滿加熱室直到在噴孔上形成彎液面的程度為止。在油墨從中流過(guò)以便重新注滿加熱室的的阻擋層通道的形式和收縮形成了油墨重新流入加熱室內(nèi)的速度和油墨彎液面的動(dòng)力特性。打印機(jī)，打印墨盒，和打印頭結(jié)構(gòu)可以在1985年5月號(hào)第5期第36卷Hewlett-Packard期刊和在1994年2月號(hào)第1期第45卷Hewlett-Packard期刊中看到。
打印墨盒的設(shè)計(jì)者面對(duì)的問(wèn)題之一是保持較高的打印質(zhì)量而同時(shí)獲得打印速度的較高的速率。當(dāng)油墨液滴因加熱室內(nèi)的油墨的快速沸騰而從微孔噴出時(shí)，所噴出的油墨團(tuán)的大部分是以微滴形式濃縮的，這些微滴直接噴向介質(zhì)。但是，所噴出的油墨的一小部分滯留在從微滴延伸到噴孔表面開(kāi)口的噴流尾部中。在噴流尾部中的油墨的速度一般要小于在微滴中的油墨的速度，使得有時(shí)在墨滴拋射過(guò)程中，噴流尾部的大部分與墨滴分開(kāi)，在分開(kāi)的噴流尾部中的一些油墨再加入到噴出的墨滴或保持墨滴的變形從而在打印介質(zhì)上產(chǎn)生粗糙的邊緣。在噴流尾部中的一些噴出的油墨返回到打印頭，在打印頭的孔板的表面上形成凹坑。在分開(kāi)的噴流尾部中的一些油墨形成在油墨液滴的總的方向上隨機(jī)地運(yùn)行和散開(kāi)的微滴(霧滴)。此霧滴通常會(huì)降落在介質(zhì)上從而產(chǎn)生油墨薄霧的背景。
為了減少霧滴的不利的結(jié)果，其他人是減小打印操作的速度但是這樣卻會(huì)帶來(lái)減少打印機(jī)給定的時(shí)間內(nèi)可以打印的紙張的數(shù)量。霧滴的問(wèn)題還可以通過(guò)對(duì)油墨加熱室和在阻擋層中的相關(guān)的供墨導(dǎo)管的構(gòu)造或幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化的方式致力于解決。噴孔的幾何形狀還會(huì)影響到霧滴，見(jiàn)1996年2月29日以Weber等人名義提交的美國(guó)專利申請(qǐng)08/608923“非對(duì)稱的打印頭噴孔”。
制造孔板的一種常規(guī)的方法是在預(yù)制的心棒上使用無(wú)電敷鍍技術(shù)。

圖1中示出了這種心棒(未按比例繪制)，其中襯底101具有至少一個(gè)由硅或玻璃制成的扁平表面。設(shè)置在襯底101的扁平表面上的是一導(dǎo)電層103，一般是鉻或不銹剛薄膜。真空淀積法，例如平面磁控方法，可以用來(lái)淀積此導(dǎo)電膜103。另一種真空淀積法可以用來(lái)淀積介質(zhì)層105，該介質(zhì)層105一般是氮化硅，并且是通過(guò)象等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法那樣的真空淀積法淀積的。介質(zhì)層105最好非常薄通常有約0.30μm的厚度。介質(zhì)層105用光致刻蝕劑掩模罩住，暴露于紫外線光下，并且用等離子體蝕刻方法去掉大部分的介質(zhì)層，除了導(dǎo)電層103上預(yù)選部位處的“鈕扣”介質(zhì)材料外。當(dāng)然，這些位置是預(yù)定成為準(zhǔn)備在芯棒上面產(chǎn)生孔板的每個(gè)噴孔的位置。
將該可重復(fù)使用的芯棒放到一個(gè)電鑄床內(nèi)，在該電鑄床內(nèi)，導(dǎo)電層103作為陰極，而襯底材料，一般是鎳，則作為陽(yáng)極。在電鑄過(guò)程中，鎳金屬?gòu)年?yáng)極轉(zhuǎn)移到陰極，并且鎳(如圖中所示的層107)會(huì)附接到導(dǎo)電層103的導(dǎo)電部位上。由于鎳金屬?gòu)男景舻拿總€(gè)導(dǎo)電板均勻地電鍍，一旦到達(dá)介質(zhì)鈕扣105的表面，鎳就會(huì)以均勻的和可預(yù)見(jiàn)的模式鍍?cè)诮橘|(zhì)層上。電鍍工藝的參數(shù)，包括電鍍的時(shí)間，應(yīng)該小心地控制，使得在介質(zhì)層鈕扣105上形成的鎳層107的孔口在介質(zhì)表面處具有預(yù)定的直徑(一般約為45μm)。該直徑一般是介質(zhì)層鈕扣105的直徑的三分之一到五分之一，從而形成鎳頂層，該頂層在孔板的內(nèi)表面處具有一個(gè)孔口，該孔口的直徑d2是孔板的外表面處的節(jié)流孔的孔口直徑d1的約三至五倍。在完成無(wú)電鍍敷工藝之后，將新形成的孔板從芯棒上取下并且為防止噴孔腐蝕鍍上一層金。制造金屬孔板的輔助說(shuō)明可從美國(guó)專利US4773971；5167776；5443713；和5560837中見(jiàn)到，這些專利都轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。
雖然前面的文獻(xiàn)中的多數(shù)都可以產(chǎn)生商業(yè)上成功的生產(chǎn)和產(chǎn)品，但是還是要求減小各個(gè)噴孔之間的間隙以便采用該打印頭和其相關(guān)孔板的打印機(jī)可以產(chǎn)生高質(zhì)量的打印圖象。因噴孔的這個(gè)緊湊的間隙，每個(gè)噴孔孔口的內(nèi)徑d2會(huì)與毗鄰噴孔的內(nèi)徑d2重疊。當(dāng)在孔板上使用非圓形的噴孔并且它們以與加熱電阻器排同樣的方向沿長(zhǎng)軸取向時(shí)這種重疊或干擾會(huì)加重。因此，解決防止非圓形噴孔太緊湊的問(wèn)題的方案會(huì)導(dǎo)致分辨度較高的打印，使得與油墨液滴相關(guān)的霧滴較小，以及使油墨液滴的噴射軌跡得到改善。
本發(fā)明包括一種用于噴墨打印機(jī)的打印頭，該打印頭采用一種油墨噴射器將油墨從孔板上的噴孔中噴出?？装寰哂兄辽僖粋€(gè)噴孔，該噴孔從與油墨噴射器對(duì)置的孔板的第一表面處穿過(guò)該孔板延伸到該孔板的基本上平行于該第一表面的第二表面處。噴孔包括一個(gè)在第二表面處的孔口，該孔口具有一個(gè)平行于該第二表面的第一線性尺寸和平行于該第二表面并且與該第一線性尺寸垂直的第二線性尺寸。此外，第一線性尺寸大于該第二線性尺寸。在第二表面處的噴孔的孔口是由第二表面的至少兩個(gè)非相交的邊緣形成的，這兩個(gè)邊緣在一個(gè)位置處相互隔開(kāi)第二尺寸的距離，而在其他所有位置處隔開(kāi)大于該第二尺寸的距離。
圖1是孔板成形芯棒和在該芯棒上形成的孔板的剖視圖；圖2是常規(guī)的打印頭的剖視圖，示出了一個(gè)油墨加熱室；圖3是常規(guī)的打印頭的孔板的外表面的平面圖；圖4是常規(guī)的打印頭的剖視圖，示出了油墨液滴的噴射情況；圖5是液滴彎面體系的理論模型，該模型可以幫助理解本發(fā)明的性能；圖6是霧滴和延長(zhǎng)的液滴尾部在打印介質(zhì)上的不良效果的復(fù)印圖；圖7A和7B是孔板的外表面的平面圖，示出了噴孔表面的孔口；圖8是孔板的外表面的平面圖，示出了可以采用在本發(fā)明中的噴孔表面的孔口；圖9A和9B是在打印介質(zhì)上的霧滴效果和由本發(fā)明得到的改進(jìn)圖象的復(fù)印圖；圖10是形成可以用于在本發(fā)明的噴孔孔口的技術(shù)的示意圖；圖11是形成可以用于在本發(fā)明的噴孔孔口的技術(shù)的示意圖；圖12是孔板外表面的平面圖，示出了噴孔表面孔口和與油墨加熱室相關(guān)的噴孔空腔，如在本發(fā)明中采用的情況那樣。
圖2示出了常規(guī)打印頭的剖視圖。一層薄的薄膜電阻器201在半導(dǎo)體襯底203的表面處形成并且一般通過(guò)在該半導(dǎo)體襯底203的表面上的噴鍍金屬(未示出)連接到電氣輸入端上。此外，可以將各種防止化學(xué)和機(jī)械侵蝕的保護(hù)層設(shè)置在加熱器電阻器201上，但為清晰起見(jiàn)未在圖2中示出。將一層阻擋層205有選擇地放置在硅襯底203的表面上(或更下面處)，借此繞著加熱器電阻器201留下一個(gè)開(kāi)口或油墨加熱室207，使得油墨可以在加熱器電阻器201受到激勵(lì)以及油墨穿過(guò)噴孔209噴出前積聚在加熱室內(nèi)。用于阻擋層205的阻擋材料是可從E.I.DuPont De Nemours and Company處得到的常規(guī)的Parad或等效的材料。噴孔209是孔板107上的一個(gè)孔，該孔從孔板的內(nèi)表面延伸到孔板的外表面并且可以如前面描述的那樣形成為孔板的一部分。
圖3是常規(guī)打印頭(示出了圖2的剖面A-A處)頂部平面圖，可從孔板107的外表面213見(jiàn)到的孔209。在阻擋層205上有一條油墨輸送通道301以便將油墨從一個(gè)較大的油墨供應(yīng)源(未示出)輸送到油墨加熱室內(nèi)。圖4示出了在油墨已經(jīng)從噴孔209中噴出22微秒的時(shí)刻時(shí)油墨液滴401的油墨形態(tài)。在常規(guī)的孔板(其中使用圓形的噴孔孔口)中，油墨液滴401保持著一條長(zhǎng)的尾部403，該尾部可以見(jiàn)到至少延伸回到孔板107上的噴孔209處。
在油墨液滴401離開(kāi)孔板并且噴出該油墨液滴的汽化的油墨泡爆裂后，表面張力會(huì)將油墨從油墨供應(yīng)源通過(guò)油墨供應(yīng)通道301吸入。在低阻尼體系中，油墨沖回到加熱室是如此地快速以致油墨會(huì)充滿加熱室207，從而產(chǎn)生凸起的彎液面。然后該彎液面在穩(wěn)定下來(lái)前會(huì)繞其平衡位置振蕩若干次。如果在彎液面凸起時(shí)油墨液滴被噴出，則在凸起的彎液面中的多余的油墨會(huì)添加到油墨液滴的體積內(nèi)。如果在振蕩周期中彎液面凹進(jìn)時(shí)油墨液滴被噴出，則收縮的彎液面會(huì)減小液滴的體積。打印頭設(shè)計(jì)者通過(guò)增加油墨加注通道的阻力的方式改善和優(yōu)化了油墨重注的阻尼作用和彎液面體系。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)加長(zhǎng)油墨重注通道，減小油墨重注通道的橫截面，或通過(guò)增加油墨的粘度可以實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)。油墨重注通道阻力的這種增大常常會(huì)導(dǎo)致重注時(shí)間變慢并且使得油墨噴射和打印速度都減小。
對(duì)彎液面體系的一種簡(jiǎn)化的分析見(jiàn)圖5中所示的機(jī)械模型那樣的模型，其中一個(gè)大小等于被噴出的液滴的質(zhì)量的質(zhì)量501通過(guò)一個(gè)彈簧505連接到一個(gè)固定的結(jié)構(gòu)503上，該彈簧具有與噴孔的有效半徑的倒數(shù)成正比的彈簧常數(shù)K。質(zhì)量501還通過(guò)一個(gè)阻尼功能件507聯(lián)接到該固定結(jié)構(gòu)503上，該阻尼功能件507是指通道流體阻力和其他的油墨通道特性。在此構(gòu)形中，滴重質(zhì)量501與噴孔的直徑成正比。因此，如果想控制彎液面的特性和性能的話，可以通過(guò)優(yōu)化油墨通道或調(diào)節(jié)該機(jī)械模型中的彈簧505的彈簧常數(shù)的方式調(diào)節(jié)阻尼功能件507的阻尼系數(shù)。
當(dāng)液滴401從噴孔中噴出時(shí)，液滴質(zhì)量的大部分會(huì)保持在液滴401的前端頭中并且在此部分中的速度是最大的。其余的尾部403則含有少量質(zhì)量的油墨并且其所具有的速度分布范圍是從在靠近油墨液滴頭部的位置處的與油墨液滴頭幾乎相等的速度到在靠近噴孔孔口處的小于在油墨液滴頭中的油墨中的速度的速度。有時(shí)在油墨液滴輸送期間，尾部?jī)?nèi)的油墨會(huì)伸展到尾部與液滴斷開(kāi)的程度。留在尾部?jī)?nèi)的油墨的部分被拉回到打印頭孔板107上，在那里它通常形成繞著噴孔的油墨小坑。這些油墨小坑會(huì)使得接著的油墨液滴偏離方向而降低打印材料的質(zhì)量。油墨液滴尾部的其他部分則在油墨液滴淀積在介質(zhì)上之前會(huì)被吸入到油墨液滴頭內(nèi)。最后，在油墨液滴尾部中的部分油墨即不返回到打印頭內(nèi)也不保持在或吸入到油墨液滴內(nèi)，而是產(chǎn)生以隨機(jī)的方向散發(fā)的微滴精細(xì)霧滴。該部分霧滴會(huì)噴射到打印介質(zhì)上從而在由油墨液滴形成的油墨點(diǎn)上產(chǎn)生粗糙的邊緣，并將不希望有的墨點(diǎn)加到介質(zhì)上，這樣會(huì)降低所希望的打印材料的清晰度。這種不希望的結(jié)果在圖6中以放大復(fù)印的打印點(diǎn)示出。
已經(jīng)確認(rèn)的是，噴孔孔口209的通到外部環(huán)境中的出口面積決定了被噴出的油墨液滴的墨滴重量。還發(fā)現(xiàn)，彎液面的恢復(fù)力(在模型中是常數(shù)K)部分是由噴孔孔口的邊緣的接近程度確定的。因此，為了增加彎液面的剛性，噴孔孔腔的側(cè)面和開(kāi)口應(yīng)該制得盡可能的靠近。這樣當(dāng)然會(huì)與保持給定的滴重(這是由噴孔的出口面積所決定的)的要求相矛盾。由非圓形幾何形狀提供的對(duì)彎液面的較大的恢復(fù)力會(huì)使油墨液滴的尾部斷開(kāi)得越快并且更靠近孔板，從而導(dǎo)致較短的油墨液滴尾部和明顯減小的霧滴。
可以采用來(lái)減小霧滴的某些非圓形的噴孔是具有一個(gè)長(zhǎng)軸和一個(gè)短軸的細(xì)長(zhǎng)形孔口，其中長(zhǎng)軸的尺寸要大于短軸的尺寸并且兩軸線都是平行于孔板的外表面。這種細(xì)長(zhǎng)形的結(jié)構(gòu)可以是矩形和平行四邊形或者象橢圓那樣的卵形和平行側(cè)面的“跑道”結(jié)構(gòu)。使用裝在型號(hào)為HP 51649A的打印墨盒(可從Hewlett-Packard Company得到)內(nèi)的油墨和等于在HP 51649A墨盒中使用的噴孔孔口面積的噴孔孔口面積，則已確定，具有長(zhǎng)軸與短軸之比為2/1到5/1的橢圓顯示了希望的彎液面剛性和尾部較短的油墨液滴噴射。
圖7A-7B是孔板外表面的平面視圖，示出了各種類型的噴孔孔口尺寸。圖7A示出了在外側(cè)尺寸處具有半徑r并且在外側(cè)尺寸r和通到加熱室的開(kāi)口之間的半徑差值r2的圓孔。在HP51649A墨盒中，r＝17.5微米和r2＝45微米。這會(huì)在孔板外表面處產(chǎn)生962平方微米的孔口面積(rπ)。圖7B示出了一種橢圓體外噴孔孔口幾何形狀，其中長(zhǎng)軸與短軸的比值等于2/1，為了保持相等的液滴滴重，噴孔開(kāi)口的外側(cè)面積保持為962平方微米。因此，從橢圓面積公式(A＝πab)可知，橢圓的長(zhǎng)軸和短軸(a，b)對(duì)于2∶1的橢圓分別是28.5微米和12.4微米。
如上面所提到的，對(duì)于較好的尾部斷開(kāi)和隨后的霧滴減少貢獻(xiàn)較大的因素是減小橢圓的短軸的尺寸。在軸比2∶1至5∶1的范圍內(nèi)，觀察到霧滴減少了。上面也提到的一個(gè)缺陷是橢圓形噴孔表面的開(kāi)口在孔板的內(nèi)表面處(在油墨加熱室處)具有對(duì)應(yīng)的較大的開(kāi)口。這些內(nèi)側(cè)開(kāi)口當(dāng)噴孔為改善打印分辨度而靠得較近時(shí)會(huì)重疊和干擾。這種干擾的形式是油墨會(huì)從一個(gè)加熱室流到毗鄰的加熱室內(nèi)以及其他的微秒的但是不利的效應(yīng)。
為了解決干擾的問(wèn)題，橢圓在長(zhǎng)軸方向上可以變形以便大體上產(chǎn)生新月形或四分之一月形的形狀。短軸的尺寸則被保持并且對(duì)此新月形狀將有效的長(zhǎng)軸縮短，同時(shí)整個(gè)噴孔孔口的面積保持不變。使用新月形狀的噴孔開(kāi)口形狀仍然可以使霧滴適當(dāng)減少。但是，新月形狀會(huì)給用這種形狀的打印頭實(shí)現(xiàn)的打印質(zhì)量帶來(lái)不同的問(wèn)題。油墨液滴離開(kāi)孔板的軌跡不垂直于孔板表面，而是從垂直于噴孔孔口的彎曲表面的負(fù)向半徑的方向偏斜開(kāi)。
為了解決新月形的噴孔孔口形狀的油墨軌跡問(wèn)題，通過(guò)將兩個(gè)新月形狀重疊的方式可以得到能提供對(duì)稱形狀的另一種形狀，該新月形狀的側(cè)邊相互背離。這種形狀示出在圖8中。這種改進(jìn)的噴孔孔口形狀稱為“砂漏”形狀。在最佳實(shí)施例中，改進(jìn)的短軸(bH)設(shè)定為26μm，而改進(jìn)的長(zhǎng)軸(aH)設(shè)定為69μm。形成改進(jìn)的短軸的邊緣具有約47μm的曲率半徑(rH)。這種獨(dú)特的噴孔孔口形狀可以保持較窄的短軸開(kāi)口同時(shí)減小固定的噴孔孔口面積所需要的必要的長(zhǎng)軸尺寸。減小尺寸的長(zhǎng)軸允許噴孔的間隔比用同樣噴孔孔口面積的橢圓實(shí)現(xiàn)的要緊湊些。此外，砂漏形狀的噴孔孔口形狀提供了相對(duì)于長(zhǎng)軸和短軸的對(duì)稱形狀，克服了油墨液滴噴射軌跡誤差問(wèn)題。由砂漏形狀的噴孔孔口提供的優(yōu)于常規(guī)圓形開(kāi)口的改進(jìn)可以通過(guò)比較圖9B和圖9A而看出。圖9B中高度放大的字母顯示非常少的在圖9A中的打印圖中見(jiàn)到的外側(cè)的液滴。
如前面所述的那樣，孔板是通過(guò)在芯棒上電鍍鎳或類似的金屬然后在該孔板上鍍上一層抗化學(xué)腐蝕的材料如金的通常方式形成的。在前面已知道，在希望的端部的形狀中采用非導(dǎo)電的鈕扣會(huì)導(dǎo)致圓形的噴孔孔口。但是，為了產(chǎn)生砂漏形狀的噴孔開(kāi)口，已經(jīng)確認(rèn)可以采用其形狀比砂漏形狀不太復(fù)雜的鈕扣。由于在電鍍過(guò)程中孔板基底金屬在每個(gè)可能的方向從導(dǎo)電表面(包括其自身表面)均勻地增長(zhǎng)，因此增長(zhǎng)的基底金屬會(huì)使得非導(dǎo)電的鈕扣形狀的細(xì)節(jié)變得模糊。同樣，當(dāng)基底金屬增長(zhǎng)時(shí)，鈕扣形狀的細(xì)節(jié)會(huì)轉(zhuǎn)變成完全不同的形狀。請(qǐng)?jiān)俅螀⒁?jiàn)圖1，其中基底金屬107增長(zhǎng)到非導(dǎo)電絕緣鈕扣105的整個(gè)頂部表面。當(dāng)從平面圖中看去的時(shí)候，當(dāng)基底金屬107在絕緣鈕扣105頂部表面上增長(zhǎng)時(shí)，鈕扣105輪廓的細(xì)節(jié)可能變得模糊或轉(zhuǎn)變成其他的形狀。
還發(fā)現(xiàn)，可以在相同的平面內(nèi)并且是切于希望的噴孔形狀的外側(cè)輪廓的位置處安排采用具有等于希望的基底金屬的增長(zhǎng)長(zhǎng)度的直徑的一系列圓的分析技術(shù)。當(dāng)在圓的外周邊上與切點(diǎn)對(duì)置并且有相同直徑線的點(diǎn)與一系列圓的每個(gè)其它類似的點(diǎn)連接時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)非圓形鈕扣必須取的形狀。另一種方法使用了從起始形狀的外側(cè)輪廓上的所有的點(diǎn)或有代表性的數(shù)量的點(diǎn)處畫(huà)的半徑的弧形。每個(gè)弧形的半徑的端點(diǎn)(垂直于切于起始輪廓的點(diǎn)所劃的切線)在噴孔形狀上形成一個(gè)點(diǎn)，這會(huì)在電鍍過(guò)程完成之后出現(xiàn)。參見(jiàn)圖10將有助于理解采用系列圓的技術(shù)。
在圖10中，用標(biāo)號(hào)1001標(biāo)出了噴孔孔口的砂漏形狀。具有等于基底金屬的希望的增長(zhǎng)長(zhǎng)度的半徑的系列圓用標(biāo)號(hào)1003標(biāo)示。圖中以標(biāo)號(hào)1005示出了非導(dǎo)電鈕扣的輪廓。系列圓中的每個(gè)圓都在沿砂漏形狀的邊緣的點(diǎn)處切于砂漏形狀的噴孔形狀。取直接橫貫每個(gè)圓的直徑的點(diǎn)并且將這些點(diǎn)相連可產(chǎn)生非導(dǎo)電鈕扣的形狀。當(dāng)處理更加復(fù)雜的噴孔形狀時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)非導(dǎo)電鈕扣的形狀不必與噴孔的形狀保持一致?？勺⒁獾剑谏奥┬螤?001的邊緣處，形成該形狀的所需要的圓數(shù)減少了。
圖11示出了產(chǎn)生噴孔開(kāi)口1001所需要的必要的結(jié)構(gòu)圓形。將與切點(diǎn)對(duì)置的圓上的點(diǎn)連起來(lái)會(huì)形成產(chǎn)生所需要的砂漏形狀的噴孔開(kāi)口所需要的最小鈕扣輪廓。這些輪廓的構(gòu)形包括弧1101和1103以便產(chǎn)生形成長(zhǎng)軸的末端的邊緣和拋物面部分1105和1107以便產(chǎn)生形成短軸的末端的邊緣。只要鈕扣輪廓的其余部分不比圓直徑更接近希望的噴孔形狀，則通過(guò)電鍍孔板產(chǎn)生的砂漏噴孔形狀就不取決于鈕扣的輪廓而是取決于圖示的弧形和拋物面段。
這種輪廓的獨(dú)立性在本發(fā)明實(shí)施例中的使用可以使孔板與阻擋材料的粘接性得到改善并且允許加熱室設(shè)計(jì)有較大的油墨體積。圖12示出了當(dāng)非導(dǎo)電芯棒鈕扣形狀部分地獨(dú)立于噴孔表面孔口形狀時(shí)得到的打印頭。噴孔孔口1001和鈕扣形狀1201在圖中為清晰起見(jiàn)以實(shí)線示出，盡管噴孔孔口1001是處在孔板的外表面上而鈕扣形狀是處在孔板的內(nèi)表面上。噴孔的孔腔從鈕扣形狀1201到砂漏形狀孔口1001是變化的，這是從油墨加熱室處起始的噴孔孔腔到在孔板的表面處的開(kāi)口方向看去時(shí)見(jiàn)到的情況。在此實(shí)施例中，阻擋層材料的構(gòu)形在圖中是以虛線示出的。阻擋材料團(tuán)塊1203將油墨入口到加熱室1205分成兩個(gè)加熱通道1207和1209并且加熱室1205的其余部分由阻擋材料的壁1211，1213，1215等形成。在阻擋層材料和孔板之間的得到改進(jìn)的接觸部位是在繞阻擋材料團(tuán)塊1203的部位處實(shí)現(xiàn)的(并且用虛線示出理想的圓形鈕扣輪廓)。這一改進(jìn)的接觸部位是因在這樣的部分處鈕扣形狀的方形形狀導(dǎo)致的，這些部分否則會(huì)是能較好地匹配阻擋材料的方形實(shí)施的圓形，并且能夠在襯底處提供矩形的橫截面，其即使孔板出現(xiàn)不對(duì)準(zhǔn)的情況也不會(huì)變化。此外，矩形實(shí)施方案給加熱室提供了較大的油墨體積。因此，本發(fā)明允許噴孔靠得更近并且減少了霧滴和改善了油墨液滴的拋射軌跡。
權(quán)利要求
1.一種用于噴墨打印機(jī)的包括油墨從中噴出的噴孔的打印頭，該打印頭包括一個(gè)油墨噴射器(201，207)；和一個(gè)孔板(107)，該孔板具有至少一個(gè)從所述孔板的與所述油墨噴射器對(duì)置的第一表面穿過(guò)所述孔板延伸到所述孔板的基本上平行于所述第一表面的第二表面的噴孔，所述噴孔在所述第二表面處包括有一個(gè)孔口(1001)，其第一線性尺寸(aH)平行于所述第二表面，其第二線性尺寸(bH)平行于所述第二表面并垂直于所述第一線性尺寸，所述第一線性尺寸大于所述第二線性尺寸，在所述第二表面處的所述噴孔的所述孔口由所述第二表面的至少第一和第二未相交的邊緣形成，所述邊緣在一個(gè)位置處隔開(kāi)所述第二尺寸的距離并且在其他所有位置處隔開(kāi)大于所述第二尺寸的所述最小量度的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于所述噴孔在所述第一表面處還包括有一個(gè)第二孔口(1201)，其具有與在所述第二表面處的所述孔口的幾何形狀不一致的和不類似的幾何形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的打印頭，其特征在于所述油墨噴射器還包括一個(gè)預(yù)定的室形狀的聯(lián)接到所述至少一個(gè)噴孔上的油墨噴射室(207)，所述預(yù)定的室形狀具有至少一個(gè)與所述預(yù)定室形狀的一部分匹配的第一部分，和至少一個(gè)與所述第一孔口的幾何形狀的一部分匹配的第二部分。
4.一種用于采用油墨從中噴出的噴孔的噴墨打印機(jī)的打印頭的實(shí)施方法，該方法包括下列步驟給油墨質(zhì)量傳遞一個(gè)速度；和將所述油墨團(tuán)塊從在所述第二表面處包括有一個(gè)孔口的噴孔中噴出，該孔口具有一個(gè)平行于所述第二表面的第一線性尺寸(aH)和一個(gè)平行于所述第二表面并且垂直于所述第一線性尺寸的第二線性尺寸(bH)，所述第一線性尺寸大于所述第二線性尺寸，所述第二表面處的所述噴孔的所述孔口由所述第二表面的第一和第二未相交的邊緣形成，所述邊緣在一個(gè)位置處隔開(kāi)所述第二尺寸的距離并且在其他所有位置處隔開(kāi)大于所述第二尺寸的所述最小量度的距離。
5.如權(quán)利要求4所述的打印頭實(shí)施方法，其特征在于所述噴射所述油墨團(tuán)塊的所述步驟還包括這樣的步驟，在所述第二表面處包括一個(gè)具有第一幾何形狀的第一孔口(1001)和在所述第一表面處包括一個(gè)具有第二幾何形狀的第二孔口(1201)的步驟，所述第一幾何形狀和所述第二幾何形狀是不一致的和不類似的。
6.一種用于制造用于噴墨打印機(jī)的打印頭的方法，該方法包括下列步驟形成一個(gè)孔板(107)，其有一個(gè)第一表面和一個(gè)基本上平行于第一表面的第二表面，和有至少一個(gè)從所述第一表面穿過(guò)所述孔板延伸到所述第二表面處的噴孔，所述噴孔包括在所述第二表面處的一個(gè)孔口，該孔口形成有一個(gè)平行于所述第二表面的第一線性尺寸(aH)和一個(gè)平行與所述第二表面并且垂直于所述第一線性尺寸的第二線性尺寸，所述第一線性尺寸大于所述第二線性尺寸，所述第二表面處的所述噴孔的所述孔口由所述第二表面的至少第一和第二未相交的邊緣形成，所述邊緣在一個(gè)位置處隔開(kāi)所述第二尺寸的距離并且在其他所有位置處隔開(kāi)大于所述第二尺寸的所述最小量度的距離；將一個(gè)油墨噴射器(201，207)裝接到所述孔板的所述第一表面處，借此使得油墨從所述至少一個(gè)噴孔的所述孔口噴出。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述裝接步驟還包括形成具有預(yù)定室形狀并且連接到所述至少一個(gè)噴孔上的油墨噴射室(207)的步驟，所述預(yù)定室形狀形成為一種形狀，其具有至少一個(gè)匹配所述油墨噴射室的所述室形狀的一部分的第一部分，和至少一個(gè)匹配所述第一孔口的第一幾何形狀的一部分的第二部分。
8.一種用于制造如權(quán)利要求6所述的噴墨打印機(jī)的打印頭的方法，其特征在于，所述形成一個(gè)孔板的所述步驟還包括這樣的步驟，即在所述第二表面處包括一個(gè)具有第一幾何形狀的第一孔口(1001)和在所述第一表面處包括一個(gè)具有第二幾何形狀的第二孔口(1201)，所述第一幾何形狀和所述第二幾何形狀是不一致的和不類似的。
全文摘要
一種霧滴減少的打印頭,該打印頭包括油墨由油墨噴射器(201,207)通過(guò)其噴出的噴孔。噴孔在孔板的外表面處采用一個(gè)孔口(1001),該孔口具有兩個(gè)垂直的尺寸(aH,bH),其中一個(gè)尺寸大于另一個(gè)尺寸。該孔口由兩個(gè)不相交的邊緣形成,該兩個(gè)邊緣在一個(gè)位置處相互隔開(kāi)兩個(gè)尺寸中較小的尺寸的距離,而在所有其他位置處相互隔開(kāi)大于該較小尺寸的距離,使得噴孔以砂漏的形狀成型。
文檔編號(hào)B41J2/05GK1191807SQ971231
公開(kāi)日1998年9月2日 申請(qǐng)日期1997年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月25日
發(fā)明者A·K·阿加瓦爾, T·L·韋伯 申請(qǐng)人:惠普公司