专利名称：高分辨率喷墨打印头的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷墨打印头，特别是涉及具有提高的分辨率的喷墨打印头以及用于制造该打印头的方法。
背景技术：
喷墨打印机作为对激光打印机的替代一直得到广泛的认可。在一些场合下这种喷墨打印机通常比激光打印机更通用。随着喷墨打印机的能力得到提高以在打印速度提高的情况下提供更高质量的图像，作为喷墨打印机主要打印部件的打印头不断发展并变得更复杂。
改善打印质量要求打印头所提供的墨滴数量增加。为了增加来自打印头的墨滴的数量，打印头被设计成包括多个喷嘴和相应的喷墨促动器。可以本领域技术人员公知的几种方式增加用于“上部促发(topshooter)”或“顶部促发(roof shooter)”打印头的喷嘴和促动器的数量。例如，在包含喷嘴孔、油墨腔室以及用聚酰亚胺激光烧蚀的油墨通道的一体喷嘴板上，相邻的喷嘴和相应的油墨腔室通常在与供墨槽正交的方向上相互偏离。这种设计导致相邻喷嘴具有不同的流体特性例如再填充时间，这会导致质量缺陷并会限制喷墨器促动器的高频操作。所述偏离主要是由于喷嘴板材料的激光烧蚀以形成油墨腔室而形成的。对于包含油墨腔室和油墨通道的激光烧蚀喷嘴板，要求在相邻油墨腔室之间具有最小的空间以对油墨腔室提供足够的腔室壁结构。因此，当用于打印头的喷嘴和促动器的数量增加时要求提供更大的喷嘴板和相应的半导体基片。
尽管现有技术的喷墨打印头得到改进，但仍然需要提供具有更高分辨率的打印头，这种打印头基本上无需增加生产该打印头的成本就可以在更高的喷射频率下操作。
发明内容
针对以上和其它目的及优点提供一种用于喷墨打印机的高分辨率打印头。该打印头包括至少一个供墨边缘和多个与供墨边缘间隔一个距离的喷墨促动器的半导体基片。每个喷墨促动器具有的纵横比范围是大约1.5∶1至大约6∶1。喷嘴板通过采用粘结剂或优选的粘结剂与中间聚合体层连接在半导体基片上。喷嘴板包含通过激光烧蚀在喷嘴板上与多个喷墨促动器相对应的多个喷嘴孔、油墨腔室以及油墨通道。相邻喷嘴孔间隔的节距范围是大约600dpi至大约1200dpi。每个喷墨促动器与供墨边缘的距离基本上相同。
在另一实施方式中提出一种用于喷墨打印机的打印头。该打印头包括至少一个供墨边缘和多个与供墨边缘间隔一个距离的喷墨促动器的半导体基片。每个喷墨促动器具有的纵横比范围是大约1.5∶1至大约6∶1。厚膜层连接在半导体基片上。所述厚膜层具有形成在其中的与多个喷墨促动器相对应的多个供墨腔室以及供墨通道。喷嘴板连接在厚膜层上。喷嘴板包含通过激光烧蚀在喷嘴板上与多个供墨腔室相对应的多个喷嘴孔。相邻喷嘴孔间隔的节距范围是大约600dpi至大约2400dpi。每个喷墨促动器与供墨边缘的距离基本上相同。
本发明的另一优点是在不降低发射频率并且不显著增加打印头部件尺寸的情况下提供具有提高的打印分辨率的打印头。本发明还能够在不需要在与供墨槽正交方向上设置相互偏离的相邻喷嘴以及相应油墨腔室的情况下生产具有喷嘴间距大于600dpi的打印头。因此，每个喷嘴的流体特征基本上相同。
为了实现本发明的目的，应用在喷嘴或喷墨促动器上的术语“间距”的本意是在与直列喷嘴对准的轴线基本上平行的方向上相邻喷嘴或喷墨促动器之间的中心距。应用在喷墨促动器上的术语“纵横比”是促动器长度与促动器宽度的比值。
通过参照结合表示本发明一个或多个非限制性方面的以下附图做出的对优选实施方式的详细描述将会了解到本发明的其它优点，其中相同的附图标记表示在以下几幅视图中的相同或相似的构件图1是不按比例的包含根据本发明的打印头的喷墨打印机墨盒；图2是根据本发明的喷墨打印机的透视图；图3是包含根据本发明的打印头的不按比例的平面图；图4是根据本发明一种实施方式的打印头的一部分不按比例的截面图；图5是现有技术的打印头的一部分不按比例的平面图；图6是根据本发明的打印头的一部分不按比例的平面图；图7是根据本发明另一实施方式的打印头的一部分不按比例的截面图；以及图8是根据本发明实施方式的喷嘴孔入口或出口的示意图。
具体实施例方式
参照图1-3，示出了包含用于喷墨打印机12的打印头16的喷墨打印机墨盒10。墨盒10包括用于向打印头16供给流体例如油墨的盒体14。流体可以容纳在盒体14的存储区内或者可以从远端供给源被供给到盒体14。
打印头16包括半导体基片18和包含喷嘴孔22的喷嘴板20，所述喷嘴孔22连接在基片18上，或者在另一实施方式中连接在基片的厚膜层上。优选的是墨盒10应该被远程连接在喷墨打印机12上。因此，在柔性电路26上设置电触点24以与喷墨打印机12电连接。柔性电路26包括与打印头16的基片18相连的导电迹线28。
在图4中示出了根据本发明一种实施方式的打印头16的一部分不按比例的放大截面图。在该实施方式中，打印头16包含用于对在基片18和喷嘴孔22之间的喷嘴板20上形成的流体腔室或油墨腔室32内的流体进行加热的加热构件30。但是，本发明并不局限于包含加热构件30的打印头16。也可以采用其它流体喷射装置或喷墨促动器例如压电装置设置根据本发明的打印头。
通过打印头16穿过喷嘴孔22喷射的流体优选穿过基片18上的开口或槽34并穿过使槽34与流体腔室32相连的流体通道36被提供给流体腔室32。喷嘴板20优选通过粘结层38粘附连接在基片18上。在特别优选的实施方式中，打印头是热敏或压电喷墨打印头。但是，本发明并不是要局限于喷墨打印头，因为其它流体也可以采用根据本发明的微流体喷射装置被喷射。
同时本发明并不局限于具有在基片18上的流体供给槽34的打印头。还可以使流体绕基片18的相对外边缘流动并流入流体通道36和流体腔室32。因此，流体供给边缘40被设置成可以是供给槽34的边缘，或者在边缘供给结构的情况下是基片18的外边缘。
在图4所示的实施方式中，油墨腔室32和油墨通道36通过激光烧蚀在喷嘴板20上形成。通常从喷嘴板20的油墨腔室一侧执行喷嘴板20的激光烧蚀。当喷嘴板20由聚酰亚胺材料制成时，油墨腔室32的壁42以及喷嘴22的壁44具有由激光烧蚀工艺产生的倾斜或成角度的表面。
在图5所示的现有技术的打印头设计中，相邻喷嘴46和48之间中心到中心的距离S1通常是大约42微米或更大以沿平行于供墨边缘54的方向(A)提供小于大约600dpi(每英寸点数)的间距。在图5所示的现有技术的设计中，设置交错排列的油墨腔室50和52使喷嘴孔46和48交错排列以提供相邻喷嘴之间更近的间距S1。“交错排列”意思是喷嘴46的中心到供墨边缘54的距离T1小于喷嘴48的中心到供墨边缘54的距离T2。在许多常规的现有技术的设计中，喷墨促动器56的纵横比(L1/W1)通常小于大约1.5∶1。
为了在相邻油墨腔室例如油墨腔室50和52之间提供流体密封，考虑制造对准误差要求激光烧蚀的喷嘴板相邻油墨腔室之间的距离F1的范围是大约7.5微米至大约30微米。同时通常要求激光烧蚀的喷嘴板内腔室壁58和油墨喷射器56之间的距离G1的范围是大约0至大约10微米。因此，相邻喷嘴之间的间距S1是F1和G1以及喷墨装置的纵横比的函数。
将会认识到，喷嘴46的流体特征不同于喷嘴48的流体特征，因为喷嘴48比喷嘴46离供墨边缘54更远。还将认识到，要求在激光烧蚀的喷嘴板上设置相邻喷嘴46和48之间的间距大于600dpi或间距小于42微米的基本上无交错排列的喷嘴，以利用更高的油墨喷射速率或发射频率提高打印分辨率和打印质量。对于图5所示的设计，喷嘴的发射频率受与供墨边缘54间隔更远的油墨腔室52流体填充速率的限制。
在图6中以不按比例的平面图示出了根据本发明一种实施方式的打印头16的一部分。根据本发明，设置喷墨喷嘴22基本上直线形的排列60。与图5所示的现有技术的设计不同，油墨腔室32与供墨边缘40基本上间隔同一距离T3，使得每个喷嘴22的流体特征基本上相同。就油墨腔室32与边缘的距离而言，术语“基本上相同”意思是在每列油墨腔室32中与油墨腔室32的距离差小于或等于喷墨装置30的长度L2(图6)。在优选的实施方式中T3优选的范围是大约20微米至约90微米。还与现有技术的设计不同的是，相邻喷嘴22之间的中心距S2优选小于42微米，以沿喷嘴直线形排列60的方向B向烧蚀的油墨腔室提供大于大约600dpi到大约1200dpi的间距并向光显影油墨腔室提供大于大约600dpi到2400dpi的间距。在优选的实施方式中S2优选的范围是从小于42微米到大约10.5微米。
如上所述，在激光烧蚀的喷嘴板相邻油墨腔室之间存在最小距离F2以向相邻油墨腔室之间的流体密封提供足够的腔室壁结构。距离F2优选的范围是大约6微米至大约30微米。同时，内腔室壁62和喷墨装置30之间的对准误差要求间距G2优选的范围是大约0至大约10微米。这种情况特别是发生在腔室壁62和喷墨装置30之间具有大约9微米的对准误差(NA)时。在包含激光烧蚀的油墨腔室32和油墨通道的激光烧蚀的喷嘴板中，G1＝G2并且F1＝F2。在另一实施方式中，如下所述，G1≥G2并且F1≥F2。
为了在相邻喷嘴22提供足以将节距提高到大于大约600dpi的更近的间距，喷墨装置30的纵横比被选定为使得纵横比(L2/W2)的范围是大约1.5∶1至大约6∶1，优选是大约2∶1至大约4.5∶1。这种纵横比能够采用加热电阻器作为喷墨装置，其利用常规的加热电阻器材料具有的电阻范围是大约80欧姆至大约200欧姆或更大。在这种情况下，喷嘴22与油墨腔室32的对准误差(NC)是大约2微米。
对于参照图4和6所述的激光烧蚀的喷嘴板20，可采用以下关系式选定中心距S2(2×a)+ED+F2＝S2(1)其中(a)是腔室壁42底部和喷嘴22的入口64之间的距离，ED是喷嘴22的入口64的入口直径，以及F2是相邻油墨腔室32之间的间距。
喷嘴22的入口直径(ED)直接影响由喷嘴22喷射的墨滴尺寸并且因此通常由产品规格决定。从喷嘴22的入口64到腔室壁42的距离(a)是喷嘴与油墨腔室对准误差(NC)以及腔室壁42的侧壁角的函数，所述侧壁角通过在腔室壁顶部和底部之间激光烧蚀提供距离(c)而形成。在激光烧蚀过程中，腔室壁的侧壁角通常范围是大约6°至大约18°。因此，根据以下不等式距离(a)必须大于喷嘴与油墨腔室的对准误差(NC)加上(c)a＞NC+c (2)为了使喷嘴板20的喷嘴22与喷墨装置30对准，根据以下不等式喷墨装置30和腔室壁42之间的距离(G2)必须大于腔室壁62和喷墨装置30之间的对准误差(NA)a＞NA+W2/2-ED/2 (3)其中W2是喷墨装置30的宽度。以上公式假设喷嘴22的侧壁角在喷嘴22的入口和出口之间是大约7°。对于相邻喷嘴22的中心距S2小于600dpi到大约1200dpi的情况，加热器宽度W2优选的范围是大约7微米至大约15微米。
为了减小对准误差并进一步降低喷嘴与喷嘴的间距，在图7中示出了根据本发明另一实施方式的打印头66。在该实施方式中，喷嘴板68被形成为与厚膜层70分离。厚膜层70优选通过旋转涂覆或层叠在基片72上的光阻材料设置。厚膜层70具有范围在大约6微米至大约30微米的厚度并且优选是光显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包括供墨边缘78，其可以通过设置在基片72上的供墨槽80提供。喷墨装置82形成在基片72上并与在喷嘴板68上设置的喷嘴84对准。如上所述喷嘴84优选通过激光烧蚀在喷嘴板68上形成。
在该实施方式中，油墨腔室74的侧壁86被形成为小于激光烧蚀的喷嘴板20的侧壁42的角度。因此，相邻喷嘴84之间中心距S2可以被减小并且可采用以下关系式确定相邻喷嘴84之间的中心距S2＝W2+(2×G2)+F2(4)这样从设计中减小或消除了激光烧蚀的腔室壁42的影响。在该实施方式中，加热器宽度W2的范围可以是5.5微米至大约25微米。
为了提供适当的喷墨装置30或82，喷墨装置30或82的纵横比(L2/W2)优选的范围是如上所述的1.5∶1-6∶1。对于给定的这一纵横比，油墨腔室32或74以及相关的喷嘴22或84优选被调节以提供从喷嘴22或84喷出的适当体积的油墨。对于本发明实施方式的优选喷嘴设计在图8中示出并包括基本上长圆形的喷嘴。优选的长圆形喷嘴88具有在此被称为“双圆”的入口和出口形状。双圆喷嘴88由具有直径D3的两个半圆形部分90和92以及具有与直径D3相等的宽度W3和长度L3的矩形部分94构成。对于喷嘴88的出口尺寸，D3优选的范围是大约5微米至大约30微米。宽度W3优选的范围是大约1微米-大约25微米并且L3优选具有与D3相同的尺寸。喷嘴88的入口尺寸与喷嘴88的出口尺寸相似，但是出口直径D3比相应的进口直径更小，而喷嘴88入口和出口的宽度W3相同。喷嘴88的长轴L4优选与喷墨装置82的长度L2对准。喷嘴88出口的长轴L4优选的范围是大约10微米至大约50微米。优选的是比值W3/D3应该大于大约0.15。还优选的是比值L4/D3应该大于大约1.15。
排出的油墨量还是从喷墨装置82到喷嘴84出口的距离H(图7)的函数。距离H优选的范围是大约25微米-大约55微米。对于给定的中心距S2，优选的是间距S2小于距离H。特别优选的是当S2小于42微米时比值S2/H小于大约1.5。
尽管已经按照喷嘴板或喷嘴板和厚膜层对以上实施方式进行了描述，但将会认识到油墨腔室和油墨通道可以单独在喷嘴板或厚膜层上形成，或者可以在喷嘴板和厚膜层二者上都形成。在喷嘴板和厚膜层二者上都形成油墨腔室和油墨通道能够获得对距离H更大程度的改变同时提供适当的流动和喷墨特性。
从上述说明和附图中可以想到并对本领域技术人员显而易见的是，可以对本发明的实施方式做出修改和变化。因此，很明显上述说明和附图仅是优选实施方式的示例，而不是对其的限定，本发明真正的精神和范围由附加的权利要求确定。
权利要求
1.一种用于喷墨打印机的打印头，所述打印头包括包含至少一个供墨边缘和多个与供墨边缘间隔一个距离的喷墨促动器的半导体基片，每个喷墨促动器具有的纵横比范围是大约1.5∶1至大约6∶1；连接在半导体基片上的厚膜层，所述厚膜层具有形成在其中的与多个喷墨促动器相对应的多个供墨腔室以及供墨通道；以及连接厚膜层上的喷嘴板，所述喷嘴板包含在喷嘴板上与多个供墨腔室相对应的多个喷嘴孔，其中，相邻喷嘴孔间隔的间距范围是大约600dpi至大约2400dpi，并且每个喷墨促动器与供墨边缘的距离基本上相同。
2.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述喷墨促动器包括加热电阻器。
3.如权利要求2所述的打印头，其特征在于，所述加热电阻器的宽度小于或等于15微米。
4.如权利要求2所述的打印头，其特征在于，所述加热电阻器的电阻范围是大约80欧姆至大约200欧姆。
5.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述喷嘴孔包括具有长轴与直径比值大于大约1.15的长圆形喷嘴孔。
6.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述供墨边缘包括供墨槽，并且所述多个喷墨促动器被布置在供墨槽的两侧。
7.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述供墨边缘包括供墨槽，并且所述半导体基片包含两个或更多供墨槽。
8.如权利要求7所述的打印头，其特征在于，所述多个喷墨促动器仅被布置在每个供墨槽的一侧。
9.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，从喷墨促动器到喷嘴孔出口的距离大于所述间距。
10.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述间距与喷墨促动器到喷嘴孔出口的距离的比值范围是大约0.5至大约1.5。
11.一种包含权利要求8所述的打印头的喷墨打印机墨盒。
12.一种用于喷墨打印机的打印头，其包括包含至少一个供墨边缘和多个与供墨边缘间隔一个距离的喷墨促动器的半导体基片，每个喷墨促动器具有的纵横比范围是大约1.5∶1至大约6∶1；连接在半导体基片上的喷嘴板，所述喷嘴板包含通过激光烧蚀在喷嘴板上与多个喷墨促动器相对应的多个喷嘴孔、油墨腔室以及油墨通道，其中，相邻喷嘴孔间隔的节距范围是大约600dpi至大约1200dpi，并且每个喷墨促动器与供墨边缘的距离基本上相同。
13.如权利要求12所述的打印头，其特征在于，喷墨促动器包括加热电阻器并且加热电阻器的电阻范围是大约80欧姆-大约200欧姆。
14.如权利要求12所述的打印头，其特征在于，所述喷嘴孔包括双圆喷嘴孔。
15.如权利要求12所述的打印头，其特征在于，所述供墨边缘包括供墨槽，并且所述多个喷墨促动器被布置在供墨槽的两侧。
16.如权利要求12所述的打印头，其特征在于，所述供墨边缘包括供墨槽，并且所述半导体基片包含两个或更多供墨槽。
17.如权利要求16所述的打印头，其特征在于，所述多个喷墨促动器仅被布置在每个供墨槽的一侧。
18.一种包含权利要求15所述的打印头的喷墨打印机墨盒。
19.一种包含权利要求16所述的打印头的喷墨打印机墨盒。
20.一种用于热喷墨打印机的打印头，所述打印头包括包含至少一个供墨边缘和多个与供墨边缘间隔一个距离的加热电阻器的半导体基片，每个加热电阻器具有的电阻范围是大约80欧姆至大约200欧姆；连接在半导体基片上的厚膜层，所述厚膜层具有形成在其中的与多个喷墨促动器相对应的多个供墨腔室以及供墨通道；以及连接厚膜层上的喷嘴板，所述喷嘴板包含在喷嘴板上与多个供墨腔室相对应的多个喷嘴孔，其中，相邻喷嘴孔间隔的间距范围是大约600dpi至大约2400dpi，并且每个加热电阻器与供墨边缘的距离基本上相同。
21.如权利要求20所述的打印头，其特征在于，每个加热电阻器具有的纵横比范围是大约1.5∶1至大约6∶1。
22.如权利要求20所述的打印头，其特征在于，所述供墨边缘包括供墨槽，并且所述多个加热电阻器被布置在供墨槽的两侧。
23.如权利要求20所述的打印头，其特征在于，所述供墨边缘包括供墨槽，并且所述半导体基片包含两个或更多供墨槽。
24.如权利要求23所述的打印头，其特征在于，所述多个加热电阻器仅被布置在每个供墨槽的一侧。
25.一种包含权利要求20所述的打印头的喷墨打印机墨盒。
26.一种用于热喷墨打印机的打印头，所述打印头包括包含至少一个供墨边缘和多个与供墨边缘间隔一个距离的加热电阻器的半导体基片，每个加热电阻器具有的电阻范围是大约80欧姆至大约200欧姆；连接在半导体基片上的喷嘴板，所述喷嘴板包含通过激光烧蚀在喷嘴板上与多个喷墨促动器相对应的多个喷嘴孔、油墨腔室以及油墨通道，其中，相邻喷嘴孔间隔的间距范围是大约600dpi至大约1200dpi，并且每个加热电阻器与供墨边缘的距离基本上相同。
27.如权利要求26所述的打印头，其特征在于，每个加热电阻器具有的纵横比范围是大约1.5∶1至大约6∶1。
28.如权利要求26所述的打印头，其特征在于，所述供墨边缘包括供墨槽，并且所述多个加热电阻器被布置在供墨槽的两侧。
29.如权利要求26所述的打印头，其特征在于，所述供墨边缘包括供墨槽，并且所述半导体基片包含两个或更多供墨槽。
30.如权利要求29所述的打印头，其特征在于，所述多个加热电阻器仅被布置在每个供墨槽的一侧。
31.一种包含权利要求26所述的打印头的喷墨打印机墨盒。
全文摘要
一种用于喷墨打印机的高分辨率打印头。该打印头包括包含至少一个供墨边缘和多个与供墨边缘间隔一个距离的喷墨促动器的半导体基片。每个喷墨促动器具有的纵横比范围是大约1.5∶1至大约6∶1。喷嘴板连接在半导体基片上。喷嘴板包含通过激光烧蚀在喷嘴板上与多个喷墨促动器相对应的多个喷嘴孔、油墨腔室以及油墨通道。相邻喷嘴孔间隔的间距范围是大约600dpi至大约1200dpi。每个喷墨促动器与供墨边缘的距离基本上相同。
文档编号B41J2/14GK1930001SQ200580007365
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月9日 优先权日2004年2月10日
发明者C·G·马厄, J·H·鲍尔斯 申请人:莱克斯马克国际公司