DE69927667T2

DE69927667T2 - Düsenreihe für druckkopf

Info

Publication number: DE69927667T2
Application number: DE69927667T
Authority: DE
Inventors: Ashok Murthy; H. James POWERS; D. John ZBROZEK
Original assignee: Lexmark International Inc
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2019-01-08
Also published as: EP1045763B1; KR20010033929A; JP2002500117A; JP2004160984A; WO1999034981A1; DE69927667D1; EP1045763A1; KR100567675B1; CN1191933C; AU2106899A; EP1045763A4; CN1290212A; US6024440A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Druckköpfe für thermische Tintenstrahldruckpatronen. Spezieller betrifft diese Erfindung Düsenplatten und die Anordnung von Düsen und Tintenkanälen auf Düsenplatten von Druckköpfen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Thermische Tintenstrahldrucker verwenden Druckpatronen mit Druckköpfen, um Tintentropfen auf ein Medium, wie z.B. Papier, in Mustern entsprechend den auf das Papier zu druckenden Zeichen zu lenken. Im Allgemeinen wird Tinte von einem Reservoir über Strömungspfade zu Öffnungen oder Düsen zur Freisetzung auf das Papier gelenkt. Heizer sind benachbart zu den Düsen vorgesehen, um zu den Düsen zugeführte Tinte zu erhitzen, um eine Komponente in der Tinte zu verdampfen, um Tropfen von Tinte durch die Düsenlöcher vorwärtszutreiben, um einen Punkt von Tinte auf dem Papier zu liefern. Während eines Druckbetriebs wird der Druckkopf in Bezug zum Papier bewegt, und Tintentropfen werden in Mustern entsprechend den zu druckenden Zeichen freigesetzt, indem die Heizer elektronisch gesteuert werden, um selektiv nur die Heizer zu betreiben, die Düsen entsprechen, durch die Tinte für eine gegebene Position des Druckkopfs in Bezug zum Papier auszuschleudern ist.
Das Vorhergehende vorausgesetzt, ist es ersichtlich, dass ein vergeblicher Versuch, Tinte selbst aus einer Düse auszuschleudern, wie es sich z.B. von einem Heizerversagen oder Düsenverstopfen ergeben mag, eine Druckerleistungsfähigkeit und Druckqualität nachteilig beeinflussen kann.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Tintenstrahldruckkopf bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckkopf bereitzustellen, der im Vergleich zu herkömmlichen Druckköpfen eine verbesserte Leistungsfähigkeit bietet.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckkopf der beschriebenen Beschaffenheit bereitzustellen, der ein verbessertes Düsen- und Heizerarray aufweist.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckkopf der beschriebenen Beschaffenheit bereitzustellen, der ähnliche Tintenströmungspfade zu jeder Tintenstelle bereitstellt.
Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckkopf der beschriebenen Beschaffenheit bereitzustellen, der eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung des Vorhergehenden und anderer Gegenstände ist die vorliegende Erfindung auf einen Tintenstrahldruckkopf mit mindestens zwei Tintenausschleuderdüsen für jede Druckstelle gerichtet.
Gemäß der Erfindung wird eine Tintenkopfanordnung mit einem Tintenreservoir und Tintenbeaufschlagungsvorrichtungen bereitgestellt, um Tinte von dem Druckkopf in einem Muster entsprechend auf einem Medium zu druckenden Zeichen selektiv vorwärtszuzutreiben. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Druckkopfstruktur ein Siliciumsubstrat mit einer Mehrzahl von elektrisch aktivierbaren Heizern zum Heizen von Tinte und eine Düsenplatte, die benachbart zum Siliciumsubstrat positioniert ist und eine Mehrzahl von Düsen aufweist, wobei jede Düse benachbart zu einem Heizer lokalisiert ist, um ansprechend auf ein Drucksignal zum benachbarten Heizer Tinte von dem Druckkopf an gewünschten Druckstellen freizusetzen, wobei die Düsenplatte mindestens zwei Düsen für jede Druckstelle enthält.
In einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf eine Düsenplatte für einen Tintenstrahldrucker mit mindestens zwei Düsenarrays gerichtet, wobei jedes Array eine Düse entsprechend einer gemeinsamen Druckstelle aufweist.
Der Druckkopf wird betrieben, um abwechselnd Tinte von jeweils nur einer Düse des Düsenpaars zu einem Zeitpunkt freizusetzen. Wie ersichtlich ist, liefert dies ein Redundanzmerkmal, das dazu neigt, die Wirkung zu verringern, die durch eine Störung einer Düse hervorgerufen wird.
Z.B. kann eine Düsenfehlfunktion, d.h. der teilweise oder totale vergebliche Versuch, Tinte durch ein gegebenes Düsenloch auszuschleudern, von verschiedenen Ursachen herrühren, umfassend, aber nicht darauf beschränkt, Verstopfen einer Düse, Heizerversagen oder Verengungen oder Verstopfung des Strömungswegs, der die Düse speist. Ein vergeblicher Versuch, Tinte wie gewünscht freizusetzen, verringert oder beseitigt die Freisetzung von in Richtung auf das zu bedruckende Papier gerichteter Tinte für eine gegebene Druckstelle und führt folglich häufig zu einer Reduktion in der Druckqualität.
Gemäß der Erfindung wird ein Redundanzmerkmal bereitgestellt, indem ein Druckkopf mit mindestens zwei Düsen (und zugeordneten Heizern) für jede Druckstelle bereitgestellt wird, der arbeitet, indem er zwischen den mindestens zwei Düsen wechselt, so dass die Wirkung eines unzweckmäßig arbeitenden Heizers und/oder Düse signifikant verringert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch Bezug auf die ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen bei Betrachtung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen ersichtlich, die nicht maßstabsgerecht sind, um die Einzelheiten besser darzustellen, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente überall in den mehreren Ansichten bezeichnen.
1 ist eine Perspektivansicht einer Tintenstrahlpatrone mit einem Druckkopf gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Draufsicht von oben auf einen Teil eines Druckkopfs für einen Drucker gemäß der Erfindung.
3 ist eine Draufsicht von unten auf einen Druckkopf für einen Drucker gemäß der Erfindung.
4 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer Düsenplatte und Heizeranordnung für einen Druckkopf gemäß der Erfindung.
5 ist eine vergrößerte teilweise Draufsicht von unten auf eine Düsenplatte für einen Druckkopf gemäß der Erfindung.
5a ist eine vergrößerte teilweise Draufsicht von oben auf eine Düsenplatte gemäß der Erfindung.
5b ist eine vergrößerte teilweise Draufsicht von oben auf eine andere Düsenplatte gemäß der Erfindung.
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Düsenplatte von 5.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug nun auf die Figuren, ist in 1 eine Druckpatrone 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung mit Tintenstrahldruckern dargestellt. Die Patrone 10 umfasst eine Druckkopfanordnung 12, die über einem Tintenreservoir 14 lokalisiert ist, das durch einen im Allgemeinen hohlen Kunststoffkörper bereitgestellt wird, der Tinte oder einen mit Tinte gesättigten Schaumeinsatz enthält.
Die Druckkopfanordnung 12 ist vorzugsweise auf einem oberen Teil eines Nasenstücks 16 des Körpers 14 lokalisiert, um Tinte von dem Tintenreservoir 14 auf ein zu bedruckendes Medium, wie z.B. Papier, in Mustern, die das gewünschte Zeichen darstellen, zu übertragen. Wie hierin verwendet, ist der Terminus "Tinte" so zu verstehen, dass er sich allgemein auf Tinten, Farbstoffe und dergleichen bezieht, die üblicher weise für thermische Tintenstrahldrucker verwendet werden.
Mit zusätzlichem Bezug auf die 2 und 3 umfasst der Druckkopf 12 vorzugsweise ein Düsenelement 18, das an einem Siliciumelement 20 angebracht ist, wobei sich das Siliciumelement in elektrischer Verbindung mit einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Bahnen 22 befindet, die auf einer Rückseite 24 eines Polymerbandstreifens 26 vorgesehen sind. Ein bevorzugter Klebstoff, der die Düsenplatte an das Substrat anbringt, ist ein in den B-Zustand überführbares Wärmeaushärtetharz, umfassend, aber nicht darauf beschränkt, Phenolharze, Resorcinharze, Harnstoffharze, Epoxidharze, Ethylen-Harnstoff-Harze, Furanharze, Polyurethanharze und Siliconharze. Die Dicke der Klebstoffschicht reicht von etwa 1 bis etwa 25 Mikrometer.
Das Düsenelement 18 wird vorzugsweise durch ein Polyimidpolymerbandverbundwerkstoffmaterial mit einer Klebstoffschicht auf einer Seite desselben bereitgestellt, wobei das Verbundwerkstoffmaterial eine Gesamtdicke aufweist, die von etwa 15 bis etwa 200 Mikrometer reicht, wobei solche Verbundwerkstoffmaterialien in der Industrie im Allgemeinen als "Decklage" bezeichnet werden. Geeignete Verbundwerkstoffmaterialien umfassen Materialien, die von der DuPont Corporation of Wilmington, Delaware, unter dem Handelsnamen PYRALUX und von der Rogers Corporation of Chandler, Arizona, unter dem Handelsnamen R-FLEX erhältlich sind. Jedoch versteht es sich, dass die Bereitstellung von Düsenlöchern und Heizern gemäß der vorliegenden Erfindung auf Düsenplatten von faktisch einem beliebigen Material anwendbar ist, auch umfassend, aber nicht darauf beschränkt, Metall und Metall-beschichteter Kunststoff.
Jede Bahn 22 endet vorzugsweise an einem Kontaktfleck 22a, und jeder Fleck 22a verläuft zu einer äußeren Oberfläche 30 des Bandes 26 hindurch, um elektrische Kontakte des Tintenstrahldruckers zu kontaktieren, um Ausgangssignale von dem Drucker zu Heizerelementen auf dem Siliciumelement 20 zu leiten. Die Bahnen können auf dem Band wie z.B. durch Plattierungsprozesse und/oder fotolithographisches Ätzen bereitgestellt werden. Die Struktur Band/elektrische Bahn wird im Allgemeinen im Stand der Technik als ein TAB-Streifen bezeichnet, was ein Akronym für Automatikfilmbonden ist.
Das Siliciumelement 20 ist im zusammengebauten Druckkopf gegen Sicht verborgen und ist in einer entfernten Fläche oder ausgeschnittenen Teil 28 des Bandes 26 am Düsenelement 18 angebracht, so dass eine auswärts gekehrte Oberfläche 30 des Düsenelements im Allgemeinen bündig mit und parallel zu einer Vorderseite 32 des Bandes 26 ist, um Tinte über eine Mehrzahl von Düsenlöchern 34, die sich in Strömungsverbindung mit dem Tintenreservoir 14 befinden, auf das zu bedruckende Medium zu richten. Die Düsenlöcher 34 sind im Querschnitt längs einer Achse, die zu einer durch das Düsenelement 18 definierten Ebene parallel ist, vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmig, elliptisch, quadratisch oder rechteckig.
TAB-Kontaktierungen oder Drähte 35 verbinden die Bahnen 22 elektrisch mit dem Siliciumelement 20, um zu ermöglichen, dass elektrische Signale vom Drucker zum Siliciumelement geleitet werden, um die Heizer während eines Druckbetriebs selektiv zu aktivieren. Folglich sind die Heizer 36 (4) zur Energiebeaufschlagung derselben entsprechend Befehlen vom Drucker über die TAB-Kontaktierungen 35 mit den leitfähigen Bahnen 22 elektrisch gekoppelt und zwischen den TAB-Kontaktierungen 35 und den Kontaktflecken 22a elektrisch gekoppelt. In dieser Hinsicht ist ein Demultiplexer 44 (3) vorzugsweise auf dem Siliciumelement 20 vorgesehen, um ankommende elektrische Signale zu demultiplexen und sie zu den Heizern 36 zu verteilen.
Mit Bezug auf 4 ist das Siliciumelement 20 vorzugsweise ein im Allgemeinen rechteckiger Teil eines Siliciumsubstrats von dem Typ, der üblicherweise bei der Herstellung von Druck köpfen verwendet wird. Eine Mehrzahl von Dünnfilmwiderständen oder Heizern 36 wird auf dem Siliciumelement bereitgestellt, wobei ein solcher Heizer benachbart zu jeder von den Düsen 34 lokalisiert ist, um Tinte zum Ausschleudern durch die Düsen 34 zu verdampfen. In dieser Hinsicht ist jeder Heizer 36 vorzugsweise benachbart zu einer Blasenkammer 38 lokalisiert, die jedem Düsenloch 34 zugeordnet ist, um Tinte zu erhitzen, die über einen Kanal 40 vom Tintenreservoir 14 in die Kammer geleitet wird, um Tinte in der Kammer zu verdampfen und sie aus dem Düsenloch 34 auszuschleudern, um sie in einem Tintentropfen 42 kondensieren zu lassen, der auf das zu bedruckende Medium an einer gewünschten Stelle darauf auftrifft.
Das Siliciumelement 20 weist eine Größe auf, die sich typischerweise zwischen etwa 2 und etwa 3 Millimeter Breite bewegt, mit einer Länge, die zwischen etwa 6 und etwa 12 Millimeter lang ist, und sich zwischen etwa 0,3 und etwa 1,2 Millimeter in der Dicke bewegt und am bevorzugtesten zwischen etwa 0,5 und etwa 0,8 Millimeter dick ist. Der Druckkopf 12 kann ein, zwei, drei oder mehr Siliciumelemente 20 und Düsenelemente 18 enthalten, jedoch wird zwecks Vereinfachung der Beschreibung die Druckkopfanordnung so beschrieben, dass sie nur ein Siliciumelement 20 und ein zugeordnetes Düsenelement 18 enthält.
Die Tinte bewegt sich im Allgemeinen durch Schwerkraft und Kapillarwirkung von dem Reservoir 14 um den Perimeter des Siliciumelements 20 oder durch einen mittigen Weg im Siliciumelement in die Kanäle 40 zum Hindurchtritt in die Blasenkammern. Die verhältnismäßig kleine Größe der Düsenlöcher 34 hält die Tinte in den Kammern 38 bis zu einer Aktivierung der zugeordneten Heizer, die eine leichtverdampfende Komponente in der Tinte verdampft und die Kammer entleert, wonach sie sich wieder durch Kapillarwirkung füllt.
Wie man bemerkt, wird die untere Wand der Blasenkammer 38 und der zu jeder Düse 34 zugeordnete Kanal 40 durch die benach barte im Wesentlichen planare Oberfläche 45 des Siliciumelements zur Verfügung gestellt. Die topographischen Merkmale der Kammern 38 und des Kanals 40 werden durch die Form und Konfiguration einer unteren Oberfläche 46 und des Düsenelements 18 geliefert, das mittels einer Klebstoffschicht 47 an der Oberfläche 45 des Siliciumelements 20 angebracht ist. Die Merkmale des Düsenelements 18, wie z.B. die Düsenlöcher 34, Blasenkammern 38 und Kanäle 40, werden vorzugsweise durch Laserablation im Verbundwerkstoffmaterial des Düsenelements 18 gebildet, um eine Konfiguration bereitzustellen, wie in den 5 und 6 dargestellt.
Demgemäß, und mit Bezug auf die 5-6, ist die untere Oberfläche 46 des Düsenelements 18 vorzugsweise so konfiguriert, dass sie ein Paar von Düsenlöchern und zugeordneten Heizern für jede Druckstelle bereitstellt. Der Terminus "Druckstelle" ist so zu verstehen, dass er sich auf die Stelle einer Düse bezieht, um eine spezielle Tintenblase oder -tropfen auf das zu bedruckende Papier zu richten. Herkömmlicherweise ist eine Düse für jede Druckstelle vorgesehen, wobei genügend Düsen vorgesehen sind, um ein Drucken eines Bildelements oder von Tintenpunktmustern entsprechend faktisch einem beliebigen Zeichen oder Bild zu ermöglichen. Folglich kann ein Versagen einer einzigen Düse das Druckbild nachteilig beeinflussen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Druckkopf mit einem Paar von Düsen bei ungefähr jeder Druckstelle bereitgestellt, wobei jede Düse abwechselnd aktiviert wird, so dass die Wirkung des Versagens einer einzigen Düse des Düsenpaars auf die Qualität des Druckbildes verringert werden kann. Wie ersichtlich ist, liefert dies ein Redundanzmerkmal, das bisher nicht verfügbar war, das die Wirkung einer ausgefallenen Düse oder Heizers verringert. Wie hierin verwendet, bezieht sich die Terminologie "abwechselnd aktiviert" auf das Sequentialisieren, das mit einem Ausschleudern von Tinte aus den Düsen von einem Paar von Düsen verbunden ist, wodurch die Düsen eine nach der anderen aktiviert werden, oder eine Düse kann zwei- oder mehrmals gleichzeitig aktiviert werden, bevor die andere Düse aktiviert wird.
Die einzelnen Düsenlöcher 34 und Heizer 36 sind unabhängig nummeriert, wie in den Zeichnungsfiguren 5–6 dargestellt, wobei die Düsen und Heizer von jeder Druckstelle dieselbe Ganzzahl tragen, aber mit dem Suffix "a" oder "b", um ihre Mehrzahl darzustellen. Demgemäß ist in einer bevorzugten Ausführungsform das Düsenelement 18 so gebildet, dass es ein Düsenarray 51, das benachbart zu einem Seitenrand 60 des Siliciumelements 20 positioniert ist, und ein Düsenarray 61, das benachbart zu einem Seitenrand 70 des Siliciumelements 18 positioniert ist, bereitstellt (5).
Das Düsenarray 51 umfasst zwei Reihen von Düsen, wobei eine Reihe Düsen 52a, 54a, 56a, 58a umfasst und die andere Reihe Düsen 62a, 64a, 66a und 68a umfasst. Das Düsenarray 61 umfasst zwei Reihen von Düsen, wobei eine Reihe Düsen 52b, 54b, 56b, 58b und die andere Reihe Düsen 62b, 64b, 66b und 68b umfasst. Wie ersichtlich ist, kann eine imaginären Linie gezogen werden, um zwischen Elementen eines Düsenpaars eine Halbierende zu ziehen, z.B. ist die Halbierende M zwischen der Mitte der Düsen 54a und 54b gezogen, welche Düsen dieselbe Druckstelle darstellen.
Mit Bezug nun auf 6 bemerkt man, dass die Düsen des Array 51 in zwei Reihen angeordnet sind, wobei eine Reihe die Düsen 54a, 56a und 58a aufweist und die andere Reihe die Düsen 62a, 64a, 66a und 68a aufweist. Das Array 61 ist ähnlich, was das "b"-Suffix anbetrifft, zu den entsprechenden Düsen im Array 51 konfiguriert. Wie zuvor angemerkt, entsprechen die mit "a"- und "b"-Suffix versehenen Düsen von mit gemeinsamer Ganzzahl versehenen Düsen, z.B. die Düsen 52a und 52b, derselben Druckstelle und liefern ein Redundanzmerkmal, das die Wirkung des Versagens einer Düse oder eines Heizers an einer Druckstelle verringert. Dies wird in einer bevorzug ten Ausführungsform erreicht, indem zwischen dem Paar von Düsen (a und b) während einer Drucksequenz gewechselt wird.
Ein Heizer 72a ist unter der Düse 52a positioniert, und ein Heizer 72b ist unter der Düse 52b positioniert, wie in 5a dargestellt. Desgleichen sind Heizer 74a–74b, 76a–76b, 78a–78b unter den Düsenpaaren 54a–54b, 56a–56b, 58a–58b respektive positioniert; und Heizer 82a–82b, 84a–84b, 86a–86b, 88a–88b sind unter den Düsenpaaren 62a–62b, 64a–64b, 66a–66b, 68a–68b respektive positioniert. Wie ersichtlich ist, umfasst der Druckkopf vorzugsweise mehr als die acht beschriebenen Düsen/Heizer-Paare, und in einer bevorzugten Ausführungsform umfasst er von etwa 20 bis etwa 20000 Düsen/Heizer-Paare, am bevorzugtesten von etwa 20 bis etwa 2000 Paare, wobei die Elemente von jedem Paar in separaten Arrays bereitgestellt werden. In dieser Hinsicht wird es erwogen, dass mindestens zwei Arrays bereitgestellt werden. Weitere Arrays können eingeschlossen sein, um selbst eine weitere Redundanz zu liefern, wobei jedes Array ein Düsen/Heizer-Paar für jede Druckstelle aufweist.
Mit Bezug wieder auf 4, in der es sich versteht, dass das Düsenloch 34 repräsentativ für jede Düse der Arrays 51 und 61 ist, d.h. die Düsen 52–58 und 62–68, weist das Düsenloch 34 vorzugsweise eine Länge L von zwischen etwa 10 μm und etwa 100 μm auf und weist konisch verlaufende Wände auf, die von der Blasenkammer 38 zur oberen Oberfläche des Düsenelements 18 verlaufen, wobei die Eintrittsöffnung n vorzugsweise zwischen etwa 5 μm und etwa 80 μm in der Breite ist und die Austrittsöffnung n' zwischen etwa 5 μm und etwa 80 μm in der Breite ist. Jede Blasenkammer 38 und Kanal 40, von denen jeweils eine eine Düse speist, ist so dimensioniert, dass sie eine gewünschte Menge von Tinte zu jeder Düse liefert, welches Volumen vorzugsweise zwischen etwa 1 pl und etwa 200 pl liegt. In dieser Hinsicht weist jede Blasenkammer 38 vorzugsweise ein Volumen zwischen etwa 1 pl und etwa 400 pl auf, und jeder Kanal 40 weist vorzugsweise eine Strömungsfläche von zwischen etwa 20 μm² und etwa 1000 μm² auf.
Wie zuvor angemerkt, werden die Merkmale des Düsenelements 18, wie z.B. die Düsenlöcher 34, Blasenkammern 38 und Kanäle 40, vorzugsweise wie z.B. durch Laserablation eines Polymermaterials gebildet, um eine Konfiguration bereitzustellen, wie in den 5–6 dargestellt. Ein bevorzugtes Verfahren zur Bildung der Düsenlöcher, Blasenkammern und Kanäle ist in der mitanhängigen US-Patentanmeldung Serial No. beschrieben, die gleichzeitig hiermit eingereicht ist und den Titel METHOD FOR MAKING NOZZLE ARRAY FOR PRINTHEAD aufweist, welche Anmeldung in ihrer Ganzheit hierin durch Bezug aufgenommen ist und Lexmark International, Inc., übertragen ist, dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung.
In dieser Hinsicht ist das Düsenelement 18 vorzugsweise so konfiguriert, dass es eine Barrierenwand für jede Düsenstelle bereitstellt, die geformt ist, um eine geeignete Blasenkammer 38 und Kanal 40 für einen Tintenstrom zur Düse bereitzustellen. Z.B. weist das Düsenelement 18 darauf eine Barrierenwand 92a für die Düse 52a und eine Barrierenwand 92b für die Düse 52b auf. Desgleichen werden Barrierenwände 94a–94b, 96a–96b, 98a–98b für die Düsen 54a–54b, 56a–56b, 58a–58b respektive bereitgestellt, und Barrierenwände 102a–102b, 104a–104b, 106a–106b, 108a–108b werden für die Düsen 62a–62b, 64a–64b, 66a–66b, 68a–68b bereitgestellt. Alle mit einem "a"-Suffix versehenen Barrierenwände sind vorzugsweise im Wesentlichen identisch, und alle mit einem "b"-Suffix versehenen Barrierenwände sind vorzugsweise im Wesentlichen identisch. Demgemäß und zwecks Klarheit werden nur respektive der Barrierenwände beschrieben, wobei es sich versteht, dass die zusätzlichen Barrierenwände von gleicher Konstruktion sind.
Um die Zufuhr von Tinte zu den Düsen auf eine gewünschte Weise zu erleichtern und um eine Beeinträchtigung von dem Betrieb von benachbarten Düsen zu verringern, wird es bevorzugt, dass die Düsen von benachbarten Reihen eines Array um einen Abstand R, der zwischen etwa 2 und etwa 20 Heizerbreiten entspricht, räumlich beabstandet sind, wobei eine "Heizerbreite" zwischen etwa 10 μm und etwa 80 μm liegt, so dass die Düsen von benachbarten Reihen um einen Abstand von zwischen etwa 20 μm und etwa 1000 μm räumlich beabstandet sind. Zusätzlich wird es für einen Drucker mit einer Auflösung von 600 dpi bevorzugt, dass jede Düse in Längsrichtung um einen Abstand S von zwischen etwa 40 μm und etwa 400 μm in Bezug zu benachbarten Düsen in derselben Reihe versetzt ist und in Breitenrichtung um einen Abstand T von zwischen etwa 42 μm und etwa 84 μm in Bezug zu benachbarten Düsen der anderen Reihe versetzt ist.
Zusätzlich wird es bevorzugt, dass die Kanäle oder Strömungspfade zu den Blasenkammern der Düsen, die am nächsten zu den Rändern 60 und 70 des Siliciumelements gelegen sind, d.h.
Kanäle 112a–112b, 114a–114b, 116a–116b, 118a–118b, welche Tinte zu den Blasenkammern der Düsen 52(a), (b)–58(a), (b) respektive zuführen, weg von dem benachbarten Rand gekehrt sind, während Kanäle 122a–122b, 124a–124b, 126a–126b, 128a–128b, welche Tinte zu den Blasenkammern der Düsen zuführen, die weiter von den Rändern 60 und 70 entfernt sind, d.h. die Düsen 62(a)–(b), 68(a)–(b), in Richtung auf den benachbarten Rand gekehrt sind. Für ein Siliciumelement mit einem mittigen Tintenweg 129 ist die Orientierung der Kanäle für die Blasenkammern für jede Düse umgekehrt, wie in 5b dargestellt.
Wie ersichtlich sein mag, liefert diese Orientierung der Kanäle nicht nur mehrere Strömungspfade zu jeder Düse, sie liefert auch Strömungspfade, die von im Wesentlichen derselben Länge sind. Folglich wird zwecks eines Beispiels angemerkt, dass Strömungspfade F1 und F2 (6) verfügbar sind, um die Düse 58a zu speisen, und Strömungspfade F1' und F2' verfügbar sind, um die Düse 68a zu speisen, und dass die Länge und die Fläche von Strömungspfad F1, F1', F2 und F2', wie vom Rand 60 des Siliciumelements gemessen, nicht ersichtlich unterschiedlich sind, so dass der Pfad, durch den sich die Tinte zu einer speziellen Düse bewegt, keine ersichtliche Wirkung auf das Füllen der Kammer zeigt. In dieser Hinsicht ist der Strömungspfad zu jeder Düse vorzugsweise zwischen etwa 40 μm und etwa 300 μm und am bevorzugtesten etwa 85 μm, wobei die Varianz zwischen den Strömungspfaden sich etwa +/–20% bewegt.
Ohne sich durch Theorie binden zu lassen und zwecks Beispiel, es ist beobachtet worden, dass die folgenden Parameter, die mit dem Positionieren und Dimensionieren der Barrieren und Kanäle verbunden sind, den Tintenstrom zu den Düsen bewerkstelligen können:
Bevorzugte Gebiete für diese Parameter sind für eine Druckerauflösung von 600 dpi und ein Siliciumelement mit einer Länge von etwa 14,5 mm, einer Breite von etwa 0,4 mm und mit 2 Arrays, die im Abstand von etwa 804 μm angeordnet sind, bei 304 Düsen pro Array, wie folgt.
Demgemäß betrifft ein signifikanter Vorteil der Erfindung die Bereitstellung von mindestens zwei Düsen/Heizer-Paaren für jede Druckstelle. Dies ermöglicht ein bisher nicht verfügbares Redundanzmerkmal, das die nachteilige Wirkung einer beeinträchtigten oder ausgefallenen Heizer/Düse verringert. Z.B. kann während eines Betriebs des Druckkopfs ein Signal empfangen werden, um den Heizer für eine gewünschte Druckstelle zu aktivieren. Im Fall, dass dieser Heizer ausgefallen ist oder seine zugeordnete Düse verstopft ist oder sonst nicht richtig arbeitet, fehlt Tinte auf dem zu bedruckenden Papier, was auf das Problem mit dem Heizer/Düse zurückzuführen ist. Jedoch tritt aufgrund der Redundanz des Druckkopfs der Erfindung dieses Fehlen von Tinte nur während jedes zweiten Druckzyklus für die gewünschte Stelle auf, da das entsprechende Heizer/Düsen-Paar während der nächsten Aktivierung der augenblicklichen Druckstelle aktiviert wird. Z.B. entsprechen die Düse/Heizer 52a/72a und Düse/Heizer 52b/72b jeweils derselben Druckstelle, werden aber abwechselnd betrieben, wenn die Druckstelle aktiviert wird, so dass die Wirkung eines Versagens von einem von dem Paar verringert ist.
Ein anderer signifikanter Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung von mehreren Strömungspfaden zu einem gegebenen Düse/Heizer. In dieser Hinsicht wird angemerkt, dass sich eine fehlerhafte Düsenfunktion von einem Verstopfen des Strö mungspfads ergeben kann, statt von einem Problem, das für den Heizer oder die Düse spezifisch ist. Folglich verringert eine Bereitstellung von mehr als einem Strömungspfad, wie z.B. die beschriebenen Strömungspfade F1 und F1', die Wahrscheinlichkeit einer Düsenfehlfunktion aufgrund eines Verstopfens von Strömungspfaden.
Während spezifische Ausführungsformen der Erfindung mit Ausführlichkeit oben beschrieben worden sind, ist es ersichtlich, dass die Erfindung auf unterschiedliche Anpassungen, die Fachleuten wohlbekannt sind, gleichermaßen anwendbar ist.

Claims

Tintenstrahldruckkopfanordnung zur Verwendung mit einem Tintenstrahldrucker, wobei die Druckkopfanordnung umfasst: ein Tintenreservoir und einen Druckkopf, der an dem Reservoir angebracht ist, wobei der Druckkopf eine Mehrzahl von Düsen auf einer Düsenplatte enthält, um Tinte von dem Druckkopf in Richtung auf ein zu bedruckendes Medium freizusetzen, wobei die Düsen an Stellen in Bezug zu dem Druckkopf positioniert sind, die einer Mehrzahl von gewünschten Druckstellen entsprechen; eine Mehrzahl von Widerstandsheizerelementen, die durch elektrische Signale, die durch einen Druckerkontroller erzeugt werden, mit Strom versorgt werden, wobei jeder von den Heizern benachbart zu und in Wirkverbindung mit einer Düse positioniert ist, um Tinte zur Freisetzung durch die zugeordnete Düse zu erhitzen, ansprechend auf ein elektrisches Signal, das von dem Druckerkontroller empfangen wird; eine Mehrzahl von Tintenkammern in Strömungsverbindung mit dem Reservoir und einer zugeordneten Düse zur Aufnahme von zu erhitzender Tinte; eine Mehrzahl von Strömungspfaden, um Tinte von dem Reservoir zu jeder von den Kammern auf fließfähige Weise zu lenken; wobei für jede Druckstelle mindestens zwei Düsen und ihre zugeordneten Heizer, Kammern und Strömungspfade vorgesehen sind, und wobei der Druckkopf für jede der Druckstellen betreibbar ist, indem die Heizer von jeder Druckstelle abwechselnd aktiviert werden.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 1, bei der jeder von der Mehrzahl von Strömungspfaden eine Länge von zwischen etwa 10 und etwa 400 μm aufweist.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Druckkopf ein Siliciumsubstrat mit mindestens einem Tintenzufuhrrand umfasst, über den Tinte von dem Tintenreservoir zu den Heizerelementen fließt, wobei Eintrittskanäle zu Strömungspfaden für Tintenkammern, die zum Tintenzufuhrrand des Substrats am nächsten gelegen sind, weg von dem Tintenzufuhrrand gekehrt sind, so dass sich die Strömungspfade (F1, F2) zwischen benachbarten Tintenkammern befinden.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der mindestens eine von den Düsen längs einer zu einer durch die Düsenplatte begrenzten Ebene parallelen Achse im Querschnitt kreisförmig ist.
Druckkopfanordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der mindestens eine von den Düsen längs einer zu einer durch die Düsenplatte begrenzten Ebene parallelen Achse im Querschnitt quadratisch oder rechteckig ist.
Druckkopfanordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der der Druckkopf zwischen etwa 20 und etwa 20000 Düsen umfasst.
Druckkopfanordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Düsen für jede Druckstelle in vertikaler Ausrichtung vorliegen und um einen Abstand zwischen etwa 20 und etwa 1000 μm horizontal räumlich beabstandet sind.
Druckkopfanordnung nach einem vorangehenden Anspruch, bei der die Düsen in räumlich beabstandeten Arrays angeordnet sind, wobei jedes Array eine Düse für jede Druckstelle enthält.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 8, bei der jedes Array zwischen etwa 10 und etwa 10000 Düsen enthält.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 9, bei der jedes Array zwei Reihen von Düsen enthält, wobei die Reihen um einen Abstand von zwischen etwa 20 und etwa 1000 μm räumlich voneinander beabstandet sind.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 10, bei der jede Düse von jeder Reihe in Bezug zu der Düse unmittelbar benachbart zu ihr in derselben Reihe versetzt ist.
Druckkopfanordnung für einen Tintenstrahldrucker, umfassend: ein Tintenreservoir und einen Druckkopf, der an dem Reservoir angebracht ist, der Tintenausschleudereinrichtungen enthält, die in Wirkverbindung mit dem Tintenreservoir vorliegen, um Tinte von dem Druckkopf in Mustern selektiv auszuschleudern, die durch den Drucker zu druckenden Zeichen entsprechen, wobei die Tintenausschleudereinrichtungen umfassen ein Siliciumsubstrat mit einer Mehrzahl von elektrisch aktivierbaren Heizerelementen zum Erhitzen von Tinte und mit mindestens einem Tintenzufuhrrand, über den Tinte von dem Tintenreservoir zu den Heizerelementen fließt; und eine Düsenplatte, die an dem Siliciumsubstrat angebracht ist und eine Mehrzahl von Düsen aufweist, von denen jede benachbart zu einem von den Heizerelementen des Substrats lokalisiert ist, um Tinte, die durch die Heizelemente erhitzt ist, von dem Druckkopf an gewünschten Druckstellen freizusetzen, wobei die Düsenplatte mindestens zwei Düsen und zwei Strömungspfade (F1, F2) für jede Druckstelle aufweist, wobei der Druckkopf für jede der Druckstellen betreibbar ist, indem die Heizer von jeder Druckstelle abwechselnd aktiviert werden.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 12, bei der Eintrittskanäle zu Strömungspfaden für Tintenkammern, die zum Tintenzufuhrrand des Substrats am nächsten gelegen sind, weg von dem Tintenzufuhrrand gekehrt sind, so dass sich die zwei Strömungspfade (F1, F2) zwischen benachbarten Tintenkammern befinden.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 12 oder 13, bei der mindestens eine von den Düsen längs einer zu einer durch die Düsenplatte begrenzten Ebene parallelen Achse im Querschnitt rechteckig ist.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 12, 13 oder 14, bei der der Druckkopf zwischen etwa 20 und etwa 20000 Düsen umfasst.
Druckkopfanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der die Düsenplatte ein Polyimidpolymer umfasst und die Düsen durch Laserablation des Polyimidpolymers gebildet sind.
Druckkopfanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei der die Düsen für jede Druckstelle in vertikaler Ausrichtung vorliegen und um einen Abstand von zwischen etwa 20 und etwa 1000 μm horizontal räumlich beabstandet sind.
Druckkopfanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei der die Düsen in räumlich beabstandeten Arrays angeordnet sind, wobei jedes Array eine Düse für jede Druckstelle enthält.
Düsenplatte für einen Tintenstrahldrucker, wobei die Düsenplatte umfasst: ein erstes Düsenarray mit einer Mehrzahl von Düsen, von denen jede positioniert ist, um einer gewünschten Druckstelle zu entsprechen, wobei die Druckstelle von jeder der Düsen des ersten Düsenarrays voneinander unterschiedlich ist; und ein zweites Düsenarray mit einer Mehrzahl von Düsen, wobei jede Düse des zweiten Düsenarrays positioniert ist, um einer gewünschten Druckstelle zu entsprechen, wobei die Druckstelle von jeder der Düsen des zweiten Arrays einer der Druckstellen des ersten Düsenarrays entspricht, so dass das erste und zweite Düsenarray jeweils eine Düse entsprechend zu jeder gewünschten Druckstelle aufweisen, so dass mindestens zwei Düsen für jede Druckstelle vorgesehen sind, wobei die Düsen für jede Druckstelle in vertikaler Ausrichtung vorliegen und um einen Abstand von zwischen etwa 20 und etwa 1000 μm horizontal räumlich beabstandet sind, und wobei die Düsen für jede Druckstelle für jede Druckstelle abwechselnd aktivierbar sind.
Düsenplatte nach Anspruch 19, bei der mindestens eine von den Düsen längs einer zu einer durch die Düsenplatte begrenzten Ebene parallelen Achse im Querschnitt kreisförmig ist.
Düsenplatte nach Anspruch 19 oder 20, bei der mindestens eine von den Düsen längs einer zu einer durch die Düsenplatte begrenzten Ebene parallelen Achse im Querschnitt quadratisch ist.
Düseplatte nach Anspruch 19, 20 oder 21, bei der die Düsenplatte zwischen etwa 20 und etwa 20000 Düsen umfasst.
Düsenplatte nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei der die Düsenplatte ein Polyimidpolymer umfasst und die Düsen durch Laserablation des Polyimidpolymers gebildet sind.
Düsenplatte nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der die Düsen in räumlich beabstandeten Arrays angeordnet sind, wobei jedes Array eine Düse für jede Druckstelle enthält.
Tintenstrahldruckkopfanordnung für einen Tintenstrahldrucker, wobei die Druckkopfanordnung umfasst: ein Tintenreservoir und einen Druckkopf, der an dem Reservoir angebracht ist, wobei der Druckkopf eine Mehrzahl von Düsen auf einer Düsenplatte enthält, um Tinte von dem Druckkopf in Richtung auf ein zu bedruckendes Medium freizusetzen, wobei die Düsen an Stellen in Bezug zu dem Druckkopf positioniert sind, die einer Mehrzahl von gewünschten Druckstellen entsprechen; eine Mehrzahl von Widerstandsheizerelementen, die durch elektrische Signale, die durch einen Druckerkontroller erzeugt werden, mit Strom versorgt werden, wobei jeder von den Heizern benachbart zu und in Wirkverbindung mit einer Düse positioniert ist, um Tinte zur Freisetzung durch die zugeordnete Düse zu erhitzen, ansprechend auf ein elektrisches Signal, das von dem Druckerkontroller empfangen wird; eine Mehrzahl von Tintenkammern in Strömungsverbindung mit dem Reservoir und einer zugeordneten Düse zur Aufnahme von zu erhitzender Tinte; und mindestens einen Strömungspfad, um Tinte von dem Reservoir zu jeder von den Kammern auf fließfähige Weise zu lenken; wobei für jede Druckstelle mindestens zwei Düsen und ihre zugeordneten Heizer, Kammern und Strömungspfade (F1, F2) vorgesehen sind, und wobei der Druckkopf für jede der Druckstellen betreibbar ist, indem die Heizer von jeder Druckstelle abwechselnd aktiviert werden.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 25, bei der jeder von den Strömungspfaden eine Länge von zwischen etwa 10 und etwa 400 μm aufweist.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 25 oder 26, bei der der Druckkopf ein Siliciumsubstrat mit mindestens einem Tintenzufuhrrand umfasst, über den Tinte von dem Tintenreservoir zu den Heizerelementen fließt, wobei Eintrittskanäle zu Strömungspfaden für Tintenkammern, die zum Tintenzufuhrrand des Substrats am nächsten gelegen sind, weg von dem Tintenzufuhrrand gekehrt sind, so dass sich die Strömungspfade (F1, F2) zwischen benachbarten Tintenkammern befinden.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 25, 26 oder 27, bei der mindestens eine von den Düsen längs einer zu einer durch die Düsenplatte begrenzten Ebene parallelen Achse im Querschnitt kreisförmig ist.
Druckkopfanordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, bei der mindestens eine von den Düsen längs einer zu einer durch die Düsenplatte begrenzten Ebene parallelen Achse im Querschnitt quadratisch oder rechteckig ist.
Druckkopfanordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei der der Druckkopf zwischen etwa 20 und etwa 20000 Düsen umfasst.
Druckkopfanordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, bei der die Düsen für jede Druckstelle in vertikaler Ausrichtung vorliegen und um einen Abstand von zwischen etwa 20 und etwa 1000 μm horizontal räumlich beabstandet sind.
Druckkopfanordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 31, bei der die Düsen in räumlich beabstandeten Arrays angeordnet sind, wobei jedes Array eine Düse für jede Druckstelle enthält.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 32, bei der jedes Array zwischen etwa 10 und etwa 10000 Düsen enthält.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 32, bei der jedes Array zwei Reihen von Düsen enthält, wobei die Reihen um einen Abstand von zwischen etwa 20 und etwa 1000 μm räumlich voneinander beabstandet sind.
Druckkopfanordnung nach Anspruch 34, bei der jede Düse von jeder Reihe in Bezug zu der Düse unmittelbar benachbart zu ihr in derselben Reihe versetzt ist.