專利名稱：一種噴墨打印機打印頭用的噴嘴板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種噴墨打印機和彩色噴墨打印機所用打印頭的噴嘴板及其制造方法。
本發明的目的是以更經濟的方式生產這樣的噴嘴板和裝配有該噴嘴板的打印頭，并且提高它們在打印速度和清晰度方面的功能。
噴墨打印頭和彩色噴墨打印頭的噴嘴板是廣為人知的(惠普雜志(Hewlett-Packard Journal)，1988年8月，第28－31頁)(歐洲專利EP－495，663；EP500，068)；這種噴嘴板包括12至大約100個孔直徑小至20微米的噴嘴。在每個噴嘴之前設有一個儲墨腔，其通過特殊形狀的通道與墨盒連通。一個裝置與各噴嘴相連，用于噴射出體積為1至1000微微升的液滴。打印頭經常是將墨盒與通常采用三塊板結合在一起形成的，一塊板是薄層結構，第二塊板是帶有輸入通道和儲墨腔的、用平板印刷術生產的塑料結構(通道板)，和第三塊包含有噴嘴的板(噴嘴板)。噴嘴板和通道板的制造以及將這些板組合在一起制成打印頭都需要相當高的費用和很高的精度。
噴嘴板用例如由塑料件激光處理的方法生產。在其它方法中，采用的是導電基板，在其上特定部位設有不導電的塑料層。該不導電部位呈圓形，其間距相當于噴嘴板上噴嘴的規定間距。用電解法將金屬鍍覆到該基板上。此金屬層比不導電層要厚，而且電解鍍覆金屬將不可避免地會越過不導電部位的邊緣，出現在不導電層上。用這種方法，相對于平板印刷術生產的塑料層的不導電部位，可以使噴嘴直徑較小。為了將噴嘴的截面積以及各噴嘴截面積的波動保持在規定的公差范圍內，必須要應用復雜的制造和測量方法。在所述后一種生產方法中，孔的間距不可避免地要大于所生產板的厚度。由于穩定性的原因，該板必須有一個最小厚度值，因此孔間可能的最小間距受到限制，這樣也使打印密度受到限制。
根據歐洲專利EP495，663，通道結構和噴嘴載體用鑄造法來生產。噴嘴每次均用激光束單獨打孔。通道結構和噴嘴用完全不同的方法分兩步生產。另外，還需要精加工。這種方法也是非常復雜的。
因此本發明的目的是提供噴嘴板和通道板，用它們就可以用比較簡單的方法將噴墨打印頭裝配起來，使其精度更高。
根據本發明，其目的是通過一個噴嘴板來實現的，該噴嘴板包括噴嘴、墨腔、墨腔與貯墨容器之間連接通道的功能區以及也許還有調節件，所有功能區由一個型芯鑄造作為整塊微型結構體生產出來。另外，為了提高打印質量，噴嘴板的功能區內可以包括過濾裝置和流動結構。
微型結構的金屬型芯在互補結構內包含噴嘴板的所有功能區，它可采用例如平版印刷術、最好是用有X射線照相的凹版印刷術和電蝕刻成型來生產。采用平版印刷術法還可以實現非圓形或非方形的噴嘴出口。為此，使用一塊金屬基板，在其上覆蓋有適當厚度的(正或負)X射線的第一抗層。透過其上帶有X射線吸收裝置的第一遮屏對該涂層進行照射，結果是使該第一抗層在照射部位的溶解性發生變化。對照射后的第一抗層進行顯影時，其上保持溶解或成為溶解的區域均被去除掉。
隨后，一般是覆蓋適當厚度的第二X射線抗層，再透過第二遮屏用X射線對該抗層進行照射，所述第二遮屏上具有與第一遮屏上不同的吸收裝置。對第二抗層進行顯影后，用電解將某種金屬鍍覆在基板上的由塑料(抗層)構成的微型結構上，微型結構的所有凹坑中均完全充滿金屬。隨后，金屬繼續鍍覆，結果是用金屬將整個微型結構覆蓋。
將金屬微型結構從基板上由塑料制成的微型結構上分離下來，就得到具有微型結構的金屬型芯，它在互補結構上包含噴嘴板的所有功能區。
利用該型芯，具有微型結構的噴嘴板可以通過例如注模法用塑料制成，成為一個帶有所有功能區的整塊微型結構體。
如果在注模法的模具內插入兩塊結構不同的型芯，就可以生產出在兩側均含有功能件的整體噴嘴板。圖4所示為一種可以用此法生產的噴嘴板，它將噴嘴通道配置在板的兩側上，使打印密度翻倍和／或可使用兩種不同的顏色。
除平版印刷術外，激光處理、精密機械加工和侵蝕技術等方法，以及這些方法的組合也可以用于生產型芯。噴嘴的截面形狀還可以變化，例如，噴嘴可以制成其截面在流動方向上是逐漸減小的。這可以通過下述方法實現，例如－與表面上的垂直線成一個角度地照射抗層，或是－在重疊的多個平面上多次使用平版印刷術，每次都用一個幾何形狀有所變化的遮屏，或是－適當地改變曝光和顯影參數。
確實，型芯的制作需要很高的精度而且可能是非常復雜的，因為在這種情況下，功能區相互間的布置需要調整。但是，這種努力是值得的，因為它只是在制造型芯時才需要。噴嘴板本身則可用大量復制的方法低成本地進行生產，無需額外支出，而在實際上具有同型芯一樣的精度。
塑料制成的噴嘴板可以利用金屬型芯通過注模法、反應模塑法或模壓加工法進行生產。這些方法可以低成本大批量地生產噴嘴板。金屬的噴嘴板也可以通過如上所述的方法以低成本生產塑料制成的陰模來進行生產。為此，與上述制作型芯的過程類似，該陰模在電鍍成型工藝中轉變成具有所需噴嘴孔和功能件的金屬結構。
適用的塑料例如有聚砜、聚(醚砜)、聚(甲基丙烯酸甲脂)、聚碳酸脂、聚(乙醚乙醚酮)和液晶聚合物。
適于生產噴嘴板的金屬例如有鎳或鎳／鈷合金或銅／錫／鋅合金，這樣的噴嘴板或直接插入或帶有覆蓋層。
本發明具有以下優點噴嘴板具有多個功能區，便于打印頭的生產，特別是因為需要裝配的單個零件很少。
通過型芯進行鑄造，即使是結構非常復雜的噴嘴板也能以低成本大量地生產，且精度很高。
這種方法有很高的結構溶解度，且允許功能區有很高的充填密度。具有大縱橫比的結構，實際上任何所需的形狀均能生產。
該噴嘴板允許使用高的打印速度，而且特別適用于有多種顏色的打印頭。
功能區相互之間復雜的調整只是在制作型芯時才需要。
制造步驟數量和零件品種減少，結果生產率提高，同時，用于質量管理的費用也減少。
通過采用非圓或非方的噴嘴出口，可以實現對液滴分散程度的控制和獲得穩定的作用方向。
本方法非常靈活，且可以用多種材料生產結構上有很大差異的噴嘴板。
噴嘴板的功能區可以緊湊布置。
噴嘴的間距可以小于板厚的十分之一。
下面通過具體實施例并參照附圖對本發明的結構、方法及特點作更詳細的說明。其中

圖1表示一個制作噴嘴板用的型芯的成型步驟及其結構的示意圖；圖2表示一個噴嘴板及一個對置板的示意圖；圖3表示噴嘴板與對置板組合之前的立體示意圖，其中表明噴嘴處的局部放大圖；和圖4表示另一種結構布置的噴嘴板的軸測示意圖。
圖1示出用平版印刷術和電沉積法(電鍍成型)生產型芯的主要步驟。在金屬基板1上有第一抗層(光致抗蝕層)2，它受到透過第一遮屏3的平行光照射。該抗層的厚度相當于所要生產的結構的厚度。第一遮屏上有吸收裝置4，該裝置遮住位于其下的第一抗層的區域5。將第一抗層2上未經照射的部分去除后，覆蓋上第二抗層6，透過第二遮屏7對其進行照射。第二遮屏上有吸收裝置8，其遮住位于其下的兩個抗層的區域9。將第二抗層6未經照射的部分9以及進入到已去除第一抗層區域的材料除去后，就得到一個結構，該結構相當于噴嘴板的結構。已去除抗層的區域通過電解鍍覆用金屬(例如Ni、NiCo、Cu)充滿，且使整個區域用金屬層10覆蓋住。將該金屬層與基板和殘留的抗層材料進行分離之后，就得到金屬型芯11，該型芯的結構與噴嘴板的結構是互補的。利用型芯11進行鑄造，就可生產出由塑料制成的噴嘴板12，該噴嘴板由噴嘴13和其它功能區14組成。
作為實施例，圖2示出有一個噴嘴板12，其上帶有噴嘴13、墨槽15、墨腔16、和用于固定對置板18上的調節部件的缺口17。該對置板18例如由硅構成，且其上有呈薄層結構的加熱件19，該加熱元件位于每個噴嘴的背面，液滴就靠它噴射出去。板18具有入墨口20和嵌入缺口17內的銷栓21。
圖3所示為噴嘴板12在與硅板18組裝之前從上方看去的視圖。該硅板上帶有多個帶電源導線的加熱件19和具有入墨口20。噴嘴13呈兩排布置，示于噴嘴板12的上側。另外，還示出一個局部放大圖，該圖表明噴嘴板12的下側細節。在其上可以看到有多個噴嘴13、墨槽15和各噴嘴用的墨腔16以及多個使墨槽與各個墨腔相連通的通墨道22。
噴嘴板12采用粘結、焊接或其它方式與硅板18連接在一起。
圖4示出一個與兩塊硅板(未示出)裝配在一起之前的整體式噴嘴板23；硅板上有用于各個噴嘴的加熱件及其電連接件。位于各個噴嘴口24前方的是一個圓形墨腔25，它通過噴嘴通道26與墨槽27相連通。該噴嘴板在每一側上有一排噴嘴；兩排噴嘴相互間是偏置的。這種提供給雙色打印頭的噴嘴板在板的每一側有一個墨槽，兩個墨槽相互間是不連通的。另外，該噴嘴板在每一側都有調節銷栓28，以用于與兩塊硅板進行精密地裝配。
實施例1用于制作有軸向噴墨的噴嘴板用的型芯的方法為了生產型芯，在銅制的基板(10毫米厚、約100毫米寬和約100毫米長)上施加一層100微米厚的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)抗層。透過第一X射線遮屏用同步加速器射線對該抗層進行照射。第一遮屏的結構形狀與噴嘴板的結構配對。通過X射線照射，第一抗層經光照的區域變成可溶解的。通過第一遮屏照射過的區域用GG顯影劑除去。
隨后，將已經去除第一抗層的區域用鎳充滿，且將整塊板用50微米厚的PMMA抗層覆蓋住。透過第二X射線遮屏用同步加速器射線對該抗層進行照射。第二遮屏的結構在形狀上與通道板的結構和第一遮屏的結構相配對。通過X射線照射，第二抗層經照射的區域成為可溶解的，由于有目標的放射劑量的累積，其深度約65微米。第二抗層透過第二遮屏受到照射的區域用GG顯影劑除去。
用電解將鎳鍍覆在已經去除抗層的區域中，且將整塊板用約8微米厚的鎳層覆蓋。第一平面的鎳結構起電觸點的作用。
將銅制的基板切掉，用聚乙二醇將兩個抗層的殘留物除去。這樣就得到其結構與噴嘴和通道板的結構互補的型芯。
實施例2帶軸向噴墨的打印頭用的噴嘴利用根據實施例1的型芯所制作的噴嘴板包括有108個噴嘴，其呈兩排布置，其直徑為50微米，噴嘴長度為100微米。墨腔位于噴嘴下方深50微米且寬70微米處。墨槽同樣是50微米深。通墨道中最窄處為大約30微米寬。
此整體式噴嘴板與硅板粘在一起，硅板上包括各噴嘴用的加熱件、其電接線和入墨口。所用的粘合劑是聚氨酯粘合劑。
實施例3用于板平面噴墨的打印頭的噴嘴板利用根據實施例1的兩個型芯制作的整體式噴嘴板在其兩側總共有216個噴嘴。各側的噴嘴間距為84微米。兩排噴嘴相互間錯位42微米。噴嘴通道在最窄處的尺寸是40微米寬和40微米深。位于噴嘴前面的墨腔直徑是60微米，墨腔之間的壁厚是24微米。通墨道的最窄部分是20微米寬。
此整體式噴嘴板在其兩側均與一個硅板相粘接，硅板上含有各噴嘴用的加熱件及其電接線。所用的粘合劑是聚氨酯粘合劑。
對于單色打印頭，只在一側的硅板上有入墨口和在噴嘴板的墨槽中則有一條通墨道。
對于雙色打印頭，可以采取兩塊硅板每塊均設有一個供墨裝置，在這種情況下，噴嘴板的墨槽中不需要有開口。
權利要求
1.一種用于噴墨打印頭的具有多個功能區的噴嘴板，其包括噴嘴、墨腔和墨腔與貯墨容器之間的連接通道，其中，所有功能區都通過一個型芯鑄造制成整塊微型結構體。
2.根據權利要求1所述的噴嘴板，其還包括與其成一體的調節件，過濾裝置和／或流動結構，它們與其它功能區一起通過型芯鑄造同時制成。
3.根據權利要求1和2所述的噴嘴板，其特征在于，噴嘴孔的橫截面是圓形或非圓形、或是方形或非方形。
4.根據權利要求1至3所述的噴嘴板，其特征在于，這些噴嘴相互的間距小于噴嘴板的厚度。
5.根據權利要求1至4所述的噴嘴板，其包括塑料，最好是聚砜、聚(醚砜)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚(乙醚乙醚酮)、或液晶聚合物。
6.根據權利要求1至4所述的噴嘴板，其包括金屬，最好是鎳、銅、鎳／鈷合金或銅／錫／鋅合金。
7.一種噴墨打印頭所用噴嘴板的制造方法，該噴嘴板上包括有噴嘴、墨腔和墨腔與貯墨容器之間的連接通道，以及還有調節件、過濾裝置和流動結構，其特征在于，制作一個具有微型結構的金屬型芯，其在互補結構內有噴嘴板的所有功能區；和鑄造用塑料制的具有微型結構的噴嘴板，使所有功能區成為具有多功能的整塊微型結構體。
全文摘要
一種噴墨打印頭用的噴嘴板及其制造方法。該噴嘴板包括噴嘴、墨腔和在墨腔與貯墨容器之間的連接通道。所有功能區通過一個或多個具有微型結構的型芯鑄造作為微型結構體整塊地生產出來。可以實現的噴嘴相互之間的最小間距比以前已有噴嘴板的間隙要小很多，這可以提高打印密度。該噴嘴板是用于噴墨打印頭的(單色或多色)。
文檔編號B41J2/135GK1112879SQ94115
公開日1995年12月6日 申請日期1994年9月2日 優先權日1993年9月3日
發明者N·于納爾, R·P·彼得斯, F·巴特爾斯, H·萊恩內克, F·F·諾克 申請人:微構造技術微部件有限公司