DE60018583T2

DE60018583T2 - Hinterschnittbohrtechnik für tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE60018583T2
Application number: DE60018583T
Authority: DE
Inventors: J. Kenneth COURIAN; K. Arun AGARWAL
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: CN1202954C; JP4536308B2; DE60018583D1; TW517010B; JP2003508278A; BR0014255A; KR20020067500A; CN1387480A; WO2001017782A1; BR0014255B1; EP1210227A1; US6527370B1; EP1210227B1; KR100693700B1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldrucker. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf neuartige Entwürfe und Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen, die in der Lage sind, eine Tintentröpfchenendenabbruchsteuerung zu liefern und ein Meniskusüberschießen zu verhindern, um die Probleme einer Pfützenbildung (Puddling), Stiftdirektionalität und Rüschenbildung (ruffling) zu lösen, die mit einem thermischen Tintenstrahldrucken in Zusammenhang stehen.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckkopfstrukturen zur Verwendung beim Liefern von Tinte an ein Substrat und insbesondere auf eine neuartige Öffnungsplatte, die zur Anbringung an einen Druckkopf konzipiert ist. Die Öffnungsplatte umfasst eine Anzahl von wichtigen Strukturmerkmalen, die es ermöglichen, dass hohe Druckqualitätsniveaus während der Lebensdauer des Druckkopfs aufrechterhalten werden.
Beträchtliche Entwicklungen haben auf dem Gebiet der elektronischen Drucktechnologie stattgefunden. Derzeit existiert eine große Vielzahl von unterschiedlichen hocheffizienten Drucksystemen, die in der Lage sind, Tinte auf eine rasche und genaue Weise abzugeben. Thermische Tintenstrahlsysteme sind in dieser Hinsicht von besonderer Bedeutung. Druckeinheiten, die thermische Tintenstrahltechnologie verwenden, umfassen grundsätzlich eine Vorrichtung, die zumindest eine Tintenreservoirkammer in Fluidkommunikation mit einem Substrat (das bevorzugt aus Silizium [Si] und/oder anderen vergleichbaren Materialien hergestellt ist) umfasst, das eine Mehrzahl von Dünnfilmheizwiderständen darauf aufweist. Das Substrat und die Widerstände werden in einer Struktur gehalten, die normalerweise als ein „Druckkopf" charakterisiert wird. Eine selektive Aktivierung der Widerstände bewirkt eine thermische Anregung der Tintenmaterialien, die in der Reservoirkammer gespeichert sind, und einen Ausstoß derselben aus dem Druckkopf. Repräsentative thermische Tintenstrahlsysteme sind erörtert in den U.S.-Patentschriften Nr. 4,500,895 für Buck u. a.; 4,771,295 für Baker u. a.; 5,278,584 für Keefe u. a.; und im Hewlett-Packard Journal, Bd. 39, Nr. 4 (August 1988).
Die im Vorhergehenden beschriebenen Tintenlieferungssysteme (und vergleichbare Druckeinheiten, die thermische Tintenstrahl- und andere Tintenausstoßtechnologien verwenden) umfassen normalerweise eine Tintenaufnahmeeinheit (z. B. ein Gehäuse, ein Gefäß oder einen Tank), die einen in sich geschlossenen Tintenvorrat darin aufweist, um eine Tintenkassette zu bilden. Bei einer standardmäßigen Tintenkassette ist die Tintenaufnahmeeinheit direkt an den verbleibenden Komponenten der Kassette angebracht, um eine einstückige und unitäre Struktur zu erzeugen, wobei der Tintenvorrat als eingebaut betrachtet wird, wie es z. B. in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,771,295 für Baker u. a. gezeigt ist. In einigen Fällen ist die Tintenaufnahmeeinheit jedoch an einem entfernten Ort innerhalb des Druckers bereitgestellt, wobei die Tintenaufnahmeeinheit unter Verwendung von ein oder mehr Tintenübertragungsleitungen wirksam mit dem Druckkopf verbunden ist und in Fluidkommunikation mit demselben steht. Diese bestimmten Systeme sind üblicherweise als „außeraxiale" Druckeinheiten bekannt. Repräsentative, nicht einschränkende außeraxiale Tintenlieferungssysteme sind in der ebenfalls der vorliegenden Anmelderin gehörenden anhängigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 08/869,446 (eingereicht am 05.06.1997) mit dem Titel „AN INK CONTAINMENT SYSTEM INCLUDING A PLURAL-WALLED BAG FORMED OF INNER AND OUTER FILM LAYERS" (Olsen u. a.) und in der ebenfalls der vorliegenden Anmelderin gehörenden anhängigen U.S.- Patentanmeldung Nr. 08/873,612 (eingereicht am 11.06.1997) mit dem Titel „REGULATOR FOR A FREE-INK INKJET PEN" (Hauck u. a.) erörtert. Die vorliegende Erfindung (wie dieselbe im Folgenden erörtert ist) kann sowohl bei eingebauten als auch bei außeraxialen Systemen angewendet werden, was ohne Weiteres aus der hier gelieferten Erörterung ersichtlich wird.
Um wirksam Tintenmaterialien an ein ausgewähltes Substrat zu liefern, umfassen thermische Tintenstrahldruckköpfe normalerweise ein äußeres Plattenbauglied, das als eine „Düsenplatte" oder „Öffnungsplatte" bekannt ist, das eine Mehrzahl von Tintenausstoßöffnungen (z. B. Löcher oder Bohrungen) durch dasselbe aufweist. Anfänglich wurden diese Öffnungsplatten aus einer oder mehr Metallzusammensetzungen hergestellt, die einschließlich, aber nicht ausschließlich, goldplattiertes oder palladiumplattiertes Nickel und ähnliche Materialien umfassten. Aktuelle Entwicklungen beim Entwurf von thermischen Tintenstrahldruckköpfen haben jedoch auch zur Herstellung von Öffnungsplatten geführt, die aus einer Vielzahl von unterschiedlichen organischen Polymeren (z. B. Kunststoffen) hergestellt werden, die einschließlich, aber nicht ausschließlich, Filmprodukte umfassen, die Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon^®), Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat und Mischungen derselben umfassen. Eine repräsentative polymere (z. B. polyimidbasierte) Zusammensetzung, die zu diesem Zweck geeignet ist, ist ein Handelsprodukt, das unter dem Warenzeichen „KAPTON" durch E. I. du Pont de Nemours & Company aus Wilmington, DE (USA), verkauft wird. Öffnungsplattenstrukturen, die aus den oben beschriebenen Nicht-Metallzusammensetzungen hergestellt sind, weisen normalerweise eine gleichmäßige Dicke auf und sind hochflexibel. Ebenso bieten sie zahlreiche Vorteile, die von verringerten Herstellungskosten bis zu einer wesentlichen Vereinfachung der gesamten Druckkopfstruktur reichen, die zu einer verbesserten Zuverlässig keit, Wirtschaftlichkeit und einer einfachen Herstellung führt.
Die Herstellung von Polymer-/Kunststofffilmtyp-Öffnungsplatten und die entsprechende Herstellung der gesamten Druckkopfstruktur wird normalerweise unter Verwendung einer herkömmlichen automatischen Folienbondtechnologie („TAB") erreicht, wie es allgemein in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,944,850 für Dion erörtert ist. Zusätzliche Informationen bezüglich polymerer Nicht-Metall-Öffnungsplatten des Typs, der im Vorhergehenden beschrieben ist, werden in den folgenden U.S.-Patentschriften geliefert: Nr. 5,278,584 für Keefe u. a. und 5,305,015 für Schantz u. a. (hier durch Bezugnahme aufgenommen). Ebenfalls von Interesse ist die ebenfalls anhängige, ebenfalls der vorliegenden Anmelderin gehörende U.S.-Patentanmeldung Nr. 08/921,678 (eingereicht am 28.08.1997) mit dem Titel „IMPROVED PRINTHEAD STRUCTURE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME" (Meyer u. a.). In dieser Druckschrift werden eine Anzahl von Lösungsansätzen zum Verbessern der Gesamtdauerhaftigkeit von Polymerfilmtyp-Öffnungsplatten umrissen. Zum Beispiel wird bei einem Ausführungsbeispiel eine Schutzbeschichtung auf die obere Oberfläche und/oder die untere Oberfläche der Öffnungsplatte aufgebracht. Repräsentative Beschichtungen umfassen diamantähnlichen Kohlenstoff (der auch als „DLC" bekannt ist), zumindest eine Metallschicht (z. B. Chrom [Cr], Nickel [Ni], Palladium [Pd], Gold [Au], Titan [Ti], Tantal [Ta], Aluminium [Al] und Mischungen derselben) und/oder ein ausgewähltes dielektrisches Material (z. B. Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Bornitrid, Siliziumkarbid und Silizium-Kohlenstoffoxid). Dieser Lösungsansatz ist konzipiert, um insgesamt die Abriebs- und Verformungsbeständigkeit der Dünnfilmöffnungsplattenstruktur zu verbessern, und vermeidet Vertiefungsbildungs- („Dimpling"-Probleme, die mit diesen Komponenten zusammenhängen. Außerdem wird insgesamt die Dauerhaftigkeit der fertigen Strukturen insbesondere durch die Verwendung von DLC und den anderen oben angeführten Zusammensetzungen verbessert.
Die Europäische Patentanmeldung EP 0 787 588 für Sony Corporation offenbart einen Druckkopf, der verhindert, dass sich Tinte an einem Abschnitt des Druckkopfs um eine Düse anlagert oder verteilt. Der Druckkopf weist eine erste Düse, die ein Ausstoßmedium ausstößt, und eine zweite Düse auf, die ein Messmedium ausstößt. Die Öffnungen der ersten und der zweiten Düse sind in einer Düsenauslassseite des Druckkopfs zueinander benachbart. Eine Rille, ein hydrophiler Abschnitt oder ein inselartiger Vorsprung ist zwischen der ersten und der zweiten Düse gebildet, um die Verteilung von Tinte um die Düsen zu steuern. Der hydrophile Abschnitt kann durch einen nicht bearbeiteten Abschnitt der Auslassseite des Druckkopfs hergestellt sein, und ein anderer als der nicht bearbeitete Abschnitt kann ein hydrophober Abschnitt sein.
Die japanische Patentanmeldung Nr. 10-175299 für Canon, Inc., offenbart eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die mit einer Öffnung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen, einer Öffnungsplatte, die mit der Öffnung ausgestattet ist, und einem Tintenflussweg, der mit der Öffnung kommuniziert, ausgestattet ist. Eine Aufzeichnung wird durch ein Ausstoßen von Tintentröpfchen aus der Öffnung durchgeführt. Die Öffnung ist aus zwei Öffnungen zusammengesetzt. Eine Öffnung ist auf einer Tintenflusswegseite und die andere Öffnung ist auf einer Öffnungsplattenseite einer Grenzoberfläche zwischen den zwei Öffnungen. Der Öffnungslochbereich an der Öffnungsplattenseite und der Öffnungslochbereich an der Tintenflusswegseite weisen Lochbereiche auf, die größer sind als der Öffnungslochbereich an der Grenzoberfläche.
Andere wichtige Faktoren müssen jedoch ebenfalls in Erwägung gezogen werden, um einen Druckkopf unter Verwendung einer Nicht-Metall-Öffnungsplatte zu erzeugen, der in der Lage ist, klare, deutliche und intensive gedruckte Bilder über längere Zeiträume hinweg zu erzeugen. Zum Beispiel kann ein Zustand, der als „Rüschenbildung" oder „Rüschen" bekannt ist, bei Druckköpfen auftreten, die die Dünnfilmpolymer- (z. B. Kunststoff-) Öffnungsplatten des hier erörterten Typs verwendet. Dieser Zustand kann eine beträchtliche Verschlechterung der Druckqualität verursachen, wenn er nicht unter Kontrolle gehalten wird. Thermische Tintenstrahldrucker eines herkömmlichen Entwurfs verwenden normalerweise zumindest ein Wischerelement (das normalerweise aus einem Elastomergummi, Kunststoff oder einem anderen vergleichbaren Material hergestellt ist), um die äußere Oberfläche der Öffnungsplatte sauber und frei von Tintenrückständen und anderen Fremdsubstanzen, einschließlich Papierfasern und dergleichen, zu halten. Ein repräsentatives Wischersystem, das zu diesem Zweck verwendet wird, ist in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,786,830 für Su u. a. beschrieben. Druckköpfe, die auf einem organischen Polymer basierende Dünnfilmöffnungsplatten verwenden, werden oft durch den Wischprozess beeinträchtigt. Im Einzelnen kann der Durchgang der ein oder mehr Wischerelemente über diesen Typ von Öffnungsplatte ein „Anheben" der Plattenstruktur entlang der Kanten der Öffnungen verursachen, wodurch ein „rüschenartiges" Erscheinungsbild mit „kamm"-artigen Strukturen, die an den Umfangskanten jeder Öffnung gebildet sind, erzeugt wird. Diese physische Verformung der Öffnungsplatte (und die sich ergebende Veränderung der Öffnungsgeometrie/-planarität) kann erhebliche Veränderungen der Tintentropfenbahn verursachen, nämlich des vorgesehenen Weges, den der Tintentropfen verfolgen soll, um das gedruckte Endbild zu erzeugen. Diese unerwünschten Veränderungen der Öffnungsplattengeometrie verhindern, dass der Tintentropfen sich in seiner vorgesehenen Richtung bewegt. Stattdessen wird der Tropfen nicht ordnungsgemäß ausgestoßen und wird an einen unerwünschten Ort auf dem Druckmedienmaterial (z. B. Papier und/oder andere Substrate) geliefert. Eine Verformung der Öffnungsplatte, wie sie im Vorhergehenden umrissen ist (einschließlich der Erzeugung von Kamm-Fremdstrukturen um die Umfangskanten der Öffnungen), kann auch die Sammlung oder „Pfützenbildung" von Tinte in diesen Regionen verursachen. Diese Situation kann die Tintentropfenbahn weiter verändern durch ein Hervorrufen einer unerwünschten Wechselwirkung zwischen dem Tintentropfen, der ausgestoßen wird, (insbesondere dem Endabschnitt jedes Tropfens oder seinem „Ende") mit der angesammelten Tinte neben den Öffnungen. Folglich tritt eine Druckqualitätsverschlechterung im Laufe der Zeit auf. Diese Probleme werden wiederum durch zwei Hauptfaktoren verursacht, nämlich (1) die dünne, flexible Beschaffenheit der Öffnungsplatten aus organischem Polymer, die hier beschrieben sind; und (2) die physischen Kräfte, die auf die Öffnungsplatten durch herkömmliche Wischerstrukturen (oder andere Objekte, die in Kontakt mit den Platten kommen können) ausgeübt werden.
Zusammenfassend hängen zahlreiche negative Zustände mit „Rüschenbildung" bei einem auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsplattensystem zusammen, die von einer merklichen Verschlechterung der Druckqualität bis zu einem verringerten Grad an Druckkopflanglebigkeit und gesteigerten Wartungsanforderungen reichen. Vor dem Abschluss der vorliegenden Erfindung bestand somit ein Bedarf an einem Polymer- (z. B. Kunststoff-) Öffnungsplattensystem, das gegenüber den Auswirkungen eines wiederholten Wischens unter Verwendung von ein oder mehr Tintenwischerelementen hochgradig beständig ist und nicht die Tintenbahnprobleme aufweist, die durch „Rüschenbildung", wie im Vorhergehenden erörtert, verursacht werden. Die vorliegende Erfindung ist konzipiert, um diese Ziele in einer in hohem Maße effektiven und wirtschaftlichen Weise zu erreichen. Insbesondere liefern die neuartigen Öffnungsplatten- und Druckkopfentwürfe, die hier beschrieben sind (die im Folgenden in dem Abschnitt „Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele" in großem Detail umrissen werden), die folgenden wichtigen Vorteile: (1) eine beträchtliche Steigerung der Druckkopf-/Öffnungsplattenlanglebigkeit; (2) die Fähigkeit, eine genaue Steuerung der Tintentropfenbahn während der Lebensdauer des Druckkopfs aufrechtzuerhalten; (3) Kompatibilität der beanspruchten Öffnungsplatte mit Druckeinheiten, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Wischersystemen verwenden, die verwendet werden, um den Druckkopf zu reinigen; (4) die Vermeidung einer vorzeitigen Beschädigung der Öffnungsplatte trotz ihres Dünnfilmpolymercharakters; und (5) das Erreichen dieser Ziele unter Verwendung einer Technik, die die Aufbringung von zusätzlichem Material, Schichten und/oder chemischen Zusammensetzungen auf die Öffnungsplatte vermeidet, die die Kosten, Komplexität und insgesamt die Arbeitsanforderungen, die mit dem Druckkopfherstellungsprozess zusammenhängen, steigern kann. Die vorliegende Erfindung stellt deshalb einen beträchtlichen Fortschritt in der Druckkopfentwurfstechnik und der Bilderzeugungstechnologie dar.
Weitere Informationen bezüglich der beanspruchten Öffnungsplatte und den beanspruchten Druckkopfstrukturen (einschließlich spezifischer Daten, die die technischen Aspekte der Erfindung zusammen mit bevorzugten Betriebsparametern und repräsentativen Herstellungsmaterialien umfassen) werden in den folgenden Abschnitten „Zusammenfassung der Erfindung" und „Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele" geliefert. Ebenso wird die spezielle Art und Weise, auf die die beanspruchte Erfindung alle oben beschriebenen Vorteile liefert, ohne Weiteres aus den detaillierten Informationen ersichtlich, die in diesen Abschnitten präsentiert werden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Entwürfe für und Verfahren zum Herstellen von Tintenstrahldruckköpfen zu schaffen, die in der Lage sind, einen Tintentröpfchenendenabbruch zu steuern und ein Meniskusüberschießen zu verhindern, um die Probleme der Pfützenbildung, Stiftdirektionalität und Rüschenbildung, die mit thermischem Tintenstrahldrucken zusammenhängen, zu lösen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zur Verwendung bei einem Tintenlie ferungssystem zu schaffen, das durch hohe Betriebswirkungsgradniveaus gekennzeichnet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der insgesamt eine größere Langlebigkeit verglichen mit herkömmlichen Systemen aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der eine Polymer- (z. B. Kunststoff-) Öffnungsplatte verwendet, die dünn und flexibel, jedoch dauerhaft und beständig gegenüber einer Verformung während der Ausübung von physischer Kraft auf dieselbe ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der die neuartige, im Vorhergehenden beschriebene Öffnungsplatte verwendet, wobei die Öffnungsplatte besonders beständig gegenüber den Auswirkungen eines wiederholten Wischens durch Tintenwischerelemente ist, die normalerweise zu Reinigungszwecken verwendet werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der die neuartige, im Vorhergehenden beschriebene Öffnungsplatte verwendet, wobei die Öffnungsplatte „Rüschenbildungs"-Probleme vermeidet. Wie es im Vorhergehenden ausgeführt wurde, umfasst eine „Rüschenbildung" eine Störung oder ein „Anheben" der Öffnungsplatte um die Umfangskanten der Öffnungen, die durch eine physische Ineingriffnahme der Platte mit den im Vorhergehenden erwähnten Wischereinheiten (oder anderen Strukturen, die den Druckkopf während der Verwendung in Eingriff nehmen) verursacht wird. Dieses Problem verursacht normalerweise unerwünschte Veränderungen der Tintentropfenbahn, was zu einer Verschlechterung der Druckqualität führt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der die neuartige, im Vorherge henden beschriebene Öffnungsplatte verwendet, die allgemein durch einen verbesserten Betriebswirkungsgrad, verringerte Wartungsprobleme, eine minimale Systemausfallzeit und gleichmäßige Druckqualitätsniveaus im Laufe der Zeit gekennzeichnet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der die neuartige, im Vorhergehenden beschriebene Öffnungsplatte verwendet, die mit einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Tintenausstoßsystemen (einschließlich derer, die eine thermische Tintenstrahltechnologie verwenden, aber nicht ausschließlich diese) verwendet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der die neuartige, im Vorhergehenden beschriebene Öffnungsplatte verwendet, die bei vielen unterschiedlichen Druckereinheiten verwendet werden kann, einschließlich (1) „eingebauten", in sich geschlossenen Tintenkassetten, die einen internen Tintenvorrat aufweisen, der denselben zugeordnet ist; (2) „außeraxialen" Systemen, bei denen der Druckkopf (und zugeordnete Strukturen) in wirksamer Verbindung/Fluidkommunikation mit einem entfernt angeordneten Tintenvorrat stehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der die neuartige, im Vorhergehenden beschriebene Öffnungsplatte verwendet, wobei die im Vorhergehenden genannten Vorteile auf eine höchst wirtschaftliche Weise erreicht werden, die sich speziell für Massenfertigungsherstellungsprozesse eignet.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Druckkopf zu schaffen, der die neuartige, im Vorhergehenden beschriebene Öffnungsplatte verwendet, bei der die im Vorhergehenden genannten Vorteile ohne die Aufbringung von zusätzlichen Materialschichten oder Chemikalien auf die Öffnungsplatte erreicht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine neuartige und hocheffiziente Druckkopfstruktur ist im Folgenden beschrieben, die zahlreiche Vorteile gegenüber früheren Systemen liefert. Wie es im Vorhergehenden dargelegt wurde, verwendet der beanspruchte Druckkopf eine spezielle Öffnungsplatte verbesserter Dauerhaftigkeit, die Probleme vermeidet, die mit dem Durchgang von Wischereinheiten (oder anderen Strukturen) entlang der Plattenoberfläche zusammenhängen. Die Öffnungsplatte ist aus einer Organisches-Polymer-Zusammensetzung hergestellt, die speziell für diesen Zweck konzipiert ist. Frühere Systeme, die Dünnfilmöffnungsplatten eines Organisches-Polymer-Ursprungs verwendeten, unterlagen einem Umstand, der als „Rüschen" oder „Rüschenbildung" bekannt ist, der während eines physischen Kontakts zwischen der Öffnungsplattenoberfläche und verschiedenen Objekten, einschließlich Tintenwischereinheiten und dergleichen, auftrat. Dieser Umstand führte zur Verformung der Öffnungsplatte um die Umfangskanten der Öffnungen (und/oder benachbarter Regionen), was zu der Bildung von „wellenartigem" Kräuseln oder „Kämmen" führte. In vielen Fällen verursachten diese Verformungen auch eine unerwünschte Tintenansammlung oder „Pfützenbildung" um die Öffnungen. Folglich wurde die Tintentropfenbahn (im Vorhergehenden definiert) beeinträchtigt, wodurch eine Verschlechterung der Druckqualität im Laufe der Zeit hervorgerufen wurde.
Die vorliegende Erfindung ist konzipiert, um die im Vorhergehenden aufgelisteten Probleme zu vermeiden, während ermöglicht wird, dass Dünnfilmpolymeröffnungsplattenstrukturen auf eine hochwirksame Weise verwendet werden. Außerdem werden die hier umrissenen Vorteile (einschließlich einer verbesserten Druckqualität im Laufe der Lebensdauer des Druckkopfs) ohne die Aufbringung von zusätzlichen Materialschichten auf die Öffnungsplatte und/oder eine chemische Behandlung derselben erreicht.
Die Information wird vorausgeschickt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Typen, Größen oder Anordnungen von internen Druckkopfkomponenten beschränkt sein soll, es sei denn, dies ist hier anders angegeben. Ebenso stellen die numerischen Parameter, die in diesem Abschnitt und den anderen folgenden Abschnitten aufgelistet sind, bevorzugte Ausführungsbeispiele dar, die konzipiert sind, um optimale Ergebnisse zu liefern, und sollen die Erfindung in keinerlei Hinsicht einschränken. Die beanspruchte Erfindung und ihre neuartigen Entwicklungen sind bei allen Typen von Drucksystemen ohne Einschränkung anwendbar, vorausgesetzt, dass dieselben Folgendes umfassen: (1) zumindest ein Substrat, wie es im Folgenden erörtert ist; (2) zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung, die an dem Substrat positioniert ist, die, wenn dieselbe aktiviert ist, bewirkt, dass Tintenmaterialien auf Abruf aus dem Druckkopf ausgestoßen werden; und (3) eine Öffnungsplatte, die ein oder mehr Tintenausstoßlöcher oder „Öffnungen" durch dieselbe aufweist, die über dem Substrat positioniert ist, das die ein oder mehr Tintenausstoßvorrichtungen darauf aufweist. Die beanspruchte Erfindung soll nicht als „tintenausstoßvorrichtungsspezifisch" angesehen werden und ist nicht auf bestimmte Anwendungen, Verwendungen und Tintenzusammensetzungen beschränkt. Ebenso soll der Begriff „Tintenausstoßvorrichtung" so aufgefasst werden, dass derselbe ein Ausstoßelement oder Gruppen von mehreren Tintenausstoßvorrichtungen unabhängig von Form, Gestalt oder Konfiguration abdeckt. Spezifische Beispiele für verschiedene Tintenausstoßvorrichtungen, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden können, sind im Folgenden in dem Abschnitt „Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele" aufgelistet. Es ist jedoch wichtig, darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung besonders geeignet ist zur Verwendung bei Tintenlieferungssystemen, die eine thermische Tintenstrahltechnologie verwenden. Bei thermischen Tintenstrahldruckeinheiten werden zumindest ein oder mehr einzelne Dünnfilmwiderstandselemente als Tintenausstoßvor richtungen verwendet, um selektiv Tintenmaterialien zu erhitzen und dieselben auf Abruf aus dem Druckkopf auszustoßen. Dementsprechend werden die neuartigen Öffnungsplattenstrukturen, die im Folgenden erörtert sind, in Verbindung mit einer thermischen Tintenstrahltechnologie beschrieben, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Erfindung nicht auf diesen Systemtyp beschränkt sein soll. Die beanspruchte Technologie ist stattdessen voraussichtlich bei einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Druckvorrichtungen anwendbar, vorausgesetzt, dass dieselben wiederum die oben angeführten Grundstrukturen verwenden, die ein Substrat, zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung an dem Substrat und eine Öffnungsplatte, die über dem Substrat/den Tintenausstoßvorrichtung(en) positioniert ist, umfassen.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf bestimmte Herstellungstechniken beschränkt sein soll (einschließlich jeglicher spezifischer Materialaufbringungsprozeduren oder Bohrungsbildungsverfahren), es sei denn, dies ist in der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anders angegeben. Zum Beispiel sollen die Begriffe „Bilden", „Aufbringen", „Liefern", „Platzieren" und dergleichen, wie dieselben durchweg in dieser Erörterung verwendet werden, um die Anordnung des beanspruchten Druckkopfs und der Öffnungsplatte zu beschreiben, in breitem Sinne jegliche geeigneten Herstellungsprozeduren umfassen. Diese Prozesse reichen von Dünnfilmherstellungstechniken zu Laserablationsverfahren und physischen Fräsprozessen. In dieser Hinsicht soll die Erfindung nicht als „produktionsverfahrensspezifisch" betrachtet werden, es sei denn, dies ist hier anders angegeben.
Wie es im Vorhergehenden bereits erwähnt wurde, wird ein hochwirksamer und deuerhafter Druckkopf zur Verwendung bei einem Tintenlieferungssystem geschaffen. Der Begriff „Tintenlieferungssysteme" soll ohne Einschränkung eine große Vielzahl von unterschiedlichen Vorrichtungen umfassen, einschließlich Kassetteneinheiten des „in sich geschlossenen" Typs, in denen ein Tintenvorrat gespeichert ist. In diesem Begriff eingeschlossen sind auch Druckeinheiten der „außeraxialen" Varietät, die einen Druckkopf verwenden, der durch ein oder mehr Leitungsbauglieder mit einer entfernt positionierten Tintenaufnahmeeinheit in Form eines Tanks, Gefäßes, Gehäuses oder einer anderen äquivalenten Struktur verbunden ist. Unabhängig davon, welches Tintenlieferungssystem in Verbindung mit dem beanspruchten Druckkopf und der Öffnungsplatte verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung in der Lage, die im Vorhergehenden aufgelisteten Vorteile zu liefern, die einen effizienteren Betrieb umfassen, der die Aufrechterhaltung hoher Druckqualitätsniveaus über längere Zeiträume hinweg erleichtert.
Die vorliegende Erfindung, wie dieselben in diesem Abschnitt beschrieben ist, umfasst eine spezielle Öffnungsplattenstruktur, die aus einer Organisches-Polymer-Zusammensetzung hergestellt ist. Der Begriff „organisches Polymer" soll hier in einer herkömmlichen Weise definiert und verwendet sein. Organische Polymere umfassen herkömmlicherweise kohlenstoffhaltige Strukturen aus sich wiederholenden chemischen Untereinheiten. Ebenso sollen die Begriffe „organisches Polymer" und „Polymer" allgemein auf eine nicht einschränkende Weise verwendet werden, um eine Struktur zu bezeichnen, die am besten aus ein oder mehr Kunststofftypverbindungen hergestellt ist, wobei Beispiele derselben im Folgenden geliefert werden. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf bestimmte Kunststoff/Polymerverbindungen, die der beanspruchten Öffnungsplatte zugeordnet sind, (oder Öffnungsplattengrößen, -formen und -konfigurationen) beschränkt sein, vorausgesetzt, dass die fertigen Öffnungsplattenstrukturen in der Lage sind, Tintenmaterialien auf eine genaue und konsistente Weise zu liefern.
Die folgende Erörterung soll einen kurzen und allgemeinen Überblick über die Erfindung geben. Spezifischere Informa tionen, die bestimmte Ausführungsbeispiele, beste Ausführungen und andere wichtige Merkmale der Erfindung umfassen, werden erneut in dem im Folgenden ausgeführten Abschnitt „Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele" dargelegt. Alle wissenschaftlichen Termini, die in dieser Erörterung verwendet werden, sollen gemäß den herkömmlichen Bedeutungen aufgefasst werden, die denselben durch Fachleute auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, zugewiesen werden, es sei denn, es wird hier eine spezielle Definition geliefert.
Die beanspruchte Erfindung umfasst einen hochspezialisierten Druckkopf, der eine neuartige Öffnungsplattenstruktur verwendet. Die Öffnungsplatte (die aus zumindest einer Organisches-Polymer-Zusammensetzung hergestellt ist) ist in hohem Maße dauerhaft und beständig gegenüber den Auswirkungen eines physischen Kontakts mit einer Anzahl von Objekten, die einschließlich, aber nicht ausschließlich, die Wischereinheiten umfassen, die normalerweise bei herkömmlichen Drucksystemen angetroffen werden. Folglich sind die Öffnungsplatte und der sich ergebende Druckkopf durch verbesserte Zuverlässigkeitsgrade und die Vermeidung einer „Rüschenbildung" oder anderer Verformungsprobleme gekennzeichnet. Diese Ziele werden erreicht durch ein Bereitstellen eines „eingesetzten" Öffnungsplattenentwurfs, bei dem das „Haupt"-Tintenausstoßloch, das jeder Öffnung durch die Platte zugeordnet ist, unter der oberen Oberfläche der Platte so angeordnet ist, dass die Wischer (oder andere physische Strukturen), die in Kontakt mit der Öffnungsplatte kommen können, dieses Loch nicht direkt in Eingriff nehmen. Das Loch wird somit vor den Auswirkungen eines physischen Abriebs geschützt und ist in der Lage, seine geometrische und strukturelle Integrität insgesamt aufrechtzuerhalten. Dieser Entwurf vermeidet auch die Bildung von übermäßigen Tinten-„Pfützen" an der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte um die Öffnungen, so dass eine ordnungsgemäße Tintentropfenbahn aufrechterhalten wird. Wie es im Folgenden erörtert ist, wird diese „eingesetzte" Konfigura tion erreicht durch ein Bereitstellen einer speziellen „Ausnehmung" (z. B. einer Vertiefung/vertieften Region) über jeder Tintenübertragungsbohrung durch die Platte (im Folgenden genauer beschrieben). Jede Ausnehmung beginnt an der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte und erstreckt sich nach innen in das Innere der Platte.
Detailliertere Informationen werden nun im Hinblick auf die im Vorhergehenden erörterten bestimmten Strukturen geliefert, wobei zu berücksichtigen ist, dass spezifische Informationen bezüglich der Öffnungsplatte, der Herstellungsmaterialien, der Abmessungen und anderer Betriebsparameter erneut in dem Abschnitt „Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele" geliefert werden. In dieser Hinsicht soll die vorliegende Zusammenfassung einen allgemeinen Überblick über die Erfindung vermitteln und die Erfindung in keiner Weise einschränken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Drucker geliefert, der folgende Merkmale aufweist: eine Druckkopfkomponente, die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat, das zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung an demselben umfasst; und ein Öffnungsbauglied, das über dem Substrat positioniert ist, wobei das Öffnungsbauglied zumindest eine Tintenübertragungsbohrung aufweist, die sich durch dasselbe erstreckt, wobei jede Tintenübertragungsbohrung einzeln agiert zum Abgeben von vorgemischter Tinte, wobei das Öffnungsbauglied ferner folgende Merkmale aufweist: eine obere Oberfläche, die eine obere Öffnung für die Tintenübertragungsbohrung definiert; eine untere Oberfläche, die eine untere Öffnung für die Tintenübertragungsbohrung definiert; eine Gegenbohrung in der oberen Oberfläche, wobei die Gegenbohrung mit der Tintenübertragungsbohrung nicht konzentrisch ist; und eine mittlere Oberfläche zwischen der oberen und der unteren Oberfläche, die durch die Gegenbohrung definiert ist; und einen Wischer zum Reinigen der oberen Oberfläche der Druckkopfkomponente von Tinte, wobei die obere Oberfläche dem Wischer ausgesetzt ist, und die mittlere Oberfläche durch die obere Oberfläche vor dem Wischer geschützt ist, um eine Beeinträchtigung der mittleren Oberfläche durch den Wischer zu verhindern.
Viele unterschiedliche Tintenausstoßvorrichtungen können zu diesem Zweck ohne Einschränkung verwendet werden, obwohl die Dünnfilmwiderstandselemente, die normalerweise bei thermischen Tintenstrahldrucksystemen verwendet werden, bevorzugt werden. Obwohl die beanspruchte Erfindung hier aus praktischen Gründen und Gründen der Übersichtlichkeit erneut mit hauptsächlichem Bezug auf die thermische Tintenstrahltechnologie beschrieben wird, soll dieselbe nicht in dieser Hinsicht eingeschränkt sein. Anschließend wird ein neuartiges Öffnungsplattenbauglied (oder einfacher eine „Öffnungsplatte") geliefert, die aus zumindest einer Organisches-Polymer- (z. B. Kunststoff-) Zusammensetzung hergestellt ist. Diese Öffnungsplatte ist vom allgemeinen, im Vorhergehenden beschriebenen Typ und ist speziell in den U.S.-Patentschriften Nr. 5,278,584 für Keefe u. a. und 5,305,015 für Schantz u. a. offenbart, sowie in der ebenfalls anhängigen, ebenfalls der vorliegenden Anmelderin gehörenden U.S.-Patentanmeldung Nr. 08/921,678 (eingereicht am 28.08.1997) mit dem Titel „IMPROVED PRINTHEAD STRUCTURE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME" (Meyer u. a.).
Die Öffnungsplatte (die sicher über dem Substrat positioniert ist, das die Tintenausstoßvorrichtung darauf aufweist) umfasst eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche. Der Begriff „obere Oberfläche", wie derselbe hier verwendet und beansprucht wird, soll so definiert. sein, dass derselbe die bestimmte Oberfläche umfasst, die der Öffnungsplatte zugeordnet ist, die relativ zu dem Druckkopf ganz außen ist und tatsächlich die „äußere" Oberfläche der Öffnungsplatte/des Druckkopfs bildet, die der externen (äußeren) Umgebung ausgesetzt ist. Sie ist die letzte „Oberfläche", durch die die Tinte auf ihrem Weg zu dem ausgewählten Druckmedienmaterial hindurchgeht. Ebenso ist sie die Oberfläche, die unter Verwendung von ein oder mehr Wischbaugliedern „abgewischt" wird, die bei herkömmlichen Druckeinheiten verwendet werden, wie es z. B. in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,786,830 für Su u. a. offenbart ist.
Im Gegensatz dazu ist die untere Oberfläche der Öffnungsplatte die spezifische Oberfläche, die in (z. B. innerhalb) dem Druckkopf positioniert ist, und ist die anfängliche Oberfläche der Öffnungsplatte, durch die die Tinte eintritt, wenn dieselbe ausgestoßen wird. Die untere Oberfläche ist die innerste (z. B. „nicht freiliegende") Oberfläche der Öffnungsplatte, die tatsächlich zwischen der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte und dem Substrat, das die ein oder mehr Tintenausstoßvorrichtungen darauf aufweist, angeordnet ist. Schließlich ist sie die spezifische Oberfläche der Öffnungsplatte, die tatsächlich an die darunter liegenden Druckkopfkomponenten, einschließlich der Tintensperrschicht, angehaftet ist, wie es im Folgenden genauer erörtert ist. Nachdem diese spezifischen Definitionen der oberen und der unteren Oberfläche der Öffnungsplatte, die die Ausrichtung der Platte relativ zu dem Rest des Druckkopfs definieren, vorgestellt wurden, werden nun die neuartigen Merkmale der Öffnungsplatte erörtert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zumindest eine „Ausnehmung" (oder vertiefte Region/Vertiefung) in der Öffnungsplatte bereitgestellt, die an der oberen Oberfläche derselben beginnt und an einer Position innerhalb der Öffnungsplatte zwischen der oberen und der unteren Oberfläche innerhalb der Hauptplattenstruktur endet. Die Ausnehmung umfasst ein oberes Ende, ein unteres Ende und eine Seitenwand dazwischen, die die internen Grenzen der Ausnehmung definiert. Die Querschnittskonfiguration der Ausnehmung (im Folgenden genauer erörtert) kann viele unterschiedliche Konfigurationen ohne Einschränkung umfassen, die einschließlich, aber nicht ausschließlich, quadratische, dreieckige, ovalförmige und kreisförmige (bevorzugt) umfassen. Das obere Ende der Ausnehmung an der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte weist darin ein erstes Loch auf, wobei das untere Ende der Ausnehmung ein zweites Loch darin aufweist. Das erste Loch ist in seiner Größe größer als das zweite Loch, wobei das zweite Loch gemäß dem oben beschriebenen Entwurf „eingesetzt" ist. Die Einsetzposition des zweiten Lochs (das tatsächlich als das „Hauptloch" fungiert, durch das Tinte während einer Bilderzeugung hindurchgeht) liefert die im Vorhergehenden aufgelisteten Vorteile. Aufgrund seiner eingesetzten und „geschützten" Position ist es keiner physischen Beschädigung und keiner „Rüschenbildung" ausgesetzt, die durch einen physischen Abrieb und externe Kräfte verursacht werden.
Eine weitere wichtige Charakteristik der Ausnehmung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine strukturelle Beziehung, in der die im Vorhergehenden beschriebene Seitenwand in einem Winkel von etwa 90° (in etwa einem rechten Winkel) relativ zu der oberen Oberfläche des Öffnungsplattenbauglieds ausgerichtet ist. Dieser Entwurf liefert einen hohen Grad an struktureller Integrität und ermöglicht es, dass jegliche physischen Kräfte, die auf die obere Oberfläche (erstes Loch) der Öffnungsplatte ausgeübt werden, wirksam auf diese Region beschränkt werden, ohne im Wesentlichen nach unten in die Ausnehmung und das zweite Loch übertragen zu werden. Folglich werden die Integrität und Planare Geometrie des zweiten Lochs (und der umgebenden Strukturen) insgesamt aufrechterhalten, so dass eine ordnungsgemäße Tintentropfenbahn während der Lebensdauer des Druckkopfs stattfinden kann. Ebenso befindet sich die Ausnehmung entweder teilweise oder (bevorzugt) in vollständiger axialer Ausrichtung mit der Tintenübertragungsbohrung darunter (und umgekehrt), wobei die Tintenübertragungsbohrung im Folgenden genauer beschrieben wird. Im Einzelnen befinden sich die Längsachsen, die sowohl der Ausnehmung als auch der Bohrung zugeordnet sind, in Ausrichtung miteinander und sind übereinstimmend, wie es in den Zeichnungsfiguren gezeigt ist, die im nächsten Abschnitt beschrieben werden.
An diesem Punkt sind weitergehende erklärende Informationen bezüglich der Beziehung zwischen dem ersten Loch und dem zweiten Loch angebracht, wobei das erste Loch „in seiner Größe größer" als das zweite Loch ist. Der Begriff „in seiner Größe größer" umfasst grundsätzlich eine Situation, in der die Querschnittsfläche des ersten Lochs die Querschnittsfläche des zweiten Lochs übersteigt, wobei der Begriff „Fläche" auf herkömmliche Weise gemäß der Form des betrachteten Lochs definiert ist. Zum Beispiel umfasst die Querschnittsfläche in Situationen, die ein quadratisches oder rechteckiges Loch umfassen, die Länge des Lochs multipliziert mit seiner Breite. Bezüglich des ersten und/oder des zweiten Lochs, die kreisförmig sind, ist die Querschnittsfläche derselben auf herkömmliche Weise definiert, um die Formel „πr²" zu umfassen, wobei r = der Radius des kreisförmigen Lochs. Ebenso können die herkömmlichen Formeln, die verwendet werden, um die Fläche anderer Formen (Ovale, Dreiecke usw.) zu berechnen, verwendet werden, um die Größe des ersten und/oder zweiten Lochs zu bestimmen.
In Situationen, die ein kreisförmiges erstes und zweites Loch umfassen (die aus zahlreichen Gründen bevorzugt werden, einschließlich einfacher Herstellung, der Abwesenheit von gewinkelten Oberflächen und dergleichen), kann der Begriff „in seiner Größe größer" auch einen Vergleich der jeweiligen Durchmesserwerte der Löcher umfassen. Bei einem optimalen Ausführungsbeispiel, das konzipiert ist, um wirksame Ergebnisse zu liefern, sind das erste Loch und das zweite Loch, wie im Vorhergehenden definiert, beide im Querschnitt kreisförmig, wobei das erste Loch einen ersten Durchmesser aufweist und das zweite Loch einen zweiten Durchmesser aufweist. Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel ist der erste Durchmesser des ersten Lochs bevorzugt zumindest etwa 40 μm oder mehr länger (z. B. größer) als der zweite Durchmesser des zweiten Lochs. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf diesen numerischen Bereich oder andere numerische Parameter beschränkt sein, es sei denn, dies ist hier anders angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte das erste Loch aus mehreren Gründen größer als das zweite Loch sein. Durch ein Bereitstellen eines ersten Lochs an der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte, das in seiner Größe größer als das zweite Loch ist, wird die Übertragung von störenden physischen Kräften von der oberen Oberfläche (nämlich dem ersten Loch) zu dem zweiten Loch innerhalb der Ausnehmung erneut gemäß der im Vorhergehenden umrissenen strukturellen Beziehung minimiert. Obwohl der genaue physikalische Mechanismus, durch den dieser Vorteil erreicht wird, nicht vollständig geklärt ist, stellt derselbe ein neuartiges und wichtiges Merkmal der Erfindung dar. Ebenso erleichtert die im Vorhergehenden beschriebene Größenbeziehung, bei der das erste Loch in seiner Größe größer als das zweite Loch ist, weiter die ordnungsgemäße Tintentropfenbahn. Jegliche Verformungen bei den Umfangskanten des ersten Lochs an der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte, die durch ein Wischen oder einen anderen physischen Abrieb verursacht werden, beeinträchtigen nicht den Tintentropfen, der das zweite Loch in der Ausnehmung verlässt, in Anbetracht der größeren Größe des ersten Lochs relativ zu (1) dem zweiten Loch; und (2) dem Tintentropfen, der hindurchgeht (wobei die Tintentropfengröße im Wesentlichen durch die Größe des zweiten Lochs innerhalb der Ausnehmung vorgegeben ist). Da der Tintentropfen in seiner Größe kleiner ist als das erste Loch an der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte, nimmt der Tropfen im Wesentlichen keine der Kanten in Eingriff, die dem ersten Loch zugeordnet sind, und wird deshalb nicht durch irgendwelche Verformungen (z. B. „Rüschen") an den Umfangskanten derselben beeinflusst.
Außerdem soll die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Größen oder Formen beschränkt sein, die der Ausnehmung, dem ersten Loch und dem zweiten Loch zugeordnet sind. Obwohl alle diese Strukturen innerhalb einer gegebenen Öffnung bevorzugt eine einheitliche Querschnittsform aufweisen (z. B. kreisförmig, quadratisch usw. von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende), wird auch in Erwägung gezogen, dass die Ausnehmung und ihre verschiedenen Komponenten unterschiedliche Querschnittsformen an verschiedenen Orten aufweisen könnten. Zum Beispiel könnte das erste Loch an dem ersten Ende der Ausnehmung im Wesentlichen im Querschnitt kreisförmig sein, während das zweite Loch an dem zweiten Ende im Querschnitt quadratisch sein könnte, obwohl ein einheitlicher Entwurf erneut bevorzugt wird und im Rest dieser Erörterung betont wird.
Um optimale Ergebnisse bei einem repräsentativen und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel der beanspruchten Öffnungsplatte zu erreichen, weist die beanspruchte Ausnehmung ferner eine untere Wand an dem zweiten Ende der Ausnehmung auf. Das im Vorhergehenden beschriebene zweite Loch geht durch die untere Wand hindurch. Die untere Wand ist bevorzugt in ihrer Konfiguration planar und im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte. Ebenso ist die untere Wand bevorzugt in einem Winkel von etwa 90° (in etwa einem rechten Winkel) relativ zu der Seitenwand der Ausnehmung ausgerichtet. Wie bereits erwähnt, ist die Seitenwand der Ausnehmung Idealerweise in einem Winkel von etwa 90° (in etwa einem rechten Winkel) relativ zu der oberen Oberfläche des Öffnungsplattenbauglieds ausgerichtet. Bei dieser Konfiguration, bei der beide im Vorhergehenden beschriebenen rechtwinkligen Beziehungen in Kombination verwendet werden, ist die Ausnehmung im Wesentlichen zylindrisch oder scheibenförmig, wie es in den beiliegenden Zeichnungsfiguren gezeigt ist. Dieser Entwurf liefert einen besonders hohen Grad an struktureller Integrität, Verformungsbeständigkeit und die Fähigkeit, im Laufe der Zeit eine ordnungsgemäße Tintentropfenbahn aufrechtzuerhalten.
Die beanspruchte Ausnehmung soll jedoch nicht auf die im Vorhergehenden bereitgestellten Winkelbeziehungen beschränkt sein, die repräsentative Ausführungsbeispiele darstellen, die zu Beispielszwecken bereitgestellt sind. In Situationen, die die Verwendung einer Ausnehmung umfassen, die eine untere Wand aufweist, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, sind viele andere Variationen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich, vorausgesetzt, dass die beanspruchte Ausnehmung, die die gewünschten Funktionsfähigkeiten aufweist, hergestellt wird. Zum Beispiel werden, wie es deutlich in den beiliegenden Zeichnungsfiguren gezeigt und in der im Folgenden präsentierten detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele umrissen ist, eine Anzahl von unterschiedlichen Winkelbeziehungen in Erwägung gezogen, die die Seitenwand, die untere Wand und die obere Oberfläche der Öffnungsplatte relativ zueinander betreffen. Zum Beispiel kann, wie es in den beiliegenden Zeichnungsfiguren veranschaulicht ist, die Seitenwand, die der Ausnehmung zugeordnet ist, tatsächlich in einem Winkel ausgerichtet sein, der etwa 90° relativ zu der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte übersteigt. Im Einzelnen kann die Winkelbeziehung zwischen der Seitenwand der Ausnehmung und der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte Folgendes umfassen: (1) einen Winkel von etwa 90° (in etwa einen rechten Winkel); oder (2) einen „stumpfen" Winkel, d. h. einen Winkel, der 90° übersteigt (aber kleiner als 180° ist), wobei eine bevorzugte, nicht einschränkende obere Grenze etwa 145° beträgt. Ebenso kann die untere Wand an dem zweiten Ende der Ausnehmung (durch die das zweite Loch hindurchgeht) in einem Winkel von etwa 45 – 165° relativ zu der Seitenwand der Ausnehmung ausgerichtet sein. Obwohl die doppelte 90°-Winkel-Beziehung zwischen (A) der Seitenwand und der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte; und (B) der unteren Wand der Ausnehmung und der Seitenwand, die eine zylindrische oder scheibenförmige Ausnehmung erzeugt, erneut bevorzugt wird, können auch die im Vorhergehenden aufgelisteten (oder andere) verschiedene Winkelwerte in vielerlei Kombinationen ohne Einschränkung verwendet werden. Die Auswahl von beliebigen gegebenen Ausmessungen, Winkeln und dergleichen bei der vorliegenden Erfindung soll gemäß einem routinemäßigen Pilottesten vorab bestimmt werden, das zahlreiche diverse Faktoren berücksichtigt, die von den Typen der Herstellungsmaterialien, die den Öffnungsplatten zugeordnet sind, bis zu der Weise, auf die die beanspruchten Druckköpfe verwendet werden, reichen.
Nachdem die neuartige Ausnehmung beschrieben wurde, die in der beanspruchten Öffnungsplatte bereitgestellt ist (die zahlreiche Vorteile bietet, die die Erzeugung eines „eingesetzten" Tintenausstoßloches umfassen, das gegenüber einer Verformung beständig ist, die durch einen physischen Abrieb, ein Abwischen und dergleichen verursacht wird, aber nicht darauf beschränkt ist), werden nun die verbleibenden Abschnitte der Öffnung, die unter der Ausnehmung liegen, erörtert. Unter der Ausnehmung positioniert und in Fluidkommunikation damit befindet sich eine Tintenübertragungsbohrung. Die Tintenübertragungsbohrung befindet sich in teilweiser oder (bevorzugt) vollständiger axialer Ausrichtung mit der Ausnehmung und umgekehrt, wie es im Vorhergehenden erörtert ist. Folglich gehen Tintenmaterialien, die durch die ein oder mehr Tintenausstoßvorrichtungen ausgestoßen werden, nach oben durch die Bohrung, durch die Ausnehmung an der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte und aus dem Druckkopf hinaus zur Lieferung an ein ausgewähltes Druckmedienmaterial (aus Papier, Metall, Kunststoff und dergleichen). Um dieses Ziel zu erreichen und aus einem funktionellen Gesichtspunkt heraus beginnt die Tintenübertragungsbohrung an dem zweiten Ende der Ausnehmung (z. B. an dem zweiten Loch darin) und endet an der unteren Oberfläche des Öffnungsplattenbauglieds. Die Tintenübertragungsbohrung ist die erste Struktur innerhalb der Öffnungsplatte, die tatsächlich während des Ausstoßprozesses Tintenmaterialien empfängt, wobei die Tinte dann durch die Bohrung und die Ausnehmung hindurchgeht zur schließlichen Lieferung, wie bereits erwähnt. Obwohl eine Anzahl von unterschiedlichen Strukturentwürfen in Verbindung mit der Tintenübertragungsbohrung verwendet werden kann, wie es im Folgenden in dem Abschnitt „Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele" umrissen ist, ist die Bohrung Idealerweise in ihrem Querschnitt entlang ihrer gesamten Länge gleichförmig. Ebenso umfasst die Bohrung eine Seitenwand darin, die bevorzugt in einem „spitzen" (kleiner als 90°) Winkel relativ zu der oberen Oberfläche des Öffnungsplattenbauglieds ausgerichtet ist, um eine im Wesentlichen „kegelförmige" Struktur zu bilden. Dieser Entwurf fördert einen raschen und vollständigen Tinteneintritt in und durch die Öffnungsplatte. Andere Seitenwandentwürfe können jedoch in Verbindung mit der Tintenübertragungsbohrung verwendet werden, einschließlich, aber nicht ausschließlich, derjenigen, die einen Winkel von etwa 90° (in etwa einen rechten Winkel) oder mehr relativ zu der oberen Oberfläche des Öffnungsplattenbauglieds bilden. Die Auswahl eines beliebigen gegebenen internen Entwurfs relativ zu der beanspruchten Tintenübertragungsbohrung kann erneut unter Verwendung eines routinemäßigen Pilottestens vorab bestimmt werden.
Zusätzliche Daten, die Druckkopfassemblierungstechniken und andere diesbezügliche Informationen umfassen, werden im Folgenden dargelegt (einschließlich einer Vielzahl von Herstellungsverfahren, die verwendet werden können, um die verschiedenen Strukturmerkmale der Öffnungsplatte herzustellen). Zum Beispiel reichen repräsentative Herstellungsverfahren, die verwendet werden können, um die beanspruchte Ausnehmung und Tintenübertragungsbohrung herzustellen, von Laserablationsverfahren bis zu chemischem Ätzen und physischen Bearbeitungstechniken, bei denen Bohrvorrichtungen verwendet werden. Dementsprechend kann eine Anzahl von herkömmlichen Prozeduren ohne Einschränkung für die im Vorhergehenden beschriebenen Zwecke verwendet werden. Es sei auch betont, dass viele unterschiedliche Druckkopfkomponenten, Tintenausstoßvorrichtungen, Größenparameter und dergleichen bei der vorliegenden Erfindung anwendbar sind, vorausgesetzt, dass die neuartige Öffnungsplatte als ein Teil der Grunddruckkopfstruktur verwendet wird. Diese Öffnungsplatte liefert wiederum eine verbesserte Dauerhaftigkeit und eine Steuerung der ordnungsgemäßen Tintentropfenbahn. Zusätzlich zu der hier aufgeführten neuartigen Öffnungsplatte wird ebenso ein verbessertes „Tintenlieferungssystem" geliefert, bei dem ein Tintenaufnahmegefäß wirksam mit dem im Vorhergehenden erörterten beanspruchten Druckkopf verbunden ist und mit demselben in Fluidkommunikation steht. Wie es umfassend in dem Abschnitt „Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele" behandelt ist, soll der Begriff „wirksam verbunden" relativ zu dem Druckkopf und dem Tintenaufnahmegefäß eine Anzahl von unterschiedlichen Situationen umfassen, die einschließlich, aber nicht ausschließlich, die Verwendung von (1) Kassetteneinheiten des „in sich geschlossenen" Typs, bei dem das Tintenaufnahmegefäß direkt an dem Druckkopf angebracht ist, um ein System zu erzeugen, das einen „eingebauten" Tintenvorrat aufweist; und (2) Druckeinheiten der „außeraxialen" Varietät umfassen, die einen Druckkopf verwenden, der durch ein oder mehr Leitungsbauglieder (oder ähnliche Strukturen) mit einer entfernt positionierten Tintenaufnahmeeinheit in Form eines Tanks, eines Gefäßes, eines Gehäuses oder einer anderen äquivalenten Struktur verbunden ist. Die neuartigen Druckköpfe und Öffnungsplatten der vorliegenden Erfindung sollen nicht auf eine Verwendung mit bestimmten Tintenaufnahmegefäßen, die Nähe dieser Gefäße zu den Druckköpfen und die Mittel, durch die die Gefäße und Druckköpfe aneinander angebracht sind, beschränkt sein.
Schließlich soll die Erfindung auch ein Verfahren zum Erzeugen der beanspruchten hocheffizienten Druckköpfe umfassen. Die Erzeugungsschritte, die zu diesem Zweck verwendet werden, sind in Anspruch 15 definiert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Öffnungsplatte eine Ausnehmung mit einer Seitenwand darin auf, die in einem Winkel von etwa 90° (etwa einem rechten Winkel) relativ zu der oberen Oberfläche der Platte und/oder einer unteren Wand an dem zweiten Ende der Ausnehmung, die im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche ist, ausgerichtet ist. Andere Variationen sind, wie bereits erwähnt, möglich, wobei die beanspruchte Öffnungsplatte nicht auf die spezifischen in diesem Abschnitt angeführten Merkmale beschränkt ist. Es sei ebenso darauf hingewiesen, dass die Erzeugung der Ausnehmung in der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte vor oder nach der Anbringung der Öffnungsplatte in Position an den darunter liegenden Abschnitten des Druckkopfs vorgenommen werden kann, wobei beide Techniken als äquivalent betrachtet werden. Dementsprechend umfassen alle Aussagen, die hier präsentiert sind und anzeigen, dass eine Öffnungsplatte, die die beanspruchten Merkmale (einschließlich der Ausnehmung) aufweist, „bereitgestellt" wird, durch Äquivalenz beide oben aufgelisteten Alternativen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen wesentlichen Fortschritt in der Technik der thermischen Tintenstrahltechnologie und der Erzeugung von qualitativ hochwertigen Bildern mit verbesserter Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Langlebigkeit dar. Die neuartigen Strukturen, Komponenten und Verfahren, die hier beschrieben sind, bieten viele wichtige Vorteile, die (1) eine beträchtliche Steigerung der Druckkopf-/Öffnungsplattenlanglebigkeit; (2) die Fähigkeit, eine genaue Steuerung der Tintentropfenbahn während der Lebensdauer des Druckkopfs aufrechtzuerhalten; (3) Kompatibilität der beanspruchten Öffnungsplatte mit Druckeinheiten, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Wischersystemen verwenden, die verwendet werden, um den Druckkopf zu reinigen; (4) die Vermeidung einer vorzeitigen Beschädigung der Öffnungsplatte trotz ihres Dünnfilmpolymercharakters; (5) die Fähigkeit, eine Dünnfilmpolymeröffnungsplattenstruktur hoher Dauerhaftigkeit zu liefern, die ihr leichtes und dünnes Profil aufrechterhalten kann, während die im Vorhergehenden erörterten Probleme verhindert werden; und (6) das Erreichen dieser Ziele unter Verwendung einer Technik, die die Aufbringung von zusätzlichen Materialschichten und/oder chemischen Zusammensetzungen auf die Öffnungsplatte vermeidet, die die Kosten, Komplexität und insgesamt die Arbeitsanforderungen, die mit dem Druckkopfherstellungsprozess zusammenhängen, steigern kann, umfas sen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Diese und andere Nutzen, Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun in der folgenden kurzen Beschreibung der Zeichnungen und detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erörtert.
Zusätzlich zu dem Vorhergehenden können andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im breiten Sinne wie folgt zusammengefasst werden. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Druckkopf zur Verwendung bei einem Tintenlieferungssystem ein Substrat, das zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung an demselben aufweist. Ein Öffnungsplattenbauglied ist über dem Substrat positioniert. Das Öffnungsplattenbauglied weist zumindest eine Tintenübertragungsbohrung auf, die sich durch dasselbe erstreckt. Das Öffnungsplattenbauglied umfasst ferner folgende Merkmale: eine obere Oberfläche, die ein oberes Loch bzw. eine obere Öffnung für die Tintenübertragungsbohrung definiert, eine untere Oberfläche, die eine untere Öffnung für die Tintenübertragungsbohrung definiert, und eine Gegenbohrung in der oberen Oberfläche. Die Gegenbohrung ist mit der Tintenübertragungsbohrung nicht konzentrisch. Und die Gegenbohrung steht in Fluidkommunikation mit der Tintenübertragungsbohrung. Durch ein Bereitstellen einer nicht konzentrischen Gegenbohrung an der oberen Oberfläche des Öffnungsplattenbauglieds ist die vorliegende Erfindung in der Lage, den Endenabbruch von ausgestoßenen Tintenstrahltröpfchen zu steuern und somit die Pfützenbildungsprobleme zu lösen, die thermischen Tintenstrahldruckmechanismen gemäß dem Stand der Technik zugeordnet sind.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel definiert die Tintenübertragungsbohrung zumindest eine Seitenwand. Und wenn eine Gegenbohrung in der oberen Oberfläche des Öffnungsplattenbauglieds erzeugt wird, wird zumindest ein Abschnitt der Seitenwand derart entfernt, dass zumindest ein Teil der Seitenwand dicker ist als zumindest ein anderer Teil der Seitenwand. Somit kann dieses Ausführungsbeispiel auch verwendet werden, um die Tintenstrahltröpfchenbahn zu steuern und folglich die Probleme des Stands der Technik zu lösen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Gegenbohrung eine ausreichende Tiefe auf, um den Meniskus zu halten und jegliche Tintenpfützen zurück zu der Tintenübertragungsbohrung zu leiten. Dies minimiert und/oder verhindert ein Meniskusüberfließen und verbessert somit die Tintentröpfchenendenabbruchsteuerung.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Öffnungsplattenbauglied eine Teilgegenbohrung anstelle einer Vollgegenbohrung. Die Teilgegenbohrung definiert einen gegengebohrten Abschnitt der oberen Oberfläche und einen nicht ablatierten Abschnitt der oberen Oberfläche. Der gegengebohrte Abschnitt steht in Fluidkommunikation mit der Tintenübertragungsbohrung. Der nicht ablatierte Abschnitt zieht die Tinte an, wenn dieselbe von dem Druckkopf geliefert wird. Dies verbessert die Tintentröpfchenendenabbruchsteuerung und überwindet die Einschränkungen des Stands der Technik.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel erzeugt die Gegenbohrung in der oberen Oberfläche eine glatte und gleichförmige Kante um die Tintenübertragungsbohrung, um Rüschen in der oberen Oberfläche zu minimieren. Die Gegenbohrung kann auch zumindest teilweise die Kante um die Tintenübertragungsbohrung abrunden. Dieses Ausführungsbeispiel verbessert auch die Tintentröpfchenendenabbruchsteuerung und überwindet die Einschränkungen des Stands der Technik.
Natürlich können die Druckköpfe, Druckkassetten und Verfahren dieser Ausführungsbeispiele auch andere zusätzliche Komponenten und/oder Schritte umfassen.
Andere Ausführungsbeispiele werden hier ebenfalls offenbart und beansprucht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung kann in bestimmten Teilen und Schritten physische Form annehmen, wobei Ausführungsbeispiele derselben im Detail in dieser Beschreibung beschrieben sind und in den beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil derselben bilden, veranschaulicht sind. Es zeigen:
1 eine schematisch dargestellte, auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines repräsentativen Tintenlieferungssystems in Form einer Tintenkassette, die geeignet ist zur Verwendung mit den Komponenten und Verfahren der vorliegenden Erfindung. Die Tintenkassette von 1 weist ein Tintenaufnahmegefäß auf, das direkt an dem Druckkopf der beanspruchten Erfindung so angebracht ist, dass ein „eingebauter" Tintenvorrat bereitgestellt ist.
2 eine schematisch dargestellte, vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Druckkopfs, der in der Tintenkassetteneinheit von 1 verwendet wird, wobei eine herkömmliche Öffnungsplattenstruktur verwendet ist.
3 eine schematisch dargestellte perspektivische Ansicht eines Tintenaufnahmegefäßes, das bei einem alternativen Tintenlieferungssystem des „außeraxialen" Typs verwendet wird, das ebenfalls wirksam mit dem Druckkopf der vorliegenden Erfindung verbunden sein kann.
4 eine Teilquerschnittsansicht des Tintenaufnahmegefäßes, das in 3 gezeigt ist, die entlang der Linie 4-4 vorgenommen ist.
5 eine schematisch dargestellte, vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsplattenstruktur, die eine der Öffnungen durch die Platte bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 eine Draufsicht der Öffnungsplattenstruktur von 5, wobei nach unten in die beanspruchte Ausnehmung geblickt wird.
7 eine schematisch dargestellte, vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Öffnungsplattenstruktur, die eine der Öffnungen durch die Platte bei einem alternativen Ausführungsbeispiel zeigt.
8 eine schematisch dargestellte, vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Öffnungsplattenstruktur, die eine der Öffnungen durch die Platte bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel zeigt.
9 eine schematisch dargestellte, vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Öffnungsplattenstruktur, die eine der Öffnungen durch die Platte bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel zeigt.
10 eine schematisch dargestellte, vergrößerte. Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Öffnungsplattenstruktur, die eine der Öffnungen durch die Platte bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel zeigt.
11 eine schematisch dargestellte, vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Öffnungsplattenstruktur, die eine der Öffnungen durch die Platte bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel zeigt.
12 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsplattenstruktur, die ein typisches Gegenbohrungsprofil und einen konzentrischen Bohrungsausgang, der in der Gegenbohrung angeordnet ist, zeigt.
13 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsplattenstruktur, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem die Gegenbohrung und der Bohrungsausgang nicht konzentrisch sind.
14 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsplattenstruktur, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem die Gegenbohrung kreisförmig und tief genug ist, um den Tintenmeniskus zu halten.
15 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsplattenstruktur, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem die Gegenbohrung nicht kreisförmig und tief genug ist, um den Tintenmeniskus zu halten.
16 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsplattenstruktur, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem eine Teilgegenbohrung einen teilweise asymmetrischen Bohrungsausgang definiert.
17 eine Draufsicht der Öffnungsplattenstruktur von 16, wobei nach unten in die Ausnehmung geblickt wird.
18 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Bohrung gemäß dem Stand der Technik in einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsstruktur, die durch Laserablation erzeugt ist.
19 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer flachen Gegenbohrung, die durch Laserablation erzeugt ist, in einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsstruktur.
20 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer flachen Gegenbohrung, die durch Laserablation erzeugt ist, in einer auf einem organischen Polymer basierenden Dünnfilmöffnungsstruktur.
21 eine isometrische Zeichnung eines typischen Druckers, der eine Tintenstrahldruckkassette verwenden kann, die die vorliegende Erfindung verwendet.
22 eine schematische Darstellung eines Druckers, der die vorliegende Erfindung verwenden kann.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung liefert unter anderem neuartige Entwürfe und Verfahren zum Herstellen eines Tintenstrahldruckkopfs, der in der Lage ist, Tintenmengen variierenden Tropfengewichts zu drucken. Insbesondere löst diese Erfindung die Probleme des Stands der Technik durch bevorzugt ein Ätzen eines Substrats, um Abfeuerkammern mit unterschiedlichen Öffnungsschichtdicken zu liefern. Dies liefert variable Abstände zwischen Tintenenergieversorgungselementen in den Abfeuerkammern und ihren entsprechenden Öffnungen. Alternativ dazu kann die Erfindung Abfeuerkammern mit unterschiedlichen Volumen, unterschiedlich dimensionierte Tintenenergieversorgungselemente und/oder lateral versetzte Tintenenergieversorgungselemente verwenden. Durch ein Verringern des Abstands zwischen den Öffnungen und ihren Tintenenergieversorgungselementen, ein Bereitstellen von Abfeuerkammern mit unterschiedlichen Volumen, ein Bereitstellen von unterschiedlich dimensionierten Tintenenergieversorgungselementen und/oder ein laterales Versetzen der Tintenenergieversorgungselemente von ihren entsprechenden Öffnungen kann ein Hersteller somit Tintenstrahldruckköpfe liefern, die in der Lage sind, Tintenmengen variierenden Tropfengewichts zu drucken.
Die vorliegende Erfindung umfasst einen einzigartigen Druckkopf für ein Tintenlieferungssystem, das eine spezialisierte Öffnungsplatte umfasst, durch die die Tinte hindurchgeht. Die Tinte wird dann unter Verwendung herkömmlicher Drucktechniken an ein ausgewähltes Druckmedienmaterial (Papier, Metall, Kunststoff und dergleichen) geliefert. Thermische Tintenstrahldrucksysteme sind zu diesem Zweck besonders geeignet. Sie verwenden zumindest ein oder mehr Dünnfilmwiderstandselemente auf einem Substrat, die selektiv auf Abruf Tinte erhitzen und ausstoßen. Die beanspruchte Erfindung wird in diesem Abschnitt mit Hauptbezugnahme auf die thermische Tintenstrahltechnologie beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei anderen Tintenlieferungssystemen anwendbar ist, vorausgesetzt, dass dieselben ein Substrat, zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung an dem Substrat und eine Öffnungsplatte umfassen, die über dem Substrat/der Tintenausstoßvorrichtung positioniert ist. Andere repräsentative Tintenausstoßvorrichtungen werden im Folgenden zu Referenzzwecken aufgeführt.
Die beanspruchten Druckköpfe umfassen eine Öffnungsplatte mit mehreren Löchern durch dieselbe. Die Öffnungsplatte ist aus einem nicht metallischen, organischen Polymer- (z. B. Kunststoff-) Film erzeugt, wobei spezifische Beispiele ebenfalls im Folgenden vorgestellt sind. Um die Dauerhaftigkeit dieser Struktur zu verbessern, umfasst die Öffnungsplatte einen neuartigen Öffnungsentwurf, der ein Problem vermeidet, das als „Rüschen" oder „Rüschenbildung" bekannt ist. Diese Situation tritt auf, wenn die Öffnungsplattenoberfläche (nämlich die obere Oberfläche, wie es hier definiert ist) in Kontakt mit einem Objekt kommt, das über die Oberfläche in einer physisch in Eingriff nehmenden Weise „reibt" oder sich anderweitig darüber bewegt. Zum Beispiel kann eine „Rüschenbildung" auftreten, wenn eine Dünnfilmpolymeröffnungsplatte durch ein Elastomerwischerelement des Typs, der in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,786,830 für Su u. a. gezeigt ist, „abgewischt" wird.
Wie es im Folgenden genauer erörtert ist, verursacht eine „Rüschenbildung" der Öffnungsplatte, dass sich angehobene „kamm"-artige Strukturen entlang der Umfangskanten der Öffnungen bilden. Diese physische Verformung der Öffnungsplatte (und die sich ergebende Veränderung der Öffnungsgeometrie/-planarität) kann erhebliche Veränderungen der Tintentropfenbahn verursachen, d. h. des vorgesehenen Weges, dem der Tintentropfen folgen soll, um das gedruckte Endbild zu erzeugen. Diese unerwünschten Veränderungen der Öffnungsplattengeometrie verhindern, dass sich der Tintentropfen in seiner vorgesehenen Richtung bewegt. Stattdessen wird der Tropfen nicht ordnungsgemäß ausgestoßen und an einen unerwünschten Ort auf dem Druckmedienmaterial geliefert. Die Verformung der Öffnungsplatte, wie dieselbe im Vorhergehenden umrissen ist (einschließlich der Bildung von „Kamm"-Fremdstrukturen um die Umfangskanten der Öffnungen), kann auch die Ansammlung oder „Pfützenbildung" von Tinte in diesen Regionen verursachen. Diese Situation kann die Tintentropfenbahn weiter verändern, indem eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen dem Tintentropfen, der ausgestoßen wird, (insbesondere dem Endabschnitt jedes Tropfens oder seinem „Ende") mit angesammelter Tinte neben den Öffnungen bewirkt wird. Folglich tritt eine Tintenqualitätsverschlechterung im Laufe der Zeit auf. Diese Probleme werden wiederum durch zwei Hauptfaktoren verursacht, nämlich (1) die dünne, flexible Beschaffenheit der Öffnungsplatten aus organischem Polymer, die hier beschrieben sind; und (2) die physischen Kräfte, die auf die Öffnungsplatten durch herkömmliche Wischerstrukturen (oder andere Objekte, die mit denselben in Kontakt kommen können) ausgeübt werden.
Um diese Probleme zu lösen, wird ein neuartiger Öffnungsentwurf bei der beanspruchten Öffnungsplatte verwendet. Im Einzelnen ist das „Hauptloch" (im Folgenden definiert), das in die Öffnung führt, durch ein Bereitstellen dieses Loches in einer „Ausnehmung" „eingesetzt". Die Ausnehmung beginnt an der oberen Oberfläche der Platte und endet an einem Ort innerhalb der Platte zwischen der oberen und der unteren Oberfläche. Durch ein „Isolieren" dieses Lochs, wie es im Vorhergehenden angezeigt ist, ist dasselbe vor Schaden „geschützt", der durch den Durchgang von Tintenwischern und anderen Strukturen über die obere Oberfläche der Öffnungsplatte verursacht wird. Auf diese Weise werden auf „Rüschenbildung" basierende Tintenbahnprobleme vermieden. Die beanspruchte Erfindung stellt deshalb einen bedeutenden Fortschritt in der Drucktechnologie dar, wobei die Vorteile und spezifischen Details derselben im Folgenden umrissen sind.
Wie im Vorhergehenden erwähnt, soll die vorliegende Erfindung hier mit Hauptbezugnahme auf die thermische Tintenstrahltechnologie beschrieben werden. Der Begriff „thermischer Tintenstrahldruckkopf", wie derselbe in dieser Erörterung verwendet wird, soll im breiten Sinne so aufgefasst werden, dass derselbe ohne Einschränkung jeden beliebigen Typ von Druckkopf umfasst, der zumindest einen Heizwiderstand darin aufweist, der verwendet wird, um Tintenmateria lien zur Lieferung an ein Druckmedienmaterial thermisch anzuregen. In dieser Hinsicht soll die Erfindung nicht auf bestimmte thermische Tintenstrahldruckkopfentwürfe beschränkt sein, wobei viele unterschiedliche Strukturen und interne Komponentenanordnungen möglich sind, vorausgesetzt, dass dieselben die im Vorhergehenden erwähnten Widerstandselemente umfassen, die Tinte auf Abruf unter Verwendung thermischer Prozesse ausstoßen. Ebenso soll die Erfindung nicht auf bestimmte Druckkopfstrukturen, Technologien oder Tintenausstoßvorrichtungstypen beschränkt sein, es sei denn, dies ist hier anders angegeben, und ist voraussichtlich bei vielen thermischen Tintenstrahlsystemen anwendbar sowie bei Systemen, die andere Technologien verwenden, die keine thermischen Tintenstrahlvorrichtungen verwenden.
Die beanspruchten Druckköpfe und Öffnungsplatten sind auch bei vielen unterschiedlichen Tintenlieferungssystemen anwendbar, wie es im Vorhergehenden dargelegt ist, einschließlich (1) Einbaukassettentypeinheiten, die einen in sich geschlossenen Tintenvorrat darin aufweisen, der wirksam mit dem Druckkopf verbunden ist und mit demselben in Fluidkommunikation steht; und (2) „außeraxiale" Einheiten, die ein entfernt positioniertes Tintenaufnahmegefäß verwenden, das unter Verwendung von ein oder mehr Fluidübertragungsleitungen wirksam mit dem Druckkopf verbunden ist und mit demselben in Fluidkommunikation steht. Der Druckkopf, der im Folgenden beschrieben ist, soll deshalb nicht als „systemspezifisch" relativ zu den Tintenspeichervorrichtungen, die demselben zugeordnet sind, angesehen werden. Um ein klares und vollständiges Verständnis der Erfindung zu liefern, wird die folgende detaillierte Beschreibung in sieben Abschnitte aufgeteilt, nämlich (1) „A. Allgemeiner Überblick über die Druckkopftechnologie"; (2) „B. Die neuartigen Öffnungsplattenstrukturen der vorliegenden Erfindung"; (3) „C. Tintenlieferungssysteme unter Verwendung der neuartigen Druckköpfe/Öffnungsplatten und zugeordnete Herstellungsverfahren"; (4) „D. Erzeugen einer nicht konzentrischen Gegenbohrung in einer Öffnung"; (5) „E. Erzeugen einer tiefen Gegenbohrung in einer Öffnung"; (6) „F. Erzeugen einer Teilgegenbohrung in einer Öffnung"; und (7) „G. Ausgangsseitenablation der Bohrungsausgangskante einer Öffnung".
A. Allgemeiner Überblick über die Druckkopftechnologie
Wie bereits erwähnt, ist die vorliegende Erfindung bei einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Tintenkassettendruckköpfen anwendbar, die (1) ein Öffnungsplattenbauglied, das ein oder mehr Löcher durch dasselbe aufweist; und (2) ein Substrat unter dem Öffnungsplattenbauglied umfassen, das zumindest eine oder mehr Tinten-„Ausstoßvorrichtungen" darauf oder demselben zugeordnet aufweist. Der Begriff „Tintenausstoßvorrichtung" soll so definiert sein, dass derselbe einen beliebigen Typ von Komponente oder System umfasst, der selektiv Tintenmaterialien aus dem Druckkopf durch das Plattenbauglied ausstößt oder auswirft. Thermische Tintenstrahldrucksysteme, die mehrere Heizwiderstände als Tintenausstoßvorrichtungen verwenden, werden für diesen Zweck bevorzugt. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf einen bestimmten Typ von Tintenausstoßvorrichtung oder Tintenstrahldrucksystem beschränkt sein, wie es im Vorhergehenden ausgeführt ist. Stattdessen kann eine Anzahl von unterschiedlichen Tintenlieferungsvorrichtungen in die Erfindung eingeschlossen sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, piezoelektrische Tropfensysteme des allgemeinen Typs, die in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,329,698 für Smith offenbart sind, Punktmatrixsysteme der Varietät, die in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,749,291 für Kobayashi u. a. beschrieben sind, sowie andere vergleichbare und funktionell äquivalente Systeme, die konzipiert sind, um Tinte unter Verwendung von ein oder mehr Tintenausstoßvorrichtungen zu liefern. Die spezifischen Tintenausstoßvorrichtungen, die diesen alternativen Systemen zugeordnet sind (z. B. die piezo elektrischen Elemente bei dem System der U.S.-Patentschrift Nr. 4,329,698), sollen in dem Begriff „Tintenausstoßvorrichtungen" enthalten sein, wie es im Vorhergehenden erörtert ist. Dementsprechend sei darauf hingewiesen, dass, obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Hauptbezugnahme auf die thermische Tintenstrahltechnologie erörtert wird, andere Systeme gleichermaßen anwendbar und für die beanspruchte Technologie relevant sind.
Um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wie dieselbe bei der thermischen Tintenstrahltechnologie gilt (bei der es sich um das hauptsächlich interessierende bevorzugte System handelt), wird nun ein Überblick über dieses Technikfeld geliefert. Die Tintenlieferungssysteme, die in den oben aufgelisteten Zeichnungsfiguren (z. B. 1 – 4) schematisch gezeigt sind, werden nur zu Beispielszwecken bereitgestellt und sind nicht einschränkend.
Mit Bezugnahme auf 1 ist eine repräsentative thermische Tintenstrahltintenkassette 10 veranschaulicht. Diese Kassette gehört zu einem allgemeinen Typ, der in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 für Keefe u. a. und im Hewlett-Packard Journal, Bd. 39, Nr. 4 (August 1988), gezeigt und beschrieben ist. Es sei erneut betont, dass die Kassette 10 in schematischem Format gezeigt ist, wobei detailliertere Informationen bezüglich der Kassette 10 in der U.S.-Patenschrift Nr. 5,278,584 bereitgestellt sind. Wie es in 1 veranschaulicht ist, umfasst die Kassette 10 zunächst ein Gehäuse 12, das bevorzugt aus Kunststoff, Metall oder einer Kombination von beiden hergestellt ist. Das Gehäuse 12 weist ferner eine obere Wand 16, eine untere Wand 18, eine erste Seitenwand 20 und eine zweite Seitenwand 22 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 sind die obere Wand 16 und die untere Wand 18 im Wesentlichen parallel zueinander. Ebenso sind die erste Seitenwand 20 und die zweite Seitenwand 22 ebenfalls im Wesentlichen parallel zueinander.
Das Gehäuse 12 umfasst außerdem eine vordere Wand 24 und eine hintere Wand 26, die Idealerweise parallel zu der vorderen Wand 24 ist. Von der vorderen Wand 24, der oberen Wand 16, der unteren Wand 18, der ersten Seitenwand 20, der zweiten Seitenwand 22 und der hinteren Wand 26 umgeben ist eine innere Kammer oder ein inneres Fach 30 innerhalb des Gehäuses 12 (in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt), das konzipiert ist, um darin einen Tintenvorrat zu halten. Viele Zusammensetzungen können in Verbindung mit der Tinte verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf diejenigen, die in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,185,034 für Webb u. a. aufgeführt sind. Die vordere Wand 24 umfasst ferner eine extern positionierte, sich nach außen erstreckende Druckkopftragestruktur 34, die einen im Wesentlichen rechteckigen Mittelhohlraum 50 in derselben aufweist. Der Mittelhohlraum 50 umfasst eine untere Wand 52, die in 1 gezeigt ist, mit einem Tintenauslasstor 54 darin. Das Tintenauslasstor 54 geht ganz durch das Gehäuse 12 hindurch und kommuniziert folglich mit dem Fach 30 innerhalb des Gehäuses 12, so dass Tintenmaterialien aus dem Fach 30 durch das Tintenauslasstor 54 nach außen fließen können.
Ebenfalls in dem Mittelhohlraum 50 positioniert ist ein rechteckiger, sich nach oben erstreckender Befestigungsrahmen 56, dessen Funktion im Folgenden erörtert wird. Wie es schematisch in 1 gezeigt ist, ist der Befestigungsrahmen 56 im Wesentlichen auf gleicher Ebene (bündig) mit der vorderen Seite 60 der Druckkopftragestruktur 34. Der Befestigungsrahmen 56 umfasst im Einzelnen zwei längliche Seitenwände 62, 64, die ebenfalls im Folgenden genauer beschrieben sind.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist ein Druckkopf, der in 1 allgemein mit Bezugszeichen 80 bezeichnet ist, fest an dem Gehäuse 12 der Tintenkassetteneinheit 10 befestigt (d. h. an der sich nach außen erstreckenden Druckkopftragestruktur 34 angebracht). Für die Zwecke dieser Erfin dung und gemäß der herkömmlichen Technologie weist der Druckkopf 80 tatsächlich zwei Hauptkomponenten auf, die fest aneinander befestigt sind (wobei bestimmte Teilkomponenten dazwischen positioniert sind). Diese Komponenten und zusätzliche Informationen bezüglich des Druckkopfs 80 sind wieder in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 für Keefe u. a. umrissen, die die Tintenkassette in großem Detail erörtert. Die erste Hauptkomponente, die verwendet wird, um den Druckkopf 80 zu erzeugen, besteht aus einem Substrat 82, das bevorzugt aus Silizium [Si] oder anderen herkömmlichen Materialien, die in der Technik für diesen Zweck bekannt sind, hergestellt ist. Befestigt an und positioniert auf der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82 unter Verwendung von standardmäßigen Dünnfilmherstellungstechniken ist eine Mehrzahl von einzeln mit Energie versorgbaren Dünnfilmwiderständen 86, die als „Tintenausstoßvorrichtungen" fungieren und bevorzugt aus einer Tantal-Aluminium- [TaAl] Zusammensetzung hergestellt sind, die in der Technik für die Widerstandsherstellung bekannt ist. Nur eine kleine Anzahl von Widerständen 86 ist in der Darstellung von 1 gezeigt, wobei die Widerstände 86 aus Übersichtlichkeitsgründen in einem vergrößerten schematischen Format präsentiert sind. Es sei ebenso darauf hingewiesen, dass jegliche hier gelieferte Aussagen, die die Verwendung eines Substrats betreffen, das zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung daran aufweist, eine Situation umfassen sollen, bei der (1) die Tintenausstoßvorrichtung direkt auf und an der Oberfläche des Substrats befestigt ist, ohne dazwischenliegende Materialschichten dazwischen; oder (2) die Tintenausstoßvorrichtung durch das Substrat (z. B. darauf positioniert) getragen wird, bei dem ein oder mehr Zwischenmaterialschichten zwischen dem Substrat und der Tintenausstoßvorrichtung angeordnet sind, wobei beide Alternativen als äquivalent und in den vorliegenden Ansprüchen enthalten angesehen werden. Zum Beispiel können herkömmliche thermische Tintenstrahlsysteme tatsächlich eine elektrisch isolierende Basisschicht auf dem Substrat verwenden, die aus Siliziumdioxid [SiO₂] hergestellt ist, wobei die Wider standselemente auf der Basisschicht platziert sind. Dementsprechend soll die Platzierung der ausgewählten Tintenausstoßvorrichtungen (z. B. Widerstände 86) auf einem gegebenen Substrat wieder so aufgefasst werden, dass dieselbe beide im Vorhergehenden umrissenen Alternativen umfasst.
Ebenfalls an der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82 unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer/Metallisierungstechniken bereitgestellt ist eine Mehrzahl von metallischen Leiterbahnen 90, die elektrisch mit den Widerständen 86 kommunizieren. Die Leiterbahnen 90 kommunizieren auch mit mehreren metallischen anschlussflächenartigen Kontaktregionen 92, die an den Enden 94, 95 des Substrats 82 an der oberen Oberfläche 84 positioniert sind. Die Funktion all dieser Komponenten, die in Kombination hier zusammen als eine Widerstandsanordnung 96 bezeichnet werden, ist im Folgenden näher erörtert. Viele unterschiedliche Materialien und Entwurfskonfigurationen können verwendet werden, um die Widerstandsanordnung 96 herzustellen, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Elemente, Materialien und Komponenten für diesen Zweck beschränkt ist. Bei einem bevorzugten, repräsentativen und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel, das in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 für Keefe u. a. erörtert ist, ist die Widerstandsanordnung 96 jedoch etwa 12,7 mm (0,5 Zoll) lang und enthält gleichermaßen 300 Widerstände 86, wodurch eine Auflösung von 600 Punkten pro Zoll („DPI") ermöglicht ist. Das Substrat 82, das die Widerstände 86 darauf enthält, hat bevorzugt eine Breite „W" (1), die geringer ist als der Abstand „Q" zwischen den Seitenwänden 62, 64 des Befestigungsrahmens 56. Folglich sind Tintenflussdurchgänge 100, 102 (schematisch in 2 gezeigt) an beiden Seiten des Substrats 82 gebildet, so dass Tinte, die aus dem Tintenauslasstor 54 in dem Mittelhohlraum 50 fließt, schließlich in Kontakt mit den Widerständen 86 kommen kann, wie es im Folgenden näher erörtert ist.
Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass das Substrat 82 eine Anzahl von anderen Komponenten darauf umfassen kann (nicht gezeigt), abhängig von dem Typ der betrachteten Tintenkassette 10. Zum Beispiel kann das Substrat 82 ebenso eine Mehrzahl von Logiktransistoren zum genauen Steuern des Betriebs der Widerstände 86 sowie einen „Demultiplexer" einer herkömmlichen Konfiguration umfassen, wie in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 umrissen. Der Demultiplexer wird verwendet, um ankommende gemultiplexte Signale zu demultiplexen und diese Signale danach an die verschiedenen Dünnfilmwiderstände 86 zu verteilen. Die Verwendung eines Demultiplexers zu diesem Zweck ermöglicht eine Verringerung der Komplexität und der Menge der Schaltungsanordnung (z. B. Kontaktregionen 92 und Bahnen 90), die an dem Substrat 82 gebildet ist. Andere Merkmale des Substrats 82 (z. B. die Widerstandsanordnung 96) werden hier vorgestellt.
Sicher in ihrer Position über dem Substrat 82 und den Widerständen 86 befestigt (mit einer Anzahl von dazwischenliegenden Materialschichten dazwischen, einschließlich einer Tintensperrschicht und einer Haftschicht, bei dem herkömmlichen Entwurf von 1, wie es im Folgenden näher erörtert ist) ist die zweite Hauptkomponente des Druckkopfs 80. Im Einzelnen ist eine Öffnungsplatte 104 herkömmlichen Entwurfs (verglichen mit der neuartigen Struktur der beanspruchten Erfindung) bereitgestellt, die verwendet wird, um die ausgewählten Tintenzusammensetzungen auf ein bezeichnetes Druckmedienmaterial (das aus Papier, Metall, Kunststoff und dergleichen hergestellt ist) zu verteilen. Frühere Öffnungsplattenentwürfe umfassten eine starre Plattenstruktur, die aus einer inerten Metallzusammensetzung (z. B. goldplattiertes Nickel) hergestellt war. Neuere Entwicklungen in der thermischen Tintenstrahltechnologie haben jedoch zu der Verwendung von nichtmetallischen organischen Polymerfilmen geführt, um die Öffnungsplatte 104 herzustellen. Wie es in 1 veranschaulicht ist, besteht dieser Typ von Öffnungsplatte 104 aus einem flexiblen länglichen Filmtyp-Bauglied 106, das aus einem ausgewählten organi schen Polymerfilmprodukt hergestellt ist, das Metallatome in oder angebracht an der Grundpolymerstruktur umfassen kann oder auch nicht (bevorzugt). Der Ausdruck „organisches Polymer" soll in herkömmlicher Weise definiert sein. Organische Polymere umfassen grundsätzlich kohlenstoffhaltige Strukturen von sich wiederholenden organischen chemischen Untereinheiten. Eine Anzahl von unterschiedlichen Polymerzusammensetzungen kann zu diesem Zweck verwendet werden, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Herstellungsmaterialien beschränkt ist. Zum Beispiel kann die Öffnungsplatte 104 aus den folgenden Zusammensetzungen hergestellt sein: Polytetrafluorethylen (z. B. Teflon^®), Polyimid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyethylen-Terephthalat oder Mischungen derselben. Ebenso ist eine repräsentative handelsübliche Organisches-Polymer- (z. B. polyimidbasierte) Zusammensetzung, die zum Herstellen der Öffnungsplatte 104/des länglichen Bauglieds 106 geeignet ist, ein Produkt, das unter dem Warenzeichen „KAPTON" von E. I. du Pont de Nemours & Company aus Wilmington, DE (USA), verkauft wird. Öffnungsplattenstrukturen, die aus den nichtmetallischen Zusammensetzungen, die im Vorhergehenden beschrieben sind, erzeugt werden, weisen normalerweise eine gleichmäßige Dicke und eine hohe Flexibilität auf. Ebenso liefern dieselben zahlreiche Vorteile, die von verringerten Produktionskosten bis zu einer wesentlichen Vereinfachung der Druckkopfarchitektur insgesamt reichen, die zu einer verbesserten Zuverlässigkeit, Wirtschaftlichkeit und einer einfachen Herstellung führt. Wie es in der schematischen Darstellung von 1 gezeigt ist, ist die flexible Öffnungsplatte 104 konzipiert, um die sich nach außen erstreckende Druckkopftragestruktur 34 in der fertigen Tintenkassette 10 „zu umhüllen".
Das längliche Filmtyp-Bauglied 106, das verwendet wird, um die Öffnungsplatte 104 zu bilden, umfasst ferner eine obere Oberfläche 110 und eine untere Oberfläche 112 (1 und 2). An der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 gebildet und in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt ist eine Mehrzahl von Metall- (z. B. Kupfer-) Schaltungsbahnen 114, die an der unteren Oberfläche 112 unter Verwendung bekannter Metallaufbringungs- und photolithographischer Techniken angebracht sind. Viele unterschiedliche Schaltungsbahnmuster können an der unteren Oberfläche 112 des länglichen Bauglieds 106 (Öffnungsplatte 104) verwendet werden, wobei das spezifische Muster von dem bestimmten Typ von betrachteter Tintenkassette 10 und Drucksystem abhängt. Ebenfalls an Position 116 auf der oberen Oberfläche 110 der Öffnungsplatte 104 bereitgestellt ist eine Mehrzahl von Metall- (z. B. goldplattiertes Kupfer) Kontaktanschlussflächen 120. Die Kontaktanschlussflächen 120 kommunizieren mit den darunter liegenden Schaltungsbahnen 114 auf der unteren Oberfläche 112 der Platte 104 über Löcher oder „Durchgangslöcher" (nicht gezeigt) durch das längliche Bauglied 106. Während der Verwendung der Tintenkassette 10 in einer Druckereinheit kommen die Anschlussflächen 120 in Kontakt mit entsprechenden Druckerelektroden, um elektrische Steuersignale von der Druckereinheit zu den Kontaktanschlussflächen 120 und den Schaltungsbahnen 114 auf der Öffnungsplatte 104 zur schließlichen Lieferung an die Widerstandsanordnung 96 zu übertragen. Die elektrische Kommunikation zwischen der Widerstandsanordnung 96 und der Öffnungsplatte 104 ist im Folgenden erörtert.
In der Mittenregion 122 des länglichen Bauglieds 106, das verwendet wird, um die Öffnungsplatte 104 herzustellen, positioniert ist eine Mehrzahl von Löchern oder Öffnungen 124, die ganz durch die Platte 104 hindurchgehen. Diese Öffnungen 124 sind in den 1 – 2 in vergrößertem Format gezeigt. Bei dem fertigen Druckkopf 80 sind alle im Vorhergehenden aufgelisteten Komponenten so angeordnet (im Folgenden erörtert), dass jede der Öffnungen 124 mit zumindest einem der Widerstände 86 (z. B. „Tintenausstoßvorrichtungen") an dem Substrat 82 ausgerichtet ist. Folglich bewirkt die Versorgung eines gegebenen Widerstands 86 mit Energie einen Tintenausstoß aus der gewünschten Öffnung 124 durch die Öffnungsplatte 104. Bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel, wie es in 1 präsentiert ist, sind die Öffnungen 124 in zwei Reihen 126, 130 an dem länglichen Bauglied 106 angeordnet. Ebenso sind, falls diese Anordnung von Öffnungen 124 verwendet wird, die Widerstände 86 an der Widerstandsanordnung 96 (z. B. dem Substrat 82) auch in zwei entsprechenden Reihen 132, 134 angeordnet, so dass die Reihen 132, 134 von Widerständen 86 sich in wesentlicher Ausrichtung mit den Reihen 126, 130 von Öffnungen 124 befinden.
Schließlich sind, wie es in 1 gezeigt ist, zwei rechteckige Fenster 150, 152 an jedem Ende der Reihen 126, 130 von Öffnungen 124 bereitgestellt. Teilweise in den Fenstern 150, 152 positioniert sind Balkentypanschlussleitungen 154, die bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel goldplattiertes Kupfer sind und die Anschlussenden (z. B. die Enden gegenüber den Kontaktanschlussflächen 120) der Schaltungsbahnen 114 darstellen, die an der unteren Oberfläche 112 des länglichen Bauglieds 106/der Öffnungsplatte 104 positioniert sind. Die Anschlussleitungen 154 sind für eine elektrische Verbindung durch Löten, Thermokompressionsverbinden und dergleichen mit den Kontaktregionen 92 auf der oberen Oberfläche 84 des Substrats 82, das der Widerstandsanordnung 96 zugeordnet ist, konzipiert. Die Anbringung der Anschlussleitungen 154 an die Kontaktregionen 92 auf dem Substrat 82 wird während Massenproduktionsherstellungsprozessen durch die Fenster 150, 152 erleichtert, die einen direkten Zugriff auf diese Komponenten ermöglichen. Folglich wird eine elektrische Kommunikation von den Kontaktanschlussflächen 120 zu der Widerstandsanordnung 96 über die Schaltungsbahnen 114 an der Öffnungsplatte 104 hergestellt. Elektrische Signale von der Druckereinheit (nicht gezeigt) können dann über die Leiterbahnen 90 auf dem Substrat 82 zu den Widerständen 86 laufen, so dass ein Erhitzen (eine Energieversorgung) der Widerstände 86 auf Abruf erfolgen kann. An diesem Punkt ist es wichtig, kurz auf Herstellungstechniken in Verbindung mit den im Vorhergehenden beschriebenen Strukturen einzugehen, die verwendet werden, um den Druckkopf 80 herzustellen. Mit Bezug auf die Öffnungsplatte 104 werden alle Löcher durch dieselbe, einschließlich der Fenster 150, 152 und der Öffnungen 124, normalerweise unter Verwendung herkömmlicher Laserablationstechniken gebildet, wie es wieder in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 für Keefe u. a. erörtert ist. Im Einzelnen wird eine Maskenstruktur, die anfangs unter Verwendung von standardmäßigen lithographischen Techniken erzeugt wird, zu diesem Zweck verwendet. Ein Lasersystem herkömmlichen Entwurfs wird dann ausgewählt, das bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Excimer-Laser eines Typs umfasst, der aus den folgenden Alternativen ausgewählt ist: F₂, ArF, KrCl, KrF oder XeCl. Unter Verwendung dieses bestimmten Systems (zusammen mit bevorzugten Pulsenergien von mehr als etwa 100 Millijoule/cm² und Pulsdauern von weniger als etwa 1 Mikrosekunde) können die im Vorhergehenden aufgelisteten Löcher (z. B. Öffnungen 124) mit einem hohen Grad an Genauigkeit, Präzision und Steuerung gebildet werden. Andere Verfahren sind ebenfalls zum Erzeugen der fertigen Öffnungsplatte 104/Öffnungen 124 geeignet, einschließlich herkömmlicher Ultraviolettablationsprozesse (z. B. unter Verwendung von ultraviolettem Licht in dem Bereich von etwa 150 – 400 nm) sowie standardmäßigem chemischen Ätzen, Stanzen, reaktivem Ionenätzen, Ionenstrahlfräsen, mechanischem Bohren und ähnlichen bekannten Prozessen.
Nachdem die Öffnungsplatte 104 erzeugt ist, wie es im Vorhergehenden erörtert ist, wird der Druckkopf 80 fertiggestellt durch ein Anbringen der Widerstandsanordnung 96 (z. B. des Substrats 82, das die Widerstände 86 darauf aufweist) an der Öffnungsplatte 104. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Herstellung des Druckkopfs 80 unter Verwendung einer automatischen Folienbondtechnologie („TAB") erreicht. Die Verwendung dieses bestimmten Prozesses, um den Druckkopf 80 zu erzeugen, ist wieder in großem Detail in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 erörtert. Ebenso werden Hintergrundinformationen bezüglich der TAB- Technologie auch allgemein in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,944,850 für Dion bereitgestellt. Bei einem TAB-Typ-Herstellungssystem existiert das bearbeitete längliche Bauglied 106 (z. B. die fertige Öffnungsplatte 104), die bereits ablatiert und mit den Schaltungsbahnen 114 und den Kontaktanschlussflächen 120 strukturiert wurde, tatsächlich in Form von mehreren, verbundenen „Rahmen" an einer länglichen „Folie", wobei jeder „Rahmen" eine Öffnungsplatte 104 darstellt. Die Folie (nicht gezeigt) wird danach (nach einem Reinigen auf eine herkömmliche Weise, um Verunreinigungen und andere Rückstandsmaterialien zu entfernen) in einer TAB-Bondvorrichtung positioniert, die ein Optische-Ausrichtung-Untersystem aufweist. Eine derartige Vorrichtung ist in der Technik bekannt und im Handel von vielen verschiedenen Quellen erhältlich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Shinkawa Corporation aus Japan (Modell Nr. IL-20 oder ein anderes vergleichbares Modell). In der TAB-Bondvorrichtung werden das Substrat 82, das der Widerstandsanordnung 96 zugeordnet ist, und die Öffnungsplatte 104 ordnungsgemäß so ausgerichtet, dass (1) die Öffnungen 124 sich in genauer Ausrichtung mit den Widerständen 86 auf dem Substrat 82 befinden; und (2) die Balkentypanschlussleitungen 154, die den Schaltungsbahnen 114 auf der Öffnungsplatte 114 zugeordnet sind, sich in Ausrichtung mit den Kontaktregionen 92 auf dem Substrat 82 befinden und gegen dieselben positioniert sind. Die TAB-Bondvorrichtung verwendet dann ein „Gruppenbond"-Verfahren (oder andere ähnliche Prozeduren), um die Anschlussleitungen 154 auf die Kontaktregionen 92 zu pressen (was durch die offenen Fenster 150, 152 in der Öffnungsplatte 104 erreicht wird). Die TAB-Bondvorrichtung legt dann gemäß herkömmlicher Bondprozesse Wärme an, um diese Komponenten aneinander zu befestigen. Es ist auch wichtig, darauf hinzuweisen, dass andere standardmäßige Bondtechniken ebenfalls zu diesem Zweck verwendet werden können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Ultraschallbonden, Leitfähiges-Epoxid-Bonden, Feststoffpastenaufbringungsprozesse und ähnliche Verfahren. In diesem Hinblick soll die beanspruchte Erfindung nicht auf bestimmte Bearbeitungstechniken, die dem Druckkopf 80 zugeordnet sind, beschränkt sein.
Wie es im Vorhergehenden in Verbindung mit der herkömmlichen Tintenkassette 10 von 1 erwähnt wurde, befinden sich normalerweise zusätzliche Schichten von Materialien zwischen der Öffnungsplatte 104 und der Widerstandsanordnung 96 (z. B. dem Substrat 82 mit den Widerständen 86 darauf). Diese zusätzlichen Schichten üben verschiedene Funktionen aus, einschließlich einer elektrischen Isolierung, einer Anhaftung der Öffnungsplatte 104 an die Widerstandsanordnung 96 und dergleichen. Mit Bezugnahme auf 2 ist der Druckkopf 80 im Querschnitt nach der Anbringung an dem Gehäuse 12 der Kassette 10 schematisch dargestellt, wobei die Anbringung dieser Komponenten im Folgenden näher erörtert ist. Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die obere Oberfläche 84 des Substrats 82 (und die verschiedenen zusätzlichen Materialien, die an dieser Komponente positioniert sind, wie es später in diesem Abschnitt umrissen wird) ebenso eine Zwischentintensperrschicht 156 darauf, die die Leiterbahnen 90 (1) bedeckt, jedoch zwischen und um die Widerstände 86 positioniert ist, ohne dieselben zu bedecken. – Folglich ist eine Tintenverdampfungskammer 160 (2) direkt über jedem Widerstand 86 gebildet. In jeder Kammer 160 werden Tintenmaterialien erhitzt, verdampft und nachfolgend durch die Öffnungen 124 in der Öffnungsplatte 104 ausgestoßen.
Die Sperrschicht 156 (die herkömmlicherweise aus herkömmlichen organischen Polymeren, Photoresistmaterialien oder ähnlichen Zusammensetzungen hergestellt ist, wie es in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 umrissen ist) wird unter Verwendung von Standardtechniken, die in der Technik für diesen Zweck bekannt sind, auf das Substrat 82 aufgebracht. Spezifische Materialien, die verwendet werden können, um die Tintensperrschicht 156 herzustellen, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, (1) Trockenphotoresistfilme, die Halbacrylolester von Bisphenol enthalten; (2) Epoxidmo nomere; (3) Acryl- und Melaminmonomere [z. B. diejenigen, die unter dem Warenzeichen „Vacrel" von E. I. DuPont de Nemours & Company aus Wilmington, DE (USA) verkauft werden]; und (4) Epoxid-Acrylatmonomere [z. B. diejenigen, die unter dem Warenzeichen „Parad" von E. I. DuPont Nemours & Company aus Wilmington, DE (USA) verkauft werden]. Die beanspruchte Erfindung soll jedoch nicht auf bestimmte Sperrenzusammensetzungen oder Verfahren zum Aufbringen der Tintensperrschicht 156 in ihrer Position beschränkt sein. Bezüglich bevorzugter Aufbringungsverfahren wird die Sperrschicht 156 herkömmlicherweise durch Hochgeschwindigkeitszentrifugalschleuderbeschichtungsvorrichtungen, Sprühbeschichtungseinheiten, Rollenbeschichtungssysteme und dergleichen geliefert. Das bestimmte Aufbringungsverfahren für eine gegebene Situation hängt jedoch von der betrachteten Sperrschicht 156 ab.
Die Sperrschicht 156 definiert nicht nur klar die Verdampfungskammern 160, sondern fungiert auch als eine chemische und elektrische Isolierschicht. Auf der Sperrschicht positioniert, wie es in 2 gezeigt ist, ist eine Haftschicht 164, die eine Anzahl von unterschiedlichen Zusammensetzungen umfassen kann. Repräsentative Haftmaterialien, die zu diesem Zweck geeignet sind, umfassen ein Epoxidharz und Cyanacrylathaftmittel, die im Handel erhältlich sind und in der Technik für diesen Zweck bekannt sind. Ebenso kann die Haftschicht 164 die Verwendung von nicht gehärteten Polyisopren-Photoresist-Verbindungen umfassen, wie es in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 ausgeführt ist, sowie (1) Polyacrylsäure; und/oder (2) ein ausgewähltes Silanhaftmittel. Der Begriff „Polyacrylsäure" soll herkömmlich definiert sein, um eine Verbindung zu umfassen, die die folgende chemische Grundstruktur aufweist: [CH₂CH(COOH)_n], wobei n = 25 – 10.000. Polyacrylsäure ist im Handel aus zahlreichen Quellen erhältlich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Dow Chemical Corporation aus Midland, MI (USA). Repräsentative Silanhaftmittel, die in Verbindung mit der Haftschicht 164 verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf im Handel erhältliche Produkte, die von Dow Chemical Corporation aus Midland, MI (USA) [Produktnummern 6011, 6020, 6030 und 6040] sowie OSI Specialties aus Danbury, CT (USA) (Produktnummer „Silquest" A-1100)] verkauft werden. Die im Vorhergehenden aufgelisteten Materialien sind jedoch nur zu Beispielszwecken aufgeführt und sollen die Erfindung in keiner Weise einschränken.
Die Haftschicht 164 wird im Einzelnen dazu verwendet, die Öffnungsplatte 104 an und in dem Druckkopf 80 anzubringen/zu befestigen, so dass die Öffnungsplatte 104 fest in ihrer Position über dem Substrat 82, das die Widerstände 86 darauf aufweist, befestigt ist. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass es sein kann, dass die Verwendung einer getrennten Haftschicht 164 tatsächlich nicht nötig ist, falls die obere Oberfläche der Tintensperrschicht 156 in irgendeiner Weise haftend gemacht werden kann (z. B. falls dieselbe aus einem Material besteht, das bei Erwärmung nachgiebig mit Haftcharakteristika wird). Gemäß den herkömmlichen Strukturen und Materialien, die in den 1 – 2 gezeigt sind, wird jedoch eine getrennte Haftschicht 164 verwendet.
Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass normalerweise eine Anzahl von zusätzlichen Materialschichten zwischen der Sperrschicht 156, wie in 2 veranschaulicht, und dem darunter liegenden Substrat 82 positioniert sind, die aus praktischen Gründen und zu Übersichtszwecken nicht gezeigt sind. Für Informationen zu diesen Strukturen können die U.S.-Patentschriften Nr. 4,535,343 für Wright u. a.; 4, 616, 408 für Lloyd; und 5, 122, 812 für Hess u. a. konsultiert werden. Zusammenfassend umfassen diese Materialien normalerweise die folgenden Schichten (nicht gezeigt): (1) eine dielektrische „Basisschicht" (herkömmlicherweise aus Siliziumdioxid [SiO₂] hergestellt), die direkt an dem Substrat 82 angeordnet ist und konzipiert ist, um das Substrat 82 elektrisch von den Widerständen 86 zu isolie ren; (2) eine Schicht aus einem „Widerstandsmaterial" auf der Basisschicht, die verwendet wird, um die Widerstandselemente 86 zu erzeugen oder „zu bilden" (normalerweise aus einer Mischung von elementarem Aluminium [Al] und elementarem Tantal [Ta] hergestellt, die auch als „TaAl" bekannt ist, die in der Technik für Dünnfilmwiderstandsherstellung bekannt ist), wobei andere exemplarische Widerstandsmaterialien phosphordotiertes polykristallines Silizium [Si], Tantalnitrid [Ta₂N], Nickelchrom- (NiCr) Hafniumbromid [HfBr₄], elementares Niobium [Nb], elementares Vanadium [V], elementares Hafnium [Hf], elementares Titan [Ti], elementares Zirconium [Zr], elementares Yttrium [Y] und Mischungen derselben umfassen; (3) eine „Leitschicht" aus einem Material (z. B. elementares Aluminium [Al], elementares Gold [Au], elementares Kupfer [Cu] und/oder elementares Silizium [Si]), die auf der Widerstandsschicht in diskreten Abschnitten mit Zwischenräumen dazwischen positioniert ist, wobei die „freiliegenden" Abschnitte der Widerstandsschicht zwischen den Zwischenräumen die Widerstandselemente 86 bilden; (4) eine „erste Passivierungsschicht", die z. B. aus Siliziumdioxid [SiO₂], Siliziumnitrid [SiN], Aluminiumoxid [Al₂O₃] oder Siliziumkarbid [SiC] hergestellt ist, die zu Schutzzwecken über der Leitschicht/den Widerstandselementen 86 positioniert ist; (5) eine wahlweise schützende „zweite Passivierungsschicht", die z. B. aus Siliziumkarbid [SiC], Siliziumnitrid [SiN], Siliziumdioxid [SiO₂] oder Aluminiumoxid [Al₂O₃] hergestellt ist, die auf der ersten Passivierungsschicht positioniert ist; (6) eine elektrisch leitfähige und schützende „Kavitationsschicht", die z. B. aus elementarem Tantal [Ta], elementarem Molybdän [Mo], elementarem Wolfram [W] oder Mischungen/Legierungen derselben hergestellt ist, die auf der zweiten Passivierungsschicht oder der ersten Passivierungsschicht platziert ist, abhängig davon, ob die zweite Passivierungsschicht verwendet wird; und (7) eine wahlweise interne Haftschicht, die auf der Kavitationsschicht platziert ist, die ohne Einschränkungen eine Anzahl von unterschiedlichen Zusammensetzungen umfassen kann, die herkömmliche Epoxidharzmateria lien, standardmäßige Cyanacrylathaftmittel, Silanhaftmittel und dergleichen umfassen. Diese Schicht (falls dieselbe benötigt wird, wie es durch ein routinemäßiges Testen vorab bestimmt wird) wird verwendet, um die Sperrschicht 156 in ihrer Position auf den darunter liegenden Druckkopfkomponenten zu befestigen.
Gemäß den im Vorhergehenden gelieferten Informationen sei deshalb darauf hingewiesen, dass die Struktur, die in 2 gezeigt ist, von schematischer Beschaffenheit ist und nur die grundlegendsten Komponenten veranschaulichen soll, die dem Druckkopf 80 zugeordnet sind. Da die vorliegende Erfindung hauptsächlich auf die neuartige Öffnungsplatte der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, wie dieselbe in dem nächsten Abschnitt umrissen ist, wird aus praktischen Gründen und zu Übersichtlichkeitszwecken die abgekürzte Darstellung von 2 geliefert, wobei Bezug genommen wird auf die Patentdokumente, die im Vorhergehenden angeführt sind, falls weitergehende Informationen gewünscht werden sollten.
Mit Rückbezugnahme auf den TAB-Bondprozess, wie im Vorhergehenden erörtert, wird der Druckkopf 80 schließlich in einer Erhitzungs-/Druckausübungsstation in der TAB-Bondvorrichtung Hitze und Druck ausgesetzt. Dieser Schritt (der ebenso unter Verwendung anderer Erhitzungsverfahren, einschließlich einer externen Erhitzung des Druckkopfs 80, erreicht werden kann) bewirkt eine thermische Haftung der internen Komponenten untereinander (z. B. unter Verwendung der Haftschicht 164, die in dem Ausführungsbeispiel von 2 gezeigt und im Vorhergehenden erwähnt ist). Folglich wird der Druckkopfassemblierungsprozess bei dieser Stufe abgeschlossen.
Der einzige verbleibende Schritt umfasst ein Schneiden und Trennen der einzelnen „Rahmen" auf dem TAB-Streifen (wobei jeder „Rahmen" einen einzelnen, fertigen Druckkopf 80 aufweist), gefolgt von einer Anbringung des Druckkopfs 80 an dem Gehäuse 12 der Tintenkassette 10. Die Anbringung des Druckkopfs 80 an dem Gehäuse 12 kann auf viele unterschiedliche Arten erreicht werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in 2 schematisch veranschaulicht ist, kann jedoch eine Portion eines Haftmaterials 166 entweder auf den Befestigungsrahmen 56 an dem Gehäuse 12 und/oder auf ausgewählte Orte an der unteren Oberfläche 112 der Öffnungsplatte 104 aufgebracht werden. Die Öffnungsplatte 104 wird dann haftend an dem Gehäuse 12 befestigt (z. B. an dem Befestigungsrahmen 56, der der sich nach außen erstreckenden Druckkopftragestruktur 34, die in 1 gezeigt ist, zugeordnet ist).
Gemäß dem vorhergehenden Befestigungsprozess wird das Substrat 82, das der Widerstandsanordnung 96 zugeordnet ist, genau in dem Mittelhohlraum 50 positioniert, wie es in 2 veranschaulicht ist, so dass das Substrat 82 in der Mitte des Befestigungsrahmens 56 angeordnet ist (im Vorhergehenden erörtert und in 2 gezeigt). Auf diese Weise werden die Tintenflussdurchgänge 100, 102 (2) gebildet, die es ermöglichen, dass Tintenmaterialien von dem Tintenauslasstor 54 in dem Mittelhohlraum 50 in die Verdampfungskammern 160 fließen, zum Ausstoß aus der Kassette 10 durch die Öffnungen 124 in der Öffnungsplatte 104.
Um ein gedrucktes Bild 170 (1) unter Verwendung der Kassette 10 auf einem ausgewählten bildaufnehmenden Druckmedium 172 (normalerweise aus Papier, Kunststoff oder Metall hergestellt) zu erzeugen, fließt ein Vorrat einer Tintenzusammensetzung 174 (schematisch in 1 veranschaulicht), der sich in dem inneren Fach 30 des Gehäuses 12 befindet, in und durch das Tintenauslasstor 54 in der unteren Wand 52 des Mittelhohlraums 50. Viele unterschiedliche Materialien können in Verbindung mit der Tintenzusammensetzung 174 verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf diejenigen, die in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,185,034 angeführt sind, die hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die Tintenzusammensetzung 174 fließt danach in und durch die Tintenflussdurchgänge 100, 102 in der Richtung der Pfeile 176, 180 zu dem Substrat 82 hin, das die Widerstände 86 darauf aufweist. Die Tintenzusammensetzung 174 tritt dann in die Verdampfungskammern 160 direkt über den Widerständen 86 ein. In den Kammern 160 kommt die Tintenzusammensetzung 174 in Kontakt mit den Widerständen 86. Um die Widerstände 86 zu aktivieren (z. B. mit Energie zu versorgen), bewirkt das Druckersystem (nicht gezeigt),, das die Kassetteneinheit 10 enthält, dass elektrische Signale von der Druckereinheit zu den Kontaktanschlussflächen 120 auf der oberen Oberfläche 110 der Öffnungsplatte 104 laufen. Die elektrischen Signale gehen dann durch Durchgangslöcher (nicht gezeigt) in der Platte 104 hindurch und laufen nachfolgend entlang den Schaltungsbahnen 114 auf der unteren Oberfläche 112 der Platte 104 zu der Widerstandsanordnung 96, die die Widerstände 86 enthält. Auf diese Weise können die Widerstände 86 selektiv mit Energie versorgt werden (z. B. erhitzt werden), um eine Tintenverdampfung und einen Ausstoß aus dem Druckkopf 80 über die Öffnungen 124 durch die Öffnungsplatte 104 zu bewirken. Die Tintenzusammensetzung 174 kann dann auf einer in hohem Grade selektiven Abrufbasis an das ausgewählte bildaufnehmende Druckmedium 172 geliefert werden, um ein Bild 170 darauf zu erzeugen (1).
Es ist wichtig zu betonen, dass der im Vorhergehenden erörterte Druckprozess bei einer großen Vielzahl von unterschiedlichen thermischen Tintenstrahlkassettenentwürfen anwendbar ist. In dieser Hinsicht sollen die im Folgenden erörterten erfindungsgemäßen Konzepte nicht auf ein bestimmtes Drucksystem beschränkt sein. – Ein repräsentatives nicht einschränkendes Beispiel einer thermischen Tintenstrahlkassette des im Vorhergehenden beschriebenen Typs, die in Verbindung mit der beanspruchten Erfindung verwendet werden kann, umfasst jedoch eine Tintenstrahlkassette, die von Hewlett-Packard Company aus Palo Alto, CA (USA) unter der Bezeichnung „51645A" verkauft wird. Ebenso sind weitere Details bezüglich thermischer Tintenstrahlprozesse im Allgemeinen wieder in dem Hewlett-Packard Journal, Bd. 39, Nr. 4 (August 1988), der U.S.-Patentschrift Nr. 4,500,895 für Buck u. a. und der U.S.-Patentschrift Nr. 4,771,295 für Baker u. a. umrissen.
Die Tintenkassette 10, die im Vorhergehenden in Verbindung mit 1 erörtert ist, umfasst ein „in sich geschlossenes" Tintenlieferungssystem, das einen „eingebauten" Tintenvorrat umfasst. Die beanspruchte Erfindung kann ebenso bei anderen Systemen verwendet werden, die einen Druckkopf und einen Tintenvorrat verwenden, der in einem Tintenaufnahmegefäß gespeichert ist, das entfernt beabstandet ist, jedoch wirksam mit dem Druckkopf verbunden ist und in Fluidkommunikation mit demselben steht. Eine Fluidkommunikation wird normalerweise unter Verwendung von einer oder mehr Röhrenleitungen erreicht. Ein Beispiel für ein derartiges System (das als eine „außeraxiale" Vorrichtung bekannt ist) ist wieder in der ebenfalls der vorliegenden Anmelderin gehörenden, anhängigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 08/869,446 (eingereicht am 05.06.1997) mit dem Titel „AN INK CONTAINMENT SYSTEM INCLUDING A PLURAL WALLED BAG FORMED OF INNER AND OUTER FILM LAYERS" (Olsen u. a.) und in der ebenfalls der vorliegenden Anmelderin gehörenden, anhängigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 08/873,612 (eingereicht am 11.06.1997) mit dem Titel „REGULATOR FOR A FREE-INK INKJET PEN" (Hauck u. a.) offenbart. Wie es in den 3 – 4 veranschaulicht ist, ist ein repräsentatives außeraxiales Tintenlieferungssystem gezeigt, das ein tankartiges Tintenaufnahmegefäß 180 umfasst, das für eine entfernte wirksame Verbindung mit einem ausgewählten thermischen Tintenstrahldruckkopf konzipiert ist (bevorzugt auf einer Schwerkraftzuführungs- oder anderen vergleichbaren Basis). Wieder sollen die Begriffe „Tintenaufnahmeeinheit", „Gefäß", „Gehäuse" und „Tank" in diesem Ausführungsbeispiel als äquivalent betrachtet werden. Das Tintenaufnahmegefäß 180 ist in Form einer äußeren Hülle oder eines Gehäuses 182 konfiguriert, das bzw. die einen Hauptkörperabschnitt 184 und ein Plattenbauglied 186 umfasst, das ein Einlass /Auslasstor 188 aufweist, das durch dasselbe hindurchgeht (3 – 4). Obwohl dieses Ausführungsbeispiel nicht auf bestimmte Anordnungsverfahren in Verbindung mit dem Gehäuse 182 beschränkt sein soll, wird das Plattenbauglied 186 Idealerweise als eine von dem Hauptkörperabschnitt 184 getrennte Struktur erzeugt. Das Plattenbauglied 186 wird danach unter Verwendung von bekannten thermischen Schweißprozessen oder herkömmlichen Haftmitteln (z. B. Epoxidharz- oder Cyanacrylatverbindungen) an dem Hauptkörperabschnitt 184 befestigt. Das Plattenbauglied 186 soll jedoch bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als ein Teil des gesamten Tintenaufnahmegefäßes 180/ Gehäuses 182 betrachtet werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 4 weist das Gehäuse 182 auch eine interne Kammer oder einen internen Hohlraum 190 darin auf zum Speichern eines Vorrats einer Tintenzusammensetzung 174. Zusätzlich umfasst das Gehäuse 182 ferner ein sich nach außen erstreckendes Röhrenbauglied 192, das durch das Plattenbauglied 186 hindurchgeht und bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einstückig darin gebildet ist. Der Begriff „Röhre", wie derselbe in dieser Beschreibung verwendet wird, soll so definiert sein, dass derselbe eine Struktur umfasst, die zumindest einen oder mehr Mitteldurchgänge durch dieselbe umfasst, die durch eine äußere Wand umgeben sind. Das Röhrenbauglied 192 umfasst das Einlass-/Auslasstor 188 darin, wie es in 4 veranschaulicht ist, das einen Zugang zu dem internen Hohlraum 190 in dem Gehäuse 182 liefert.
Das Röhrenbauglied 192, das in dem Plattenbauglied 186 des Gehäuses 182 positioniert ist, weist einen oberen Abschnitt 194, der außerhalb des Gehäuses 182 angeordnet ist, und einen unteren Abschnitt 196 auf, der in der Tintenzusammensetzung 174 in dem internen Hohlraum 190 (4) angeordnet ist. Der obere Abschnitt 194 des Röhrenbauglieds 192 ist wirksam durch Haftmaterialien (z. B. herkömmliche Cyanacrylat- oder Epoxidverbindungen), eine Reibungsein griffnahme und dergleichen an einer Röhrentintenübertragungsleitung 198 angebracht, die in dem Tor 188 positioniert ist, was schematisch in 4 gezeigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von 4 umfasst die Tintenübertragungsleitung 198 ein erstes Ende 200, das unter Verwendung der im Vorhergehenden aufgelisteten Verfahren an und in dem Tor 188 in dem oberen Abschnitt 194 des Röhrenbauglieds 192 angebracht ist. Die Tintenübertragungsleitung 198 umfasst ferner ein zweites Ende 202, das wirksam und entfernt an einem Druckkopf 204 angebracht ist, der eine Anzahl von unterschiedlichen Entwürfen, Konfigurationen und Systemen umfassen kann, einschließlich derjenigen, die dem Druckkopf 80, der in 1 veranschaulicht ist, zugeordnet sind, der als zu dem Druckkopf 204 äquivalent betrachtet werden soll. Ebenso ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Druckköpfe 80, 204 beide die neuartigen Öffnungsplattenstrukturen der vorliegenden Erfindung, wie in dem nächsten Abschnitt umrissen, umfassen können; alle diese Komponenten sind geeignet in einer ausgewählten Druckereinheit an vorbestimmten Orten darin befestigt, abhängig von dem Typ, der Größe und der Gesamtkonfiguration des gesamten Tintenlieferungssystems. Außerdem kann die Tintenübertragungsleitung 198 zum Erleichtern der Tintenübertragung zumindest eine wahlweise eingereihte Pumpe eines herkömmlichen Entwurfs (nicht gezeigt) umfassen.
Die Systeme und Komponenten, die in den 1 – 4 vorgestellt sind, sind von veranschaulichender Beschaffenheit. Sie können tatsächlich zusätzliche Betriebskomponenten umfassen, abhängig von den bestimmten betrachteten Vorrichtungen. Die im Vorhergehenden bereitgestellten Informationen sollen die vorliegende Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele nicht ein- oder beschränken. Stattdessen können die Systeme der 1 – 4 nach Bedarf variiert werden und sind insgesamt präsentiert, um die Anwendbarkeit der beanspruchten Erfindung bei Tintenlieferungssystemen zu demonstrieren, die viele verschiedene Anordnungen von Komponenten verwenden. In dieser Hinsicht soll jede Erörte rung von bestimmten Tintenlieferungssystemen, Tintenaufnahmegefäßen und diesbezüglichen Daten lediglich als repräsentativ betrachtet werden.
21 zeigt eine isometrische Ansicht eines typischen Tintenstrahldruckers 2100, der die vorliegende Erfindung verwenden kann. Eine Eingangsablage 2102 lagert Papier oder andere bedruckbare Medien 2104.
Unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung eines Druckermechanismus, die in 22 gezeigt ist, rückt eine Medieneingabe 2200 ein einzelnes Medienblatt 2104 in einen Druckbereich vor durch ein Verwenden einer Rolle 2202, eines Walzenmotors 2204 und Zugvorrichtungen (nicht gezeigt). Bei einem typischen Drucker 2100 werden ein oder mehr Tintenstrahlstifte durch einen Wagenmotor 2206 inkremental über das Medium 2104 auf der Walze in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Eintritts des Mediums gezogen. Der Walzenmotor 2204 und der Wagenmotor 2206 unterliegen normalerweise der Steuerung einer Medien- und Kassettenpositionssteuerung 2208. Ein Beispiel einer derartigen Positionierungs- und Steuervorrichtung kann in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,070,410 mit dem Titel „Apparatus and Method Using a Combined Read/Write Head for Processing and Storing Read Signals and for Providing Firing Signals to Thermally Actuated Ink Ejection Elements" beschrieben gefunden werden. Somit wird das Medium 2104 an einem Ort so positioniert, dass die Stifte Tintentröpfchen ausstoßen können, um Punkte auf dem Medium zu platzieren, wie es die Daten erfordern, die in die Tropfenabfeuersteuerung 2210 des Druckers eingegeben werden.
Diese Tintenpunkte werden aus den ausgewählten Öffnungen in einem Druckkopfelement ausgewählter Stifte in einem Band, parallel zu der Bewegungsrichtung ausgestoßen, wenn die Stifte durch den Wagenmotor 2206 über das Medium verschoben werden. Wenn die Stifte das Ende ihrer Bewegung an einem Ende eines Druckbandes erreichen, rücken die Positionssteu erung 2208 und der Walzenmotor 2204 das Medium 2104 normalerweise vor. Wenn die Stifte das Ende ihres Durchlaufs in der X-Richtung an einem Stab oder einem anderen Druckkassettentragemechanismus erreicht haben, werden dieselben entweder entlang dem Tragemechanismus zurückbewegt, während weitergedruckt wird, oder ohne ein Drucken zurückbewegt. Das Medium 2104 kann um einen inkrementalen Betrag vorgerückt werden, der der Breite des tintenausstoßenden Abschnitts des Druckkopfs oder einem Bruchteil derselben, der mit der Beabstandung zwischen den Düsen in Beziehung steht, entspricht. Die Positionssteuerung 2208 bestimmt die Steuerung des Mediums 2104, die Positionierung der ein oder mehr Stifte und die Auswahl der richtigen Tintenausstoßvorrichtungen des Druckkopfs zur Erzeugung eines Tintenbildes oder eines Schriftzeichens. Die Steuerung 2208 kann in einer herkömmlichen elektronischen Hardwarekonfiguration implementiert sein und Betriebsanweisungen von einem herkömmlichen Speicher 2212 geliefert bekommen. Wenn ein Drucken abgeschlossen ist, stößt der Drucker 2100 das Medium 2104 in eine Ausgangsablage aus zur Entfernung durch den Benutzer. Natürlich verbessern Tintenstrahlstifte, die die hier erörterten Druckkopfstrukturen verwenden, wesentlich den Betrieb des Druckers.
Nachdem herkömmliche thermische Tintenstrahlkomponenten und ihnen zugeordnete Druckverfahren beschrieben wurden, werden nun die beanspruchte Erfindung und ihre vorteilhaften Merkmale vorgestellt.
B. Die neuartigen Öffnungsplattenstrukturen der vorliegenden Erfindung
Wie es im Vorhergehenden angezeigt ist, umfasst die beanspruchte Erfindung eine neuartige Öffnungsplattenstruktur, die insbesondere konzipiert ist, um Probleme zu vermeiden, die mit einer „Rüschenbildung" zusammenhängen, wie dieselbe im Vorhergehenden erörtert und definiert ist. Noch einmal, diese negative Situation tritt auf, wenn die Öffnungsplatte in Kontakt mit einem sich bewegenden oder stationären Objekt gebracht wird. Zum Beispiel kann der gleitende Durchgang eines Tintenwischers über die Öffnungsplatte bewirken, dass diese Situation eintritt. Dieser Kontakt führt zu einer örtlich begrenzten Störung der Öffnungsplattenstruktur mit besonderer Bezugnahme auf die Umfangsregionen, die die Öffnungen umgeben (z. B. entlang der Außenkanten derselben). Folglich wird die Geometrie der Öffnungen an der oberen Oberfläche der Platte verändert. Ebenso kann eine Tinten-„Pfützenbildung" bei benachbarten Abschnitten der Öffnungsplatte auftreten, die „angehoben" werden. Diese „Pfützenbildung" (die die Ansammlung von Rückstandstinte in diskreten Bereichen um die Öffnungen umfasst) kann den ausgestoßenen Tintentropfen stören, wenn derselbe aus der Öffnung austritt, wodurch Tintentropfenbahnprobleme hervorgerufen werden. Diese Probleme führen normalerweise zu unerwünschten und unkontrollierten Veränderungen der Tintentropfenbahn, die die Druckqualität verschlechtern. Es ist deshalb in hohem Maße erwünscht, die im Vorhergehenden umrissenen Situationen zu vermeiden, so dass die Langlebigkeit des Druckkopfs und die Druckqualität insgesamt für die Lebensdauer des Druckkopfs maximiert werden können.
Mit Bezugnahme auf 2 ist eine herkömmliche Öffnungsplatte 104 schematisch veranschaulicht. In dieser Figur ist ein repräsentativer Elastomertintenwischer 210, der z. B. aus Gummi oder Kunststoff hergestellt ist, veranschaulicht, der zum allgemeinen Typ gehört, der z. B. in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,786,830 erörtert ist. Der Wischer 210 befindet sich in physischer, dynamischer (z. B. Bewegungs-) Ineingriffnahme mit der oberen Oberfläche 212 der Öffnungsplatte 104. Wie es in der 2 gezeigt ist, hat die physische Tätigkeit des Wischers 210, wenn derselbe in Kontakt mit den Umfangskanten 214 der Öffnung 124 kommt, jedoch bewirkt, dass eine „Rüsche" in Form eines angehobenen Abschnitts 216 erzeugt wurde. Das Vorhandensein dieses angehobenen Abschnitts 216 führt zu einer beträchtlichen Modifizierung der Gesamtgeometrie der Öffnung 124 in der Platte 104 an der oberen Oberfläche 212 davon. Ebenso ist die innere Seitenwand 220, die der Öffnung 124 zugeordnet ist, neben der oberen Oberfläche 212 der Öffnungsplatte 104 (z. B. an einer Position 222) diskontinuierlich und gestört. Diese bestimmte Situation kann wieder eine Anzahl von Problemen hervorrufen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf unkontrollierte Veränderungen der Tintentropfenbahn.
Um die im Vorhergehenden umrissenen Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde festgestellt, dass das Hauptloch (im Folgenden erörtert), das in die Öffnung führt, die der betrachteten Öffnungsplatte zugeordnet ist, von den Auswirkungen von Wischerstrukturen und dergleichen „isoliert" werden kann durch ein Bilden einer „Ausnehmung" (z. B. einer Vertiefung oder einer vertieften Region) in der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte direkt über und in axialer Ausrichtung mit den verbleibenden Abschnitten der Öffnung. Folglich ist das Hauptloch, das in die Öffnung führt, „eingesetzt" und sicher unter der Ebene positioniert, auf der jegliche Wischer und/oder andere physische Objekte während eines Druckkopfbetriebs passieren. Diese Merkmale tragen zusammen zu der genauen Steuerung der Tintentropfenbahn und der Vermeidung anderer Probleme, die der im Vorhergehenden definierten „Rüschenbildung" zugeordnet sind, bei.
Repräsentative und bevorzugte Ausführungsbeispiele des neuartigen Öffnungsplattenbauglieds, das der Erfindung zugeordnet ist, werden nun genauer erörtert. Wie bereits erwähnt, soll die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der beanspruchten Öffnungsplatte nicht auf spezifische Herstellungsmaterialien, numerische Größenparameter, Formen und dergleichen beschränkt sein, es sei denn, dies ist hier anders angegeben.
Mit Bezugnahme auf 5 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht einer repräsentativen Öffnungsplatte 250 (hier auch als ein „Öffnungsplattenbauglied" 250 charakterisiert) veranschaulicht, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt ist. Die Öffnungsplatte 250 ist aus einer Organisches-Polymer(z. B. Kunststoff-) Dünnfilmzusammensetzung hergestellt, wobei die repräsentativen Materialien, die im Vorhergehenden in Verbindung mit der Öffnungsplatte 104 erörtert wurden, bei der Öffnungsplatte 250 anwendbar sind. In 5 ist eine einzige Öffnung 252 gezeigt, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Platte 250 Idealerweise eine beträchtliche Anzahl von Öffnungen darin umfasst, von denen einige oder (bevorzugt) alle die beanspruchten Strukturmerkmale aufweisen. In Bezug auf die Herstellungsmaterialien, den organischen Charakter der Platte 250 (mit oder ohne zugeordnete Metallatome), die Anzahl der Öffnungen und andere Merkmale der Öffnungsplatte 250 (abgesehen von neuartigen Elementen, die in diesem Abschnitt [Abschnitt „B"] beschrieben sind), sind alle diese Elemente im Wesentlichen identisch mit denjenigen, die im Vorhergehenden im Abschnitt „A" in Verbindung mit der Polymeröffnungsplatte 104 erörtert wurden. In dieser Hinsicht sollen die technischen Informationen, die die Herstellungsmaterialien und die anderen Merkmale relativ zu der Öffnungsplatte 104, die im Vorhergehenden aufgelistet sind, betreffen, im Zusammenhang mit der Öffnungsplatte 250 durch Bezugnahme aufgenommen sein, es sei denn, dies ist anders angegeben. Wie es ohne Weiteres aus der folgenden Erörterung ersichtlich wird, betrifft der Hauptunterschied zwischen der herkömmlichen Öffnungsplatte 104 und der Öffnungsplatte 250 der vorliegenden Erfindung die strukturelle Konfiguration der Öffnungen 252 in der Platte 250, wie es im Folgenden ziemlich genau umrissen wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 umfasst die Öffnungsplatte 250 eine obere Oberfläche 254, eine untere Oberfläche 256 und eine Mittelregion 260 zwischen der oberen Oberfläche 254 und der unteren Oberfläche 256. Bei einem bevorzugten und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel sind sowohl die obere als auch die untere Oberfläche 254, 256 zueinander im Wesentlichen parallel, wie es veranschaulicht ist. Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, die obere und die untere Oberfläche 254, 256 relativ zu den anderen Komponenten in dem Druckkopf 80/der Öffnungsplatte 250 genau zu charakterisieren und auszurichten. Der Begriff „obere Oberfläche", wie derselbe hier verwendet und beansprucht wird, soll so definiert sein, dass derselbe die bestimmte Oberfläche, die der Öffnungsplatte 250 zugeordnet ist, die ganz außen liegt, umfasst und tatsächlich die „äußere" Oberfläche der Öffnungsplatte 250/des Druckkopfs 80 bildet, die der externen (äußeren) Umgebung ausgesetzt ist. Es handelt sich dabei um die letzte „Oberfläche", durch die die Tintenzusammensetzung 174 auf ihrem Weg zu dem ausgewählten Druckmedienmaterial (Druckmedium 172) hindurchgeht. Ebenso handelt es sich dabei um die Oberfläche, die unter Verwendung von einem oder mehr Wischbaugliedern (einschließlich des Wischers 210 von 2) „abgewischt" wird, die bei herkömmlichen Druckeinheiten verwendet werden, wie es z. B. in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,786,830 offenbart ist.
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei dem Begriff „untere Oberfläche", wie derselbe in Verbindung mit der Öffnungsplatte 250 verwendet wird, um die spezifische Oberfläche, die in (z. B. innerhalb) dem Druckkopf 80 positioniert ist und die anfängliche Oberfläche der Öffnungsplatte 250 ist, durch die die Tintenzusammensetzung 174 hindurchgeht, wenn dieselbe ausgestoßen wird. Die untere Oberfläche 256 ist die innerste (z. B. „nicht freiliegende") Oberfläche der Öffnungsplatte 250, die tatsächlich zwischen der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 und dem Substrat 82, das die ein oder mehr Tintenausstoßvorrichtungen/Widerstände 86 darauf aufweist, angeordnet ist. Schließlich ist die untere Oberfläche 256 die spezifische Oberfläche der Öffnungsplatte 250, die an den darunter liegenden Druckkopfkomponenten, einschließlich der Tintensperrschicht 156 (2), wie im Vorhergehenden erörtert, angehaftet ist. Nachdem diese spezifischen Definitionen der oberen und unteren Oberfläche 254, 256 der Öffnungsplatte 250 präsentiert wurden, die die Ausrichtung der Platte 250 relativ zu dem Rest des Druckkopfs 80 definieren, werden nun die neuartigen Merkmale der beanspruchten Öffnungsplatte 250 angesprochen.
Um die wesentlichen hier umrissenen Vorteile zu liefern (einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Vermeidung von „Rüschenbildungs"-bezogenen Problemen und die Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Tintentropfenbahn), umfasst die neuartige Öffnungsplatte 250 zumindest eine „Ausnehmung" 262 (vertiefte Region/Vertiefung) darin, die an der oberen Oberfläche 254 der Platte beginnt und an einer Position „P" in der Öffnungsplatte 250 zwischen der oberen Oberfläche 254 und der unteren Oberfläche 256 derselben endet (z. B. in der Mittelregion 260, wie es in 5 gezeigt ist). Die Ausnehmung 262 umfasst ein oberes Ende 264 (das an und bündig mit der oberen Oberfläche 254 der Platte 250 angeordnet ist) und ein unteres Ende 266, das im Wesentlichen an einer Position „P" in der Mittelregion 260 angeordnet ist). Zusätzlich umfasst die Ausnehmung 262 ferner eine innere Seitenwand 270, die die inneren Grenzen der Ausnehmung 262 definiert, wobei sich die Seitenwand 270 durchgehend (bevorzugt auf ununterbrochene Weise) zwischen dem oberen Ende 264 und dem unteren Ende 266 der Ausnehmung 262 erstreckt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel von 5, das konzipiert ist, um wirksame Ergebnisse zu liefern, ist die Seitenwand 270 in einem Winkel „X" von etwa 90° (in etwa einem „rechten Winkel") relativ zu der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 ausgerichtet. Ebenso ist die Seitenwand 270 gemäß dieser Beziehung und bei dem Ausführungsbeispiel von 5 im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 und umgekehrt, wie es gezeigt ist.
Die Querschnittskonfiguration der Ausnehmung 262 kann je nach Bedarf und Wunsch ohne Einschränkung variiert werden. Insbesondere kann dieselbe ohne Einschränkung eine Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf diejenigen, die eine quadratische, dreieckige, ovalförmige, kreisförmige (bevorzugt, wie in 6 veranschaulicht) oder eine beliebige andere regelmäßige oder unregelmäßige Form aufweisen. Der Rest dieser Erörterung (einschließlich der folgenden Beschreibung zusätzlicher Ausführungsbeispiele) soll eine kreisförmige Ausnehmung 262 umfassen, wobei zu berücksichtigen ist, dass andere Konfigurationen möglich sind. Obwohl es bevorzugt wird, dass die Ausnehmung 262 entlang ihrer gesamten Länge von dem oberen Ende 264 zu dem unteren Ende 266 eine gleichförmige Querschnittsform (z. B. kreisförmig, quadratisch usw.) aufweist, ist es auch möglich, dass eine Formveränderung ein- oder zweimal an einer beliebigen Position entlang der Länge/Tiefe der Ausnehmung 262 auftritt, falls dies gewünscht ist.
Das obere Ende 264 der Ausnehmung 262 an der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 weist ein erstes Loch oder eine Öffnung 272 darin auf. Das erste Loch 272 (mit besonderer Bezugnahme auf die Umfangskanten 274 desselben) ist Idealerweise bündig mit der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250. Erneut soll die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Form oder Konfiguration in Verbindung mit dem ersten Loch 272 beschränkt sein, das eine kreisförmige (bevorzugt, wie in 6 veranschaulicht), quadratische, ovale, dreieckige oder eine beliebige andere regelmäßige oder unregelmäßige Form aufweisen kann. Die Funktion des ersten Lochs 272 wird im Folgenden genauer erörtert.
Wie es in den 5 – 6 veranschaulicht ist, weist das untere Ende 266 der Ausnehmung 262 in der Öffnungsplatte 250 ferner (bei einem bevorzugten und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel) eine untere Wand 276 auf, die idealer weise eine planare Konfiguration aufweist. Bei dem repräsentativen Ausführungsbeispiel von 5 ist die untere Wand 276 bevorzugt in einem Winkel „X" von etwa 90° (in etwa einem rechten Winkel) relativ zu der Seitenwand 270 ausgerichtet und ist deshalb im Wesentlichen senkrecht zu derselben. Bei dieser Konfiguration ist die untere Wand 276 im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche 254 (und der unteren Oberfläche 256) der Öffnungsplatte 250, wie es gezeigt ist. Ebenso weist die untere Wand 276 bei dem bevorzugten und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel von 5 im Wesentlichen die gleiche Größe/Fläche wie das erste Loch 272 auf, so dass die Umfangskanten 274 des ersten Lochs 272 sich direkt über den äußeren Kantenabschnitten 280 der unteren Wand 276 befinden, wie es in 5 veranschaulicht ist. Obwohl die Beziehung eines rechten Winkels (in etwa 90°) zwischen (1) der unteren Wand 276 und der Seitenwand 270; und (2) der Seitenwand 270 und der oberen Oberfläche 254 der beanspruchten Öffnungsplatte 250 erneut bevorzugt wird, sei darauf hingewiesen, dass diese geometrische Beziehung gemäß einer Anzahl von alternativen Ausführungsbeispielen variiert werden kann, wie es im Folgenden angezeigt ist.
In der Öffnungsplatte 250, die in den 5 – 6 veranschaulicht ist, weist die Ausnehmung 262 eine im Wesentlichen zylindrische oder scheibenförmige Form auf, die wieder konzipiert ist, um hochwirksame Ergebnisse bei der vorliegenden Erfindung zu liefern. Die Länge „L", die der Ausnehmung 262 bei dem Ausführungsbeispiel der 5 – 6 zugeordnet ist (die auch als die Tiefe der Ausnehmung 262 charakterisiert sein kann, falls gewünscht), kann ohne Einschränkung variiert werden, wie es gemäß einem routinemäßigen Pilottesten vorab bestimmt ist, das zahlreiche Aspekte berücksichtigt, einschließlich des Typs des Drucksystems, bei dem der Druckkopf 80 verwendet wird, und anderer äußerlicher Faktoren. Bei einem bevorzugten und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel beträgt die Länge „L" der Ausnehmung 262 jedoch etwa 1 – 3 μm (was wiederum je nach Bedarf einer Änderung unterliegt). Bei dem System von 5 umfasst die Länge „L" tatsächlich den Abstand zwischen Punkt „P", auf den im Vorhergehenden Bezug genommen wurde, und der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250. Im Übrigen sei darauf hingewiesen, dass die Gesamtdicke „T" der Öffnungsplatte 250 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das bei allen Versionen der hier beschriebenen beanspruchten Erfindung anwendbar ist, etwa 25 – 50 μm beträgt, obwohl andere Werte verwendet werden können, falls dies gewünscht wird.
An dem unteren Ende 266 der Ausnehmung 262 in der Öffnungsplatte 250 angeordnet ist ein zweites Loch oder eine zweite Öffnung 282, das Umfangskanten 284 aufweist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der 5 – 6 geht das zweite Loch 282 durch die untere Wand 276 hindurch und befindet sich idealerweise in der Mitte derselben, wie es veranschaulicht ist (obwohl das zweite Loch 282 an einer beliebigen nicht-mittigen Position in der unteren Wand 276 platziert sein kann, falls dies nötig ist). Bei der bevorzugten Ausrichtung der 5 – 6 befindet sich der Mittelpunkt „C" des ersten Lochs 272 in axialer Ausrichtung mit (z. B. direkt über) dem Mittelpunkt „C₁" des zweiten Lochs 282. Ebenso ist das zweite Loch 282 idealerweise bündig mit der unteren Wand 276 an dem unteren Ende 266 der Ausnehmung 262, wie es veranschaulicht ist. Die vorliegende Erfindung soll nicht auf eine bestimmte Form oder Konfiguration beschränkt sein in Verbindung mit dem zweiten Loch 282, das eine kreisförmige (bevorzugt, wie in 6 veranschaulicht), quadratische, ovale, dreieckige oder eine beliebige andere regelmäßige oder unregelmäßige Form aufweisen kann. Obwohl die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn die Querschnittsform des ersten Lochs 272 und des zweiten Lochs 282 beide gleich sind (z. B. kreisförmig wie bei dem Ausführungsbeispiel der 5 – 6), können die beiden Löcher 272, 282 unterschiedliche Formen relativ zueinander aufweisen, falls dies gemäß einem routinemäßigen Testen vorab erforderlich und gewünscht ist.
Wie im Vorhergehenden erörtert, fungiert das zweite Loch 282 grundsätzlich als das „Hauptloch", das der Öffnung 252 zugeordnet ist, durch das die Tintenzusammensetzung 174 auf ihrem Weg zu dem Druckmedium 172 (1) hindurchgeht. Es ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, das allen aufgelisteten Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, dass das zweite Loch 282 (z. B. das „Hauptloch") unter der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 positioniert ist, um zu vermeiden, dass dasselbe in Kontakt mit Tintenabwischbaugliedern (z. B. dem Wischer 210) oder anderen Objekten, die entlang der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 passieren, in Kontakt kommt. Gemäß der „geschützten" Position, die durch das zweite Loch 282 eingenommen wird, wie es hier beschrieben ist, kann dasselbe durch den Durchgang der erwähnten Objekte entlang der oberen Oberfläche 254 der Platte 250 nicht verunstaltet oder anderweitig „gekräuselt" werden.
An diesem Punkt sind weitere Informationen bezüglich der Beziehung zwischen dem ersten Loch 272 und dem zweiten Loch 282 angebracht. Grundsätzlich sind das erste Loch 272 und das zweite Loch 282 voneinander durch einen Abstand getrennt, der durch die Länge „L" definiert ist, wie es im Vorhergehenden erörtert ist. Zusätzlich ist ein neuartiges Merkmal der beanspruchten Erfindung, das ebenfalls allgemein bei allen in diesem Abschnitt beschriebenen Ausführungsbeispielen anwendbar ist, die Größenbeziehung des ersten Lochs 272 relativ zu dem zweiten Loch 282. Grundsätzlich weist das erste Loch 272 eine größere Größe auf als das zweite Loch 282, wobei das zweite Loch 282 wiederum gemäß dem oben beschriebenen Entwurf „eingesetzt" ist. Der Begriff „größere Größe", wie derselbe in Verbindung mit dem ersten und dem zweiten Loch 272, 282 verwendet wird, umfasst grundsätzlich eine Situation, bei der die Querschnittsfläche des ersten Lochs 272 die Querschnittsfläche des zweiten Lochs 282 übersteigt, wobei der Begriff „Fläche" auf herkömmliche Weise definiert ist, abhängig von der Form des betrachteten Lochs. Zum Beispiel umfasst die Querschnittsfläche bei Situationen, die quadratische oder rechteckige Löcher 272, 282 umfassen, die Länge des Lochs 272 und/oder des Lochs 282 multipliziert mit seiner Breite. Bei einer Öffnungsplatte 250, die kreisförmige erste und zweite Löcher 272, 282 umfasst, ist die Querschnittsfläche derselben herkömmlich so definiert, dass dieselbe die Formel „πr²" umfasst, wobei r = der Radius des Lochs 272 und/oder des Lochs 282. Ebenso würden bei Situationen, die Löcher 272, 282 umfassen, die andere Formen (z. B. Dreiecke, Ovale usw.) umfassen, die „herkömmlichen" Formeln verwendet, die normalerweise verwendet werden, um die Fläche dieser Formen zu berechnen.
Wenn kreisförmige erste und zweite Löcher 272, 282 verwendet werden, wie es z. B. in den 5 – 6 gezeigt ist (die aus zahlreichen Gründen bevorzugt werden, einschließlich einer einfachen Herstellung, der Abwesenheit von gewinkelten Oberflächen und dergleichen), kann der Begriff „größere Größe" auch bezüglich des relativen Durchmessers jedes Lochs 272, 282 definiert sein. Mit Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel von 5 sind das erste Loch 272 und das zweite Loch 282 beide vollständig kreisförmig in ihrem Querschnitt, wie bereits erwähnt, wobei das erste Loch 272 einen ersten Durchmesser „D" aufweist, und das zweite Loch 282 einen zweiten Durchmesser „D" aufweist. Es sei darauf hingewiesen, dass alle hier gezeigten Zeichnungsfiguren und Längen-/Durchmesserabmessungen nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind und deshalb nach Bedarf variiert werden können. Bei diesem bestimmten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel ist der erste Durchmesser „D" des ersten Lochs 272 bevorzugt um zumindest etwa 40 μm oder mehr länger (z. B. größer) als der zweite Durchmesser „D₁" des zweiten Lochs 282. Ein proportional vergleichbarer Wert ist ebenso bei Situationen anwendbar, bei denen die relativen Größen des ersten und des zweiten Lochs 272, 282 auf Querschnittsflächen basieren, wie sie im Vorhergehenden erörtert wurden. Außerdem beträgt der erste Durchmesser „D", der dem ersten Loch 272 zugeordnet ist, bei einem repräsentativen und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel etwa 50 – 80 μm, wobei der zweite Durchmesser „D₁" des zweiten Loches 282 etwa 10 – 40 μm beträgt. Wie es jedoch bereits angedeutet wurde, soll die beanspruchte Erfindung nicht auf diesen numerischen Bereich oder andere numerische Parameter beschränkt sein, es sei denn, dies ist hier anders angegeben. Derartige Werte sollen deshalb als repräsentativ und nicht einschränkend betrachtet werden.
Durch die Verwendung eines ersten Lochs 272, das größer ist als das zweite Loch 282, bei allen verschiedenen Ausführungsbeispielen, die in diesem Abschnitt beschrieben sind, wird die Übertragung von physischen Kräften von der oberen Oberfläche 254/dem ersten Loch 272 der Öffnungsplatte 250 auf die untere Wand 276/das zweite Loch 282 in der Ausnehmung 262 aufgrund der strukturellen Beziehungen und der Größendifferenz zwischen diesen Komponenten minimiert. Obwohl die genauen physikalischen Mechanismen, durch die diese Vorteile zustande kommen, nicht vollkommen geklärt sind, sind dieselben trotzdem wichtig und liefern hervorragende Ergebnisse. Insbesondere erleichtert die im Vorhergehenden erörterte Größenbeziehung, bei der das erste Loch 272 eine größere Größe aufweist als das zweite Loch 282, wirksam die ordnungsgemäße Tintentropfenbahn. Jegliche Verformungen, die den Umfangskanten 274 des ersten Lochs 272 (5) an der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 zugeordnet sind, die durch ein Abwischen oder andere physische Abriebprozesse (z. B. „Rüschenbildung") verursacht werden, beeinträchtigen nicht die Bahn des Tintentropfens, der das zweite Loch 282 verlässt. Im Einzelnen bleibt die Tintentropfenbahn unbeeinträchtigt in Anbetracht der größeren Größe des ersten Lochs 272 relativ zu (1) dem zweiten Loch 282; und (2) dem Tintentropfen, der durch das erste Loch 272 hindurchgeht, wobei die Größe des Tintentropfens grundsätzlich durch die Größe des zweiten Lochs 282 definiert ist. Der Tintentropfen ist gemäß seinem anfänglichen Durchgang durch das zweite Loch 282 ausrei chend klein, um zu verhindern, dass derselbe in wesentlichen Kontakt mit dem vergrößerten ersten Loch 272 (und den Umfangskanten 274, die demselben zugeordnet sind) kommt. Jegliche „Rüschen" in den Umfangskanten 274 des ersten Lochs 272 stellen deshalb angesichts der „eingesetzten" Beschaffenheit des zweiten Lochs 282 keine Tintenbahnprobleme dar.
Andere wichtige Charakteristika, die der Ausnehmung 262 bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung zugeordnet sind (von einem Funktionsstandpunkt aus), umfassen die Ausrichtung der Seitenwand 270 in einem Winkel „X" von etwa 90° (in etwa einem rechten Winkel) relativ zu der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250. Dieser Entwurf liefert einen hohen Grad an struktureller Integrität/Festigkeit und ermöglicht, dass physische Kräfte, die auf die obere Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 ausgeübt werden, wirksam auf diese Region beschränkt werden, ohne eine wesentliche Übertragung in die Ausnehmung 262, die untere Wand 276 und das zweite Loch 282. Die Verwendung der unteren Wand 276 und ihre Ausrichtung in einem Winkel „X1" von etwa 90° (in etwa einem rechten Winkel) relativ zu der Seitenwand 270 liefert ebenso eine zusätzliche Verstärkung der Öffnungsplatte 250, so dass die strukturelle Integrität des zweiten Lochs 282 selbst dann aufrechterhalten wird, wenn die obere Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 einer physischen Kraft ausgesetzt ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 umfasst eine weitere wichtige Komponente der Öffnung 252 in der Öffnungsplatte 250 eine längliche Tintenübertragungsbohrung 286. Die Tintenübertragungsbohrung 286 ist unter der Ausnehmung 262 positioniert und steht in Fluidkommunikation mit derselben. Die Tintenübertragungsbohrung 286 befindet sich in teilweiser oder (bevorzugt) vollständiger axialer Ausrichtung mit der Ausnehmung 262 und umgekehrt, wie es im Vorhergehenden erörtert ist. Diese Beziehung ist in 5 veranschaulicht, wobei die Längsmittelachse „A" der Ausnehmung 262 sich in im Wesentlichen vollständiger Ausrichtung und übereinstimmend mit der Längsmittelachse „A" der Bohrung 286 befindet. Als eine Folge dieser bevorzugten strukturellen Beziehung bewegen sich Tintenmaterialien (Tintenzusammensetzung 174), die durch die ein oder mehr Tintenausstoßvorrichtungen/Widerstände 86 ausgestoßen werden, anfangs nach oben, treten in die Bohrung 286 ein, gehen durch die Ausnehmung 262 hindurch und treten aus der Öffnungsplatte 250/dem Druckkopf 80 aus zur Lieferung an das gewünschte Druckmedium 172.
Um dieses Ziel zu erreichen und von einem funktionellen Standpunkt her, beginnt die Tintenübertragungsbohrung 286 wieder an dem unteren Ende 266 der Ausnehmung 262 (z. B. an dem zweiten Loch 282 darin). Das zweite Loch 282 der Ausnehmung 262 weist tatsächlich das obere Ende 290 der Bohrung 286 auf, wobei sich beide Komponenten an diesem Punkt (z. B. Position „P" in 5) treffen. Das obere Ende 290 der Bohrung 286 weist ein drittes Loch 292 darin auf, das in Wirklichkeit identisch mit und äquivalent zu dem zweiten Loch 282 in der Ausnehmung 262 ist. Dementsprechend sind alle Informationen, Größenparameter und dergleichen, die dem zweiten Loch 282 zugeordnet sind, gleichermaßen relativ zu dem dritten Loch 292 (das von einem visuellen Standpunkt aus bezüglich des zweiten Lochs 282 nicht separat erkennbar/trennbar ist) anwendbar und durch Bezugnahme aufgenommen.
Die Bohrung 286 umfasst auch einen Mittelabschnitt 294, der sich durch die Öffnungsplatte 250 weiter nach unten erstreckt, wie es veranschaulicht ist, und schließlich an der unteren Oberfläche 256 der Platte 250 endet. Wie es in 5 gezeigt ist, endet die Bohrung 286 an einem unteren Ende 296, das ein viertes Loch 297 darin umfasst, das im Wesentlichen bündig mit der unteren Oberfläche 256 der Öffnungsplatte 250 ist. Das vierte Loch 297 ist das unterste Loch in der gesamten Öffnung 252/Öffnungsplatte 250 und ist der erste Teil der Öffnung 252, der die thermisch angeregte Tintenzusammensetzung 174 während des Tintenausstoßprozesses aufnimmt. Die beanspruchte Erfindung soll in Verbindung mit der Größe und Form des vierten Lochs 297 nicht beschränkt sein, das nach Bedarf und Wunsch gemäß einem routinemäßigen Pilottesten vorab variiert werden kann. Zum Beispiel kann die Querschnittskonfiguration des vierten Lochs 297 eine kreisförmige (bevorzugte), quadratische, ovale, dreieckige oder eine beliebige andere regelmäßige oder unregelmäßige Form aufweisen, abhängig von vielen Faktoren, einschließlich der beabsichtigten Verwendung des Druckkopfs 80. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem das vierte Loch 297 eine vollkommen kreisförmige Form aufweist, weist dasselbe einen repräsentativen und nicht einschränkenden Durchmesser „D₂" von etwa 20 – 80 μm auf, wobei zu berücksichtigen ist, dass dieser Bereich nur zu Beispielszwecken angegeben ist.
Wieder sollen die Öffnungsplatten 250 in allen hier vorgestellten Ausführungsbeispielen nicht auf eine bestimmte numerische Abmessung, einen Durchmesser oder Flächenwerte beschränkt sein. Bei einem repräsentativen und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel, das kreisförmige erste, zweite, dritte und vierte Löcher 272, 282, 292, 297 aufweist, liefern jedoch die folgenden exemplarischen Beziehungen hervorragende Ergebnisse: (1) D₁ = 10 – 40 μm, (2) D = D, + 40 μm und (3) D₂ = 2 (D₁) .
Obwohl eine Anzahl unterschiedlicher Strukturentwürfe in Verbindung mit der Tintenübertragungsbohrung 286 verwendet werden kann, ist die Bohrung 286 in ihrer Querschnittsform entlang ihrer gesamten Länge Idealerweise gleichförmig. Die Bohrung 286 kann jedoch so konfiguriert sein, dass dieselbe ihre Querschnittsform ein- oder mehrmals an einer oder mehr beliebigen Positionen entlang der Länge derselben ändert. Repräsentative Querschnittskonfigurationen, die der Bohrung 286 zugeordnet sind, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf eine kreisförmige (bevorzugte), quadratische, ovale, dreieckige oder eine beliebige andere regelmäßige oder unregelmäßige Form. Wie es in 5 veranschaulicht ist, umfasst die Tintenübertragungsbohrung 286 ferner eine durchgehende innere Seitenwand 299, die die Grenzen der Bohrung 286 in der Mittelregion 260 der Öffnungsplatte 250 festlegt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Seitenwand 299 so ausgerichtet, dass dieselbe einen spitzen Winkel „X₂" relativ zu der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 bildet, wobei der Begriff „spitzer" Winkel wieder so definiert ist, dass derselbe einen Winkel von weniger als 90° (wobei etwa 25 – 75° in einer nicht einschränkenden Weise bevorzugt werden) umfasst. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das die Erfindung in keiner Weise beschränken soll, kann der Winkel „X" jedoch tatsächlich 90° oder mehr betragen, falls dies erforderlich und gewünscht ist. Somit kann bei einem repräsentativen, nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel ein breiter Winkelbereich von etwa 25 – 145° (oder sogar mehr als 145°) in Verbindung mit dem Winkel „X₂" verwendet werden.
Die Verwendung eines spitzen Winkels „X₂" in Verbindung mit der Seitenwand 299 der Tintenübertragungsbohrung 286 wird aus einer Anzahl von Gründen bevorzugt, einschließlich einer einfachen Herstellung unter Verwendung von Massenproduktionsherstellungstechniken, die Laserablation und dergleichen umfassen. Diese Winkelausrichtung bildet eine Bohrung 286, die im Wesentlichen kegelförmig ist (genauer gesagt ein abgeschnittener Kegel oder eine kegelstumpfförmige Konfiguration), die ein vergrößertes viertes Loch 297 darin aufweist, das verglichen mit dem dritten Loch 292 eine größere Größe aufweist. Der Begriff „größere Größe", wie derselbe in Verbindung mit dem dritten und dem vierten Loch 292, 297 verwendet wird, soll in einer äquivalenten Weise relativ zu der Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Loch 272, 282 definiert sein. Gemäß diesem Entwurf treten Tintenmaterialien (z. B. die Tintenzusammensetzung 174) ohne Weiteres während des Tintenausstoßprozesses in die Bohrung 286 ein (mit besonderer Bezugnahme auf das vergrößerte vierte Loch 297, das diesen Prozess erleich tert). Die Auswahl eines gegebenen internen Entwurfs relativ zu der beanspruchten Tintenübertragungsbohrung 286 und Ausnehmung 262 in der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 kann jedoch wieder unter Verwendung eines routinemäßigen Pilottestens vorab bestimmt werden, das die im Vorhergehenden angeführten Faktoren berücksichtigt, die die letztendliche Verwendung, die dem Druckkopf 80 zugeordnet ist, die ausgewählten Erzeugungsmaterialien und dergleichen umfassen.
Bezüglich der Gesamtlänge der Tintenübertragungsbohrung 286 soll die Erfindung nicht auf bestimmte Werte beschränkt sein. Bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel, das konzipiert ist, um optimale Funktionsfähigkeiten zu liefern, weist die Bohrung 286 eine exemplarische Länge „L₁" von etwa 24 – 47 μm auf, die wiederum nach Bedarf einer Veränderung unterliegt.
Nachdem das bevorzugte Ausführungsbeispiel der 5 – 6 beschrieben worden ist, ist es wichtig zu betonen, dass alle im Vorhergehenden aufgelisteten Winkel- und Abmessungsbeziehungen die Erfindung in keiner Weise beschränken sollen und stattdessen exemplarische Werte darstellen, die als bevorzugte Versionen der Erfindung vorgestellt werden. Viele andere Variationen sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich, vorausgesetzt, dass die beanspruchte Öffnungsplatte 250, die die Ausnehmung 262 und die Bohrung 286 darin aufweist, die gewünschten im Vorhergehenden erörterten Funktionsfähigkeiten aufweist. Zum Beispiel wird, wie es in 7 veranschaulicht ist, eine innere Seitenwand 299, die der Tintenübertragungsbohrung 286 zugeordnet ist, bereitgestellt, bei der (1) der Winkel „X₂" etwa 90° beträgt (in etwa ein rechter Winkel); und (2) die Seitenwand 270/untere Wand 276 (mit besonderer Bezugnahme auf die äußeren Kantenabschnitte 280 derselben) „geglättet" wurden, um eine eine untere Wand enthaltende Ausnehmung 262 zu bilden, die im Wesentlichen „schalenförmig" ist. Es sei darauf hingewiesen, dass eines oder beide der im Vorherge henden aufgeführten zwei Elemente in dem Ausführungsbeispiel von 5 enthalten sein können (oder in einem beliebigen anderen hier aufgeführten Ausführungsbeispiel, falls dies erforderlich und gewünscht ist). Tatsächlich können alle Variationen/Modifizierungen, die in diesem Abschnitt (Abschnitt „B") umrissen sind, in der Öffnungsplatte 250 in verschiedenen Kombinationen und Permutationen ohne Einschränkung enthalten sein. Einige zusätzliche Alternativen werden nun erörtert, die ebenso in die vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind, wie dieselbe beansprucht ist, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Erfindung nicht auf lediglich die im Folgenden umrissenen Alternativen beschränkt sein soll.
Mit Bezugnahme auf 8 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch veranschaulicht. Alle Informationen, Materialien, numerischen Parameter, Funktionscharakteristika, Betriebsmerkmale und anderen Aspekte der Ausführungsbeispiele der 5 – 7 sind gleichermaßen auf das Ausführungsbeispiel von 8 anwendbar (außer den im Folgenden aufgeführten bestimmten Modifizierungen). Die spezifischen Informationen, die den Ausführungsbeispielen der 5 – 7 zugeordnet sind, sind deshalb relativ zu der Öffnungsplatte 250 von 8 durch Bezugnahme aufgenommen. Die Öffnungsplatte 250, die in dem Ausführungsbeispiel von 8 veranschaulicht ist, wurde jedoch hinsichtlich der Winkelbeziehung zwischen (1) der Seitenwand 270, die der Ausnehmung 262 zugeordnet ist; und (2) der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 modifiziert. Im Einzelnen wurde der Winkel „X" bei dem Ausführungsbeispiel von 8 vergrößert, um 90° zu überschreiten, wodurch ein „stumpfer" Winkel gebildet ist. Ein stumpfer Winkel ist wieder allgemein so definiert, dass derselbe einen Winkel umfasst, der größer als 90° ist. Obwohl die vorliegende Erfindung in diesem Fall nicht auf bestimmte stumpfe Winkel beschränkt sein soll, wird bevorzugt, dass der Winkel „X", der diesem Ausführungsbeispiel zugeordnet ist, etwa 100 – 145° beträgt, um die Öffnungsplatte 250 zu erzeugen, die in 8 gezeigt ist. Diese Struktur liefert wieder eine Anzahl von wichtigen Vorteilen, einschließlich einer „Isolierung" des zweiten Lochs 282 in der Ausnehmung 262 gemäß der „eingesetzten" Beschaffenheit des zweiten Lochs 282. Ebenso kann bei der Betrachtung beider Ausführungsbeispiele, die in den 5 und 8 veranschaulicht sind, allgemein gesagt werden, dass ein repräsentativer breiter Bereich, der dem Winkel „X" zugeordnet ist, etwa 90 – 145° beträgt (was die Beziehung eines rechten Winkels von 5 und die bevorzugte Beziehung eines stumpfen Winkels von 8 umfasst).
Mit weiterer Bezugnahme auf das alternative Ausführungsbeispiel von 8 ist das erste Loch 272 noch größer als das erste Loch 272, das in den 5 – 6 gezeigt und im Vorhergehenden beschrieben ist. In welchem Maß das erste Loch 272 gemäß dem Ausführungsbeispiel von 8 vergrößert ist, schwankt abhängig von dem stumpfen Winkel „X", der zur Verwendung bei der Öffnungsplatte 250 ausgewählt ist. Die Gesamtgröße des ersten Lochs 272 (sowie seine Form, wie es im Vorhergehenden erörtert ist) soll nicht eingeschränkt sein, vorausgesetzt, dass das erste Loch 272 tatsächlich eine größere Größe aufweist (im Vorhergehenden definiert) als das zweite Loch 282. Es wird jedoch erwartet, dass die Implementierung des Ausführungsbeispiels von 8 gemäß den allgemeinen im Vorhergehenden gelieferten Informationen zu einer typischen, nicht einschränkenden Steigerung der Größe des ersten Lochs 272 (z. B. der Querschnittsfläche und/oder des Durchmessers) um etwa 10 – 50 % verglichen mit der Größe des ersten Lochs 272 bei dem Ausführungsbeispiel der 5 – 6 führt. Dieser Bereich ist jedoch nur repräsentativ und soll die Erfindung in keiner Weise einschränken. Die Gesamtlänge/-tiefe der Ausnehmung 262 bei dem Ausführungsbeispiel von 8 kann nach Bedarf oder Wunsch eingestellt werden, bevorzugt in dem „L"-Wertebereich, der im Vorhergehenden in Verbindung mit dem System der 5 – 6 aufgeführt wurde, oder bei Bedarf größer. Die gewünschten Parameter, die allen Variablen bei dem vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel zugeordnet sind (mit besonderer Bezugnahme auf „L", „X" und „X₁"), werden gemäß einem routinemäßigen Pilottesten vorab bestimmt, das eine Anzahl von Elementen berücksichtigt, einschließlich der anderen Komponenten, die verwendet werden, um den Druckkopf 80 zu erzeugen, sowie der Weise, in der der Druckkopf 80 verwendet werden wird.
Schließlich wird der Winkel „X₁", der die Beziehung zwischen (1) der unteren Wand 276; und (2) der Seitenwand 270 definiert, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in 8 gezeigt ist, ebenfalls „stumpf", wie es im Vorhergehenden definiert ist, d.h. über 90°. Obwohl die beanspruchte Erfindung in Verbindung mit dem Winkel „X₁" nicht auf gegebene Werte beschränkt sein soll, ist dieser Winkel allgemein äquivalent zu dem Wert, der dem Winkel „X" zugeordnet ist (unter der Annahme, dass die untere Wand 276 im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 bleibt, wie es in 8 veranschaulicht ist, was nicht unbedingt erforderlich, aber bevorzugt ist). Falls z. B. der Winkel „X" 120° beträgt, dann beträgt der Winkel „X₁" ebenfalls 120°, erneut unter der Annahme, dass eine im Wesentlichen parallele Beziehung zwischen der unteren Wand 276 und der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 aufrechterhalten wird. Es sei jedoch erneut betont, dass das Ausführungsbeispiel von 8 (und die im Vorhergehenden aufgeführten numerischen Werte) nur repräsentativ ist und die Erfindung in keiner Weise beschränken soll. Bezüglich der Konfiguration der Tintenübertragungsbohrung 286 kann dieser Abschnitt der Öffnung 252 die Merkmale aufweisen, die im Vorhergehenden in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der 5 – 7 aufgeführt wurden, wobei die damit zusammenhängenden Daten durch Bezugnahme relativ zu dem System von 8 aufgenommen sind.
9 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Alle Informationen, Materialien, numerischen Parameter, Funktionscharakteristika, Betriebsmerkmale und anderen Aspekte der Ausführungsbeispiele der 5 – 8 sind gleichermaßen auf das Ausführungsbeispiel von 9 anwendbar (außer den im Folgenden angegeben besonderen Modifizierungen). Die spezifischen Informationen, die den Ausführungsbeispielen der 5 – 8 zugeordnet sind, sind deshalb relativ zu dem System von 9 durch Bezugnahme aufgenommen. Bezüglich des Ausführungsbeispiels von 9 unterscheidet sich dasselbe von dem System der 5 – 6 hinsichtlich der Winkelbeziehung zwischen (1) der unteren Wand 276 in der Ausnehmung 262; und (2) der Seitenwand 270 in der Ausnehmung 262. Im Einzelnen weist der Winkel „X₁" zwischen diesen beiden Komponenten eine stumpfe Beschaffenheit auf, wie es im Vorhergehenden definiert ist, d.h. über 90°. Gleichzeitig bleibt der Winkel „X" relativ zu der Seitenwand 270 und der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 bei etwa 90° (in etwa einem rechten Winkel), in Übereinstimmung mit dem System der 5 – 6. Obwohl dieses bestimmte Ausführungsbeispiel nicht auf einen gegebenen stumpfen Winkel „X₁" beschränkt sein soll (wobei eine Anzahl von Variationen möglich ist), beträgt ein repräsentativer und bevorzugter Bereich, der dem Winkel „X₁" zugeordnet ist, bei dem Ausführungsbeispiel von 9 etwa 100 – 145°. Obwohl der Winkel „X" Idealerweise etwa 90° beträgt (in etwa einen rechten Winkel), wie es im Vorhergehenden erwähnt ist, sei betont, dass der Winkel „X" auch größer als dieser Wert sein kann, wobei die Werte eines stumpfen Winkels, die im Vorhergehenden in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel von 8 aufgeführt sind, relativ zu dem System von 9 ebenso anwendbar und durch Bezugnahme aufgenommen sind, falls dies gewünscht ist. Außerdem ist die untere Wand 276 bei der Öffnungsplatte 250 von 9 nicht mehr parallel zu der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250.
Die Gesamtlänge/-tiefe der Ausnehmung 262 bei dem Ausführungsbeispiel von 9 (gemessen von der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 zu dem zweiten Loch 282) kann nach Bedarf oder Wunsch eingestellt werden, bevorzugt innerhalb des „L"-Wertebereichs, der im Vorhergehenden in Verbindung mit dem System der 5 – 6 aufgeführt ist, oder bei Bedarf größer. Die gewünschten Parameter, die allen Variablen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zugeordnet sind (mit besonderer Bezugnahme auf „L", „X" und „X₁") werden gemäß einem routinemäßigen Pilottesten vorab bestimmt, das eine Anzahl von Elementen berücksichtigt, einschließlich der anderen Komponenten, die verwendet werden, um den Druckkopf 80 herzustellen, sowie der Weise, in der der Druckkopf 80 verwendet werden wird. Unter weiterer Bezugnahme auf 9 bleiben das erste und das zweite Loch 272, 282 bei dieser Version der beanspruchten Öffnungsplatte 250 von einem Größenstandpunkt her relativ zu dem anfänglichen Ausführungsbeispiel der 5 – 6 Idealerweise größtenteils identisch, obwohl die Größenwerte, die diesen Elementen zugeordnet sind, nach Bedarf modifiziert werden können. Bezüglich der Konfiguration der Tintenübertragungsbohrung 286 in 9 kann dieser Abschnitt der Öffnung 252 die Merkmale aufweisen, die im Vorhergehenden in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der 5 – 8 aufgeführt wurden, wobei die damit zusammenhängenden Daten durch Bezugnahme in das System von 9 aufgenommen sind. Schließlich liefert die Öffnungsplatte 250 von 9 wieder eine Anzahl von wichtigen Vorteilen, die eine „Isolierung" und einen Schutz des zweiten Lochs 282 in der Ausnehmung 262 gemäß der „eingesetzten" Beschaffenheit des zweiten Lochs 282 umfassen.
Mit Bezugnahme auf 10 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch veranschaulicht. Alle Informationen, Materialien, numerischen Parameter, Funktionscharakteristika, Betriebsmerkmale und anderen Aspekte der Ausführungsbeispiele der 5 – 9 sind gleichermaßen auf das Ausführungsbeispiel von 10 anwendbar (außer den im Folgenden aufgeführten bestimmten Modifizierungen). Die spezifischen Informationen, die den Ausführungsbeispielen der 5 – 9 zugeordnet sind, sind deshalb relativ zu der Öffnungsplatte 250 von 10 durch Bezugnahme aufgenommen. Die Öffnungsplatte 250, die bei dem Ausführungsbeispiel von 10 veranschaulicht ist, wurde jedoch weiter modifiziert hinsichtlich der Winkelbeziehung zwischen (1) der Seitenwand 270, die der Ausnehmung 262 zugeordnet ist; und (2) der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250. Im Einzelnen wurde der Winkel „X" bei dem Ausführungsbeispiel von 10 vergrößert, um 90° zu überschreiten, wodurch ein „stumpfer" Winkel gebildet ist, wie er im Vorhergehenden definiert ist. Obwohl die vorliegende Erfindung in diesem Fall nicht auf bestimmte stumpfe Winkel beschränkt sein soll, wird bevorzugt, dass der Winkel „X", der diesem Ausführungsbeispiel (10) zugeordnet ist, etwa 100 – 145° beträgt, um die Struktur von 10 zu erzeugen. Ebenso wurde die Öffnungsplatte 250, die in 10 dargestellt ist, weiter modifiziert hinsichtlich der Winkelbeziehung zwischen (1) der unteren Wand 276 in der Ausnehmung 262; und (2) der Seitenwand 270 der Ausnehmung 262. Im Einzelnen wurde der Winkel „X₁", der diesem Ausführungsbeispiel zugeordnet ist, vergrößert, um 90° zu überschreiten, wodurch ebenfalls ein „stumpfer" Winkel gebildet ist, wie er im Vorhergehenden definiert ist. Obwohl die vorliegende Erfindung in diesem Fall nicht auf bestimmte stumpfe Winkel beschränkt sein soll, wird bevorzugt, dass der Winkel „X₁", der diesem Ausführungsbeispiel (10) zugeordnet ist, etwa 120 – 165° beträgt, um die Öffnungsplatte 250 von 10 herzustellen. Ebenso sollte der Winkel „X₁", der der Struktur von 10 zugeordnet ist, ausreichend sein, um zu bewirken, dass die untere Wand 276 relativ zu der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 nicht parallel und nach unten geneigt ist. Dieser Entwurf liefert wieder eine Anzahl von wichtigen Vorteilen, die eine „Isolierung" und einen Schutz des zweiten Lochs 282 in der Ausnehmung 262 gemäß der „eingesetzten" Beschaffenheit des zweiten Lochs 282 umfassen.
Unter weiterer Bezugnahme auf das alternative Ausführungsbeispiel von 10 ist das erste Loch 272 größer als das erste Loch 272, das in den 5 – 6 gezeigt und im Vorhergehenden beschrieben ist. In welchem Maß das erste Loch 272 in dem System von 10 vergrößert ist, schwankt abhängig von dem stumpfen Winkel „X", der zur Verwendung bei der Öffnungsplatte 250 ausgewählt ist. Die Gesamtgröße des ersten Lochs 272 (sowie seine Form, wie es im Vorhergehenden erörtert ist) soll nicht eingeschränkt sein, vorausgesetzt, dass das erste Loch 272 tatsächlich eine größere Größe aufweist (im Vorhergehenden definiert) als das zweite Loch 282. Es wird jedoch erwartet, dass die Implementierung des Ausführungsbeispiels von 10 gemäß den allgemeinen im Vorhergehenden gelieferten Informationen zu einer typischen, nicht einschränkenden Steigerung der Größe des ersten Lochs 272 (z. B. der Querschnittsfläche und/oder des Durchmessers) um etwa 10 – 50 % verglichen mit der Größe des ersten Lochs 272 bei dem Ausführungsbeispiel der 5 – 6 führt. Dieser Bereich ist jedoch nur repräsentativ und soll die Erfindung in keiner Weise einschränken. Die Gesamtlänge/-tiefe der Ausnehmung 262 in der Öffnungsplatte 250 von 10 (gemessen von der oberen Oberfläche 254 der Platte 250 zu dem zweiten Loch 282) kann nach Bedarf oder Wunsch eingestellt werden, bevorzugt in dem „L"-Wertebereich, der im Vorhergehenden in Verbindung mit dem System der 5 – 6 aufgeführt wurde, oder nach Bedarf größer. Die gewünschten Parameter, die allen Variablen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zugeordnet sind (mit besonderer Bezugnahme auf „L", „X" und „X₁"), werden wieder gemäß einem routinemäßigen Pilottesten vorab bestimmt, das eine Anzahl von Elementen berücksichtigt, einschließlich der anderen Komponenten, die verwendet werden, um den Druckkopf 80 zu erzeugen, sowie der Weise, in der der Druckkopf 80 verwendet werden wird.
Es sei erneut betont, dass das Ausführungsbeispiel von 10 (und die im Vorhergehenden aufgeführten numerischen Werte) nur repräsentativ sind und die Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. Bezüglich der Konfiguration der Tintenübertragungsbohrung 286 in 10 kann dieser Abschnitt der Öffnung 252 die Merkmale aufweisen, die im Vorhergehenden in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der 5 – 9 aufgeführt wurden, wobei die damit zusammenhängenden Daten durch Bezugnahme relativ zu dem System von 10 aufgenommen sind.
Ein weiteres nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung ist in 11 veranschaulicht. Wieder sind alle Informationen, Materialien, numerischen Parameter, Funktionscharakteristika, Betriebsmerkmale und anderen Aspekte der Ausführungsbeispiele der 5 – 10 gleichermaßen auf das Ausführungsbeispiel von 11 anwendbar (außer den im Folgenden angegebenen bestimmten Modifizierungen). Die spezifischen Informationen, die den Ausführungsbeispielen der 5 – 10 zugeordnet sind, sind deshalb relativ zu dem System von 11 durch Bezugnahme aufgenommen.
Bezüglich der Öffnungsplatte 250 von 11 unterscheidet sich dieselbe von dem System der 5 – 6 auf eine Anzahl von Weisen. Erstens wurde die Öffnungsplatte 250, die in 11 veranschaulicht ist, hinsichtlich der Winkelbeziehung zwischen (1) der Seitenwand 270, die der Ausnehmung 262 zugeordnet ist; und (2) der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplatte 250 modifiziert. Im Einzelnen wurde der Winkel „X" bei dem Ausführungsbeispiel von 11 vergrößert, um 90° zu überschreiten, wodurch ein „stumpfer" Winkel gebildet ist. Ein stumpfer Winkel ist erneut allgemein so definiert, dass derselbe einen Winkel umfasst, der größer als 90° ist. Insbesondere umfasst der Winkel „X", der bei einer bevorzugten Version des Ausführungsbeispiels von 11 verwendet ist, die gleichen Charakteristika wie der Winkel „X", der bei dem Ausführungsbeispiel von 8 verwendet ist, wobei die Informationen, die im Vorhergehenden in Verbindung mit dem System von 8 aufgeführt sind, durch Bezugnahme relativ zu der Öffnungsplatte 250 von 11 aufgenommen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung in diesem Fall nicht auf bestimmte stumpfe Winkel beschränkt sein soll, wird bevorzugt, dass der Winkel „X", der diesem Ausführungsbeispiel zugeordnet ist, etwa 100 – 145° beträgt (im Wesentlichen das Gleiche wie in 8), um die Öffnungsplatte 250, die in 11 gezeigt, ist zu erzeugen. Wie es jedoch bereits erwähnt wurde, sind auch andere Werte in Verbindung mit dem Winkel „X" anwendbar. Zum Beispiel könnte der Winkel „X", falls gewünscht, etwa 90° (etwa einen rechten Winkel) oder weniger („spitz") betragen, vorausgesetzt, dass das erste Loch 272 eine größere Größe aufweist (im Vorhergehenden definiert) als das zweite Loch 282.
Das System von 11 unterscheidet sich auch auf eine andere Weise von dem der 5 – 6, die nun erörtert wird. Dieser Unterschied umfasst die Winkelbeziehung zwischen (1) der unteren Wand 276 der Ausnehmung 262; und (2) der Seitenwand 270 in der Ausnehmung 262. Im Einzelnen weist der Winkel „X₁" zwischen diesen beiden Komponenten bei dem spezifischen Ausführungsbeispiel von 11 einen Wert auf, der ausreichend ist, um eine sich nach oben erstreckende „Kronen"-Struktur 300 zu erzeugen, aus der die Tintenmaterialien (einschließlich der Tintenzusammensetzung 174) während des Betriebs des Druckkopfs 80 ausgestoßen werden. Insbesondere sollte der Winkel „X₁" ausreichend sein, um zu bewirken, dass die untere Wand 276 in der Ausnehmung 262 relativ zu der unteren Oberfläche 256 der Öffnungsplatte 250 (zumindest in einem gewissen Maß) nach oben geneigt ist, wie es veranschaulicht ist, so dass die Kronenstruktur 300 erzeugt werden kann. Obwohl diese bestimmte Version der Erfindung nicht auf einen gegebenen Winkel „X₁" beschränkt sein soll (wobei eine Anzahl von Variationen möglich ist), werden wirksame Ergebnisse erreicht, wenn der Winkel „X₁" spitz ist (kleiner als 90°), wobei ein repräsentativer und bevorzugter Bereich, der dem Winkel „X₁" bei dem Ausführungsbeispiel von 11 zugeordnet ist, etwa 45 – 80° beträgt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Winkel „X₁" tatsächlich 90° oder mehr betragen kann, falls dies erforderlich ist, vorausgesetzt, dass eine Struktur erzeugt wird, bei der die untere Wand 276 zumindest in einem gewissen Maß relativ zu der unteren Oberfläche 256 der Öffnungsplatte 250 nach oben geneigt ist, wie bereits erwähnt. Folglich ist die untere Wand 276 nicht parallel zu der unteren Oberfläche 256 der Öffnungsplatte 250 und bildet einen nach oben geneigten Winkel relativ zu der unteren Oberfläche 256, um die Kronenstruktur 300 zu erzeugen.
Die Gesamtlänge/-tiefe der Ausnehmung 262 in der Öffnungsplatte 250 von 11 (gemessen von der oberen Oberfläche 254 der Platte 250 zu dem zweiten Loch 282) kann nach Wunsch eingestellt werden, bevorzugt in dem „L"-Wertebereich, der im Vorhergehenden in Verbindung mit dem System der 5 – 6 aufgeführt ist, oder bei Bedarf größer. Die gewünschten Parameter, die allen Variablen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zugeordnet sind (mit besonderer Bezugnahme auf „L", „X" und „X₁"), werden wieder gemäß einem routinemäßigen Pilottesten vorab bestimmt, das eine Anzahl von Elementen berücksichtigt, einschließlich der anderen Komponenten, die verwendet werden, um den Druckkopf 80 herzustellen, sowie der Weise, in der der Druckkopf 80 verwendet werden wird. Unter weiterer Bezugnahme auf 11 bleiben das erste und das zweite Loch 272, 282 bei dieser Version der beanspruchten Öffnungsplatte 250 Idealerweise von einem Größenstandpunkt her relativ zu dem anfänglichen Ausführungsbeispiel der 5 – 6 im Wesentlichen gleich, obwohl die Größenwerte, die diesen Elementen zugeordnet sind, nach Bedarf modifiziert werden können. Bezüglich der Konfiguration der Tintenübertragungsbohrung 286 in 11 kann dieser Abschnitt der Öffnung 252 die Merkmale aufweisen, die im Vorhergehenden in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen der 5 – 10 aufgeführt sind, wobei die damit zusammenhängenden Daten durch Bezugnahme relativ zu dem System von 11 aufgenommen sind. Schließlich liefert die Öffnungsplatte 250 von 11 wieder eine Anzahl von wichtigen Vorteilen, die eine „Isolierung" und einen Schutz des zweiten Lochs 282 in der Ausnehmung 262 gemäß der „eingesetzten" Beschaffenheit des zweiten Lochs 282 umfassen. Zusätzlich liefert die Kronenstruktur 300, die im Vorhergehenden erörtert ist, sogar noch mehr strukturelle Integrität bei der Öffnungsplatte 250.
Ungeachtet der Informationen und Parameter, die im Vorhergehenden in Verbindung mit allen verschiedenen Entwürfen, die in den 5 – 11 gezeigt sind, aufgeführt sind, sollen diese mehreren Ausführungsbeispiele die Erfindung in keiner Weise beschränken und stattdessen verschiedene Versionen der Erfindung darstellen, die die gewünschten Vorteile liefern können. Weitere Variationen sind möglich und in der Erfindung enthalten, wie dieselbe durch die im Folgenden präsentierten Ansprüche definiert ist.
C. Tintenlieferungssysteme unter Verwendung der neuartigen Druckköpfe/Öffnungsplatten und zugeordnete Herstellungsverfahren
Gemäß den im Vorhergehenden bereitgestellten Informationen werden eine einzigartige Öffnungsplatte 250 und ein ihr zugeordneter Druckkopf 80 bereitgestellt, die ein hohes Maß an Dauerhaftigkeit, Langlebigkeit und Beständigkeit gegenüber den Auswirkungen einer physischen Ineingriffnahme mit Tintenwischern und anderen Strukturen aufweisen. Diese Vorteile werden gemäß den spezialisierten Öffnungsplatten 250 erreicht, die den im Vorhergehenden beschriebenen einzigartigen Öffnungsentwurf aufweisen, wobei die Platte 250 einen Organisches-Polymer-Aufbau aufweist. Es ist ein in hohem Maße erwünschter und neuartiger Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass alle erwähnten Vorteile unter Verwendung einer Dünnfilmpolyeröffnungsplatte 250 des Typs, der hier erörtert ist, erreicht werden können. Zusätzliche Vorteile, die dieser Öffnungsplatte 250 zugeordnet sind, sind in den vorhergehenden Abschnitten zusammengefasst. Zusätzlich zu den Komponenten, Merkmalen und neuartigen Elementen der Öffnungsplatte 250, die hier umrissen sind (einschließlich der spezialisierten Ausnehmung 262, die in Verbindung mit den Öffnungen 252 in der Platte 250 verwendet wird), soll diese Erfindung auch (1) ein „Tintenlieferungssystem", das unter Verwendung des beanspruchten Druckkopfs 80, an dem die Öffnungsplatte 250 angebracht ist, hergestellt wird; und (2) ein neuartiges Verfahren zum Herstellen des Druckkopfs 80 umfassen, das die spezialisierten Komponenten verwendet, die in den vorhergehenden Abschnitten „A" – „B" aufgeführt sind. Dementsprechend sollen alle Daten in den Abschnitten „A" – „B" vollständig durch Bezugnahme in den vorliegenden Abschnitt (Abschnitt „C") aufgenommen sein.
Um das Tintenlieferungssystem der Erfindung zu erzeugen, wird ein Tintenaufnahmegefäß bereitgestellt, das wirksam mit dem beanspruchten Druckkopf 80, der die neuartige, im Vorhergehenden erörterte Öffnungsplatte 250 aufweist (einschließlich jedes beliebigen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, wie in den 5 – 11 gezeigt, und anderer, die in der beanspruchten Erfindung enthalten sind), verbunden ist und mit demselben in Fluidkommunikation steht. Der Begriff „Tintenaufnahmegefäß", wie derselbe im Vorhergehenden definiert ist, kann einen beliebigen Typ von Gehäuse, Tank oder anderer Struktur umfassen, die konzipiert ist, um einen Tintenvorrat darin zu halten (einschließlich der Tintenzusammensetzung 174). Die Begriffe „Tintenaufnahmegefäß", „Gehäuse", „Kammer" und „Tank" sollen alle als von einem Funktions- und Strukturstandpunkt her äquivalent betrachtet werden. Das Tintenaufnahmegefäß kann z. B. das Gehäuse 12 umfassen, das bei der in sich geschlossenen Kassette 10 von 1 verwendet wird, oder das Gehäuse 172, das dem „außeraxialen" System der 3 – 4 zugeordnet ist. Ebenso soll der Ausdruck „wirksam verbunden" eine Situation umfassen, bei der der beanspruchte Druckkopf 80 (an dem die neuartige Öffnungsplatte 250 angebracht ist) direkt an einem Tintenaufnahmegefäß befestigt ist, wie es in 1 gezeigt ist, oder entfernt in einer „außeraxialen" Weise mit einem Tintenaufnahmegefäß verbunden ist, wie es in den 3 – 4 veranschaulicht ist. Wieder wird ein Beispiel für ein „eingebautes" System des Typs, der in 1 präsentiert ist, in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,771,295 für Baker u. a. geliefert, wobei „außeraxiale" Tintenlieferungseinheiten in der ebenfalls der vorliegenden Anmelderin gehörenden anhängigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 08/869,446 (eingereicht am 05.06.1997) mit dem Titel „AN INK CONTAINMENT SYSTEM INCLUDING A PLURAL-WALLED BAG FORMED OF INNER AND OUTER FILM LAYERS" (Olsen u. a.) und in der ebenfalls der vorliegenden Anmelderin gehörenden anhängigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 08/873,612 (eingereicht am 11.06.1997) mit dem Titel „REGULATOR FOR A FREE-INK INKJET PEN" (Hauck u. a.) beschrieben sind. Diese Druckschriften beschreiben und stützen eine „wirksame Verbindung" des beanspruchten Druckkopfs (z. B. Druckkopf 80 oder 204) mit einem geeigneten Tintenaufnahmegefäß, wobei die Daten und Vorteile, die in den Abschnitten „A" – „B" aufgeführt sind, erneut durch Bezugnahme in den vorliegenden Abschnitt (Abschnitt „C") aufgenommen sind. Diese Daten umfassen repräsentative Herstellungsmaterialien, Parameter und die beanspruchten neuartigen Merkmale, die der Öffnungsplatte 250, der Öffnung 252 und den Druckköpfen 80, 204 zugeordnet sind. In dieser Hinsicht umfassen die Tintenlieferungssysteme der vorliegenden Erfindung bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel (1) ein Tintenaufnahmegefäß, das eine Anzahl von unterschiedlichen Typen umfassen kann, wie es im Vorhergehenden erörtert ist; (2) einen Druckkopf, der ein Substrat, zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung an dem Substrat aufweist (wobei viele unterschiedliche Tintenausstoßvorrichtungen zur Verwendung geeignet sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein oder mehr Widerstandselemente); und (3) ein neuartiges Öffnungsplattenbauglied, das über dem Substrat positioniert ist. Die Öffnungsplatte weist die Charakteristika und Merkmale auf, die bei allen hier vorgestellten Ausführungsbeispielen (siehe 5 – 11) und jeglichen anderen Ausführungsbeispielen, die in der beanspruchten Erfindung enthalten sind, wie bereits erwähnt, umrissen sind. Das sich ergebende Tintenlieferungssystem liefert alle im Vorhergehenden aufgelisteten Vorteile, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine verbesserte Dauerhaftigkeit und die Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Tintentropfenbahn während der Lebensdauer des Druckkopfs.
Hinsichtlich des beanspruchten Verfahrens zum Erzeugen des neuartigen Druckkopfs 80 der vorliegenden Erfindung wird ein spezialisiertes Öffnungsplattenbauglied (nämlich Öffnungsplatte 250) bereitgestellt, das die Strukturen, Komponenten und Merkmale umfasst, die im Vorhergehenden aufgeführt und in den 5 – 11 gezeigt sind. In dieser Hinsicht sind wieder alle Informationen hinsichtlich der neuartigen Öffnungsplatte 250, die in den Abschnitten „A" – „B" präsentiert sind, auf das beanspruchte Verfahren anwendbar und sind durch Bezugnahme in diesen Abschnitt (Abschnitt „C") aufgenommen. Ein Substrat 82, das zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung darauf aufweist (bevorzugt einen Widerstand 86), ist ebenfalls bereitgestellt. Die Komponenten, die in Verbindung mit dem Substrat 82 und der Tintenausstoßvorrichtung verwendet werden können, sollen ebenso die allgemeinen Typen aufweisen, die im Vorhergehenden in den Abschnitten „A" – „B" erörtert sind. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die beanspruchten Verfahren, Vorrichtungen und Systeme nicht ausschließlich auf die repräsentativen Komponenten, die in den Abschnitten „A" – „B" umrissen sind, beschränkt sein sollen und nicht auf die Strukturkonfigurationen der neuartigen Öffnungsplatte 250 beschränkt sein sollen, die in den 5 – 11 präsentiert sind. Stattdessen soll die vorliegende Erfindung jede beliebige und alle Modifizierungen, Variationen und Äquivalente umfassen, die geeignet in den im Folgenden aufgelisteten Ansprüchen enthalten sind.
Wenn das Substrat 82 und die Tintenausstoßvorrichtung bereitgestellt worden sind, wird das neuartige Öffnungsplattenbauglied 250 (das die spezialisierte Ausnehmung 262 darin aufweist) fest in seiner Position über dem Substrat 82 befestigt, um den fertigen Druckkopf 80 zu erzeugen.
Repräsentative Verfahren zum Anbringen dieser Komponenten aneinander sind in dem obigen Abschnitt „A" aufgeführt. Geeignete Techniken zum Erreichen dieser Ziele umfassen die Verwendung von verschiedenen Haftmitteln, um die Öffnungsplatte 250 in ihrer Position (gegen die darunter liegende Tintensperrschicht 156) zu befestigen, oder durch Selbsthaftung der Öffnungsplatte 250, wie es im Vorhergehenden angedeutet ist. Hinsichtlich der Haftmaterialien erörtert Abschnitt „A" die Tintensperrschicht 6 (die in 2 gezeigt ist) zusammen mit der Platzierung einer Haftschicht 164 darauf zum Anhaften der Sperrschicht 156 an der darüber liegenden Öffnungsplatte 250. Die Haftschicht 164 kann eine Anzahl von unterschiedlichen Zusammensetzungen umfassen, wie es im Vorhergehenden erörtert ist. Repräsentative Haftmaterialien, die für diesen Zweck geeignet sind, umfassen im Handel erhältliche Epoxidharz- und Cyanacrylatverbindungen, die in der Technik bekannt sind. Ebenso kann die Haftschicht 164 die Verwendung von nicht gehärteten Polyisopren-Photoresist-Verbindungen umfassen, wie es in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,278,584 aufgeführt ist, sowie (1) Polyacrylsäure; und/oder (2) ein ausgewähltes Silanhaftmittel. Der Begriff „Polyacrylsäure" soll herkömmlich definiert sein, um eine Verbindung zu umfassen, die die folgende chemische Grundstruktur aufweist: [CH₂CH(COOH)_n], wobei n = 25 – 10.000. Polyacrylsäure ist im Handel aus zahlreichen Quellen erhältlich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Dow Chemical Corporation aus Midland, MI (USA). Repräsentative Silanhaftmittel, die zur Verwendung hier geeignet sind, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf im Handel erhältliche Produkte, die von Dow Chemical Corporation aus Midland, MI (USA) [Produktnummern 6011, 6020, 6030 und 6040] sowie OSI Specialties aus Danbury, CT (USA) (Produktnummer „Silquest" A-1100)] verkauft werden. Die im Vorhergehenden aufgelisteten Materialien sind jedoch wieder nur zu Beispielszwecken aufgeführt und sollen die Erfindung in keiner Weise einschränken.
Die Haftschicht 164 wird speziell dazu verwendet, die Öffnungsplatte 250 (oder beliebige andere Öffnungsplatten, die in der beanspruchten Erfindung enthalten sind) an und in dem Druckkopf 80 so anzubringen/zu befestigen, dass dieselbe fest in ihrer Position über dem Substrat 82, das die Tintenausstoßvorrichtungen (Widerstände 86) darauf aufweist, befestigt ist. Es ist wieder wichtig, darauf hinzuweisen, dass es sein kann, dass die Verwendung einer getrennten Haftschicht 164 tatsächlich nicht nötig ist, falls das obere Ende der Sperrschicht 156 auf irgendeine Weise haftbar gemacht werden kann (z. B. falls dieselbe aus einem Material besteht, das bei Erhitzung nachgiebig mit Haftcharakteristika wird). Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Verfahren, Techniken oder Materialien zur Assemblierung des Druckkopfs 80 beschränkt sein, mit besonderer Bezugnahme auf die Anbringung der Öffnungsplatte 250 an den darunter liegenden Komponenten des Druckkopfs 80.
Schließlich sind einige zusätzliche Informationen bezüglich der Bildung der Öffnung 252, die im Vorhergehenden beschrieben ist, einschließlich der neuartigen Ausnehmung 262 (alle Ausführungsbeispiele) und der Tintenübertragungsbohrung 286 darunter, angebracht. Viele unterschiedliche Verfahren zum Bilden von Löchern in Kunststoffen/Polymeren und dergleichen, die in der Technik bekannt sind, können zu diesem Zweck ohne Einschränkung verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Laserablationstechniken, chemische Ätzverfahren und die Verwendung von standardmäßigen mechanischen Bohrinstrumenten. Derartige Instrumente sind speziell geformt und anderweitig konfiguriert, um die gewünschten Entwürfe zu erzeugen, die der Ausnehmung 262 und der Tintenübertragungsbohrung 286 in jeder der beanspruchten Öffnungen 252 zugeordnet sind. Hinsichtlich der Verwendung von Laserablationstechniken sollen die Verfahren, die in den U.S.-Patentschriften Nr. 5,305,015 und 5,278,584 beschrieben sind, als anwendbar und hier durch Bezugnahme aufgenommen betrachtet werden. Im Einzelnen wird eine Maskenstruktur, die anfangs unter Verwendung von standardmäßigen lithographischen Techniken erzeugt wird, zu diesem Zweck verwendet. Ein Lasersystem herkömmlichen Entwurfs wird dann ausgewählt, das bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Excimer-Laser eines Typs umfasst, der aus den folgenden Alternativen ausgewählt ist: F₂, ArF, KrCl, KrF oder XeCl. Unter Verwendung dieses bestimmten Systems (zusammen mit bevorzugten Pulsenergien von mehr als etwa 100 Millijoule/cm² und Pulsdauern von weniger als etwa 1 Mikrosekunde) können die Öffnungen 252 und die ihnen zugeordneten Strukturen (z. B. die Ausnehmungstintenübertragungsbohrungen 286) mit einem hohen Grad an Genauigkeit, Präzision und Steuerung gebildet werden. Die beanspruchte Erfindung soll jedoch nicht auf ein bestimmtes Herstellungsverfahren beschränkt sein, wobei andere Verfahren ebenfalls geeignet sind zum Herstellen der fertigen Öffnungsplatte 250/Öffnungen 252, einschließlich herkömmlicher Ultraviolettablationsprozesse (z. B. unter Verwendung von ultraviolettem Licht in dem Bereich von etwa 150 – 400 nm) sowie standardmäßigem chemischen Ätzen, Stanzen, reaktivem Ionenätzen, Ionenstrahlfräsen und vergleichbaren bekannten Prozessen.
D. Erzeugen einer nicht konzentrischen Gegenbohrung in einer Öffnung
Wie es im Vorhergehenden genau beschrieben ist, gibt es viele bekannte entwurfs- und prozessbedingte Merkmale, die einen Endenabbruchsort beeinflussen. Diese Merkmale umfassen, ob der Widerstand (nicht gezeigt) und die Öffnung 252 versetzt sind, die Form der Bohrung 286, die Topologie der Öffnung 252, die Glätte und Gleichmäßigkeit der Ausgangskante der Bohrung 286 und andere zugeordnete Fehler, wie z. B. örtlich begrenzte Pfützenbildung, Kratzer und Rüschen. Alle diese Merkmale führen eine relativ unkontrollierte Schwankung des Endenabbruchsorts und der sich ergebenden Tropfendirektionalität ein.
Durch eine Verwendung einer nicht konzentrischen Gegenbohrung in der Öffnung kann der Endenabbruchsort jedoch gesteuert werden. Wie es in den 12 und 13 veranschaulicht ist, nutzt dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die natürliche Topographie, die aufgrund des flachen Ausgangsseitenablationsprozesses erzeugt ist, der durchgeführt wird, um eine flache Gegenbohrung 400 zu erzeugen. Wenn ein flacher Ausgangsseitenablationsprozess an der oberen Oberfläche 254 einer Öffnungsplatte 250 durchgeführt wird, wird ein einzigartiges Profil erzeugt. Das Profil der unteren Wand 276 der Gegenbohrung 400 ist halbkugelförmig um die Mitte der Gegenbohrung 400. Ein Abschnitt der unteren Wand 276 ist im Wesentlichen eben 402 und ein Abschnitt ist leicht geneigt 404. Folglich ist ein Graben 406 zwischen der Seitenwand 270 und dem geneigten Abschnitt 404 der unteren Wand 276 gebildet.
In 13 ist die Gegenbohrung 400 mit der Bohrung 286 nicht zentrisch, wohingegen die Gegenbohrung in 12 mit der Bohrung konzentrisch ist. Durch ein Versetzen der Gegenbohrung 400 von der Bohrung 286 modifiziert das halbkugelförmige Profil der Gegenbohrung die durchgehende Bohrungsseitenwand 299 derart, dass ein Abschnitt der Seitenwand 408 niedriger ist als der gegenüberliegende Abschnitt 410. Anders ausgedrückt besteht der Grundgedanke darin, den Bohrungsausgang 252 und die Gegenbohrung 400 derart anzuordnen, dass der Bohrungsausgang von der Mitte der Gegenbohrung weg zentriert (d. h. außermittig) ist und eine Seite der Bohrung in einer Höhe angeordnet ist, die bei der interessierenden Achse, bei der es sich allgemein um die Bewegungsachse handelt, höher als die andere ist. Diese Höhendifferenz ergibt einen konsistenten Endenabbruch zu dem höheren Abschnitt 410 der Seitenwand hin. Folglich liefert dieser konsistente Abbruch eine verbesserte Bewegungsachsendirektionalitätssteuerung.
Bevorzugt kann dieses Ausführungsbeispiel erzeugt werden durch ein Durchführen der Ausgangsseitenablation des vorgesehenen Gegenbohrungsentwurfs an der Ausgangsseite des flexiblen Elements in einem zweischrittigen Ablationsprozess unter Verwendung einer geeignet konzipierten Maske. Die Form des ablatierten Oberseitenmerkmals ist nicht entscheidend und es könnte sich dabei um einen nicht konzentrischen Kreis oder eine beliebige andere symmetrische oder asymmetrische Form um den Ausgang handeln. Außerdem könnte bzgl. des Grabens 406 im Wesentlichen jede Größe verwendet werden. Die Tiefe der Gegenbohrung 400 sollte jedoch bevorzugt so optimiert sein, dass dieselbe nicht tief genug ist, um den Tintenmeniskus zu halten.
Zusammenfassend liefert dieses nicht konzentrische Ausführungsbeispiel eine neue Möglichkeit, den Endenabbruchsort zu steuern, und verbessert die Direktionalität. ausgestoßener Tinte, ohne irgendeinen der Abfeuerkammerentwurfsparameter zu beeinflussen. Alle Möglichkeiten gemäß dem Stand der Technik, den Endenabbruchsort zu beeinflussen, beeinflussen den Abfeuerkammerentwurf und somit die Tropfenausstoßcharakteristika. Außerdem kann dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Abfeuerkammerentwurf kombiniert werden, der für andere Entwurfsvariablen optimiert ist, der jedoch eine schlechte endenabbruchsbedingte Direktionalität bei den Bewegungsvorteilen aufweist.
E. Erzeugen einer tiefen Gegenbohrung in einer Öffnung
Wie im Vorhergehenden erörtert, kann ein Meniskusüberschießen oder eine endenabbruchbedingte Pfützenbildung zu einer Direktionalitätsverschlechterung von thermischen Tintenstrahlstiften führen. Diese Verschlechterung schwankt abhängig von der Größe und Form der Tintenpfütze an der Öffnungsoberfläche. Folglich ist die Tintendirektionalität in hohem Maße variabel.
Das Tiefgegenbohrungsausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert einen Entwurf, der die Pfützenbildung eindämmt und einschränkt. Zusätzlich minimiert und/oder beseitigt dieses Ausführungsbeispiel auch das Meniskusüberschießen. Somit verhindert dieses Ausführungsbeispiel eine Direktionalitätsverschlechterung.
Insbesondere wird die Direktionalitätsverschlechterung durch eine Verwendung einer tiefen symmetrischen oder asymmetrischen Gegenbohrung verhindert. Eine derartige tiefe symmetrische Gegenbohrung 414 ist in 14 gezeigt, und eine tiefe asymmetrische Gegenbohrung 416 ist in 15 gezeigt. Natürlich könnten diese tiefen Gegenbohrungen 414, 416 jede beliebige Form aufweisen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine kreisförmige, dreieckige, quadratische, fünfeckige, usw., sowie eine beliebige unregelmäßige Form. Zusätzlich könnten die tiefen Gegenbohrungen 414, 416 entweder konzentrisch (wie in den 14 und 15 gezeigt) oder nicht konzentrisch (wie in. 13 gezeigt) mit der Bohrung 286 sein.
Die Gegenbohrungen 414, 416 sind bevorzugt tief genug, um den Tintenmeniskus 418 zu halten und als eine Fluidleitung zu fungieren, um jegliche Tintenpfützen zurück zu der Tintenübertragungsbohrung 286 zu verbinden. Somit verhindert und/oder minimiert dieses Ausführungsbeispiel das Ausmaß jeder Pfütze, die gebildet wird. Dies wiederum hilft dabei, die pfützenbildungbedingte Direktionalitätsverschlechterung, die dem thermischen Tintenstrahldrucken zugeordnet ist, zu verringern.
Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt hergestellt durch ein Durchführen einer Ausgangsseitenablation des vorgesehenen Gegenbohrungsentwurfs an der oberen Oberfläche 254 der Öffnungsplattenstruktur 250. Wieder könnte jeder beliebige Oberseitenablationsentwurf verwendet werden, solange die Gegenbohrung 414, 416 tief genug ist, um den Tintenmeniskus 418 zu halten und als eine Fluidleitung für Tintenpfützen zu fungieren.
Zusammenfassend liefert dieses Tiefgegenbohrungsausführungsbeispiel eine neue Möglichkeit, das Ausmaß einer Pfützenbildung zu steuern und die zugeordnete Verschlechterung der Direktionalität zu verringern, ohne Abfeuerkammerentwurfsparameter zu beeinflussen. Alle bislang bekannten Möglichkeiten zur Steuerung oder Verringerung von Pfützenbildung beeinflussen die Tinte oder den Abfeuerkammerentwurf und beeinträchtigen somit die Tropfenausstoß- und Druckqualitätscharakteristika des thermischen Tintenstrahlstifts. Außerdem kann dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Abfeuerkammerentwurf kombiniert werden, der für andere Entwurfsvariablen optimiert ist, der jedoch aufgrund einer großen und variablen Pfützenbildung eine schlechte Direktionalität aufweist. Beispiele hierfür umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf asymmetrische Bohrungen mit einem hohen Seitenverhältnis, die einen einseitigen Endenabbruch und einen großen Betrag an Hochfrequenzpfützenbildung aufweisen. Somit kann dieses Ausführungsbeispiel z. B. verwendet werden, um eine verbesserte Hochfrequenzdirektionalität kombiniert mit den Entwurfsvorteilen von asymmetrischen nicht-kreisförmigen Bohrungen zu erreichen.
F. Erzeugen einer Teilgegenbohrung in einer Öffnung
Wie im Vorhergehenden erörtert, unterliegen thermische Tintenstrahlstifte gemäß dem Stand der Technik Bahn- und Direktionalitätsschwankungen während des Druckens. Ein Grund hierfür ist die traditionelle Verwendung von kreisförmigen Öffnungen. Da die Öffnungen kreisförmig waren, gab es keinen besonderen Grund dafür, dass das Ende eines Tintenstrahltropfens den einen oder anderen Ort an dem Umfang der Bohrung vorziehen sollte, um schließlich abzugehen. Dies führt wieder zu der Möglichkeit, dass der Enden abbruch aufgrund von Ereignissen, die in der Abfeuerkammer auftreten, oder Oberseitenpfützen an der Öffnungsplattenstruktur von einer Seite der Bohrung zu der anderen schwankt. Natürlich kann diese Schwankung des Endenabbruchs direkt zu Punktplatzierungsfehlern führen.
Um dieses Problem zu lösen, gibt dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Öffnung zumindest eine gewisse Asymmetrie. Durch das Einführen dieser Asymmetrie zwingt dieses Ausführungsbeispiel das Ende, jedes Mal in die gleiche Richtung zu gehen.
Insbesondere modifiziert dieses Ausführungsbeispiel einen Gegenbohrungsentwurf so, dass ein Abschnitt 420 der Oberseitenoberfläche 254 der Öffnungsplattenstruktur 250 nicht entfernt wird. In anderen Worten wird nur eine Teil- (d. h. asymmetrische) Gegenbohrung 422 in der Oberseitenoberfläche 254 erzeugt, anstatt eine kreisförmige Gegenbohrung in der Oberseitenoberfläche 254 zu ätzen. Diese Teilgegenbohrung 422 ist in den 16 und 17 gezeigt. Die Teilgegenbohrung 422 kann z. B. unter Verwendung einer Laserablation und einer geeignet geformten Maske erzeugt werden.
Durch ein Ablatieren des nicht maskierten Abschnitts der Oberseitenoberfläche 54 liefert das Ausführungsbeispiel einen nicht ablatierten Abschnitt 420 der Öffnungsplattenstruktur 250, der sich von der Gegenbohrungswand 424 für den Abschnitt 420 direkt in die Bohrung 286 selbst erstreckt. Somit fungiert dieser Abschnitt 420 als eine Modifikationseinrichtung für den Tintenmeniskus an dem Punkt, an dem sich derselbe mit dem Bohrungsausgang schneidet. Insbesondere zieht der Abschnitt 420 das Tropfenende bei ausgestoßenen Tintentropfen an diesem Schnittpunkt an. Folglich zwingt dieses Ausführungsbeispiel das Ende, jedes Mal in die gleiche Richtung zu gehen, und überwindet deshalb die Endenabbruchsschwankungen des Stands der Technik.
G. Ausgangsseitenablation der Bohrungsausgangskante einer Öffnung
Wie bereits erwähnt, verwenden thermische Tintenstrahldrucker normalerweise ein oder mehr Wischerelemente, die die äußere Oberfläche der Öffnungsplatte sauber und frei von Tintenrückständen sowie anderen Fremdsubstanzen, wie z. B. Papierfasern, halten. Außerdem beeinträchtigt der Wischprozess oft Druckköpfe, die verschiedene Öffnungsplatten verwenden. Insbesondere verursacht der Durchgang der ein oder mehr Wischerelemente über die Öffnungsplatten häufig physische Verformungen (d. h. Rüschen) an den Öffnungsplattenkanten. Die sich ergebenden Veränderungen der Öffnungsgeometrie/-planarität verursachen erhebliche Veränderungen der Tintentropfenbahn. Diese unerwünschten Veränderungen der Öffnungsplattengeometrie verhindern, dass der Tintentropfen sich in seiner vorhergesehenen Richtung bewegt. Stattdessen wird der Tropfen nicht ordnungsgemäß ausgestoßen und wird an einen unerwünschten Ort auf dem Druckmedienmaterial (z. B. Papier und/oder andere Substrate) geliefert. Eine Verformung der Öffnungsplatte, wie dieselbe im Vorhergehenden umrissen ist (einschließlich der Bildung von Fremdkammstrukturen um die Umfangskanten der Öffnungen), kann auch die Ansammlung oder „Pfützenbildung" von Tinte in diesen Regionen verursachen. Wie bereits erörtert, kann diese Situation ferner die Tintentropfenbahn verändern durch ein Bewirken einer unerwünschten Wechselwirkung zwischen dem Tintentropfen, der ausgestoßen wird, insbesondere dem Endabschnitt jedes Tropfens oder seinem „Ende", mit angesammelter Tinte neben den Öffnungen. Folglich findet im Laufe der Zeit eine Druckqualitätsverschlechterung statt.
Eine perspektivische Ansicht einer typischen Bohrung gemäß dem Stand der Technik ist in 18 gezeigt. Wie es in der Figur veranschaulicht ist, sind laserablatierte Bohrungsausgangskanten 426 scharf und nicht gleichmäßig, wie dieselben erzeugt werden. Insbesondere sind Laserablatierboh rungen einem Bohren eines Lochs in einem Stück Metall ähnlich. Die Eingangsseite der Bohrungskante ist relativ glatt, während die Ausgangsseitenkante scharf ist und Grate aufweist. Dabei handelt es sich um das gleiche Phänomen, das bei einer Laserablation und den sich ergebenden scharfen und nicht gleichmäßigen Bohrungsausgangskanten 426 auftritt.
Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert eine Lösung für dieses Problem der „Rüschen". Insbesondere löst dieses Ausführungsbeispiel das Rüschenproblem durch ein Bereitstellen einer Bohrung 286 mit einer glatten und gleichmäßigen Ausgangskante. Vor dieser Erfindung gab es keine bekannten Lösungen zum Erzeugen einer glatten und gleichmäßigen Bohrungsausgangskante.
Insbesondere liefert dieses Ausführungsbeispiel eine Ausgangskantenglättung durch ein Durchführen eines Ablationsprozesses an der Oberseite einer bereits bestehenden Bohrung. In anderen Worten wird, nachdem die Bohrung 286 erzeugt werden ist, ein Ablationsprozess an der Oberseite der Bohrung durchgeführt. Dieses Ausgangskantenglätten wird bevorzugt durch ein Erzeugen einer Gegenbohrung bei der Bohrung 2E6 erreicht. Die Gegenbohrung kann entweder eine flache Gegenbohrung 428 sein, wie es in 19 gezeigt ist, oder eine tiefe Gegenbohrung 430, wie es in 20 gezeigt ist. In jedem Fall erzeugt das Erzeugen einer Gegenbohrung bei einer bestehenden Bohrung 286 glatte und gleichmäßige Bohrungsausgangskanten 432.
Obwohl die flache und die tiefe Gegenbohrung 428, 430 so gezeigt sind, dass dieselben kreisförmig und konzentrisch sind, könnte jede beliebige Form und Ausrichtung für die Ablationsmaske verwendet werden. Zum Beispiel könnten die Gegenbohrungen 428, 430 symmetrisch oder asymmetrisch sein und könnten konzentrisch oder nicht konzentrisch mit der Bohrung 286 sein. Zusätzlich könnte jede beliebige Breite eines durchgehenden Kanals oder Grabens um die Düsensäule bereitgestellt sein. Außerdem könnte, falls es gewünscht wird, die gesamte Oberseitenoberfläche 254 der Öffnungsplattenstruktur ablatiert werden, anstatt einfach eine Gegenbohrung in einem Bereich um jede Bohrung 286 zu erzeugen.
Somit löst dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Probleme des Stands der Technik, ohne neues Material oder eine neue Grenzfläche hinzuzufügen, um das Rüschenproblem zu überwinden. Dies ist besonders wichtig, da es schwierig und teuer ist, neue Materialien und Grenzflächen zu testen und zur Herstellung zuzulassen. Außerdem können neue Materialien und Grenzflächen beim Vorhandensein von aggressiven Tintenchemikalien Zuverlässigkeitsprobleme verursachen.
H. Schlussfolgerung
Abschließend umfasst die vorliegende Erfindung eine neuartige Druckkopfstruktur und eine spezialisierte Öffnungsplatte, die durch viele Vorteile gekennzeichnet sind. Diese Vorteile umfassen noch einmal (1) eine beträchtliche Steigerung der Druckkopf-/Öffnungsplattenlanglebigkeit; (2) die Fähigkeit, eine genaue Steuerung der Tintentropfenbahn aufrechtzuerhalten; (3) eine Kompatibilität der beanspruchten Öffnungsplatte mit Druckeinheiten, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Wischersystemen verwenden, die verwendet werden, um den Druckkopf zu reinigen; (4) die Vermeidung einer frühzeitigen Beschädigung der Öffnungsplatte trotz ihres Dünnfilm-Kunststoff/Polymer-Charakters; (5) die Fähigkeit, eine Dünnfilmpolymeröffnungsplattenstruktur hoher Dauerhaftigkeit zu liefern, die ihr leichtes und dünnes Profil aufrechterhalten kann, während die im Vorhergehenden erörterten Probleme vermieden werden; und (6) das Erreichen dieser Ziele unter Verwendung einer Technik, die die Aufbringung von zusätzlichen Materialschichten und/oder chemischen Zusammensetzungen auf die Öffnungsplatte vermeidet.
Die vorliegende Erfindung wurde hier mit Bezugnahme auf spezifische exemplarische Ausführungsbeispiele derselben beschrieben. Es ist für Fachleute ersichtlich, dass jemand, der diese Erfindung versteht, Änderungen oder andere Ausführungsbeispiele oder Variationen entwickeln kann, die die Grundsätze dieser Erfindung verwenden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie derselbe in den angehängten Ansprüchen dargelegt ist. Zum Beispiel soll die Erfindung nicht auf bestimmte Tintenlieferungssysteme, Betriebsparameter, numerische Werte, Abmessungen, Tintenzusammensetzungen und Komponentenausrichtungen innerhalb der allgemeinen Richtlinien, die im Vorhergehenden dargelegt sind, beschränkt sein, es sei denn, dies ist hier anders angegeben. Alle werden als innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegend betrachtet. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind deshalb in einem veranschaulichenden Sinn, nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen. Dementsprechend soll die Erfindung nicht eingeschränkt sein, wenn es nicht in Anbetracht der angehängten Ansprüche notwendig ist.

Claims

Ein Drucker (2100), der folgende Merkmale aufweist: eine Druckkopfkomponente (80), die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (82), das zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung an demselben umfasst; und ein Öffnungsbauglied (250), das über dem Substrat positioniert ist, wobei das Öffnungsbauglied zumindest eine Tintenübertragungsbohrung (286) aufweist, die sich durch dasselbe erstreckt, wobei jede Tintenübertragungsbohrung einzeln agiert zum Abgeben von vorgemischter Tinte, wobei das Öffnungsbauglied ferner folgende Merkmale aufweist: eine obere Oberfläche (254), die eine obere Öffnung für die Tintenübertragungsbohrung definiert; eine untere Oberfläche (256), die eine untere Öffnung für die Tintenübertragungsbohrung definiert; eine Gegenbohrung (400) in der oberen Oberfläche, wobei die Gegenbohrung mit der Tintenübertragungsbohrung nicht konzentrisch ist; und eine mittlere Oberfläche zwischen der oberen und der unteren Oberfläche, die durch die Gegenbohrung definiert ist; und einen Wischer (210) zum Reinigen der oberen Oberfläche der Druckkopfkomponente von Tinte, wobei die obere Oberfläche (254) dem Wischer ausgesetzt ist, und die mittlere Oberfläche durch die obere Oberfläche vor dem Wischer geschützt ist, um eine Beeinträchtigung der mittleren Oberfläche durch den Wischer zu verhindern.
Der Drucker gemäß Anspruch 1, bei dem die Tintenübertragungsbohrung zumindest eine Seitenwand (299) aufweist, und zumindest ein Abschnitt (410) der Seitenwand höher ist als zumindest ein anderer Abschnitt (408) der Seitenwand.
Der Drucker gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Öffnungsbauglied (250) aus einem organischen Polymer gebildet ist.
Der Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gegenbohrung (400) durch eine Laserablation gebildet ist.
Der Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine Sperrschicht (156) umfasst, die zwischen dem Substrat (82) und dem Öffnungsbauglied (250) angeordnet ist.
Der Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Querschnittsformen der Gegenbohrung (400), der oberen Öffnung und der unteren Öffnung kreisförmig sind.
Der Drucker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Querschnittsformen der Gegenbohrung (400), der oberen Öffnung und der unteren Öffnung nicht kreisförmig sind.
Der Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gegenbohrung (400) ferner einen Graben (406) nahe der oberen Öffnung und um den Umfang derselben definiert.
Der Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gegenbohrung (400) eine Teilgegenbohrung (422) ist, die einen ovalen Gegenbohrungsabschnitt der oberen Oberfläche und einen Restabschnitt der oberen Oberfläche definiert, wobei der ovale Gegenbohrungsabschnitt in Fluidkommunikation mit der Tintenübertragungsbohrung (286) steht, wobei der Restabschnitt die Tinte anzieht, wenn dieselbe von der Druckkopfkomponente (80) geliefert wird.
Der Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gegenbohrung (400) eine obere ovale Kante und eine untere ovale Kante aufweist, wobei ein Umfang der oberen ovalen Kante größer ist als ein Umfang der unteren ovalen Kante.
Der Drucker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gegenbohrung (400) eine Tiefe aufweist, die ausreichend ist, um einen Meniskus (418) von Tinte in der Gegenbohrung zu halten.
Der Drucker gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die Gegenbohrung (400) eine untere Oberfläche aufweist, die den Graben (406) bildet, und bei dem Wände der unteren Oberfläche sich von der Fluidübertragungsbohrung (286) weg neigen.
Der Drucker gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die Teilgegenbohrung (422) zumindest eine Ausnehmung (262) in dem Öffnungsbauglied (250) umfasst, die an der oberen Oberfläche (254) desselben beginnt und an einer Position innerhalb des Öffnungsbauglieds zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche (256) desselben endet, wobei die Ausnehmung eine Tiefe von etwa 1 μm aufweist und ein oberes Ende, ein unte res Ende und eine Seitenwand (270) dazwischen aufweist, wobei das obere Ende eine erste Öffnung (272) in derselben aufweist und das untere Ende eine untere Wand (276) in derselben aufweist, wobei die untere Wand eine zweite Öffnung (282) durch dieselbe aufweist, wobei die erste Öffnung größer ist als die zweite Öffnung, wobei die untere Wand in einem stumpfen Winkel von etwa 100° relativ zu der Seitenwand der Ausnehmung ausgerichtet ist, wobei die zumindest eine Fluidübertragungsbohrung (256) in Fluidkommunikation mit der Ausnehmung (262) steht, wobei die Bohrung an dem unteren Ende der Ausnehmung beginnt und an der unteren Oberfläche (256) des Öffnungsbauglieds endet.
Eine Druckkassette, die in dem Drucker (2100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingebaut ist, wobei die Druckkassette folgende Merkmale aufweist: einen Druckkassettenkörper (10); und ein Reservoir vorgemischter Tinte (180), wobei die Druckkopfkomponente (80) an dem Körper (10) in Fluidkommunikation mit dem Reservoir (180) gehalten wird, die Gegenbohrung (400) in Fluidkommunikation mit der Tintenübertragungsbohrung (286) steht und die Tintenübertragungsbohrung in Fluidkommunikation mit dem Reservoir steht.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Druckers (2100), das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Druckkopfkomponente, die folgende Merkmale aufweist: Bereitstellen eines Öffnungsbauglieds (250), das eine obere Oberfläche (254) und eine untere Oberfläche aufweist; Bilden einer Öffnung (252) in dem Bauglied, um eine Tintenübertragungsbohrung (286) mit einer Seitenwand zu definieren, wobei die Tintenübertragungsbohrung zum Abgeben von Tinte einzeln agiert; Bereitstellen eines Substrats (82), das zumindest eine Tintenausstoßvorrichtung an demselben aufweist; Erzeugen einer nicht-konzentrischen Gegenbohrung in der oberen Oberfläche des Öffnungsbauglieds, um eine mittlere Oberfläche zwischen der oberen und der unteren Oberfläche zu definieren; und Befestigen des Öffnungsbauglieds an dem Substrat, um die Druckkopfkomponente zu erzeugen; und Bereitstellen eines Wischers (210) zum Reinigen der oberen Oberfläche von vorgemischter Tinte, wobei die obere Oberfläche (254) dem Wischer ausgesetzt ist, und die mittlere Oberfläche durch die obere Oberfläche vor dem Wischer geschützt ist, um eine Beeinträchtigung der mittleren Oberfläche durch den Wischer zu verhindern.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Öffnungsbauglied (250) an dem Substrat (82) befestigt wird, bevor eine Gegenbohrung in der oberen Oberfläche (254) des Öffnungsbauglieds erzeugt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem eine Gegenbohrung in der oberen Oberfläche (254) der Öffnung (252) erzeugt wird, bevor das Öffnungsbauglied (250) an dem Substrat (82) befestigt wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, das ferner ein Befestigen einer Sperrschicht (156) an dem Substrat (82) aufweist, und bei dem das Öffnungsbauglied (250) an dem Substrat befestigt wird, indem dasselbe an der Sperrschicht befestigt wird.