DE69333236T2

DE69333236T2 - Thin film resistance printhead for thermal inkjet printers

Info

Publication number: DE69333236T2
Application number: DE1993633236
Authority: DE
Inventors: Brian Perrin Canfield; David Alan Johnson; John Paul Harmon
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2013-06-29
Also published as: JPH0664171A; DE69333236D1; EP0577383A3; EP0577383A2; EP0577383B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Technik und Technologie eines thermischen Tintenstrahldruckens und spezieller auf eine neue und verbesserte TFR-Druckkopf-Architektur (TFR = thin film resistor = Dünnfilmwiderstand) und -Geometrie, die bei der Herstellung von wegwerfbaren TIJ-Stiften (TIJ = Thermal Ink Jet = thermischer Tintenstrahl) verwendet wird.This invention relates generally on the technique and technology of thermal inkjet printing and more specifically to a new and improved TFR printhead architecture (TFR = thin film resistor = thin film resistor) and geometry used in the manufacture of disposable TIJ pens (TIJ = Thermal Ink Jet = thermal ink jet) is used.

Beim Entwurf der Dünnfilm-Widerstandsdruckköpfe, die bei der Fertigung von thermischen Tintenstrahldruckern verwendete werden, ist es bisher übliche Praxis gewesen, eine Mehrzahl von Heizwiderständen, wie z. B. jene, die aus Tantalum-Aluminium gefertigt sind, photolithographisch zu definieren und auf einem Dünnfilmsubstrat elektrisch miteinander zu verbinden und dann eine entsprechende Mehrzahl von ausgerichteten Abfeuerungskammern und zugeordneten Öffnungslöchern über und unter den Heizwiderständen zu konstruieren. Diese Abfeuerungskammern und Öffnungslöcher werden beim Ausstoßen von Tinte von einem Bereich innerhalb der Abfeuerungskammern und über den Heizwiderständen und auf ein Druckmedium verwendet. Wie hinreichend bekannt ist, sind diese Abfeuerungskammern allgemein aus einem ausgewählten Polymermaterial konstruiert, das auf das TFR-Substrat aufgebracht ist und auf der Oberseite dessen eine Öffnungsplatte, wie z. B. ein goldplattiertes Nickelmaterial, aufgebracht und im Hinblick auf die Abfeuerungskammern ausgerichtet wird. Die Polymerbarriereschicht wird ebenfalls photolithographisch definiert, um eine vorbestimmte Abfeuerungskammer-Geometrie und -Struktur aufzuweisen, benachbart zu welcher ein Tintenzuführkanal oder Durchlaß verwendet wird, um jede Abfeuerungskammer mit einer Quelle eines Tintenvorrats zu verbinden.When designing the thin-film resistance print heads, the used in the manufacture of thermal inkjet printers up to now, it is common Practice has been a variety of heating resistors, such as. B. those from Tantalum aluminum are made to be photolithographically defined and on a thin film substrate electrically connect with each other and then a corresponding plurality of aligned firing chambers and associated opening holes above and under the heating resistors to construct. These firing chambers and opening holes are made when ejecting Ink from an area within and over the firing chambers heating resistors and used on a print medium. As is well known these firing chambers are generally made of a selected polymer material constructed that on the TFR substrate is applied and on the top thereof an opening plate, such as B. a gold-plated nickel material, applied and in With regard to the firing chambers. The polymer barrier layer is also defined photolithographically to be a predetermined one Firing chamber geometry and structure adjacent to which an ink supply channel or passageway used to each firing chamber with a source of ink connect to.

Während des Betriebs werden elektrische Treiberimpulse selektiv an Leiterbahnen angelegt, die in die verschiedenen Heizwiderstände führen, die im Boden von jeder Abfeuerungs kammer angeordnet sind, um dadurch die Tinte zu erwärmen, um in jeder Abfeuerungskammer und über jedem Heizwiderstand zu sieden. Dieses Widerstandsabfeuern erzeugt wiederum eine Dampfblase und ein entsprechendes Druckfeld innerhalb der Druckkammer, das zum thermischen Ausstoßen von Tinte auf ein benachbartes Druckmedium verwendet wird.While During operation, electrical driver pulses are selectively applied to conductor tracks laid out which lead into the different heating resistors that are in the bottom of each Firing chamber are arranged to thereby heat the ink in each firing chamber and over to boil each heating resistor. This resistance firing creates again a vapor bubble and a corresponding pressure field inside the pressure chamber, which is used for thermal ejection of ink to an adjacent one Print media is used.

In der Vergangenheit war die Querschnittsgeometrie der Abfeuerungskammern, die durch die Wände der Polymerbarriere definiert sind, die zwischen dem Dünnfilmwiderstand-Substrat und der Öffnungsplatte positioniert ist, in ihrer Form teilweise rechteckig und typischerweise aus einer dreiseitigen Wandkonstruktion. Diese Konstruktion definierte die Abfeuerungskammerbereiche, die die Heizwiderstände auf drei Seiten derselben umgab. Diese Abfeuerungskammern und Tintenflußdurchlässe, die mit denselben verbunden sind, dienen nicht nur zum Definieren eines Tintenflußweges und der Tintenabfeuerungskammer für jeden Heizwiderstand, sondern diese Architektur dient auch zum fluidischen Isolieren von benachbarten Heizwiderständen und dadurch zum Minimieren eines unerwünschten Nebensprechens zwischen denselben.In the past, the cross-sectional geometry was the firing chambers defined by the walls of the polymer barrier between the thin film resistor substrate and the opening plate positioned, partially rectangular in shape and typically from a three-sided wall construction. This construction defined the firing chamber areas that the heating resistors on surrounded three sides of the same. These firing chambers and ink flow passages, which with the same are not only used to define one ink flow and the ink firing chamber for each heating resistor, but these Architecture also serves to fluidically isolate neighboring ones heating resistors and thereby to minimize unwanted crosstalk between same.

Beispiele der vorstehenden dreiseitigen rechteckig geformten Barriereschicht-Geometrien sind jene, die in dem wegwerfbaren Dreifarbstift verwendet werden, der für eine Verwendung im thermischen PaintJet-Tintenstrahldrucker von Hewlett Packard angepaßt ist. Dieser Wegwerfstift und der thermische PaintJet-Tintenstrahldrucker, in dem er mit Erfolg verwendet worden ist, sind ferner ausführlich im Hewlett Packard Journal, Band 39, Nr. 4, August 1988 beschrieben.Examples of the above three-sided rectangular shaped barrier layer geometries are those that are in the disposable Tricolor pencil can be used for thermal use Hewlett Packard's PaintJet inkjet printer is customized. This disposable pen and the thermal paintjet inkjet printer, in which it has been used with success are also detailed in Hewlett Packard Journal, Volume 39, No. 4, August 1988.

Die allgemeine Architektur der Öffnungsplatte und der Tintenzuführgeometrie für den vorstehenden PaintJet-Stift ist ebenfalls im U.S.-Patent Nr. 4.771.295 beschrieben, das an Jeffrey P. Baker u. a. erteilt und an die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Zusätzlich sind sowohl die zweiseitige und dreiseitige Barriereschicht und die Abfeuerungskammer-Geometrien vorwiegend bei anderen Typen von thermischen Tintenstrahlstiften verwendet worden, wie jenen, die beispielsweise in den U.S.-Patenten Nr. 4.542.389 und 4.550.326, die an Ross R. Allen erteilt wurden, und im U.S.-Patent Nr. 4.794.410, das an Howard H. Taub erteilt wurde, die alle an die Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurden, offenbart sind.The general architecture of the orifice plate and the ink delivery geometry for the the above PaintJet pen is also in U.S. Patent No. 4,771,295 described to Jeffrey P. Baker et al. a. granted and to the applicant of the present invention has been. additionally are both the two-sided and three-sided barrier layer and the firing chamber geometries predominantly for other types of thermal inkjet pens have been used, such as those for example in U.S. Patent Nos. 4,542,389 and 4,550,326, issued to Ross R. Allen and in U.S. Patent No. 4,794,410 which was issued to Howard H. Taub, all to the applicant of the present invention have been disclosed.

Die EP-A-0.454.155 offenbart einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einem Heizwiderstand, der durch den Ausstoßdurchgang lokalisiert ist und der im Bereich des Ausstoßdurchgangs angeordnet ist.EP-A-0.454.155 discloses one An ink-jet recording head with a heating resistor located through the exhaust passage and that in the area of the discharge passage is arranged.

Obgleich die thermischen Tintenstrahlstift-Entwürfe der dreiseitigen Barriereschicht und der Abfeuerungskammerkonstruktion von Hewlett Packard in den meisten Betriebsbedingungen relativ zufriedenstellende Ergebnisse geliefert haben, gibt es nichtsdestotrotz bestimmte Situationen, wo die vorstehenden dreiseitigen rechteckigen Barriereschichtentwürfe zum Erzeugen von annehmbaren einheitlichen Tintentropfenvolumina, einer gedruckten Punkt-und-Zeilen-Einheitlichkeit und einer entsprechenden annehmbaren Druckqualität, speziell während des Hochfrequenzbetriebs des thermischen Tintenstrahlstifts beim Arbeiten in einem Graphikmodus, nicht vollkommen geeignet waren. Es ist die Lösung für dieses Problem, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht.Although the thermal inkjet pen designs three-sided barrier layer and the firing chamber construction by Hewlett Packard relatively satisfactory in most operating conditions Have delivered results, there are nevertheless certain situations where the above three-sided rectangular barrier layer designs for Generate acceptable uniform ink drop volumes, one printed dot-and-line uniformity and an appropriate acceptable print quality, especially during the High frequency operation of the thermal inkjet pen while working in a graphics mode, were not entirely suitable. It is the Solution for this Problem to which the present invention relates.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein thermischer Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1 geschaffen.According to the present invention a thermal ink jet printhead according to claim 1 is provided.

Es ist entdeckt worden, daß eine kontinuierlich gekrümmte konkave Abfeuerungskammerwand, die im Hinblick auf die Geometrie des Heizwiderstands präzise ausgerichtet ist, eine erhebliche Verbesserung in der Einheitlichkeit und Konsistenz der Tintentropfenvolumina, die von diesen Abfeuerungskammern und den zugeordneten Öffnungslöchern ausge stoßen werden, erzeugt. Dies führt wiederum zu einer erheblichen Verbesserung der Gesamtdruckqualität. Man ist der Annahme, daß die vorstehenden bisher unannehmbaren Schwankungen in der Druckpunktgröße und dem entsprechenden Tropfenvolumen, die durch die vorstehend beschriebenen thermischen Tintenstrahlstifte erzeugt wurden, von der Tatsache herrührten, daß sich Restluft von dem verdampften Fluid in unnötiger Weise sowohl in der rechteckigen Ecke als auch in den Zwischenräumen zwischen den Barriereschichtwänden und den Widerstandskanten der bisher konzipierten Abfeuerungskammern ansammelte.It has been discovered that a continuously curved concave firing chamber wall that is precisely aligned with the geometry of the heating resistor significantly improves the uniformity and consistency of the Ink drop volumes that are ejected from these firing chambers and the associated orifices. This in turn leads to a significant improvement in the overall print quality. It is believed that the previously unacceptable fluctuations in pressure dot size and corresponding drop volume produced by the thermal inkjet pens described above resulted from the fact that residual air from the vaporized fluid is unnecessarily in both the rectangular corner and also accumulated in the spaces between the barrier layer walls and the resistance edges of the firing chambers previously designed.

Wenn ein thermischer Tintenstrahltropfengeneratorentwurf ermöglicht, daß sich Restluft und Gase von früheren Druckzyklen auf oder nahe der Heizwiderstandsoberfläche akkumulieren können, liefern diese Luft und dieses Gas Niedrigtemperatur-Blasenbildungsstellen auf dem Heizwiderstand, die die Zeit in der Antriebsimpulsbreite ändert, zu der Tintenverdampfung beginnt. Diese Änderung variiert wiederum den Druck, der an die Tinte, die vom Druckkopf ausgestoßen wird, geliefert wird. Weil das Tintentropfenvolumen, das in einer Tintenabfeuerungskammer plötzlich anschwillt, abnimmt, während die thermische Tintenstrahlabfeuerungsfrequenz reduziert wird, ist daraus gefolgert worden, daß diese Änderung von einem gewissen zeitabhängigen Prozeß resultiert, der nach einem Tropfenausstoß abnimmt, und der erneute Auflösungsprozeß der Restluft, die vom Blasenverdampfungsprozeß übrig bleibt, ist ein solcher zeitabhängiger Prozeß.If a thermal ink drop generator design allows that itself Residual air and gases from earlier Accumulate pressure cycles on or near the heating resistor surface can deliver this air and this gas low temperature blistering sites on the heating resistor, which changes the time in the drive pulse width ink evaporation begins. This change in turn varies Pressure attached to the ink ejected by the printhead is delivered. Because the volume of ink drops in an ink firing chamber suddenly swells, decreases while the thermal ink jet firing frequency is reduced from this it has been concluded that this change of a certain time-dependent Process results that decreases after a drop of drops, and the process of redissolving the residual air, left over from the bubble evaporation process is such a time-dependent Process.

Dementsprechend ist es der allgemeine Zweck und die grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Einheitlichkeit der Tintentropfenvolumina und der entsprechenden Punkt- und Zeilengrößen während eines thermischen Tintenstrahldruckens sowohl im Text- als auch Graphikmodus erheblich zu verbessern, um die Gesamtdruckqualität der Druckkopieausgabe zu verbessern. Dieser Zweck und diese Aufgabe werden unter anderem durch das Aufbringen einer Barriere schicht einer neuartigen Architektur und einer Tintenabfeuerungskammer über einem Dünnfilm-Widerstands-Substrat mit einer Mehrzahl von polygonförmigen Heizwiderständen, die auf demselben gebildet sind, erreicht und realisiert. Die Barriereschicht definiert eine Mehrzahl von Tintenabfeuerungskammern, die jeweils durch eine kontinuierlich gekrümmte oder bogenförmige konkave Wand gebildet sind, die sich lateral innerhalb der Grenze des Bereichs, der durch den Widerstand und einen 10 Mikrometer breiten Spielraum um den Widerstand definiert ist, befindet. In dieser Weise liegt die Abfeuerungskammerwand nahe an den Seiten des Widerstands, ohne daß ein unangemessen hoher Betrag der Scheitelpunktabschnitte des Widerstands, der unter der Barriereschicht positioniert ist, vorliegt.Accordingly, it is the general purpose and the basic object of the present invention is uniformity the ink drop volumes and the corresponding dot and line sizes during one thermal inkjet printing in both text and graphic modes to significantly improve the overall print quality of the hard copy output to improve. This purpose and task are among others by applying a barrier layer of a novel architecture and an ink firing chamber over a thin film resistor substrate with a plurality of polygonal ones Heating resistors that are formed on it, achieved and realized. The barrier layer defines a plurality of ink firing chambers, each through a continuously curved or arcuate concave wall are formed that are laterally within the boundary of the area through the resistor and a 10 micron wide Scope around which resistance is defined is located. That way the firing chamber wall is close to the sides of the resistor, without a inappropriately high amount of the apex portions of the resistor, which is positioned under the barrier layer.

Eine Öffnungsplatte ist auf der Oberseite der Barriereschicht angeordnet und weist eine entsprechende Mehrzahl von Öffnungslöchern auf, wobei ein Öffnungsloch jeweils mit jeder Abfeuerungskammer zum Ausstoßen von Tintentropfen eines einheitlichen Volumens aus derselben während einer Tintenstrahldruckoperation ausgerichtet ist.An opening plate is on the top arranged the barrier layer and has a corresponding plurality from opening holes to being an opening hole one with each firing chamber for ejecting ink drops uniform volume therefrom during an ink jet printing operation is aligned.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen neuen und verbesserten thermischen Tintenstrahldruckkopf des beschriebenen Typs zu schaffen, wobei erhebliche Verbesserungen im Hochfrequenzverhalten und der resultierenden Druckqualität unter Verwendung von minimalen Prozeß- und Entwurfsmodifizierungen an existierenden Fertigungsprozessen eines thermischen Tintenstrahldruckkopfs und an TIJ-Stiftentwürfen erreicht werden können.Another object of this invention is a new and improved thermal inkjet printhead to create the type described, with significant improvements in high frequency behavior and the resulting print quality using of minimal process and design modifications to existing manufacturing processes thermal inkjet printhead and TIJ pen designs can be.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen neuen und verbesserten thermischen Tintenstrahldruckkopf des Typs, der beschrieben wurde, zu schaffen, wobei sich die Tropfenausstoßstabilität und die Tropfen-zu-Tropfenkonsistenz im Hinblick auf die bekannten TIJ-Stiftentwürfe erheblich verbessert haben.Another job is to get one new and improved type thermal inkjet printhead, which has been described to create, the drop ejection stability and the Drop-to-drop consistency is significant with regard to the well-known TIJ pen designs have improved.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

Fachleute erkennen ohne weiteres die Vorteile und Merkmale der offenbarten Erfindung anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, wenn dieselbe in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird. Es zeigen:Professionals easily recognize the advantages and features of the disclosed invention based on the following detailed Description when read in conjunction with the drawings becomes. Show it:

1 eine teilweise weggeschnittene isometrische Ansicht, die einen thermischen Tintenstrahldruckkopf zeigt, der eine verbesserte Abfeuerungskammerkonstruktion gemäß der Erfindung umfaßt, 1 FIG. 4 is a partially cut-away isometric view showing a thermal ink jet printhead incorporating an improved firing chamber construction in accordance with the invention;

2 ist ein Ausschnitt einer Draufsicht der Abfeuerungskammerkonfiguration des thermischen Tintenstrahldruckkopfs von 1. 2 FIG. 14 is a partial top view of the firing chamber configuration of the thermal ink jet printhead of FIG 1 ,

3 ist ein Ausschnitt einer Draufsicht einer weiteren Abfeuerungskammerkonfiguration gemäß der Erfindung. 3 Figure 13 is a partial top view of another firing chamber configuration in accordance with the invention.

4 ist ein Ausschnitt einer Draufsicht einer weiteren Abfeuerungskammerkonfiguration gemäß der Erfindung. 4 Figure 13 is a partial top view of another firing chamber configuration in accordance with the invention.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE DISCLOSURE

In der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und in den einzelnen Figuren der Zeichnung sind identische Elemente durch identische Bezugszeichen bezeichnet.In the detailed below Description and in the individual figures of the drawing are identical Elements identified by identical reference numerals.

Es wird nun Bezug auf 1 genommen, wobei der thermische Tintenstrahldruckkopf, der darin gezeigt ist, allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist und ein Substratbauglied 12 umfaßt, auf dem eine Polymerbarriereschicht 14 aufgebracht und in der gezeigten Geometrie konfiguriert ist. Das Substrat 12 ist typischerweise entweder aus Glas oder Silikon oder einem anderen geeigneten isolierenden Material oder Halbleitermaterial konstruiert, das oberflä chenoxidiert wurde und auf das eine Mehrzahl von polygonförmigen Heizwiderständen 26 photolithographisch definiert ist, z. B. in einer Schicht aus einem resistiven Material, wie z. B. Tantalum-Aluminium. Diese Heizwiderstände 26 sind durch Leiterbahnstrukturen (nicht gezeigt) elektrisch verbunden, die zum Liefern von Antriebsstromimpulsen an diese Heizwiderstände während einer thermischen Tintenstrahldruckoperation verwendet werden. Zusätzlich ist auch eine Oberflächenpassivierungs- und Schutzisolierschicht (nicht gezeigt) zwischen der darüberliegenden Polymerbarriereschicht 14 und den darunterliegenden Heizwiderständen 26 und den Leiterbahnstrukturen vorgesehen, und die Einzelheiten dieser TIJ-Druckkopfkonstruktion sind in dem vorstehend bezeichneten Hewlett Packard Journal, Band 39, Nr. 4 und auch in dem Hewlett Packard Journal, Band 36, Nr. 5, Mai 1985, die hierin ebenfalls durch Bezugnahme aufgenommen sind, angegeben.It will now refer to 1 taken with the thermal ink jet printhead shown therein generally referenced 10 is designated and a substrate member 12 comprises, on which a polymer barrier layer 14 applied and configured in the geometry shown. The substrate 12 is typically either glass or silicone or some other suitable insulation constructed material or semiconductor material that has been surface oxidized and onto which a plurality of polygonal heating resistors 26 is defined photolithographically, e.g. B. in a layer of a resistive material, such as. B. Tantalum aluminum. These heating resistors 26 are electrically connected by trace structures (not shown) used to supply drive current pulses to these heating resistors during a thermal ink jet printing operation. In addition, there is also a surface passivation and protective insulation layer (not shown) between the overlying polymer barrier layer 14 and the underlying heating resistors 26 and the conductor structures, and the details of this TIJ printhead construction are in the aforementioned Hewlett Packard Journal, Vol. 39, No. 4 and also in the Hewlett Packard Journal, Vol. 36, No. 5, May 1985, also incorporated herein by reference are included.

Die Polymerbarriereschicht 14 wird typischerweise aus einem hinreichend bekannten polymeren Material, wie z. B. Vacrel, das von der Dupont Company in Wilmington, Delaware erhältlich ist, und unter Verwendung bekannter photolithographischer Maskierungs- und Ätzprozesse photodefiniert, die verwendet werden, um die Geometrie der Abfeuerungskammer 18 zu definieren. Die Abfeuerungskammer 18 ist durch eine kontinuierlich gekrümmte oder bogenförmige konkave Wand 16 definiert, die sich vom Widerstand aufwärts erstreckt und die nahe des Umfangs oder der Grenze des Widerstands Enden aufweist. Die Enden der kontinuierlich gekrümmten konkaven Wand 16 bilden eine einzelne Tintenübertragungsöffnung in die Abfeuerungskammer 18 und sind mit den Seiten eines rechteckig geformten Tintenzuführkanals 28 verbunden, der sich, wie gezeigt, erstreckt, um Tinte an den abgeschrägten oder abgewinkelten Einführ-Endabschnitten 16 zu empfangen, die einen Tinteneintrittsdurchlaß der Polymerbarriereschicht 14 definieren. Somit ist die Abfeuerungskammer 18 mit dem rechteckig geformten Tintenzuführkanal 28 einstöckig verbunden und dem Tintenflußeintrittsdurchlaß 30 zugeordnet, der betreibbar ist, um Tinte an die Abfeuerungskammer 18 während des Tropfenausstoßes von Tinte von dem thermischen Tintenstrahldruckkopf zu liefern.The polymer barrier layer 14 is typically made from a well-known polymeric material, such as. B. Vacrel, available from the Dupont Company of Wilmington, Delaware, and photo-defined using known photolithographic masking and etching processes used to shape the firing chamber geometry 18 define. The firing chamber 18 is by a continuously curved or arcuate concave wall 16 defined, which extends upward from the resistor and which has ends near the circumference or the border of the resistor. The ends of the continuously curved concave wall 16 form a single ink transfer port into the firing chamber 18 and are with the sides of a rectangular shaped ink supply channel 28 connected, which extends as shown to ink at the chamfered or angled insertion end portions 16 to receive an ink entry passage of the polymer barrier layer 14 define. This is the firing chamber 18 with the rectangular shaped ink supply channel 28 connected in one piece and the ink flow inlet passage 30 assigned which is operable to supply ink to the firing chamber 18 during the drop ejection of ink from the thermal ink jet printhead.

Die kontinuierlich gekrümmte konkave Abfeuerungskammerwand 16 liegt über dem Widerstand und ist so konfiguriert, daß sie innerhalb der Grenze des Bereichs verbleibt, der durch den polygonförmigen Widerstand und einen 10 Mikrometer breiten Spielraum, der den polygonförmigen Widerstand umgibt, definiert ist, wobei die kontinuierlich gekrümmte Wand 16 in der Nähe zu den Seiten des polygonförmigen Widerstands bleibt. In anderen Worten ist die kontinuierlich gekrümmte konkave Wand 16 innerhalb der Aufwärtserweiterung oder des Vorsprungs des Umfangs des Bereichs enthalten, der durch den polygonförmigen Widerstand und einen 10 Mikrometer breiten Spielraum, der den Widerstand umgibt, definiert ist. Abhängig von der Implementierung kann die kontinuierlich gekrümmte konkave Wand 16 innerhalb eines beliebigen der Scheitelpunkte des polygonförmigen Widerstands hindurchgelangen. Die kontinuierlich gekrümmte Wand kann auch vollständig innerhalb der Grenze des Widerstands sein, z. B. so, daß Abschnitte der Wand tangential zu einer beliebigen der Seiten des polygonförmigen Widerstands sind.The continuously curved concave firing chamber wall 16 is above the resistor and is configured to remain within the limit of the range defined by the polygonal resistor and a 10 micron wide margin surrounding the polygonal resistor, with the continuously curved wall 16 stays close to the sides of the polygonal resistor. In other words, the continuously curved concave wall 16 included within the upward extension or protrusion of the perimeter of the area defined by the polygonal resistor and a 10 micron wide margin surrounding the resistor. Depending on the implementation, the continuously curved concave wall 16 pass through within any of the vertices of the polygonal resistor. The continuously curved wall can also be completely within the limit of resistance, e.g. B. such that portions of the wall are tangent to any of the sides of the polygonal resistor.

Mittels eines veranschaulichenden Beispiels zeigt 1 in schematischer Weise eine Implementierung der Erfindung mit einem viereckigen Widerstand 26 und einer Kammerwand 16, die in der Form eines Teils eines kreisförmigen Zylinders ist, und 2 führt eine schematische Draufsicht desselben an. Der Widerstand 26 weist eine lineare Seitenabmessung von L auf, z. B. im Bereich von etwa 35 bis 60 Mikrometern, und die Zylinderachse CA der teilweise kreisförmigen Zylinderabfeuerungskammerwand 16 ist im wesentlichen orthogonal zum Widerstand 26 (und zur Ebene von 2) und gelangt durch die Mitte der viereckigen Form des Widerstands 126. Die Barrierewand ist ein teilweise kreisförmiger Zylinder in dem Sinne, daß der Abschnitt des Zylinders zwischen den Wandenden 16a entfernt worden ist. Wie in 2 dargestellt ist, weist ein Querschnitt des teilweise kreisförmigen Zylinders den Hauptbogen auf dem Kreis, der den Querschnitt umfaßt, zwischen den Endpunkten auf, die sich auf den Wandenden 16a befinden, die benachbart zum Umfang des Widerstands 26 sind und beispielsweise um weniger als die Widerstandsseitenabmessung L voneinander beabstandet sind. Der Begriff „Haupt-" bezieht sich auf den längeren Weg zwischen solchen Endpunkten auf dem Kreis, der den Querschnitt der teilweise zylindrischen Wand umfaßt. Der Querschnitt des kleineren Abschnitts des Zylinders, der entfernt worden ist, um eine Öffnung in der Wand zu liefern, wäre der kleinere Bogen zwischen solchen Endpunkten.Using an illustrative example shows 1 schematically an implementation of the invention with a square resistor 26 and a chamber wall 16 which is in the form of part of a circular cylinder, and 2 gives a schematic top view of the same. The resistance 26 has a linear side dimension of L, e.g. B. in the range of about 35 to 60 micrometers, and the cylinder axis CA of the partially circular cylinder firing chamber wall 16 is essentially orthogonal to resistance 26 (and to the level of 2 ) and passes through the center of the square shape of the resistor 126 , The barrier wall is a partially circular cylinder in the sense that the portion of the cylinder between the wall ends 16a has been removed. As in 2 a cross-section of the partially circular cylinder has the main arc on the circle encompassing the cross-section between the end points located on the wall ends 16a located adjacent to the amount of resistance 26 are and are spaced apart, for example, by less than the resistance side dimension L. The term "main" refers to the longer path between such end points on the circle that includes the cross section of the partially cylindrical wall. The cross section of the smaller portion of the cylinder that has been removed to provide an opening in the wall, would be the smaller arc between such endpoints.

Aus anderer Sicht ist die teilweise kreisförmige Zylinderwand der größere Abschnitt eines kreisförmigen Zylinders, der übrig bleibt, nachdem der Zylinder durch eine Ebene parallel zur Zylinderachse CA in Stücke geschnitten worden ist, und der die Wandenden 16a enthält.From another point of view, the partially circular cylinder wall is the larger portion of a circular cylinder that remains after the cylinder has been cut into pieces by a plane parallel to the cylinder axis CA and the wall ends 16a contains.

Die teilweise kreisförmige Zylinderwand 16 weist einen Zylinderdurchmesser D auf, der so gewählt ist, daß die Wand innerhalb der Grenze des Bereichs verbleibt, der durch den viereckigen Widerstand 26 und einen 10 Mikrometer breiten Spielraum M, der den Widerstand umgibt, definiert ist. In anderen Worten weist die radiale Entfernung S zwischen der teilweise kreisförmigen Zylinderwand 16 und jeder der Widerstandseiten in dem Maße, daß ein beliebiger Abschnitt der Kammerwand 16 außerhalb der Widerstandsgrenze ist, die maximale Beabstandung zwischen einer Widerstandseite und einem nach außen gerichteten Abschnitt der teilweise zylindrischen Wand auf, und eine solche radiale Entfernung S muß kleiner als 10 Mikrometer sein. Somit ist der Zylinderdurchmesser D erfindungsgemäß so ausgewählt, um kleiner als L + 20 Mikrometer zu sein, und 2 stellt das Beispiel dar, in dem der Zylinderdurchmesser kleiner als L + 20 Mikrometer und größer als L ist, wobei die Wand 16 innerhalb der Scheitelpunkte des Widerstands hindurchgelangt.The partially circular cylinder wall 16 has a cylinder diameter D which is chosen so that the wall remains within the limit of the range defined by the square resistance 26 and a 10 micron wide margin M surrounding the resistor is defined. In other words, the radial distance S is between the partially circular cylinder wall 16 and each of the resistance sides to the extent that any portion of the chamber wall 16 is outside the resistance limit, the maximum spacing between a resistance side and an outward portion of the partially zylin drical wall, and such a radial distance S must be less than 10 microns. Thus, according to the invention, the cylinder diameter D is selected to be smaller than L + 20 micrometers and 2 represents the example in which the cylinder diameter is less than L + 20 microns and greater than L, with the wall 16 got inside the vertices of the resistor.

3 stellt mittels eines weiteren veranschaulichenden Beispiels einen viereckigen Widerstand mit einer Seitenabmessung L und einer zugeordneten teilweise kreisförmigen zylindrischen Abfeuerungskammerwand mit einem Zylinderdurchmesser D dar, der im wesentlichen gleich L ist. 3 FIG. 4 illustrates, by way of another illustrative example, a square resistor with a side dimension L and an associated partially circular cylindrical firing chamber wall with a cylinder diameter D that is substantially equal to L.

4 stellt mittels eines weiteren Beispiels einen rechteckigen Widerstand und eine zugeordnete Abfeuerungskammer dar, die aus einer teilweise elyptischen zylindrischen Barrierewand gebildet ist, die in ihrem Durchschnitt eine Teilelypse ist. 4 Figure 4 shows, by way of another example, a rectangular resistor and an associated firing chamber formed from a partially Egyptian cylindrical barrier wall, which is a part-type on average.

Es wird erneut Bezug auf 1 genommen, wo eine Öffnungsplatte 32 von einer herkömmlichen Konstruktion und die typischerweise aus einem goldplattierten Nickel gefertigt ist, angeordnet ist, wie auf der oberen Oberfläche der Polymerbarriereschicht 14 gezeigt ist, und die Öffnungsplatte 32 weist ein konvergent konturiertes Öffnungsloch 34 in derselben auf, das typischerweise mit der Mitte des Heizwiderstands 26 ausgerichtet ist. In einigen Fällen kann jedoch das Öffnungsloch 34 im Hinblick auf die Mitte des Heizwiderstands leicht versetzt sein, um die Direktionalität der ausgestoßenen Tintentropfen in einer gewünschten Weise zu steuern.It will refer to again 1 taken where an opening plate 32 of a conventional construction and typically made of gold-plated nickel is arranged as on the top surface of the polymer barrier layer 14 is shown, and the orifice plate 32 has a convergingly contoured opening hole 34 in the same, typically with the center of the heating resistor 26 is aligned. In some cases, however, the opening hole 34 may be slightly offset from the center of the heating resistor to control the directionality of the ejected ink drops in a desired manner.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß bei der Tintentropfenerzeugungsstabilität und der Tropfen-zu-Tropfenvolumenkonsistenz zum Verbessern der Gesamtdruckqualität erhebliche Verbesserungen mit der vorstehenden Beziehung zwischen der kontinuierlich gekrümmten konkaven Wand 16 und dem darunterliegenden viereckigen Widerstand 26 erhalten werden können. Bei einer solchen Konfiguration können sich die Restluft und die Gase von den bisherigen Druckzyklen nicht wesentlich auf oder nahe der Heizwiderstandsoberfläche akkumulieren und dadurch unerwünschte Druckschwankungen in der Abfeuerungskammer 16 erzeugen. Solche unerwünschten Druckschwankungen würden ansonsten an das ausgestoßene Fluid geliefert und würden zu einer Gesamtverschlechterung der Tropfen-zu-Tropfenvolumenkonsistenz und der Tropfenaussstoßstabilität beitragen. Das verbesserte Verhalten dieser neuartigen Architektur manifestiert sich in einer deutlich sichtbaren Verbesserung der Deutlichkeit, Einheitlichkeit und Druckqualität des gedruckten Mediums.According to the present invention, it has been found that in ink drop generation stability and drop-to-drop volume consistency to improve overall print quality, there are significant improvements in the above relationship between the continuously curved concave wall 16 and the underlying square resistance 26 can be obtained. With such a configuration, the residual air and gases from the previous pressure cycles cannot accumulate significantly on or near the surface of the heating resistor and thus undesirable pressure fluctuations in the firing chamber 16 produce. Such undesirable pressure fluctuations would otherwise be delivered to the ejected fluid and would contribute to an overall deterioration in drop-to-drop volume consistency and drop ejection stability. The improved behavior of this new type of architecture manifests itself in a clearly visible improvement in the clarity, uniformity and print quality of the printed medium.

Claims

A thermal ink jet printhead that features: a thin film substrate ( 12 ) with a plurality of thin film resistors ( 26 ) which are substantially polygonal in plan view; a barrier layer ( 14 ) overlying the substrate; and respective firing chambers ( 18 ) formed in the barrier layer for each of the resistors; each firing chamber with a continuous arched, concave barrier wall ( 16 ) which extends upward from the resistor and which is within the boundary of a range defined by the resistor and a 10 µm edge (M) around the resistor, the barrier wall including portions within the circumference of the associated resistor, and forms a single opening in the firing chamber.

A thermal ink jet printhead according to claim 1, where each of the resistors is square and in which each of the firing chambers from one Barrier wall is formed, which is a partially circular cylinder is.

A thermal ink jet printhead according to claim 2, with the barrier wall on the inside of the vertices of the assigned resistance.

A thermal ink jet printhead according to claim 1, where each of the resistors is rectangular and in which each of the firing chambers from one Wall is formed, which is a partially elliptical cylinder.

A thermal ink jet printhead according to claim 4, with the barrier wall on the inside of the vertices of the assigned resistance.