EP0641657A1 - Fluid print head nozzle plate and method of its manufacture - Google Patents

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EP0641657A1
EP0641657A1 EP19940111846 EP94111846A EP0641657A1 EP 0641657 A1 EP0641657 A1 EP 0641657A1 EP 19940111846 EP19940111846 EP 19940111846 EP 94111846 A EP94111846 A EP 94111846A EP 0641657 A1 EP0641657 A1 EP 0641657A1
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EP
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Application
Patent type
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nozzle plate
fluid
nozzle
nozzles
plate
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Application number
EP19940111846
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German (de)
French (fr)
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Inventor
Nezih Ünal
Dr. Ralf-Peter Peters
Dr. Frank Bartels
Dr. Holger Reinecke
Friedolin Franz Nöker
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MICROPARTS GESELLSCHAFT FUER MIKROSTRUKTURTECHNIK
Original Assignee
Boehringer Ingelheim microParts GmbH
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Abstract

The nozzle plate (12) contains nozzles (13), fluid chambers (16) and connecting channels (22) between the fluid chambers (16) and the supply container for the fluid. All the functional areas are produced integrally as microstructure bodies by moulding one or more microstructured mould inserts. The distance which can be implemented between the nozzles (13) is small in order to allow an increased printing density. The nozzle plate (12) is provided for fluid jet print heads (one or more colours). <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Düsenplatte für Druckköpfe, die in Tintenstrahl- und Farbstrahl-Druckern verwendet werden, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. The invention relates to a nozzle plate for print heads used in ink jet and ink jet printers, and a method for their preparation.
  • Die Erfindung bezweckt, derartige Düsenplatten und die damit bestückten Druckköpfe wirtschaftlicher herzustellen und deren Funktion hinsichtlich Druckgeschwindigkeit und Auflösung zu verbessern. The invention aims to produce such nozzle plates and print heads equipped therewith economic and improve their function in terms of print speed and resolution.
  • Düsenplatten für Tinten- und Farbstrahl-Druckköpfe sind bekannt (Hewlett-Packard Journal, August 1988, Seiten 28 bis 31) (EP-495 663; EP-500 068); Nozzle plates for ink and ink jet print heads are known (Hewlett-Packard Journal, August 1988 pages 28 to 31) (EP-495 663; EP-500 068); solche Düsenplatten enthalten 12 bis zu etwa 100 Düsen mit einem Lochdurchmesser bis hinab zu 20 µm. 12 such nozzle plates contain up to about 100 nozzles having a hole diameter down to 20 microns. Vor jeder Düse liegt eine Tintenkammer, die über speziell geformte Kanäle mit einem Tintenbehälter in Verbindung steht. Prior to each nozzle is an ink chamber, which is connected via specially shaped channels with an ink tank in connection. Eine Vorrichtung zum Ausstoßen von Tropfen mit einem Volumen von 1 bis 1 000 Picolitern steht in Verbindung mit jeder Düse. An apparatus for ejecting droplets having a volume 1-1000 picoliters communicates with each nozzle. Der Druckkopf entsteht häufig durch Zusammenfügen des Tintenbehälters mit im allgemeinen drei Platten, wobei eine Platte eine Dünnschichtstruktur, die nächste Platte eine lithographisch erzeugte Kunststoffstruktur mit Zuleitungskanal und Tintenkammer ist (Kanalplatte), und die dritte Platte die Düsen enthält (Düsenplatte). The print head often formed by joining the ink container with generally three plates, one plate having a thin film structure, the next plate a lithographically produced plastic structure with feed channel and ink chamber (channel plate), and the third plate containing the nozzles (nozzle plate). Sowohl die Herstellung der Düsenplatte und der Kanalplatte als auch das Zusammenfügen der Platten zum Druckkopf erfordern einen erheblichen Aufwand und hohe Präzision. Both the production of the nozzle plate and the channel plate and the joining of the plates to the print head require considerable effort and high precision.
  • Die Düsenplatte wird beispielsweise durch Laserbearbeitung von Kunststoffteilen hergestellt. The nozzle plate is produced for example by laser machining of plastic parts. Bei anderen Verfahren geht man von einer leitfähigen Grundplatte aus, die an bestimmten Stellen mit einer nichtleitenden Kunststoffschicht versehen ist. In other methods, one starts from a conductive base plate, which is provided at certain places with a non-conductive plastic layer. Die nichtleitenden Stellen sind kreisförmig; The non-conducting locations are circular; ihr Abstand entspricht dem Sollabstand der Düsen in der Düsenplatte. their spacing corresponds to the desired distance of the nozzles in the nozzle plate. Auf der Grundplatte wird Metall elektrolytisch abgeschieden. On the base plate metal is deposited electrolytically. Diese Metallschicht ist dicker als die nichtleitende Schicht, und das elektrolytisch abgeschiedene Metall wächst zwangsläufig über den Rand der nichtleitenden Stellen auf die nichtleitende Schicht auf. This metal layer is thicker than the non-conductive layer and the electrolytically deposited metal grows necessarily over the edge of the non-conductive locations on the non-conductive layer. Auf diese Weise werden kleinere Düsendurchmesser realisiert als den Abmessungen der lithographisch hergestellten nichtleitenden Stellen der Kunststoffschicht entspricht. In this way, smaller nozzle diameters are realized as corresponds to the dimensions of the non-conducting locations of the plastic layer lithographically produced. Um den Düsenquerschnitt und seine Schwankung von Düse zu Düse in den vorgeschriebenen Toleranzen zu halten, sind aufwendige Fertigungs- und Meßverfahren anzuwenden. To keep the nozzle cross section and its variation from nozzle to nozzle in the prescribed tolerances, complex manufacturing and measuring methods are applied. Bei dem zuletzt beschriebenen Herstellungsverfahren ist der Lochabstand zwangsläufig größer als die Dicke der herzustellenden Platte. In the last described production process of the hole spacing is necessarily greater than the thickness of the panel to be produced. Da die Platte aus Gründen der Stabilität eine Mindestdicke haben muß, ist der kleinstmögliche Lochabstand und damit auch die Druckdichte begrenzt. Since the plate for the sake of stability must have a minimum thickness, the smallest possible hole spacing and hence the printing density is limited.
  • Nach EP-495 663 werden die Kanalstrukturen und der Düsenträger durch Abformen hergestellt. According to EP-495 663, the channel structures and the nozzle carrier are made by molding. Die Düsen werden mittels eines Laserstrahls jeweils einzeln gebohrt. The nozzles are bored individually through a laser beam. Kanalstrukturen und Düsen werden in zwei Schritten nach völlig unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Channel structures and nozzles are made in two steps by completely different methods. Ferner ist eine Nachbearbeitung erforderlich. In addition, a post-processing is required. Auch dieses Verfahren ist sehr aufwendig. This method is also very expensive.
  • Damit stellt sich die Aufgabe, Düsenplatten und Kanalplatten herzustellen, mit denen Fluidstrahl-Druckköpfe mit möglichst erhöhter Präzision einfacher zusammengesetzt werden können. This raises make the task of nozzle plates and channel plates with which fluid jet print heads can be assembled easily with high precision as possible.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Düsenplatte, welche Düsen, Fluidkammern, Funktionsbereiche der Verbindungskanäle zwischen Fluidkammern und Vorratsbehälter für das Fluid sowie gegebenenfalls Justierelemente enthält, wobei alle Funktionsbereiche als einstückiger Mikrostrukturkörper durch Abformen eines Formeinsatzes hergestellt werden. The object is inventively achieved by a nozzle plate containing nozzles, fluid chambers, functional areas of the connecting ducts between the fluid chambers and the reservoir for the fluid and, optionally, adjusting elements, wherein all functional areas are produced as an integral microstructure bodies by casting of a mold insert.
  • Zu den Funktionsbereichen der Düsenplatte können weiter Filter und fluidische Strukturen zum Erhöhen der Druckqualität gehören. The functional areas of the nozzle plate further filters and fluidic structures to increase the print quality can include.
  • Der mikrostrukturierte Formeinsatz aus Metall, der sämtliche Funktionsbereiche der Düsenplatte in komplementärer Struktur enthält, wird z. The microstructured mold insert from metal, which contains all the functional regions of the nozzle plate in a complementary structure, z. B. durch Lithographie, bevorzugt Tiefenlithographie mit Röntgenstrahlen, und Galvanoformung hergestellt. For example, by lithography, preferably deep lithography using X-rays, and electroforming made. Durch den Einsatz der lithographischen Verfahren können auch nicht-runde oder nicht-quadratische Düsenaustrittsöffnungen realisiert werden. By using the lithographic process and non-round or non-square nozzle outlet openings can be realized. Dazu geht man von einer metallenen Grundplatte aus, die mit einer ersten Schicht geeigneter Dicke eines (Positiv- oder Negativ-) Röntgen-Resists belegt ist. For this purpose, one starts from a metal base plate which is coated with a first layer of a suitable thickness (positive or negative) x-ray resist. Diese Schicht wird durch eine erste Maske, die eine Absorberstruktur für Röntgenstrahlen trägt, bestrahlt, wodurch die Löslichkeit der ersten Resist-Schicht an den bestrahlten Stellen verändert wird. This layer is irradiated by a first mask bearing a structure for absorbing X-rays, whereby the solubility of the first resist layer is changed at the irradiated areas. Beim Entwickeln der bestrahlten ersten Resist-Schicht werden die löslich gebliebenen oder löslich gewordenen Bereiche aufgelöst. When developing the exposed first resist layer, the remaining soluble or become soluble areas are dissolved away.
  • Anschließend wird im allgemeinen eine zweite Schicht eines Röntgen-Resists in einer geeigneten Dicke aufgetragen, die durch eine zweite Maske mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird, wobei diese zweite Maske eine andere Absorberstruktur trägt als die erste Maske. a second layer of an X-ray resist is applied in a suitable thickness, which is irradiated through a second mask with X-rays then in general, said second mask carries a different absorber structure as the first mask. Nach dem Entwickeln der zweiten Resist-Schicht wird in der auf der Grundplatte befindlichen Mikrostruktur aus Kunststoff (Resist) ein Metall galvanisch abgeschieden, wobei sämtliche Hohlräume der Mikrostruktur vollständig mit Metall gefüllt werden. After development, the second resist layer, a metal is electro-deposited in the in the base plate microplastic structure (resist), wherein all the cavities of the micro structure are completely filled with metal. Anschließend wird weiteres Metall abgeschieden, wodurch die ganze Mikrostruktur überdeckt wird. Then, additional metal is deposited, whereby the whole microstructure is covered.
  • Die Mikrostruktur aus Metall wird von der auf der Grundplatte befindlichen Mikrostruktur aus Kunststoff getrennt, wobei der mikrostrukturierte Formeinsatz aus Metall erhalten wird, der sämtliche Funktionsbereiche der Düsenplatte in komplementärer Struktur enthält. The microstructure of metal is separated from the base plate located on the microstructure of plastic, wherein the microstructured mold insert is obtained from metal, which contains all the functional regions of the nozzle plate in a complementary structure.
  • Mittels des Formeinsatzes wird die mikrostrukturierte Düsenplatte aus Kunststoff mit sämtlichen Funktionsbereichen als einstückiger Mikrostrukturkörper z. By means of the mold insert, the micro-structured nozzle plate made of plastic with all the functional areas as an integral microstructure bodies z. B. durch Spritzgießen hergestellt. B. produced by injection molding.
  • Werden im Spritzgußwerkzeug zwei unterschiedlich strukturierte Formeinsätze eingesetzt, kann eine einstückige Düsenplatte erzeugt werden, die Funktionselemente auf beiden Seiten enthält. If two differently structured mold inserts used in injection molding tool, a one-piece nozzle plate can be generated that contains the functional elements on both sides. In Figur 4 ist eine mittels dieses Verfahrens herstellbare Düsenplatte dargestellt, die durch Strukturierung von Düsenkanälen auf zwei Seiten der Platte eine Verdoppelung der Druckdichte und/oder den Einsatz von zwei verschiedenen Farben erlaubt. In Figure 4 a manufacturable by this process nozzle plate is shown that a doubling of the print density and / or the use of two different colors allowed by patterning of nozzle channels on two sides of the plate.
  • Zum Herstellen des Formeinsatzes können neben der Lithographie auch Verfahren der Laserbearbeitung, der Feinwerktechnik und der Ätztechnik sowie Kombinationen dieser Verfahren angewendet werden. For the manufacture of the mold insert of these methods can be applied in addition to the lithography process and the laser machining, precision engineering and the etching technique as well as combinations. Damit kann auch die Querschnittsform der Düsen verändert werden; Thus the cross-sectional shape of the nozzles can be changed; z. z. B. können Düsen mit in Strömungsrichtung allmählich abnehmendem Querschnitt hergestellt werden. B. nozzles may be manufactured with a gradually decreasing in the direction of flow cross-section. Dieses kann beispielsweise erreicht werden durch This can be achieved for example by
    • das Bestrahlen der Resistschichten unter einem Winkel gegen die Oberflächennormale, oder durch irradiating the resist layers at an angle to the surface normal, or by
    • die vielfache Anwendung des lithographischen Verfahrens in mehreren Ebenen übereinander mit jeweils veränderter Maskengeometrie, oder durch the multiple application of the lithographic process in several planes one above the other, each with modified mask geometry, or by
    • eine geeignete Variation von Belichtungs- und Entwicklungsparametern. a suitable variation of exposure and development parameters.
  • Das Herstellen des Formeinsatzes erfordert zwar eine hohe Präzision und kann recht komplex werden, da hierbei die Anordnung der Funktionsbereiche zueinander justiert wird. Although the production of the mold insert requires high precision and can be quite complex, since in this case the arrangement of the functional areas is adjusted to one another. Dieser Aufwand lohnt sich jedoch, da er nur beim Herstellen des Formeinsatzes erforderlich ist. However, this effort is worth it because it is only required in the manufacture of the mold insert. Die Düsenplatten selbst werden in großer Stückzahl kostengünstig repliziert und haben ohne zusätzlichen Aufwand praktisch dieselbe Präzision wie der Formeinsatz. The nozzle plates themselves are replicated inexpensively in large numbers and have no extra effort virtually the same precision as the mold insert.
  • Die Düsenplatte aus Kunststoff kann durch Spritzgießen, Reaktionsgießen oder Prägen mittels eines metallenen Formeinsatzes hergestellt werden. The nozzle plate of plastic may be manufactured by injection molding, reaction molding or embossing by means of a metal mold insert. Diese Verfahren ermöglichen die kostengünstige Massenherstellung von Düsenplatten. These methods enable the cost-effective mass production of nozzle plates. Ebenso kann die Düsenplatte aus Metall durch die kostengünstige Herstellung einer Negativform aus Kunststoff, wie oben beschrieben, erzeugt werden. Similarly, the nozzle plate made of metal by the economical production of a negative mold made of plastic, can be generated as described above. Dazu wird die Negativform in einem galvanoformischen Prozeß - analog zum Prozeß, der bei der Herstellung des Formeinsatzes beschrieben wurde - in eine Metallstruktur mit den gewünschten Düsenlöchern und Funktionselementen überführt. For this purpose, the negative mold in a process galvanoformischen - analogously to the process that was described in the preparation of the mold insert - converted into a metal structure having the desired nozzle holes and functional elements.
  • Als Kunststoffe sind z. The plastics used are for. B. Polysulfon, Polyethersulfon, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyethyletherketon sowie Flüssigkristallpolymere geeignet. As polysulfone, polyether sulfone, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyethyl ether ketone, and liquid crystal polymers suitable.
  • Zum Herstellen einer Düsenplatte aus Metall sind z. For manufacturing a nozzle plate of metal z. B. Nickel oder Nickel-Kobalt-Legierungen oder Kupfer-Zinn-Zink-Legierungen geeignet; As nickel or nickel-cobalt alloys, or copper-tin-zinc alloys suitable; solche Platten werden entweder direkt oder mit einer Beschichtung eingesetzt. Such plates are used either directly or with a coating.
  • Die vorliegende Erfindung hat folgende Vorteile: The present invention has the following advantages:
    • Die Düsenplatte mit mehreren Funktionsbereichen erleichtert das Herstellen des Druckkopfes, insbesondere deshalb, weil weniger Einzelteile montiert werden müssen. The nozzle plate with several functional areas facilitates the manufacture of the printhead, especially because fewer parts need to be mounted.
    • Auch sehr aufwendige Strukturen der Düsenplatte lassen sich über das Abformen des Formeinsatzes in großer Stückzahl und großer Präzision kostengünstig herstellen. Also very complex structures of the nozzle plate can be produced economically on the molding of the mold insert in large numbers and great precision.
    • Das Verfahren hat eine hohe Strukturauflösung und erlaubt eine große Packungsdichte der Funktionsbereiche. The procedure has a high pattern resolution and allows a large packing density of the functional areas. Man kann Strukturen mit hohem Aspektverhältnis und annähernd beliebiger Form erzeugen. One can generate structures with high aspect ratio and almost any shape.
    • Die Düsenplatte erlaubt eine hohe Druckgeschwindigkeit und ist besonders für Druckköpfe mit mehreren Farben geeignet. The nozzle plate allows a high print speed and is particularly suitable for printheads with multiple colors.
    • Das aufwendige Justieren der Funktionsbereiche zueinander ist nur beim Herstellen des Formeinsatzes erforderlich. The elaborate adjusting the functional areas to each other is only required in the manufacture of the mold insert.
    • Die Anzahl der Fertigungsschritte und die Teilevielfalt werden vermindert, wodurch die Ausbeute steigt und gleichzeitig der Aufwand für die Qualitätskontrolle vermindert wird. The number of manufacturing steps and the number of parts can be reduced, whereby the yield is increased and at the same time the effort is reduced for the quality control.
    • Durch die Verwendung von nicht-runden oder nicht-quadratischen Düsenaustrittsöffnungen ist ein kontrolliertes Abreißen des Tropfens und eine Stabilisierung der FLugrichtung erzielbar. Through the use of non-round or non-square nozzle outlet openings a controlled tearing of the droplet and the stabilization of the flight can be achieved.
    • Das Verfahren ist sehr flexibel und erlaubt das Herstellen sehr unterschiedlich strukturierter Düsenplatten aus verschiedenen Materialien. The method is very flexible and allows the production of structured very different nozzle plates of different materials.
    • Die Funktionsbereiche einer Düsenplatte können kompakt angeordnet werden. The functional areas of a nozzle plate can be arranged compactly.
    • Die Düsenabstände können weniger als 1/10 der Plattendicke betragen. The nozzle spacing can be less than 1/10 of the plate thickness.
  • Die Erfindung wird an Hand der Figuren weiter erläutert. The invention is further illustrated by the figures.
  • Figur 1 zeigt die wesentlichen Schritte zum Herstellen eines Formeinsatzes durch Lithographie und Galvanoformung. Figure 1 shows the essential steps of producing a mold insert by lithography and electroforming. Auf der metallenen Grundplatte (1) befindet sich die erste Resist-Schicht (2), die durch die erste Maske (3) hindurch mit parallelem Licht bestrahlt wird. On the metal base plate (1) is the first resist layer (2) which is irradiated by passing the first mask (3) with parallel light. Die Dicke dieser Schicht entspricht der Dicke der zu erzeugenden Struktur. The thickness of this layer corresponds to the thickness of the structure to be produced. Die erste Maske trägt die Absorberstruktur (4), die die darunter liegenden Bereiche (5) der ersten Resist-Schicht abschattet. The first mask transmits the absorber structure (4) which occludes the underlying regions (5) of the first resist layer. Nach dem Auflösen der unbestrahlten Bereiche der ersten Schicht (2) wird die zweite Resist-Schicht (6) aufgebracht, die durch die zweite Maske (7) hindurch bestrahlt wird. After dissolution of the unexposed areas of the first layer (2) said second resist layer (6) is applied, which is irradiated by the second mask (7) therethrough. Die zweite Maske trägt die Absorberstruktur (8), die die darunter liegenden Bereiche (9) beider Resist-Schichten abschattet. The second mask transmits the absorber structure (8), which shades the underlying portions (9) of the two resist layers. Nach dem Auflösen der unbestrahlten Bereiche (9) der zweiten Schicht (6) und des Materials, das gegebenenfalls in die bereits aus der ersten Resist-Schicht herausgelösten Bereiche eingedrungen ist, erhält man eine Struktur, die der Struktur der Düsenplatte entspricht. After dissolution of the unexposed areas (9) of the second layer (6) and the material, which is optionally penetrated the dissolved out already from the first resist layer areas, one obtains a structure corresponding to the structure of the nozzle plate. Die aus den Resist-Schichten herausgelösten Bereiche werden durch galvanisches Abscheiden von Metall, z. The released from the resist layer regions are formed by electrodeposition of metal, eg. B. Ni, NiCo, Cu gefüllt, und der gesamte Bereiche wird mit einer Metallschicht (10) überdeckt. B. Ni, NiCo, Cu filled, and the entire areas is covered with a metal layer (10). Nach dem Trennen der Metallschicht von der Grundplatte und dem verbliebenen Resist-Material erhält man den metallenen Formeinsatz (11), dessen Struktur zur Struktur der Düsenplatte komplementär ist. After separating the metal layer from the base plate and the remaining resist material is obtained the metal mold insert (11), the structure of the structure of the nozzle plate is complementary. Durch Abformen des Formeinsatzes (11) entsteht die Düsenplatte (12) aus Kunststoff, die die Düsen (13) sowie weitere Funktionsbereiche (14) enthält. By molding of the mold insert (11) the nozzle plate (12) made of plastic, containing the nozzles (13) and other functional areas (14) is formed.
  • Figur 2 zeigt als Beispiel eine Düsenplatte (12) mit Düse (13), Fluidwanne (15), Fluidkammer (16) und einer Aussparung (17) als Justierhilfe für die Befestigung an der gegenüberliegenden Platte (18). Figure 2 shows an example of a nozzle plate (12) with nozzle (13), the fluid tank (15) fluid chamber (16) and a recess (17) as an adjustment for attachment to the opposite plate (18). Diese Platte besteht z. This plate is for. B. aus Silizium und trägt als Dünnschichtstruktur ein Heizelement (19), das jeder Düse gegenüber liegt, und mit dem die Fluidtropfen ausgestoßen werden. Example, of silicon and thin-film structure carries as a heating element (19), which lies opposite each nozzle, and the ejected fluid drop. Die Platte (18) hat einen Fluid-Einlaß (20) und einen Zapfen (21), der in die Aussparung (17) paßt. The plate (18) fits a fluid inlet (20) and a pin (21) in the recess (17).
  • In Figur 3 ist eine Düsenplatte (12) vor dem Zusammenbau mit der Silizium-Platte (18) in der Ansicht von oben dargestellt. In Figure 3, a nozzle plate (12) prior to assembly with the silicon plate (18) is shown in the top view. Die Silizium-Platte trägt mehrere Heizer (19) mit den Zuführungen für elektrische Energie sowie den Fluid-Einlaß (20). The silicon plate carries a plurality of heaters (19) with the leads for electrical energy and the fluid inlet (20). Auf der Oberseite der Düsenplatte (12) sind die in zwei Reihen angeordneten Düsen (13) dargestellt. On the upper surface of the nozzle plate (12) arranged in two rows of nozzles (13) are shown. Ferner ist ein vergrößerter Ausschnitt der Unterseite der Düsenplatte (12) dargestellt. Further, an enlarged detail of the underside of the nozzle plate (12) is shown. Daran erkennt man mehrere Düsen (13), die Fluidwanne (15) und die zu jeder Düse gehörende Fluidkammer (16), sowie mehrere Fluidkanäle (22), die die Fluidwanne mit jeweils einer Fluidkammer verbinden. This shows a plurality of nozzles (13), the fluid tank (15) and which belongs to each nozzle fluid chamber (16) and a plurality of fluid channels (22) connecting the fluid sink, each having a fluid chamber.
  • Die Düsenplatte (12) wird mit der Siliziumplatte (18) durch Kleben, Bonden oder auf andere Weise verbunden. The nozzle plate (12) is connected to the silicon plate (18) by gluing, bonding or other means.
  • Figur 4 zeigt eine einstückige Düsenplatte (23) vor dem Zusammenbau mit den beiden (nicht dargestellten) Siliziumplatten; Figure 4 shows a one-piece nozzle plate (23) prior to assembly with the two (not shown) silicon plates; letztere tragen ein Heizelement für jede Düse sowie dessen elektrische Anschlüsse. the latter carrying a heating element for each nozzle and its electrical connections. Vor jeder Düsenöffnung (24) liegt eine runde Fluidkammer (25), die über den Düsenkanal (26) mit der Fluidwanne (27) verbunden ist. Before each nozzle opening (24) is a circular fluid chamber (25), which is connected via the nozzle channel (26) to the fluid sink (27). Die Düsenplatte enthält eine Reihe Düsen auf jeder Seite; The nozzle plate contains a series of nozzles on each side; die beiden Düsenreihen sind gegeneinander versetzt. the two nozzle rows are offset from each other. Diese für einen zweifarbigen Druckkopf vorgesehene Düsenplatte hat eine Fluidwanne auf jeder Plattenseite, wobei beide Fluidwannen miteinander nicht in Verbindung stehen. This provided for a two-color print head nozzle plate has a fluid-well plate on each side, both of fluid wells do not communicate with each other. Außerdem trägt diese Düsenplatte auf jeder Seite Justierzapfen (28) für den präzisen Zusammenbau mit den beiden Siliziumplatten. In addition, this nozzle plate bears on each side adjusting pins (28) for the precise assembly with the two silicon plates.
  • Beispiel 1: Verfahren zum Herstellen eines Formeinsatzes für eine Düsenplatte mit achsialem Fluidstrahl Example 1: A method for producing a mold insert for a nozzle plate having fluid jet achsialem
  • Zum Herstellen des Formeinsatzes wird auf eine Grundplatte aus Kupfer (10 mm dick, etwa 100 mm breit und etwa 100 mm lang) eine 100 µm dicke Resistschicht aus Polymethylmethacrylat (PMMA) aufgebracht. For the manufacture of the mold insert 100 microns thick resist layer of polymethyl methacrylate (PMMA) is applied to a base plate made of copper (10 mm thick, about 100 mm wide and about 100 mm long). Diese Schicht wird durch eine erste Röntgenmaske hindurch mit Synchrotron-Strahlung bestrahlt. This layer is irradiated by a first X-ray mask with synchrotron radiation. Die erste Maske ist in einer zur Struktur der Düsenplatte passenden Form strukturiert. The first mask is patterned in a matching the structure of the nozzle plate shape. Durch die Röntgenstrahlung werden die bestrahlten Bereiche der ersten Resist-Schicht löslich. By the X-ray radiation, the exposed regions of the first resist layer are soluble. Die durch die erste Maske bestrahlten Bereiche werden mit einer Lösung aus GG-Entwickler herausgelöst. The irradiated by the first mask areas are dissolved out with a solution of GG developer.
  • Anschließend werden die aus der ersten Resist-Schicht herausgelösten Bereiche mit Nickel ausgefüllt, und die ganze Platte wird mit einer 50 µm dicken Resist-Schicht aus PMMA überdeckt. Subsequently, the dissolved out of the first resist layer areas with nickel to be filled, and the entire plate is covered with a 50 micron thick layer of PMMA resist. Diese Schicht wird durch eine zweite Röntgenmaske hindurch mit Synchrotron-Strahlung bestrahlt. This layer is irradiated through a second X-ray mask with synchrotron radiation. Die zweite Maske ist in einer zur Struktur der Kanalplatte und zur Struktur der ersten Maske passenden Form strukturiert. The second mask is patterned in a matching the structure of the channel plate and the structure of the first mask shape. Durch die Röntgenstrahlung werden die bestrahlten Bereiche der zweiten Resist-Schicht bis in eine Tiefe von etwa 65 µm durch gezielte Dosisablagerung löslich. By the X-ray radiation, the exposed areas of the second resist layer to a depth of about 65 microns are soluble through specific dose deposition. Die durch die zweite Maske bestrahlten Bereiche der zweiten Resist-Schicht werden mit einer Lösung aus GG-Entwickler herausgelöst. The irradiated by the second mask portions of the second resist layer are dissolved out with a solution of GG developer.
  • In den herausgelösten Bereichen wird Nickel galvanisch abgeschieden, und die gesamte Platte wird mit einer etwa 8 mm dicken Nickelschicht überdeckt, wobei die Nickelstruktur der ersten Ebene als elektrischer Kontakt dient. In the dissolved-out areas of nickel is electrodeposited, and the entire plate is covered with an approximately 8 mm thick nickel layer, said nickel structure of the first level is used as an electrical contact.
  • Die Grundplatte aus Kupfer wird abgefräst, und die stehengebliebenen Teile beider Resist-Schichten werden mit Polyethylenglykol aufgelöst. The base plate made of copper is milled, and the remaining parts are both resist layers are dissolved with polyethylene glycol. Damit erhält man den Formeinsatz, dessen Struktur zur Struktur der Düsen- und Kanalplatte komplementär ist. So as to obtain the mold insert, the structure of the structure of the nozzle and the channel plate is complementary.
  • Beispiel 2: Düsenplatte für einen Druckkopf mit achsial austretendem Fluidstrahl Example 2: nozzle plate for a print head having axially exiting fluid jet
  • Die mittels eines Formeinsatzes nach Beispiel 1 hergestellte Düsenplatte enthält in 2 Reihen 108 Düsen mit einem Durchmesser von 50 µm und einer Düsenlänge von 100 µm Die Fluidkammer ist 50 µm tief und unterhalb der Düsen 70 µm breit. The nozzle plate produced according to Example 1 by means of a mold insert includes 2 rows of 108 nozzles having a diameter of 50 microns and a nozzle length of 100 microns, the fluid chamber is 50 microns deep and below the nozzles 70 microns wide. Die Fluidwanne ist ebenfalls 50 µm tief. The fluid bath is also 50 microns deep. Die engste Stelle der FLuidkanäle ist etwa 30 µm breit. The narrowest point of the fluid channels is about 30 microns wide.
  • Diese einstückige Düsenplatte wird mit einer Siliziumplatte, die ein Heizelement für jede Düse, deren elektrische Anschlüsse sowie den Fluideinlaß enthält, verklebt. This one-piece nozzle plate is a silicon plate, a heating element for each nozzle, which contains the electrical connections as well as the fluid inlet bonded. Als Kleber dient Polyurethankleber. Polyurethane adhesive is used as adhesive.
  • Beispiel 3: Düsenplatte für einen Druckkopf mit in der Plattenebene austretendem Fluidstrahl Example 3: nozzle plate for a printhead with escaping in the plane of the plate fluid jet
  • Die mittels zweier Formeinsätze nach Beispiel 1 hergestellte einstückige Düsenplatte enthält auf beiden Seiten zusammen 216 Düsen. The one-piece nozzle plate produced according to Example 1 by means of two mold inserts together comprises 216 nozzles on both sides. Die Düsen auf jeder Seite haben einen Abstand von 84 µm Beide Düsenreihen sind gegeneinander um 42 µm versetzt. The nozzles on each side at a distance of 84 microns Both rows of nozzles are offset by 42 microns. Die Abmessungen des Düsenkanals betragen an der engsten Stelle 40 µm in der Breite und 40 µm in der Tiefe. The dimensions of the nozzle channel at its narrowest point be 40 microns in width and 40 microns in depth. Der Durchmesser der vor der Düse liegenden Fluidkammer beträgt 60 µm, die Wanddicke zwischen den Fluidkammern 24 µm Der engste Teil des Fluidkanals ist 20 µm breit. The diameter of the fluid chamber located in front of the nozzle is 60 microns, the wall thickness between the fluid chambers 24 microns is the narrowest part of the fluid channel 20 .mu.m wide.
  • Diese einstückige Düsenplatte wird auf beiden Seiten mit einer Siliziumplatte, die ein Heizelement für jede Düse sowie dessen elektrische Anschlüsse enthält, verklebt. This one-piece nozzle plate, is glued on both sides with a silicon plate including a heating element for each nozzle and its electrical connections. Als Kleber dient ein Polyurethankleber. a polyurethane adhesive is used as adhesive.
  • Für einen einfarbigen Druckkopf ist ein Fluideinlaß in der Siliziumplatte nur auf einer Seite vorhanden und in der Fluidwanne der Düsenplatte ein Fluiddurchlaß. For a monochrome printhead, a fluid inlet into the silicon plate is only one side present and in the fluid bath of the nozzle plate, a fluid passage.
  • Für einen zweifarbigen Druckkopf läßt sich eine Anordnung mit je einer Fluidzuführung in jeder der beiden Siliziumplatten realisieren, der Durchbruch in der Fluidwanne der Düsenplatte entfällt in diesem Falle. For a two-color print head, an arrangement with one fluid supply in each of the two silicon plates can be realized, the breakthrough in the liquid trough of the nozzle plate is omitted in this case.

Claims (7)

  1. Düsenplatte mit mehreren Funktionsbereichen für Fluidstrahl-Druckkopf, bestehend aus Nozzle plate having a plurality of functional regions for a fluid jet printhead, consisting of
    - Düsen, Fluidkammern sowie Verbindungskanälen zwischen Fluidkammern und Vorratsbehälter für das Fluid, wobei - nozzles, fluid chambers and connecting ducts between the fluid chambers and storage container for the fluid,
    - alle Funktionsbereiche als einstückiger Mikrostrukturkörper durch Abformen eines Formeinsatzes hergestellt worden sind. - all functional areas have been established as an integral microstructure body by molding a mold insert.
  2. Düsenplatte nach Anspruch 1, weiter bestehend aus Nozzle plate according to claim 1, further comprising
    - integrierten Justierelementen, Filtern und/oder fluidischen Strukturen, die gleichzeitig mit den anderen Funktionsbereichen durch Abformen eines Formeinsatzes hergestellt worden sind. - integrated adjusting elements, filters and / or fluidic structures, which have been produced simultaneously with the other functional areas by molding a mold insert.
  3. Düsenplatte nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch Nozzle plate according to Claims 1 and 2, characterized by
    - Düsenöffnungen mit rundem oder nicht-rundem oder quadratischem oder nicht-quadratischem Querschnitt. - nozzle openings with round or non-round or square or non-square cross section.
  4. Düsenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch Nozzle plate according to Claims 1 to 3, characterized by
    - einen Abstand der Düsen voneinander, der kleiner ist als die Dicke der Düsenplatte. - a distance of the nozzles from one another which is smaller than the thickness of the nozzle plate.
  5. Düsenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 4, bestehend aus Nozzle plate according to Claims 1 to 4, consisting of
    - Kunststoff, bevorzugt aus Polysulfon, Polyethersulfon, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyethyletherketon oder Flüssigkristallpolymer. - plastic, preferably made of polysulfone, polyether sulfone, polymethyl methacrylate, polycarbonate, or liquid crystal polymer polyethyletherketone.
  6. Düsenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 4, bestehend aus Nozzle plate according to Claims 1 to 4, consisting of
    - Metall, bevorzugt Nickel, Kupfer, Nickel-Kobalt- oder Kupfer-Zinn-Zink-Legierung. - metal, preferably nickel, copper, cobalt or nickel-copper-tin-zinc alloy.
  7. Verfahren zum Herstellen einer Düsenplatte für einen Fluidstrahl-Druckkopf, welche Düsen, Fluidkammern sowie Verbindungskanäle zwischen Fluidkammern und Vorratsbehälter für das Fluid sowie gegebenenfalls Justierelemente, Filter und fluidische Strukturen enthält, gekennzeichnet durch A method of manufacturing a nozzle plate for a fluid jet printhead comprising nozzles, fluid chambers and connecting ducts between the fluid chambers and the reservoir for the fluid and, optionally, adjusting elements, filters and fluidic structures characterized by
    - Herstellen eines mikrostrukturierten Formeinsatzes aus Metall, der sämtliche Funktionsbereiche der Düsenplatte in komplementärer Struktur enthält, - producing a microstructured mold insert from metal, which contains all the functional regions of the nozzle plate in a complementary structure,
    - Abformen der mikrostrukturierten Düsenplatte aus Kunststoff mit sämtlichen Funktionsbereiche als einstückiger multifunktionaler Mikrostrukturkörper. - molding the microstructured nozzle plate made of plastic with all functional areas as an integral multifunctional microstructure body.
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