JPH0691862A - Print cartridge - Google Patents

Print cartridge

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Publication number
JPH0691862A
JPH0691862A JP14148793A JP14148793A JPH0691862A JP H0691862 A JPH0691862 A JP H0691862A JP 14148793 A JP14148793 A JP 14148793A JP 14148793 A JP14148793 A JP 14148793A JP H0691862 A JPH0691862 A JP H0691862A
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JP
Japan
Prior art keywords
ink
heater
demand
substrate
chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP14148793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ross R Allen
ロス・アール・アレン
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HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Co filed Critical Hewlett Packard Co
Publication of JPH0691862A publication Critical patent/JPH0691862A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a thermal ink jet printing cartridge wherein a pressure adjusting device, an ink filter, an on-demand melting heater, a quick ignition heater and a temp. regulating heater are integrated in a monolithic printing head. CONSTITUTION: Ink 32 changing from a solid phase to a liquid phase is stored in an ink storage part 27. Heat diffusers 33, 35 are heated by an on-demand melting heater 45 to melt the ink. The ink passes through a supply chamber 28 to go toward a printing engine 40. An air bag 30 and a bubble generator 46 perform the reduction of ink or pressure regulation by a temp. change. The pressure regulating device, an ink filter, the on-demand melting heater and a quick ignition heater are incorporated in a monolithic printing cartridge not only to reduce cost but also to simplify assembling.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は熱インクジェットプリン
タに関し、特に可撓プラスチック基板上に作られた熱イ
ンクジェットプリントヘッドに関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to thermal ink jet printers, and more particularly to thermal ink jet printheads fabricated on flexible plastic substrates.

【0002】[0002]

【従来技術とその問題点】モノリシック熱インクジェッ
トプリントヘッドは代表的には、その主要構造要素に対
して可撓プラスチック基板を使用している。薄膜、障
壁、オリフィス板、および電気結線から成る小滴発生器
はプラスチック基板に組込まれている。モノリシックプ
リントヘッドを組込んでいる、「ホットメルト(熱溶融
または相変化)」インクを使用するプリントカートリッ
ジでは圧力調整、インク濾過、要求時(オンデマンド)
溶融、および急速点火ヒータを使用する必要がある。こ
れまで、このような要求事項はモノリシックプリントヘ
ッドを備えた別の構成要素を追加使用して満たされてい
たが、組立の費用が加わると共にインクジェットプリン
トカートリッジの全体の機械的複雑さが増大する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Monolithic thermal ink jet printheads typically use flexible plastic substrates for their major structural elements. A droplet generator consisting of a thin film, a barrier, an orifice plate, and electrical connections is incorporated into a plastic substrate. Print cartridges using "hot melt" ink, incorporating a monolithic printhead, pressure regulation, ink filtration, on demand
Melting and rapid ignition heaters must be used. Heretofore, such requirements have been met with the additional use of another component with a monolithic printhead, which adds to the cost of assembly and increases the overall mechanical complexity of the inkjet print cartridge.

【0003】泡発生器を採用する圧力調整器は、液体イ
ンクを使用する熱インクジェットプリントカートリッジ
用に開発され、1991年8月29日に出願された米国特許出
願07/752,107に開示されている。液体インクシステムに
おける泡発生器の実用的装置は普通、熱サイクルまたは
高さサイクルによるインクの損失、およびペンの取扱中
(泡発生器が液体の層で覆われていないとき)での内部
真空の損失を防止するために精巧な分岐および圧力補償
を行っている。泡発生器は、プラスチックに穴をモール
ドで作り、金属に穴をきりであけるかまたは打抜き、お
よびプラスチックフィルムに穴を形成し作ったりしてい
る。プラスチックフィルム泡発生器は液体熱インクジェ
ットプリントカートリッジでは別個の構成要素として使
用されており、ノズル板または基板の構造体と一体には
なっていない。
A pressure regulator employing a foam generator was developed for thermal ink jet print cartridges using liquid ink and is disclosed in US patent application 07 / 752,107 filed August 29, 1991. Practical devices for bubble generators in liquid ink systems typically include loss of ink due to thermal or height cycles, and internal vacuum during handling of the pen (when the bubble generator is not covered with a layer of liquid). Elaborate branching and pressure compensation to prevent loss. Foam generators are made by molding holes in plastic, punching or stamping holes in metal, and making holes in plastic film. Plastic film foam generators are used as a separate component in liquid thermal inkjet print cartridges and are not integral with the nozzle plate or substrate structure.

【0004】相変化インクを採用するインクジェットプ
リンタの相変化および温度の制御を行う熱エネルギを発
生するのに、カートリッジヒータおよび他の電気抵抗手
段を使用するのが慣例である。相変化インク用インク印
刷機構では、待機モードの期間中のインクの揮発分の損
失または他のインク劣化を防止するために、またプリン
トヘッドをプリンタから取外している間の熱い液体イン
クが放出されるのを防止するために、インク小滴吐出オ
リフィスでのインクの凍結(固体化)を使用している。
It is common practice to use cartridge heaters and other electrical resistance means to generate thermal energy that controls the phase change and temperature of ink jet printers that employ phase change ink. Ink printing mechanisms for phase change inks emit hot liquid ink to prevent loss of ink volatiles or other ink degradation during standby mode and also while the printhead is removed from the printer. In order to prevent this, freezing (solidification) of the ink at the ink droplet ejection orifice is used.

【0005】インクの濾過に関しては、多数の従来の熱
インクジェットプリントカートリッジでは、インクは、
フィルタ、インクパイプ、およびシリコンまたはガラス
基板のスロット(または穴)を通過してから小滴発生器
に入って吐出される。フィルタは典型的には、直径が代
表的に10〜20ミクロンより大きい粒子を除去する金網で
ある。フィルタは典型的には板材から圧断され、プリン
トカートリッジ本体に挿入され、そこで所定位置に熱固
定またはスエージされる。
With respect to ink filtration, in many conventional thermal ink jet print cartridges the ink is
It passes through a filter, an ink pipe, and a slot (or hole) in a silicon or glass substrate before entering a droplet generator for ejection. The filter is typically a wire mesh that removes particles that are typically larger than 10-20 microns in diameter. The filter is typically stamped from the plate and inserted into the print cartridge body where it is heat set or swaged in place.

【0006】[0006]

【発明の目的】上述の熱インクジェットプリントカート
リッジの複雑さに鑑み、本発明の目的は、圧力調整、イ
ンク濾過、要求時(オンデマンド)溶融、および急速点
火ヒータをモノリシックプリントヘッドに組込むことに
よりそれらを改良し、更にコストを下げ、それらの組立
てを簡単にすることである。本発明の他の目的は、他の
処理段階と同時にインクの封じ込み、機械的位置合わ
せ、および伝熱の諸特徴を形成し、追加プロセスを最少
限にして追加機能を得ることである。
OBJECTS OF THE INVENTION In view of the complexity of the thermal ink jet print cartridges described above, it is an object of the present invention to incorporate pressure regulation, ink filtration, on demand melt, and rapid ignition heaters into a monolithic printhead. To further reduce costs and simplify their assembly. It is another object of the present invention to form ink containment, mechanical alignment, and heat transfer features simultaneously with other processing steps to minimize additional processes and obtain additional functionality.

【0007】[0007]

【発明の概要】前述のおよび他の目的は熱インクジェッ
トプリントカートリッジの機能組込み(集積化)レベル
を上げることにより達成される。本発明の熱インクジェ
ットプリントカートリッジは、固体インクを封じ込め/
供給する手段、インクジェットカートリッジをインクを
正確に分散させるよう位置合わせする機械的位置合わせ
機構、および熱拡散機構から構成されている。インク封
じ込めおよび位置合わせはプラスチックまたは他の適切
な材料から成る封止ペン本体を使用して行われる。熱拡
散はペン本体内部に設けられた熱伝導性要素により行わ
れる。圧力調整はベローの空気袋と共同動作する泡発生
器により行われる。圧力調整およびインク濾過の構成要
素はプリントエンジンが入っている基板に組込まれてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The foregoing and other objects are achieved by increasing the level of functional integration (integration) of thermal ink jet print cartridges. The thermal inkjet print cartridge of the present invention contains solid ink /
It is composed of a supply means, a mechanical alignment mechanism for aligning the ink jet cartridge so as to accurately disperse the ink, and a heat diffusion mechanism. Ink containment and alignment is done using a sealed pen body made of plastic or other suitable material. Thermal diffusion is provided by thermally conductive elements located inside the pen body. Pressure regulation is provided by a bubble generator that cooperates with the bellows bladder. The pressure regulation and ink filtration components are incorporated into the substrate containing the print engine.

【0008】本発明のプリントヘッドは、泡発生器を固
定し封止してインクカートリッジ内部に大気圧以下の内
圧を維持するのに凍結(フリーズ)機構を採用してい
る。外部への通気孔を有するベローの空気袋は加熱また
は冷却によりペン本体内の空気が膨張または収縮すると
き部分真空を比較的一定に保つために設けられている。
他に、本発明は、小滴発生器の直接構造体に組込まれ、
同じ材料から且つ同じプロセスにより作られているヒー
タを備えている。本発明は、各小滴発生器または一群の
小滴発生器についてプラスチック基板に個別フィルタを
設けることによりメッシュフィルタおよび組立操作を排
除することにより従来技術のプリントヘッド装置に改良
を施している。整列した穴が従来の熱インクジェットプ
リンタの単一貫通穴の代わりをしており、これによりイ
ンク濾過およびインク供給の機能が取入れられている。
The print head of the present invention employs a freeze mechanism to fix and seal the bubble generator to maintain the internal pressure below atmospheric pressure inside the ink cartridge. A bellows bladder having an air vent to the outside is provided to keep the partial vacuum relatively constant as the air in the pen body expands or contracts due to heating or cooling.
In addition, the present invention incorporates directly into the structure of the droplet generator,
It has a heater made of the same material and by the same process. The present invention improves upon prior art printhead devices by eliminating the mesh filter and assembly operations by providing individual filters on the plastic substrate for each drop generator or group of drop generators. The aligned holes replace the single through hole of a conventional thermal inkjet printer, which incorporates the functions of ink filtration and ink supply.

【0009】本発明の他の特徴は、プリントカートリッ
ジが待機モードにあるときまたはプリントカートリッジ
をプリンタから取外したとき泡発生器を封止するのに熱
溶融インクの相変化を利用していることである。活性の
プリントカートリッジをプリンタから取外すのは泡発生
器のオリフィスが固化するまで遅らされる。これは泡発
生器の近くにあるインクを液体状態に維持する局部熱源
を取外し、泡発生器の中または上方に固定プラグまたは
表皮を形成するのに充分な液体インクを溶融する熱を消
散することにより要求時に行われる。この簡単な機構は
インクの封じ込めおよび部分真空の保持を以前の装置の
場合のように余分な多数の構成要素および機能を必要と
せずに行う。
Another feature of the present invention is that it utilizes the phase change of hot melt ink to seal the bubble generator when the print cartridge is in standby mode or when the print cartridge is removed from the printer. is there. Removal of the active print cartridge from the printer is delayed until the foam generator orifice solidifies. This removes the local heat source that keeps the ink in a liquid state near the bubble generator and dissipates the heat that melts enough liquid ink to form a fixed plug or skin in or above the bubble generator. By request. This simple mechanism provides ink containment and partial vacuum retention without the need for an extra large number of components and functions as in previous devices.

【0010】本発明の他の特徴は、熱エネルギを供給し
結合させて要求時に相変化インクを溶融して急速点火を
行う複数のヒータおよび熱拡散器を備えていることであ
る。これら二つのヒータは基板に組込まれて小滴発生器
またはプリントエンジンの部分を形成している。しか
し、要求時溶融ヒータは、必要ならば、無しで済ませる
ことができるが、通常はプリントカートリッジの不可欠
な要素と見られている。必要ならば、固体インクを要求
時に、液相のインクが存在しているインク供給室に供給
することによりペンの構成を簡単にすることができる。
液体インクは粘度を管理するためその融点より上の温度
でプリントエンジンに分配される。必要に応じて融点よ
り上の過剰な温度が、インクを溶融するのに使用され、
別の要求時溶融ヒータの必要が無くなるが、インクを溶
融する熱を供給するのに急速点火および温度調整ヒータ
という二重機能が必要である。
Another feature of the present invention is the provision of a plurality of heaters and heat spreaders that provide and combine thermal energy to melt the phase change ink on demand for rapid ignition. These two heaters are incorporated into the substrate to form part of the drop generator or print engine. However, on-demand fusion heaters, which can be dispensed with if desired, are usually seen as an integral part of print cartridges. If desired, the pen configuration can be simplified by supplying solid ink to the ink supply chamber where the liquid phase ink resides on demand.
Liquid ink is dispensed to the print engine at a temperature above its melting point to control viscosity. Excessive temperatures above the melting point are used to melt the ink if necessary,
The need for separate on-demand fusing heaters is eliminated, but the dual functions of rapid ignition and temperature control heaters are needed to provide the heat to melt the ink.

【0011】[0011]

【実施例】図1は、案内レール12、13に乗り且つ第1の
矢印14で示すように水平方向に機械的に走査されるキャ
リッジ11を備えた熱インクジェットプリンタ10の斜視図
を示している。水平走査作用はコンピュータ制御DCモー
タ(図示せず)により、モータを含む制御ループを閉じ
るのに使用される単チャンネルリニアエンコーダ(図示
せず)と関連して、従来どおりの仕方で制御される。紙
15のような印刷媒体が設けられ、アコーディオン式折り
たたみ用紙または単票シート用紙とすることができる。
用紙送給機構(図示せず)は、第2の矢印16で示したよ
うに、用紙15を水平走査方向に横断して動かす。キャリ
ッジ11が用紙15を横切って走行するにつれて複数のイン
ク滴が放出され、個別ドットの点から成る印刷帯17が用
紙15の上に現れる。
1 shows a perspective view of a thermal ink jet printer 10 with a carriage 11 that rides on guide rails 12, 13 and is mechanically scanned horizontally as indicated by a first arrow 14. . The horizontal scanning action is controlled in a conventional manner by a computer controlled DC motor (not shown) in association with a single channel linear encoder (not shown) used to close the control loop containing the motor. paper
A print medium such as 15 is provided and can be accordion folding paper or cut sheet paper.
A sheet feeding mechanism (not shown) moves the sheet 15 across the horizontal scanning direction as indicated by the second arrow 16. As the carriage 11 travels across the paper 15, a plurality of ink drops are ejected and a swath 17 of dots of individual dots appears on the paper 15.

【0012】図2は、図1に示したプリンタ10のキャリ
ッジ11に使用することができる改良プリントカートリッ
ジ24の断面で表した側面図を示す。プリントカートリッ
ジ24は、プラスチックから作ることができる、たとえ
ば、プレナムチャンバ26を備えている、中空の気密容器
すなわちペン本体25、インク封じ込め貯留部27、および
インク送給室28、から構成されている。ベローの空気袋
30がプレナムチャンバ26中に設置され、ペン本体25の上
壁の内側に取付けられている。通気孔31はベローの空気
袋30の内部からペン本体25の外部への通路となる。上述
のように、ペン本体25は気密容器で構成されている。プ
レナムチャンバ26の中の空気は典型的には水柱1インチ
と4インチとの間の部分真空を成す。後述するように、
プレナムチャンバ26の中の空気はプリンタ10の動作中加
熱されることになる。プレナムチャンバ26中の空気は加
熱されると膨張する。ベローの空気袋30は空気が膨張す
る量だけつぶれ、プレナムチャンバ26の中に部分真空を
維持するのに必要な剛さを備えており、したがってプレ
ナムチャンバ26中に捕らえられたある程度の空気の膨張
を可能とさせながら、ペン本体25の内側の圧力をほぼ一
定に維持する。
FIG. 2 shows a cross-sectional side view of an improved print cartridge 24 that may be used in the carriage 11 of the printer 10 shown in FIG. The print cartridge 24 comprises a hollow airtight container or pen body 25, which may be made of plastic, for example, having a plenum chamber 26, an ink containment reservoir 27, and an ink delivery chamber 28. Bellows air bag
A 30 is installed in the plenum chamber 26 and is mounted inside the top wall of the pen body 25. The ventilation hole 31 serves as a passage from the inside of the bellows air bag 30 to the outside of the pen body 25. As described above, the pen body 25 is composed of an airtight container. The air in plenum chamber 26 typically creates a partial vacuum of between 1 and 4 inches of water. As described below,
The air in the plenum chamber 26 will be heated during operation of the printer 10. The air in the plenum chamber 26 expands when heated. The bellows bladder 30 collapses by the amount that the air expands and provides the stiffness necessary to maintain a partial vacuum in the plenum chamber 26, and thus the expansion of some air trapped in the plenum chamber 26. While maintaining the pressure inside the pen body 25 substantially constant.

【0013】インク封じ込め貯留部27は一定量の固体イ
ンク32を収容する。インク32は固体の塊の形で貯蔵され
ている相変化インクである。インクの塊32は上部熱拡散
器33に載置されているが、この熱拡散器33は、熱せられ
ると、これと接触しているインク塊32の下面の一部を、
熱い鉄板がバターの塊を溶かすのと同じようにして、液
化する。上部熱拡散器33は、良好な熱伝導体であるアル
ミニウムまたは銅のような金属から作られている。熱絶
縁体34が上部熱拡散器33と下部熱拡散器35との間に設置
されている。下部熱拡散器35もアルミニウムから作ら
れ、熱絶縁体34の下に設置されてインク送給室28の中の
インク32を液体に保っている。熱絶縁体34は従来のどん
な非熱伝導体からでも作ることができる。上部および下
部熱拡散器33、35、および熱絶縁体34はペン本体25の内
壁に適切な結合手段により固着されている。要求時(オ
ンデマンド)溶融ヒータ45は上部熱拡散器33の端と物理
的に密接して設置されている。急速点火および分配温度
制御ヒータ44は下部熱拡散器35と熱的に密接している。
要求時溶融ヒータ45はインク32をその融点より上の温度
まで加熱して送給室28の中に流入させる。ヒータ44はイ
ンク送給室28の中のインクをその融点より10〜40℃高く
まで加熱して排出に必要な低粘度を得る。
The ink containment reservoir 27 contains a fixed amount of solid ink 32. Ink 32 is a phase change ink stored in the form of a solid mass. The ink lump 32 is placed on the upper heat spreader 33, and when the heat spreader 33 is heated, a part of the lower surface of the ink lump 32 that is in contact with the heat spreader 33,
Liquefaction the same way a hot iron plate melts a mass of butter. The upper heat spreader 33 is made of a metal that is a good heat conductor, such as aluminum or copper. A heat insulator 34 is installed between the upper heat spreader 33 and the lower heat spreader 35. The lower heat spreader 35 is also made of aluminum and is installed below the thermal insulator 34 to keep the ink 32 in the ink supply chamber 28 liquid. Thermal insulator 34 can be made from any conventional non-thermal conductor. The upper and lower heat spreaders 33, 35 and the heat insulator 34 are fixed to the inner wall of the pen body 25 by a suitable connecting means. The on-demand melting heater 45 is installed physically close to the end of the upper heat spreader 33. The rapid ignition and distribution temperature control heater 44 is in thermal contact with the lower heat spreader 35.
The on-demand melt heater 45 heats the ink 32 to a temperature above its melting point and causes it to flow into the delivery chamber 28. The heater 44 heats the ink in the ink feed chamber 28 to 10 to 40 ° C. higher than its melting point to obtain the low viscosity required for ejection.

【0014】相変化インクを使用するには典型的に二つ
の独立熱源、即ち要求時溶融熱源および急速点火熱源が
必要である。相変化インクは過大な溶融/凍結サイクル
にさらされると、または長く液体状態で貯蔵した後で
は、劣化することがある。このため、小滴排出により消
費された後すぐに、液相を補給する必要性がある量だけ
溶かすことが望ましい。たとえば、固体インクを室温か
ら、50%のデューティサイクルで4KHzで75ピコリット
ルの小滴を放出する100個のノズルを有するプリントヘ
ッドで相変化を伴う供給温度にまで加熱するのに約5ワ
ットの時間平均入力が必要である。
The use of phase change inks typically requires two independent heat sources, a demand fusion heat source and a rapid ignition heat source. Phase change inks can degrade when subjected to excessive melt / freeze cycles or after long storage in the liquid state. For this reason, it is desirable to melt the liquid phase in an amount necessary to replenish it immediately after it has been consumed by droplet ejection. For example, about 5 watts is needed to heat a solid ink from room temperature to a supply temperature with phase change in a printhead with 100 nozzles ejecting 75 picoliter droplets at 4 KHz at 50% duty cycle. Time average input is required.

【0015】相変化インクジェットプリンタ10を冷出発
点から急速にオンラインにし得ることはユーザにとって
重要な利点である。これを行うには、急速点火ヒータ44
を設けてインク送給室28に入っているインクを溶融す
る。後述するように、泡発生器46、または泡発生器オリ
フィス46、およびベローの空気袋30を備えている圧力調
整器はプレナムチャンバ26を部分真空に維持するのに使
用される。泡発生器46を急速点火ヒータ44の近くに設置
するのが有利である。室温から出発して10秒で動作温度
に達し、圧力を調整するには典型的に溶融インク1ミリ
リットルあたり少なくとも33ワット必要である。典型的
には、温度センサ122(図3および図9)をインク送給
室28に設置し、図9に示す温度制御ループに接続する。
Being able to bring the phase change inkjet printer 10 online quickly from a cold starting point is a significant advantage to the user. To do this, the rapid ignition heater 44
Is provided to melt the ink contained in the ink supply chamber 28. As will be described below, a bubble generator 46, or a pressure regulator comprising a bubble generator orifice 46 and a bellows bladder 30, is used to maintain the plenum chamber 26 at a partial vacuum. It is advantageous to place the bubble generator 46 near the rapid ignition heater 44. Starting from room temperature, operating temperature is reached in 10 seconds, and pressure regulation typically requires at least 33 watts per milliliter of molten ink. Typically, temperature sensor 122 (FIGS. 3 and 9) is located in ink delivery chamber 28 and is connected to the temperature control loop shown in FIG.

【0016】プラスチック基板41から成る可撓性で、典
型的にはL形の折り曲げられたプリントエンジン40がペ
ン本体25の一方の側および底面の周りに配置される。接
着剤(図示せず)がプリントエンジン40とペン本体25と
の間の構造取付および封止を行っている。急速点火ヒー
タ44および要求時溶融ヒータ45はプラスチック基板41の
内面に(ペン本体25に隣接して)設置され、要求時溶融
および急速点火の両機能を行っている。非受動態化(非
パシベーション)インクジェットヒータおよび導体に使
用される同じ材料およびプロセス段階をこれらヒータ4
4、45に使用することができる。
A flexible, typically L-shaped, folded print engine 40 consisting of a plastic substrate 41 is disposed on one side of the pen body 25 and around the bottom surface. An adhesive (not shown) provides structural attachment and sealing between the print engine 40 and the pen body 25. The rapid ignition heater 44 and the demand fusion heater 45 are installed on the inner surface of the plastic substrate 41 (adjacent to the pen body 25) and perform both the demand fusion and the rapid ignition functions. These heaters have the same materials and process steps used for non-passivated inkjet heaters and conductors.
Can be used for 4, 45.

【0017】本発明の新規な特徴は、熱エネルギを供給
して相変化インクを要求時に溶融し且つ急速点火を行う
手段が小滴発生器またはプリントエンジン40を形成する
基板41に組込まれ、これにより熱インクジェットカート
リッジ24の製作にあたり追加構成要素および組立段階を
不要にしていることである。
A novel feature of the present invention is that means for supplying thermal energy to melt the phase change ink on demand and for rapid ignition is incorporated into the drop generator or substrate 41 forming the print engine 40. This eliminates the need for additional components and assembly steps in making the thermal inkjet cartridge 24.

【0018】別個の要求時溶融ヒータ45を、必要なら
ば、無しで済ませることができるが、このヒータは通常
プリントカートリッジ24の不可欠の要素と見られてい
る。必要なら、要求時固体インクを液相のインクが存在
しているインク送給室28に供給することによりペンの構
成を簡単にすることができる。液体インクは粘度を管理
するためその融点より(例えば10〜30℃)かなり高い温
度でプリントエンジン40に分配される。融点より高い過
剰な温度は必要に応じて別の要求時溶融ヒータ45を使用
せずにインクを溶かすのに使用することができるが、溶
融の熱を供給するのに急速点火および分配温度制御ヒー
タ44が必要である。
A separate on-demand fusing heater 45 can be dispensed with if desired, but this heater is commonly seen as an integral part of print cartridge 24. If desired, the pen configuration can be simplified by supplying solid ink on demand to the ink delivery chamber 28 where liquid phase ink is present. The liquid ink is dispensed to the print engine 40 at a temperature well above its melting point (eg 10-30 ° C.) to control viscosity. Excess temperatures above the melting point can be used to melt the ink if desired without the use of another on-demand melt heater 45, but a rapid ignition and dispense temperature control heater to provide the heat of melting. You need 44.

【0019】要求時溶融ヒータ45がそれに電力を供給す
ることにより作動されると、上部熱拡散器33が熱くな
る。その温度が固体インク塊32の融点より高く上がるに
つれて、上部熱拡散器33と接触している部分において、
インク32の相変化が生じる。そのとき液体は重力によ
り、それぞれ上部熱拡散器33、絶縁体34、および下部熱
拡散器35の穴36、37、38(図3に更に明瞭に図示してあ
る)を通って流れる。液体は、温度が急速点火ヒータ44
および下部熱拡散器35により制御されている分配室28に
入る。
The upper heat spreader 33 becomes hot when the on-demand fusion heater 45 is activated by supplying it with power. As the temperature rises above the melting point of the solid ink mass 32, in the portion in contact with the upper heat spreader 33,
A phase change of the ink 32 occurs. The liquid then flows by gravity through holes 36, 37, 38 (shown more clearly in FIG. 3) of upper heat spreader 33, insulator 34, and lower heat spreader 35, respectively. The liquid has a rapid ignition heater 44
And enters the distribution chamber 28, which is controlled by the lower heat spreader 35.

【0020】ペン本体25には要求時溶融ヒータ45に隣接
するその側面に大きい開口43が設けられている。ペン本
体25にはインクをインク送給室28からプリントエンジン
40に送り込む少なくとも一つの小さい開口42が設けられ
ている。可撓折り曲げプリントエンジン40は完全な高集
積モノリシック熱インクジェット小滴発生器機構であ
る。可撓折り曲げプリントエンジン40は、ポリイミドの
ようなプラスチックまたは類似のものから作ることがで
きる可撓基板41の上に構成されている。泡発生器46はベ
ローの空気袋30と関連してインク分配圧力の調整を行
う。泡発生器46はプラスチック基板41にレーザ融除オリ
フィス46(またはオリフィス46の集まり)を設けること
により形成される。オリフィス46の直径は典型的には、
分配温度での液体の表面張力に応じて、150乃至250ミク
ロンである。
The pen body 25 is provided with a large opening 43 on its side surface adjacent to the melting heater 45 when required. Ink is supplied to the pen body 25 from the ink supply chamber 28 to the print engine.
At least one small opening 42 feeding into 40 is provided. Flexible fold print engine 40 is a fully integrated monolithic thermal inkjet drop generator mechanism. The flexible fold print engine 40 is constructed on a flexible substrate 41, which can be made of plastic such as polyimide or the like. The bubble generator 46 is associated with the bellows bladder 30 to regulate the ink dispensing pressure. The bubble generator 46 is formed by providing a laser ablation orifice 46 (or a collection of orifices 46) on a plastic substrate 41. The diameter of the orifice 46 is typically
150 to 250 microns, depending on the surface tension of the liquid at the dispense temperature.

【0021】泡発生器46は次のように動作する。空気が
液体内に泡を生じ始める圧力を既知直径のオリフィス46
により測定することは、その蒸気にさらされている液体
の表面張力を測定する当業者には周知である。この原理
を本発明ではインク分配圧力を調整するのに利用する。
泡発生器オリフィス46のメニスカスは大気圧以下の圧力
によりインク封じ込め貯留部27中に引込まれる。部分真
空が、インクが貯留部27から引出され、小滴発生器また
はプリントエンジン40により排出されるにつれて発生す
る。メニスカスの破壊により気泡がインク送給室28に入
り込むことができる。このようにして導入される空気の
付加体積は、泡発生器46を通して入る空気の時間平均は
印刷のために引出されるインクの体積と釣合い、プレナ
ムチャンバ26をほぼ一定圧力に維持するので、圧力調整
の手段となる。泡発生器46は放出される体積を作る空気
源となる。泡発生器46は所定の開放(または「クラッキ
ング」)圧力を有する弁のように作用する。泡発生器46
は、プレナムの真空がメニスカスを破壊するだけ充分高
くない限り空気をプレナムチャンバ26に入り込ませな
い。
The bubble generator 46 operates as follows. The pressure at which air begins to bubble into the liquid is known as an orifice 46
Measuring by is well known to those skilled in the art of measuring the surface tension of liquids exposed to its vapor. This principle is used in the present invention to adjust the ink distribution pressure.
The meniscus of the bubble generator orifice 46 is drawn into the ink containment reservoir 27 at a pressure below atmospheric pressure. A partial vacuum is created as ink is drawn from the reservoir 27 and ejected by the drop generator or print engine 40. Bubbles can enter the ink supply chamber 28 due to the destruction of the meniscus. The additional volume of air introduced in this manner is proportional to the time average of the air entering through the bubble generator 46, which balances the volume of ink drawn for printing, maintaining the plenum chamber 26 at a substantially constant pressure. It becomes a means of adjustment. The bubble generator 46 provides a source of air that creates the volume that is expelled. The foam generator 46 acts like a valve with a predetermined opening (or "cracking") pressure. Foam generator 46
Does not allow air to enter the plenum chamber 26 unless the plenum vacuum is high enough to break the meniscus.

【0022】メニスカスが崩壊し気泡が吸い込まれる圧
力は、泡発生器オリフィス46の直径、液体インク32の表
面張力、および泡発生器46を構成する材料に関する液体
インク32の濡れ角によって決まる。表面張力および濡れ
角の公称値については、調整圧力が泡発生器オリフィス
46の直径を選択することにより設定される。オリフィス
46が小さくなれば生ずる部分真空は高くなる。部分真空
は真空が支持することができる水柱の(インチで表し
た)高さにより代表的には測られる。オリフィス46の直
径を小さくすれば(空気がインク送給室28の中に泡を生
ずることにより)調整が行われる部分真空が増大する。
たとえば、表面張力24ダイン/cmを有する相変化インク
への用途においては、直径160ミクロンのオリフィス46
が水柱2.5インチ(泡発生器46の平面で測って)に調整
する。
The pressure at which the meniscus collapses and the bubbles are drawn is determined by the diameter of the bubble generator orifice 46, the surface tension of the liquid ink 32, and the wetting angle of the liquid ink 32 with respect to the material of which the bubble generator 46 is made. For nominal values of surface tension and wetting angle, the adjusting pressure is the bubble generator orifice.
Set by selecting a diameter of 46. Orifice
The smaller the 46, the higher the partial vacuum created. The partial vacuum is typically measured by the height (in inches) of the water column that the vacuum can support. Reducing the diameter of the orifice 46 (by causing air to bubble in the ink delivery chamber 28) increases the partial vacuum in which the adjustment is made.
For example, in a phase change ink application having a surface tension of 24 dynes / cm, a 160 micron diameter orifice 46
Adjust to 2.5 inches of water (measured in the plane of foam generator 46).

【0023】本発明は、泡発生器またはプリントエンジ
ン40を形成する基板41と一体に圧力調整器を組込み、こ
れにより熱インクジェットプリントカートリッジ24の製
作時に別の構成要素および組立段階を追加する必要がな
いという新規な特徴を示している。更に、この調整器は
気泡が液相に入ることができるようにインク室28の中で
固体になっているインクを液化する局部熱源(急速点火
ヒータ44)、およびハンドリングおよび出荷の期間中局
部加熱源を取外して(急速点火ヒータ44のスイッチを切
って)泡発生器オリフィス46を封止し、ペン本体25の中
の部分真空を保存し、インクの放出を防止する手段を使
用している。
The present invention incorporates a pressure regulator integral with the substrate 41 forming the bubble generator or print engine 40, thereby requiring the addition of additional components and assembly steps during the fabrication of the thermal inkjet print cartridge 24. It shows a new feature that it does not exist. In addition, the regulator has a local heat source (rapid ignition heater 44) that liquefies the ink that is solid in the ink chamber 28 so that bubbles can enter the liquid phase, and local heating during handling and shipping. A means of removing the source (switching off the rapid ignition heater 44) to seal the bubble generator orifice 46, preserving the partial vacuum in the pen body 25, and preventing ink ejection is used.

【0024】プラスチック基板41に泡発生器46を組込ん
でいる好適実施例はプラスチックまたは他の適切な材料
から成る簡単な外部ダストシールド(図示せず)により
性能を高めることができる。泡発生器46をプリントカー
トリッジ24の露出した平らな表面に設置すると外面の濡
れ性に影響する紙のごみその他の汚染物を受けやすくな
る。これにより圧力調整が影響を受けることがあり、最
悪の場合には、インクが泡発生器46および小滴排出オリ
フィスからたれ出すことがある。
The preferred embodiment incorporating the foam generator 46 in the plastic substrate 41 can be enhanced by a simple external dust shield (not shown) of plastic or other suitable material. Placing the foam generator 46 on the exposed flat surface of the print cartridge 24 makes it susceptible to paper dust and other contaminants that affect the wettability of the outer surface. This can affect the pressure regulation and, in the worst case, can cause ink to drip from the bubble generator 46 and the drop ejection orifice.

【0025】プレナムチャンバ26の中の空気はヒータ4
4、45が作動されるにつれてかなりの温度変化を受ける
ので、泡発生器46による圧力調整はベローの空気袋30と
関連して動作する。プレナムチャンバ26の中の空気は、
泡発生器46により調整された水柱1〜4インチの部分真
空状態にあるが、要求時溶融ヒータ45により加熱される
と膨張する。一定圧力で、プレナムチャンバ26の中の空
気の体積は室温から120℃まで加熱されると約1/3膨張す
る。ベローの空気袋30はプレナムチャンバ26の部分真空
を維持するのに必要な剛さを備えており、空気が膨張す
る量だけつぶれるので、プレナムチャンバ26に捕らえら
れている空気がかなり膨張することができる一方、圧力
はほぼ一定に保たれる。本発明では、体積変化は実質上
内部で発生する熱によるものであり、ベローの空気袋30
により変化される体積は、プレナムチャンバ26の全体積
の約40%であり、インクの固体塊32がほぼ消費され終わ
っているとき空気の膨張を補償する。ベローの空気袋30
の機能はエラストマ製空気袋またはほぼ一定のプリロー
ドを利用するピストンのような、他の適切な手段によっ
て行うこともできる。
The air in the plenum chamber 26 is heated by the heater 4
The pressure regulation by the bubble generator 46 operates in conjunction with the bellows bladder 30, as the pressure changes due to the significant temperature changes as 4, 45 are activated. The air in the plenum chamber 26 is
It is in a partial vacuum state of 1 to 4 inches of water adjusted by the bubble generator 46, but expands when heated by the melting heater 45 on demand. At constant pressure, the volume of air in plenum chamber 26 expands approximately 1/3 when heated from room temperature to 120 ° C. The bellows bladder 30 has the rigidity necessary to maintain a partial vacuum in the plenum chamber 26 and collapses by the amount that the air expands, which can significantly expand the air trapped in the plenum chamber 26. While possible, the pressure remains almost constant. In the present invention, the volume change is substantially due to the heat generated inside the bellows air bag 30.
Is about 40% of the total volume of the plenum chamber 26, which compensates for air expansion when the solid mass 32 of ink is nearly exhausted. Bellows bladder 30
Can also be accomplished by other suitable means, such as an elastomeric bladder or a piston utilizing a substantially constant preload.

【0026】本発明の譲受人により雇用されている他の
発明者は熱インクジェットプリントヘッドの構造要素と
して可撓プラスチック基板を考察している。他の発明者
は薄膜、障壁、オリフィス板、および電気結線を可撓プ
ラスチック基板に種々に集積している。本発明は三つの
追加機能、すなわち圧力調整、インク濾過、および急速
点火および要求時溶融ヒータ、を組込むことにより従来
技術のインクジェットプリントヘッドに対する改良を行
っている。従来の要素と組合わせることにより、これら
特徴は、インク封じ込み、機械的位置合わせ、伝熱、お
よび体積補償の各構成要素を除き、プラスチック基板41
の上に完全な熱インクジェットプリントエンジン40を製
作することができる。
Another inventor employed by the assignee of the present invention considers a flexible plastic substrate as a structural element of a thermal inkjet printhead. Others have variously integrated thin films, barriers, orifice plates, and electrical connections on flexible plastic substrates. The present invention provides an improvement over prior art inkjet printheads by incorporating three additional features: pressure regulation, ink filtration, and rapid ignition and on demand melt heaters. Combined with conventional components, these features, with the exception of the ink containment, mechanical alignment, heat transfer, and volume compensation components, provide a plastic substrate 41.
A complete thermal inkjet print engine 40 can be built on top of.

【0027】図3は本発明の原理に従って作られたプリ
ントカートリッジ24の破断部分切断図である。図3はカ
ートリッジ24の組立て方法およびその構成要素の相対位
置および関係を示している。特に、図3は要求時溶融ヒ
ータ45が上部熱拡散器33の外端に接触する仕方および急
速点火ヒータ44が下部熱拡散器35の下側に接触する仕方
を示している。このようにしてヒータ44、45のそれぞれ
の一方と熱拡散器33、35の対応するものとの間に熱径路
が作られる。穴36、37、38、およびインク送給室28が一
層明瞭に図示されているが、これらは液化されたインク
32がプリントエンジン40までの途中に通る径路を示して
いる。
FIG. 3 is a cutaway cutaway view of a print cartridge 24 made in accordance with the principles of the present invention. FIG. 3 illustrates the method of assembling the cartridge 24 and the relative positions and relationships of its components. In particular, FIG. 3 illustrates how the on-demand melting heater 45 contacts the outer end of the upper heat spreader 33 and the rapid ignition heater 44 contacts the underside of the lower heat spreader 35. In this way, a heat path is created between one of the heaters 44, 45 and the corresponding one of the heat spreaders 33, 35. The holes 36, 37, 38 and the ink delivery chamber 28 are more clearly illustrated, but these are the liquefied inks.
Reference numeral 32 denotes a path that passes along the way to the print engine 40.

【0028】図4は本発明の高集積モノリシックプリン
トエンジン40の一実施例を示している。図4は折り曲げ
る前の基板41の前側の平面図である。基板41は、たとえ
ば、高抗張力、寸法安定性、およびインクに対する化学
的不活性を有している。ポリイミドのような、プラスチ
ックから作られている。折り曲げ線50は連続打抜き穴の
レーザ融除により形成され、折り曲げ線50の右の基板41
の部分はオリフィス板51を形成している。複数の小滴排
出室52がレーザ融除により基板41の厚さの約半分の深さ
まで形成されている。小滴排出室52は組込みインク障壁
を規定している基板41の非融除部分により互いに分離さ
れている。各小滴排出室52には基板41を貫通して完全に
融除されているノズル53が設けられている。ノズル53は
所定の直径から成り、液体インク39の小滴をカートリッ
ジ24から紙15の上に排出する。五つの室52および53を図
4に便宜のため示してあるが、実用上はその数は多くて
も少なくてもよい。本発明の主要特徴に影響を与えず
に、小滴排出室52を、基板41およびオリフィス板51の上
に積層されているはんだマスク材料のような薄膜材料内
に写真平版法で形成することができる。
FIG. 4 illustrates one embodiment of the highly integrated monolithic print engine 40 of the present invention. FIG. 4 is a plan view of the front side of the substrate 41 before bending. The substrate 41 has, for example, high tensile strength, dimensional stability, and chemical inertness to ink. Made from plastic, like polyimide. The bending line 50 is formed by laser ablation of continuous punched holes, and the substrate 41 on the right side of the bending line 50 is formed.
This portion forms an orifice plate 51. A plurality of droplet discharge chambers 52 are formed by laser ablation to a depth of about half the thickness of the substrate 41. Droplet ejection chambers 52 are separated from each other by an unablated portion of substrate 41 that defines a built-in ink barrier. Each droplet discharge chamber 52 is provided with a nozzle 53 that penetrates through the substrate 41 and is completely ablated. The nozzle 53 has a predetermined diameter and ejects a small drop of liquid ink 39 from the cartridge 24 onto the paper 15. Five chambers 52 and 53 are shown in FIG. 4 for convenience, but in practice there may be more or less. Droplet ejection chambers 52 can be photolithographically formed in a thin film material, such as a solder mask material, laminated on substrate 41 and orifice plate 51 without affecting the key features of the invention. it can.

【0029】折り曲げ線50の左に小滴排出室52の中のイ
ンクを気化する複数の気化ヒータ54が設けられている。
気化ヒータ54は周知の薄膜プロセスまたは厚膜プロセス
により形成することができる。オリフィス板51を折り曲
げ線50で折り曲げてから、小滴排出室52をヒータ54の上
に重ねることが理解されよう。インク32をインク送給室
28から小滴排出室52に送る小さい開口42が気化ヒータ54
の近くに設けられている。可撓回路を形成する複数の導
電線路55が各々個別に気化ヒータ54を基板41の左端に設
置された電気接続端子56に接続している。共通の戻り回
路線64が気化ヒータ54の全部または一群を共通の戻り回
路端子65に接続している。泡発生器オリフィス46は気化
ヒータ54の近くで基板41を貫いて完全に融除されてい
る。
A plurality of vaporization heaters 54 for vaporizing the ink in the droplet discharge chamber 52 are provided to the left of the folding line 50.
The vaporization heater 54 can be formed by a well-known thin film process or thick film process. It will be appreciated that the orifice plate 51 is folded at the fold line 50 before the droplet ejection chamber 52 is overlaid on the heater 54. Ink supply room for ink 32
The small opening 42 that feeds from the 28 to the droplet discharge chamber 52 has a vaporization heater 54.
It is provided near the. A plurality of conductive lines 55 forming a flexible circuit individually connect the vaporization heater 54 to an electric connection terminal 56 provided at the left end of the substrate 41. A common return circuit line 64 connects all or a group of vaporization heaters 54 to a common return circuit terminal 65. The bubble generator orifice 46 is completely ablated through the substrate 41 near the vaporization heater 54.

【0030】図5は基板41の裏側の平面図である。プリ
ントエンジン40を図2に示すようにペン本体25の一方の
側および底面の周りに折り曲げた後では、図5に示す基
板41の裏側はプリントカートリッジ24の内側にあること
が理解される。図5において、第1の破線(指示線50)
はオリフィス板51を形成する折り曲げ線50に沿ってい
る。第2の破線61は基板41の側面57を底面58から分離す
るL形折り曲げ線を規定する。ノズル53はオリフィス板
51の中に見ることができ、融除されたインク送給開口42
は基板41の下面58の近くに見ることができる。泡発生器
オリフィス46は基板41の底面58の中に見ることができ
る。急速点火ヒータ44は基板41の底面58に設置され、ヴ
ァイア61bまで延びる導電線路60を備えている。要求時
溶融ヒータ45は基板41の側面57に設置され、ヴァイア63
bまで延びる別の導電線路62を備えている。共通の戻り
回路線66は急速点火ヒータ44および要求時溶融ヒータ45
を共通戻り回路ヴァイア67bに接続している。
FIG. 5 is a plan view of the back side of the substrate 41. It will be appreciated that after the print engine 40 is folded around one side and the bottom of the pen body 25 as shown in FIG. 2, the back side of the substrate 41 shown in FIG. In FIG. 5, the first broken line (indication line 50)
Is along the fold line 50 forming the orifice plate 51. The second dashed line 61 defines an L-shaped fold line that separates the side surface 57 of the substrate 41 from the bottom surface 58. Nozzle 53 is an orifice plate
Ablated ink delivery opening 42 visible in 51
Can be seen near the lower surface 58 of the substrate 41. The bubble generator orifice 46 can be seen in the bottom surface 58 of the substrate 41. The rapid ignition heater 44 is installed on the bottom surface 58 of the substrate 41 and includes a conductive line 60 extending to the via 61b. The on-demand fusion heater 45 is installed on the side 57 of the substrate 41, and the via 63
Another conductive line 62 extending to b is provided. The common return circuit line 66 is the rapid ignition heater 44 and the demand fusion heater 45.
To the common return circuit via 67b.

【0031】図6はL形に折り曲げられたプリントエン
ジン40の斜視図である。この図で、小滴発生器はオリフ
ィス板51を折り曲げ線50にあるレーザ融除パーフォレー
ションに沿って折り曲げ、小滴排出室52を気化室54に重
ねることにより形成されている。
FIG. 6 is a perspective view of the print engine 40 bent into an L shape. In this figure, the droplet generator is formed by bending the orifice plate 51 along the laser ablation perforation at the fold line 50 and overlapping the droplet discharge chamber 52 with the vaporization chamber 54.

【0032】急速点火ヒータ44および要求時溶融ヒータ
45は図5に示す基板41の裏側に金属層により形成される
薄膜ヒータとすることができ、または、代わりに、それ
らヒータは基板41の所定位置にヒータ44、45を既に備え
ている第2のプラスチックフィルムを積層することによ
って形成することができる。急速点火ヒータ44および要
求時溶融ヒータ45の構成には幾つかの選択の自由があ
る。ヒータ44、45は、典型的には両端に導体の付いた0.
5乃至3平方抵抗の抵抗体材料から成る薄膜抵抗器から
構成することができる。他の実施例は抵抗体材料に開口
を備えている同じ構成を採用している。これはヒータと
前側導体をめっき貫通穴により接続するジャンパとの間
を電気的に分離する。これらの地形の周りに群集する電
流は非一様性加熱を生ずる。これはヴァイアを空間的に
配置することにより無視することができるかまたは影響
を最少限に留めることができる。他の実施例は縁辺導体
間に抵抗性ストリップを配置している。ストリップ間の
空間はヒータ44、45を前側導体間のジャンパから電気的
に分離するのに使用される。この構成は更に多数の抵抗
性材料の四角形を設けてヒータの全体としての抵抗を調
節するのに使用することもできる。
Rapid ignition heater 44 and on-demand fusion heater
45 may be thin film heaters formed by a metal layer on the backside of the substrate 41 shown in FIG. 5, or alternatively, those heaters already have heaters 44, 45 in place on the substrate 41. It can be formed by laminating plastic films. There are several options for the configuration of the rapid ignition heater 44 and the on-demand fusion heater 45. The heaters 44, 45 are typically 0. with conductors on each end.
It may consist of a thin film resistor made of a resistor material with a resistance of 5 to 3 square. Other embodiments employ the same configuration with openings in the resistor material. This electrically isolates the heater from the jumper that connects the front conductor with a plated through hole. The currents that crowd around these terrains produce non-uniform heating. This can be neglected or minimized by spatially arranging the vias. Another embodiment places a resistive strip between the edge conductors. The space between the strips is used to electrically isolate the heaters 44, 45 from the jumpers between the front conductors. This configuration can also be used to provide multiple squares of resistive material to control the overall resistance of the heater.

【0033】急速点火ヒータ44には更に他の選択の自由
が存在する。泡発生器46をヒータ44の内部に設置して泡
発生器46の上でおよびプリントエンジン40とプレナムチ
ャンバ26との間のインク送給器28の中でインクを急速に
溶かすという必要性を満たすことができる。ヒータ材料
を相変化インク32に直接さらして、介在層の熱抵抗無し
で効率良く伝熱させることができる。随意に、泡発生器
46の近くの濡れ角を制御するのにヒータ材を除去する必
要があることがある。他の実施例は急速点火ヒータ44を
シルクスクリーン印刷または他の適切な手段により付着
することができる厚膜から形成している。このヒータ44
は先に説明した薄膜ヒータ44のように導体60、66および
62との電気接続を行う。
There is yet another option for the rapid ignition heater 44. A foam generator 46 is installed inside the heater 44 to meet the need to rapidly melt ink on the foam generator 46 and in the ink feeder 28 between the print engine 40 and the plenum chamber 26. be able to. The heater material can be directly exposed to the phase change ink 32 to efficiently transfer heat without the thermal resistance of the intervening layer. Optionally a foam generator
The heater material may need to be removed to control the wetting angle near 46. Another embodiment forms the rapid ignition heater 44 from a thick film that can be applied by silk screen printing or other suitable means. This heater 44
Like the thin film heater 44 previously described, the conductors 60, 66 and
Make electrical connection with 62.

【0034】他の実施例はヒータ44、45を薄膜ヒータ4
4、45に使用したものとは異なるプロセスを使用して別
のプラスチック基板上に形成し、導体を図4に示すよう
に前側に形成している。これらヒータ44、45、および導
体は前側メタリゼーションのリソグラフィック印刷の精
度を必要とせず、裏側ヒータおよび導体の両工程を本発
明の折り曲げ基板41に使用している段階から分離すると
いう費用上の利点が存在する。次にヒータ44、45および
導体60、66、62を備えたプラスチック基板を気化ヒータ
54、小滴排出室52、オリフィス46などを備えた基板に積
み重ねることができる。上述の仕方による第2の膜およ
びヒータの窓開口により泡発生器46をレーザ融除プロセ
スにより外側プラスチック層に形成し、積重ねた層を通
して泡立てることができる。積層ヒータは前述のように
導体60、62、および66との電気的接続を行う。接続はは
んだ付け、導電性エポキシ、または他の適切な手段によ
ることができる。
In another embodiment, the heaters 44 and 45 are replaced by the thin film heater 4
It is formed on another plastic substrate using a different process than that used for 4, 45 and the conductors are formed on the front side as shown in FIG. These heaters 44, 45 and conductors do not require the accuracy of lithographic printing of the front side metallization, and the cost of separating both the back side heater and conductor steps from the stage used for the folded substrate 41 of the present invention. There are advantages. Then vaporize the plastic substrate with heaters 44, 45 and conductors 60, 66, 62
54, the droplet ejection chamber 52, the orifice 46, etc. can be stacked on the substrate. With the second membrane and heater window openings in the manner described above, the bubble generator 46 can be formed in the outer plastic layer by a laser ablation process and bubbled through the stacked layers. The laminated heater makes electrical connection with conductors 60, 62, and 66 as previously described. The connection can be by soldering, conductive epoxy, or other suitable means.

【0035】従来の熱インクジェットプリントカートリ
ッジは織った金網から成るインクフィルタを使用してい
る。典型的には、この金網は直径が10〜20ミクロンより
大きい粒子を除外するように選択され、小滴排出オリフ
ィスが詰まらないようにしている。本発明は、図7に示
すように、プラスチック基板41にフィルタ穴70の配列を
形成するのにレーザ融除を行っている。これは、小滴排
出室52、発射ノズル53、および泡発生器オリフィス46を
含む他の構造特徴の融除と同時に行われる。
Conventional thermal inkjet print cartridges use ink filters that consist of woven wire mesh. Typically, the wire mesh is selected to exclude particles larger than 10-20 microns in diameter to prevent clogging of the droplet ejection orifice. The present invention uses laser ablation to form the array of filter holes 70 in the plastic substrate 41, as shown in FIG. This is done at the same time as the ablation of the droplet ejection chamber 52, firing nozzle 53, and other structural features including the foam generator orifice 46.

【0036】図7は図3の集積化プリントエンジンの正
面の拡大図であり、特にフィルタ穴の配列で作られた集
積化インクフィルタの詳細を示している。図は、各々が
典型的には10〜20ミクロンの直径を有するフィルタ穴70
の配列により形成されている集積インクフィルタの詳細
を示している。折り曲げ後の小滴排出室52の足跡71はフ
ィルタ穴70の配列および気化ヒータ54を囲む点線として
見ることができる。丸穴70を示してあるが、他の構成、
扁長円、卵形、およびスロット、も有用である。集積フ
ィルタを通る流れのインピーダンスが幾つかの穴70が詰
まっても許容限界内にあるように充分な数の穴70が必要
である。穴70の数、直径、および形状は小滴排出室52の
流体整合に対して公称補充インピーダンスを得るように
選択することができる。これらフィルタ穴70は図2、図
4、および図5に示す小さなインク送給開口42の代わり
に使用されることを理解すべきである。また、フィルタ
穴70の配列は液体インクペンの他に相変化インクペンに
も使用することができることを理解すべきである。した
がって本発明には別の新規性が基板41に集積され且つ小
滴発生器46を形成しているインク濾過システムにあり、
これにより熱インクジェットプリントカートリッジ24の
製作時に構成要素および組立段階を追加する必要が無く
なっている。
FIG. 7 is an enlarged front view of the integrated print engine of FIG. 3, showing in particular the details of an integrated ink filter made with an array of filter holes. The illustration shows filter holes 70 each having a diameter of typically 10-20 microns.
3 shows details of an integrated ink filter formed by the arrangement of FIG. The footprint 71 of the droplet ejection chamber 52 after folding can be seen as a dotted line surrounding the array of filter holes 70 and the vaporization heater 54. A round hole 70 is shown, but other configurations,
Ovals, ovals, and slots are also useful. A sufficient number of holes 70 are needed so that the impedance of the flow through the integrated filter is within acceptable limits even if some holes 70 are plugged. The number, diameter, and shape of the holes 70 can be selected to obtain a nominal replenishment impedance for fluid matching of the drop ejection chamber 52. It should be understood that these filter holes 70 are used in place of the small ink delivery openings 42 shown in FIGS. 2, 4 and 5. It should also be appreciated that the array of filter holes 70 can be used in phase change ink pens as well as liquid ink pens. Therefore, another novelty of the present invention resides in an ink filtration system integrated on substrate 41 and forming a droplet generator 46,
This eliminates the need for additional components and assembly steps when manufacturing thermal inkjet print cartridge 24.

【0037】次に図8aを参照すると、小滴発生器40の破
断断面図が示されている。インク貯留部91には固体粒子
93が入っている液体インク32を収容している壁92があ
る。基板41の折り曲げ部94には液体インク32を小滴排出
室52および排出ノズル97から分離しているフィルタ穴70
の配列がある。動作時、フィルタ穴70の配列は固体粒子
93が小滴排出室52に入らないようにする。液体インク32
は相変化インクの液体とすることもできる。今度は図8b
を参照すると、図8aの小滴発生器の断面図が示されてい
る。基板41の折り曲げ部94には小滴排出室52に導くフィ
ルタ穴70が設けられている。図8bからわかるように、基
板41から構成されている小滴排出室52の一方の壁には気
化ヒータ98があり、反対の壁には排出ノズル97が設けら
れている。
Referring now to FIG. 8a, a cutaway cross-sectional view of drop generator 40 is shown. Solid particles in the ink reservoir 91
There is a wall 92 containing the liquid ink 32 containing 93. The bent portion 94 of the substrate 41 has a filter hole 70 for separating the liquid ink 32 from the droplet discharge chamber 52 and the discharge nozzle 97.
There is an array of. In operation, the array of filter holes 70 is a solid particle
Make sure 93 does not enter the drop ejection chamber 52. Liquid ink 32
Can also be a liquid of phase change ink. Now Figure 8b
8a, there is shown a cross-sectional view of the droplet generator of FIG. 8a. The bent portion 94 of the substrate 41 is provided with a filter hole 70 leading to the droplet discharge chamber 52. As can be seen from FIG. 8b, a vaporization heater 98 is provided on one wall of the droplet ejection chamber 52 formed of the substrate 41, and an ejection nozzle 97 is provided on the opposite wall.

【0038】次に図9を参照すると、熱インクジェット
プリントカートリッジ24の中の温度およびインクレベル
を調整する制御システム110の概要図が示されている。
相変化インク32の固塊がインク封じ込め貯留部27に入っ
ており、液体インク115がインク送給室28に存在する。
相変化インク32の固塊は上部熱拡散器33の上に静置され
ている。要求時溶融ヒータ45は抵抗体により概略図示さ
れており、電源121に接続されて電力を得る要求時溶融
インクレベル調整器120に接続されている。インクレベ
ルセンサ122がインク送給室28の近くのペン本体25の壁
に設けられてプリントエンジン40に分配する液体を適切
なレベルに保持している。インクレベルセンサ122はイ
ンクレベル調整器120に電気的に接続されており、この
組合わせにより要求時溶融ヒータ45により発生される熱
の量を制御している。インクレベル調整器120はインク
レベルセンサ122からの信号を公称インクレベルを表す
所定値と比較する。インク送給室28の中の公称インクレ
ベルより小さいことを表す信号を受取ると、要求時溶融
ヒータ45に電力が加えられて固体インク32を溶かす。イ
ンク送給室28に入る液体はインクのレベルを上げ、イン
クレベルセンサ122が公称値以上のレベルを示すと電力
が要求時溶融ヒータ45から除かれる。インクレベルセン
サ122は当業者に既知の手段のどんな数をも使用するこ
とができる。これには自己加熱モードで動作し、存在す
る液体が装置から熱を吸収してその温度を液体の存在時
に観測される温度より下げるサーミスタがある。
Referring now to FIG. 9, a schematic diagram of a control system 110 for regulating temperature and ink level in thermal inkjet print cartridge 24 is shown.
A solid mass of phase change ink 32 is contained in the ink containment reservoir 27 and liquid ink 115 is present in the ink delivery chamber 28.
The solid mass of the phase change ink 32 is placed on the upper heat spreader 33. The demand melting heater 45 is schematically illustrated by a resistor, and is connected to a demand melting ink level adjuster 120 which is connected to a power source 121 to obtain electric power. An ink level sensor 122 is provided on the wall of the pen body 25 near the ink feed chamber 28 to maintain the liquid dispensed to the print engine 40 at an appropriate level. The ink level sensor 122 is electrically connected to the ink level adjuster 120, and this combination controls the amount of heat generated by the on-demand melting heater 45. The ink level adjuster 120 compares the signal from the ink level sensor 122 with a predetermined value representing the nominal ink level. Upon receiving a signal that is less than the nominal ink level in the ink delivery chamber 28, the on-demand melt heater 45 is energized to melt the solid ink 32. The liquid entering the ink delivery chamber 28 raises the ink level and power is removed from the on-demand melt heater 45 when the ink level sensor 122 indicates a level above the nominal value. Ink level sensor 122 can use any number of means known to those of skill in the art. This includes a thermistor that operates in a self-heating mode and the liquid that is present absorbs heat from the device and reduces its temperature below that observed in the presence of the liquid.

【0039】急速点火ヒータ44は抵抗体として概略図示
されており、プリントエンジン40に組込まれ、分配温度
調整器124に電気的に接続されている。分配温度調整器1
24はまた電源121から電力を引出す。温度センサ125はイ
ンク送給室28に設置されており、そこで液体インク32の
温度を監視することができる。温度センサ125は分配温
度調整器124に電気的に接続されており、この組合わせ
は急速点火ヒータ44により発生される熱の量を制御す
る。調整器124は温度センサ125からの温度関連信号を内
部の所定基準値と比較する。温度センサ125により検知
された温度が所定値より低ければ何時でも電力が急速点
火ヒータ44に加えられる。サーミスタ、熱電対、および
感温抵抗体のような当業者に周知の温度検知手段を温度
センサ125として採用することができる。インクレベル
調整器120および分配温度調整器124の両者に対して、比
例、積分、および微分補償、またはそれらの組合わせを
利用する簡単な制御アルゴリズムを使用することができ
る。
The rapid ignition heater 44 is shown schematically as a resistor and is incorporated into the print engine 40 and electrically connected to the distribution temperature regulator 124. Distribution temperature controller 1
24 also draws power from power supply 121. The temperature sensor 125 is installed in the ink supply chamber 28, where the temperature of the liquid ink 32 can be monitored. The temperature sensor 125 is electrically connected to the distribution temperature controller 124, which combination controls the amount of heat generated by the rapid ignition heater 44. The regulator 124 compares the temperature related signal from the temperature sensor 125 with a predetermined internal reference value. Power is applied to the rapid ignition heater 44 whenever the temperature sensed by the temperature sensor 125 is below a predetermined value. Temperature sensing means well known to those skilled in the art, such as thermistors, thermocouples, and temperature sensitive resistors can be employed as the temperature sensor 125. A simple control algorithm utilizing proportional, integral, and derivative compensation, or a combination thereof, may be used for both the ink level regulator 120 and the dispense temperature regulator 124.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上のように、圧力調整、インク濾過、
要求時(オンデマンド型)溶融ヒータ、および急速点火
ヒータを組込んだ新しい、改良された集積モノリシック
熱インクジェットプリントヘッドが提供される。開示さ
れた特徴は固体の相変化インクプリントヘッドに有用で
あるが、フィルタ穴の配列は液体インクプリントカート
リッジにも有用である。泡発生器圧力調整器からの気泡
が液相に入ることができるように固体インクを液化する
局部熱源を採用し、ハンドリングおよび出荷の期間中局
部熱源を取外して泡発生器オリフィスを封止し、調整器
内の部分真空を保存し、インクの放出を防止することが
本発明の一つの特徴である。もう一つの特徴は内部の発
熱によるプレナムチャンバ内の空気の膨張が外側に通気
するベローズによって補償されていることである。上述
の実施例は本発明の原理の適用を示す多数の特定の実施
例の中の幾つかを単に示したに過ぎないことを理解すべ
きである。明らかに、当業者は本発明の範囲から逸脱す
ることなく多数の他の構成を容易に考案することができ
る。
As described above, pressure adjustment, ink filtration,
A new and improved integrated monolithic thermal inkjet printhead incorporating on-demand (on-demand) fusion heaters and rapid ignition heaters is provided. While the disclosed features are useful for solid phase change ink printheads, the array of filter holes is also useful for liquid ink print cartridges. Adopting a local heat source to liquefy the solid ink so that the bubbles from the bubble generator pressure regulator can enter the liquid phase, remove the local heat source during handling and shipping to seal the bubble generator orifice, It is one feature of the present invention to preserve the partial vacuum in the regulator and prevent ink ejection. Another feature is that the expansion of the air in the plenum chamber due to the internal heat generation is compensated by the bellows that vent to the outside. It should be understood that the above-described embodiments are merely illustrative of some of the many specific embodiments that demonstrate application of the principles of the invention. Obviously, those skilled in the art can easily devise numerous other configurations without departing from the scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】熱インクジェットプリンタの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a thermal inkjet printer.

【図2】本発明のプリントカートリッジの側断面図であ
る。
FIG. 2 is a side sectional view of the print cartridge of the present invention.

【図3】発明のプリントカートリッジの一部分解斜視図
である。
FIG. 3 is a partially exploded perspective view of the print cartridge of the invention.

【図4】図2のプリントカートリッジに使用するプリン
トエンジンの平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a print engine used in the print cartridge of FIG.

【図5】図4のプリントエンジンの背面図である。5 is a rear view of the print engine of FIG.

【図6】図4のプリントエンジンを装着用にL字形にし
た斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of the print engine of FIG. 4 which is L-shaped for mounting.

【図7】図4のプリントエンジンの一部拡大図である。FIG. 7 is a partially enlarged view of the print engine of FIG.

【図8a】インク滴発生器の一部拡大図である。FIG. 8a is a partially enlarged view of the ink drop generator.

【図8b】図8aにおける線8b-8bによる断面図で
ある。
8b is a sectional view taken along line 8b-8b in FIG. 8a.

【図9】固体インクプリントカートリッジに対する制御
システムを示した図である。
FIG. 9 illustrates a control system for a solid ink print cartridge.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:熱インクジェットプリンタ、12、13:棒、15:紙、
24:プリントカートリッジ、25:ペン本体、26:プレナ
ムチェンバ、27:インク貯蔵部、28:インク送給室、3
0:空気袋、32:個体インク、33、35:熱拡散器、36、3
7、38:通路、44、45:ヒータ、46:泡発生器、40:エ
ンジン、34:熱絶縁体、41:基板、
10: thermal inkjet printer, 12, 13: stick, 15: paper,
24: print cartridge, 25: pen body, 26: plenum chamber, 27: ink storage unit, 28: ink feed chamber, 3
0: Air bag, 32: Solid ink, 33, 35: Heat diffuser, 36, 3
7, 38: Passage, 44, 45: Heater, 46: Bubble generator, 40: Engine, 34: Thermal insulator, 41: Substrate,

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プレナムチェンバ、液体インク放出室を定
める地形を有する可撓性基板、オリフィス板、複数個の
加熱素子を有する熱インクジェットプリントヘッドにお
いて、相変化インクの体積および筐体の温度の関数そし
てその体積を変化するように筐体内に配置された圧力調
整手段と、可撓性基板中に配置された泡発生器とを有す
るプリントカートリッジ。
1. A function of phase change ink volume and enclosure temperature in a thermal inkjet printhead having a plenum chamber, a flexible substrate having a terrain defining a liquid ink ejection chamber, an orifice plate, and a plurality of heating elements. A print cartridge having pressure adjusting means arranged in the housing so as to change its volume, and a bubble generator arranged in the flexible substrate.
JP14148793A 1992-05-22 1993-05-20 Print cartridge Pending JPH0691862A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US88657792A 1992-05-22 1992-05-22
US886,577 1992-05-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011240636A (en) * 2010-05-19 2011-12-01 Konica Minolta Holdings Inc Liquid droplet discharge head

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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