KR100688009B1

KR100688009B1 - 오리피스 플레이트, 개선된 열 잉크젯 프린트헤드, 강한 버블 이동의 제공 방법, 잉크젯 프린터 및 잉크 컨테이너/카트리지

Info

Publication number: KR100688009B1
Application number: KR1020000050289A
Authority: KR
Inventors: 밀러마이클디; 후메가라드
Original assignee: 휴렛-팩커드 컴퍼니(델라웨어주법인)
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2007-02-27
Also published as: KR20010021454A; CN1291547A; CN1221393C; TW466182B; US6331055B1

Abstract

잉크젯 프린트헤드(inkjet printhead)(12)는 오리피스 플레이트(orifice plate)(40)를 구비하고, 이러한 오리피스 플레이트(40)는 장벽층(34)에 접속되고, 기판의 제 2 주 표면(33)으로부터 이격되며, 잉크 매니폴드(36)를 둘러싸고, 각각 제각기의 잉크 에너자이징 소자(ink energizing element)(30)와 연결된 다수의 오리피스 개구(42)를 정의하는데, 여기에서 오리피스 플레이트(40)는 다수의 오리피스 개구(42) 및 적어도 하나의 그루브(54,56)를 정의하는 평면 플레이트를 가진다. 적어도 하나의 그루브(54,56)는 버블들을 중요한 영역들로부터 떨어진 곳으로 유도하기 위해서, 잉크젯 프린트헤드의 잉크 공급 슬롯 영역으로부터 잉크 공급 슬롯 영역 너머에 위치한 종단 파이어링 챔버(end firing chamber)에 인접한 버블 수집 영역(bubble collection area)까지 연장한다.

Description

오리피스 플레이트, 개선된 열 잉크젯 프린트헤드, 강한 버블 이동의 제공 방법, 잉크젯 프린터 및 잉크 컨테이너/카트리지{INKJET PRINTHEAD WITH TOP PLATE BUBBLE MANAGEMENT}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 펜을 도시하는 사시도.

도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 취해진 프린트헤드의 확대된 단면도.

도 3은 상부 플레이트가 제거된 프린트헤드의 평면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 슬롯의 단부에 있는 셸프 영역(shelf region)의 하나의 단부의 평면도.

도 5는 도 4에 도시된 구조를 절단 라인 A-A를 따라서 절단한 단면도.

도 6은 도 4에 도시된 구조를 절단 라인 B-B를 따라서 절단한 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 그루브를 형성하는 도금 프로세스(plating process)를 도시하는 개략도.

도 8은 프린트헤드를 이용하는 프린터를 도시하는 도면.

도 9는 프린트헤드를 이용하는 프린터 메커니즘을 도시하는 도면.

본 발명은 잉크젯 프린터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 열 잉크젯 프린트헤드(thermal inkjet printheads)를 갖는 잉크젯 프린터에 관한 것이다.

잉크젯 프린터는 매체 시트(media sheet) 위를 왕복하여 인쇄된 이미지 또는 패턴을 생성하기 위해 액적(droplets)을 시트 상에 방출하는 프린트헤드를 갖는 펜을 사용한다. 통상의 프린트헤드는 기판의 후면이 펜에 대향하여 장착될 때, 펜의 잉크 충진 챔버(ink filled chamber)와 통신하는 중심 잉크 홀(central ink hole)을 갖는 실리콘 칩 기판을 포함한다. 파이어링 저항(firing resistor)의 어레이는 저항 및 잉크 개구(ink aperture)를 둘러싸는 장벽층에 의해 주변이 둘러싸인 챔버(chamber) 내에서 기판의 전면 위에 배치된다. 기판의 전면 표면 바로 위의 장벽에 접속된 오리피스 플레이트(orifice plate)는 챔버를 둘러싸며, 각각의 저항 바로 위의 파이어링 오리피스를 정의한다. 기본적인 프린트헤드 구조에 대한 부가적인 설명은 1988년 8월호 휴렛패커드 저널의 28-31페이지에 수록된 Ronald Askeland 등이 발표한 "The Second-Generation Thermal Inkjet Structure"와, 1988년 10월호 휴렛패커드 저널의 55-61 페이지에 수록된 William A. Buskirk 등이 발표한 "Development of a High-Resolution Thermal Inkjet Printhead"와, 1994년 2월호 휴렛패커드 저널의 41-45페이지에 수록된 J.Stephen Aden 등이 발표한 "The Third-Generation HP Thermal Inkjet Printhead"에서 확인 가능하고, 이 문헌들은 본 명세서에 참조 문서로서 인용되어 있다.

단일 컬러 펜의 경우에, 저항은 주어진 기판 칩 크기에 대해 최대 배열 길이를 제공하기 위해 각각 거의 기판 길이만큼 연장하는 2개의 병렬 연장된 어레이로 배열된다. 저항 어레이는 잉크 개구의 대향하는 면에 접하고, 잉크 개구는 전형적으로 연장된 슬롯(slot)이거나 연장된 홀로 이루어진 어레이이다. 기판의 구조적 무결성을 보장하기 위해서, 잉크 개구는 기판 에지에 너무 가까울 정도까지 연장하지 않거나, 가장 끝에 있는 여러 개의 파이어링 저항의 에지에 가깝게 연장하지 않는다. 따라서, 각 어레이의 각 단부에 있는 저항 몇 개는 잉크 공급 개구 또는 슬롯의 단부를 지나 연장된다.

상당히 효과적인 구성의 경우에, 종단 파이어링 소자들, 즉 종단 저항들을 포함하는 소자들은 잉크 공급 슬롯의 길이 방향으로 접하는 다수의 파이어링 소자들 보다 고장에 대해 더 민감하다. 작은 공기 버블들은 주로 2개의 소스들로부터 발생되는 것으로 여겨지는데, 이것들은 정규 동작 동안 잉크 성분들의 가스 방출로부터 발생되고, 펜 어셈블리를 완성한 후에 뒤에 잔류된 것이다. 이들 버블들은 잉크 챔버의 단부에서 더 큰 버블로 모이거나 집합 및 합체하는 경향이 있다. 이것은 잉크 공급 슬롯의 종단 너머의 부분 및 종단 저항 부근에서 발생한다. 존재하는 작은 버블들은 보통 단지 하나의 잉크 액적만이 인쇄된 출력으로부터 제외되어 "방출(ejected)"될 수 있고, 그 다음 파이어링 소자가 허용가능한 순간적인 고장 이후에 적절하게 계속 처리할 수 있으므로 수용 가능하다. 그러나, 허용되는 작은 버블들의 합체가 가능할 때, 버블들은 하나 이상의 파이어링 소자를 완전히 차단하기에 충분할 정도로 커질 수 있어, 잉크가 파이어링 저항에 도달하지 못하게 한다.

따라서, 버블들을 파이어링 소자 영역으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키며, 작은 버블이 잉크젯 개구로부터 멀리 떨어지도록 이동 및 합체되게 하는 버블 관리를 제공하는 잉크젯 프린트헤드가 필요하다.

버블들은 압력이 보다 적은 영역들 내로 성장 및 팽창하는 경향이 있기 때문에, 본 발명은 상부 플레이트 내에서 파이어링 챔버 근처의 버블 수집 영역으로부터 슬롯 영역을 향해 확장하는 그루브(grooves) 또는 오목부(depressions)를 제공한다. 본 발명은 장벽층에 접속되고, 기판의 제 2 주 표면으로부터 떨어져 배치되며, 잉크 매니폴드(ink manifold)를 포함하고, 각각 제각기의 잉크 에너자이징 소자(ink energizing element)와 연결된 다수의 오리피스 개구를 정의하여, 다수의 오리피스 개구 및 다수의 그루브를 정의하는 평면 플레이트를 갖는 오리피스 플레이트를 잉크젯 프린트헤드에 제공함으로써, 종래 기술의 한계를 극복한다. 적어도 2개의 그루브는 각각 잉크젯 프린트헤드의 잉크 공급 슬롯 영역으로부터 잉크 공급 슬롯 영역 너머에 위치한 종단 파이어링 챔버에 인접한 버블 수집 영역까지 연장한다. 그루브들은 버블을 수집하여 이 버블들이 중요 영역으로부터 멀어지게 하므로, 항상 잉크가 하나 이상의 파이어링 소자들에 도달하지 못하도록 차단할 수 있는 더 큰 버블의 형성을 회피한다.

도 1은 프린트헤드(12)를 갖는 잉크젯 펜(10)을 도시한다. 이 펜은 프린트헤드(12)에 공급되는 저장된 잉크를 포함하는 (도 2에 도시된) 챔버 또는 저장소(24)를 정의하는 펜 본체(pen body)(14)를 갖는다. (도시되지 않은) 전기적 상호 접속부는 펜(10)이 설치되어 있는 프린터와 프린트헤드(12) 사이의 접속을 제공하여, 프린터가 프린트헤드(12)로 인쇄를 제어할 수 있게 한다.

다수의 잉크 에너자이징 소자는 잉크 개구로부터 떨어진 기판 표면 상에 배치된다. 잉크 매니폴드 주위를 둘러싸는 장벽층은 잉크 개구를 격리하고, 둘러싼다. 오리피스 플레이트는 장벽층 상부에 접속되며, 이 장벽층은 기판의 상부 및 잉크 개구 주위에 배치된다. 오리피스 플레이트 또는 상부 플레이트는 각각 제각기의 잉크 에너자이징 소자와 연결된 다수의 작은 오리피스를 정의한다. 잉크 매니폴드는 바람직하게는 장벽층의 단부 벽 부분에 의해 정의되는 대향 단부를 갖는 연장된 챔버이다. 장벽 단부 벽 부분은 각각 매니폴드 내부로 돌출하는 중간 단부 벽 부분을 갖는다.

버블이 상부 플레이트와 기판 사이의 영역에 있는 프린트헤드에서 형성되기 때문에, 그들은 합체하여 계속해서 성장할 수 있는 보다 큰 체적을 찾는 경향이 있다. 본 발명은 잉크젯 프린트헤드의 잉크 공급 슬롯 영역으로부터 잉크 공급 슬롯 영역 너머에 위치해 있는 종단 파이어링 챔버에 인접한 버블 수집 영역까지 확장하는 상부 플레이트에 그루브를 제공하고, 잉크 공급 슬롯 영역의 에지를 따라 상부 플레이트에 그루브를 제공한다. 이 그루브는 버블을 수집하여 이 버블들이 중요 영역으로부터 멀어지게 하므로, 잉크가 하나 이상의 파이어링 소자들에 도달하지 못하도록 계속적으로 차단할 수 있는 큰 버블의 형성을 회피한다.

도 2는 프린트헤드(12)의 단면도를 도시한다. 프린트헤드(12)는 후면 표면(20)이 펜 본체(14)에 장착된 실리콘 기판(16)을 포함한다. 펜 본체(14)의 잉크 배출구(22)는 잉크 챔버(24) 내로 개방된다. 기판(16)은 잉크 배출구(22)에 맞춰진 잉크 채널 또는 잉크 개구(26)를 정의한다. 다수의 파이어링 저항(30)은 잉크 채널(26)의 대향 면(도 2에 도시되지 않음) 상의 열 내에 배열되어, 기판의 제 1 또는 상측 표면(32) 상에 위치된다. 도 2에서 잘 보이지는 않지만 제 1 또는 상측 기판(16) 표면의 최상부에 증착되며 그 내부에 전형적으로 파이어링 저항이 형성되는 물질로 이루어진 다수의 박막층(33)이 도시되어 있다. 박막 기판은 다수의 절연층, 도전 및 저항 물질을 포함한다. 물질(33)은 전기 에너지를 파이어링 저항(30)에 선택적으로 전달하는데 이용되며, 여기에서 파이어링 저항(30)은 그 후에 가열되어 열 에너지를 국부 파이어링 영역으로 전달하며, 이것에 의해 잉크가 끓어서 인쇄 표면 상으로 분출된다.

장벽층(34)은 박막층(33)의 상부 표면에 부착되며, 이러한 박막층(33)은 기판(16) 최상층에 있으며, 기판 주변을 덮어서 잉크 매니폴드 챔버(36)를 측면으로 둘러싸고 저항(30)을 에워싸고, 이들 저항 주위에 파이어링 챔버를 형성하도록 패터닝된다. 오리피스 플레이트(40)는 매니폴드 챔버(36)를 둘러싸기 위해서 장벽층(34)의 최상층에 부착된다. 오리피스 플레이트(40)는 잉크 오리피스(42)의 어레이를 정의하며, 이들 각각은 각각의 파이어링 저항(30)에 맞춰진다. 바람직한 실시예에서, 오리피스 플레이트의 두께는 대략 25 마이크론이며, 장벽층의 두께는 대략 10-20 마이크론, 통상 14마이크론이지만, 이와 다른 치수들도 이용될 수 있으며, 도면은 실제 축적대로 도시되지 않았다.

도 3은 상부 플레이트가 제거되며 (버블들로 인한) 공기 차단에 민감한 노즐(nozzle)(102)을 갖는 프린트헤드의 평면도를 도시한다. 잉크 공급 슬롯(104)이 연장되면 기판이 더 잘 파괴되기 때문에, 즉 슬롯 단부에서의 기판 폭이 너무 작아서 파괴 가능성이 증가하기 때문에 연장하지 않는다. 도 3에서, 장벽 내의 파이어링 챔버는 도시되지 않는다.

도 4는 파이어링 챔버, 상부 플레이트 그루브, 잉크 장벽을 포함하는 프린트헤드(12)에 있어서 슬롯 단부에서 셸프 영역(shelf region)의 한 단부에 대한 평면도를 도시한다. 프린트헤드(12)의 다른 단부는 단부 사이에서 반복되는 다수의 중간 형상(intermediate features)과 동일하다. 저항(30)은 각 열에서 균일하게 이격된 저항을 갖는 (도시되지 않은) 제 1 열(44) 및 제 2 열(46)로 배열된다. 열은 고 해상도 인쇄형 스와스(swath)를 제공하는 균일하게 교번하는 배열을 제공하도록 저항 간격의 1/2만큼 축 방향으로 오프셋(offset)된다. 기판 잉크 개구(26)는 바람직하게는 연장된 장방형이며, 단일 단부만이 도시되었으나, 본 발명의 다른 실시예는 원형, 타원형 또는 직사각형 단면을 갖는 잉크 개구(26)를 포함할 것이다.

평면 표면(35) 및 수직 표면(S)은 모두 개구가 원형, 장방형 또는 직사각형이건 간에 잉크 개구(26)를 둘러싼다. 도 4(평면도) 및 도 5(단면도)에 도시된 것과 같이, 본 발명은 파이어링 챔버로부터 멀리 있는 긴 셸프 영역 상의 버블을 다른 곳으로 유도하기 위해 그루브(54)(A-A를 따라 도시된 형상(A))를 효과적으로 이용한다. 2개의 플레이트들 사이에 갇혀있는 가스 버블들은 실리콘 다이를 통해 뚫린 잉크 공급 슬롯 쪽의 파이어링 챔버로부터 다른 방향으로 유도되어 있다. 버블들이 슬롯에 도달할 때, 중력 및 부력은 버블이 다이로부터 멀어져서 위쪽으로 유도되게 한다(노즐은 종이를 향해 아래쪽으로 점화하는데, 즉, 상부 플레이트는 실제로는 시스템의 최하부 층이다). 그루브를 추가하면, 예컨대 슬롯 영역의 각 종단 너머의 275㎛ 까지 여러 개의 노즐들에 대해 신뢰성 있는 동작을 가능하게 하여, 처리량(throughput)을 증가시킨다. 처리량의 백분율은 슬롯 및 노즐 피치(DPI)의 길이에 따라 증가한다. 예를 들면, 4230㎛의 슬롯 길이는 이들 형상 없이도 50개의 300 DPI(대략 85㎛ 간격)의 노즐을 지원할 것이다. 슬롯 영역의 각 단부 너머에 275㎛로 수정하면 처리량이 증가된다. 처리량의 백분율은 슬롯 및 노츨 피치(DPI)의 길이에 따라 증가한다. 예를 들면, 4230㎛의 슬롯 길이는 이들 형상 없이도 50개의 300DPI(대략 85㎛의 간격)를 지원할 것이다. 본 발명을 수정함으로써, 여분의 3개의 노즐들이 각 종단(275㎛/85㎛)에 부가될 수 있으며, 또는 56/50=12%의 처리량을 개선할 수 있다.

느린 영역(슬롯 영역)의 종단을 지나 연장되지 않는 노즐들에 있어서 공기 버블은 여전히 낮은 수준의 문제다. 같은 원리로, 도 4(평면도) 및 도 6(단면도)(B-B를 따른 형상(B))의 잉크 공급 슬롯의 측면들을 따라 도시된 상부 플레이트 그루브(56)는 다이 상의 모든 노즐들의 신뢰도를 향상시킨다. 이 형상은 잉크 공급 슬롯의 한 측면 아래의 파이어링 저항들의 라인과 평행한 오리피스 또는 상부 플레이트에 있는 그루브 또는 오목부인데, 이들은 버블이 파이어링 챔버로부터 잉크 공급 슬롯으로 이동하게 한다.

그루브들은 챔버의 재충진(refill)을 좌우하는 유체 특성을 높은 파이어링 주파수로 변조하여, 노즐의 유체 작용을 그들이 파이어링되는 주파수 범위에 대해 변경시키는데 이용된다.

그루브들은 잉크/공기 버블들이 차지하는 공간이 파이어링 챔버 근처로부터 슬롯 영역쪽으로 진행할수록, 그루브들이 보다 넓고 깊게 되도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 또 다른 영역으로부터 형성되거나 부유하는 버블은 파이어링 챔버 근처의 보다 압축된 영역으로부터 멀리 떨어진 곳으로 성장하거나 이동하는 경향이 있다. 챔버가 파이어링되지 않은 주기 동안의 경우에서처럼, 이 영역의 잉크가 모여있을 때에만 이러한 것이 발생할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 형상(A)의 그루브(54)에 대한 적어도 10°의 기울기는 강한 버블 이동을 제공한다. 그러나, 다른 기울기들도 이용될 수 있다. 대략 30㎛의 상부 플레이트 두께의 경우에, 상부 플레이트의 강성(rigidity)을 유지하면서 성취될 수 있는 최대 오목부의 깊이는 대략 25㎛이며, 이것은 전기도금이 형상의 긴 축에 수직인 방향으로 선형 표면 프로파일이 형성되지 않게 한다는 것을 인식할 것이다. 그러나, 전술된 근사화는 슬롯 및 종단 노즐 사이의 벡터에서의 적절한 근사화다. 10°의 각도 및 25㎛의 돌출은 대략 140㎛의 경사면 길이로 해석된다. 그루브가 노즐 종단 쪽의 대각선을 따라 배치되는 경우, 경사면 길이가 적당한 노즐 신뢰도(200㎛)에 대한 최대 셸프 길이에 부가될 때, 슬롯과 종단 노즐 간의 최대 대각선 거리는 대략 340㎛이고, 이것에 의해 노즐을 배치할 여분의 275㎛의 수직 거리가 만들어지며, 이는 슬롯 종단 당 3개의 부가적인 300DPI 노즐이 존재하는 것으로 해석된다. 이러한 근사화는 최대 오목부 지점이 슬롯 에지에 배치된다는 가정에 기초한다. 최대 오목부 지점을 슬롯 에지로부터 멀어지면서 종단 노즐을 향하게 배치함으로써 보다 많은 노즐들이 인에이블될 수 있다. 또한, 보다 두꺼운 상부 플레이트는 보다 긴 경사 거리와 여분의 노즐이 실현되게 한다.

니켈 상부 플레이트의 전기 도금은 금속 에칭, 레이저 절단, 스탬핑(stamping) 및 주조(casting) 등의 여러 제조 프로세싱이 이용될 때 여러 오목부 형상을 제공한다. 다수의 다른 금속들 및 폴리머(polymer)가 유사하게 패터닝되고 상부 플레이트 물질로서 이용될 수 있기 때문에 반드시 니켈이 상부 플레이트 물질이 될 필요는 없다.

바람직한 실시예에서, 프린트헤드는 절반의 유효 간격에 있어서 행 내의 인접한 저항 사이에 1/300인치 또는 84.67마이크론 간격으로 144개의 저항을 포함한다. 1495마이크론의 슬롯 종단 간격에 있어서 5690마이크론의 슬롯 길이에서 프린트헤드의 전체 길이는 8680마이크론이다. 슬롯 종단 간격은 슬롯 종단의 크랙킹(cracking)에 대한 민감성을 최소화하도록 약 1345마이크론 정도일 것이다. 바람직한 실시예에서, 각 종단의 종단부에는 8개의 저항들이 존재한다. 가장 최말단 저항의 중심은 기판 에지로부터 930마이크론 간격을 갖는다. 매니폴드의 중심은 에지로부터 815마이크론의 간격을 갖고, 정점(vertex)은 에지로부터 970마이크론 연장한다.

상부 플레이트는 전형적으로 전기주조형 니켈(electroformed nickel)로부터 구성되기 때문에, 본 발명의 오목한 형상은, 슬롯으로부터 종단 파이어링 챔버를 향해 연장하는 오리피스 플레이트(74) 내에 그루브 또는 밸리(valley)(76)를 오버-플레이팅(over-plating)에 의해 생성함으로써 도 7에 도시된 것과 같이 전형적으로 오리피스 맨드럴(orifice mandrel)(72) 상에 형성된다. 상부 플레이트 형상을 생성하기 위해 오버-플레이팅하는 이러한 방법은 Cleland 및 Hume에 의해 1998년 12월 8일 발행된 미국 특허 번호 제 5,847,725 호에 기술된 압력 완화 팽창 조인트(sress relieving expansion joints)의 생성 시에 처음으로 이용되었다. 맨드럴 피처의 크기 및 형태를 조정함으로써, 결과적인 상부 플레이트 형상의 폭, 형태 및 기울기가 변경될 수 있다. 본 발명에서, 오목부는 결국 상부 플레이트의 오리지널 평면으로 되돌아가지만, 이것이 잉크 공급 슬롯 위에 발생하는 한, 버블 이동은 지체되지 않는다.

본 발명을 사용할 수 있는 잉크젯 프린터가 도 8에 도시된 통상적인 잉크젯 프린터의 동축 도면에 예시된다. 인쇄될 수 있는 종이 또는 다른 매체(101)는 입력 트래이(input tray)(103)에 저장된다. 도 9의 프린터 메커니즘의 구성도를 참조하면, 한 장의 매체가 매체 입력(105)으로부터 프린터 인쇄 영역 내로 제공되며, 상기 프린터 인쇄 영역은 롤러(111), 압반 모터(platen motor)(113), 및 (도시되지 않은) 견인 장치(traction devices)를 포함하는 매체 제공 메커니즘에 의해 잉크젯 펜(10)의 프린트헤드에 의해 정의된다. 통상의 프린터에서, 하나 이상의 잉크젯 펜(10)은 매체 진입 방향에 대해 수직 방향인 운반대(carriage)(123)용 운반 모터(115)에 의해 압반 상의 매체(101)를 가로질러 점진적으로 뽑힌다. 압반 모터(113) 및 운반 모터(115)는 전형적으로 매체 및 카트리지(catridge) 위치 제어기(117)의 제어 하에 있다. 이러한 위치 지정 및 제어 장치의 예는 미국 특허 번호 제 5,070,410 호의 "Apparatus and Method Using a Combined Read/Write Head for Processing and Storing Read Signals and for Providing Firing Signals to Thermally Actuated Ink Ejection Elements"라는 명칭의 특허에 기술되어 있다. 따라서, 매체(101)는 프린터 카트리지의 드롭 파이어링 제어기(drop firing controller)(119)로 입력되는 데이터에 의해 요구될 때 매체 상에 도트를 찍기 위해서 잉크 방울을 분출할 수 있다. 이들 잉크 도트들은 펜들(10)이 운반 모터(115)에 의해 매체를 가로질러 변환될 때 스캔 방향과 병렬인 그룹의 선택된 펜들의 프린트헤드 소자의 선택된 오리피스로부터 방출된다. 펜(10)이 매체(101) 상의 프린트 스와스 종단에 있는 그들의 이동의 마지막 위치에 도달할 때, 매체는 전형적으로 매체 및 카트리지 위치 제어기(117) 및 압반 모터(113)에 의해 점진적으로 제공된다. 펜이 일단 바 또는 다른 인쇄 카트리지 지원 메커니즘 상의 X 방향인 그들의 횡단 단부에 도달하면, 펜은 인쇄를 계속하면서 지원 메커니즘을 따라 되돌아오거나 인쇄하지 않고 되돌아간다. 매체는 잉크 방출부 폭과 같은 증가량만큼 전진하거나 노즐들 간의 간격과 관련된 소정의 부분만큼 전진할 수 있다. 매체의 제어, 펜의 위치 지정 및 잉크 이미지 또는 문자 생성용 프린트헤드의 정확한 잉크 배출기에 대한 선택은 제어기(117)에 의해 결정된다. 제어기는 통상의 전자 하드웨어적인 구성으로 실행되고 통상의 메모리(121)로부터 동작 인스트럭션을 제공받을 수 있다. 매체 인쇄가 완료되면, 이 매체는 사용자가 가져갈 수 있도록 프린터의 출력 트레이 내로 방출된다. 물론 프린터의 동작은 버블 형성 및 버블 이동의 합체를 더 잘 제어하기 위해 잉크 매니폴드 내에 다중 레벨 표면(multi-level surfaces)을 포함하는, 상술된 프린트헤드(12) 구조를 사용하는 잉크젯 펜(10)에 의해 강화된다.

잉크젯 프린터는 잉크젯 프린터용 잉크를 제공하는 잉크 컨테이너/카트리지를 포함할 수 있고, 잉크 컨테이너/카트리지는 잉크 저장소, 잉크 저장소를 잉크젯 프린트헤드에 접속하도록 구성된 잉크 채널, 전술된 잉크젯 프린터에 잉크 접속부를 설정하는 회로를 포함한다.

본 발명은 바람직한 및 대체 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 그것으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 단일 잉크 컬러용 단일 프린트헤드로서 도시되었지만, 프린트헤드는 단일 기판 상에 도시된 것과 같은 다수의 부분들을 구비할 수 있다. 각각은 자기 자신의 펜 잉크 챔버에 접속된 단일 잉크 공급 슬롯을 가지며, 해당 컬러에 전용으로 할당된 노즐의 행에 접한다. 또한, 단부 벽 돌출부는 종단의 중간 라인을 따라 매니폴드 체적을 줄이거나, 보다 직접적인 경로 상에서 종단 노즐로 잉크가 흐르게 하는 역할을 하는 소정의 돌출 형상을 가질 수 있다. 파이어링 노즐들의 행은 잉크 공급 슬롯의 양 측면 아래로 연장될 필요가 없다. 본 발명은 버블 형성을 쉽게 하기 위해서 잉크 공급 슬롯 측면 위의 평면 플레이트 상에 위치한 단일 그루브를 갖는 잉크 공급 슬롯의 아래쪽 면의 저항으로 이루어진 단일 행에도 유사하게 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 버블들을 파이어링 소자 영역으로부터 멀어지는 방향으로 이동시키며, 작은 버블이 잉크젯 개구로부터 멀리 떨어지도록 이동 및 합체되게 하는 버블 관리를 가능하게 하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.

Claims

열 잉크젯 프린트헤드(thermal inkjet printhead)(12)용 오리피스 플레이트(orifice plate)(40)로서,

다수의 오리피스 개구(orifice apertures)(42)와,

적어도 하나의 그루브(groove)(54,56)를 포함하되,

상기 적어도 하나의 그루브(54,56)는 상기 열 잉크젯 프린트헤드의 잉크 공급 슬롯 영역으로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역 너머에 위치된 종단 파이어링 챔버(end firing chamber)에 인접한 버블 수집 영역(bubble collection area)까지 연장하는

오리피스 플레이트.
제 1 항에 있어서,

각각의 상기 그루브는 상기 잉크 공급 슬롯 영역에 가까운 에지에서 최대 오목부(depression)를 갖는 오리피스 플레이트.
제 1 항에 있어서,

각각의 상기 그루브는 상기 잉크 공급 슬롯 영역의 에지로부터 멀어지면서 상기 종단 파이어링 챔버를 향하는 위치에서 최소 오목부를 갖는 오리피스 플레이트.
제 1 항에 있어서,

상기 잉크 공급 슬롯 영역과 파이어링 저항(firing resistors) 사이에서 그에 대해 병렬로 배치되는 그루브를 더 포함하는 오리피스 플레이트.
제 1 항에 있어서,

상기 잉크 공급 슬롯 영역의 에지로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역에 인접한 노즐(nozzles)을 향하여 연장하는 그루브를 더 포함하는 오리피스 플레이트.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 전기도금 프로세스(electroplating process), 금속 에칭, 레이저 절단(laser ablation), 스탬핑(stamping) 및 주조(casting) 중 어느 하나에 의해 형성되는 오리피스 플레이트.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 상기 종단 파이어링 챔버로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역까지 적어도 10°의 기울기를 제공하는 오리피스 플레이트.
오리피스 플레이트를 갖는 개선된 열 잉크젯 프린트헤드(12)에 있어서,

상기 오리피스 플레이트는 다수의 오리피스 개구(42)와 적어도 하나의 그루브(54,56)를 포함하고,

상기 적어도 하나의 그루브(54,56)는 상기 열 잉크젯 프린트헤드의 잉크 공급 슬롯 영역으로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역 너머에 위치한 종단 파이어링 챔버에 인접한 버블 집합 영역까지 연장하는

개선된 열 잉크젯 프린트헤드.
제 8 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 상기 잉크 공급 슬롯 영역에 인접한 에지에서 최대 오목부를 갖는 개선된 열 잉크젯 프린트헤드.
제 8 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 상기 잉크 공급 슬롯 영역의 에지로부터 멀어지면서 상기 종단 파이어링 챔버를 향하는 위치에서 최대 오목부를 갖는 개선된 열 잉크젯 프린트헤드.
제 8 항에 있어서,

상기 잉크 공급 슬롯 영역과 파이어링 저항 사이에서 그에 대해 병렬로 배치되는 그루브를 더 포함하는 개선된 열 잉크젯 프린트헤드.
제 8 항에 있어서,

상기 잉크 공급 슬롯 영역의 에지로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역에 인접한 노즐을 향하여 연장하는 그루브를 더 포함하는 개선된 열 잉크젯 프린트헤드.
제 8 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 전기도금 프로세스, 금속 에칭, 레이저 절단, 스탬핑 및 주조 중 어느 하나에 의해 형성되는 개선된 열 잉크젯 프린트헤드.
제 8 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 상기 종단 파이어링 챔버로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역까지 적어도 10°의 기울기를 제공하는 개선된 열 잉크젯 프린트헤드.
열 잉크젯 프린트헤드 내에서 강한 버블 이동(robust bubble migration)을 제공하는 방법에 있어서,

다수의 오리피스 개구(42)를 정의하는 오리피스 플레이트 내에 오목부 형상을 제공하는 단계를 포함하고,

적어도 하나의 그루브(54,56)는 상기 열 잉크젯 프린트헤드의 잉크 공급 슬롯 영역으로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역 너머에 위치한 종단 파이어링 챔버에 인접한 버블 수집 영역까지 연장하며,

상기 열 잉크젯 프린트헤드용의 다수의 파이어링 챔버를 포함하는 가열된 셸프 영역(heated shelf region) 위에서 상기 오리피스 플레이트를 상부 플레이트로서 이용하는 단계

를 포함하는 강한 버블 이동의 제공 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브의 오목부 형상은 상기 잉크 공급 슬롯 영역에 인접한 에지에서 최대 오목부를 포함하는 강한 버블 이동의 제공 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브의 상기 오목부 형상은 상기 잉크 공급 슬롯 영역의 에지로부터 상기 종단 파이어링 챔버를 향하는 위치에서 최소 오목부를 포함하는 강한 버블 이동의 제공 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 잉크 공급 슬롯 영역과 상기 파이어링 저항 사이에서 그에 대해 병렬인 그루브를 더 포함하는 강한 버블 이동의 제공 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 잉크 공급 슬롯 영역의 에지로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역에 인접한 노즐을 향해 연장하는 그루브를 제공하는 단계를 더 포함하는 강한 버블 이동의 제공 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 오목부 형상을 제공하는 단계는 전기도금 프로세스, 금속 에칭, 레이저 절단, 스탬핑 및 주조 중 어느 하나에 의해 적어도 하나의 그루브를 제공하는 단계를 포함하는 강한 버블 이동의 제공 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 오목부 형상을 제공하는 단계는 상기 종단 파이어링 챔버로부터 상기 적어도 하나의 그루브에 대한 상기 잉크 공급 슬롯 영역까지 적어도 10°의 기울기를 제공하는 단계를 포함하는 강한 버블 이동의 제공 방법.
잉크젯 프린터로서,

잉크젯 프린트헤드(12)를 포함하고,

상기 잉크젯 프린트헤드(12)는,

잉크가 저장소로부터 흘러나오게 하는 잉크 개구(26)를 정의하며, 상기 잉크 개구를 실질적으로 둘러싸는 적어도 하나의 제 1 주 표면(32) 및 상기 제 1 주 표면을 실질적으로 둘러싸며, 상기 제 1 주 표면에 비해 더 돌출된 제 2 주 표면을 더 구비하는 기판(16)과,

실질적으로 상기 기판의 상기 제 2 주 표면(33) 상에 위치된 다수의 잉크 에너자이징 소자(ink energizing elements)(30)와,

상기 제 2 주 표면에 접속되어 상기 제 2 주 표면의 벽 부분을 형성하고, 잉크 매니폴드(ink manifold)(36)의 주변을 정의하며, 상기 잉크 개구를 둘러싸는 장벽층(34)과,

상기 장벽층(34)에 접속되고, 상기 기판의 제 2 주 표면(33)으로부터 이격되며, 상기 잉크 매니폴드(36)를 둘러싸며, 각각 제각기의 잉크 에너자이징 소자(30)와 연결된 다수의 오리피스 개구(42)를 정의하는 오리피스 플레이트(40)와,

프린트헤드 카트리지(123)와,

프린트헤드 위치 제어기(117)를 포함하고,

상기 오리피스 플레이트(40)는,

다수의 오리피스 개구(42)와 적어도 하나의 그루브(54,56)를 포함하며,

상기 적어도 하나의 그루브(54,56)는 상기 잉크젯 프린트헤드의 잉크 공급 슬롯 영역으로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역 너머에 위치한 종단 파이어링 챔버에 인접한 버블 수집 영역까지 연장하고,

상기 잉크 매니폴드(36)는 상기 장벽층의 종단 벽 부분(end wall portions)에 의해 정의되는 대향 단부 및 대향 면을 갖는 연장된 챔버인

잉크젯 프린터.
제 22 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 상기 잉크 공급 슬롯 영역에 인접한 에지에서 최대 오목부를 갖는 잉크젯 프린터.
제 22 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 상기 잉크 공급 슬롯 영역의 에지로부터 상기 종단 파이어링 챔버를 향하는 위치에서 최소 오목부를 갖는 잉크젯 프린터.
제 22 항에 있어서,

상기 잉크 공급 슬롯 영역과 상기 파이어링 저항 사이에서 그에 대해 병렬인 그루브를 더 포함하는 잉크젯 프린터.
제 22 항에 있어서,

상기 잉크 공급 슬롯 영역의 에지로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역에 인접한 노즐을 향하여 연장하는 그루브를 더 포함하는 잉크젯 프린터.
제 22 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 전기도금 프로세스, 금속 에칭, 레이저 절단, 스탬핑 및 주조 중 어느 하나에 의해 형성되는 잉크젯 프린터.
제 22 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 그루브는 상기 종단 파이어링 챔버로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역까지 적어도 10°의 기울기를 제공하는 잉크젯 프린터.
잉크젯 프린터에서 잉크를 제공하는 잉크 컨테이너/카트리지에 있어서,

잉크 저장소(24)와,

상기 잉크 저장소(24)를 잉크젯 프린트헤드(12)에 접속하도록 구성된 잉크 채널(26)과,

상기 잉크젯 프린터에 대한 잉크 접속부를 형성하는 회로(119)를 포함하고,

상기 잉크젯 프린트헤드(12)는,

잉크가 저장소로부터 흘러나오게 하는 잉크 개구(26)를 정의하며, 상기 잉크 개구를 실질적으로 둘러싸는 적어도 하나의 제 1 주 표면(32) 및 상기 제 1 주 표면을 실질적으로 둘러싸며, 상기 제 1 주 표면에 비해 더 돌출된 제 2 주 표면을 더 구비하는 기판(16)과,

실질적으로 상기 기판의 상기 제 2 주 표면(33) 상에 위치된 다수의 잉크 에너자이징 소자(30)와,

상기 제 2 주 표면에 접속되어 상기 제 2 주 표면의 벽 부분을 형성하고, 잉크 매니폴드의 주변을 정의하며, 상기 잉크 개구를 둘러싸는 장벽층(34)과,

상기 장벽층(34)에 접속되고, 상기 기판의 제 2 주 표면(33)으로부터 이격되며, 상기 잉크 매니폴드를 둘러싸며, 각각 제각기의 잉크 에너자이징 소자(30)와 연결된 다수의 오리피스 개구(42)를 정의하는 오리피스 플레이트(40)와,

프린트헤드 카트리지(123)와,

프린트헤드 위치 제어기(117)를 포함하고,

상기 오리피스 플레이트(40)는,

다수의 오리피스 개구(42)와 적어도 하나의 그루브(54,56)를 포함하며,

상기 적어도 하나의 그루브는 상기 잉크젯 프린트헤드의 잉크 공급 슬롯 영역으로부터 상기 잉크 공급 슬롯 영역 너머에 위치한 종단 파이어링 챔버에 인접한 버블 수집 영역까지 연장하고,

상기 잉크 매니폴드(36)는 상기 장벽층의 종단 벽 부분에 의해 정의되는 대향 단부 및 대향 면을 갖는 연장된 챔버인

잉크 컨테이너/카트리지.