KR20010021415A - Asymmetric ink emitting orifices for improved inkjet drop formation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Print head for an ink-jet printer and method of manufacturing the same are provided to reduce a spray and improve an ink drop traces by using an orifice which is formed in an asymmetrical sandglass shape. CONSTITUTION: An orifice plate includes an orifice which is extended from the first surface opposite to an ink ejector to the second surface substantially parallel to the first surface. The orifice has a hole(803) on the second surface. The hole(803) comprises boundaries which are intersected for defining the outer periphery of the hole(803). The first boundary is a segment(807) which has the first radius(rc) and the first center(805). The second boundary is a segment(813) which has the second radius(rH1) and the second center(815). The third boundary is a segment(809) which has the first radius(rc) and the first center(805). And, the fourth boundary is a segment(811) which has the third radius(rH2) and the third center(819). An acute angle between the first line from the first center to the second center and the second line from the first center to the third center is in the range of 0 degree to 20 degree.

Description

잉크젯 프린터용 프린트헤드 및 그 제조 방법{ASYMMETRIC INK EMITTING ORIFICES FOR IMPROVED INKJET DROP FORMATION}Printhead for inkjet printer and manufacturing method therefor {ASYMMETRIC INK EMITTING ORIFICES FOR IMPROVED INKJET DROP FORMATION}

본 발명은 일반적으로 오리피스 설계가 향상된 잉크젯 프린터 프린트헤드에 관한 것으로, 잉크 스프레이 감소 특성을 가지며 궤적 오류 특성이 향상된 개구를 갖는 프린트헤드 오리피스 설계에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention generally relates to inkjet printer printheads with improved orifice designs, and more particularly to printhead orifice designs with apertures having ink spray reduction characteristics and improved trajectory error characteristics.

잉크젯 프린터는 매체상의 소망 위치에 방울이 떨어지도록 잉크 방울을 제어식으로 방출시킴으로써 종이와 같은 매체상에 문자 및 이미지를 형성한다. 가장 간단한 형태에 있어서, 이러한 프린터는 잉크 방울이 매체상에 배치될 수 있도록 매체상의 적소로 이동 및 배치되는 메카니즘, 잉크 흐름을 제어하고 잉크 방울을 매체상에 방출시키는 인쇄 카트리지, 적절한 제어 하드웨어 및 소트트웨어로서 개념화될 수 있다. 잉크젯 프린터용 종래의 프린트 카트리지는 필요에 따라 잉크를 저장 및 공급하는 잉크 수납부, 프린트 제어 소프트웨어에 의해서 배향될 때 잉크 방울을 가열 및 방출시키는 프린트헤드를 포함한다. 일반적으로, 프린트헤드는 반도체 베이스, 잉크 유동 채널과 벌집형상을 이루는 차단재 및 잉크 방울이 방출되는 패턴으로 배열되는 소형 구멍 또는 오리피스로 천공된 오리피스판을 갖는 적층 구조체이다.Inkjet printers form text and images on media such as paper by controlled release of ink droplets so that the droplets drop at desired locations on the media. In its simplest form, such a printer is a mechanism that moves and places ink droplets in place on a medium so that ink droplets can be placed on the medium, print cartridges that control ink flow and release the ink droplets on the medium, as appropriate control hardware and software. Can be conceptualized. Conventional print cartridges for inkjet printers include an ink receiver for storing and supplying ink as needed, and a printhead for heating and ejecting ink droplets when oriented by the print control software. Generally, a printhead is a laminate structure having a semiconductor base, a barrier material forming an honeycomb with an ink flow channel, and an orifice plate perforated with small holes or orifices arranged in a pattern in which ink droplets are ejected.

잉크젯 프린터의 다른 실시예에 있어서, 폭발 메카니즘은 오리피스판의 여러 오리피스중 하나와 차단층에 형성된 복수개의 잉크 화이어링 챔버중 하나에 각기 결합된 반도체 기판에 형성된 복수개의 레지스터로 구성된다. 각각의 히터 레지스터는 각각의 레지스터가 프린터의 제어 소프트웨어에 결합되어 각각의 레지스터가 독립적으로 에너지를 띠어 갑작스럽게 잉크의 일부를 방울로 기포화시켜서 이후 잉크 방울로 오피리스로부터 방출되게 한다. 잉크는 각각의 히터 레지스터 주위의 차단층에 형성된 화이어링 챔버로 유동하며 히터 레지스터의 에너지화를 기다린다. 잉크 방울의 방출과 잉크 버블의 붕괴에 이어, 잉크는 화이어링 챔버에 오리피스에 메니스커스가 형성되는 지점까지 충전된다. 화이어링 챔버를 충전하도록 잉크가 유동하는 차단층 채널내의 포옴 및 수축부에 의해서 잉크가 화이어링 챔버를 충전하는 속도와 잉크 메니스커스 동력학을 모두 만족시킨다. 또한, 프린터의 세부사항, 인쇄 카트리지 및 프린트 헤드 수축부는 휴렛-팩카드 저널 볼륨 36, 번호 5 1985년 5월과 휴렛-팩카드 저널 볼륨 45, 번호 1 1994년 2월에서 발견될 수도 있다.In another embodiment of the inkjet printer, the explosion mechanism consists of a plurality of resistors formed on a semiconductor substrate, each coupled to one of several orifices of the orifice plate and one of a plurality of ink firing chambers formed on the blocking layer. Each heater resistor allows each resistor to be coupled to the printer's control software so that each resistor is energized independently and suddenly bubbles a portion of the ink into the droplets, which are then ejected from the opiris with droplets of ink. Ink flows into the firing chamber formed in the blocking layer around each heater resistor and awaits energization of the heater resistor. Following the release of the ink droplets and the collapse of the ink bubbles, the ink is filled in the firing chamber to the point where the meniscus is formed in the orifice. Both the speed and the ink meniscus kinetics of the ink filling the firing chamber by the foam and shrinkage in the barrier layer channel through which the ink flows to fill the firing chamber. In addition, details of the printer, print cartridge and print head shrinkage may be found in Hewlett-Packard Journal Volume 36, No. 5 May 1985 and Hewlett-Packard Journal Volume 45, No. 1 February 1994.

프린트 카트리지의 설계자가 직면하는 문제중 하나는 인쇄 속도를 고속으로 달성하며서 양질의 인쇄질을 유지하는 것이다. 화이어링 챔버 내측에서 잉크가 급속히 끓어 올름으로 인해서 방울이 오리피스로부터 방출될 때, 방출 잉크의 최대 질량은 매체를 향하는 방울에 집중된다. 그러나, 방출되는 잉크의 소부분은 방울로부터 오리피스 표면 개구로 연장되는 꼬리로 남는다. 꼬리로 발견되는 잉크의 속도는 방울에서 발견되는 잉크의 속도보다 일반적으로 저속이여서 때때로 방울의 궤적중, 대부분의 꼬리가 방울로부터 심해진다. 심한 꼬리의 잉크 일부가 방출 방울에 결합하거나 또는 방울의 변형체로 남아서 인쇄물의 가장자리를 거칠게 한다. 꼬리로 방출되는 잉크의 일부가 프린트헤드로 복귀되어 프린트헤드의 오리피스판의 표면상에 퍼들을 형성한다. 심한 꼬리의 잉크중 일부가 잉크 방울의 일반적인 방향으로 불규칙하게 이동 및 퍼지는 서브방울("스프레이")을 형성한다. 이 스프레이가 종종 매체상에 떨어져 잉크가 번진 배경을 형성한다.One of the problems faced by designers of print cartridges is achieving high print speeds while maintaining good print quality. When the droplet is released from the orifice due to the rapid boiling of the ink inside the firing chamber, the maximum mass of ejected ink is concentrated in the droplet towards the medium. However, a small portion of the ink that is released remains with the tail extending from the drop to the orifice surface opening. The speed of the ink found with the tail is generally slower than the speed of the ink found in the droplets so that sometimes during the trajectory of the droplets, most tails are aggravated from the droplets. A portion of the ink of the severe tail binds to the ejection droplets or remains a variant of the droplets to roughen the edges of the print. A portion of the ink discharged to the tail is returned to the printhead to form a puddle on the surface of the orifice plate of the printhead. Some of the heavily tailed ink forms subdroplets (“sprays”) that randomly move and spread in the general direction of the ink droplets. This spray often drops on the media to form a background of ink bleeding.

이러한 스프레이의 해로운 결과를 감소시키기 위해서, 다른 것들은 인쇄 작업 속도를 감소시켰지만, 프린터가 소정의 시간에 인쇄할 수 있는 페이지 수의 감소도 겪게 되었다. 스프레이 문제는 잉크 화이어링 챔버의 구조 또는 기하형상을 최적화함으로써 해결되며 관련 잉크가 차단층의 도관으로 공급된다. 오리피스 기하형상은 또한 스프레이에 영향을 미치며, 이것은 1996년 2월 29일자로 웨버(Weber)가 출원한 발명의 명칭이 "비대칭 프린트헤드 오리피스"인 미국 특허 출원 제 08/608,923 호에 개시되어 있다.To reduce the detrimental effects of this spray, others have slowed the print job, but have also experienced a reduction in the number of pages the printer can print at a given time. The spray problem is solved by optimizing the structure or geometry of the ink firing chamber and the associated ink is fed into the conduit of the barrier layer. Orifice geometry also affects spraying, which is disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 608,923, filed "WebSymmetry," 29 February 1996, entitled "Asymmetric Printhead Orifice."

오리피스판을 제조하는 종래 방법은 무전해 도금법을 사전제조된 맨드렐상에 사용한다. 이러한 맨드렐은 도 1에 도시되어 있으며(동일 축적이 아님), 기판(101)은 실리콘 또는 유리로 구성된 적어도 하나의 평면을 가진다. 일반적으로 크롬 또는 스테인레스 스틸 필름인 전도층(103)이 기판(101)의 평면상에 적층된다. 평면 마그네트론 방법과 같은 진공 증착 방법이 이 전도성 필름(103)을 적층하는데 사용될 수도 있다. 또 다른 진공 증착 방법이 절연층(105)을 적층하는데 사용될 수도 있으며 이것은 일반적으로 질화 실리콘이며, 플라즈마 향상 화학 증기 증착 방법과 같은 진공 증착 방법에 의해서 적층된다. 절연층(105)은 대략 0.30㎛ 두께를 갖는 매우 얇은 것이 바람직하다. 절연층(105)은 포토레지스트 마스크가 씌워져 있으며, UV 광선에 노출되며 전도층(103)상의 사전선택된 위치에 절연재 "버튼"을 제외한 대부분의 절연층을 제거하는 플라즈마 에칭 기술을 사용한다. 물론, 이들 위치는 맨드렐 상부에 형성되는 오리피스판의 각각의 오리피스 위치로 사전결정된다.The conventional method of manufacturing the orifice plate uses the electroless plating method on the prefabricated mandrel. This mandrel is shown in FIG. 1 (not the same accumulation) and the substrate 101 has at least one plane made of silicon or glass. A conductive layer 103, which is generally a chromium or stainless steel film, is deposited on the plane of the substrate 101. Vacuum deposition methods, such as planar magnetron methods, may be used to deposit this conductive film 103. Another vacuum deposition method may be used to deposit the insulating layer 105, which is generally silicon nitride, and is deposited by a vacuum deposition method such as a plasma enhanced chemical vapor deposition method. The insulating layer 105 is preferably very thin with a thickness of approximately 0.30 μm. The insulating layer 105 is covered with a photoresist mask and employs a plasma etching technique that is exposed to UV light and removes most of the insulating layer except the insulating material "button" at a preselected location on the conductive layer 103. Of course, these positions are predetermined with respective orifice positions of the orifice plate formed on the upper mandrel.

이 재활용가능한 맨드렐은, 전도층(103)이 음극이도고 베이스 재료, 보통 니켈이 양극이되는 전기주조 배스내에 배치된다. 전기주조 공정중, 니켈 금속은 양극으로부터 음극으로 이동되어 니켈[층(107)로 도시]이 전도층(103)의 전도 여역에 부착된다. 니켈 금속판이 맨드렐의 각각의 전기 도금으로부터 균일하게 도금되기 때문에, 절연 버튼(105)의 표면이 닿으면, 니켈이 균일하고 예측가능한 패턴으로 절연층을 과도금한다. 도금 시간을 비롯한 도금 공정의 변수가 주의깊게 제어되어 절연층 버튼(105) 상에 형성된 니켈층(107)의 개구가 절연표면에 소정 직경(특히 약 45㎛)으로 형성된다. 이 직경은 절연층 버튼(105)의 직경의 1/3 내지 1/5이 일반적이며 따라서 직경(d2)의 오리피스판의 내부면에 개구를 갖는 니켈 상부층(107)이 오리피스판의 외부면의 오리피스 구멍일 개구 직경(d1)의 대략 3 내지 5 배가 된다. 무전해 도금 과정의 종료 시점에서, 새로 형성된 오리피스판은 맨드렐로부터 제거되며 오리피스의 내부식성을 위해서 금 도금된다. 금속 오리피스판에 대한 부가의 설명이 본 발명의 양도인에게 모두 양도된 미국 특허 제 4,773,971 호와, 미국 특허 제 5,167,776 호와, 미국 특허 제 5,443,713 호 및 미국 특허 제 5,560,837 호에서 발견될 수 있다.This recyclable mandrel is disposed in an electroforming bath in which the conductive layer 103 is the cathode and the base material, usually nickel, is the anode. During the electroforming process, nickel metal is moved from the positive electrode to the negative electrode so that nickel (shown as layer 107) is attached to the conductive region of the conductive layer 103. Since the nickel metal plate is uniformly plated from each electroplating of the mandrel, when the surface of the insulating button 105 touches, nickel overplats the insulating layer in a uniform and predictable pattern. Variables of the plating process including the plating time are carefully controlled so that openings of the nickel layer 107 formed on the insulating layer button 105 are formed in the insulating surface with a predetermined diameter (particularly about 45 mu m). This diameter is generally 1/3 to 1/5 of the diameter of the insulating layer button 105, so that the nickel upper layer 107 having an opening in the inner surface of the orifice plate of diameter d2 is the orifice of the outer surface of the orifice plate. It is approximately three to five times the aperture diameter d1 for the holes. At the end of the electroless plating process, the newly formed orifice plate is removed from the mandrel and gold plated for corrosion resistance of the orifice. Additional descriptions of metal orifice plates can be found in US Pat. No. 4,773,971, US Pat. No. 5,167,776, US Pat. No. 5,443,713 and US Pat. No. 5,560,837, all assigned to the assignee of the present invention.

부적합하게 배향된 잉크 방울과 부수적인 방울 및 스프레이는 바람직스럽지 못하게 잉크젯 인쇄 매체상에 악질의 문자 및 이미지를 형성한다. 분출 오리피스 측부로부터의 불규칙한 낙하로 인한 불규칙한 궤적의 감소 및 낙하 꼬리 차단으로 인한 스프레이 감소가 바람직스럽다.Improperly oriented ink droplets and incidental droplets and sprays undesirably form malicious text and images on inkjet print media. Reduction in irregular trajectories due to irregular drops from the ejection orifice side and spray reduction due to drop tail blocking is desirable.

본 발명은 오리피스판의 오리피스로부터 잉크를 방출시키는데 잉크 이젝터를 사용하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드에 관한 것이다. 오리피스판은 잉크 이젝터에 대향하는 오리피스판의 제 1 표면으로부터 상기 제 1 표면에 거의 평행한 오리피스판의 제 2 표면까지 오리피스판을 통해 연장되는 적어도 하나의 오리피스를 가진다. 오리피스는 제 2 표면에 구멍을 가지며, 이 구멍은 구멍 주면을 한정하는 적어도 2 개의 교차하는 가장자리로 구성된다. 제 1 가장자리는 구멍 주변부에 배치된 제 1 반경과 제 1 중심을 갖는 제 1 호 세그먼트를 포함한다. 제 2 반경봐 제 2 중심을 갖는 제 2 호 세그먼트로 구성된 제 2 가장자리는 구멍의 외주부 외측에 배치된다.The present invention relates to a printhead for an ink jet printer using an ink ejector to eject ink from an orifice of an orifice plate. The orifice plate has at least one orifice extending through the orifice plate from the first surface of the orifice plate opposite the ink ejector to the second surface of the orifice plate substantially parallel to the first surface. The orifice has a hole in the second surface, which hole consists of at least two intersecting edges defining the hole main surface. The first edge includes a first arc segment having a first radius and a first center disposed around the hole. The second edge, consisting of a second arc segment having a second radius and a second center, is arranged outside the outer circumference of the hole.

도 1은 맨드렐을 형성하는 오리피스판과 맨드렐 상에서 형성된 오리피스판의 단면도,1 is a cross-sectional view of an orifice plate forming a mandrel and an orifice plate formed on the mandrel,

도 2는 하나의 잉크 화이어링 챔버를 도시하는 종래의 프린트헤드의 단면도,2 is a cross-sectional view of a conventional printhead showing one ink firing chamber;

도 3은 종래으 프린트헤드의 오리피스판의 외부면의 평면도,3 is a plan view of an outer surface of an orifice plate of a conventional printhead;

도 4는 잉크 방울의 폭발을 도시하는 종래 프린트헤드의 단면도,4 is a cross-sectional view of a conventional printhead showing the explosion of ink droplets,

도 5는 본 발명의 성능을 이해하는데 유용할 수도 있는 방울 메니스커스 시스템의 이론적 모델,5 is a theoretical model of a droplet meniscus system, which may be useful for understanding the performance of the present invention;

도 6은 인쇄 매체상의 스프레이 및 긴 방울 꼬리의 해로운 효과의 재생도,6 is a reproduction of the detrimental effects of sprays and long drop tails on print media,

도 7a 및 도 7b는 오리피스 표면 구멍을 도시하는 오리피스판의 외부면의 평면도,7A and 7B are plan views of the outer surface of the orifice plate showing the orifice surface hole;

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 채용될 수도 있는 오리피스 표면 구멍을 도시하는 오리피스판 표면의 평면도,8A and 8B are plan views of an orifice plate surface showing an orifice surface hole that may be employed in the present invention;

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 의해 제공된 인쇄 매체 및 향상물에 대한 스프레이 효과의 재생도,9A and 9B are regeneration views of the spray effect on the print media and enhancements provided by the present invention;

도 10은 본 발명에 채용될 수도 있는 오리피스 구멍을 형성하는 기술의 도면,10 is a diagram of a technique for forming an orifice hole that may be employed in the present invention;

도 11은 본 발명에 채용될 수도 있는 오리피스 구멍을 형성하는 기술의 도면,11 is a diagram of a technique for forming an orifice hole that may be employed in the present invention;

도 12는 본 발명에 채용될 수 있는 바와 같이, 잉크 화이어링 챔버에 대해 오리피스 표면 구멍 및 오리피스 보어를 도시하는 오리피스판의 외부면의 평면도.12 is a plan view of an outer surface of an orifice plate showing orifice surface holes and orifice bores relative to the ink firing chamber, as may be employed in the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 *Brief description of the main parts of the drawing

107 : 오리피스판 803 : 오리피스 개구107: orifice plate 803: orifice opening

805 : 제 1 중심 807 : 제 1 호 세그먼트805: 1st center 807: 1st segment

809 : 제 3 호 세그먼트 811 : 제 4 호 세그먼트809: No. 3 Segment 811: No. 4 Segment

815 : 제 2 중심 819 : 제 3 중심815: second center 819: third center

궤적이 분출 오리피스의 일 방향으로부터 편향될 수 있는, 불규칙 방울 궤적 및 과도한 스프레이가 비대칭 오리피스 구멍을 사용하는 본 발명을 채용함으로써 감소된다.Irregular drop trajectories and excessive spray, in which trajectories can be deflected from one direction of the ejection orifice, are reduced by employing the present invention using asymmetric orifice holes.

종래의 프린트헤드의 단면도는 도 2에 도시된다. 박막 레지스터(201)는 반도체 기판(203)의 표면에 형성되며 반도체 기판(203) 표면상의 금속화(metalization)에 의해서 전기적 입력부와 접속된다. 또한, 화학적 및 기계적 작용개시를 방어하는 여러층이 히터 레지스터(201) 상부에 배치될 수도 있지만 간략화를 위해서 도 2에 도시하지 않았다. 차단 재료층(205)은 실리콘 기판(203)(또는 그 상부층)의 표면상에 선택적으로 배치됨으로써 히터 레지스터(201) 둘레에 개구 또는 잉크 화이어링 챔버(207)를 남기며 잉크가 히터 레지스터(201)의 활성화와 오리피스(209)를 통한 잉크의 분출전에 화이어링 챔버안에 축적될 수도 있다. 차단층(205)의 차단 재료는 E.I.DuPont De Nemours and Company로부터 입수할 수 있는 Parad(등록상표) 및 그 균등물이 일반적이다. 오리피스(209)는 오리피스판의 내부면으로부터 오리피스판의 외부면까지 연장되는, 오리피스판(107)의 구멍이며 전술한 바와 같이 오리피스판의 일부분으로서 형성될 수 있다.A cross-sectional view of a conventional printhead is shown in FIG. The thin film resistor 201 is formed on the surface of the semiconductor substrate 203 and is connected to an electrical input unit by metallization on the surface of the semiconductor substrate 203. In addition, although several layers may be disposed above the heater resistor 201 to defend against chemical and mechanical initiation, they are not shown in FIG. 2 for simplicity. The barrier material layer 205 is selectively disposed on the surface of the silicon substrate 203 (or an upper layer thereof) to leave an opening or ink firing chamber 207 around the heater resistor 201 and ink to the heater resistor 201. May be accumulated in the firing chamber prior to activation and ejection of ink through the orifice 209. The barrier material of the barrier layer 205 is typically Parad® available from E.I.DuPont De Nemours and Company and its equivalents. Orifice 209 is a hole in orifice plate 107 that extends from the inner surface of orifice plate to the outer surface of orifice plate and may be formed as part of orifice plate as described above.

도 3은 오리피스판(107)의 외부면(213)으로부터 오리피스(209)를 볼 때, 프린트헤드(도 2의 A-A 단면도)의 평면도이다. 잉크 공급 채널(301)은 차단층(205)내에 있어서 잉크를 더 큰 잉크 공급원(도시안함)으로부터 잉크 화이어링 챔버가지 이송한다. 도 4는 잉크가 오리피스(209)로부터 방출된 후 22 마이크로초 후의 잉크 방울(401) 형상을 도시한다. 종래의 오리피스판(원형 오리피스 구멍이 사용됨)에 있어서, 잉크 방울(401)은 오리피스판(107)의 적어도 오리피스(209)를 향해 역방향으로 연장되도록 도시될 수 있는 긴 꼬리(403)를 유지한다.3 is a plan view of the printhead (A-A cross-sectional view of FIG. 2) when viewing the orifice 209 from the outer surface 213 of the orifice plate 107. The ink supply channel 301 transfers ink from the larger ink source (not shown) to the ink firing chamber in the blocking layer 205. 4 shows the shape of the ink drop 401 22 microseconds after the ink is ejected from the orifice 209. In conventional orifice plates (circular orifice holes are used), the ink droplets 401 hold a long tail 403 that can be shown to extend in reverse direction towards at least the orifice 209 of the orifice plate 107.

방울(401)이 오리피스판을 나와서 방출된 방울의 기포인 잉크 버블이 붕괴된 후, 모세관력이 잉크를 잉크원으로부터 잉크 공급 채널(301)을 통해서 견인한다. 덜 적시는 시스템에 있어서, 잉크는 화이어링 챔버(207)를 넘칠 만큼 빨리 화이어링 챔버로 역류함으로써 부피있는 메니스커스를 형성한다. 메니스커스는 안정전에 몇 싸이클정도 평형 위치 근처에서 진동한다. 후퇴된 메니스커스는 방울이 주기중 일부동안 방출되는 경우에 체적을 감소시킨다. 프린트헤드 설계자들은 잉크 충전 채널의 유체 저항을 증가시킴으로써 잉크 리필 시스템 및 메니스커스 시스템의 댐핑을 향상 및 최적화한다. 일반적으로, 잉크 리필 채널을 길게하고 잉크 리필 채널의 단면적을 감소시키며, 잉크의 점성을 증가시킴으로써 이러한 향상이 달성되었다. 잉크 리필 유체 저항의 증가는 리필 시간을 느리게 하며 바울의 분사율과 인쇄 속도를 느리게 한다.After the droplet 401 exits the orifice plate and the ink bubble, which is a bubble of the released droplet, collapses, capillary force pulls ink from the ink source through the ink supply channel 301. In a less wet system, the ink flows back into the firing chamber quickly enough to overflow the firing chamber 207 to form a bulky meniscus. The meniscus vibrates near the equilibrium position several cycles before stabilization. The retracted meniscus reduces the volume if the droplets are released during some of the cycles. Printhead designers improve and optimize the damping of ink refill systems and meniscus systems by increasing the fluid resistance of the ink fill channel. In general, this improvement has been achieved by lengthening the ink refill channel, reducing the cross-sectional area of the ink refill channel, and increasing the viscosity of the ink. Increasing the ink refill fluid resistance slows refill time and slows Paul's injection rate and printing speed.

메니스커스 시스템의 간단한 분석은 도 5에 도시된 역학적 모델과 같으며, 방출 방울의 질량에 일치하는 질량(501)이 오리피스의 유효 반경에 역비례하는 스프링 상수(K)를 갖는 스프링(505)에 의해서 고정 구조체(503)에 결합된다. 질량(501)은 채널 유체 저항과 다른 잉크 채널 특성에 관계된 댐핑 펑크션(507)에 의해서 고정 구조체(503)에 결합된다. 본 발명의 구성에 있어서, 방율 무게 질량(501)는 오리피스의 직경에 비례한다. 따라서, 특성치 및 메니스커스의 성능을 제어하기를 바라면, 역ㅎ학적 모델로 잉크 채널을 최적화하거나 또는 스프링(505)의 스프링 상수를 조정함으로써 댐핑 펑크션(507)의 댐핑 요인을 조정할 수도 있다.A simple analysis of the meniscus system is the same as the mechanical model shown in FIG. 5, with a spring 505 having a spring constant K whose mass 501 coincides with the mass of the discharge droplet is inversely proportional to the effective radius of the orifice. By the fixed structure 503. Mass 501 is coupled to fixed structure 503 by damping function 507 related to channel fluid resistance and other ink channel characteristics. In the configuration of the present invention, the emissive weight mass 501 is proportional to the diameter of the orifice. Thus, if one wishes to control the characteristic value and the performance of the meniscus, the damping factor of the damping function 507 may be adjusted by optimizing the ink channel with the mechanical model or by adjusting the spring constant of the spring 505. .

방울(401)이 오리피스로부터 방출된 경우, 방울 질량의 대부분이 방울(401)의 선단부에 포함되며 최대 속도가 이 질량에서 발견된다. 잔존 꼬리(403)는 최소 잉크 질량을 가지며 잉크 방울 헤드 근처 위치의 잉크 방울 헤드의 속도와 거의 같은 속도로부터 오리피스 구멍에 최근접해 있는 잉크 방울 헤드에서 발견되는 잉크 속도 이하의 속도까지 속도 분포를 갖는다. 방울의 이동중 일부 시기에, 꼬리가 방울로부터 떨어져 나가는 지점에서 꼬리의 잉크가 연신된다. 꼬리에 남아 있는 잉크의 일부가 오리피스 주위의 잉크의 퍼들을 일반적으로 형성하는 프린트헤드 오리피스판(107)을 향해 역으로 당겨진다. 이들 잉크 퍼들은 차후 잉크 방울의 오정렬을 야기하여 인쇄물 질의 등급을 결정한다. 잉크 방울 꼬리의 다른 부분은 잉크 방울이 매체상에 적층되기 전에 잉크 방울 헤들 흡수된다. 끝으로, 잉크 방울 고리에서 발견되는 일부 잉크가 프린트헤드로 복귀하거나 또는 잉크 방울내에 잔존 또는 거주하지 않지만, 불규칙한 방향으로 퍼지는 하부 방울의 미세 스프레이를 형성한다. 이 스프레이의 일부가 인쇄가 개시될 때 매체상에 도달하여 잉크 방울로 형성된 도트 가장자리를 거칠게 하며 소망 인쇄물의 선명도를 감소시키는 원치않은 스폿을 매체상에 배치한다. 이러한 원치않는 결과가 도 6의 인쇄 도트의 확대 프리젠테이션에 나타나 있다.When the droplet 401 is released from the orifice, most of the droplet mass is contained at the tip of the droplet 401 and the maximum velocity is found at this mass. The remaining tail 403 has a minimum ink mass and has a velocity distribution from a speed approximately equal to the speed of the ink drop head near the ink drop head to a speed below the ink speed found in the ink drop head closest to the orifice hole. At some point during the movement of the droplets, the ink of the tail is drawn at the point where the tail is separated from the droplets. Some of the ink remaining in the tail is drawn back toward the printhead orifice plate 107, which generally forms a puddle of ink around the orifice. These ink puddles later cause misalignment of the ink droplets to determine the grade of the print quality. The other part of the ink drop tail is absorbed by the ink drop head before the ink drop is deposited on the medium. Finally, some of the ink found in the ink drop ring does not return to the printhead or remain or dwell in the ink drop, but forms a fine spray of the lower drop that spreads in an irregular direction. A portion of this spray arrives on the medium when printing starts to roughen the dot edges formed by ink droplets and places unwanted spots on the medium that reduce the sharpness of the desired print. This unwanted result is shown in the magnified presentation of the printing dots of FIG. 6.

외부 환경에 대한 오리피스 구멍(209)의 출구 영역이 방출된 잉크 방울의 무게를 규정하도록 결정한다. 메니스커스의 복원력(모델에서 상수 K)이 오리피스 구멍의 가장자리 근처에서 부분적으로 결정되도록 결정한다. 따라서, 메니스커스의 강성을 증가시키기 위해서, 오리피스 보어 구멍의 측부 및 개구가 가능한 상호 긴밀하게 된다. 물론, 이것은 방울의 소정 낙하 무게를 결정하는 조건과 모순된다(오리피스의 출구 영역에서 결정). 비원형 기하형상이 제공하는 메니스커스상의 복원력이 더 크면, 오리피스판에 더 빨리 더 근접해서 잉크 방울 꼬리가 사라진다.The exit area of the orifice hole 209 relative to the external environment is determined to define the weight of the ejected ink drop. Determine the restoring force of the meniscus (constant K in the model) to be determined in part near the edge of the orifice hole. Thus, in order to increase the stiffness of the meniscus, the sides and the opening of the orifice bore hole are as close to each other as possible. Of course, this contradicts the conditions for determining the desired drop weight of the drop (determined at the exit area of the orifice). The greater the restoring force on the meniscus provided by the non-circular geometry, the faster the ink droplet tail disappears closer to the orifice plate.

스프레이를 감소시키는데 이용될 수도 있는 일부 비원형 오리피스는 장축과 단축을 갖는 기다란 구멍이며, 장축은 단축보다 차원이 크며 이들 축은 오리피스판의 외부면에 평행하다. 이러한 기다란 구조체는 직사각형일수 있으며 타원형 및 측변이 평행한 "레이스트랙" 구조체와 같은 난형일 수 있다. 모델 번호 HP51649 A 프린트 카트리지(휴렛-팩카드 컴파니로부터 이용가능함)에 수납된 잉크와 HP 51649A 카트리지에 사용된 오리피스 개구 영역의 면적과 같은 오리피스 구멍의 영역을 사용하면, 소망 메니스커스 강성 및 짧은 꼬리의 잉크 방울 방출 특성을 나타내는 장축대 단축의 비가 2 대 1 내지 5 대 1인 타원으로 결정되었다.Some non-circular orifices that may be used to reduce spray are elongated holes with long and short axis, the long axis being larger than the short axis and these axes are parallel to the outer surface of the orifice plate. Such elongated structures may be rectangular and may be oval, such as elliptical and "racetrack" structures with parallel sides. Using the area of the orifice holes such as the ink contained in the model number HP51649 A print cartridge (available from the Hewlett-Packard Company) and the area of the orifice opening area used in the HP 51649A cartridge, the desired meniscus stiffness and shortness An ellipse with a long axis shortening ratio representing the ink droplet emission characteristic of the tail was determined to be 2 to 1 to 5 to 1.

도 7a 및 도 7b는 오리피스 보어 구멍 크기의 다양한 유형을 도시하는 오리피스판 외부면의 평면도이다. 도 7a는 외부 차원이 반경(r)이며 외부 차원(r)과 화이어링 챔버에 대한 개구 수치(r2)사이의 곡률차를 나타낸다. HP51649 A 카트리지에 있어서, r = 17.5 μ이며 r2= 45μ이다. 이것은 962 μ2의 오리피스판 외부면에 구멍 면적(r2Xπ)을 제공한다. 도 7b는 장축/단축 비가 2 대 1 이고, 균일 방울 낙하 무게를 유지하기 위해서, 오리피스 개구의 외부 면적이 962 μ2으로 유지된 타원형 외부 오리피스 개구 기하형상을 도시한다. 따라서, 타원형의 면적 공식(A = πㆍaㆍb)으로부터, 타원의 장축과 단축(a, b)은 2 : 1 타원에 대해서 각각 28.5μ과 12.4μ이다.7A and 7B are top views of orifice plate outer surfaces illustrating various types of orifice bore hole sizes. FIG. 7A shows the difference in curvature between the outer dimension r and the opening value r 2 for the firing chamber. For the HP51649 A cartridge, r = 17.5 μ and r 2 = 45 μ. This provides a hole area (r 2 Xπ) in the orifice plate outer surface of 962 μ 2 . FIG. 7B shows an elliptical outer orifice opening geometry in which the long axis / short axis ratio is 2 to 1 and the outer area of the orifice opening is maintained at 962 μ 2 to maintain a uniform drop drop weight. Therefore, from the elliptical area formula (A = π · a · b), the major and minor axes (a, b) of the ellipse are 28.5 μ and 12.4 μ for the 2: 1 ellipse, respectively.

전언한 바와 같이, 더 좋은 꼬리 차단 및 이후 스프레이 감소 특성의 주요 요인은 타원의 단축 크기 감소이다. 2:1 내지 5:1의 축 비 범위에서, 스프레이 감소가 관측된다. 전술한 일 단점은 타원 오리피스 표면 개구가 오리피스판의 내부면에(잉크 화이어링 챔버에) 대응하는 더 큰 개구를 갖는다는 것이다. 이들 내부 개구는 오리피스가 인쇄 화상도를 향상시키기 위해서 긴밀하게 이격되어 있는 경우 중첩 및 간섭될 것이다. 이러한 간섭은 일 화이어링 챔버로부터 잉크의 형태로 인접 화이어링 챔버로 불려나가 희미하지만 해로운 효과를 제공한다.As stated, the main factor for better tail blocking and subsequent spray reduction properties is the shortened size reduction of the ellipse. In the axial ratio range of 2: 1 to 5: 1, spray reduction is observed. One disadvantage described above is that the elliptical orifice surface opening has a larger opening corresponding to the inner surface of the orifice plate (in the ink firing chamber). These inner openings will overlap and interfere if the orifices are closely spaced to enhance the printed image. This interference is called from the firing chamber to the adjacent firing chamber in the form of ink to provide a faint but detrimental effect.

간섭 문제를 풀기 위해서, 타원이 장축 방향으로 변형되어 본질적으로 초승달 또는 4분달 모양을 형성한다. 단축 크기가 유지되고 초생달 형상으로 유효 장축이 짧아져 전체 오리피스 개구 면적은 일정하게 유지된다. 적절한 스프레이 감소가 초생달 오리피스 개구 형상을 사용하여 계속적으로 달성된다. 그러나, 초생달 형상은 이러한 형태의 프린트헤드로 구현하는 인쇄질에 다른 문제를 도입한다. 오리피스판을 떠난 잉크 방울의 궤적은 오리피스판 표면에 수직하지 않으며 오리피스 개구의 곡면의 음의 곡률 방향을 향해 수직으로부터 경사져 있다.To solve the interference problem, the ellipse is deformed in the long axis direction, essentially forming a crescent or quadrant shape. The short axis size is maintained and the crescent shape shortens the effective long axis so that the entire orifice opening area remains constant. Appropriate spray reduction is continually achieved using the crescent orifice opening shape. However, the crescent shape introduces another problem to the print quality achieved with this type of printhead. The trajectory of the ink droplets leaving the orifice plate is not perpendicular to the orifice plate surface and is inclined from the vertical toward the negative curvature direction of the curved surface of the orifice opening.

초승달 오리피스 구멍 형상의 궤적 문제를 해결하기 위해서, 대칭을 제공하는 다른 형상이 서로 멀리 대면하는 초승달의 분지가 2개의 초승달 형상으로 중첩됨으로서 형성된다. 이러한 형상은 도 8a에 도시되어 있다. 이러한 변형 오리피스 구멍 형상은 "모래시계" 형상이 된다. 일 실시예에 있어서, 변형 단축(bH)은 26 ㎛이며 변형 장축(aH)은 69㎛로 설정된다. 이 실시예에 대한 변형 단축을 규정하는 가장자리는 대략 47㎛의 곡률 반경(rH)을 갖는다. 이 오리피스 구멍 형상은 좁은 단축 개구를 유지하며 고정 오리피스 개구 영역에 필요한 필수 주축 크기를 감소시킨다. 크기가 감소된 장축은 동일 오리피스 구멍 면적이 구현하는 것보다 더 근접한 오리피스 간격을 달성한다. 또한, 모래시계 오리피스 구멍 형상은 장축과 단축에 대해서 대칭을 제공하며 잉크 방울의 궤적 에러 문제를 감소시킨다. 종래의 원형 개구에 비해 비원형 오리피스 개구가 제공하는 향상이 도 9a와 도 9b를 비교할 때 이해될 수 있다. 도 9b의 확대된 문자는 도 9a의 인쇄물에 나타나는 외래 방울 몇개를 도시한다.In order to solve the trajectory problem of the crescent orifice hole shape, a branch of the crescent moon in which other shapes providing symmetry face each other are formed by overlapping into two crescent shapes. This shape is shown in Figure 8a. This modified orifice hole shape becomes a "hourglass" shape. In one embodiment, the strain short axis b H is set to 26 μm and the strain long axis a H is set to 69 μm. The edge defining the shortening of strain for this embodiment has a radius of curvature r H of approximately 47 μm. This orifice hole shape maintains a narrow uniaxial opening and reduces the required major spindle size required for the fixed orifice opening area. The reduced major axis achieves orifice spacing closer than that achieved by the same orifice hole area. In addition, the hourglass orifice hole shape provides symmetry with respect to long and short axis and reduces ink droplet trajectory error problem. The improvement provided by non-circular orifice openings compared to conventional circular openings can be understood when comparing FIGS. 9A and 9B. The enlarged letters in FIG. 9B show some foreign droplets that appear in the printout of FIG. 9A.

도 8b를 참조하면, 훨씬 더 궤적 에러를 감소시키기 위해서, 신뢰할 만한 꼬리의 차단 지점이 변형 단축에 대해서 비대칭 오리피스 개구를 갖는 모래시계 형상으로 달성된다. 비대칭 모래시계 오리피스 개구는 도 8b에 오리피스 개구(803)로서 도시된다. 오리피스 개구(803)의 모래시계 형상은 오리피스판의 외부면에 오리피스 개구 가장자리를 구성한다. 바람직한 실시예에 있어서, 오리피스 개구의 주변 형상은 반경(805)과 공통 반경 크기(rc)를 갖는 2개의 호 세그먼트로 형성도지만 제 1 호 세그먼트(807)는 2개의 호 세그먼트(809)(제 1 호 세그먼트에 대향 배치됨) 보다 크다. 오리피스 구멍(803)의 모래시계 형상 구멍 주변부는 또한 인접한 세그먼트의 단부점(807, 809)를 결합하는 2개의 호 세그먼트(811, 813)을 포함한다. 호 세그먼트(813)는 반경 크기(rHI)와, 잉크 이젝터에 인접한 오리피스판의 내부, 표면, 다른 곳에 형성된 오리피스 구멍의 돌출부(817)안에 배치되지만 모래시계 주변부의 외측에 배치되는 반경(815)의 중심점을 가진다. 호 세그먼트(811)는 또한 반경 크기(rH2)와, 내부면의 오리피스 구멍의 다른 돌출부(821)내의 반경(819)의 중앙점을 가진다. 중심(815)이 중심(819)으로부터 오리피스의 대향 측상에 근접하여 배치되는 것이 본 발명의 특징이다. 바람직한 실시예에 있어서, 중심(805)와 중심(815)을 연결하는 선이 중심(805)과 중심(819)를 연결하는 선과 교차하여 예각(θ)을 형성한다. 이 두선 사이에 형성된 예각(θ)은 0°내지 20°범위로 조정되며 바람직하게는 대략 5°이다. 따라서, 외부 오리피스판 표면에 전기도금에 의해서 형성된 오리피스 구멍(803)은 비대칭 모래시계 오리피스 구멍을 가지며 두개의 돌출부로 분리되고 공통 중심을 갖는 2개의 긴 호 세그먼트로구성된 내부 오리피스판 표면에 오리피스 구멍을 가진다. 잉크 낙하 꼬리는 더 좁은 단부[즉, 더 짧은 호 세그먼트(809)]로부터 우선적으로 사라지고 꼬리 단락 및 스프레이의 신뢰할 만한 위치가 제공된다. 균일한 궤적이 비대칭 모래시계 형상을 채용하는 각각의 오리피스로부터 분출되는 낙하에 대해서 발생된다.Referring to FIG. 8B, in order to further reduce the trajectory error, a reliable cutoff point of the tail is achieved in an hourglass shape with an asymmetrical orifice opening with respect to the shortening of deformation. The asymmetric hourglass orifice opening is shown as orifice opening 803 in FIG. 8B. The hourglass shape of the orifice opening 803 constitutes an orifice opening edge on the outer surface of the orifice plate. In a preferred embodiment, the peripheral shape of the orifice opening is formed from two arc segments having a radius 805 and a common radius size r c , while the first arc segment 807 has two arc segments 809 ( Disposed opposite to the first arc segment. The hourglass-shaped perimeter of the orifice hole 803 also includes two arc segments 811, 813 that join the end points 807, 809 of adjacent segments. The arc segment 813 is disposed within the radius size r HI and the protrusion 817 of the orifice hole formed in the interior, surface, and elsewhere of the orifice plate adjacent to the ink ejector, but the radius 815 disposed outside the periphery of the hourglass. Has a center point. The arc segment 811 also has a radius size r H2 and a center point of the radius 819 in the other projection 821 of the orifice hole of the inner surface. It is a feature of the present invention that the center 815 is disposed proximate to the opposite side of the orifice from the center 819. In a preferred embodiment, the line connecting center 805 and center 815 intersects the line connecting center 805 and center 819 to form an acute angle θ. The acute angle θ formed between these two lines is adjusted in the range of 0 ° to 20 ° and is preferably approximately 5 °. Thus, the orifice hole 803 formed by electroplating on the outer orifice plate surface has an asymmetric hourglass orifice hole and separates the orifice hole on the inner orifice plate surface consisting of two elongated arc segments separated by two protrusions and having a common center. Have The ink drop tail preferentially disappears from the narrower end (ie, the shorter arc segment 809) and provides a reliable location of tail shorts and sprays. Uniform trajectories are generated for drops ejected from each orifice employing an asymmetric hourglass shape.

전술한 바와 같이, 오리피스판은 맨드렐상에 니켈 또는 유사 금속을 전기도금함으로써 일반적으로 형성되며 그 후 금과 같은 내약품성 물질로 도금된다. 이미, 비전도성 버튼을 소망 결과를 얻는 형상(원형 오리피스 구멍)으로 이용하는 것이 공지되어 있다 . 그러나, 모래시계 형상의 오리피스 개구를 형성하기 위해서, 모래시계 형상보다 덜 복잡한 형상을 갖는 버튼이 사용될 수 있음을 알 수 있다. 오리피스판을 전기도금하는 동안, 금속이 전도면(그 자체의 표면)으로부터 각각의 유효 방향으로 균일하게 성장하며 비전도성 버튼 형상의 세부사항이 기본 금속을 성장시킴으로써 덮어 감추어진다. 마찬가지로, 버튼 형상의 세부사항들은 기본 금속이 성장할 때 전체적으로 다른 형상으로 변형될 수 있다. 이제 도 1을 참조하면, 기본 금속(107)은 비전도성 절연 버튼(105)의 상부면에 걸쳐 성장한다. 평면도로 도시할 경우, 버튼(107)의 앗라인의 세부사항은 기본 금속(107)이 절연 버튼(105) 상부면에 걸쳐 성장할 때 다른 형상으로 변형되거나 또는 감추어질 수 있다.As mentioned above, the orifice plate is generally formed by electroplating nickel or similar metal on the mandrel and then plated with a chemical resistant material such as gold. It is already known to use non-conductive buttons as shapes (round orifice holes) with the desired results. However, it can be seen that a button having a less complicated shape than the hourglass shape can be used to form an hourglass shaped orifice opening. During electroplating the orifice plate, the metal grows uniformly in the respective effective direction from the conducting surface (the surface of itself) and the details of the non-conductive button shape are covered up by growing the base metal. Likewise, the details of the button shape can be transformed into other shapes as a whole as the base metal grows. Referring now to FIG. 1, the base metal 107 grows over the top surface of the nonconductive insulated button 105. When shown in plan view, details of the aslines of the button 107 may be deformed or hidden into other shapes as the base metal 107 grows over the top surface of the insulated button 105.

소망 기본 금속 성장에 대해 균일한 직경을 갖는 원 집단을 사용하는 분석 기술은 동일 표면에 배치될 수 있으며 소망 올피스 형상의 외측 아웃라인에 접선방향으로 배치될 수 있다는 것을 알게 해 준다. 접선에 대향하고 직경을 공유하는 원의 원주상의 점 이원 집단의 서로 다른 유사 점에서 결합하는 경우, 무전도성 버튼의 형상이 드러난다. 또 다른 절차는 시작 형상의 아웃라인 외측의 모든 점 또는 대표 점으로 그린 반경의 호를 사용한다. 각각의 호의 반경의 단부점(시작 아웃라인의 점에 접선으로 그린 선에 수직함)은 도금 과정이 완성된 후의 결과인 오리피스 형상의 점을 규정한다. 도 10을 참조하면 원의 집단을 사용하는 기술을 눈으로 볼 수 있다.Analytical techniques using populations of circles having a uniform diameter for the desired base metal growth can be seen that they can be placed on the same surface and tangentially placed on the outer outline of the desired all-piece shape. The circumferential point of a circle facing the tangent and sharing a diameter when combined at different similarities of a binary group reveals the shape of the non-conductive button. Another procedure uses an arc of radius drawn with all points or representative points outside the outline of the starting shape. The end point of the radius of each arc (perpendicular to the line tangentially drawn to the point of the starting outline) defines the point of the orifice shape that is the result after the plating process is completed. Referring to FIG. 10, a technique of using a group of circles can be seen.

도 10에서, 올피스 구멍의 모래시계 형상은 참조부호(1001)로 식별된다. 기본 금속의 소망 성장에 일치하는 반경을 갖는 원 집단은 원(1003)으로 대표된다. 무전도성 버튼의 아웃라인은 참조부호(1005)로 도시된다. 원 집단의 각각의 원은 모래시계 형상의 가장자리를 따른 점에서 모래시계 오리피스 형상에 접한다. 각 원의 직경을 직접 가로지르는 점을 취하여 이들을 결합하면 무전도성 버튼의 형상을 얻는다. 보다 복잡한 오리피스 형상을 처리하는 경우, 무전도성 버튼의 형상이 오리피스 형상과 동일하지 않아야한다는 것을 알 수 있다. 모래시계 형상(1001)의 분지에서, 모양을 규정하는데 필요한 원의 수가 감소함을 알 수 있다.In FIG. 10, the hourglass shape of the all-piece hole is identified by reference numeral 1001. A circle of circles having a radius that matches the desired growth of the base metal is represented by circle 1003. The outline of the non-conductive button is shown at 1005. Each circle of the circle group abuts the hourglass orifice shape at a point along the edge of the hourglass shape. Taking points that cross the diameter of each circle directly and combining them results in the shape of a non-conductive button. When processing a more complex orifice shape, it can be seen that the shape of the non-conductive button should not be the same as the orifice shape. In the branches of the hourglass shape 1001, it can be seen that the number of circles required to define the shape is reduced.

도 11은 오리피스 개구(1001)를 형성하는데 필요한 필수 구성원을 도시한다. 접점에 대향하는 원주상의 점을 결합하면, 소망 모래시계 오리피스 개구를제조하는데 필요한 최소 버튼 아웃라인을 얻을 수 있다. 이들 아웃라인 구성은 호(1101, 1103)를 가져서 장축의 종점을 형성하며 포물선부(1105, 1107)를 가져 단축의 종점을 형성하는 가장자리를 형성한다. 버튼 아웃라인의 잔존부가 원의 직경보다 소망 오리피스 형상에 더 근사하지 않은 경우, 오리피스판을 전기도금함으로써 형성된 모래시계 오리피스 형상은 특정 호 및 포불선부이외의 버튼 아웃라인에 독립적일 것이다.11 shows the necessary members required to form orifice opening 1001. Combining the circumferential points opposite the contacts, it is possible to obtain the minimum button outline needed to produce the desired hourglass orifice opening. These outline configurations have arcs 1101 and 1103 to form the end points of the long axis and parabolic portions 1105 and 1107 to form the edges forming the end points of the minor axis. If the remaining portion of the button outline is no closer to the desired orifice shape than the diameter of the circle, the hourglass orifice shape formed by electroplating the orifice plate will be independent of the button outline other than the particular arc and bubbling.

이 아웃라인의 독립성이 차단물에 대한 오리피스판의 접착성을 향상하고 최대 용적의 잉크가 화이어링 챔버를 채우도록 하는 본 발명의 실시예에 사용된다. 도 12는 무전도성 맨드렐 버튼 형상이 오리피스 표면 구멍 형상에 부분적으로 독립인 경우 얻어지는 프린트헤드를 도시한다. 비록 오리피스 구멍(1101)이 오리피스판의 외부면상에 배치되고 버튼 형상이 오리피스판의 내부면상에 배치되더라도, 오리피스 구멍(1001)과 버튼 형상(1201)이 간략하게 하기 위해서 실선으로 도시된다. 오리피스 구멍이 잉크 화이어링 챔버에서 시작되어 오리피스판의 표면의 개구를 횡단하는 것을 볼 때, 오리피스 보어가 버튼 형상(1201)으로부터 모래시계 형상 구멍(1001)으로 변경된다. 이 실시예에 있어서, 차단층 재료의 구성은 파단선으로 도시된다. 차단 물질(1203)의 섬이 화이어링 챔버(1205)에 대한 잉크 유입구를 2개의 잉크 채널(1207, 1209)로 나누며 화이어링 챔버(1205)의 나머지가 차단 재료(1211, 1213, 1215) 등의 벽으로 규정된다. 차단층 재료와 오리피스판 사이의 접촉 면적이 차단 섬(1203) 둘레의 영역에서 증가된다(가상 원 버튼 아웃라인을 나타내는 부가의 파단선으로 도시됨). 이러한 접촉 면적의 증가는 차단 재료의 사각형에 더 잘 일치할 수 있도록 원형일 수도 있는 부분의 버튼 형상을 사각형으로 달성되며 오리피스판의 오정렬이 발생될 때조차 변하지 않는 직사각형 단면을 기판상에 제공한다. 또한, 사각형은 화이어링 챔버의 잉크 체적도 증가시킨다.This independence of the outline is used in embodiments of the present invention to improve the adhesion of the orifice plate to the barrier and allow the maximum volume of ink to fill the firing chamber. 12 shows the printhead obtained when the non-conductive mandrel button shape is partially independent of the orifice surface hole shape. Although orifice hole 1101 is disposed on the outer surface of the orifice plate and the button shape is disposed on the inner surface of the orifice plate, orifice hole 1001 and button shape 1201 are shown in solid lines for simplicity. When the orifice hole starts in the ink firing chamber and crosses the opening of the surface of the orifice plate, the orifice bore changes from button shape 1201 to hourglass shaped hole 1001. In this embodiment, the construction of the barrier layer material is shown by broken lines. An island of blocking material 1203 divides the ink inlet to firing chamber 1205 into two ink channels 1207, 1209 and the remainder of firing chamber 1205 is formed of blocking materials 1211, 1213, 1215, and the like. It is defined as a wall. The area of contact between the blocking layer material and the orifice plate is increased in the area around the blocking island 1203 (shown by the additional break line representing the virtual one button outline). This increase in contact area is achieved by the square of the button shape of the portion that may be circular, so that it better matches the square of the barrier material and provides a rectangular cross section on the substrate that does not change even when misalignment of the orifice plate occurs. The square also increases the ink volume of the firing chamber.

따라서, 본 발명은 스프레이가 감소되고 잉크 낙하 궤적이 향상된 방출 잉크 방울을 제공하는 비대칭 모래시계 형상의 오리피스 구멍 형상을 이용한다.Thus, the present invention utilizes an asymmetric hourglass-shaped orifice hole shape that provides reduced ejection ink droplets with reduced spray and improved ink drop trajectory.

본 발명은 잉크가 잉크 이젝터에 의해서 방출되는 오리피스를 갖는 스프레이가 감소된 프린트헤드를 제공하며, 오리피스는 비대칭 모래시게 형상의 구멍(803)을 외부면에 채용하여 방출 잉크 방울이 오리피스 구멍의 좁은 단부에서 차단되게 한다.The present invention provides a reduced spray printhead having an orifice from which ink is ejected by the ink ejector, wherein the orifice employs an asymmetric sandblast-shaped hole 803 on the outer surface such that the ejected ink droplets are at the narrow end of the orifice hole. To be blocked.

Claims (10)

잉크가 방출되는 오리피스가 형성된 잉크젯 프린터용 프린트헤드에 있어서,A printhead for an inkjet printer having an orifice through which ink is discharged, 잉크 이젝터와,With ink ejector, 오리피스판을 통해서 상기 이젝터에 대향하는 오리피스판의 제 1 표면으로부터 상기 제 1 표면에 거의 평행한 상기 오리피스판의 제 2 표면까지 연장되는 오리피스를 갖는 오리피스판(107)으로서, 상기 오리피스는 상기 제 2 표면에 구멍(803)을 가지며, 상기 오리피스의 제 2 표면의 구멍은 상기 구멍의 외주부를 규정하는 적어도 2개의 상호교차하는 가장자리로 이루어지며, 제 1 가장자리는 상기 구멍의 주변부내에 배치되는 제 1 반경(rC)과, 제 1 중심(805)을 갖는 제 1 호 세그머트(807)로 구성되며, 제 2 가장자리는 상기 구멍의 주변부 외측에 배치된 제 2 반경(rH1)과 제 2 중심(815)으로 구성된 오리피스판(107)을 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.An orifice plate 107 having an orifice extending through an orifice plate from a first surface of the orifice plate opposite the ejector to a second surface of the orifice plate substantially parallel to the first surface, the orifice being the second Having a hole 803 in the surface, the hole in the second surface of the orifice consists of at least two intersecting edges defining the outer periphery of the hole, the first edge being a first radius disposed in the periphery of the hole (r C ) and a first arc segment 807 having a first center 805, the second edge of which is a second radius r H1 and a second center ( A printhead for an inkjet printer comprising an orifice plate (107) composed of 815. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 반경과 상기 제 1 중심(805)을 갖는 제 3 호 세그먼트(809)를 더 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.And a third arc segment (809) having said first radius and said first center (805). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 중심으로부터 이격되고 있고 상기 구멍의 외주부 외측에 배치된 제 3 반경(rH2)과 제 3 중심(819)을 갖는 제 4 호 세그먼트(811)를 더 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드.And a fourth arc segment (811) spaced from said second center and having a third radius (r H2 ) and a third center (819) disposed outside the outer periphery of said aperture. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 1 중심과 상기 제 2 중심을 결합하는 제 1 선은 상기 제 1 중심과 제 제 3 중심을 결합하는 제 2 선과 예각을 형성하며, 상기 예각은 0°내지 20°범위인 값을 갖는 잉크젯 프린터용 프리트헤드.The first line joining the first center and the second center forms an acute angle with the second line joining the first center and the third center, wherein the acute angle has a value ranging from 0 ° to 20 °. Frithead for printers. 잉크가 방출되는 오리피스를 채용하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드의 작동 방법에 있어서,In a method of operating a printhead for an inkjet printer employing an orifice from which ink is discharged, 잉크 질량에 속도를 가하는 단계와,Speeding up the ink mass, 오리피스판(107)의 표면의 구멍(803)을 갖는 오리피스로부터 상기 잉크 질량을 방출하는 단계로서, 상기 표면의 구멍은 상기 구멍의 외주부를 규정하는 적어도 2개의 교차 가장자리로 구성되며, 제 1 가장자리는 상기 구멍의 주변부내에 배치되는 제 1 반경(rC)과 제 1 중심(805)을 갖는 제 1 호 세그먼트(807)로 구성되며, 제 2 가장자리는 상기 구멍의 주변부 외측에 배치된 제 2 반경(rH1)과 제 2 중심(815)을 갖는 제 2 호 세그먼트로 구성되는, 잉크젯 프린터용 프린트헤드의 작동 방법.Ejecting the ink mass from an orifice having a hole 803 in the surface of the orifice plate 107, wherein the hole in the surface consists of at least two crossing edges defining an outer periphery of the hole, the first edge being A first arc segment 807 having a first radius r C disposed within the periphery of the hole and a first center 805, the second edge of the second radius being disposed outside the periphery of the hole; r H1 ) and a second arc segment having a second center (815), the method of operating a printhead for an inkjet printer. 잉크젯 프린터용 프린트헤드 제조 방법에 있어서,In the printhead manufacturing method for an inkjet printer, 제 1 표면과 상기 제 1 표면에 본질적으로 평행한 제 2 표면과, 오리피스판을 통해서 상기 제 1 표면으로부터 상기 제 2 표면까지 연장되는 적어도 하나의 오리피스를 갖는 오리피스판(107)을 형성하는 단계로서, 상기 오리피스는 상기 구멍의 주변부를 규정하는 적어도 2개의 교차하는 가장자리로 구성된 구멍(8030을 상기 제 2 표면에 가지며, 제 1 가장자리는 상기 구멍의 주변부내에 배치되는 제 1 반경(rC)과 제 1 중심(805)을 갖는 제 1 호 세그먼트(807)로 구성되며, 제 2 가장자리는 상기 구멍의 주변부 외측에 배치된 제 2 반경(rH1)과 제 2 중심(815)을 갖는 제 2 호 세그먼트로 구성되는, 오리피스판(107) 형성 단계와,Forming an orifice plate 107 having a first surface and a second surface essentially parallel to the first surface and at least one orifice extending through the orifice plate from the first surface to the second surface. The orifice has a hole 8030 on the second surface consisting of at least two intersecting edges defining a periphery of the hole, the first edge having a first radius r C and a first edge disposed within the periphery of the hole. A first arc segment 807 having a first center 805, the second edge being a second arc segment having a second radius r H1 and a second center 815 disposed outside the periphery of the aperture. Orifice plate 107 forming step consisting of, 잉크 이젝터를 상기 오리피스판의 제 1 표면에 부착하여 잉크가 적어도 하나의 오리피스의 개구로부터 방출시키는 단계를 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 제조 방법.A method of manufacturing a printhead for an inkjet printer, comprising attaching an ink ejector to a first surface of the orifice plate to eject ink from the openings of at least one orifice. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 오리피스판 형성 단계는 상기 제 1 반경과 상기 제 1 중심을 갖는 제 3 호 세그먼트(809)로 형성되는 제 3 가장자리를 상기 구멍안에 갖는 단계를 더 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 제조 방법.And forming the orifice plate further comprises having a third edge in the hole formed by a third arc segment (809) having the first radius and the first center. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 오리피스판 형성 단계는 상기 제 2 중심으로부터 이격되고 상기 구멍의 외주부 외측에 형배치된 제 3 반경(rH2)과 제 3 중심(819)으로 형성된 제 4 호 세그먼트(811)을 갖는 단계를 더 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 제조 방법.The orifice plate forming step further includes the step of having a fourth arc segment 811 formed of a third radius r H2 and a third center 819 spaced from the second center and disposed outside the outer circumference of the hole. Printhead manufacturing method for an inkjet printer containing. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 호 세그먼트를 형성하는 단계는 상기 제 1 중심과 제 2 중심을 결합하는 제 1 선이 상기 제 1 중심과 제 3 중심이 결합하는 제 2 선과 예각을 형성하여 상기 예각이 0° 내지 20°범위의 수치를 갖도록 제 1, 제 2 및 제 3 중심을 배치하는 단계를 더 포함하는 잉크젯 프린터용 프린트헤드 제조 방법.The forming of the first, second, third and fourth arc segments may include forming a first line joining the first center and the second center to an acute angle with a second line joining the first center and the third center. Forming a first center, a second center, and a third center such that the acute angle has a numerical value ranging from 0 ° to 20 °. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 표면에 상기 구멍의 외주부를 형성하는 적어도 2개의 호 세그먼트로 구성된 가장자리를 갖는 구멍을 상기 제 1 표면에 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 적어도 2 개의 제 1 표면 호 세그먼트는 공통 반경과 공통 중심을 가지며, 상기 공통 중심은 상기 제 1 표면의 구멍 외주부내에 배치되며, 상기 2개의 제 1 표면 각각은 상기 제 1 호 세그먼트보다 더 큰 프린터용 프린트헤드 제조 방법.Forming a hole in the first surface, the hole having an edge composed of at least two arc segments defining an outer periphery of the hole in the first surface, the at least two first surface arc segments having a common radius; A method of manufacturing a printhead for a printer having a common center, wherein the common center is disposed within a hole outer periphery of the first surface, each of the two first surfaces being larger than the first arc segment.
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