KR20010089185A - 잉크젯 프린트헤드, 잉크젯 프린트 카트리지 및 그 제조방법 - Google Patents

잉크젯 프린트헤드, 잉크젯 프린트 카트리지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20010089185A
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Abstract

본 발명은 더 작거나 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드와, 잉크젯 프린트헤드의 제조 방법이 개시되어 있다. 잉크젯 프린트헤드(102)는 기판(204)을 구비한다. 상기 기판의 하나 또는 그 이상의 부분은 이 기판이 상이한 두께를 가지도록 에칭될 수도 있다. 박막층(300)은 기판에 연결되며, 독립적으로 조정가능한 잉크 여기 소자(224, 226, 228, 230), 바람직하게는 레지스터를 포함한다. 거의 평면인 외부 표면을 가지는 오리피스층(212)은 박막층에 직접적으로 도포된다. 그 결과, 오리피스층의 두께는 기판의 두께를 변경시킨다. 적어도 하나의 화이어링 챔버(218, 220)는 상이한 두께를 갖는 오리피스층, 바람직하게는 상이한 크기의 레지스터의 각각의 부분내에서 규정된다. 변형예로서, 오리피스층은 거의 균일한 두께를 가진다. 본 발명의 잉크 방울 무게가 다른 기능을 얻기 위하여, 상이한 용량을 방출하는 챔버가 제공된다. 이러한 실시예에서, 큰 잉크 방울을 제공하는 화이어링 챔버(402)는 보다 강력한 잉크 여기 소자(406)를 가지는 것이 바람직하고, 화이어링 챔버 노즐 개구로부터 측방향으로 오프셋되어 있다. 작은 잉크 방울을 제공하는 다른 화이어링 챔버(400)는 보다 작은 세기의 잉크 여기 소자(404)를 가지며, 화이어링 챔버 노즐 개구와 정렬되어 있다. 따라서, 본 발명은 다양한 크기의 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.

Description

잉크젯 프린트헤드, 잉크젯 프린트 카트리지 및 그 제조 방법{METHODS OF FABRICATING FIT FIRING CHAMBERS OF DIFFERENT DROP WEIGHTS ON A SINGLE PRINTHEAD}
본 발명은 잉크젯 프린터에 관한 것으로, 특히 본 발명은 무게가 다른 잉크 방울(varying drop-weight quantities)을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린팅 메카니즘은 매체 시이트 위를 왕복운동하는 프린트헤드를 갖는 펜을 채용하여 잉크 방울을 시이트상에 방출하여 인쇄 이미지 또는 패턴을 형성한다. 이러한 메카니즘은 컴퓨터 프린터, 플롯터, 카피기 및 팩시밀리 장치를 비롯한 광범위한 적용예에 사용될 수도 있다. 편의상, 본 발명의 개념은 프린터의 범주에서 논의된다.
종래의 프린트헤드는 기판 후면이 카트리지에 대해 장착될 때, 펜의 잉크 충전 챔버와 연통하는 중앙-잉크 개구를 갖는 실리콘-칩 기판을 갖는다. 화이어링레지스터 어레이는 기판의 전면에 배치되며, 챔버 내부가 레지스터와 잉크 구멍을 둘러싸는 박막층에 의해서 주변이 둘러싸인다. 기판의 전면 바로 위에서 박막층에 접속되는 오리피스층은 챔버를 둘러싸며, 각각의 레지스터 바로 위에 화이어링 챔버를 규정한다. 기본적인 프린트헤드 구조체의 부가의 설명이 로날드 애스켈란드(Ronald Askeland) 등의 "2 세대 열식 잉크젯 구조체(The Second-Generation thermal Inkjet Structure)"(휴렛-팩카드 저널, 1988, 8. p 28-31); 윌리암 에이. 부스커크(William A. Buskirk) 등의 "고분해능 열식 잉크젯 프린트헤드의 개발(Development of a High-Resolution Thermal Inkjet Structure)"(휴렛-팩카드 저널, 1988,10. p 55-61); 제이 스테픈 아덴(J. Stephen Aden) 등의 "3 세대 HP 열식 잉크젯 프린트헤드(The Third Generation HP Thermal Inkjet Printhead)"(휴렛-팩카드 저널, 1994, 2. p 41-45)에서 발견될 수 있다.
완전한 프린팅 시스템에 필요한 프린트헤드의 수를 최소화하고 프린팅 시스템에 개별적으로 프린트헤드를 정렬시킬 필요성을 감소시키기 위해서, 단일 프린트헤드상에 무게가 다른 잉크 방울, 예컨대 칼라 칼럼 및 흑백 칼럼의 화이어링 챔버를 구비하는 능력을 갖는 것이 요구된다. 과거에, 제조자들은 최적의 에너지 효율을 갖는 최적의 잉크 궤적 및 잉크 방울 형상을 제공하기 위해서 잉크 방울 무게가 다를려면, 일반적으로 화이어링 챔버의 오리피스층 두께가 다를 것을 요구하기 때문에, 프린트헤드는 다른 무게의 방울을 갖는 화이어링 챔버를 구비할 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 최적의 에너지 효율과 도트 형상을 갖는 무게가 다른 방울로 인쇄할 수 있는 화이어링 챔버를 갖는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 이하와 같이 요약될 수 있다. 기판은 제 2 기판 부분에 대응하는 제 2 기판 두께보다 두꺼운 제 1 기판 두께를 갖는 제 1 기판 부분을 갖는다. 박막층은 복수개의 잉크 공급 도관을 가지며, 독립적으로 조정가능한 복수개의 잉크 여기 소자를 갖는다. 잉크 여기 소자중 적어도 하나는 제 1 기판 부분과 정렬되며 복수개의 잉크 여기 소자중 적어도 하나는 제 2 기판 부분과 정렬된다. 오리피스층은 박막층에 형상 결합되는 오리피스층 하부 표면과, 균일한 높이의 오리피스층외부 표면을 가져서, 상기 오리피스층이 제 2 오리피스 부분에 대응하는 제 2 오리피스 두께보다 더 두꺼운 제 1 오리피스 두께를 갖는 제 1 오리피스 부분를 갖도록 한다. 오리피스층은 복수개의 화이어링 챔버를 형성한다. 각각의 화이어링 챔버는 오리피스층 외부 표면의 각각의 노즐 구멍을 통해서 개방되며 오리피스층을 통해 연장되어 각각의 잉크 여기 소자에 노출된다. 각각의 화이어링 챔버는 상기 잉크 공급 도관과 유체 연통한다. 적어도 일부의 화이어링 챔버는 오리피스층의 일부분에 의해서 다른 화이어링 챔버 전체로부터 횡방향으로 분리되어, 화이어링 챔버가 횡방향으로 상호접속되지 않게 한다. 이러한 구성을 사용함으로써, 제 2 오리피스 두께를 갖는 오리피스층의 제 2 오리피스 부분에 배치된 각각의 화이어링 챔버가 상기 잉크 여기 소자가 각기 여기될 때 형성하는 잉크 방울이 제 1 오리피스 두께를 갖는 오리피스층의 제 1 오리피스 부분에 배치된 각각의 화이어링 챔버가 상기 잉크 여기 소자가 각기 여기될 때 발생하는 것과 크기가 다르고 무게가 다른 잉크 방울을 형성하게 한다.
전술한 바와 같은 잉크젯 프린트헤드 실시예는 이하의 단계를 수행함으로써 제조될 수 있다. 제조된 기판이 다른 두께의 기판이 되도록 적어도 2개의 기판 영역을 형성하도록 에칭된다. 적어도 하나의 잉크 여기 소자를 갖는 박막층이 기판에 도포된다. 적어도 하나의 소자는 각각의 기판 영역에 배치된다. 복수개의 잉크 공급 도관은 박막층에 에칭된다. 적어도 일부의 잉크 공급 도관과 유체 연통하도록 적어도 하나의 잉크 공급 트렌치가 기판에 에칭된다. 오리피스층이 기판에 도포된다. 오리피스층은 거의 평면인 외부 오리피스층을 가지며 기판 두께가 다른 2개의 기판 영역에 대응하는 다른 오리피스 두께를 갖는 적어도 2개의 오리피스 영역이 있다. 적어도 하나의 화이어링 챔버는 무게 및 크기가 다른 잉크를 형성할 수 있는 화이어링 챔버를 제공하기 위해서 2개의 오리피스 영역 각각에 형성된다.
다른 실시예에 있어서, 오리피스층은 거의 균일한 두께를 가진다. 그러나, 오리피스층은 크기가 다른 적어도 2개의 화이어링 챔버를 가지며, 각기 다른 용량을 가진다. 용량이 더 큰 화이어링 챔버가 화이어링 챔버의 노즐 구멍으로부터 횡방향으로 오프셋되는 더 강력한 잉크 여자 소자를 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 용량이 더 작은 화이어링 챔버가 화이어링 챔버의 노즐 구멍에 정렬되는 덜 강력한 잉크 여기 소자를 가질 것이다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 용량이 더 큰 화이어링 챔버는 방울 무게가 더 큰(더 무거운) 잉크 방울을 형성하며, 용량이 더 작은 화이어링 챔버는 방울 무게가 더 작은(더 가벼운) 잉크 방울을 형성한다.
물론, 프린트헤드, 프린트 카트리지 및 이들 실시예의 방법은 다른 부가의 소자 및/또는 단계를 포함할 수도 있다.
다른 실시예는 본 명세서에서 잘 개시되어 있으며 청구되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 프린트헤드를 갖는 잉크젯 프린트 카트리지의 사시도,
도 2는 오리피스층이 다른 두께를 갖는 본 발명에 따른 프린트헤드의 일 실시예의 확대 측면도,
도 3은 오리피스층이 균일한 두께를 갖지만 적어도 일부 화이어링 챔버가 다른 용량을 갖는, 본 발명에 따른 프린트헤드의 다른 실시예의 확대 측면도,
도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따라 프린트헤드를 제조하는 일 방법을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명을 이용한 잉크젯 프린트 카트리지를 채용할 수도 있는 종래의 프린터의 등축도,
도 6은 본 발명을 채용할 수도 있는 프린터의 개략적인 대표도.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
100 : 본체 102 : 프린트헤드
204 : 기판 224, 226, 228, 230 : 잉크 공급 도관
300 : 박막층 400 : 제 1 화이어링 챔버
402 : 제 2 화이어링 챔버 404 : 제 1 잉크 여기 소자
406 : 제 2 잉크 여기 소자
본 발명은 상세한 설명에 상세히 도시되고 첨부 도면에 도시된 구성소자와 단계 및 실시예로 설명될 것이다.
본 발명은 무게와 크기가 다른 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 다른 오리피스층 두께를 갖는 화이어링 챔버를 제공하기 위해서 바람직하게는 기판을 에칭함으로써 종래 기술의 문제점을 극복한다. 이것은 화이어링 챔버내의 잉크 여기 소자와 그들의 대응 오리피스 사이의 거리가 변하게 한다. 변형예에 있어서, 본 발명은 다른 용량과, 다른 형상의 잉크 여기 소자 및/또는 횡방향으로 오프셋되는 잉크 여기 소자를 갖는 화이어링 챔버를 이용할 수 있다. 따라서, 오리피스와 그들의 잉크 여기 소자 사이의 거리를 변화시키고, 화이어링 챔버가 다른 용량 및 다른 용량 및/또는 대응하는 오리피스로부터 횡방향으로 오프셋되는 잉크 여기 소자를 제공함으로써, 제조자들은 무게량이 다른 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프린트헤드(102)를 갖는 열식 잉크젯 펜(100)을 도시한다. 펜은 도시된 배향으로 프린트헤드의 배면측 또는 하부측과 연통하는 잉크 저수부를 갖는 하부(104)를 구비한다. 프린트헤드는 잉크가 선택적으로 방출될 수도 있는 하나 또는 그 이상의 오리피스 또는 노즐(106)을 형성하는 것이 바람직하다.
도 2는 2개의 화이어링 유닛(200, 202)을 도시하기 위해서 오리피스(106, 108)를 통해 취한 프린트헤드(102)의 단면도를 도시한다. 프린트헤드는 기판(204)를 가지며, 이것은 프린트헤드(102)에 강성 섀시를 제공하는 실리콘 [프린트헤드(102)의 두께의 대부분이 실리콘으로 형성]으로 형성된다. 기판(204)은 패시베이션층 또는 박막층(300)으로 피복되는 것이 바람직한 상부면(206)을 가진다. 레지스터와 같은 잉크 여기 소자(208, 210)가 존재한다면 박막층(300)상에 안착된다. 오리피스층(212)은 박막층(300) 상부에 형상이 안착된 하부 표면(214)을 가진다. 오리피스층(212)은 또한 프린트헤드의 최상부면을 형성하는 외부 표면(216)을 가지며 잉크가 인쇄될 재료와 대면한다. 레지스터(208, 210)의 중심은 각각의 화이어링 유닛(200, 202)의 구성소자들이 본 실시예에 정렬되는 수직축을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 오리피스층(212)은 거의 평면인 외부 표면(216)을 가진다. 그러나, 하나 또는 그 이상의 화이어링 챔버(218, 220)는 다른 두께를 갖는 오리피스층(212)를 가질 것이다. 화이어링 챔버를 형성하여 무게가 다른 잉크 방울로 인쇄될 수 있게 하는데 사용될 수 있는 두께가 다른 오리피스층의 갯수에는 거의 제한이 없다.
두께가 다른 오리피스층을 갖는 화이어링 챔버(218, 220)의 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 특히, 화이어링 챔버(218)는 화이어링 챔버(220)의 오리피스층보다 두꺼운 오리피스층(212)을 가진다. 결과적으로, 레지스터(210)는레지스터(208)가 오리피스(106)에 대해 배치되는 것보다 오리피스(108)에 더 긴밀하게 배치된다.
바람직하게, 레지스터(208)는 레지스터(210)보다 훨씬 더 강력하다. 게다가, 레지스터(208)는 레지스터(210)보다 훨씬 더 강력하여 여기될 때, 레지스터(208)가 더 무거운 잉크 방울을 형성할 것이다.
오리피스층(212)에 의해서 형성된 화이어링 챔버(218, 220)는 절두원추형이 바람직하며 레지스터 축상에 정렬된다. 그러나, 임의의 형상 또는 구성이 화이어링 챔버(218, 220)를 형성하는데 사용될 수 있을 것이다. 화이어링 챔버가 절두원추형인 경우, 화이어링 챔버는 하부 표면(214)에서 훨씬 더 큰 원형의 주변부(222)를 가지며, 외부 표면(216)에서 훨씬 더 작은 원형의 노즐 구멍(106, 108)을 가질 것이다. 박막층(300)은 하나로 도시된 화이어링 챔버(218, 220)로 바람직하게 도시된 하나 또는 그 이상의 잉크 공급 도관(224-230)을 형성하는 것이 바람직하다. 도관(224-230)은 챔버 하부 주위에 의해서 전용량으로 둘러싸이는 것이 바람직하여서, 각각의 도관에 의해서 전송되는 잉크는 그 각각의 화이어링 챔버에 의해서 독립적으로 사용되며, 화이어링 챔버(218, 220) 내부에 발생되는 임의의 압력이 다른 챔버로의 잉크 유동을 발생시키지 않을 것이다(단, 기판의 하부 표면 아래에서 도관을 통해서 역류하는 제한된 양을 제외함). 이것은 "블로우 바이(blow by)" 또는 "크로스 토크(cross talk)" 압력이 인접한 화이어링 유닛에 상당한 영향을 미치지 못하게 하며, 레지스터(208, 210)에 의해서 제공되는 소정량의 에너지에 의해서 발생되는 방출력을 상당히 감소시키는 압력 누출을 방지한다(그렇지 않으면 상당한방출력 감소를 가져옴). 화이어링 유닛(218, 220)당 한개 이상의 도관(224-230)의 사용이 불필요하다; 그러나, 이것은 도관(224-230)에서 잉크 유동을 방해할 수도 있는 단일 오염 입자에 의해서 화이어링 챔버(218, 220)의 잉크 궁핍을 방지하도록 중복 잉크 유동 경로를 제공하기 때문에 바람직하다.
바람직하게는, 기판(204)은 복수개의 화이어링 유닛(200, 202)에 대해서 테이퍼형 트렌치(232, 234)를 형성하며, 화이어링 유닛(200, 202)은 저수부(104)로부터 잉크를 수납하기 위해서 기판(204)의 하부면이 가장 넓고 오리피스층(212)을 향해서 잉크 도관(224-230)의 도메인 보다 큰 폭으로 감소된다. 그러나, 어떤 형상이든 또는 구조이든지 잉크 저수부(104)와 화이어링 챔버(218, 220) 사이의 유체 연통을 제공하는데 사용될 수 있을 것이다. 이 실시예에 있어서, 트렌치(232, 234)의 단면적은 화이어링 챔버와 관련된 잉크 공급 도관(224-230)의 단면적보다 몇배나 더 크기 때문에, 이러한 유닛의 크기는 트렌치에 상당한 유동 저항없이 공급될 수도 있다. 트렌치(232, 234)는 레지스터(208, 210) 후방에 보이드를 형성하며, 레지스터(208, 210)를 트렌치(232, 324) 내부의 잉크로부터 분리하는 박막 재료(302, 304)(도 3)의 박막 셋텀 또는 시이트만을 남긴다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예는 또한 무게가 다른 잉크 방울로 인쇄할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 화이어링 챔버(400, 402)는 거의 균일한 두께를 가질 수도 있고 가지지 않을 수도 있은 오리피스층(212)에 형성된다. 무게가 더 큰 잉크 방울을 형성할 수 있는 화이어링 챔버(402)는 무게가 더 작은 잉크 방울을 형성할 수 있는 화이어링 챔버(400)보다 훨씬 용량이 크다. 또한, 잉크 여기 소자가 그 대응하는 오리피스(108)로부터 횡방향으로 오프셋될 수 있도록 더 큰 화이어링 챔버(402)를 성형 또는 구성하는 것이 바람직하다.
더 무거운 잉크 방울을 형성할 수 있는 화이어링 챔버(402)는 레지스터(406)와 같은 잉크 여기 소자를 구비하는 것이 바람직하며, 이 레지스터는 그 오리피스(108)로부터 더 멀리 배치되어 있지만, 여기시 더 많은 에너지를 발생시킨다. 마찬가지로, 더 가벼운 잉크 방울을 형성할 수 있는 화이어링 챔버(400)는 레지스터(404)와 같은 잉크 여기 소자를 구비하는 것이 바람직하며, 이 레지스터는 여기시 더 적은 에너지를 발생시킨다.
전술한 실시예의 변형예에 있어서, 트렌치(234)는 하나 또는 그 이상의 화이어링 챔버(220)(도시안함)와의 정렬로부터 횡방향으로 오프셋될 수 있다. 본 실시예는 프린트 카트리지 번호 C6578D로 발견될 수 있으며, 이것은 휴렛-팩카드사로부터 시장에서 구매가능하다.
변형예에 있어서, 박막층은 트렌치(234)의 폭이 가장 큰 하부 개구에 대응하는 천공 영역을 한정할 수 있다. 이것은 잉크가 트렌치(234)로 유동할 수 있게 하며 또한 메시 필터로서 기능을 하여 입자가 채널의 잉크 도관 시스템으로 도입되지 못하게 할 수 있다.
다음의 실시예에 있어서, 기판(204)은 유리 또는 적당한 중합체로 대체될 수 있을 지라도, 약 675㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼가 바람직하다. 박막층(300)은 존재한다면, 실리콘 이산화물, 포스포실리케이트 유리, 탄탈늄 알루미늄(즉, 레지스터), 질화 실리콘, 카이이드 실리콘, 탄탈늄 또는 기판과 다른 에칭제 감도를 갖는 기능적으로 등가의 재료로 약 3㎛ 두께로 형성된다. 도관(224-230)은 박막층(300)의 두께와 같거나 또는 다소 두꺼운 직경을 가진다. 오리피스층(212)은 약 10 내지 30㎛ 두께를 가지며, 노즐 구멍(106)은 유사한 직경을 가지며, 화이어링 챔버의 하부 주변부는 레지스터(208)의 폭의 약 2배의 직경을 가져서 측변이 10㎛ ×30㎛인 사각형이다. 그러나, 하부 주변부의 크기 및/또는 형상은 다른 두께의 오리피스층을 형성하는데 사용되는 제조 방법에 따라 변할 수도 있다. 실리콘 기판의 이방성 에칭은 기판 표면으로부터 대략 54°각도의 벽을 형성한다.
도 4a 내지 도 4g는 전술한 실시예의 다양한 특징을 제조하는 단계를 도시한다. 실리콘-웨이퍼 기판(204)은 도 4a에 제공된다. 무게가 더 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드의 각각의 부분은 도 4b에서 바람직하게 에칭된다. 다시, 에칭량은 각각의 화이어링 챔버로부터 인쇄되는 잉크 방울의 무게와 관련있을 것이다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 레지스터(208, 210)와 전도성 트레이스(도시안함)을 갖는 박막층(300)이 도포되는 것이 바람직하다.
도 4d에 있어서, 이방성 공정은 도관(224-230)을 에칭한다. 변형예에 있어서, 도관은 임의의 적당한 수단에 의해서 레이저 드릴 가공되거나 또는 형성될 수도 있다.
오리피스층(212)은 도 4e에 도포되어 있다. 층(212)은 액체 재료를 스핀닝 웨이퍼상에 뿜어줌으로써 적층, 선별(screened) 또는 "스펀(spun)"하여 재료를 거의 평면인 외부면이 되게 할 수 있다. 오리피스층(212)의 두께는 하부 기판(204)의 에칭 여부에 따라 변할 것이다. 그럼에도 불구하고, 오리피스층은 화이어링 챔버 근처의 거의 전체 영역에 일치하여 잉크가 누출될 수도 있는 보이드가 챔버 사이에 형성되지 않게 한다. 오리피스층(212)은 웨이퍼상의 각각의 프린트헤드의 일부에 선택적으로 도포될 수도 있으며, 또한 공정을 간단하게 하기 위해서 전체 웨이퍼 표면 위에 도포되는 것이 바람직할 수도 있다.
광학적 형성 과정(photo-defined process)이 도 4f에 도시된 바와 같이, 화이어링 챔버(218, 220)를 형성하는데 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 광학적 형성 과정을 수행하기 위한 가장 좋은 모드는 음 활성 광 이미지화 에폭시(negative-acting photo-imagable epoxy)를 사용하는 것이다. 음 활성 광 이미지화 에폭시를 사용하면, 빛에 노출된 재료가 현상 과정 동안 제거되지 않을 것이다. 따라서, 제 1 광 마스크는 소망 하부 화이어링 챔버의 형상을 규정하기 위해서 도포된다. 이 재료는 재료를 노출하는데 필요한 충분한 양의 광에 노출된다. 제 1 광 마스크는 도구로부터 제거된다. 제 2 광 마스크는 오리피스 구멍을 규정하기 위해서 툴에 배치된다. 재료는 적은 에너지로 2번 노출되어 소망 두께의 재료(예컨데, 1/2)만이 노출된다. 웨이퍼는 표준 현상 약품내에 배치된다. 현상 약품은 노출되지 않은 웨이퍼 부분을 제거한다. 그러나, 노출된 부분은 그대로 남겨둔다. 변형예로서, 다른 오리피스층 형성 과정이 사용될 수도 있다.
도 4g에 있어서, 잉크 트렌치(232, 234)는 이방성 에칭에 의해서 에칭되어 구부러진 프로파일을 형성한다. 이 전에, 웨이퍼의 하부면은 개방 영역으로 선택적으로 도포된 박막층으로 피복될 수도 있다. 트렌치의 에칭은 박막층(300)의 후면이 노출될 때까지 진행될 수 있을 것이며, 도관(224, 230)은 각각의 트렌치(232,234)와 연통된다. 끝으로, 웨이퍼는 개별 프린트헤드로 분리되며, 프린트헤드는 도 1에 도시된 바와 같이 잉크 공급부와 연통하는 각각의 잉크젯 펜(100)에 부착된다.
도 5는 본 발명을 채용할 수도 있는 종래의 잉크젯 프린터(800)의 등축도를 도시한다. 입력 트레이(802)는 종이 또는 다른 인쇄가능한 매체(804)를 저장한다.
도 6에 도시된 프린터 기구의 개략적인 대표도를 참조하면, 매체 입력부는 롤러(902), 플래튼 모터(904) 및 견인 장치(도시안함)를 사용함으로써 단일 매체(804) 시이트를 인쇄 영역으로 이동시킨다. 종래의 프린터(800)에 있어서, 하나 또는 그 이상의 잉크젯 펜(100)은 캐리지 모터(906)에 의해서 매체의 도입 방향에 수직한 방향으로 플랜튼상의 매체(804)를 가로질러 점진적으로 견인된다. 플래튼 모터(904)와 캐리지 모터(906)는 매체와 캐리지 위치 제어기(908)의 제어를 받는 것이 일반적이다. 이러한 위치설정 및 제어 장치의 예가 발명의 명칭이 "판독 신호를 처리 및 저장하고 화이어링 신호를 열식 제어 잉크 방출 소자에 제공하는 조합형 읽기/쓰기 헤드를 사용하는 장치 및 방법"인 미국 특허 제 5,070,410 호에 개시되어 있다. 따라서, 매체(804)는 제 위치에 배치되어 펜(100)이 잉크 방울을 방출하여 프린터의 잉크 방울 화이어링 제어기(910)에 입력되는 데이터에 의해서 소망하는 바와 같이 매체상에 도트를 배치할 수도 있다.
펜(100)이 캐리지 모터(906)에 의해서 매체를 가로질러 이동될 때, 이들 잉크 도트는 스캔 방향에 평행한 밴드내 소정 펜의 프린트 헤드 소자의 선택된 오리피스(106, 108)로부터 방출된다. 펜(100)이 프린트 스워치 단부의 이동 단부에 도달했을 때, 위치 제어기(908)와 플래튼 모터(904)는 일반적으로 매체(804)를 진행시킨다. 펜(100)이 바아 또는 다른 프린트 카트리지 지지 메카니즘에서 X 방향으로 방향전환하는 단부에 도달하는 경우, 이들은 지지 메카니즘을 따라 역회전하여 계속 프린트하거나 프린팅 없이 복귀될 수도 있다. 매체(804)는 프린트헤드(1020의 잉크 방출부의 폭과 같은 증분량이나 또는 노즐(106, 108) 사이의 간격에 관련된 절편만큼 진행될 수도 있다. 위치 제어기(908)는 매체(804)의 제어와, 펜(100)의 위치설정 및 잉크 이미지 또는 문자를 형성하기 위해서 프린트헤드의 정확한 잉크 이젝터의 선택을 결정할 수도 있다. 프린팅이 완료되면, 프린터(800)는 매체(804)를 사용자가 제거할 수 있도록 출력 트레이로 방출한다. 물론, 전술한 프린트헤드(102) 구조체를 채용하는 잉크젯 펜(100)이 프린터의 작동을 상당히 증진시킨다.
결과적으로, 본 발명은 크기가 다른 화이어링 챔버를 제공함으로써 종래기술의 한계 및 문제점을 극복한다. 특히, 기판을 에칭하거나 또는 잉크 여기 소자를 그들의 대응 올피스로부터 횡방향으로 오프셋시킴으로써, 본 발명은 보다 크거나 작은 화이어링 챔버를 제공한다. 이것은 제조자가 최적의 에너지 효율과 도트 형상을 갖는 무게가 다른 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드를 제공할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 예시적인 실시예를 기준으로 본 명세서에서 설명하였다. 당해 기술분야의 숙련자들은 청구범위에 개시된 본 발명의 정신 및 요지를 벗어남없이 본 발명의 원리를 이용하는 변경 또는 다른 실시예 또는 변형예를 생각할수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예컨데, FIT(즉, 충분히 집적된 열식 잉크젯 프린터)로 설치하는 대신에, 본 발명은 TIJ(즉, 표준 열식 잉크젯 프린터)로 설치할 수 있을 것이다. 이들은 본 발명의 정신 및 요지의 범위안에서 생각된다.
따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적인 의미보다는 오히려 예시적인 의미로 여겨져야 한다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청부범위에 의한 것을 제외하고 제한되는 것이 아니라고 의도된다.
본 발명에 따르면, 다른 오리피스층 두께를 갖는 화이어링 챔버를 제공하기 위해서 바람직하게는 기판을 에칭함으로써 종래 기술의 문제점을 극복할 수 있어서, 오리피스와 그들의 잉크 여기 소자 사이의 거리를 변화시키고, 화이어링 챔버가 다른 용량 및 다른 용량 및/또는 대응하는 오리피스로부터 횡방향으로 오프셋되는 잉크 여기 소자를 제공함으로써, 제조자들은 무게량이 다른 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 무게가 더 크거나 더 작은 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드에 있어서,
    제 2 부분보다 두꺼운 제 1 부분을 갖는 기판(204)과,
    복수개의 잉크 여기 소자(208, 210)를 갖고 기판에 결합되며 복수개의 잉크 공급 도관(224, 226, 228, 230)이 형성된 박막층(300)과,
    박막층에 결합되며 제 1 및 제 2 부분에 대응하는 다른 두께를 갖는 오리피스층(212)으로서, 상기 오리피스층은 복수개의 화이어링 챔버(218, 220)를 형성하며, 상기 챔버는 각기 각각의 구멍(106, 108)을 통해서 개방되어 적어도 하나의 잉크 여기 소자를 노출시키며, 상기 챔버 각각은 각각의 상기 도관과 유체 연통하는 오리피스층(212)을 포함하며,
    상기 제 1 부분에 배치된 각각의 챔버는 상기 잉크 여기 소자가 여기될 때 상기 제 2 부분에 배치된 각각의 챔버와 다른 무게의 잉크 방울을 형성하는 잉크젯 프린트헤드.
  2. 무게가 더 크거나 더 작은 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드에 있어서,
    제 2 기판 부분에 대응하는 제 2 기판 두께보다 두꺼운 제 1 기판 두께를 갖는 제 1 기판 부분을 갖는 기판(204)과,
    상기 기판에 결합된 박막층(300)으로서, 상기 박막층은 복수개의 독립적으로 작동하는 잉크 여기 소자(208, 210)를 가지며, 복수개의 잉크 공급부 도관(224, 226, 228, 230)을 형성하며, 상기 복수개의 잉크 여기 소자중 적어도 하나는 상기 제 1 기판 부분에 나란하며 상기 복수개의 잉크 여기 소자중 적어도 하나는 상기 제 2 기판 부분에 나란한 박막층(300)과,
    박막층에 형상 결합되는 오리피스층 하부 표면과 균일한 높이의 오리피스층 외부 표면을 가져서 상기 오리피스층이 제 2 오리피스 부분에 대응하는 제 2 오리피스 두께보다 얇은 제 1 오리피스 두께를 갖는 제 1 오리피스 부분을 갖는 오리피스층(212)으로서, 상기 오리피스층은 복수개의 화이어링 챔버(218, 220)를 형성하며, 상기 화이어링 챔버는 각기 오리피스층 외부면의 각각의 노즐 구멍(106, 108)을 통해서 개방되며 상기 오리피스층을 통해서 연장되어 각각의 잉크 여기 소자가 노출되며, 상기 화이어링 챔버 각각은 상기 잉크 공급 도관 각각에 유체 연통하며, 상기 화이어링 챔버의 적어도 일부는 각기 오리피스층의 일부에 의해서 다른 화이어링 챔버로부터 횡방향으로 분리되는 제 1 및 제 2 부분에 대응하는 다른 두께를 갖는 오리피스층(212)으로서, 상기 오리피스층은 복수개의 화이어링 챔버(218, 220)를 형성하며, 상기 챔버는 각기 각각의 구멍(106, 108)을 통해서 개방되어 적어도 하나의 소자를 노출시키며, 상기 챔버 각각은 각각의 상기 도관과 유체 연통하며, 상기 화이어링 챔버 적어도 일부는 각기 오리피스층의 일부에 의해서 다른 화이어링 챔버로부터 횡방향으로 분리되어 있는 오리피스층(212)을 포함하며,
    제 1 오리피스 두께를 갖는 상기 오리피스층의 제 1 오리피스 부분에 배치된 각각의 화이어링 챔버는 상기 잉크 여기 소자가 각기 여기될 때 제 2 오리피스 두께를 갖는 상기 오리피스층의 제 2 오리피스 부분에 배치된 상기 화이어링 챔버에서 발생되는 것과 잉크 방울 무게가 다른 잉크 방울을 형성하는 잉크젯 프린트헤드.
  3. 무게가 더 크거나 더 작은 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드에 있어서,
    기판(204)과,
    상기 기판에 결합된 박막층(300)으로서, 상기 박막층은 복수개의 독립적으로 작동하는 잉크 여기 소자(208, 210)를 갖는 박막층(300)과,
    상기 박막층에 배치된 독립적으로 작동가능한 제 1 잉크 여기 소자(404)와,
    상기 제 1 잉크 여기 소자보다 더 강력하며, 상기 제 1 박막층에 배치된 독립적으로 작동가능한 제 2 잉크 여기 소자(406)와,
    상기 기판에 결합되고, 오리피스 외부 표면을 갖는 오리피스층(212)으로서,
    상기 오리피스층은,
    제 1 용량을 갖는 제 1 화이어링 챔버(400)로서, 상기 제 1 화이어링 챔버는 상기 오리피스층 외부 표면의 제 1 노즐 개구(108)를 통해서 개방되며 상기 오리피스층을 통해서 연장되어 상기 제 1 잉크 여기 소자를 노출하며, 상기 제 1 잉크 여기 소자는 제 1 노즐 개구와 정렬되고, 상기 제 1 화이어링 챔버는 상기 잉크 공급 도관중 적어도 하나와 유체 연통하는 제 1 화이어링 챔버(400)와,
    제 2 용량을 갖는 제 2 화이어링 챔버(404)로서, 상기 제 2 용량은 제 1 용량보다 크며, 제 2 화이어링 챔버는 상기 오리피스층 외부 표면의 제 2 노즐 개구(106)를 통해서 개방되며 상기 오리피스층을 통해서 연장되어 상기 제 2 잉크 여기 소자를 노출시키며, 상기 제 2 잉크 여기 소자는 상기 제 2 노즐 개구로부터 힝방향으로 오프셋되며, 상기 제 2 화이어링 챔버는 상기 잉크 공급 도관중 적어도 하나와 유체 연통하며, 상기 제 1 및 제 2 화이어링 챔버는 상기 오리피스층의 일부에 의해서 모든 다른 하이어링 챔버로부터 횡방향으로 이격되어, 화이어링 챔버가 횡방향으로 상호접속되지 않게 하는 제 2 화이어링 챔버(402)를 포함하며,
    상기 제 1 화이어링 챔버는 상기 제 1 잉크 여기 소자가 여기될 때 형성되는 잉크 방울의 크기 및 무게가 제 2 잉크 여기 소자가 여기될 때 제 2 화이어링 챔버가 형성하는 것과 다른 무게를 갖는 잉크 방울을 형성하는 잉크젯 프린트헤드.
  4. 잉크젯 프린트 카트리지에 있어서,
    프린트 카트리지 본체(100)와,
    본체내의 잉크용 저수부와,
    상기 저수부와 유체 연통하는 본체에 지지되며 더 크거나 작은 무게의 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드(102)를 포함하며,
    상기 프린트헤드는,
    제 2 기판 부분에 대응하는 제 2 기판 두께보다 두꺼운 제 1 기판 두께를 갖는 제 1 기판 부분을 갖는 기판(204)과,
    상기 기판에 형상 결합된 박막층(300)으로서, 상기 박막층은 상기 저수부와 유체 연통하는 복수개의 잉크 공급부 도관(224, 226, 228, 230)을 갖는 박막층(300)과,
    상기 박막층에 매립된 복수개의 독립적으로 작동하는 복수개의 잉크 여기 소자(208, 210)를 가지며, 상기 복수개의 잉크 여기 소자중 적어도 하나는 상기 제 1 기판 부분에 나란하며, 상기 복수개의 잉크 여기 소자중 적어도 하나는 상기 제 2 기판 부분에 나란한, 복수개의 잉크 여기 소자(208, 210)와,
    박막층에 형상 결합되는 오리피스층 하부 표면과 균일한 높이의 오리피스층 외부표면을 가져서 상기 오리피스층이 제 2 오리피스 부분에 대응하는 제 2 오리피스 두께보다 얇은 제 1 오리피스 두께를 갖는 제 1 오리피스 부분을 갖는 오리피스층(212)으로서, 상기 오리피스층은 복수개의 화이어링 챔버(218, 220)를 형성하며, 상기 화이어링 챔버는 각기 오리피스층 외부 표면의 각각의 노즐 구멍(106, 108)을 통해서 개방되며 상기 오리피스층을 통해서 연장되어 각각의 잉크 여기 소자가 노출되며, 상기 화이어링 챔버 각각은 상기 잉크 공급 도관 각각에 유체 연통하며, 상기 화이어링 챔버의 적어도 일부는 각기 오리피스층의 일부에 의해서 다른 화이어링 챔버로부터 횡방향으로 분리되는 제 1 및 제 2 부분에 대응하는 다른 두께를 갖는 오리피스층(212)으로서, 상기 오리피스층은 복수개의 화이어링 챔버(218,220)를 형성하며, 상기 챔버는 각기 각각의 구멍(106, 108)을 통해서 개방되어 적어도 하나의 소자를 노출시키며, 상기 챔버 각각은 각각의 상기 도관과 유체 연통하며, 상기 화이어링 챔버 적어도 일부는 각기 오리피스층의 일부에 의해서 다른 화이어링 챔버로부터 횡방향으로 분리되어 상기 화이어링 챔버가 횡방향으로 상호접속되지 않게 하는 오리피스층(212)을 포함하며,
    제 1 오리피스 두께를 갖는 상기 오리피스층의 제 1 오리피스 부분에 배치된 각각의 화이어링 챔버는 상기 잉크 여기 소자가 각기 여기될 때 제 2 오리피스 두께를 갖는 상기 오리피스층의 제 2 오리피스 부분에 배치된 상기 화이어링 챔버에서 발생되는 것과 잉크 방울 무게가 다른 잉크 방울을 형성하는 잉크젯 프린트헤드.
  5. 잉크젯 프린트 카트리지에 있어서,
    프린트 카트리지 본체(100)와,
    상기 본체내의 잉크용 저수부와,
    상기 저수부와 유체 연통하는 본체에 지지되며 더 크거나 작은 무게의 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드(102)를 포함하며,
    상기 프린트헤드는,
    기판(204)과,
    상기 기판에 결합된 박막층(300)으로서, 상기 박막층은 복수개의 잉크 공급도관(224, 226, 228, 230)을 형성하는 박막층(300)과,
    상기 박막층에 배치된 독립적으로 작동가능한 제 1 잉크 여기 소자(404)와,
    상기 제 1 잉크 여기 소자보다 더 강력하며, 상기 제 1 박막층에 배치된 독립적으로 작동가능한 제 2 잉크 여기 소자(406)와,
    상기 기판에 결합되고, 오리피스 외부 표면을 갖는 오리피스층(212)으로서,
    상기 오리피스층은,
    제 1 용량을 갖는 제 1 화이어링 챔버(400)로서, 상기 제 1 화이어링 챔버는 상기 오리피스층 외부 표면의 제 1 노즐 개구(108)를 통해서 개방되며 상기 오리피스층을 통해서 연장되어 상기 제 1 잉크 여기 소자를 노출하며, 상기 제 1 잉크 여기 소자는 제 1 노즐 개구와 정렬되고, 상기 제 1 화이어링 챔버는 상기 잉크 공급 도관중 적어도 하나와 유체 연통하는 제 1 화이어링 챔버(400)와,
    제 2 용량을 갖는 제 2 화이어링 챔버(402)로서, 상기 제 2 용량은 제 1 용량보다 크며, 제 2 화이어링 챔버는 상기 오리피스층 외부 표면의 제 2 노즐 개구(106)를 통해서 개방되며 상기 오리피스층을 통해서 연장되어 상기 제 2 잉크 여기 소자를 노출시키며, 상기 제 2 잉크 여기 소자는 상기 제 2 노즐 개구로부터 힝방향으로 오프셋되며, 상기 제 2 화이어링 챔버는 상기 잉크 공급 도관중 적어도 하나와 유체 연통하며, 상기 제 1 및 제 2 화이어링 챔버는 상기 오리피스층의 일부에 의해서 모든 다른 화이어링 챔버로부터 횡방향으로 이격되어, 화이어링 챔버가 횡방향으로 상호접속되지 않게 하는 제 2 화이어링 챔버(402)를 포함하며,
    상기 제 1 화이어링 챔버는 상기 제 1 잉크 여기 소자가 여기될 때 제 2 잉크 여기 소자가 여기될 때 제 2 화이어링 챔버가 형성하는 것과 무게가 다른 잉크 방울을 형성하는 잉크젯 프린트헤드.
  6. 더 작거나 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드의 제조 방법에 있어서,
    기판(204)을 제공하는 단계와,
    상이한 기판 두께를 갖는 적어도 2개의 기판 면적을 규정하기 위하여 상기 기판을 에칭하는 단계와,
    상기 각각의 기판 면적에서 적어도 하나의 잉크 여기 소자를 구비하는 박막층(300)을 도포하는 단계와,
    상기 박막층내에서 다수의 잉크 공급 도관(224, 226, 228, 230)을 에칭하는 단계와,
    상기 기판내에서 상기 잉크 공급 도관의 적어도 일부와 유체 연통되어 있는 적어도 하나의 잉크 공급 트렌치(232, 234)를 에칭하는 단계와,
    상기 오리피스층(212)을 상기 기판에 도포하는 단계로서, 상기 오리피스층은 상이한 기판 두께를 갖는 상기 2개의 기판 면적에 대응하는 상이한 오리피스 두께를 갖는 적어도 2개의 오리피스 면적이 있도록 거의 평면인 오리피스층 외부 표면을 구비하는 상기 도포 단계와,
    각각의 상기 적어도 2개의 오리피스 면적내에서 적어도 하나의 챔버(218,220)를 형성하는 단계를 포함하는
    더 작거나 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드의 제조 방법.
  7. 더 작거나 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드의 제조 방법에 있어서,
    기판(204)을 제공하는 단계와,
    적어도 2개의 잉크 여기 소자(208, 210)를 구비하는 박막층(300)을 도포하는 단계와,
    상기 박막층내에서 다수의 잉크 도포 도관(224, 226, 228, 230)을 형성하는 단계와,
    상기 잉크 공급 도관과 유체 연통되어 있는 적어도 하나의 잉크 공급 트렌치(232, 234)를 에칭하는 단계와,
    거의 균일한 두께를 갖는 오리피스층(212)을 상기 박막층에 도포하는 단계와,
    제 1 용량을 갖는 제 1 화이어링 챔버(400)를 형성하는 단계와,
    상기 제 1 용량보다 큰 제 2 용량을 갖는 제 2 화이어링 챔버(402)를 상기 오리피스층내에 형성하는 단계를 포함하는
    더 작거나 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 의 잉크 여기 소자(404)는 상기 제 1 화이어링 챔버내에서 제 1 노즐 개구(108)와 정렬되어 있으며, 상기 제 2 의 잉크 여기 소자(406)는 상기 제 2 화이어링 챔버내에서 제 2 노즐 개구(106)으로부터 측방향으로 오프셋되어 있는
    더 작거나 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 잉크 여기 소자는 상기 제 2 잉크 여기 소자보다 작은 전력을 인가하는
    더 작거나 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 잉크 여기 소자는 레지스터인
    더 작거나 큰 잉크 방울을 인쇄할 수 있는 프린트헤드의 제조 방법.
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