专利名称：喷墨打印头、喷嘴片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种喷墨打印头、该喷墨打印头的喷嘴片以及该喷嘴片的制造方法，特别涉及可以减少降低图像质量的因素从而提高打印质量的一种喷墨打印头、喷嘴片以及该喷嘴片的制作方法。
目前，打印机大量用于在纸张这样的对象上打印各种信息，在打印机中，从高速打印和低噪声等观点来看，通过把来自喷嘴的墨滴释放到对象上而进行打印的喷墨打印机被认为是有利的。
喷墨打印机包括把墨滴释放到例如纸张这样的对象上的喷墨打印头。普通类型的彩色喷墨打印头包括四种公共的墨水通道(其提供相应的每种CMYK(Cyan青，Magenta品红，Yellow黄，blacK黑)颜色)，用于从相应的墨盒向喷墨打印头提供墨水；四个墨池(提供相应四种颜色中的每一种)，其中分别填充有来自相应颜色的公共墨水通道的墨水；喷墨孔，其作为喷墨片上的开孔，从该开孔把(相应颜色)的墨水释放到纸张这样的对象上；以及压力室(其对应于每个喷墨孔)，通过压电元件等施加压力，以使得存储在墨水池中的墨水释放出来。
如日本专利第HEI 4-182134号中所公开的，常规的喷墨打印头的喷嘴片以前是通过电解电镀铸造的方法而形成。在喷嘴片的形成中，通常使用由金属片所制成的基片，并且通过利用光刻胶在基片上构图成喷嘴部分。在通过利用光刻胶构图的该金属基片上，进行镍的电解淀积，从而形成用于形成喷嘴片的镍层。然后，由镍层所制成的喷嘴片被从金属基片上除去，从而完成该喷嘴片。
作为用于喷嘴片的材料，使用金属(SUS(不锈钢)、镍，等等)、塑料(聚合物、PES(聚醚磺基)，等等)等等。在喷嘴片中喷嘴孔的形成通常可以通过电铸、蚀刻、冲压加工、准分子激光加工等方法进行。
图1为示出利用电铸的喷嘴片的常规制造方法的一个实例的截面视图。光刻胶10覆盖在由不锈钢这样的金属所形成的基片9上，然后通过利用掩膜和显影执行曝光，从而在基片9上形成光刻胶图案。然后，把一种金属电解淀积到基片9的暴露表面上。当电解淀积金属层的厚度到达预定厚度时，该电解淀积金属层(即，喷嘴片21)被从基片9上除去，从而完成喷嘴片21。
但是，通过电铸方法形成的每个喷嘴孔1的形状受到光刻胶10的覆盖状态、通过曝光和显影方法构图的精度、以及掩膜的精度和使用寿命等等所影响。因此，喷嘴孔1的直径、圆度等等根据上述条件而变化。
由于喷嘴孔1的直径、圆度等等变化，从喷嘴孔1释放的墨滴的直径和速度必然发生变化，从而打印图像的质量下降。由于喷嘴孔1的圆度较差使得墨滴释放的方向的一致性也变差，从而图像质量进一步下降。
另外，由于用于喷嘴片21的构图的光刻胶10具有特定的厚度，因此必然在喷嘴片21上形成凹陷部分。如图1的(C)所示，凹陷部分形成在喷嘴孔1周围。由于喷嘴孔1周围的凹陷部分，使得在喷墨打印机的刷新(清理)操作中通过利用刮刀清除喷嘴孔1周围的墨水变得困难。
图2A和2B为示出在通过利用上述常规制造方法所制造的常规喷墨打印头(或者常规喷嘴片)的情况中的刮刀刮擦操作的截面视图。参照图2A和2B，当刮刀30从左移到右(如箭头所示)用于刮擦喷嘴片时，刮刀30不能够正确地接触喷嘴孔1周围的凹陷表面，因此不能够良好地清除喷嘴孔周围的墨水，从而保留在喷嘴孔1周围的墨水可能在墨滴释放时造成问题。
因此本发明的主要目的是提供一种喷墨打印头、喷墨打印头的喷嘴片以及该喷嘴片的制造方法，从而通过电铸形成的喷嘴孔的尺寸精度可以增加并且打印质量可以提高。
本发明的另一个目的是提供一种喷墨打印头、喷墨打印头的喷嘴片以及该喷嘴片的制造方法，从而可以保证通过刮擦操作清除喷嘴孔周围的墨水，可以减小在墨滴直径、墨滴速度和墨滴释放方向中的变化，从而可以低成本地实现高质量打印。
根据本发明第一方面，在此提供一种具有喷嘴孔的喷嘴片，其用于喷墨打印头，用于通过压电元件的电致伸缩和由于压电元件的电致伸缩在压力室中产生的压力波而从喷嘴孔释放墨滴。在喷嘴片中，形成面向墨滴释放方向的喷嘴片的表面使得每个喷嘴孔周围的表面部分相对于其它部分向墨滴释放方向凸出。
根据本发明第二方面，在第一方面中，表面的每个凸出部分形成为与相应喷嘴孔同心的圆形形状。
根据本发明第三方面，在第一方面中，凸出部分的高度被设置在5μm和100μm之间。
根据本发明第四方面，在第二方面中，每个凸出部分被形成为使得其外边缘具有适当的斜度。
根据本发明第五方面，在第四方面中，凸出部分的外边缘相对于墨水释放方向的斜度被设置在10度和50度之间。
根据本发明第六方面，在第一方面中，凸出部分和喷嘴孔是通过电铸方法形成的。
根据本发明第七方面，在第六方面中，喷嘴片是由镍形成的。
根据本发明第八方面，在第六方面中，喷嘴片是由镍和钴的合金形成的。
根据本发明第九方面，在此提供一种具有喷嘴孔的喷嘴片的制造方法，该喷嘴片用于喷墨打印头，用于通过压电元件的电致伸缩和由于压电元件的电致伸缩在压力室中产生的压力波而从喷嘴孔释放墨滴。该制造方法包括基片形成步骤、电解淀积步骤和除去步骤。在基片形成步骤中，在由电绝缘材料所制成的基底上表面上形成基片，避开要形成喷嘴的基底上表面部分。在电解淀积步骤中，利用在基片形成步骤中形成的基片作为种子层，把金属层电解淀积到预定的厚度。在除去步骤中，当电解淀积金属层的厚度到达预定厚度之后，已经在电解淀积步骤中电解淀积的作为喷嘴片的金属层被从基底上除去。
根据本发明第十方面，在第九方面中，形成面向墨滴释放方向的喷嘴片的表面使得每个喷嘴孔周围的表面部分相对于其它部分向墨滴释放方向凸出。
根据本发明第十一方面，在第十方面中，表面的每个凸出部分形成为与相应喷嘴孔同心的圆形形状。
根据本发明第十二方面，在第十方面中，凸出部分的高度被设置在5μm和100μm之间。
根据本发明第十三方面，在第十一方面中，每个凸出部分被形成为使得其外边缘具有适当的斜度。
根据本发明第十四方面，在第十三方面中，凸出部分的外边缘相对于墨水释放方向的斜度被设置在10度和50度之间。
根据本发明第十五方面，在第九方面中，在电解淀积步骤中电解淀积的金属层是由镍形成的。
根据本发明第十六方面，在第九方面中，在电解淀积步骤中电解淀积的金属层是由镍和钴的合金形成的。
根据本发明第十七方面，在此提供一种喷墨打印头，用于通过压电元件的电致伸缩和由于压电元件的电致伸缩在压力室中产生的压力波而从喷嘴孔释放墨滴。该喷墨打印头包括具有喷嘴孔的喷嘴片，它是通过如下步骤制成的在由电绝缘材料所制成的基底上表面上形成基片，避开要形成喷嘴的基底上表面部分；利用基片作为种子层，把金属层电解淀积到预定的厚度；以及当电解淀积金属层的厚度到达预定厚度之后，从基底上除去已经在电解淀积步骤中电解淀积的作为喷嘴片的金属层。
根据本发明第十八方面，在第七方面中，形成面向墨滴释放方向的喷嘴片的表面使得每个喷嘴孔周围的表面部分相对于其它部分向墨滴释放方向凸出。
根据本发明第十九方面，在第十八方面中，表面的每个凸出部分形成为与相应喷嘴孔同心的圆形形状。
根据本发明第二十方面，在第十八方面中，凸出部分的高度被设置在5μm和100μm之间。
根据本发明第二十一方面，在第十九方面中，每个凸出部分被形成为使得其外边缘具有适当的斜度。
根据本发明第二十二方面，在第二十一方面中，凸出部分的外边缘相对于墨水释放方向的斜度被设置在10度和50度之间。
根据本发明第二十三方面，在第十七方面中，该金属层是由镍形成的。
根据本发明第二十四方面，在第十七方面中，该金属层是由镍和钴的合金形成的。
从下文结合附图的具体描述中本发明的目的和特点将变得更加清楚，其中图1为示出通过电铸形成的喷嘴片的常规制造方法的一个实例的截面视图；图2A和2B为示出用刮刀刮擦通过常规制造方法制造的常规喷墨打印头(或常规喷嘴片)的操作的截面视图；图3为用于说明根据本发明一个实施例的喷墨打印头的组成的截面视图；图4为示出当喷墨打印头的振动片形变时图3的喷墨打印头的状态的截面视图；图5为示出根据本发明的实施例的喷墨打印头的头部单元的组成的示意图；图6为示出图5中所示的多层片组件的组成的示意图；图7为根据本发明一个实施例的喷嘴片的制造方法的截面视图；图8为示出图7的喷嘴片在喷嘴孔周围的具体结构的示意图；以及图9A和9B为示出用刮刀刮擦通过本发明实施例的制造方法制造的喷嘴片的操作的截面视图。
现在参照附图，具体描述根据本发明的优选实施例。
图3为用于说明根据本发明一个实施例的喷墨打印头的组成的截面视图。图3中所示的喷墨打印头包括喷嘴孔1、减振室2、墨水池3、供墨孔4、压力室5、振动片6和压电元件7。提供减振室2和墨水池3对应于每种颜色。因此，在彩色喷墨打印头使用四种颜色(例如CMYK(Cyan青，Magenta品红，Yellow黄，blacK黑))的情况下，提供四个减振室2和四个墨水池3。提供对应于每个喷嘴孔1的供墨孔4、压力室5和压电元件7。
墨水池3是填充有一种颜色(例如青、品红、黄、黑)的墨水的腔体，该墨水从对应该颜色的未示出墨水槽(墨盒)提供。喷嘴孔1是一个把墨水释放到纸张这样的对象上的开孔。提供减振室2(对应于每种颜色)，以消除喷嘴之间的声音串扰。形成几乎与墨水池3相同形状而没有填充墨水的减振室2。
供墨孔4(对应于喷嘴孔1)形成在墨水池3之上，以便连接墨水池3和对应于喷嘴孔1的压力室5。
振动片6是部分根据压电元件7的形变(电致伸缩)而形变的薄片。当电信号提供到压电元件7并且从而压电元件7形变时，振动片6的相应部分形变，从而相应的压力室5的体积(容积)改变。由于压力室5的体积改变，压力波被传送到喷嘴孔1，从而在压力室5中的墨水被作为墨滴释放到例如纸张这样的对象上。
图4为示出当振动片6形变时图3的喷墨打印头的状态的截面视图。参照图4，振动片6由于压电元件7的电致伸缩而向内形变，从而压力室5的体积快速减小。由于压力室5的体积快速减小，压力波被传送到喷嘴孔1，从而使墨滴从喷嘴孔1释放。
图5为示出根据本发明的实施的喷墨打印头的头部单元的组成的示意图。图5中所示的头部单元包括压电元件7(压电元件单元)、多层片组件11、喷嘴盖12、打印头驱动电路板13、电缆14、打印头壳体15、接头16、连接板17、和打印头盖18。
图6为示出图5中所示的多层片组件11的组成的示意图。图6所示的多层片组件11包括其上形成有喷嘴孔1的喷嘴片21、形成有减振室2(对应于不同颜色)的减振片22、形成有墨水池3(对应于不同颜色)的墨池片23、形成有供墨孔4(对应于喷嘴孔1)的供墨片24、形成有压力室5(对应于喷嘴孔1)的压力室片25、振动片6以及压电元件单元(压电元件7)。
在本实施例的喷墨打印头的头部单元中，一种颜色的墨水从未示出的墨水槽(墨盒)通过由接头16和打印头壳体15所提供的公共墨水通道提供到对应于该颜色的一个墨水池3，从而填充到该墨水池3中。在墨水池3之上，对应于喷嘴孔1的供墨孔4形成在供墨片24上面。对应于每个供墨孔4，提供用于释放墨滴的压力室5和喷嘴孔1。喷嘴孔1被形成为在墨水释放方向上通过喷嘴片21。在墨水池3和喷嘴片21之间，具有与墨水池3几乎相同形状的减振室2(其中没有填充墨水)形成在减振片22上，以消除喷嘴之间的声音串扰。形成在压力室片25上的压力室5被振动片6所覆盖，并且压电元件单元(压电元件7)附着到振动片6上。
可以使用不锈钢、镍等制成的金属片作为这些薄片(喷嘴片21、减振片22、墨池片23、供墨片24、压力室片25和振动片6)，并且通过蚀刻、电铸等方法在这些薄片上形成凹陷和开孔(例如喷嘴孔1)。
还可以通过所谓的干膜形成这些薄片。在这种情况下，在薄片上的凹陷和开孔的形成可以通过光刻(曝光和显影)方法而构图。
这些薄片相互层叠并结合，从而形成多层片组件11。该薄片的结合可以通过利用环氧树脂粘合剂、干膜等等粘合以及热扩散结合等等方法实现。
还可以通过PPE(聚苯醚)、PES(聚醚磺基)等等的塑料成形方法把墨池片23、供墨片24和压力室片25形成为一片。
当本实施例的喷墨打印头安装在喷墨打印机中时，连接电缆14的打印头驱动电路板13通过回流焊接方法附着到多层片组件11的压电元件单元(压电元件7)上。多层片组件11和接头16附着到打印头壳体15上。连接电缆14的连接板17存放在打印头盖18中，并且打印头盖18附着到打印头壳体15上。
如上文所述，用于从未示出的墨水槽(用于不同颜色的墨盒)提供墨水的公共墨水通道(对应于不同颜色)通过接头16和打印头壳体15形成。接头16和打印头壳体15通过PPE、PES等等的塑料成形而形成。
在多层片组件11的喷嘴片21的下表面上，附着有喷嘴盖12，以在卡纸等情况中保护喷嘴片21。喷嘴盖12例如由不锈钢所制成，并且通过冲压加工而形成。包含如上文所述组成的头部单元的喷墨打印头被安装在喷墨打印机中。
图7为示出根据本发明一个实施例的喷嘴片的制造方法的截面视图。图7还示出根据本发明的喷嘴片的区别特征。
参照图7(A)，电绝缘材料8被用作为基底，并且通过蚀刻等方法在电绝缘材料8的上表面上构图形成薄基片9。然后，如图7(B)所示，在基片9上进行电解淀积，直到电解淀积金属层的厚度到达预定厚度。然后，如图7(C)所示从基底(电绝缘材料8)除去电解淀积金属层(即，喷嘴片21)。电解淀积金属层(喷嘴片21)最好由镍、镍和钴的合金等等所形成，但是，如果可能的话也可以改变喷嘴片21的材料。
图8为示出图7的喷嘴片21在喷嘴孔1周围的具体结构的示意图。如图8中所示，在通过图7的制造方法所制造的喷嘴片21的下表面上，在喷嘴孔1周围形成凸起部分40。凸起部分40的高度几乎与用于形成喷嘴片21的基片9的厚度相同。在图7的凸起的制造方法中，凸起部分40形成为与喷嘴孔1同心的圆形形状，并且圆形凸起部分40的外边缘41被形成为具有适当的斜度。从通过电铸方法形成凸起部分40的角度来看，圆形凸起部分40的外边缘41相对于面向墨滴释放方向的喷嘴片(21)的表面的斜度最好设置在100度和140度之间(即，相对于墨滴释放方向在10度和50度之间)。从用于形成喷嘴片21的基片9的厚度和尺寸(厚度)精度的角度来看，凸起部分40的高度最好设置在5-100μm之间。
图9A和9B为示出刮刀刮擦通过利用根据本发明实施例的制造方法所制造的喷嘴片21的操作的截面视图。参照图9A，当刮刀30从左移到右(如箭头所示)用于刮擦喷嘴片21时，刮刀30的边缘与喷嘴孔1周围的喷嘴片21的凸起表面(凸起部分40)良好接触，从而喷嘴孔1周围的墨水可以被良好地清除。刮刀30与喷嘴片21的凸起部分40之间的接触也在图9B中示出。由于本发明实施例的喷嘴片21的结构通过改进刮刀30的清理能力，可以消除由于保留在喷嘴孔1周围的墨水所造成喷墨打印头的墨滴释放性能下降，并且从而实现高质量打印。凸起部分40的外边缘41的适当斜度有助于刮刀30和凸起部分40之间的接触，如图9A中所示，从而近一步提高刮刀30的清理能力。另外，通过外边缘的适当斜度减小刮刀30的磨损，从而延长刮刀30的使用寿命。
如上文所述，在根据本发明实施例的喷墨打印头、喷墨打印头的喷嘴片以及喷嘴片的制造方法中，形成面向墨滴释放方向的喷嘴片21表面，使得每个喷嘴孔1周围的表面的部分40相对于其它部分在墨滴释放方向上凸出。因此，刮刀30可以更好地与喷嘴孔1周围的喷嘴片21的表面(凸起部分40)相接触，并且喷嘴孔1周围的墨水可以在刮擦操作中成功地擦除，从而喷墨打印头的墨滴释放特性可以保持稳定并得到提高。
在优选实施例中，每个凸起部分40形成为与相应喷嘴孔1同心的圆形，并且凸起部分40的外边缘41形成为具有适当斜度。根据本发明的实施例，这种喷嘴片21的结构是通过电解淀积工艺实现的，从而可以保证刮刀30与凸起部分40之间的良好接触，从而保证本发明的上述效果。凸起部分40的外边缘41还延长了刮刀30的使用寿命。
本实施例的喷嘴片21的凸起部分40和喷嘴孔1是通过电铸方法形成的，而不使用光刻胶。因此，喷嘴孔1的形状不受到光刻胶的覆盖状态、用于曝光和显影的构案的精度、掩膜的精度和使用寿命等等因素所影响。因此，可以提高喷嘴孔1的尺寸精度(直径、圆度等等)，可以提高喷墨打印头的成品率，可以减小制造成本，并且可以实现高质量打印。
尽管本发明已经参照特定端实施例进行描述，但是它不限于这些实施例而仅由所附权利要求限制。应当知道，本领域内的专业人员可以改变或改动该实施例而不脱离本发明的范围和精神。
权利要求
1．一种具有喷嘴孔的喷嘴片，其用于喷墨打印头，用于通过压电元件的电致伸缩和由于压电元件的电致伸缩在压力室中产生的压力波而从喷嘴孔释放墨滴，其中形成面向墨滴释放方向的喷嘴片的表面使得每个喷嘴孔周围的表面部分相对于其它部分向墨滴释放方向凸出。
2．根据权利要求1所述的喷嘴片，其特征在于，表面的每个凸出部分形成为与相应喷嘴孔同心的圆形形状。
3．根据权利要求1所述的喷嘴片，其特征在于，凸出部分的高度被设置在5μm和100μm之间。
4．根据权利要求2所述的喷嘴片，其特征在于，每个凸出部分被形成为使得其外边缘具有适当的斜度。
5．根据权利要求4所述的喷嘴片，其特征在于，凸出部分的外边缘相对于墨水释放方向的斜度被设置在10度和50度之间。
6．根据权利要求1所述的喷嘴片，其特征在于，凸出部分和喷嘴孔是通过电铸方法形成的。
7．根据权利要求6所述的喷嘴片，其特征在于，喷嘴片是由镍形成的。
8．根据权利要求6所述的喷嘴片，其特征在于，喷嘴片是由镍和钴的合金形成的。
9．一种具有喷嘴孔的喷嘴片的制造方法，该喷嘴片用于喷墨打印头，用于通过压电元件的电致伸缩和由于压电元件的电致伸缩在压力室中产生的压力波而从喷嘴孔释放墨滴，该制造方法包括如下步骤基片形成步骤，其中在由电绝缘材料所制成的基底上表面上形成基片，避开要形成喷嘴的基底上表面部分；电解淀积步骤，其中利用在基片形成步骤中形成的基片作为种子层，把金属层电解淀积到预定的厚度；除去步骤，其中当电解淀积金属层的厚度到达预定厚度之后，已经在电解淀积步骤中电解淀积的作为喷嘴片的金属层被从基底上除去。
10．根据权利要求9所述的喷嘴片制造方法，其特征在于，形成面向墨滴释放方向的喷嘴片的表面使得每个喷嘴孔周围的表面部分相对于其它部分向墨滴释放方向凸出。
11．根据权利要求10所述的喷嘴片制造方法，其特征在于，表面的每个凸出部分形成为与相应喷嘴孔同心的圆形形状。
12．根据权利要求10所述的喷嘴片制造方法，其特征在于，凸出部分的高度被设置在5μm和100μm之间。
13．根据权利要求11所述的喷嘴片制造方法，其特征在于，每个凸出部分被形成为使得其外边缘具有适当的斜度。
14．根据权利要求13所述的喷嘴片制造方法，其特征在于，凸出部分的外边缘相对于墨水释放方向的斜度被设置在10度和50度之间。
15．根据权利要求9所述的喷嘴片制造方法，其特征在于，在电解淀积步骤中电解淀积的金属层是由镍形成的。
16．根据权利要求9所述的喷嘴片制造方法，其特征在于，在电解淀积步骤中电解淀积的金属层是由镍和钴的合金形成的。
17．一种喷墨打印头，用于通过压电元件的电致伸缩和由于压电元件的电致伸缩在压力室中产生的压力波而从喷嘴孔释放墨滴，其特征在于该喷墨打印头包括具有喷嘴孔的喷嘴片，它是通过如下步骤制成的在由电绝缘材料所制成的基底上表面上形成基片，避开要形成喷嘴的基底上表面部分；利用基片作为种子层，把金属层电解淀积到预定的厚度；以及当电解淀积金属层的厚度到达预定厚度之后，从基底上除去已经在电解淀积步骤中电解淀积的作为喷嘴片的金属层。
18．根据权利要求17所述的喷墨打印头，其特征在于，形成面向墨滴释放方向的喷嘴片的表面使得每个喷嘴孔周围的表面部分相对于其它部分向墨滴释放方向凸出。
19．根据权利要求18所述的喷墨打印头，其特征在于，表面的每个凸出部分形成为与相应喷嘴孔同心的圆形形状。
20．根据权利要求18所述的喷墨打印头，其特征在于，凸出部分的高度被设置在5μm和100μm之间。
21．根据权利要求19所述的喷墨打印头，其特征在于，每个凸出部分被形成为使得其外边缘具有适当的斜度。
22．根据权利要求21所述的喷墨打印头，其特征在于，凸出部分的外边缘相对于墨水释放方向的斜度被设置在10度和50度之间。
23．根据权利要求17所述的喷墨打印头，其特征在于，该金属层是由镍形成的。
24．根据权利要求17所述的喷墨打印头，其特征在于，该金属层是由镍和钴的合金形成的。
全文摘要
一种喷墨打印头的喷嘴片形成为使其面向墨滴释放方向的表面具有在每个喷嘴孔周围向墨滴释放方向凸出的部分。每个凸出部分形成为与相应喷嘴孔同心的圆形形状,并且其外边缘具有适当的斜度。由于这种喷嘴片的结构使得刮刀可以与喷嘴片的表面(凸出部分)良好接触,喷嘴孔周围的墨水可以在刮擦操作中成功地清理,从而喷墨打印头的墨滴释放特性可以保持稳定。这种喷嘴片是通过电解淀积实现而不使用光刻胶。因此提高喷嘴孔的尺寸精度。
文档编号B41J2/055GK1293113SQ001301
公开日2001年5月2日 申请日期2000年10月18日 优先权日1999年10月19日
发明者佐藤伸 申请人:日本电气株式会社