DE19610829C2

DE19610829C2 - Partikel-tolerante Tintenstrahldruckkopfarchitektur

Info

Publication number: DE19610829C2
Application number: DE19610829A
Authority: DE
Inventors: Timothy L Weber; Peter M Burke
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2016-03-20
Also published as: DE19610829A1; US5734399A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker und insbesondere auf den Entwurf von Barrierematerialien innerhalb des Druck kopfs, um ein Partikel-Verstopfen von Tintenabfeuerkammern zu reduzieren.

Thermische Tintenstrahldrucker arbeiten durch Auswerfen ei nes kleinen Volumens an Tinte durch eine Mehrzahl kleiner Düsen oder Öffnungen in einer Oberfläche, die in der Nähe eines Mediums gehalten wird, auf das Markierungen oder etwas Gedrucktes plaziert werden soll. Diese Öffnungen sind auf eine Art und Weise in der Oberfläche angeordnet, derart, daß das Auswerfen eines Tröpfchens an Tinte aus einer bestimmten Anzahl von Öffnungen bezüglich einer bestimmten Position des Mediums in dem Erzeugen eines Abschnitts eines gewünschten Zeichens oder Bildes resultiert. Ein gesteuertes Neupositio nieren des Substrats oder des Mediums und ein weiteres Aus werfen von Tintentröpfchen setzt das Erzeugen mehrerer Pixel des gewünschten Zeichens oder Bildes fort. Tinten mit ausge wählten Farben können mit einzelnen Anordnungen von Öffnun gen gekoppelt werden, derart, daß ein ausgewähltes Abfeuern der Öffnungen durch den Tintenstrahldrucker ein mehrfarbiges Bild erzeugen kann.

Das Auswerfen des Tintentröpfchens bei einem herkömmlichen thermischen Tintenstrahldrucker ist ein Ergebnis einer ra schen thermischen Erhitzung der Tinte auf eine Temperatur, welche den Siedepunkt der Tintenlösung überschreitet, wo durch ein Gasphasen-Tintentröpfchen erzeugt wird. Jede Öff nung ist mit einer kleinen eigenen Tintenabfeuerkammer ge koppelt, die mit Tinte gefüllt ist und einen einzeln adres sierbaren Heizelement-Widerstand aufweist, der mit der Tinte thermisch gekoppelt ist. Sowie sich die Blase bildet und sich ausbreitet, verschiebt sie ein Volumen an Tinte, wel ches aus der Öffnung gezwungen wird und auf dem Medium ab gelagert wird. Die Blase fällt dann in sich zusammen und das verschobene Tintenvolumen wird aus einem größeren Tintenbe hälter mittels Tintenzuführkanälen wieder aufgefüllt.

Nach der Deaktivierung des Heizwiderstandes und nach dem Auswerfen von Tinte aus der Tintenabfeuerkammer fließt Tinte wieder in die Tintenabfeuerkammer zurück, um das Volumen zu füllen, welches die Tinte hinterlassen hat, die ausgeworfen wurde. Ein Problem, was sich gelegentlich bei Tintenstrahl druckköpfen selbst manifestiert, besteht in einer Blockie rung, die in einem Tintenzuführkanal auftritt. Mikroskopi sche Partikel können sich in der Tintenabfeuerkammer fest setzen, was ein vorzeitiges Versagen des Heizwiderstandes bewirkt, oder sie können sich in dem engen Tintenzuführkanal festsetzen, wodurch die Tinte in der Tintenabfeuerkammer ausgeht. Eine einzelne Öffnung, welche kein Tintentröpfchen abfeuert, wenn sie dazu aufgefordert wird, wird einen fehlenden Abschnitt eines gedruckten Zeichens zurücklassen und ein unbedrucktes Band auf dem Medium erzeugen, wenn ein ausgefülltes Bild gedruckt werden soll. Dies resultiert in einer schlechteren Qualität der gedruckten Sache, was für einen Tintenstrahldrucker sehr unerwünscht ist.

Um diese unerwünschte Charakteristik zu beseitigen, haben andere die Verwendung von Ersatz- oder überzähligen Öffnungen, um an statt aus der fehlerhaften Öffnung aus diesen Tinte auszu werfen (siehe U.S. Patent Nr. 4,963,882 und die U.S. Patent anmeldung Nr. 08/277,723 "Redundant Nozzle Dot Matrix Print heads and Methods of Use" welche von David E. Hackleman am 20. Juli 1994 eingereicht worden ist) oder mehrfache Ein lässe in die Tintenabfeuerkammer vorgesehen.

Tinte für das Tintenstrahldrucken wird üblicherweise in ei ner Kammer gelagert, die der Druckkopfvorrichtung zugeordnet ist. Aus Gründen, die dem Halten von Tinte und den Fluid drücken innerhalb der Druckkassette zugeordnet sind, welche sowohl den Druckkopf als auch die Tintenbehältervorrichtung umfaßt, kann die Tinte ferner in einem porösen Material in nerhalb der Lagerkammer gelagert sein. Ein Nachteil des po rösen Materials besteht darin, daß sich längliche, fasrige Partikel gelegentlich aus dem porösen Material lösen und trotz spezieller Reinigungsverfahren (wie z. B. das, das in dem U.S. Patent Nr. 4,885,932 beschrieben ist) oder einer Filterung, welche vor dem Eintritt der Tinte in den Druck kopf durchgeführt wird (wie z. B. die, die in den U.S. Paten ten Nr. 4,771,295 und 5,025,271 beschrieben sind) von der Tinte zu dem Druckkopf getragen werden. Die U.S. Patentanmel dung Nr. 08/072,298 "Internal Support for Top-Shooter Thermal Ink-Jet Printhead", die von Ho u. a. am 3. Juni 1993 eingereicht worden ist, offenbart eine Mehrzahl von Pfei lern, wobei jeder Pfeiler dem Eingang in eine Tintenabfeu erkammer zugeordnet ist. Die Pfeiler sind um einen Betrag voneinander beabstandet, welcher kleiner oder gleich der kleinsten Abmessung des Systems ist, und sie sind so nah als möglich an einem gemeinsamen Tintenzuführungskanal plaziert, um Partikel außerhalb der Tintenabfeuerkammer zu halten. Die kleinste Abmessung des Systems ist wahrscheinlich entweder die Düsengröße oder die Breite des Durchgangs, der die Quelle von Tinte mit der Tintenabfeuerkammer verbindet. Es wurden Anstrengungen unternommen, um die Tinte mit einem feinen Maschensieb weiterzusieben, bevor sie die Tinten kammer erreicht, oder um überzählige Kanäle für Tinte hin zuzufügen, damit sie die Tintenabfeuerkammer erreicht, wobei die Ergebnisse dieser zusätzlichen Filterung oder der über zähligen Kanäle keine wirksame Lösung für längliche Partikel geschaffen haben.

Eine stark vergrößerte isometrische Ansicht eines Abschnitts eines typischen thermischen Tintenstrahldruckkopfs zur Ver wendung in einem Tintenstrahldrucker ist in Fig. 1 gezeigt. Mehrere Elemente des Druckkopfs wurden aufgeschnitten, um eine Tintenabfeuerkammer 101 innerhalb des Tintenstrahl druckkopfs zu enthüllen. Viele derartige Tintenabfeuerkammern sind typischerweise in einer Gruppe um einen Tintenzuführ verteilerraum für ein effizientes und hochqualitatives Drucken angeordnet. Zusätzliche Gruppen können in dem Druckkopf positioniert sein, um es zu ermöglichen, daß einzelne Farben aus jeder Gruppe gedruckt werden. Jeder Tintenabfeuerkammer 101 ist eine Öffnung 103 zugeordnet, die bezüglich der Tintenabfeuerkammer 101 derart angeordnet ist, daß Tinte, welche in der Tintenabfeuerkammer durch einen Heizwiderstand 109 schnell erhitzt wird, zwangsweise als Tröpfchen aus der Öffnung 103 ausgeworfen wird. Ein Teil einer zweiten Öffnung 105, die einer weiteren Tintenabfeu erkammer zugeordnet ist, ist ebenfalls gezeigt. Die Heiz widerstände werden durch einen Mikroprozessor und durch eine zugeordnete Schaltungsanordnung in dem Drucker in einem Muster ausgewählt, das sich auf die Daten bezieht, die in den Drucker eingegeben werden, derart, daß Tinte, welche aus ausgewählten Öffnungen herausgeworfen wird, ein definiertes Zeichen oder ein Druckbild auf dem Medium erzeugt. Das Medium (nicht gezeigt) wird typischerweise parallel zur Öffnungsplatte 101 und senkrecht zur Richtung, in der Tintentröpfchen aus der Öffnung 103 ausgeworfen werden, gehalten. Tinte wird der Tintenkammer 101 über eine Öffnung 107 zugeführt, welche allgemein ein Tintenzuführungskanal genannt wird. Diese Tinte wird dem Tintenzuführungskanal 107 aus einem viel größeren Tintenbehälter (nicht gezeigt) mittels eines Tintenverteilerraums zugeführt, welcher allen Tintenabfeuerkammern in einer Gruppe gemeinsam ist.

Sobald die Tinte in der Tintenabfeuerkammer 101 ist, bleibt sie dort, bis sie durch den Heizwiderstand 109 schnell zum Sieden erhitzt wird. Üblicherweise ist der Heizwiderstand 109 eine Dünnfilmwiderstandsstruktur, die auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 113 angeordnet ist und mittels Lei tern, die auf dem Substrat 113 angeordnet sind, mit der elektronischen Schaltungsanordnung des Druckers verbunden ist. Die Heizwiderstandsplazierung ist typischerweise in drei oder mehreren parallelen Linien von Heizwiderständen gestaffelt, wobei benachbarte Heizwiderstände nicht-kolinear plaziert sind. Druckköpfe mit erhöhter Komplexität weisen typischerweise einen bestimmten Abschnitt einer elektroni schen Schaltungsanordnung auf, welcher in einer integrierten Schaltungsform auf dem Siliziumsubstrat 113 aufgebaut ist. Verschiedene Schutzschichten, wie z. B. Passivierungsschich ten und Cavitationsbarriereschichten können ferner den Heiz widerstand 109 bedecken, um ihn vor korrosiven und abrasiven Charakteristika der Tinte zu schützen. Somit ist die Tinten abfeuerkammer 101 auf einer Seite durch das Siliziumsubstrat 113 mit ihrem Heizwiderstand 109 und anderen Schichten und auf der anderen Seite durch die Öffnungsplatte 111 mit ihrer begleitenden Öffnung 103 begrenzt. Die anderen Seiten der Tintenabfeuerkammer 101 und des Tintenzuführkanals 107 sind durch eine Polymerbarriereschicht 115 definiert. Diese Barriereschicht besteht vorzugsweise aus einem organischen Polymerkunststoff, welcher im wesentlichen durch die kor rosive Wirkung von Tinte nicht beeinträchtigt wird, wobei dieselbe und verschiedene Schutzschichten derselben typischerweise auf dem Substrat 113 angebracht werden und anschließend in gewünschten geometrischen Formen photo lithographisch definiert und geätzt werden. Polymere, die für das Bilden einer Barriereschicht 115 geeignet sind, umfassen Produkte, die unter dem Namen Parad, Vacrel und Riston von E. I. DuPont De Nemours and Company aus Wilming ton, Delaware verkauft werden. Derartige Materialien können Temperaturen bis zu 300°C aushalten und weisen gute Haft eigenschaften zum Halten der Öffnungsplatte des Druckkopfs in Position auf. Typischerweise weist die Barriereschicht 115 eine Dicke von etwa 25 bis 30 Mikrometern auf, nachdem der Druckknopf mit der Öffnungsplatte 111 zusammengebaut ist.

Die Öffnungsplatte 111 ist durch die Barriereschicht 115 an dem Siliziumsubstrat 113 befestigt. Typischerweise ist die Öffnungsplatte 111 aus Nickel mit einer Goldplattierung auf gebaut, um den korrosiven Auswirkungen der Tinte zu wider stehen. Typischerweise beträgt der Durchmesser einer Öffnung 103 in der Öffnungsplatte 111 etwa 43 Mikrometer.

Eine Draufsicht des Barrierematerials bei einem herkömmli chen Druckkopf von Fig. 1 ist in Fig. 2 gezeigt. Der Heiz widerstand 109 ist in der Tintenabfeuerkammer 101 ange ordnet, wobei Tinte über den Tintenzuführungskanal 107 zugeführt wird. Um den Fluß von Tinte zurück zur Tinten quelle zu dämpfen, wurde der Tintenzuführkanal 107 mit einer Reihe von Einengungen 203 und 205 von abnehmender Kanal breite und abhängig von dem Abstand zu dem Heizwiderstand 109 versehen. Es wurde herausgefunden, daß eine derartige Konfiguration eine befriedigende Trennung und ein verringer tes Gegensprechen jedoch auf Kosten der Wiederauffüllge schwindigkeit der Tintenabfeuerkammer schafft.

Andere Ansätze fügten Eingrenzungen oder weitere Hindernisse für einen Tintenfluß zu der Tintenabfeuerkammer hinzu, um den Fluidwiderstand und weitere Parameter des Tintenflusses zu und von der Tintenabfeuerkammer zu steuern. Siehe bei spielsweise in der EP 0 314 486 A1 die am 3. Mai 1989 veröffentlicht wurde. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann ein Pfeiler 301 an dem Eingang in die Tintenabfeuerkammer 303 hinzugefügt werden, um ein konzen triertes Fluid-resistives Element in dem Tintenzuführungs kanal zu schaffen, um eine Einstellung des Widerstands- und des Trägheitsparameters des Tintenkanals zuzulassen. Wenn der Heizwiderstand 305 somit erregt wird, wird das "Zu rückblasen" von Tinte in den Tintenverteilerraum durch den Pfeiler 301 minimiert. Es wurde ferner erkannt, daß der artige Pfeiler neben dem Tintenzuführungskanal eine Filter funktion für Staub und weitere Partikel schaffen können, welche in der Tinte vorhanden sein können.

Die EP 05 49 211 A1 offenbart einen Tintenstrahldruckkopf, bei dem die Tinte, die in einer Kammer enthalten ist, durch eine Düse in der Form von Tröpfchen durch ein schnelles Heizen eines Heizelements innerhalb der Kammer ausgeworfen wird. Die Kammer weist eine polygonale Form auf und kom muniziert mit einem Tintenzuführungskanal, der an der Ecke der Kammmer angeordnet ist.

Die DE 38 04 456 A1 beschreibt einen Tintenstrahl-Auf zeichnungskopf mit einer Flüssigkeitszuführbahn, die mit einer Ausstoßöffnung für den Tintenausstoß in Verbindung steht, und mit einer an der Flüssigkeitszuführbahn ange brachten Energieerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Energie für den Tintenausstoß. Die Flüssigkeitszuführbahn ist stromauf der Energieerzeugungsvorrichtung mit einer Füllung derart versehen, daß in dem stromauf gelegenen Teil der Flüssigkeitszuführbahn ein gefüllter Bereich entsteht, in dem der Anteil von Lücken stromaufwärts größer wird.

Die DE 33 13 156 A1 offenbart einen piezoelektrisch be triebenen Schreibkopf für Tintenmosaikschreibeinrichtungen, bei dem die Tintenkanäle über jeweils eine Erweiterung mit einer Filterschicht verbunden sind, an die sich unmittelbar ein allen Tintenkanälen gemeinsamer Tintenraum anschließt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Druck qualitätsverluste beim Tintenstrahldrucken durch die Verhin derung von Verstopfungen in einem Druckkopf zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch eine Barriereschicht für einen Tin tenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1, durch einen Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 6 und durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Barriereschicht für einen Tin tenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 7 gelöst.

Eine Barriereschicht für einen Tintenstrahldruckkopf, wel cher Heizwiderstände verwendet, die im wesentlichen in einer oder mehreren parallelen Linien auf einem Substrat angeord net sind, ist in Zuordnung zu den Heizwiderständen gebildet, um eine Tintenabfeuerkammer an jedem Heizwiderstand und ei nen Tintenverteilerraum, welcher Tinte zum Verteilen zu min destens einigen Tintenabfeuerkammern enthält, zu erzeugen. Eine Mehrzahl von inneren Barriereinseln, wobei jeder ein jeweiliger Heizwiderstand zugeordnet ist, ist zwischen einer Tintenabfeuerkammer, die dem jeweiligen Heizwiderstand zuge ordnet ist, und dem Tintenverteilerraum angeordnet, um zwei Tintenzuführkanäle zu bilden, um es zu ermöglichen, daß Tin te dem abfeuernden Heizwiderstand zugeführt wird. Eine Mehrzahl äuße rer Barriereinseln, deren Anzahl dem Zweifachen der Anzahl von inneren Barriereinseln entspricht, ist zwischen den in neren Barriereinseln und dem Tintenverteilerraum angebracht und im wesentlichen in Linien angeordnet, die parallel zu der einen oder zu den mehreren parallelen Linien von Heizwi derständen sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Druckkopfs eines Tintenstrahldruckers;

Fig. 2 eine planare Ansicht der Barriereschicht und eines Substrats des Druckkopfs von Fig. 1;

Fig. 3 eine isometrische Ansicht einer herkömmlichen Bar riereschichtarchitektur, welche einen Pfeiler am Eingang in die Tintenabfeuerkammer verwendet;

Fig. 4 eine planare Ansicht der Barriereschicht und des Substrats eines ausführungsgemäßen Druckkopfs ; und

Fig. 5 eine planare Ansicht der Barriereschicht und des Substrats, welche zu der von Fig. 4 ähnlich ist, wobei die topographischen Beziehungen der Barriere inseln gezeigt sind.

Um eine vergrößerte Toleranz für eine Partikelblockierung zu realisieren, wurden die Barrierenmaterialkonfiguration für die Tintenzuführungskanäle und die Tintenabfeuerkammern architekturmäßig entworfen.

Eine Draufsicht des Barriereschichtmaterials eines bevor zugten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 4 gezeigt.

Zwei Heizwiderstände 401, 403 werden von ihren zugeordneten Tintenabfeuerkammern und von Tinte, die aus einem Tintenver teilerraum 407 mittels Tintenzuführkanälen 409 und 411 (für den Heizwiderstand 401) und mittels Tintenzuführungs kanälen 413 und 415 für den Heizwiderstand 403 zugeführt wird, umgeben. Der Tintenverteilerraum 407 ist ein ver gleichsweise großes Volumen zwischen dem Substrat und der Öffnungsplatte, welches mit einer großen Tintenquelle ge koppelt ist, und welcher ein Behälter für Tinte ist, die zumindest einem Satz von Tintenabfeuerkammern und bei be stimmten Entwürfen zu allen Tintenabfeuerkammern eines Druckkopfs zugeführt werden soll. Die Tintenzuführungskanäle sind teils durch die Barriereinseln 417 und 419 und teils durch den Rest der Barriereschicht 421 definiert. Natürlich werden der Boden der Tintenabfeuerkammer durch die Ober fläche des Halbleitersubstrats und die Decke der Tinten abfeuerkammer durch die Öffnungsplatte gebildet. Die über zähligen Tintenzuführungskanäle liefern einen Schutz vor Partikelstoffen, welche in der Tinte gefunden werden können, wobei die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Partikel aus Staub oder Pollen oder dergleichen beide Tintenzuführungskanäle irgendeine Tintenabfeuerkammer verstopfen werden, klein ist.

In manchen Fällen wird ein poröses Material, wie z. B. ein Äther-artiger Polyurethanschaum mit gesteuerter Porosität, bei dem die Membranwände weiterverarbeitet wurden, um die Kapillarkraft des Schaums zu steigern, verwendet, um eine Tintenmenge zum Zuführen zu dem Druckkopf zu lagern. Diese Kapillarkraft liefert einen Gegendruck für die gelagerte Tinte und verhindert ein Auslaufen aufgrund von Veränderun gen in den umgebenden Umweltbedingungen.

Trotz Anstrengungen, um das poröse Material zu reinigen, wurde herausgefunden, daß bestimmte Partikel in dem porösen Material bleiben. Die Partikel, von denen herausgefunden worden ist, daß sie die ungünstigsten sind, sind längliche, fasrige Partikel mit einer Abmessung, die etwa der Größe des Tintenzuführkanals entspricht, und einer anderen Abmessung, die dem zwei- bis fünffachen der Abmessung des Tintenzuführ kanals entspricht. Ein Partikel mit einem derartigen Abmes sungsverhältnis kann, falls die vorliegende Lösung nicht verwendet wird, einen oder mehrere Tintenzuführkanäle voll ständig blockieren oder dieselbe kann in einen Tintenzuführ kanal eindringen und den Heizwiderstand bedecken. Beide Ereignisse können einen vorzeitigen Ausfall des Heizwider standes bewirken. Ein Merkmal der vorliegenden Lösung besteht darin, daß ein zusätzlicher Satz von Barriereinseln zwischen dem Tintenverteilerraum und den überzähligen Tin tenzuführkanälen plaziert wird, derart, daß längliche Par tikel daran gehindert werden, die Tintenzuführkanäle zu erreichen. Ferner ist der äußere Satz von Barriereinseln derart angeordnet, daß ein längliches Partikel scharfe Kur ven um die äußeren Barriereinseln navigieren müßte, um die Tintenabfeuerkammer der Tintenzuführungskanäle zu erreichen. Ferner sind die Tintenzuführungskanäle selbst derart konfi guriert, daß ein Partikel durch einen Kanal zu dem Heizwi derstand navigieren müßte, welcher eine rechtwinklige Kurve von dem Einlaß zu dem Auslaß an dem Heizwiderstand aufweist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind vier Barriere inseln 423, 425, 427 und 429 und ein Teil einer fünften Bar riereinsel 431 in Verbindung mit den Tintenzuführungskanälen 409 bis 415 gezeigt. Für jede Tintenabfeuerkammer existieren zwei äußere Barriereinseln und eine innere Barriereinsel, welche den überzähligen Kanal definiert. Mehr als zwei äußere Barriereinseln pro Tintenabfeuerkammer sind möglich, wobei die Anzahl endlich ist, und durch die Größe der Inseln, welche erzeugt werden sollen, begrenzt ist. Sowie die Fläche der Inseln abnimmt, nimmt die Haftung beliebiger Inseln an dem Substrat und der Öffnungsplatte ab, wodurch das potentielle Problem erzeugt wird, daß eine Insel mit kleiner Fläche aus ihren Verankerungen brechen wird und selbst ein Stöpsel wird. Die äußeren Barriereinseln sind in einer Linie 502 angeordnet, welche zu der Linie 504 parallel ist, die durch die Plazierung von Heizwiderständen gebildet ist. Da die Heizwiderstände typischerweise in drei oder mehreren parallelen Linien von Widerständen gestaffelt sind, sind die Linien von äußeren Barriereinseln gestaffelt, sie sind jedoch parallel, wie es in Fig. 5 zu sehen ist, wenn die Linien 502 und 504 verglichen werden. In gestrichelten Linien sind zwei längliche Partikel 433 und 435 gezeigt, welche in der Architektur des bevorzugten Ausführungsbei spiels eingefangen worden sind, ohne den Tintenfluß zu dem Tintenzuführungskanal zu blockieren.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die überzäh ligen Tintenzuführungskanäle 409 und 411, die Tinte zu der Tintenabfeuerkammer zuführen, die den Heizwiderstand 401 umgibt, eine Breitenabmessung C1 = C2 = 25 µm auf, welche durch das Barrierematerial definiert ist. Tinte, die in den Einlaß des Tintenzuführungskanals 409 eintritt, fließt in einer Richtung von dem Tintenverteilerraum 407 weg und zu der Tintenabfeuerkammer hin. Der Tintenzuführungskanal 409 ist entworfen, um eine Linkskurve aufzuweisen (von Fig. 4 unten aus gesehen), was in einer rechtwinkligen Veränderung der Richtung des Tintenflusses resultiert. Auf ähnliche Art und Weise ist der Tintenzuführungskanal 411 entworfen, um eine Rechtskurve aufzuweisen, was ebenfalls in einer recht winkligen Veränderung der Tintenflußrichtung resultiert. Selbst wenn ein längliches Partikel in der Lage ist, die äußeren Barriereinseln zu vermeiden und in einen der Tinten zuführungskanäle einzutreten, ist es unwahrscheinlich, daß das Partikel in der Lage sein wird, die rechtwinklige Verän derung der Richtung durchzuführen und sich über dem Heiz widerstand festzusetzen.

Eine im wesentlichen trapezförmige äußere Barriereinsel 425 ist dem Heizwiderstand 401 zugeordnet und im wesentlichen seriell zwischen dem Heizwiderstand und dem Tintenvertei lerraum plaziert. Die innere Barriereinsel 417 ist zwischen dem Heizwiderstand und der äußeren Barriereinsel 425 posi tioniert, wobei die Beabstandung zwischen der inneren Bar riereinsel 417 und der äußeren Barriereinsel 425 B2 = 25 µm beträgt. Eine ähnliche Ausrichtung und Beabstandung weisen die innere Barriereinsel 409 und die äußere Barriereinsel 429 für den Heizwiderstand 403 auf. Somit beträgt B1 = 25 µm. Die Zwischenräume liefern eine Tintenstraße, damit Tinte zu den Tintenkanaleinlässen fließt, selbst wenn die Tinten zuführungszwischenräume zwischen bestimmten äußeren Bar riereinseln blockiert sein würden (durch ein Partikel, wie z. B. das Partikel 435).

Die zweite äußere Barriereinsel 427, die dem Heizwiderstand 401 zugeordnet ist, ist zwischen den äußeren Barriereinseln 425 und 429 positioniert. Der Tintenzuführungszwischenraum, welcher zwischen der äußeren Barriereinsel 427 und der äuße ren Barriereinsel 425 gebildet ist, weist eine minimale Ka nalbreite von A2 = 30 µm auf. Genauso weist der Tintenzu führungszwischenraum, welcher zwischen den äußeren Barrie reinseln 429 und 427 gebildet ist, eine minimale Kanalbreite von A1 = 30 µm auf. Die Tintenzuführungszwischenräume für alle äußeren Barriereinseln, die den Heizwiderständen 403 und 401 zugeordnet sind, weisen jede für sich eine minimale Kanalbreite von A3 = A4 = 30 µm auf. Ein Merkmal besteht darin, daß der Tintenzuführungs zwischenraum zwischen den äußeren Barriereinseln im wesent lichen parallele Wände benachbarter äußerer Barriereinseln verwendet, welche weder senkrecht noch parallel zur Tinten flußrichtung aus dem Tintenverteilerraum zu dem Einlaß eines Tintenzuführungskanals sind. Bei dem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel, wie es in Fig. 5 zu sehen ist, beträgt der Winkel Θ, der durch die zu der Richtung des Tintenflusses aus dem Tintenverteilerraum 407 parallelen Wände gebildet wird, 30°. Dieser Winkel kann im Bereich von etwa 25° bis 45° liegen und derselbe blockiert wirksam das Erreichen und Eintreten von länglichen Partikeln in einen Tintenkanalein laß, ohne die unblockierte Rate von Tintenfluß zu den Tin tenzuführungskanälen ungünstig zu beeinträchtigen.

Die äußeren Barriereinseln 423, 427 und 431, welche nicht auf einer Linie von dem Heizwiderstand zu dem Tintenvertei lerraum sind, sind ebenfalls mit einer Topologie versehen, welche einen Tintenpuls, der durch die Nukleierung von Tinte bei einem Abfeuerereignis erzeugt wird, von dem Einlaß be nachbarter Tintenzuführungskanäle weg reflektiert. Eine Wand dieser äußeren Barriereinseln, welche einem Tintenzufüh rungskanal gegenüberliegt, welcher einen größeren Fluid widerstand als ein Tintenzuführungskanal mit kleinerem Fluidwiderstand aufweist, ist entworfen, um eine abgewinkel te reflektive Oberfläche aufzuweisen, derart, daß ein Tin tenpuls, der aus dem Tintenzuführungskanal mit größerem Fluidwiderstand austritt, von dem am nächsten gelegenen Tin tenzuführungskanal mit kleinerem Fluidwiderstand weg gerich tet wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die äußeren Barriereinseln 423, 427 und 431 eine Wand auf, welche einen Winkel von ϕ₁ = ϕ₂ = ϕ₃ = 45° ± 10° mit einer Linie bildet, die senkrecht zu der Tintenpulsausgabe von dem Einlaß eines Tintenzuführungskanals ist. Daher wird bei spielsweise eine Tintenpulsausgabe von dem Tintenzuführungs kanal 411, die auf die Wand der äußeren Barriereinsel 427 auftrifft, von dem Einlaß des Tintenzuführungskanals 413 weg reflektiert.

Aufgrund der Plazierung der Barriereinseln, ihrer Konfigura tion und der Breite der Tintenkanäle, die zwischen denselben gebildet sind, ist es unwahrscheinlich, daß die länglichen Partikel, die in der Tinte zu finden sind, die Tintenzufüh rungskanäle erreichen, wodurch es unmöglich ist, daß sie den Heizwiderstand bedecken oder beide Einlässe zu irgendeinem Tintenzuführungskanal blockieren.

Claims

1. Barriereschicht für einen Tintenstrahldruckkopf, welcher Heizwiderstände (401, 403) verwendet, die im wesentlichen in einer oder mehreren parallelen Linien (504) auf einem Substrat angeordnet sind, wobei eine Barriereschicht in Zuordnung zu den Heizwiderständen (401, 403) gebildet ist, um eine Tintenabfeuerkammer an jedem Heizwiderstand (401, 403) und einen Tintenverteilerraum (407) zu bil den, welcher Tinte zum Verteilen zu mindestens einigen Tintenabfeuerkammern enthält, wobei die Barriereschicht folgende Merkmale aufweist:
eine Mehrzahl von inneren Barriereinseln (417, 419), wo bei jede Barriereinsel einem bestimmten (401) der Heiz widerstände (401, 403) zugeordnet ist, wobei dieselbe zwischen einer Tintenabfeuerkammer, die dem jeweiligen (401) der Heizwiderstände zugeordnet ist, und dem Tin tenverteilerraum (407) angeordnet ist und zwei Tintenzu führungskanäle (409, 411) bildet, um es zu ermöglichen, daß Tinte dem jeweiligen (401) der Heizwiderstände (401, 403) zuge führt wird; und
eine Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) mit einer Anzahl, die mindestens doppelt so groß wie die Anzahl der inneren Barriereinseln (417, 419) ist, wobei dieselben zwischen der inneren Barriere insel (417, 419) und dem Tintenverteilerraum (407) ange bracht sind und im wesentlichen in Linien, die zu der einen oder den mehreren parallelen Linien von Heizwider ständen (401, 403) parallel sind, angeordnet sind.

2. Barriereschicht für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1,
bei der jeder Tintenzuführungskanal ferner einen Einlaß und einen Auslaß zu der Tintenabfeuerkammer aufweist,
wobei der Einlaß senkrecht zu dem Auslaß angeordnet ist, wodurch Tinte, die zu der Tintenabfeuerkammer hin fließt, eine im wesentlichen rechtwinklige Kurve durch führen muß, um die Tintenabfeuerkammer zu erreichen.

3. Barriereschicht für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner eine erste (425) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) aufweist, die dem jeweiligen (401) der Heizwiderstände (401, 403) zugeordnet ist und auf einer Linie von dem jeweiligen (401) der Heiz widerstände (401, 403) aus, die senkrecht zu der Linie von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) verläuft, ange bracht ist und von der inneren Barriereinsel (417) beab standet ist.

4. Barriereschicht für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 3, die ferner eine zweite (427) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) neben der ersten (425) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) aufweist, wobei dieselbe eine erste Wand aufweist, die zu einer Wand der, ersten (425) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) im wesentlichen parallel ist, um einen Tintenzuführungszwischenraum (A2) zu bilden.

5. Barriereschicht für einen Tintenstrahldruckkopf gemäß Anspruch 4,
bei der die zweite (427) der Mehrzahl von äußeren Bar riereinseln (423, 425, 427, 429, 431) ferner eine zweite Wand aufweist, die im wesentlichen gegenüber eines Ein lasses von einem (411) der zwei Tintenzuführungskanäle (409, 411) angeordnet ist und einen ersten spitzen Win kel (ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃) mit der Linie von äußeren Barriere inseln (423, 425, 427, 429, 431) bildet, wobei der erste spitze Winkel (ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃) ferner zwischen 35° und 55° beträgt und
bei der die parallelen Wände der ersten (425) und der zweiten (427) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) einen zweiten spitzen Winkel Θ mit der Linie von dem jeweiligen (401) der Heizwiderstände (401, 403) senkrecht zu der Linie von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) aufweisen, wobei der zweite spitze Winkel Θ ferner zwischen 25° und 45° beträgt.

6. Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker mit folgenden Merkmalen:
einem Halbleitersubstrat mit einer Mehrzahl von Heiz widerständen (401, 403), die im wesentlichen in einer oder mehreren parallelen Linien auf dem Halbleiter substrat angeordnet sind;
einer Öffnungsplatte, im wesentlichen parallel zu dem Halbleitersubstrat angeordnet ist;
einer Barriereschicht (421), die zwischen dem Halblei tersubstrat und der Öffnungsplatte angeordnet ist und Ausnehmungen in der Barriereschicht (421) aufweist, die einen Tintenverteilerraum (407) und eine Mehrzahl von Tintenabfeuerkammern defilieren, wobei jede der Mehrzahl von Tintenabfeuerkammern einem jeweiligen (401) der Mehrzahl von Heizwiderständen (401, 403) zugeordnet ist, und die Barriereschicht (421) folgende Merkmale auf weist:
einer Mehrzahl von inneren Barriereinseln (417, 419), wobei jede Barriereinsel einem jeweiligen (401) der Mehrzahl von Heizwiderständen (401, 403) zugeordnet ist, wobei dieselbe zwischen einer Tintenabfeuerkammer, die dem jeweiligen (401) der Mehrzahl von Heizwiderständen (401, 403) zugeordnet ist, und dem Tintenverteilerraum (407) angebracht ist und zwei Tintenzuführungskanäle (409, 411) bildet, wobei jeder eine Abmessung aufweist, um es zu ermöglichen, daß dem abfeuernden Heizwiderstand (401) Tinte zugeführt wird, und wobei jeder Tintenzuführkanal einen Einlaß und einen Auslaß zu der Tintenabfeuerkammer auf weist, wobei der Einlaß senkrecht zu dem Auslaß ange bracht ist, wodurch Tinte, die zu der Tintenabfeuerkam mer fließt, eine im wesentlichen rechtwinklige Kurve durchführen muß, um die Tintenabfeuerkammer zu errei chen; und
einer Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) mit einer Anzahl, die mindestens dem zweifachen der Anzahl der Mehrzahl von inneren Barrie reinseln (417, 419) entspricht, wobei dieselben zwischen der Mehrzahl von inneren Barriereinsel (417, 419) und dem Tintenverteilerraum (407) angebracht sind und im wesentlichen in Linien, die zu der einen (504) oder den mehreren parallelen Linien von Heizwiderständen (401, 403) parallel sind, angeordnet sind, wobei eine erste (425) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431), die dem jeweiligen (401) der Mehrzahl von Heizwiderständen (401, 403) zugeordnet ist, auf einer Linie von dem jeweiligen (401) der Mehrzahl von Heizwiderständen (401, 403) aus angebracht ist, die senkrecht zu der Linie von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) ist, und von einer inneren Barrie reinsel (417) der Mehrzahl von inneren Barriereinseln (417, 419) beabstandet (B2) ist, wobei eine zweite (427) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) neben der ersten (425) der Mehrzahl von äuße ren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) eine erste Wand, die im wesentlichen zu einer Wand der ersten (425) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) parallel ist, um einen Tintenzuführungszwi schenraum (A2) zu bilden, und eine zweite Wand aufweist, die im wesentlichen einem Einlaß von einem der beiden Tintenzuführungskanäle (411) gegenüberliegt, die einen ersten spitzen Winkel (ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃) mit der Linie von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) bildet, wobei die parallelen Wände der ersten (425) und der zweiten (427) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) einen zweiten spitzen Winkel Θ mit der Linie von dem jeweiligen (401) der Mehrzahl von Heizwiderständen (401, 403) senkrecht zu der Linie von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) bilden.

7. Verfahren zum Erzeugen einer Barriereschicht für einen Tintenstrahldruckkopf mit Heizwiderständen (401, 403), die im wesentlichen in einer oder mehreren parallelen Linien auf einem Substrat angeordnet sind, wobei die Barriereschicht (421) in Zuordnung zu den Heizwiderstän den (401, 403) gebildet ist, um eine Tintenabfeuerkammer an jedem Heizwiderstand (401, 403) und einen Tintenverteilerraum (407) zu erzeugen, welcher Tinte zum Verteilen zu mindestens einigen Tintenabfeuerkammern enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
für jede Tintenabfeuerkammer, Anordnen einer inneren Barriereinsel (417) zwischen der Tintenabfeuerkammer, die einem (401) der Heizwiderstände (401, 403) zugeordnet ist, und dem Tintenverteilerraum (407), wodurch zwei Tintenzufüh rungskanäle (409, 411) gebildet sind, um es zu ermögli chen, daß Tinte einem (401) der Heizwiderstände (401, 403) zuge führt wird; und
für jede Tintenabfeuerkammer, Anordnen von mindestens zwei äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) zwischen der inneren Barriereinsel (417) und dem Tinten verteilerraum (407), in einer Anordnung von Linien, die im wesentlichen zu der einen oder den mehreren par allelen Linien von Heizwiderständen (401, 403) parallel sind.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7,
bei dem der Schritt des Anordnens einer inneren Barrie reinsel (417) ferner den Schritt des Anordnens eines Auslasses in einer Öffnungsplatte senkrecht zu den Tintenzuführungskanälen (409, 411) der Tintenabfeuerkam mer aufweist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem der Schritt des Anordnens von mindestens zwei äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) ferner den Schritt des Anordnens einer ersten (425) der Mehrzahl von äußeren Barriere inseln (423, 425, 427, 429, 431), die dem jeweiligen (401) der Heizwiderstände (401, 403) zugeordnet sind, auf einer Linie von dem jeweiligen (401) der Heizwiderstände (401, 403) aus aufweist, die zu der Linie von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) senkrecht ist, und die von der inneren Barriereinsel (417) beabstandet ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Schritt des An ordnens von mindestens zwei äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) ferner folgende Schritte aufweist:
Anordnen einer zweiten (427) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) neben der ersten (425) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431);
Erzeugen einer ersten Wand der zweiten (427) der Mehr zahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) im wesentlichen parallel zu einer Wand der ersten (425) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431), um einen Tin tenzuführungszwischenraum (A2) zu bilden;
Erzeugen einer zweiten Wand der zweiten (427) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431), wobei die zweite Wand einen ersten spitzen Winkel (ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃) mit der Linie von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) bildet und im wesentlichen gegenüber einem Einlaß eines (411) der zwei Tintenzufüh rungskanäle (409, 411) angebracht ist; und
Anordnen der parallelen Wände der ersten (425) und der zweiten (427) der Mehrzahl von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431), um einen zweiten spitzen Winkel Θ mit der Linie von dem jeweiligen (401) der Heizwiderstände (401, 403) senkrecht zu der Linie von äußeren Barriereinseln (423, 425, 427, 429, 431) zu bilden.