DE69616008T2 - Direct plating of a nozzle plate on a holder - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker und insbesondere eine verbesserte Konstruktion für die Mündungsplatte.The present invention relates to continuous ink jet printers and, more particularly, to an improved orifice plate design.
Es sind Tintenstrahldrucksysteme bekannt, bei denen ein Druckkopf eine oder mehrere Reihen von Mündungen aufweist, denen ein elektrisch leitfähiges Aufzeichnungsfluid, wie beispielsweise eine auf Wasser basierende Tinte, aus einem unter Druck stehenden Fluidzuführverteiler zugeführt wird und die das Fluid in Reihen paralleler Ströme ausstoßen. Drucker, die derartige Druckköpfe verwenden, führen die graphische Wiedergabe aus durch wahlweises Aufladen sowie Ablenken der Tropfen in jedem der Ströme und durch Abscheiden zumindest einiger dieser Tropfen auf ein Druckaufnahmemedium, während andere Tropfen auf eine Tropfenfängereinrichtung auftreffen.Ink jet printing systems are known in which a printhead has one or more rows of orifices to which an electrically conductive recording fluid, such as a water-based ink, is supplied from a pressurized fluid supply manifold and which eject the fluid in rows of parallel streams. Printers using such printheads carry out graphic reproduction by selectively charging and deflecting the drops in each of the streams and by depositing at least some of these drops on a print receiving medium while other drops impinge on a drop catcher.
Bei einem derartigen Tintenstrahldrucker enthält der Druckkopf einen Verteiler, welcher ein Fluidaufnahmereservoir bildet und an welchem eine verhältnismäßig dünne Öffnungs- bzw. Mündungsplatte angebracht ist, die eine Reihe von Öffnungen definiert bzw. bildet. Die Öffnungsplatte ist aus elektroplattierten Nickel oder einem Berylliumkupfer, welches mit Nickel elektroplattiert ist, hergestellt. Die Öffnungsplatte ist in geringem Maße flexibel.In such an inkjet printer, the printhead includes a manifold which forms a fluid receiving reservoir and to which is attached a relatively thin orifice plate which defines a series of orifices. The orifice plate is made of electroplated nickel or a beryllium copper which is electroplated with nickel. The orifice plate is slightly flexible.
Im Augenblick wird beim Stand der Technik eine Öffnungsplatte an einer Halteeinrichtung, wie einem Tröpfchengeneratorkörper, dadurch angebracht, dass zunächst die Öffnungsplatte auf einem Formkern elektroplattiert und anschließend die Öffnungsplatte von dem Formkern entfernt wird. Üblicherweise wird die Öffnungsplatte anschließend auf dem Öffnungsplattenhalter unter Einsatz eines Epoxids angeklebt. Selbstverständlich ist es auch möglich, durch Verwendung der richtigen Art von Formkern die Öffnungsplatte auf einem Halter oder dem Tröpfchengenerator mittels Epoxid anzukleben, während die Öffnungsplatte noch an dem Formkern gehalten ist.Currently, the prior art attaches an orifice plate to a support device, such as a droplet generator body, by first electroplating the orifice plate onto a mandrel and then removing the orifice plate from the mandrel. Typically, the orifice plate is then bonded to the orifice plate holder using an epoxy. Of course, it is also possible, by using the right type of mandrel, to epoxy the orifice plate onto a holder or the droplet generator while the orifice plate is still held to the mandrel.
Bedauerlicherweise bestehen mehrere Probleme bei den bekannten Herstelltechniken für Öffnungsplatten. Ein Nachteil resultiert aus der Technik des Aufbringens des Epoxidfüllers. Weiterhin beeinträchtigt die Epoxidbindung bzw. die Epoxidklebung die Wirksamkeit der Schallenergieübertragung. Die Epoxiddickenänderung und die Veränderung in dem Abstand, den das Epoxid von den Öffnungen entlang der Reihe aufweist, ruft Veränderungen in der Höhe der Schallenergie hervor, die den Fäden bzw. Strängen übertragen wird, und führt daher zu Veränderungen in der Abbruchlänge der Fäden entlang der Reihe. Darüber hinaus führt die Handhabung der fragilen Öffnungsfolie gemäß dem augenblicklichen Stand der Technik zu Unebenheiten in der Öffnungsplatte und zu einer Abweichung der Öffnungen von einer Geraden entlang der Öffnungsreihe.Unfortunately, there are several problems with the known manufacturing techniques for aperture plates. One disadvantage results from the technique of applying the epoxy filler. Furthermore, the epoxy bonding or adhesive impairs the effectiveness of the sound energy transfer. The change in epoxy thickness and the change in the The distance between the epoxy and the apertures along the row causes changes in the amount of sound energy transmitted to the threads or strands and therefore causes changes in the break length of the threads along the row. In addition, handling of the fragile aperture film according to the current state of the art causes unevenness in the aperture plate and causes the apertures to deviate from a straight line along the aperture row.
Es wird daher als notwendig angesehen, ein verbessertes Herstellverfahren für Öffnungsplatten bereitzustellen, das die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme beseitigt.It is therefore considered necessary to provide an improved manufacturing process for orifice plates that eliminates the problems associated with the prior art.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Herstellen einer Öffnungs- bzw. Mündungsplatte für einen Tintenstrahldrucker die folgenden Schritte:In accordance with the present invention, a method of manufacturing an orifice plate for an inkjet printer includes the following steps:
Bereitstellen eines mit einem Zapfen bzw. Dorn versehenen Formkerns,Providing a mold core with a pin or mandrel,
Ausrichten eines Trägers nach bzw. gegenüber dem Formkern,Aligning a carrier to or opposite the mold core,
Anordnen des Formkerns und des Trägers an einer Kathodenpolarität,Arranging the mold core and the carrier at a cathode polarity,
Aufgalvanisieren von Metall auf den Formkern und den Träger, um galvanisch abgeschiedenes Metall auf dem Formkern um den Zapfen herum aufbauen zu lassen, damit Formkern und Träger eine einstückige, unmittelbar mit dem Träger verbundene Öffnungsplatte bilden.Electroplating metal onto the mold core and the carrier to allow electroplated metal to build up on the mold core around the pin so that the mold core and carrier form a one-piece orifice plate directly bonded to the carrier.
Das unmittelbare Plattierverfahren für die Öffnungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Öffnungsplatte unmittelbar von dem Formkern auf den Träger mittels Plattieren angebracht wird, versucht den vorstehend erwähnten Bedarf zu decken.The direct plating method for the orifice plate according to the present invention, in which the orifice plate is directly attached from the mold core to the substrate by plating, attempts to meet the above-mentioned need.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Öffnungsplatte bereit, bei der die Platte direkt von dem Formkern auf einen Träger oder einen Tröpfchengenerator angebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass der Einsatz von Epoxid an der flexiblen Öffnungsplatte nicht mehr notwendig ist. Die Schallenergie wird gleichförmiger über eine steifere Öffnungsplattenträger/Epoxid/Fluidverteilerstruktur übertragen als bei der Öffnungsplatten/Epoxid/Fluidverteilerstruktur. Der Gebrauch von Epoxid ist nicht mehr notwendig, wenn die Öffnungsplatte direkt auf den Fluidverteiler plattiert wird. Die vorliegende Erfindung stellt eine Öffnungsplatte bereit, bei der das Anbringen mittels Plattieren ausgeführt wird. Dies ermöglicht, dass die Öffnungsplatte eine mechanisch steifere Struktur erhält. Die mechanisch steifere Struktur verringert in großem Maße die Abweichung von der Planheit in der Ebene der Reihe und die Abweichung der Öffnungen von der geraden Linie entlang der Reihe. Darüber hinaus überträgt die mechanisch steife Struktur die Schallenergie gleichförmiger entlang der Reihe, was die Gleichförmigkeit der Abbruchlängen der Fäden entlang der Reihe verbessert.The present invention provides an orifice plate where the plate is attached directly from the mandrel to a carrier or droplet generator. This has the advantage that the use of epoxy on the flexible orifice plate is no longer necessary. Acoustic energy is transferred more uniformly through a more rigid orifice plate carrier/epoxy/fluid manifold structure than with the orifice plate/epoxy/fluid manifold structure. The use of epoxy is no longer necessary when the orifice plate is plated directly onto the fluid manifold. The present invention provides an orifice plate where the attachment is carried out by plating. This allows the orifice plate to have a more mechanically rigid structure. The more mechanically rigid structure greatly reduces the deviation from flatness in the plane of the row and the deviation of the orifices from the straight line along the row. In addition, the mechanically rigid structure transfers the sound energy more uniformly along the row, which improves the uniformity of the break lengths of the threads along the row.
Der Zapfen ist vorzugsweise ein Photoresist-Zapfen.The pin is preferably a photoresist pin.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer bekannten Öffnungsplatte, die an einem Fluidverteiler angebracht ist.Fig. 1 is a cross-sectional view of a known orifice plate attached to a fluid distributor.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Öffnungsplattenträgers in unmittelbarer Nähe zu einem Formkern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.Figure 2 is a cross-sectional view of an orifice plate carrier in close proximity to a mold core in accordance with the present invention.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des Öffnungsplattenträgers und des Formkerns der Fig. 2, die mit Nickel in Übereinstimmung der vorliegenden Erfindung elektroplattiert sind.Figure 3 is a cross-sectional view of the orifice plate support and mandrel of Figure 2 electroplated with nickel in accordance with the present invention.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines integrierten Öffnungsplattenträgers und einer Öffnungsplatte in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; undFig. 4 is a cross-sectional view of an integrated orifice plate carrier and orifice plate in accordance with the present invention; and
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Öffnungsplatte, die unmittelbar an einem Fluidverteiler in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angebracht ist.Figure 5 is a cross-sectional view of an orifice plate attached directly to a fluid distributor in accordance with the present invention.
Die Öffnungsplatte wird beim Stand der Technik durch Elektroplattieren von Metall auf einen Formkern hergestellt. Der Formkern kann als eine Form definiert werden, welche, wenn sie elektroplattiert wird, einem Metallteil die gewünschten Merkmale verleiht. Die Merkmale werden durch Bereiche auf dem Formkern gebildet, welche nicht elektroplattiert werden. Dies wird durch Bereiche auf dem Formkern erreicht, welche aus einem dielektrischen Material gefertigt sind. Das dielektrische Material kann Material sein, das auf der Oberseite eines leitfähigen Materials, wie einem Photoresist, aufgebracht ist. Ein weiteres Verfahren des Formkernaufbaus besteht darin, ein dielektrisches Material mit einer leitfähigen Oberfläche zu beschichten. Die dielektrischen Bereiche werden anschließend durch Ätzen durch die leitfähige Oberfläche nach unten zu dem Dielektrikum erhalten, wie es in dem U.S.-Patent Nr. 4,773,971 und der europäischen Patentanmeldung Nr. 95 307 490.3 (EP-A-0713929) beschrieben ist. Jede Art von Formkern kann verwendet werden, um Öffnungsplatten auf einen Träger in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung direkt zu galvanisieren. Es soll die Formkernart mit einem Dielektrikum auf einer leitfähigen Oberfläche verwendet werden, um das Verfahren des direkten Galvanisierens bzw. Beschichten einer Öffnungsplatte auf einen Halter zu demonstrieren. Der Formkern wird dann in einem metallischen Elektrogalvanisierungsbad, beispielsweise Nickel oder einer Nickellegierung angeordnet. Anschließend wird das Metall auf dem Formkern durch einen elektrogalvanischen Vorgang aufbeschichtet, wo nur Bereiche, die von dem dielektrischen Material befreit sind, das Elektroplattierungs- bzw. Galvanisierungsnickel aufnehmen. Die Öffnungsplatte kann dann von dem Formkern entfernt werden. Dieser Vorgang ist in dem U.S.-Patent Nr. 4,184,925 beschrieben.The orifice plate is made in the prior art by electroplating metal onto a mandrel. The mandrel can be defined as a shape which, when electroplated, imparts desired features to a metal part. The features are formed by areas on the mandrel which are not electroplated. This is achieved by areas on the mandrel which are made of a dielectric material. The dielectric material can be material deposited on top of a conductive material such as a photoresist. Another method of mandrel construction is to coat a dielectric material with a conductive surface. The dielectric areas are then obtained by etching through the conductive surface down to the dielectric as described in US Patent No. 4,773,971 and European Patent Application No. 95 307 490.3 (EP-A-0713929). Any type of mandrel may be used to directly electroplate orifice plates onto a carrier in accordance with the present invention. The mandrel type having a dielectric on a conductive surface will be used to demonstrate the process of directly plating an orifice plate onto a carrier. The mandrel is then placed in a metallic electroplating bath, such as nickel or a nickel alloy. The metal is then plated onto the mandrel by an electroplating process where only areas free of the dielectric material are exposed to the electroplating. The orifice plate can then be removed from the mold core. This process is described in U.S. Patent No. 4,184,925.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Öffnungsplatte 10 ist an ihrem Umfang an einem Verteiler 12 durch geeignete Verbindungsmittel, wie einem Epoxid 14, angebracht. Diese überbrückt und schließt die Verteileröffnung, die zu einem Fluidreservoir 16 führt, ab. Daher stehen die Öffnungen in der Öffnungsplatte 10 in unmittelbarer Fluidverbindung mit dem Reservoir 16. Wenn Fluid unter Druck dem Fluidaufnahmereservoir zugeführt wird, strömt es durch den Fluidkanal 18 zu den Öffnungen der Öffnungsplatte 10 und tritt aus jeder Öffnung als ein Fluidfaden aus. Der Fluidfaden wird anschließend an seiner Spitze in eine aufeinanderfolgende Reihe von Fluidtropfen aufgebrochen. Die Länge des Fadens kann durch die Höhe der Stimulationsamplitude, die dem Faden von piezoelektrischen Kristallen 20 zugeführt wird, welche an dem Fluidverteiler 12 angebracht sind, gesteuert werden. Es ist wünschenswert, dass alle Fädenlängen entlang der Reihe gleich lang sind. Dies wird als synchroner Abbruch bezeichnet.Referring now to Fig. 1, the orifice plate 10 is attached at its periphery to a manifold 12 by suitable bonding means such as an epoxy 14. This bridges and closes off the manifold opening leading to a fluid reservoir 16. Therefore, the openings in the orifice plate 10 are in direct fluid communication with the reservoir 16. When fluid is supplied under pressure to the fluid receiving reservoir, it flows through the fluid channel 18 to the openings of the orifice plate 10 and exits each opening as a fluid thread. The fluid thread is then broken up at its tip into a successive row of fluid droplets. The length of the thread can be controlled by the level of stimulation amplitude supplied to the thread by piezoelectric crystals 20 attached to the fluid manifold 12. It is desirable that all thread lengths along the row be the same length. This is called synchronous termination.
In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet ein Verfahren zum Anbringen einer Öffnungsplatte an einem Träger für einen Tintenstrahldrucker das direkte Plattieren bzw. Galvanisieren. Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Zunächst wird ein Öffnungsplattenträger 22 gegenüber einem Formkern 24 ausgerichtet und die beiden Teile werden in unmittelbarer Nähe, vorzugsweise in einem engen Kontakt, sowie auf gleichem elektrischen Potential gehalten. Der Träger und der Formkern werden anschließend an der Kathodenpolarität platziert. Die Öffnung wird ausgebildet, wenn das elektrogalvanisierte Metall bzw. das Elektrogalvanisierungsmetall auf dem leitfähigen Abschnitt des Formkerns und um einen Photoresist-Zapfen 26 wächst. Falls notwendig, kann das Metall dick genug abgeschieden werden, um über den Teil des oberen Endes des Zapfens zu gehen.In accordance with an embodiment of the present invention, a method of attaching an orifice plate to a substrate for an inkjet printer uses direct plating. Referring now to Figure 2, an orifice plate substrate 22 is first aligned with respect to a mandrel 24 and the two parts are held in close proximity, preferably in close contact, and at the same electrical potential. The substrate and mandrel are then placed at the cathode polarity. The orifice is formed as the electroplated metal grows on the conductive portion of the mandrel and around a photoresist stud 26. If necessary, the metal can be deposited thick enough to extend over the top portion of the stud.
Wie weiterhin aus Fig. 2 und auch aus Fig. 3 hervorgeht, wird das zu galvanisierende Material, wie beispielsweise elektroplattiertes Nickel bzw. Elektroplattierungsnickel 28 auf den kombinierten Träger und den Formkern abgeschieden. Der Träger 22 und, der Formkern werden dann zusammenwachsen, wobei sie eine einzelne Öffnungsplatte bilden, die direkt an dem Träger angebracht ist. Der Formkern kann dann durch Abziehen entfernt werden, wenn die Adhäsion des galvanisierten Materials an dem Formkern kleiner ist als an dem Träger oder durch Abätzen des Formkernes, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.As further shown in Fig. 2 and also in Fig. 3, the material to be electroplated, such as electroplated nickel 28, is deposited on the combined carrier and mandrel. The carrier 22 and mandrel will then grow together, forming a single orifice plate that is directly attached to the carrier. The mandrel can then be removed by peeling if the adhesion of the electroplated material to the mandrel is less than to the carrier or by etching the mandrel as shown in Fig. 4.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. In dieser Figur ist eine Querschnittsansicht einer Öffnungsplatte 30 wiedergegeben, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist und die auf dem Fluidverteiler 12 direkt aufgalvanisiert ist. Bei einem Vergleich der Fig. 5 der vorliegenden Erfindung mit der Fig. 1 des Standes der Technik werden die Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik ziemlich klar. Insbesondere ist die Schicht des Epoxids 14 des Standes der Technik bei der vorliegenden Erfindung entfernt worden. In Fig. 5 kann eine Anode axial an der Stelle 32 im Inneren des Fluidverteilerhohlraumes axial angeordnet sein. Ein Elektrolyt wird durch den Fluidverteilerhohlraum während des Plattierungsvorganges gepumpt, um sicherzustellen, dass die Konzentration der Metallionen, die zu galvanisieren bzw. zu plattieren sind, über die Länge des Fluidverteilerhohlraumes gleichförmig ist. Wenn die Konzentration der Metallionen nicht gleichförmig ist, wird die Öffnungsplatte nicht gleichförmig in ihrer Dicke entlang der Reihe ausgebildet, was zu einer Veränderung in dem Durchmesser der Öffnungen entlang der Reihe führt.Referring now to Figure 5, there is shown a cross-sectional view of an orifice plate 30 made in accordance with the present invention which is directly electroplated onto the fluid manifold 12. By comparing Figure 5 of the present invention with Figure 1 of the prior art, the differences between the present invention and the prior art become quite clear. In particular, the layer of epoxy 14 of the prior art of the art have been removed in the present invention. In Fig. 5, an anode may be axially disposed at location 32 inside the fluid manifold cavity. An electrolyte is pumped through the fluid manifold cavity during the plating process to ensure that the concentration of metal ions to be plated is uniform along the length of the fluid manifold cavity. If the concentration of metal ions is not uniform, the orifice plate will not be uniform in thickness along the row, resulting in a variation in the diameter of the orifices along the row.
Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucker vorteilhaft und weist den Vorteil auf, dass kein Epoxid auf der flexiblen Öffnungsplatte vorhanden ist. Die Schallenergie wird gleichförmiger über eine steifere Öffnungsplattenträger/Epoxid/Fluidverteilerstruktur übertragen als bei der Öffnungsplatte/Epoxid/Fluidverteilerstruktur. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie es für die Öffnungsplatte erlaubt, eine steifere Struktur aufzuweisen. Die mechanisch steifere Struktur ermöglicht eine Verringerung der Nicht-Planheit in der Ebene der Reihe und der mangelnden geraden Ausrichtung der Öffnungen entlang der Reihe in großem Maße. Darüber hinaus überträgt die steifere Struktur die Schallenergie gleichförmiger entlang der Reihe, was die Gleichförmigkeit der Abbruchlängen der Fäden entlang der Reihe verbessert.The present invention is advantageous in the field of ink jet printers and has the advantage of not having epoxy on the flexible orifice plate. The acoustic energy is transmitted more uniformly through a stiffer orifice plate support/epoxy/fluid manifold structure than with the orifice plate/epoxy/fluid manifold structure. Another advantage of the present invention is that it allows the orifice plate to have a stiffer structure. The mechanically stiffer structure allows for a great reduction in the non-planarity in the plane of the array and the lack of straight alignment of the orifices along the array. In addition, the stiffer structure transmits acoustic energy more uniformly along the array, improving the uniformity of the filament break lengths along the array.
Obwohl die Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel erläutert worden ist, ist deutlich, dass Modifikationen und Veränderungen möglich sind, ohne dass sich von dem Geist der Erfindung, wie er in den angefügten Ansprüchen definiert ist, entfernt.Although the invention has been explained in detail with reference to the preferred embodiment, it is clear that modifications and variations are possible without departing from the spirit of the invention as defined in the appended claims.
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| EP0784105A2 (en) | 1997-07-16 |
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