DE69702090T2 - Brazing process for a continuously working inkjet printer - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker und insbesondere einen Lötvorgang zum Verbinden von bearbeiteten Resonatorabschnitten, um einen einzelnen Resonatorkörper für einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckkopf herzustellen.The present invention relates to continuous ink jet printers and, more particularly, to a soldering process for joining machined resonator sections to form a single resonator body for a continuous ink jet printhead.
Es sind Tintenstrahl-Drucksysteme bekannt, bei denen ein Druckkopf eine oder mehrere Reihen von Öffnungen aufweist, zu denen ein elektrisch leitfähiges Aufzeichnungsfluid aus einem unter Druck stehenden Fluidzuführverteiler zugeführt wird und die das Fluid in Reihen paralleler Strahlen abgeben. Drucker, die derartige Druckköpfe verwenden, erstellen graphische Reproduktionen durch selektives Laden und Ablenken der Tropfen in jedem der Strahlen sowie Ablagern zumindest einiger der Tropfen auf einem Druckempfangsmedium, während andere Tropfen auf einer Tropfenfängereinrichtung auftreffen.Ink jet printing systems are known in which a print head has one or more rows of orifices to which an electrically conductive recording fluid is supplied from a pressurized fluid supply manifold and which discharge the fluid in rows of parallel jets. Printers using such print heads produce graphic reproductions by selectively charging and deflecting the drops in each of the jets and depositing at least some of the drops on a print receiving medium while other drops impinge on a drop catcher.
Tröpfchengeneratoren bilden einen der Hauptbestandteile bei einem kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckkopf. Tröpfchengeneratoren weisen häufig eine Düsenplatte auf, die an einem Resonatorkörper angebracht ist, um die Strahlen zu stimulieren bzw. hervorzurufen. Bei einer Resonatorkörpergestaltung, bei der die Einlaß- und Auslaßöffnungen nicht unmittelbar in Linie mit dem Düsenplattenkanal angeordnet sind, ist die Bearbeitung bzw. Herstellung aus einem festen Metallblock im wesentlichen unmöglich.Droplet generators are one of the main components of a continuous inkjet printhead. Droplet generators often have a nozzle plate attached to a resonator body to stimulate or elicit the jets. With a resonator body design where the inlet and outlet ports are not directly in line with the nozzle plate channel, machining or fabrication from a solid block of metal is essentially impossible.
Es wurde daher festgestellt, daß es wünschenswert wäre, die Probleme, welche mit der bekannten Resonatorkörpergestaltung verbunden sind, durch Bereitstellen einer Resonatorkörpergestaltung zu beseitigen, die im wesentlichen dort nützlich ist, wo die Einlaß- und Auslaßöffnungen nicht unmittelbar in Linie mit dem Düsenplattenkanal angeordnet sind.It has therefore been determined that it would be desirable to eliminate the problems associated with the known resonator body design by providing a resonator body design which is essentially useful where the inlet and outlet openings are not located directly in line with the nozzle plate channel.
Dieser Bedarf wird durch das System gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt, wobei der Resonatorkörper eines kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckkopfes aus zwei präzisionsbearbeiteten Hälften hergestellt wird, welche in einem Vorgang miteinander verlötet werden, um eine einstückige Einheit zu bilden. Die einstückige Einheit enthält die Fluideinlaß- und Fluidauslaßöffnungen sowie den Fluidkanal, welcher das Fluid in die verbundene Düsenplatte führt.This need is met by the system of the present invention, wherein the resonator body of a continuous ink jet printhead is made from two precision machined halves which are brazed together in one operation to form a one-piece unit. The one-piece unit contains the fluid inlet and outlet ports and the fluid channel which guides the fluid into the connected nozzle plate.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lötvorgang für das Verbinden der bearbeiteten Resonatorabschnitte vorgesehen, um einen einzelnen Resonatorkörper für einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl- Druckkopf zu schaffen. Ein erster Resonatorkörperabschnitt und ein zweiter Resonatorkörperabschnitt sind vorgesehen, die jeweils einen Teil eines Fluideinlaufs sowie eines Fluidauslaufs und Düsenplattenkanal-Fluidhohlräume aufweisen. Ein Lötvorformling bzw. eine Löttablette wird anschließend zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorkörperabschnitt eingesetzt, um den ersten und den zweiten Resonatorkörperabschnitt miteinander zu verbinden. Ausrichtstifte sichern den ersten Resonatorkörperabschnitt an dem zweiten Resonatorkörperabschnitt und richten den ersten Resonatorkörperabschnitt gegenüber dem zweiten Resonatorkörperabschnitt aus.In accordance with one aspect of the present invention, a soldering process is provided for joining the machined resonator sections to create a single resonator body for a continuous ink jet printhead. A first resonator body section and a second resonator body section are provided, each having a portion of a fluid inlet and outlet and nozzle plate channel fluid cavities. A solder preform or pellet is then inserted between the first and second resonator body sections to join the first and second resonator body sections together. Alignment pins secure the first resonator body section to the second resonator body section and align the first resonator body section with respect to the second resonator body section.
Demzufolge ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einzelnen Resonatorkörper für einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckkopf zu schaffen. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Resonatorkörpergestaltung bereitzustellen, bei der die Einlaß- und Auslaßöffnungen nicht unmittelbar in Linie mit dem Düsenplattenkanal stehen bzw. angeordnet sind. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß sie eine entwicklungsfähige Resonatorkörpergestaltung schafft, welche die Packaging- bzw. Packungseinschränkungen einiger Druckköpfe beseitigt.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a single resonator body for a continuous ink jet printhead. It is a further object of the present invention to provide a resonator body design in which the inlet and outlet openings are not directly in line with the nozzle plate channel. It is an advantage of the present invention that it provides a viable resonator body design which overcomes the packaging limitations of some printheads.
Andere Aufgaben sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Zeichnungsfiguren und den angehängten Ansprüchen zu Tage treten.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, the accompanying drawing figures and the appended claims.
Fig. 1A ist eine teilweise aufgebrochene Ansicht, welche zwei verbundene Hälften wiedergibt, die einen Resonatorkörper in Übereinstimmung der vorliegenden Erfindung bilden.Figure 1A is a partially broken away view showing two joined halves forming a resonator body in accordance with the present invention.
Fig. 1B ist eine Ansicht entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 1 A.Fig. 1B is a view taken along section line B-B in Fig. 1A.
Fig. 2 gibt eine Lötfolien-Resonatorvorform wieder, welche verwendet wird, um die beiden Resonatorhälften zu dem einzelnen Resonatorkörper der Fig. 1A zu verlöten.Fig. 2 shows a solder foil resonator preform which is used to solder the two resonator halves to the single resonator body of Fig. 1A.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines Lötausrichtstiftes, welcher bei der Verbindung der beiden Resonatorhälften verwendet wird.Fig. 3 is a side view of a solder alignment pin used in joining the two resonator halves.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Lötvorgang bereit, wodurch zwei angefertigte bzw. spanabhebend bearbeitete Resonatorhälften in einer Weise miteinander verlötet werden, daß sie einen einzelnen Resonatorkörper für einen kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahl-Druckkopf bilden. In der ebenfalls anhängenden, gemeinsam übertragenen Patentanmeldung 97 302 690.9, die als EP-A-0 805 036 veröffentlicht worden ist, ist eine Topzuführ-Tröpfchengeneratoranordnung bzw. eine Tröpfchengeneratoranordnung zum Zuführen der Tröpfchen von oben offenbart, welche einen integralen Fluidhohlraum aufweist, wobei Fluideinläufe in und Fluidausläufe aus dem Resonatorkörper an der Seite des Resonatorkörpers gegenüberliegend der Düsenplatte vorhanden sind. Der Lötvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere von Vorteil, wenn er dazu verwendet wird, zwei Resonatorhälften zu dem Topzuführ-Tröpfchengenerator miteinander zu verbinden, der in der ebenfalls anhängenden, gemeinsam übertragenen Patentanmeldung 97 302 690.9, die als EP-A-0 805 036 veröffentlicht worden ist, beschrieben und beansprucht ist.The present invention provides a soldering process whereby two machined resonator halves are soldered together in a manner to form a single resonator body for a continuous ink jet printhead. In copending, commonly assigned patent application 97 302 690.9, published as EP-A-0 805 036, a top feed droplet generator assembly is disclosed which has an integral fluid cavity with fluid inlets into and outlets from the resonator body on the side of the resonator body opposite the nozzle plate. The soldering process according to the present invention is particularly advantageous when used to join two resonator halves together to form the top-fed droplet generator described and claimed in copending, commonly assigned patent application 97 302 690.9, published as EP-A-0 805 036.
Es wird nun auf die Zeichnungsfiguren Bezug genommen. In Fig. 1A ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht zweier Resonatorhälften wiedergegeben, die miteinander verbunden sind, um einen Resonatorkörper in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu bilden, wogegen in Fig. 1B eine Schnittansicht von vorne einer der Resonatorhälften gezeigt ist. Der Resonator ist ein Topzuführ resonator, bei dem Einlaß- und Auslaßöffnungen an der Oberseite des Resonatorkörpers angeordnet sind und in Verbindung mit einem Düsenplattenkanal stehen, der an der Unterseite des Resonatorkörpers vorgesehen ist.Referring now to the drawing figures, Fig. 1A shows a partially cutaway view of two resonator halves joined together to form a resonator body in accordance with the present invention, while Fig. 1B shows a front sectional view of one of the resonator halves. The resonator is a top-fed resonator in which inlet and outlet openings are arranged on the top of the resonator body and are in communication with a nozzle plate channel provided on the bottom of the resonator body.
Der Resonator 1 enthält Fluideinlässe und Fluidauslässe an einer Oberfläche 7, die der Düsenplatte 2 gegenüberliegt. Eine Senkung 3 bildet ein effektives Mittel, um Fittings 6 an dem Tröpfchengenerator 1 anzubringen. Ein Fluidkanal 4 ermöglicht dem Fluid, von einem Einlaßpunkt 8 nach unten zu der Düsenplatte 2 zu strömen. Ein verengter Fluideinschnitt 5 leitet die Fluidströmung von dem Fluidkanal 4 in eine Richtung um, die in einer Linie mit den zu der Düsenplatte 2 gehörenden Düsen (nicht gezeigt) liegt. Da der Fluidkanal 4 nicht unmittelbar in Linie mit dem Düsenplattenkanal angeordnet ist, ist eine Bearbeitung eines massiven Metallblocks unpraktisch und im wesentlichen unmöglich.The resonator 1 contains fluid inlets and fluid outlets on a surface 7 facing the nozzle plate 2. A counterbore 3 provides an effective means for attaching fittings 6 to the droplet generator 1. A fluid channel 4 allows fluid to flow downwardly from an inlet point 8 to the nozzle plate 2. A restricted fluid recess 5 redirects fluid flow from the fluid channel 4 in a direction in line with the nozzles (not shown) associated with the nozzle plate 2. Since the fluid channel 4 is not directly in line with the nozzle plate channel, machining a solid block of metal is impractical and essentially impossible.
Um eine Gestaltung bereitzustellen, die eine spanabhebende Bearbeitung ermöglicht, schlägt die vorliegende Erfindung eine zweistückige bzw. zweiteilige Gestaltung des Resonators vor, bei dem die Teile 1A und 1B miteinander verlötet werden, um einen einzelnen Resonator zu bilden. Jeder symmetrisch bearbeitete Abschnitt 1A, 1B enthält vorzugsweise eine Hälfte eines Einlasses 8, eines Auslasses 9 und einen Düsenplatten-Kanalfluidhohlraum. Für eine kontinuierlich arbeitende Tintenstrahl-Druckkopfgestaltung wird der Resonatorkörper 1 aus zwei präzisionsbearbeiteten Abschnitten 1A, 1B hergestellt, welche miteinander verlötet werden, um eine einstückige Einheit zu bilden. Die einstückige Einheit enthält die Fluidöffnungen des Einlasses 8 und des Auslasses 9 sowie den Fluidkanal 4, welcher das Fluid in die angebrachte Düsenplatte 2 führt. Nach dem Verlöten wird ein kompletter Resonatorkörper 1 mit Fluidkanälen in geeigneter Größe bereitgestellt.To provide a design that allows machining, the present invention proposes a two-piece design of the resonator in which the parts 1A and 1B are brazed together to form a single resonator. Each symmetrically machined section 1A, 1B preferably contains one half of an inlet 8, an outlet 9 and a nozzle plate channel fluid cavity. For a continuous ink jet printhead design, the resonator body 1 is made from two precision machined sections 1A, 1B which are brazed together to form a one-piece unit. The one-piece unit contains the fluid openings of the inlet 8 and the outlet 9 and the fluid channel 4 which guides the fluid into the attached nozzle plate 2. After soldering, a complete resonator body 1 with fluid channels of suitable size is provided.
Beim Stand der Technik, wie einem 1 Zoll-120 Tropfen/Zoll-Tintenstrahldrucker- Resonatorkörper können die Fluidkanäle in einem Abschnitt des Resonatorkörpers spanabhebend hergestellt werden, wobei der zweite Resonatorkörperabschnitt eine massive Abdeckung bildet. Ein rechteckförmiges Lötfolienmaterial ohne Fluidkanalausschnitte wird zwischen die beiden Hälften plaziert, wobei die Fluidhohlraumhälfte auf der Oberseite angeordnet wird, um ein Einströmen des Lotes der Lötfolie in die Fluidkanäle zu vermeiden.In the prior art, such as a 1" 120 drops/inch inkjet printer resonator body, the fluid channels can be machined into one section of the resonator body, with the second resonator body section forming a solid cover. A rectangular solder foil material with no fluid channel cutouts is placed between the two halves, with the fluid cavity half placed on top to prevent solder from the solder foil from flowing into the fluid channels.
Bei einem 1 Zoll-240 Tropfen/Zoll-Drucksystem enthält jeder Resonatorkörperabschnitt 1A, 1B einen Teil des Einlasses 8 und des Auslasses 9 sowie des Düsenplatten-Kanalfluidhohlraumes. Mit zwei symetrischen Fluidkanalhälften besteht eine größere Chance für eine dünne, rechteckförmige Lötfolie, daß Lötmaterial in die Fluidkanäle fließt, insbesondere wenn eine massive Lötfolie, d. h. eine ohne Fluidkanalausschnitte verwendet wird.In a 1 inch-240 drops/inch printing system, each resonator body section 1A, 1B contains a portion of the inlet 8 and the outlet 9 as well as the nozzle plate channel fluid cavity. With two symmetrical fluid channel halves, a A thin, rectangular solder foil has a greater chance of causing solder material to flow into the fluid channels, particularly when a solid solder foil, i.e. one without fluid channel cutouts, is used.
Das Lötmaterial in den Fluidhohlräumen ist aus mehreren Gründen unerwünscht. Zunächst bildet Lötmaterial, das geschmolzen und sich wieder verfestigt hat, eine rauhe, weitestgehend strahlgeputzte Erscheinung, welche eine Ursache für Fluidströmungsstörungen sein kann und welche Orte für die Luftblasenanhaftung bilden kann. Eines dieser Probleme kann die Leistung des Resonatorkörpers nachhaltig beeinflussen. Darüber hinaus kann die hinzugefügte, nicht symmetrische Masse infolge der übermäßigen Lötfolie in einem der Abschnitte 1A oder 1B eine weitere Ursache für eine geringe Resonatorkörperleistung sein.The solder in the fluid cavities is undesirable for several reasons. First, solder that has melted and resolidified forms a rough, largely blasted appearance, which can be a cause of fluid flow disturbances and can provide sites for air bubble attachment. Either of these problems can profoundly affect the performance of the resonator body. In addition, the added, non-symmetrical mass due to the excessive solder foil in either section 1A or 1B can be another cause of poor resonator body performance.
Bei dem Bemühen, die Menge des Lötmaterials deutlich zu verringern, welches in die Fluidkanäle strömen kann, wird eine Lötfolienvorform 10, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, verwendet. Durch den genauen, standardisierten, mechanischen Gebrauch der Lötausrichtstifte 11, die in Fig. 3 gezeigt sind und die in Öffnungen 12 der Fig. 2 einführbar sind, können die Abschnitte 1A, 1B genau ausgerichtet werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Stifte 11 aus Rundmaterial hergestellt und weisen an jedem Ende gebrochene Kanten bzw. Anfasungen 14 auf, um eine Erleichterung zum leichten Einführen in die Öffnungen 12 bereitzustellen. Vorzugsweise weist einer der Resonatorabschnitte 1A oder 1B Ausrichtöffnungen auf, die für eine genaue Passung bzw. eine Preßpassung ausgebildet sind, während der andere Resonatorabschnitt 1B oder 1A Ausrichtöffnungen besitzt, die für eine Gleitpassung ausgebildet sind.In an effort to significantly reduce the amount of solder material that can flow into the fluid channels, a solder foil preform 10 as shown in Fig. 2 is used. Through the precise, standardized, mechanical use of the solder alignment pins 11 shown in Fig. 3, which are insertable into openings 12 of Fig. 2, the sections 1A, 1B can be precisely aligned. In a preferred embodiment of the present invention, the pins 11 are made from round stock and have chamfered edges 14 at each end to provide a facility for easy insertion into the openings 12. Preferably, one of the resonator sections 1A or 1B has alignment openings designed for a precise fit or a press fit, while the other resonator section 1B or 1A has alignment openings designed for a sliding fit.
Die Lötvorform 10 der vorliegenden Erfindung enthält einen Fluidkanalausschnitt 13. Die Gestaltung der Vorform ermöglicht 5 bis 15 mm Überhang in die Fluidkanäle für den Toleranzausgleich und stellt eine adäquate Lötabdeckung bei der Schmelztemperatur sicher. Mit dem Einführen der Lötvorform 10 minimiert der sich ergebende Resonatorkörper 1 das Lötmaterial in den Fluidkanälen, da die Vorform schmilzt, wenn die Löttemperatur anliegt. Dies verringert eine geringe Resonatorleistung, die mit dem Vorhandensein von Lötmaterial verbunden ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Stifte 11 aus dem gleichen Material wie die Resonatorabschnitte 1A, 1B, um Unterschiede in der Wärmeausdehnung bei der Löttemperatur zu beseitigen. Wenn sich die Wärmeausdehnungsraten zwischen dem Stift 11 und den Resonatorabschnitten 1A, 1B unterscheiden, würden sich die oberen Resonatorabschnitte "aufhängen", wenn der obere Resonatorabschnitt es erforderlich macht, während des Lötvorganges zu schwimmen, um eine perfekte Lötintegrität zu erzielen.The solder preform 10 of the present invention includes a fluid channel cutout 13. The design of the preform allows 5 to 15 mm overhang into the fluid channels for tolerance compensation and ensures adequate solder coverage at the melting temperature. With the introduction of the solder preform 10, the resulting resonator body 1 minimizes solder material in the fluid channels as the preform melts when the soldering temperature is applied. This reduces low resonator performance associated with the presence of solder material. In a preferred embodiment of the present invention, the pins 11 are made of the same material as the resonator sections 1A, 1B to eliminate differences in thermal expansion at the soldering temperature. If the thermal expansion rates between the pin 11 and the resonator sections 1A, 1B differ, the upper resonator sections would "hang up" if the upper resonator section required it to float during the soldering process to achieve perfect solder integrity.
Die vorliegende Erfindung ist im Bereich des Tintenstrahldruckens nützlich und besitzt den Vorteil der Beseitigung von Packungsnachteilen bestimmter Druckköpfe. Die vorliegende Erfindung schafft den weiteren Vorteil des Bereitstellens eines einstückigen Resonatorkörpers durch Löten zweier separater Resonatorkörperabschnitte. Schließlich stellt die vorliegende Erfindung den Vorteil der Minimierung des Lötmaterials in den Fluidkanälen bereit.The present invention is useful in the field of inkjet printing and has the advantage of eliminating packaging disadvantages of certain printheads. The present invention provides the further advantage of providing a one-piece resonator body by soldering two separate resonator body sections. Finally, the present invention provides the advantage of minimizing solder material in the fluid channels.
Obwohl die Erfindung ausführlich und in Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist deutlich, daß andere Modifikationen und Veränderungen möglich sind, ohne daß sich von dem Geist der Erfindung gelöst wird, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.Although the invention has been described in detail and with reference to the preferred embodiment, it will be apparent that other modifications and variations are possible without departing from the spirit of the invention as defined in the appended claims.
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