Узел пластины сопла микроинжектора и способ его изготовления - RU2151066C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к микроинжектору и, более точно, к узлу пластины сопла микроинжектора, в котором внутреннюю и наружную поверхности пластины сопла выполняют с различной шероховатостью, не прибегая к сложному процессу, и к способу изготовления узла пластины сопла такого микроинжектора.

В целом микроинжектор представляет собой устройство, которое предназначено для того, чтобы подавать на бумагу для печати, человеческое тело или транспортное средство определенное количество жидкости, например чернил, впрыскиваемой жидкости или нефти, используя способ, при котором к жидкости прикладывают электрическую или тепловую энергию заданной величины с тем, чтобы можно было вызвать объемную трансформацию такой жидкости. Таким образом, к конкретному объекту может быть подведено заданное количество такой жидкости.

За последнее время развитие электрической и электронной технологии обеспечило возможность быстрого прогресса в разработке подобных микроинжекторов. Вследствие этого микроинжекторы повсеместно широко используются человеком в быту и на производстве. В качестве примера применения микроинжектора в жизни человека можно привести струйный принтер.

В отличие от обычного матричного принтера струйный принтер, то есть один из видов микроинжектора, способен выполнять печатные работы различными цветами путем использования картриджей, и к его преимуществам относятся меньший шум и улучшенное качество печати. По этой причине струйный принтер завоевывает все большую популярность.

В настоящее время струйный принтер, как правило, снабжен печатающей головкой, которая преобразует чернила, находящиеся в жидком состоянии, в состояние пузырьков путем включения или выключения электрического сигнала, подаваемого от внешнего устройства. После этого чернила, превращенные в пузырьки таким способом, расширяются и выдавливаются для выполнения печати на бумаге для печати.

Различные конструктивные выполнения и операции струйной печатающей головки по предшествующему уровню техники были раскрыты в патенте США N 4490728, озаглавленном "Thermal inkjet printer" ("Струйный принтер с нагреваемыми печатающими элементами"), в патенте США N 4809428, озаглавленном "Thin film device for an inkjet printhead and process for manufacturing the same", ("Тонкопленочное устройство для струйной печатающей головки и способ его изготовления"), в патенте США N 5140345 "Method of manufacturing a substrate for a liquid jet recording head and substrate manufactured by the method" ("Способ изготовления подложки для струйной записывающей головки и подложка, изготовленная данным способом"), в патенте США N 5274400 "Ink path geometry for high temperature operation of inkjet printheads" ("Геометрия траектории чернил для высокотемпературной работы струйных печатающих головок") и в патенте США N 5420627 "Inkjet printhead" ("Струйная печатающая головка").

Как правило, такая обычная струйная печатающая головка содержит пластину сопла, имеющую сопло с микродиаметром выдавливания чернил. В этом случае пластина сопла служит в качестве струйного прохода для окончательного выдавливания чернил на находящуюся снаружи бумагу для печати, и таким образом, она функционирует как чрезвычайно важный элемент, который в конечном счете определяет качество печати. Следовательно, выбор веществ для образования пластины сопла или размера или формы отверстий в ней, как правило, осуществляется с учетом характеристик чернил.

В такой струйной печатающей головке, как правило, наружную поверхность пластины сопла выполняют гладкой для обеспечения меньшей шероховатости. Тем самым поверхностное натяжение между пластиной сопла и чернилами увеличивается, и угол контакта между ними становится больше, за счет чего можно предотвратить перекрестные искажения, при которых капли чернил, превратившиеся в пузырьки и готовые к выпуску, перетекают к другому соседнему отверстию.

Однако, что касается наружной поверхности пластины сопла, то при уменьшении шероховатости поверхности проблему перекрестных искажений можно легко решить. Если уменьшается шероховатость внутренней поверхности пластины сопла, то поверхностное натяжение между внутренней поверхностью и чернилами увеличивается. Таким образом, угол контакта между пластиной сопла и чернилами становится больше. В результате чернила, которые должны быть выпущены в направлении отверстия, слипаются у внутренней поверхности пластины сопла вместо того, чтобы преобразовываться в пузырьки. В этом случае прекращается подача слипшихся капель чернил между каналом подачи чернил и камерой для чернил, тем самым нарушается плавная подача чернил.

В том состоянии, когда подача чернил не является плавной и тем самым чернил, содержащихся в камере для чернил, недостаточно, в случае приведения печатающей головки в движение с высокой скоростью в камере для чернил образуется большое количество воздушных пузырьков. Тогда образовавшиеся воздушные пузырьки препятствуют проходу капель чернил через отверстие в пластине, тем самым создавая проблему, заключающуюся в том, что чернила невозможно выдавить на бумагу для печати. В результате качество печати в целом значительно снижается.

Для преодоления подобных проблем был разработан способ, раскрытый в патенте США N 5563640, озаглавленном "Droplet ejecting device" ("Устройство для выдавливания капель"), в соответствии с данным способом наружную поверхность пластины сопла выполняют из веществ, имеющих слабую сцепляемость с чернилами, например, из полисульфона, полиэфирсульфона или полиимида. При этом внутренняя поверхность пластины сопла покрыта веществами, имеющими превосходную сцепляемость с чернилами, например, пленкой из SiO₂. Таким образом, можно поддерживать различные поверхностные натяжения в тех случаях, когда чернила контактируют соответственно с наружной поверхностью и внутренней поверхностью, чтобы тем самым преодолеть вышеописанные проблемы, связанные с перекрестными искажениями и образованием воздушных пузырьков.

Кроме того, в патенте США N 5378504, озаглавленном "Method for modifying phase change ink jet printing heads to prevent degradation of ink contact angles" ("Способ модифицирования струйных печатающих головок с фазовыми изменениями для предотвращения уменьшения углов контакта чернил"), раскрыт способ, при котором на наружную поверхность пластины сопла осаждают дополнительное вещество покрытия, отличающееся долговечностью, с тем, чтобы предотвратить снижение поверхностного натяжения и ухудшение состояния наружной поверхности пластины сопла.

Однако для образования отверстия, играющего роль сопла, на пластине сопла требуется сложный технологический процесс, при котором используется дорогостоящее оборудование, например, эксимерный лазер. Кроме того, если на внутренней поверхности пластины сопла образована пленка из SiO₂, диаметр отверстия становится чрезвычайно маленьким, и невозможно образовать однородную (равномерно распределенную) пленку из SiO₂. Кроме того, поскольку требуется дополнительная операция покрытия, служащая для осаждения покрывающего вещества на наружную поверхность пластины сопла, процесс в целом становится чрезвычайно сложным.

Для преодоления данной проблемы может быть применен способ гальванопластики, при котором устраняется дополнительная операция покрытия и который требует лишь недорогое оборудование. В этом случае, вследствие ограниченного количества электролита, шероховатость внутренней поверхности не может превышать от 0,016 мк до 0,025 мк, и может быть получено желаемое поверхностное натяжение.

Следовательно, целью настоящего изобретения является предотвращение прилипания инжектируемой (выдавливаемой, впрыскиваемой) жидкости на внутренней поверхности пластины сопла.

Другой целью настоящего изобретения является плавная подача инжектируемой жидкости путем предотвращения ее слипаемости.

Еще одной целью настоящего изобретения является подавление образования воздушных пузырьков путем плавной подачи инжектируемой жидкости.

Еще одной целью настоящего изобретения является поддержание различных поверхностных натяжений инжектируемой жидкости на внутренней поверхности и на наружной поверхности пластины сопла без выполнения сложных операций, например, образования пленки, и используя при этом недорогое оборудование.

Вышеуказанные цели согласно одному аспекту изобретения достигаются посредством способа изготовления узла пластины сопла микроинжектора, который согласно изобретению, содержит операции: образования шаблона для определения зоны отверстий, полировки поверхности шаблона, нанесения покрытия в виде пластины сопла на поверхность шаблона для частичного заполнения зоны отверстий, отделения пластины сопла от шаблона.

Предпочтительно, чтобы операция образования шаблона содержала операции: формирования первой металлической пленки на подложке, на которой образована защитная пленка, формирования второй металлической пленки на первой металлической пленке, травления первой и второй металлических пленок для частичного обнажения защитной пленки.

Целесообразно, чтобы первую металлическую пленку изготавливали из ванадия.

Целесообразно, чтобы вторую металлическую пленку изготавливали из никеля.

Желательно, чтобы операция полирования поверхности шаблона содержала операции: удаления жира и термообработки поверхности шаблона, и поверхностной обработки шаблона в жидкости для пассивации, имеющей заданную температуру. Возможно, чтобы термообработку шаблона выполняли при температуре от 32^oC до 37^oC.

Полезно, чтобы термообработку шаблона выполняли в течение 10 - 14 минут.

Предпочтительно, чтобы поверхностную обработку шаблона выполняли при температуре от 22^oC до 27^oC. Целесообразно, чтобы поверхностную обработку шаблона выполняли в течение 10 - 20 секунд.

Возможно, чтобы способ дополнительно содержал после операции нанесения покрытия в виде пластины сопла на поверхность шаблона, операцию завершения операции нанесения покрытия в виде пластины сопла посредством обеспечения толщины пластины сопла с использованием заданного уравнения.

Полезно, чтобы уравнение имело следующий вид:

Предпочтительно, чтобы способ содержал после операции завершения нанесения покрытия в виде пластины сопла операции термообработки пластины сопла в стеклянном резервуаре.

Целесообразно, чтобы термообработку выполняли при температуре от 20^oC до 30^oC в стеклянном резервуаре.

Возможно, чтобы пластину сопла наносили в виде покрытия способом гальванопластики, используя жидкий электролит.

Желательно, чтобы электролит был изготовлен из NiH₂/SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS и деионизированной воды, смешанных в заданном соотношении.

Полезно, чтобы электролит был изготовлен при следующем соотношении компонентов: от 280 г/л до 320 г/л NiH₂/SO₃/H, от 18 г/л до 22 г/л NiCl₂, от 28 г/л до 32 г/л H₃BO₃ и от 0,03 г/л до 0,08 г/л C₁₂H₂₅SO₄/NaS.

Предпочтительно, чтобы электролит был изготовлен из 300 г/л NiH₂/SO₃/H, 20 г/л NiCl₂, 30 г/л H₃BO₃ и 0,05 г/л C₁₂H₂₅SO₄/NaS.

Предпочтительно, чтобы ток, используемый в процессе гальванопластики, подавали в течение 40 - 60 минут при плотности 0,1 А/м², 25 - 35 минут при плотности 0,2 А/м², 18 - 22 минуты при 0,3 А/м², 18 - 22 минуты при плотности 0,4 А/м², 8 - 12 минут при плотности 0,1 А/м².

Целесообразно, чтобы ток подавали в течение 60 минут при плотности 0,1 А/м², 30 минут при плотности 0,2 А/м², 20 минут при плотности 0,3 А/м², 20 минут при плотности 0, 4 А/м² и в течение 10 минут при плотности 0,1 А/м².

Желательно, чтобы пластину сопла наносили в виде покрытия с толщиной от 15 мк до 25 мк.

Вышеуказанные цели, согласно второму аспекту изобретения, достигают посредством узла пластины сопла микроинжектора, содержащего пластину сопла, в которой множество отверстий для инжекции чернил проходят через внутреннюю поверхность и открыты в направлении наружной поверхности, в котором, согласно изобретению, пластина сопла образована в результате погружения шаблона, который имеет зону отверстий и поверхность которого отполирована путем термообработки, в электролит, изготовленный из NiH₂/SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS и деионизированной воды, смешанных в заданном соотношении, и путем подачи тока, имеющего заданную плотность, при этом шероховатость полученной в итоге внутренней поверхности выше шероховатости наружной поверхности.

Предпочтительно, чтобы шероховатость внутренней поверхности составляла от 1,0 мк до 1,5 мк.

Целесообразно, чтобы шероховатость наружной поверхности составляла от 0,008 мк до 0,0016 мк.

Для реализации вышеуказанной, цели настоящего изобретения шаблон (master plate), который определяет зону отверстий, погружают в электролит, в котором NiH₂/SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS и деионизированная вода смешаны в заданном соотношении. После этого несколько раз последовательно подают электрический ток заданной плотности, чтобы тем самым на поверхности шаблона образовать покрытие из пластины сопла, имеющей множество отверстий.

В данном случае поверхность шаблона отполирована путем термообработки и операций по обработке поверхности. Таким образом, наружная поверхность пластины сопла, которая контактирует с поверхностью шаблона, сохраняет чрезвычайно малую шероховатость. Кроме того, внутреннюю поверхность полученной в итоге пластины сопла выполняют шероховатой за счет осуществления ионизации электролита, образованного из NiH₂/SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS, чтобы тем самым сохранять исключительно большую шероховатость.

В результате поверхностное натяжение чернил, которые контактируют с внутренней поверхностью, становится меньше по сравнению с поверхностным натяжением чернил, контактирующих с наружной поверхностью.

Вышеуказанные цели и другие преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
- фиг. 1 - 4 представляют собой изображения, показывающие процесс изготовления узла пластины сопла согласно настоящему изобретению;
- фиг. 5 - вариант осуществления узла пластины сопла согласно настоящему изобретению; и
- фиг. 6 - сечение, показывающее работу узла пластины сопла согласно настоящему изобретению.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Определено, что все термины, упомянутые в описании, базируются на функционировании настоящего изобретения, и они могут быть изменены в соответствии с намерениями специалиста в данной области техники или с обычной практикой, причем термины должны быть определены с учетом рассмотрения всего содержания описания настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 1, на кремниевой подложке 201 путем химического осаждения из паровой фазы образуют первую металлическую пленку 203, предпочтительно изготовленную из ванадия, причем на кремниевой подложке 201 уже образована защитная пленка 202, выполненная из SiO₂. В данном случае первая металлическая пленка 203 служит для обеспечения прочной фиксации на защитной пленке 202 второй металлической пленки 204, которая будет описана ниже.

После этого вторую металлическую пленку 204, предпочтительно образованную из никеля, образуют на первой металлической пленке 203 путем химического осаждения из паровой фазы. При этом первая металлическая пленка 203, предназначенная для улучшения адгезии, уже образована на защитной пленке 202. Следовательно, можно обеспечить более прочную фиксацию второй металлической пленки 204 на защитной пленке 202.

Вторую металлическую пленку 204 формируют на защитной пленке 202 так, что узел 100 пластины сопла, который будет получен способом покрытия, впоследствии может хорошо отделяться от шаблона 200.

После этого пленку фотошаблона (не показанную) частично образуют на первой и второй металлических пленках 203 и 204, которые затем подвергают травлению, используя пленку фотошаблона как маску, при этом защитная пленка 202 может быть частично открыта для воздействия (обнажена). После этого оставшуюся пленку фотошаблона удаляют с помощью химикатов, чтобы тем самым завершить изготовление шаблона 200 для задания зоны 10' отверстия.

Затем поверхность второй металлической пленки 204 обезжиривают с помощью жироудаляющей жидкости, и шаблон 200 погружают в резервуар для нагрева и подвергают термической обработке при температуре предпочтительно от 32^oC до 37^oC в течение 10 - 14 минут.

После завершения такой термообработки шаблон 200 погружают в жидкость для химической пассивации для обработки поверхности. Следовательно, поверхность второй металлической пленки 204, которая образует самую левую боковую поверхность шаблона 200, полируется до обеспечения меньшей шероховатости.

Предпочтительно обработка поверхности шаблона 200 выполняется при температуре от 22^oC до 27^oC и в течение 10 - 20 секунд.

Впоследствии, если шаблон 200 готов для того, чтобы способствовать образованию узла 100 пластины сопла согласно настоящему изобретению, этот шаблон 200 погружают в электролит, в котором NiH₂ /SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS и деионизированная вода смешаны в заданном соотношении. Таким образом, пластина 8 сопла по настоящему изобретению образуется в виде покрытия на поверхности шаблона 200.

Предпочтительно электролит готовят при следующем соотношении компонентов, от 280 г/л до 320 г/л NiH₂/SO₃/H, от 18 г/л до 22 г/л NiCl₂ от 28 г/л до 32 г/л H₃BO₃ и от 0,03 г/л до 0,08 г/л C₁₂H₂₅SO₄/NaS, и более предпочтительно при таком соотношении, 300 г/л NiH₂/SO₃/H, 20 г/л NiCl₂ 30 г/л H₃BO₃, 0,05 г/л C₁₂H₂₅SO₄/NaS.

В данном случае в электролите, в который погружают шаблон 200, содержится заданный материал (target substance) для покрытия пластины 8 с отверстиями, например, из никеля.

Далее заданный материал и шаблон 200 подсоединяют к внешнему источнику питания. В данном случае заданный материал подсоединяют к положительному полюсу "+", в то время как шаблон 200 подсоединяют к отрицательному полюсу "-".

После этого включают источник питания таким образом, чтобы несколько раз последовательно подать ток заданной плотности как на заданный материал, так и на шаблон 200.

Предпочтительно ток подают в течение 40 - 60 минут при плотности 0,1 А/м², 25 - 35 минут при плотности 0,2 А/м², 18 - 22 минуты при плотности 0,3 А/м², 18 - 22 минуты при плотности 0,4 А/м², 8 - 12 минут при плотности 0,1 А/м² и более предпочтительно в течение 60 минут при плотности 0,1 А/м², 30 минут при плотности 0,2 А/м², 20 минут при плотности 0,3 А/м², 20 минут при плотности 0,4 А/м² и в течение 10 минут при плотности 0,1 А/м².

Когда выполняется подобная операция подачи тока, заданный материал, присоединенный к "+", растворяется и быстро ионизируется, и ионизированный заданный материал ускоряется при использовании электролита в качестве среды и сталкивается с шаблоном 200, подсоединенным к "-", чтобы тем самым образовать пластину 8 сопла, выполненную из никеля, на шаблоне 200, как показано на фиг. 2. Пластина 8 сопла образуется в виде покрытия путем постепенного заполнения зоны 10' отверстий на шаблоне 200. Когда такой процесс будет завершен, внутренняя поверхность 13 пластины 8 сопла приобретает значительно большую шероховатость.

Между тем толщину пластины 8 сопла, наносимой в виде покрытия, можно регулировать с помощью следующего уравнения:

Путем задания соответствующих величин в вышеприведенном уравнении можно регулировать толщину пластины 8 сопла, требуемую для реального изделия. Предпочтительно толщина покрытия, образованного пластиной 8 сопла, составляет от 15 мк до 25 мк.

После завершения образования пластины сопла, имеющей желаемую толщину, рабочий отключает источник питания, тем самым прекращая процесс нанесения покрытия в виде пластины 8 сопла.

Затем шаблон 200, на котором образовано покрытие в виде пластины 8 сопла, вынимают из электролита и вставляют в стеклянный резервуар. После этого пластину 8 сопла подвергают термообработке.

Предпочтительно термообработку пластины 8 сопла выполняют при температуре от 20^oC до 30^oC. Таким образом, пластине 8 сопла придают соответствующую механическую прочность.

После этого пластину 8 сопла погружают в деионизированную воду, подвергают очистке приблизительно в течение 5 минут и высушивают.

Вышеописанный процесс образования пластины 8 сопла согласно настоящему изобретению в целом соответствует способу гальванопластики. Подобный способ гальванопластики отличается простотой и известен как способ, который не требует дорогостоящего оборудования и сложной технологии. Следовательно, если пластину сопла изготавливают в соответствии с настоящим изобретением, производительность процесса (отдача от процесса) в целом может быть существенно повышена.

После завершения вышеуказанного процесса сушки начинается операция формирования запирающего слоя 7 камеры для чернил на пластине 8 сопла.

Как показано на фиг. 3, пленку из органического вещества, например, полиимидный слой 7' с толщиной 30 мк осаждают на пластине 8 сопла. После этого на полиимидном слое 7' осаждают защитный маскирующий слой 20, выполненный из алюминия и имеющий толщину от 0,8 мк до 1 мк.

Далее слой фоторезиста (не показанный) осаждают на защитном маскирующем слое 20, на котором затем формируют рисунок, используя слой фоторезиста как маску. В данном случае, поскольку конфигурация получающейся в результате камеры для чернил образуется на слое фоторезиста, точная конфигурация камеры для чернил может быть получена на защитном маскирующем слое 20, когда операция формирования рисунка будет завершена.

После этого слой фоторезиста удаляют с помощью химикатов, а на полиимидном слое 7' формируют рисунок, используя защитный маскирующий слой 20 с образованным на нем рисунком в качестве маски. В данном случае, как описано выше, вследствие того, что точная конфигурация камеры для чернил уже была получена на защитном маскирующем слое 20, после завершения процесса формирования рисунка завершается образование полиимидного слоя 7' как окончательного запирающего слоя камеры для чернил, включая зону камеры для чернил.

Как показано на фиг. 4, защитный маскирующий слой удаляют с помощью химикатов, и пластину 8 сопла, объединенную с запирающим слоем 7 камеры для чернил, предназначенным для определения границ камеры 9 для чернил, отделяют от шаблона 200, используя химикаты, например, фтористый водород.

Когда такой процесс отделения будет завершен, узел 100 пластины сопла, в котором образовано множество отверстий для инжекции чернил, оказывается полностью готовым. В данном случае отверстия 10 проходят через внутреннюю поверхность 13 пластины 8 сопла и, таким образом, оказываются открытыми в направлении наружной поверхности 14.

Как описано выше, поверхность шаблона 200 отполирована посредством термообработки и операции обработки поверхности. Следовательно, наружная поверхность 14 пластины 8 сопла, которая контактирует с поверхностью шаблона 200 и окончательно отделяется путем вышеописанного процесса разделения, может сохранять существенно меньшую шероховатость, предпочтительно от 0,008 мк до 0,0016 мк.

Внутренняя поверхность 13 окончательно сформированной пластины 8 сопла получается шероховатой за счет применения электролита, содержащего NiH₂/SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS, и тем самым поддерживается исключительно большая шероховатость, предпочтительно от 1,0 мк до 1,5 мк.

Как показано на фиг. 5, узел 100 пластины сопла, включающий запирающий слой 7 камеры для чернил, который определяет границы камеры для чернил, располагают таким образом, чтобы он был обращен к бумаге для печати, тем самым завершая образование конструкции струйной печатающей головки.

В данном случае рядом с камерой 5 для чернил образуется канал 300 подачи чернил, предназначенный для формирования траектории подачи чернил, и чернила, подаваемые от внешнего устройства, поступают через канал 300 подачи чернил, как показано стрелками. Таким образом, камера 9 для чернил заполняется чернилами.

На фиг. 5 показан, лишь в качестве не ограничивающего изобретение примера, один из возможных вариантов осуществления узла пластины сопла.

Головка принтера включает узел 100 пластины сопла 8 и подложку 1, на которой расположен узел 100 пластины сопла 8. Узел 100 пластины сопла 8 формируют посредством способа по фиг. 1 - 4, как описано выше. Узел 100 пластины сопла 8 включает канал 300 подачи чернил, множество камер 9 для чернил, к которым примыкает нагревательный элемент 11. Вблизи к каналу 300 подачи чернил размещен запирающий слой 7 камеры для чернил 9. Внутренняя поверхность пластины сопла 8 обозначена ссылочным номером 13, а наружная поверхность пластины сопла 8 обозначена ссылочным номером 14. Отверстия пластины сопла 8 обозначены ссылочным номером 10.

Ниже разъясняется принцип функционирования струйной печатающей головки, в которой используется узел 100 пластины 8 сопла согласно настоящему изобретению.

Как показано на фиг. 5, если к слою электрода (не показанному) подается электрический сигнал от внешнего источника питания, электрическая энергия поступает к нагревательному элементу 11, соединенному со слоем электрода, и нагревательный элемент 11 быстро нагревается до высокой температуры, составляющей 500^oC или выше. Во время данного процесса электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию, и создается высокая температура от 500^oC до 550^oC.

Затем тепловая энергия передается в камеру 4 для чернил, которая контактирует с нагревательным элементом 11, и чернила 400, заполняющие камеру 4 для чернил, быстро нагреваются и превращаются в пузырьки.

В данном случае, если тепловая энергия непрерывно подается к камере 4 для чернил, превращенные в пузырьки чернила 400 быстро изменяются в объеме и расширяются. Таким образом, превращенные в пузырьки чернила 400 выдавливаются наружу через отверстие 10 пластины 8 сопла и готовы для выпуска. Чернила 400 преобразуются в овальные и круглые формы (пузырьков) по очереди благодаря их собственному весу и выдавливаются на бумагу для печати, чтобы тем самым был выполнен процесс быстрой печати.

Как описано выше, внутренняя поверхность 13 пластины 8 сопла выполнена шероховатой за счет использования электролита, изготовленного из NiH₂ /SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS, и за счет этого поддерживается большая шероховатость от 1,0 мк до 1,5 мк. Таким образом, поверхностное натяжение между внутренней поверхностью 13 пластины 8 сопла и чернилами 400 может быть существенно уменьшено. Таким образом, можно предотвратить слипаемость чернил 400. Следовательно, чернила могут быть плавно поданы из канала 300 подачи чернил в камеру 9 для чернил. Кроме того, в камеру 9 для чернил может быть подано достаточное количество чернил, тем самым предотвращается образование воздушных пузырьков.

Между тем наружная поверхность 14 пластины 8 сопла контактирует с поверхностью полированного шаблона 200 и в конце концов отделяется от данной поверхности, при этом сохраняется меньшая шероховатость от 0,008 мк до 0,0016 мк. Кроме того, может быть значительно увеличено поверхностное натяжение (между наружной поверхностью 14 и) чернилами 400. В результате можно решить проблему перекрестных искажений, когда чернила 400 растекаются, как показано пунктирной линией на фиг. 8, и текут в направлении соседнего отверстия.

В конструкциях по предшествующему техническому уровню для решения таких проблем, как перекрестные искажения или образование воздушных пузырьков, требовался процесс образования пленки, при котором использовалось дорогостоящее оборудование, и тем самым эффективность в целом снижалась.

Напротив, в соответствии с настоящим изобретением, пластина 8 сопла, у которой внутренняя поверхность 13 и наружная поверхность 14 имеют различную шероховатость, образуется путем применения недорогостоящего способа гальванопластики. Следовательно, такие вышеуказанные проблемы, как перекрестные искажения или образование воздушных пузырьков, можно решить без выполнения сложной операции, например, операции образования пленки.

Между тем в ситуации, когда чернила 400 выпускаются, при временном отключении электрического сигнала, поступающего от внешнего устройства, нагревательный элемент 11 быстро охлаждается. Тогда превращенные в пузырьки чернила 400, которые остаются в камере 4 для чернил, быстро сжимаются и создают восстанавливающее усилие для восстановления их до исходного состояния. Созданное таким образом восстанавливающее усилие обеспечивает быстрое снижение давления, поддерживаемого в камере 9 для чернил. Таким образом, чернила, которые текут через канал 300 подачи чернил, могут быстро вновь заполнить камеру 9 для чернил.

Таким образом, в струйной печатающей головке повторяются вышеописанные процессы инжекции чернил и повторного заполнения за счет электрического сигнала, тем самым осуществляется печать на бумаге для печати.

Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением, пластину сопла выполняют таким образом, чтобы ее внутренняя и наружная поверхности имели различную шероховатость, и это достигается за счет использования метода гальванопластики, отличающегося низкой стоимостью. Таким образом, отдача от процесса в целом увеличивается, и могут быть такие проблемы, как появление перекрестных искажений и образование воздушных пузырьков.

Хотя в данном описании изобретение разъясняется главным образом с точки зрения его использования в струйной печатающей головке, тем не менее настоящее изобретение может быть адаптировано к микронасосу в медицинских приспособлениях и устройству для впрыска топлива, в которых может быть применен микроинжектор.

Настоящее изобретение было описано со ссылкой на вышеупомянутые варианты его осуществления. Однако ясно, что в свете вышеприведенного описания для специалистов в данной области очевидно множество альтернативных модификаций и вариантов. Следовательно, настоящее изобретение охватывает все подобные альтернативные модификации и варианты, которые находятся в рамках изобретательской идеи и объема приложенных пунктов формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к изготовлению устройства для струйной печати. Предложены узел пластины сопла микроинжектора и способ изготовления этого узла, при котором шаблон, в котором образована зона отверстий, погружают в электролит, в котором NiH₂/SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS и деионизированная вода смешаны в заданном соотношении. После этого несколько раз подают ток, имеющий заданную плотность, чтобы тем самым образовать пластину сопла, имеющую множество отверстий. Полученная таким образом пластина сопла имеет разную шероховатость на внутренней и наружной поверхностях, что позволяет устранить перекрестные искажения и образование воздушных пузырьков. 2 с. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула

1. Способ изготовления узла пластины сопла микроинжектора, отличающийся тем, что он содержит операции образования шаблона для определения зоны отверстий, полировки поверхности шаблона, нанесения покрытия в виде пластины сопла на поверхность шаблона для частичного заполнения зоны отверстий, отделения пластины сопла от шаблона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция образования шаблона содержит операции формирования первой металлической пленки на подложке, на которой образована защитная пленка, формирования второй металлической пленки на первой металлической пленке, травления первой и второй металлических пленок для частичного обнажения защитной пленки.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что первую металлическую пленку изготавливают из ванадия.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что вторую металлическую пленку изготавливают из никеля.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция полирования поверхности шаблона содержит операции удаления жира и термообработки поверхности шаблона и поверхностной обработки шаблона в жидкости для пассивации, имеющей заданную температуру.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что термообработку шаблона выполняют при температуре 32 - 37^oC.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что термообработку шаблона выполняют в течение 10 - 14 мин.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что поверхностную обработку шаблона выполняют при температуре 22 - 27^oC.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что поверхностную обработку шаблона выполняют в течение 10 - 20 с.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит после операции нанесения покрытия в виде пластины сопла на поверхность шаблона, операцию завершения операции нанесения покрытия в виде пластины сопла посредством обеспечения толщины пластины сопла с использованием заданного уравнения.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что уравнение имеет следующий вид:

где δ - толщина пластины сопла;
P₁ - вес шаблона перед нанесением на него покрытия в виде пластины сопла;
P₂ - вес шаблона после нанесения на него покрытия в виде пластины сопла;
S - площадь, покрытая пластиной сопла;
γ - удельный вес пластины сопла.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что он содержит после операции завершения нанесения покрытия в виде пластины сопла операции термообработки пластины сопла в стеклянном резервуаре.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что термообработку выполняют при температуре 20 - 30^oC в стеклянном резервуаре.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что пластину сопла наносят в виде покрытия способом гальванопластики, используя жидкий электролит.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что электролит изготовлен из NiH₂/SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS и деионизированной воды, смешанных в заданном соотношении.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что электролит изготовлен при следующем соотношении компонентов: от 280 до 320 г/л NiH₂/SO₃/H, от 18 до 22 г/л NiCl₂ , от 28 до 32 г/л H₃BO₃ и от 0,03 до 0,08 г/л C₁₂H₂₅SO₄/NaS.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что электролит изготовлен из 300 г/л NiH₂/SO₃/H, 20 г/л NiCl₂, 30 г/л H₃BO₃ и 0,05 г/л C₁₂H₂₅SO₄/NaS.

18. Способ по п.14, отличающийся тем, что ток, используемый в процессе гальванопластики, подают в течение 40 - 60 мин при плотности 0,1 А/м², 25 - 35 мин при плотности 0,2 А/м², 18 - 22 мин при плотности 0,3 А/м², 18 - 22 мин при плотности 0,4 А/м², 8 - 12 мин при плотности 0,1 А/м².

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что ток подают в течение 60 мин при плотности 0,1 А/м², 30 мин при плотности 0,2 А/м², 20 мин при плотности 0,3 А/м², 20 мин при плотности 0,4 А/м² и в течение 10 мин при плотности 0,1 А/м².

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что пластину сопла наносят в виде покрытия с толщиной 15 - 25 мкм.

21. Узел пластины сопла микроинжектора, содержащий пластину сопла, в которой множество отверстий для инжекции чернил проходят через внутреннюю поверхность и открыты в направлении наружной поверхности, отличающийся тем, что пластина сопла образована в результате погружения шаблона, который имеет зону отверстий и поверхность которого отполирована путем термообработки, в электролит, изготовленный из NiH₂/SO₃/H, NiCl₂, H₃BO₃, C₁₂H₂₅SO₄/NaS и деионизированной воды, смешанных в заданном соотношении, и путем подачи тока, имеющего заданную плотность, при этом шероховатость полученной в итоге внутренней поверхности выше шероховатости наружной поверхности.

22. Узел по п. 21, отличающийся тем, что шероховатость внутренней поверхности составляет 1,0 - 1,5 мкм.

23. Узел по п.21, отличающийся тем, что шероховатость наружной поверхности составляет 0,008 - 0,0016 мкм.