專利名稱：具有通道阻擋器的噴墨頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總構(gòu)思涉及一種噴墨頭及其制造方法，尤其涉及一種具有通道阻擋器(channel damper)的噴墨頭及其制造方法。
背景技術(shù)：
噴墨記錄設(shè)備的作用在于通過向記錄媒體上的預(yù)期位置噴射印墨霧滴的方法打印圖像。由于價(jià)格低廉，并且能夠在高分辨率下打印出大量彩色圖像，所以這樣的噴墨記錄設(shè)備已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。所述噴墨記錄設(shè)備基本上包括一用于噴墨的噴墨頭和一墨水槽，所述墨水槽與所述噴墨頭之間具有流體通道。噴墨型噴墨記錄設(shè)備可以分為采用電熱換能器的熱動式和采用電機(jī)換能器的壓電式。
在所述噴墨記錄設(shè)備中采用的噴墨頭包括作為電熱換能器提供的發(fā)熱電阻和用于臨時(shí)存儲用于噴射到記錄媒體上的墨水的墨室。界定所述墨室包含位于其內(nèi)的發(fā)熱電阻器，所述墨室采用了壁壘結(jié)構(gòu)，例如鄰近發(fā)熱電阻布置的墨室層。
在授予Howard H.Taub等人的專利權(quán)的名稱為“用于熱噴墨打印頭的壁壘結(jié)構(gòu)”(barrier structure for Thermal Ink Jet Print Heads)的美國專利No.4794410中公開了一種具有上述壁壘結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)噴墨頭，所述壁壘結(jié)構(gòu)包圍了發(fā)熱電阻器的三個側(cè)面。
圖1是專利號為No.4794410的美國專利公開的傳統(tǒng)噴墨頭的壁壘結(jié)構(gòu)3的平面圖。
參照圖1，布置壁壘結(jié)構(gòu)3，使其包圍發(fā)熱電阻器1的三個側(cè)面。對壁壘結(jié)構(gòu)3加以配置，使三個壁壘相互連接，從而將發(fā)熱電阻器1的三個側(cè)面包圍起來，與此同時(shí)使發(fā)熱電阻器1的一側(cè)保持開放。通過壁壘結(jié)構(gòu)3界定用于將發(fā)熱電阻器1包含其中的墨室。所提供的由壁壘結(jié)構(gòu)3留下的開口部分將作為墨室和墨水送料通道(未示出)之間進(jìn)行液體流通的墨水通道5。通過墨水送料通道引入的墨水將通過墨水通道5暫時(shí)存儲在墨室中。通過發(fā)熱電阻器1瞬間加熱存儲在墨室中的墨水，從而在墨水中生成氣泡。氣泡增大了墨室中的氣壓，從而通過噴嘴將墨水從墨室中，以霧滴的形狀噴出。這時(shí)，通過噴嘴將墨室中的墨水噴到外部，與此同時(shí)通過墨水通道5回流至墨水送料通道?；亓鳜F(xiàn)象的原因在于由發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的氣泡通過墨水通道5向墨水送料通道膨脹?；亓鳜F(xiàn)象降低了噴墨所需的氣壓，從而降低了從噴嘴噴出的霧滴的速度和正直度。另外，在墨水噴出后，還會降低墨水重新注入墨室的速度，從而降低了噴墨頻率。
在如圖1所示的具有壁壘結(jié)構(gòu)3的噴墨頭中，回流現(xiàn)象可能引起問題。也就是說，墨水通道5完全敞開了發(fā)熱電阻器的一側(cè)，使得在噴墨時(shí)，大量墨水通過墨水通道5回流至墨水送料通道。因此，降低了墨滴的速度和正直度，噴墨頻率也減小了。
為了解決上述問題，提出在壁壘結(jié)構(gòu)的兩端形成限制器的方法，以減小墨水通道的橫截面積。例如，在美國專利No.4882595中公開了具有限制器的噴墨頭。限制器的形成使墨水回流現(xiàn)象的減少成為了可能，但是由于墨水通道橫截面積的減小，墨水重新注入墨室的速度可能會降低。
總之，將始終要求有關(guān)噴墨頭的研究最大化地限制由發(fā)熱電阻器導(dǎo)致的墨水向墨室外部的膨脹，以增大墨滴的噴射速度和正直度，與此同時(shí)增大墨水再次注入的速度，從而增加墨水的噴射頻率。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述和/或其他問題，本發(fā)明總構(gòu)思的一方面提供了一種具有提高的噴射速度和頻率的噴墨頭。
本發(fā)明總構(gòu)思的另一方面提供了一種制造具有提高的噴射速度和頻率的噴墨頭的方法。
本發(fā)明總構(gòu)思的其他方面和優(yōu)點(diǎn)的一部分將在本說明書中予以闡述，一部分從本說明書中顯而易見，或者可以通過對本發(fā)明總構(gòu)思的實(shí)踐獲悉。
本發(fā)明總構(gòu)思的上述和/或其他方面和優(yōu)勢是通過提供一種具有通道阻擋器的噴墨頭而實(shí)現(xiàn)的，所述噴墨頭包括布置在襯底上、產(chǎn)生噴墨氣壓的發(fā)熱電阻器；布置在所述襯底上的墨室層，用于將所述發(fā)熱電阻器包圍起來，以提供至少一個開口部分，并具有從襯底計(jì)的第一高度；一布置在所述開口部分上的通道阻擋器，從而和墨室層一起將所述發(fā)熱電阻器徹底包圍起來，其具有比第一高度低的第二高度；具有與發(fā)熱電阻器對應(yīng)的噴嘴的噴嘴層，其所處位置與所述墨室層的上表面接觸。
墨室層可以由單個樹脂層構(gòu)成，其具有從襯底表面計(jì)的第一高度。所述墨室層可以包括下部墨室層和覆蓋下部墨室層的上部墨室層。下部墨室層可以由與通道阻擋器同樣的材料層制成，并且具有與通道阻擋器相同的高度。也就是說，下部墨室層和通道阻擋器可以是同樣的樹脂層，通過其布置，將所述發(fā)熱電阻器徹底包圍起來。
可以在通道阻擋器和下部墨室層與發(fā)熱電阻器之間保留預(yù)定距離，以包圍發(fā)熱電阻器，而且，可以將通道阻擋器和下部墨室層布置成矩形框架?？梢詫⑼ǖ雷钃跗骱拖虏磕覍硬贾贸森h(huán)形結(jié)構(gòu)，以包圍發(fā)熱電阻器。
在將通道阻擋器和下部墨室層布置成矩形框架時(shí)，可以在布置通道阻擋器的位置提供所述開口部分，從而使發(fā)熱電阻器的至少一側(cè)敞開。此外，所提供的開口部分可以使所述發(fā)熱電阻器的至少一個角部開放。所提供的開口部分的可以使發(fā)熱電阻器上選定的一側(cè)，以及發(fā)熱電阻器選定側(cè)兩端的角部敞開。此外，所提供的開口部分可以使發(fā)熱電阻器的三個角部以及三個角部之間的兩個側(cè)面敞開。
所述噴墨頭可以進(jìn)一步包括一透過襯底的墨水送料通道?？梢詫⒛土贤ǖ啦贾贸蓹M貫?zāi)覍拥囊粋?cè)，以及包圍發(fā)熱電阻器的通道阻擋器的線形。此外，可以將阻擋層(blocking layer)布置在發(fā)熱電阻器一側(cè)的襯底上，從而與所述通道阻擋器隔開?？梢詫⑺鲎钃鯇硬贾贸膳c發(fā)熱電阻器的一側(cè)平行的條形。
還可以通過提供一種制作噴墨頭的方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明總構(gòu)思的上述和/或其他方面和優(yōu)勢，所述方法包括在一襯底上形成一發(fā)熱電阻器，以生成噴墨所需的壓力；在具有所述發(fā)熱電阻器的襯底上形成一墨室/阻擋器層，從而將所述發(fā)熱電阻器包圍起來；以及在具有所述墨室/阻擋器層的襯底上形成一上部墨室層和一噴嘴層。所述上部墨室層形成于所述墨室/阻擋器層的預(yù)定區(qū)域上，從而在所述墨室/阻擋器層中，對應(yīng)于由上部阻擋器層暴露的區(qū)域，界定至少一個通道阻擋器。所述噴嘴層與所述上部墨室層的上表面接觸，并且形成了具有與發(fā)熱電阻器相對應(yīng)的噴嘴。


通過下文中參照附圖的說明，本發(fā)明總構(gòu)思的這些和/或其他方面和優(yōu)勢將更加顯而易見，其中圖1是傳統(tǒng)噴墨頭的壁壘結(jié)構(gòu)的平面圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的實(shí)施例的噴墨頭采用的壁壘結(jié)構(gòu)的平面圖；圖2B是沿圖2A中所示的I-I′線得到的橫截面圖；圖2C是圖2A中所示的壁壘結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3A到圖7B是說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的其他實(shí)施例的壁壘結(jié)構(gòu)的圖示；圖8A到圖11B是說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的其他實(shí)施例的壁壘結(jié)構(gòu)的圖示；圖12A到圖14B是說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的其他實(shí)施例的壁壘結(jié)構(gòu)的圖示；圖15是說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的具有壁壘結(jié)構(gòu)的噴墨頭的局部平面圖；圖16A到圖16E是沿圖15中所示的II-II′線得到的橫截面圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的另一實(shí)施例的噴墨頭的制作方法；圖17A和圖17B是沿圖15中所示的II-II′線得到的橫截面圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的另一實(shí)施例的噴墨頭的制作方法；圖18A是根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的另一實(shí)施例的噴墨頭采用的壁壘結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)和尺寸的平面圖；圖18B是沿圖18A中所示的III-III′線得到的橫截面圖；以及圖19A到圖19F是說明具有如圖18A和圖18B所示的壁壘結(jié)構(gòu)的噴墨頭的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果的圖示。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照實(shí)施例對本發(fā)明的總構(gòu)思予以詳細(xì)說明，附圖中給出了本發(fā)明實(shí)例的圖示，其中類似的參考號始終表示類似的元件。下面將參照圖示對實(shí)施例予以說明，以解釋本發(fā)明的總構(gòu)思。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的實(shí)施例的噴墨頭采用的壁壘結(jié)構(gòu)的平面圖，圖2B是沿圖2A中所示的I-I′線得到的橫截面圖。圖2C是圖2A中所示的壁壘結(jié)構(gòu)的透視圖。
參照圖2A到圖2C，在襯底S上布置發(fā)熱電阻器R。所述發(fā)熱電阻器R可以由高熔點(diǎn)金屬制成，例如鉭(Ta)或其合金。從平面圖上看，發(fā)熱電阻器R可以為正方形。此外，發(fā)熱電阻器R可以由兩個矩形的子發(fā)熱體構(gòu)成，從而在整體上形成正方形。所述噴墨頭具有壁壘結(jié)構(gòu)B，從而在平行于襯底S的主平面的方向上將發(fā)熱電阻器R徹底包圍起來，壁壘結(jié)構(gòu)B包括墨室層C，從而將所述發(fā)熱電阻器R部分包圍(環(huán)繞)起來，以便提供至少一個開口部分O，和一布置在所述開口部分O處，由墨室層C界定的通道阻擋器D，從而和墨室層C一起將發(fā)熱電阻器R徹底包圍(環(huán)繞)起來。墨室層C具有從襯底S計(jì)的第一高度H1，通道阻擋器D具有比第一高度低的第二高度H2。將噴嘴層NL布置成與所述墨室層C的上表面接觸。噴嘴層NL具有與發(fā)熱電阻器R對應(yīng)的噴嘴N。墨室IC是由壁壘結(jié)構(gòu)B和噴嘴層NL在發(fā)熱電阻器R的上部空間中界定的。所提供的由墨室層C界定的開口部分起著墨水通道I的作用，從而將墨水送料通道(未示出)和墨室IC連接起來。根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的一方面，可以通過布置在開口部分O的通道阻擋器確定墨水通道I的高度H3。也就是說，墨水通道I的高度H3是由墨室層C的第一高度H1和通道阻擋器D的第二高度H2之間的差值確定的。
下文中，將對壁壘結(jié)構(gòu)B進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
如上文所述，壁壘結(jié)構(gòu)B包括墨室層C和通道阻擋器D。墨室層可以由具有從襯底計(jì)的第一高度的單個樹脂層構(gòu)成，或者包括下部墨室層LC和上部墨室層UC的兩個樹脂層構(gòu)成。在墨室層C包括下部墨室層LC和上部墨室層UC時(shí)，下部墨室層LC和通道阻擋器D均由相同的樹脂層構(gòu)成，并且具有從襯底計(jì)的相同的第二高度?？梢圆捎猛瑯拥墓に嚭筒牧闲纬上虏磕覍覮C和通道阻擋器D，以包圍所述發(fā)熱電阻器R。在下文中，將針對一構(gòu)造予以說明，在這一構(gòu)造中，墨室層C包括下部墨室層LC和上部墨室層UC。另外，在同時(shí)指代下部墨室層LC和通道阻擋器D時(shí)，使用術(shù)語“墨室/阻擋器層”。襯底S可以包括涂覆層或保護(hù)層，熱阻層和/或連接至發(fā)熱電阻器R的導(dǎo)電層，這些是公知的。
墨室/阻擋器層既可以是熱固樹脂層，又可以是具有負(fù)感光性的樹脂層。此外，包圍發(fā)熱電阻器R的墨室/阻擋器層可以具有矩形框架外形，在平行于襯底主表面的方向上，其內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間的第一寬度為W1?？梢允股喜磕覍佑羞x擇地覆蓋墨室/阻擋器層。如圖2C所示，上部墨室層UC可以不覆蓋發(fā)熱電阻器R地四個角部。因此，可以將由上部墨室層UC暴露出的部分墨室/阻擋器層界定為通道阻擋器D，將由上部墨室層UC覆蓋的部分上部墨室層UC界定為下部墨室層LC。上部墨室層UC既可以是熱固樹脂層，又可以是具有負(fù)感光性的樹脂層。上部墨室層UC的內(nèi)側(cè)與發(fā)熱電阻器R之間的距離可以和下部墨室層LC的內(nèi)側(cè)與發(fā)熱電阻器R之間的距離相等，第二寬度W2大于等于墨室/阻擋器層的內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間的第一寬度W1。如圖2A到圖2C所示，上部墨室UC可以具有比第一寬度W1寬的寬度，以增強(qiáng)與襯底之間的粘結(jié)性。
如圖2A到圖2C所示的壁壘結(jié)構(gòu)B可以包括墨室層C，其提供了開口部分O，發(fā)熱電阻器R的四個角部中的相應(yīng)一個通過所述開口部分O敞開，通道阻擋器布置在開口部分O中。在開口部分O中界定了四個具有由通道阻擋器D界定的高度H3的墨水通道I。通過墨水送料通道(未示出)提供的墨水可以通過墨水通道I引入墨室IC。所引入的墨水被發(fā)熱電阻器瞬時(shí)加熱以生成氣泡。根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的一個方面，墨水可以通過四個墨水通道I膨脹。因此，在噴墨時(shí)，所述噴墨頭與具有三側(cè)壁壘結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)噴墨頭相比，可以減輕氣泡向墨室外部的膨脹。因此，在噴墨之后，新的墨水可以通過四個墨水通道迅速重新注入。
與此同時(shí)，可以對包圍發(fā)熱電阻器R的阻擋層B的外形進(jìn)行多種修改。只要在下文中描述的實(shí)施例中沒有做額外說明，在結(jié)合圖3A到圖7B的說明中，所引用的元件名稱將與圖2A到圖2C中引用的元件名稱相同。
圖3A到圖7B是說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的其他實(shí)施例的噴墨裝置采用的壁壘結(jié)構(gòu)的圖示。圖3A、4A、5A、6A和7A是所述壁壘結(jié)構(gòu)的平面圖，圖3B、4B、5B、6B和7B分別是圖3A、4A、5A、6A和7A中所示的壁壘結(jié)構(gòu)的透視圖。
參照圖3A到圖7B，壁壘結(jié)構(gòu)中的每一個均包括形成于襯底S上的墨室層C3、C4、C5、C6或C7，以提供開口部分O3、O4、O5、O6或O7，發(fā)熱電阻器R的至少一側(cè)通過所述開口部分敞開(暴露)；以及布置在開口部分O3、O4、O5、O6或O7的通道阻擋器D3、D4、D5、D6或D7，從而和墨室層C3、C4、C5、C6或C7一起包圍(圍繞)發(fā)熱電阻器R。
圖8A到圖11B是說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的其他實(shí)施例的壁壘結(jié)構(gòu)的圖示。圖8A、9A、10A和11A為所述壁壘結(jié)構(gòu)的平面圖，圖8B、9B、10B和11B分別為圖8A、9A、10A和11A中所示的壁壘結(jié)構(gòu)的透視圖。
參照圖8A到圖11B，所述壁壘結(jié)構(gòu)中的每一個均包括形成于襯底S上的墨室層C8、C9、C10或C11，用于提供開口部分O8、O9、O10或O11，發(fā)熱電阻器R的至少一個角部通過所述開口部分敞開；以及布置在所述開口部分O8、O9、O10或O11上的通道阻擋器D8、D9、D10或D11，用于和墨室層C8、C9、C10或C11一起將發(fā)熱電阻器徹底包圍起來。這里，所述的發(fā)熱電阻器R的至少一個角部部分可以包括發(fā)熱電阻器R的鄰邊的預(yù)定部分。
圖12A到圖14B是說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的其他實(shí)施例的壁壘結(jié)構(gòu)的圖示。圖12A、13A和14A是所述壁壘結(jié)構(gòu)的平面圖，圖12B、13B和14B分別是圖12A、13A和14A中所示的壁壘結(jié)構(gòu)的透視圖。
參照圖12A和圖12B，所述壁壘結(jié)構(gòu)包括形成于襯底S上的墨室層C12，用于提供開口部分O12，發(fā)熱電阻器R的一個選定側(cè)和相對于發(fā)熱電阻器R的選定側(cè)的一對相對側(cè)的兩個角部通過所述開口部分敞開；以及布置在開口部分O12上的通道阻擋層D12，用于和墨室層C12一起將發(fā)熱電阻器R徹底包圍起來。
參照圖13A和圖13B，所述壁壘結(jié)構(gòu)包括布置在襯底S上的墨室層C13，用于提供開口部分O13，發(fā)熱電阻器R的三個角部，以及位于所述的三個角部之間的兩個側(cè)面通過所述開口部分敞開(暴露)；以及布置在開口部分O13中的通道阻擋器D13，用于和墨室層C13一起將發(fā)熱電阻器R徹底包圍起來。
參照圖14A和圖14B，所述壁壘結(jié)構(gòu)可以具有環(huán)狀構(gòu)造，以包圍發(fā)熱電阻器R。也就是說，所述壁壘結(jié)構(gòu)包括墨室層C14，用于提供開口部分O14，發(fā)熱電阻器R的選定部分通過所述開口部分敞開(暴露)，以及布置在所述開口部分14中的通道阻擋器D14，用于和墨室層一起將發(fā)熱電阻器R徹底包圍起來，并形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。如圖2A到圖2C所示，墨室層C14可以包括下部墨室層和上部墨室層(未示出)。在所述環(huán)形結(jié)構(gòu)中，包括下部墨室層和通道阻擋器D14的墨室/阻擋器層可以包圍發(fā)熱電阻器R。盡管在14A和圖14B中，開口部分O14之間具有相同的間距，但是可以使開口部分O14之間具有不同間距。因此，在圓環(huán)方向上的一段通道阻擋器14的長度可以和其他段的長度不同。而且，壁壘結(jié)構(gòu)可以為橢圓形結(jié)構(gòu)或多邊形結(jié)構(gòu)。
圖15是說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的另一實(shí)施例的具有壁壘結(jié)構(gòu)的噴墨頭的局部平面圖。
參照圖15，在襯底100上布置了多個發(fā)熱電阻器R?？梢栽谝r底100上，暗預(yù)定圖案布置發(fā)熱電阻器R。例如，可以將發(fā)熱電阻器R布置成兩排，墨水送料通道可以位于發(fā)熱電阻器R之間。此外，可以將發(fā)熱電阻器R布置成矩陣圖案，其中，將墨水送料通道110布置在適當(dāng)位置。除發(fā)熱電阻器R外，可以在襯底100上進(jìn)一步布置其他層和結(jié)構(gòu)。例如，可以采用諸如硅酮(silicone)氧化層的熱阻擋層覆蓋襯底100?？梢栽跓嶙钃鯇由喜贾冒l(fā)熱電阻器R。此外，可以在襯底S上進(jìn)一步布置為發(fā)熱電阻器R提供用以噴墨的電信號的金屬線，以及用于覆蓋發(fā)熱電阻器R和金屬線的隔離鈍化層。
分別布置包圍發(fā)熱電阻器R的壁壘結(jié)構(gòu)B。壁壘結(jié)構(gòu)B包括具有從襯底100計(jì)的第一高度的墨室層C，和具有小于第一高度的第二高度的通道阻擋器D?？梢酝ㄟ^發(fā)熱電阻器R的上部和壁壘結(jié)構(gòu)B界定墨室IC。壁壘結(jié)構(gòu)B可以具有圖2A到圖2C中所示的結(jié)構(gòu)相同，反之，還可以具有如圖3A到圖14B中所示的各種改動結(jié)構(gòu)。墨水送料通道110可以穿透襯底100，也可以具有橫貫壁壘結(jié)構(gòu)B一側(cè)的線形。可以在墨室層C上布置具有板狀結(jié)構(gòu)的、與墨室層的上表面接觸的噴嘴層(未示出)。噴嘴層可以具有布置在與發(fā)熱電阻器R的上表面相對應(yīng)的、用于噴墨的位置上?？梢栽诎l(fā)熱電阻器R之間的襯底100上布置與壁壘結(jié)構(gòu)B間隔一定距離的阻擋層(blockinglayers)105。布置阻擋層105可以防止在噴墨時(shí)和重新注入墨水時(shí)相鄰的噴嘴相互干擾，所述阻擋層105可以具有和發(fā)熱電阻器R的一側(cè)平行的條狀?？梢圆捎弥谱髂褻，更具體地說，是圖2A到圖2C中所描述的上部墨室層，所采用的工藝形成阻擋層105。因此，可以采用相同的材料制作阻擋層105和上部墨室層，而且，其可以具有相同的高度。但是，在壁壘結(jié)構(gòu)B防止了相鄰噴嘴之間的干擾的情況下，可以省略阻擋層105。在襯底的兩側(cè)可以進(jìn)一步布置側(cè)壁104b，以提供在襯底上用作墨水流動路徑的流道。與阻擋層105類似，可以采用制作上部墨室層的工藝形成側(cè)壁104b，因此，可以采用與上部墨室層相同的材料層，并具有與之相同的高度。
圖16A和圖16E是沿圖15中所示的II-II′線得到的橫截面圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的另一實(shí)施例的噴墨頭的制作方法。
參照圖16A，在襯底300上形成發(fā)熱電阻器R。所述發(fā)熱電阻器R可以由高熔點(diǎn)金屬制成，例如鉭或其合金?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法形成發(fā)熱電阻器R，這里省略了對所述公知方法的說明。在具有發(fā)熱電阻器R的襯底300上可以形成墨室/阻擋器樹脂層302。可以通過旋涂方法，采用對墨水具有化學(xué)耐性的熱固樹脂層或負(fù)感光樹脂層形成墨室/阻擋器樹脂層302。
參照圖16B，對墨室/阻擋器樹脂層302構(gòu)圖，以形成徹底包圍發(fā)熱電阻器R的墨室/阻擋器層302’?？梢詫δ?阻擋器層302′構(gòu)圖，使之具有矩形框架結(jié)構(gòu)，從而在平行于襯底300和發(fā)熱電阻器R的主表面方向上包圍相應(yīng)的發(fā)熱電阻器R。可以通過光刻工藝或各向異性刻蝕工藝對墨室/阻擋器層302構(gòu)圖。另一方面，可以使墨室/阻擋器層302′具有環(huán)形結(jié)構(gòu)，以包圍相應(yīng)的發(fā)熱電阻器R。墨室/阻擋器層302′與圖2B所示的通道阻擋器具有相同的高度。
參照圖16C，在具有墨室/阻擋器層302′的襯底300上形成墨室樹脂層(未示出)。所形成的墨室樹脂層覆蓋墨室/阻擋器層302′，并且和圖2B中所示的墨室層C具有相同的高度H1，所述高度H1從襯底300計(jì)起。之后，對墨室樹脂層構(gòu)圖，以形成覆蓋墨室/阻擋器層302′的預(yù)定部分的上部墨室層304a。形成使發(fā)熱電阻器R的預(yù)定部分敞開(暴露)的上部墨室層304a。在本發(fā)明總構(gòu)思的一方面中，所形成的上部墨室層304a可以暴露所述發(fā)熱電阻器R的四個角部，如圖15所示。因此，所界定的通道阻擋器與上部墨室層304a所暴露的墨室/阻擋器層302′的四個角部相對應(yīng)，所界定的下部墨室層與墨室/阻擋器層302′相對應(yīng)，所述墨室/阻擋器層302′與上部墨室層304a交疊。盡管如圖16C所示，僅在墨室/阻擋器層302′上形成上部墨室層304a，但是上部墨室層304a的寬度可以大于墨室/阻擋器層302′的寬度，從而和襯底300接觸，以提高粘結(jié)度。另一方面，在對墨室樹脂層構(gòu)圖的過程中，可以一同形成阻擋層(圖15中的105)。此外，在襯底300的兩側(cè)形成側(cè)壁304b，以界定作為墨水流動路徑提供的通道的橫向末端(lateral end)。
參照圖16D，在具有上部墨室層304a的襯底300上形成犧牲模具層(mold layer)306′。所述犧牲模具層306′填充墨室/阻擋器層302′，上部墨室層304a和側(cè)壁304b之間的空間，其高度與上部墨室層304a的高度相等?？梢圆捎媚軌蛲ㄟ^溶劑去除的正感光樹脂層形成犧牲模具層306′。之后，在上部墨室層304a上形成噴嘴樹脂層(未示出)和犧牲模具層306′，對噴嘴層構(gòu)圖，從而在與發(fā)熱電阻器R的上部對應(yīng)的位置上形成具有噴嘴308′的噴嘴層308?？梢圆捎秘?fù)感光樹脂層形成噴嘴樹脂層，并采用光刻工藝對其構(gòu)圖。
參照圖16E，形成穿過襯底300中央的墨水送料通道310?？梢酝ㄟ^公知的各向異性刻蝕工藝形成墨水送料通道310。之后，采用適當(dāng)?shù)娜軇?，通過濕法蝕刻工藝去除犧牲模具層306′，從而在犧牲模具層306′被去除的部分最終形成作為墨水流動路徑的通道。
圖17A和圖17B是沿圖15中所示的II-II′線得到的橫截面圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的另一實(shí)施例的噴墨頭的制作方法。
參照圖17A，通過完成與圖16A和圖16B中所示的相同的工藝，在襯底500上形成包圍發(fā)熱電阻器R的墨室/阻擋器層502′。之后，在具有墨室/阻擋器層502′的襯底500上形成模具樹脂層506?？梢圆捎谜泄鈽渲纬赡＞邩渲瑢?06。模具樹脂層與圖16C中所述的墨室樹脂層具有同樣的高度。
參照圖17B，通過完成蝕刻工藝，對模具樹脂層506構(gòu)圖，以形成犧牲模具層506′。所形成的犧牲模具層506′覆蓋如圖16D所示的部分。在具有犧牲模具層506′的襯底正面上形成可能進(jìn)行構(gòu)圖的樹脂層(未示出)，例如，負(fù)感光樹脂層。之后，對樹脂層進(jìn)行構(gòu)圖，以形成墨室層504a、側(cè)壁504b和具有對應(yīng)于發(fā)熱電阻器R的噴嘴508’的噴嘴層508。之后，通過完成如圖16E所示的相同工藝制作噴墨頭。
為了測量根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思構(gòu)建的噴墨頭的噴墨性能，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。
圖18A是說明計(jì)算機(jī)模擬所采用的，根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的一方面的噴墨頭的壁壘結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)和尺寸的平面圖；圖18B是沿圖18A的III-III′線得到的橫截面圖。在圖18A和圖18B中，將壁壘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成具有圖2A和圖2C中所示的結(jié)構(gòu)。但是，將墨室層(圖2A中的C)的寬度W2設(shè)計(jì)成等于通道阻擋器(圖2A中的D)的寬度W1。
圖19A到圖19F是說明具有如圖18A和圖18B所示的壁壘結(jié)構(gòu)的噴墨頭的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果的圖示。如圖19A到19F所示，在發(fā)熱電阻器產(chǎn)生熱能之后，在時(shí)間基礎(chǔ)上，分別得到了經(jīng)過了0μsec，2μsec，4μsec，6μsec，9μsec和21μsec后的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果。
參照圖19A到圖19F，在經(jīng)過了2的時(shí)間點(diǎn)上開始噴出墨滴。如圖19B所示，這時(shí)所產(chǎn)生的氣泡向墨室外膨脹。但是，氣泡的膨脹已經(jīng)通過如圖18A和圖18B所示的四個墨水通道I分散了，而且，氣泡向墨室IC外膨脹的長度減小了。因此，在噴墨后，加快了重新注入墨水的速度，因而在大約20之后完成了墨水的重新注入。此外，測得的噴墨周期，噴墨速度和墨滴體積的最大值分別為30KHz、19.5m/sec和4.2pl。這些結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的相應(yīng)值約為18KHz、13m/sec和4.5pl的，具有三側(cè)壁壘結(jié)構(gòu)的噴墨頭相比，噴墨性能得到了改善。也就是說，高噴墨頻率意味著在噴墨之后，易于完成墨水向墨室的重新注入，高噴墨速度意味著可能進(jìn)行高速打印。此外，由于和常規(guī)墨滴體積相比，可以保持所述墨滴體積大于等于基準(zhǔn)墨滴體積，因此，有可能在保持高分辨率的情況下進(jìn)行高速打印。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明總構(gòu)思的噴墨頭能夠通過形成具有通道阻擋器的壁壘結(jié)構(gòu)的方式，在噴墨過程中減少墨水的回流現(xiàn)象，從而提高了噴墨頻率和噴墨速度。
盡管已經(jīng)對本發(fā)明總構(gòu)思的一些實(shí)施例進(jìn)行了展示和說明，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是在不背離權(quán)利要求及其等同要件界定的本發(fā)明總構(gòu)思的精神和范圍的前提下，可以對這些實(shí)施例做出改變。
本申請要求于2004年6月25日提交的韓國專利申請No.2004-48555的權(quán)益，在此將其全文引入以做參考。
權(quán)利要求
1.一種噴墨頭，其包括一襯底；一布置于所述襯底上的發(fā)熱電阻器；一壁壘結(jié)構(gòu)，其包括一布置在所述襯底上的，具有一個或多個部分的墨室層，其具有沿垂直于所述襯底主表面的第一方向的第一高度，并且在平行于所述襯底的主表面的第二方向上包圍所述發(fā)熱電阻器的一個或多個第一部分，形成于一個或多個墨室層的相鄰末端部分之間的一個或多個開口部分，其在所述第二方向上不包圍所述發(fā)熱電阻器的一個或多個第二部分，和布置在一個或多個開口部分處的、具有低于所述第一高度的第二高度的一個或多個通道阻擋器；以及一布置在所述墨室層上、與所述襯底相對的噴嘴層，從而和墨室層一起形成對應(yīng)于所述發(fā)熱電阻器的墨室，所述噴嘴層具有和墨室連通的噴嘴。
2.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭，其中，所述的一個或多個通道阻擋器從襯底向所述噴嘴層突出至第二高度，以形成面積比所述的一個或多個開口部分狹窄的墨水通道。
3.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭，其中，一個或多個通道阻擋器和所述噴嘴層一起形成墨水通道，以防止包含在墨室中的墨水從墨室噴出時(shí)，在墨室和墨水通道之間產(chǎn)生墨水回流現(xiàn)象。
4.如權(quán)利要求3所述的噴墨頭，其中，一個或多個通道阻擋器防止在墨室和墨水通道之間產(chǎn)生回流現(xiàn)象，從而使墨滴保持等于或大于參考值。
5.如權(quán)利要求3所述的噴墨頭，其中，所述墨水通道具有等于或小于所述第一高度和第二高度之差的第三高度。
6.如權(quán)利要求1所述的噴墨頭，其進(jìn)一步包括布置在所述襯底上、并且與所述發(fā)熱電阻器間隔的第二發(fā)熱電阻器；以及與所述壁壘結(jié)構(gòu)間隔開的第二壁壘結(jié)構(gòu)，其包括布置在所述襯底上的、具有一個或多個部分的第二墨室層，其具有沿所述第一方向的第一高度，并且在所述第二方向上包圍所述第二發(fā)熱電阻器的一個或多個第三部分，形成于一個或多個第二墨室層的相鄰末端部分之間的一個或多個第二開口部分，其在所述第二方向上不包圍所述第二發(fā)熱電阻器的一個或多個第四部分，以及布置在位于所述襯底和噴嘴層之間的一個或多個第二開口部分上的一個或多個第二通道阻擋器，其具有低于所述第一高度的第二高度。
7.如權(quán)利要求6所述的噴墨頭，其進(jìn)一步包括形成于所述襯底和噴嘴層之間、提供第一通路和第二通路的墨水通道，從而將墨水分別提供給所述壁壘結(jié)構(gòu)和第二壁壘結(jié)構(gòu)；以及一形成于所述襯底和噴嘴層之間的側(cè)壁。
8.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭，其中，所述側(cè)壁與所述壁壘結(jié)構(gòu)和所述第二壁壘結(jié)構(gòu)均隔開，以分別提供其間的第一墨水通路和第二墨水通路。
9.如權(quán)利要求6所述的噴墨頭，其進(jìn)一步包括形成于所述襯底和噴嘴層之間、提供通路的墨水通道，所述的一個或多個開口部分通過所述通路與所述的一個或多個第二開口部分連通；以及形成于所述襯底上、位于所述壁壘結(jié)構(gòu)和第二壁壘結(jié)構(gòu)之間的墨水通道中的阻擋壁，以提供比所述墨水通道的通路窄的第二通路。
10.如權(quán)利要求9所述的噴墨頭，其中，所述阻擋壁具有比所述第一高度低，比所述第二高度高的第三高度。
11.如權(quán)利要求9所述的噴墨頭，其中，所述阻擋壁具有高于所述第二高度的第三高度。
全文摘要
一種具有通道阻擋器的噴墨頭及其制造方法。該噴墨頭包括一襯底；一布置于所述襯底上的發(fā)熱電阻器；一壁壘結(jié)構(gòu)，其包括一布置在襯底上的，具有一個或多個部分的墨室層，其具有沿垂直于襯底主表面的第一方向的第一高度，并且在平行于襯底的主表面的第二方向上包圍發(fā)熱電阻器的一個或多個第一部分，形成于一個或多個墨室層的相鄰末端部分之間的一個或多個開口部分，其在第二方向上不包圍發(fā)熱電阻器的一個或多個第二部分，和布置在一個或多個開口部分處的、具有低于第一高度的第二高度的一個或多個通道阻擋器；以及一布置在墨室層上、與襯底相對的噴嘴層，從而和墨室層一起形成對應(yīng)于發(fā)熱電阻器的墨室，噴嘴層具有和墨室連通的噴嘴。
文檔編號B41J2/055GK101070008SQ2007101118
公開日2007年11月14日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者樸用植, 金光烈, 樸性俊 申請人:三星電子株式會社