專利名稱：高密度噴射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密度噴射裝置，尤其涉及一種既能增加噴孔的排列數(shù)量，又能降低因噴孔的排列數(shù)量增加所引發(fā)的擾流效應(yīng)的高密度噴射裝置。
在噴墨打印機(jī)的應(yīng)用之中，打印品質(zhì)的提高一直是使用者及制造者一致的目標(biāo)。
請參閱

圖1至圖3，圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)的噴墨頭的結(jié)構(gòu)示意圖。請參閱圖1，圖1為C.J.Kim，F(xiàn).G.Tseng and C.M.Ho，US No.6,102,530-“Apparatus and method for using bubbles as virtual valve in microinjector toeject fluid”的具有一虛擬閥門的噴墨裝置。如圖1所示，噴墨頭包含一硅基底10，一歧管11以輸送一墨水(未顯示)，一流體腔12，設(shè)于歧管11的一側(cè)，用以容納該墨水，一噴孔13，設(shè)于流體腔12的表面，用來供該墨水噴出，以及一噴射元件14a，14b，設(shè)于噴孔13的周圍。
如US Pat.NO.6,102,530中所述，噴墨頭利用噴射元件14a與14b達(dá)到預(yù)定溫度的速率上的差異來噴出該墨水。也就是說，在欲噴出該墨水時(shí)，先使噴射元件14a率先達(dá)到該預(yù)定的溫度，以在流體腔12靠近歧管11的位置先產(chǎn)生一第一氣泡(未顯示)，用來隔絕流體腔12及歧管11，以產(chǎn)生一虛擬閥門的效果，并減小擾流效應(yīng)的影響。接著再使噴射元件14b隨后達(dá)到該預(yù)定的溫度，以于該第一氣泡的右側(cè)產(chǎn)生一第二氣泡(未顯示)，用來與該第一氣泡共同來推擠該墨水，進(jìn)而使該墨水自噴孔13噴出。其中，該第二氣泡與該第一氣泡的結(jié)合，亦能減少衛(wèi)星墨滴的產(chǎn)生。
然而，US No.6,102,530的最大缺點(diǎn)，即在于需要以各向異性蝕刻的方式來制造歧管11與流體腔12，而由于各向異性蝕刻的工藝對于不同晶格方向有不同的蝕刻速度，因此欲使用US No.6,102,530的方法制作一個(gè)從背面穿透硅基底10的孔洞，勢必會(huì)在硅基底10的背面留下一個(gè)遠(yuǎn)大于正面的開孔(亦如圖3所示)，而造成空間上的莫大浪費(fèi)。此外，在組裝噴墨頭的過程中，硅基底10的背面也需要有足夠的空間用來上膠，以緊密接合一墨匣(未顯示)及一晶片(未顯示)。
舉例而言，在一個(gè)歧管狹窄處只有200μm的噴墨裝置中，其背面開孔為1156μm，再加上兩側(cè)所保留的上膠區(qū)，左右各1200μm，則背面寬度至少需要有3556μm。由此可知，在同一硅基底上，其硅基底正面的歧管寬度加上流體腔的寬度，仍遠(yuǎn)小于硅基底背面的歧管寬度加上點(diǎn)膠區(qū)的寬度。
此外，為了提高解析度，除了使用更多階的打印色彩。更精確的影像軟件外，最直接的方法就是增加噴墨頭的噴孔的排列密度，如此便可在相同的晶片大小下，獲得較佳的打印品質(zhì)。而欲達(dá)到此效果可以采用(1)減小噴孔直徑與(2)增加有效利用面積的方式。
請參閱圖2，圖2為直接增加噴孔的排列密度的示意圖。如圖2所示，每個(gè)歧管21周圍只排列一列的噴孔23，因此在600dpi的解析度時(shí)，就必須排列600個(gè)噴孔23(于圖2只顯示三個(gè))于一英寸的硅基底上，即在單位長度內(nèi)，必須塞進(jìn)多一倍的噴孔，這會(huì)使得制造困難度大幅增加。接著請參閱圖3，另一個(gè)方式則是制作二個(gè)歧管31，而每一歧管31周圍均只標(biāo)準(zhǔn)地排列300個(gè)噴孔33(于圖3只顯示兩個(gè))。但此舉卻會(huì)大幅增加晶片尺寸(如前所述)，而造成產(chǎn)品成本的上升與競爭力的下降。
因此，為了改善上述缺點(diǎn)，勢必要將重點(diǎn)放在增加同一歧管周圍的噴孔排列數(shù)量上，但是增加噴孔排列數(shù)量，各個(gè)流體腔之間的距離也將隨之縮小，而且在流體腔之間距離縮小的同時(shí)，流體腔之間也將產(chǎn)生一擾流效應(yīng)，造成打印品質(zhì)的降低。
因此，本發(fā)明主要目的在于提供一種更合乎經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的噴墨孔排列方式，以解決上述兩難的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可用于噴墨打印機(jī)的高密度噴射裝置，其包括有一歧管(manifold)、至少兩流體腔(chamber)與噴孔(orifice)設(shè)于該歧管的左右兩則，以及多個(gè)噴射元件設(shè)于各該噴孔附近，用來當(dāng)該流體腔充滿流體時(shí)，先產(chǎn)生一第一氣泡以做為一虛擬閥門(virtual valve)，然后再產(chǎn)生一第二氣泡以將該流體由該噴孔射出。
由于本發(fā)明的該流體腔以及該噴孔沿著該歧管呈相對或交錯(cuò)式的排列，故可有效地增加噴孔數(shù)量并降低擾流效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到提高噴墨打印品質(zhì)的目的。
以下結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖中圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)的噴墨頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4與圖5為本發(fā)明的高密度噴射裝置的工藝示意圖。
圖6為本發(fā)明的高密度噴射裝置的上視圖。
圖7為本發(fā)明的高密度噴射裝置的第二實(shí)施例示意圖。
圖8為本發(fā)明的高密度噴射裝置的第三實(shí)施例示意圖。
附圖標(biāo)號說明10、40硅基底11、21、31、41、71、81歧管12、42a、42b 流體腔13、23、33、48、78、88噴孔14a、14b、43、49、73、83 噴射元件44屋頂結(jié)構(gòu)層45保護(hù)層46、76、86導(dǎo)電層47、77、87電阻層請參閱圖4至圖6，圖4與圖5為本發(fā)明的高密度噴射裝置的工藝示意圖，而圖6為本發(fā)明的高密度噴射裝置的上視圖。如圖4所示，本發(fā)明先提供一硅基底40，其厚度例如約為675μm，接著使用一高濃度的氫氧化鉀(KOH)溶液來對硅基底40進(jìn)行一蝕刻工藝，以形成一歧管41。由于沿著硅的<100>及<110>方向的蝕刻速度遠(yuǎn)大于沿著<111>方向的蝕刻速度，所以在進(jìn)行從背面穿孔的該蝕刻工藝時(shí)，會(huì)在硅基底40上產(chǎn)生一大約54.74度的斜面，進(jìn)而造成背面開孔遠(yuǎn)大于正面的現(xiàn)象(如前所述)。
如圖5所示，隨后再進(jìn)行一濕蝕刻(wet etching)或干蝕刻(dry etching)工藝，于歧管41的兩側(cè)各形成一列流體腔42a、42b(于圖5中僅顯示兩個(gè))，且兩列流體腔42a、42b，以歧管41為基準(zhǔn)，呈左右對稱排列。相比于圖3所示的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)即使再加上二個(gè)流體腔42a、42b的寬度后，硅基底40的正面使用面積仍遠(yuǎn)低于其背面。也就是說，在同一歧管41中，本發(fā)明可以在不增加晶片尺寸的前提下，將噴孔的排列數(shù)量擴(kuò)增為二倍，使原本的解析度大幅增加為兩倍。
然后再于流體腔42a、42b之上沉積一屋頂結(jié)構(gòu)層44，屋頂結(jié)構(gòu)層44例如由氮化硅或類似具高強(qiáng)度，耐墨水腐蝕的薄膜構(gòu)成。接著再于屋頂結(jié)構(gòu)層44之上沉積一電阻層47，一導(dǎo)電層46(標(biāo)號46、47顯示于圖6)以及一保護(hù)層45，且電阻層47及導(dǎo)電層46即于流體腔42a、42b的表面構(gòu)成多個(gè)噴射元件43、49，當(dāng)作加熱元件，以提供該墨水加熱噴射的能量。最后，再直接以一激光或一蝕刻方式形成多個(gè)噴孔48，且各該噴孔48以左右對稱的方式排列，如圖6所示。其中，屋頂結(jié)構(gòu)層44用以承載加熱元件43、49，并隔絕加熱元件43、49與該流體(例如墨水)的接觸，而保護(hù)層45用來隔絕加熱元件43、49與空氣的接觸。
當(dāng)流體腔42a、42b中充滿該流體時(shí)，噴射元件43會(huì)在流體腔42a、42b中產(chǎn)生一第一氣泡以做為一虛擬閥門，提供該流體噴射的能量，然后噴射元件49會(huì)產(chǎn)生一第二氣泡以將該流體由流體腔42a、42b的噴孔48射出。
請參閱圖7，圖7為本發(fā)明的第二實(shí)施例的示意圖。圖7所示的第二實(shí)施例與圖4至圖6所示的實(shí)施例中的不同之處在于各噴孔78與歧管71的相對位置，亦即圖7所示的第二實(shí)施例是藉由噴射元件73的走位設(shè)計(jì)，而呈現(xiàn)左右非對稱的排列方式，來增加噴孔78的排列數(shù)量，提高打印品質(zhì)。其中噴射元件73即由電阻層77及導(dǎo)電層76所構(gòu)成(如前所述)。
然而當(dāng)有墨滴自噴孔78噴出時(shí)，氣泡對墨水所產(chǎn)生的推擠力量，及墨水回填時(shí)所產(chǎn)生的流動(dòng)力量，都是引起噴墨裝置中擾流效應(yīng)的原因，也就是說，當(dāng)噴孔78的排列距離縮減時(shí)，相鄰噴孔78之間的交互干擾將更趨嚴(yán)重。因此為減小此擾流效應(yīng)所引起的打印品質(zhì)不良，本發(fā)明便提出第三實(shí)施例。
請參閱圖8，圖8為本發(fā)明的第三實(shí)施例的示意圖。圖8所示的第三實(shí)施例與上述實(shí)施例的主要不同之處還在于各噴孔88與歧管81的相對位置。如圖8所示，雖然歧管81左右兩側(cè)的流體腔是排列相對，但藉由噴射元件83的走位設(shè)計(jì)，使得各噴孔88的排列錯(cuò)開一個(gè)距離，如此則可以達(dá)到增加單位長度噴出墨滴數(shù)量的效果，進(jìn)而能在記錄媒體上錯(cuò)開一個(gè)距離，達(dá)到增加解析度的功能，以表現(xiàn)出更精致的畫面。其中噴射元件83即由電阻層87及導(dǎo)電層86所構(gòu)成(如前所述)。
本發(fā)明的特點(diǎn)即在于，突破了以往只能以一個(gè)流體腔搭配一個(gè)歧管的技術(shù)瓶頸，而同時(shí)在一個(gè)歧管的兩側(cè)形成兩個(gè)流體腔，此外，在大幅增加單位面積內(nèi)流體腔數(shù)量的同時(shí)，還藉由噴射元件的走位設(shè)計(jì)，使得噴孔之間錯(cuò)開一個(gè)距離，而避開了現(xiàn)有技術(shù)中的擾流效應(yīng)，進(jìn)而提高打印的品質(zhì)。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在同一晶片尺寸下，能有效增加噴孔排列數(shù)量，并藉由一走位設(shè)計(jì)，降低因擾流效應(yīng)所產(chǎn)生的影響，而達(dá)到增進(jìn)打印品質(zhì)及降低成本的雙重目的。
雖然本發(fā)明以前述的優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做出一些更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由后附的權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
1.一種高密度噴射裝置，包括一基底；一歧管，形成于該基底中，用來提供至少一流體；至少二流體腔，排列在該歧管的相對兩側(cè)，用來輸送該歧管中的該流體，且各該流體腔中均包括至少一噴孔通達(dá)至該基底表面；以及多個(gè)噴射元件，設(shè)于該基底表面，且各該噴孔附近至少分別設(shè)有一第一噴射元件以及一第二噴射元件；其中，當(dāng)該流體腔充滿該流體時(shí)，該第一噴射元件會(huì)在該流體腔中產(chǎn)生一第一氣泡以做為一虛擬閥門，提供該流體噴射的能量，然后該第二噴射元件會(huì)產(chǎn)生一第二氣泡以將該流體由該流體腔的該噴孔射出。
2.如權(quán)利要求1所述的高密度噴射裝置，其中該高密度噴射裝置用來作為一噴墨打印機(jī)的噴墨頭。
3.如權(quán)利要求1所述的高密度噴射裝置，其中該歧管連接至一墨水匣，且該流體包括該墨水匣中的墨水。
4.如權(quán)利要求1所述的高密度噴射裝置，其中該噴射元件包括一加熱元件。
5.如權(quán)利要求4所述的高密度噴射裝置，其中該噴射元件包括一電阻層以及一導(dǎo)電層。
6.如權(quán)利要求5所述的高密度噴射裝置，其中該噴射元件表面另設(shè)有一保護(hù)層，且該保護(hù)層覆蓋于該電阻層以及該導(dǎo)電層之上，用來隔絕該加熱元件與空氣的接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的高密度噴射裝置，其中該噴射元件與該流體腔之間另設(shè)有一屋頂結(jié)構(gòu)層，且該屋頂結(jié)構(gòu)層由一具有高強(qiáng)度耐腐蝕的材料所構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的高密度噴射裝置，其中該屋頂結(jié)構(gòu)層包括一氮化硅層。
9.如權(quán)利要求1所述的高密度噴射裝置，其中該基底包括一硅基底。
10.如權(quán)利要求1所述的高密度噴射裝置，其中該流體腔以及該歧管利用一濕式蝕刻方式所制作。
11.如權(quán)利要求1所述的高密度噴射裝置，其中該噴孔使用一激光或蝕刻方式所形成的。
12.一種高密度噴射裝置，包括一基底，在該基底上沉積一鍍層及制造至少二流體腔，且每一流體腔至少包括一噴孔；一用以當(dāng)該二流體腔充滿流體時(shí)，在該二流體腔中分別產(chǎn)生一第一氣泡以作為虛擬閥門的第一氣泡產(chǎn)生構(gòu)件，且該第一氣泡產(chǎn)生構(gòu)件配置于該噴孔周緣；一用以當(dāng)該二流體腔充滿流體時(shí)，在該二流體腔中繼續(xù)該第一氣泡產(chǎn)生后，再分別產(chǎn)生一第二氣泡以將流體由該二流體腔射出的第二氣泡產(chǎn)生構(gòu)件，且該第二氣泡產(chǎn)生構(gòu)件配置于該噴孔周緣；以及一歧管，設(shè)于該基底之中，用以連接一流體儲(chǔ)存槽與該二流體腔，以提供該流體儲(chǔ)存槽中的該流體流至該二流體腔；其中該二流體腔排列于該歧管的左右兩側(cè)。
13.如權(quán)利要求12所述的高密度噴射裝置，其中該鍍層至少包括一屋頂結(jié)構(gòu)層、一電阻層以及一導(dǎo)電層。
14.如權(quán)利要求13所述的高密度噴射裝置，其中該二氣泡產(chǎn)生構(gòu)件均包括一加熱元件，且該加熱元件由該電阻層、該導(dǎo)電層以及一保護(hù)層所構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求14所述的高密度噴射裝置，其中該噴孔藉由該加熱元件中的該電阻層以及該導(dǎo)電層的走位設(shè)計(jì)，而以該歧管為基準(zhǔn)呈相對排列或錯(cuò)開一個(gè)距離。
16.如權(quán)利要求14所述的高密度噴射裝置，其中該屋頂結(jié)構(gòu)層用以承載該加熱元件并隔絕該加熱元件與該流體的接觸，而該保護(hù)層用來隔絕該加熱元件與空氣的接觸。
17.如權(quán)利要求12所述的高密度噴射裝置，其中該流體腔以及該歧管利用一濕式蝕刻方式所制作。
18.如權(quán)利要求12所述的高密度噴射裝置，其中該噴孔使用一激光或蝕刻方式所形成的。
19.如權(quán)利要求12所述的高密度噴射裝置，其中該歧管左右兩側(cè)的該二流體腔，相對排列或錯(cuò)開一個(gè)距離。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可用于噴墨打印機(jī)的高密度噴射裝置,包括一歧管、至少兩流體腔與噴孔設(shè)于該歧管的左右兩側(cè),以及多個(gè)噴射元件設(shè)于各該噴孔附近,用來當(dāng)該流體腔充滿流體時(shí),先產(chǎn)生一第一氣泡以做為一虛擬閥門,然后再產(chǎn)生一第二氣泡以將該流體由該噴孔射出。由于本發(fā)明的該流體腔以及該噴孔沿著該歧管呈相對或交錯(cuò)式的排列,故可有效地增加噴孔數(shù)量并降低擾流效應(yīng),進(jìn)而達(dá)到提高噴墨打印品質(zhì)的目的。
文檔編號B41J2/14GK1374193SQ01110989
公開日2002年10月16日 申請日期2001年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月9日
發(fā)明者呂椬境, 胡宏盛, 周忠誠, 徐聰平 申請人:明碁電通股份有限公司