專利名稱：噴墨打印機(jī)的噴墨裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于噴墨打印機(jī)的噴射裝置，尤其是指能夠?qū)崿F(xiàn)增強(qiáng)打印功能的噴射裝置，它采用多層薄膜制成各自具有不同的層間熱膨脹系數(shù)的多個(gè)夾層。
下面參照附

圖1描述常規(guī)的噴墨打印機(jī)的結(jié)構(gòu)及其工作原理。
噴墨打印機(jī)具有CPU10，用于從主計(jì)算機(jī)(圖中未示)的打印機(jī)接口接收一個(gè)信號，從存貯有控制打印機(jī)和整個(gè)系統(tǒng)的初始值的EPROM11中讀出一個(gè)系統(tǒng)程序，分析這些已存入的值，然后根據(jù)程序的內(nèi)容輸出控制信號；ROM12用于存儲控制程序和一些字體；RAM13用于在系統(tǒng)工作期間臨時(shí)存貯數(shù)據(jù)；ASIC電路20包含大部分CPU邏輯控制電路，用于從CPU10向各外部設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)；輸送頭驅(qū)動器30，根據(jù)由ASIC電路20輸出的CPU10的控制信號控制墨盒31的操作；主電機(jī)驅(qū)動器40用于驅(qū)動主電機(jī)41，并且防止墨盒31的噴嘴暴露在空氣中；回車電機(jī)驅(qū)動器50用于控制回車電機(jī)51的操作；以及換行電機(jī)驅(qū)動器60用于控制換行電機(jī)61的操作，這種電機(jī)是送/退紙用的步進(jìn)電機(jī)。
在上述裝置的工作期間，由主計(jì)算機(jī)發(fā)出的打印信號通過打印機(jī)接口輸出，根據(jù)CPU10的控制信號輸送到各電機(jī)41，51和61，執(zhí)行打印操作。此時(shí)，從其噴嘴內(nèi)的多個(gè)開孔中噴撒出去，墨盒31噴射墨汁形成墨點(diǎn)。
圖2中所示的墨盒31包括形成墨盒外輪廓的外殼1，內(nèi)有盛放泡沫填料的艙2，用于容納墨液。在墨盒31中還包括一個(gè)輸送頭3，如圖3所詳細(xì)示出的，它具有一個(gè)清除墨液中雜質(zhì)的過濾器32；一個(gè)存放過濾后的墨液的輸墨管33；一個(gè)使墨液從輸墨管33傳送到基片的墨液腔(見圖5)的墨通孔34；和一個(gè)帶有多個(gè)開孔的噴嘴板111，用于將從墨通孔34中輸送到墨液腔內(nèi)的墨液噴射到打印媒介(例如一張紙)上。
如圖4所示，除了墨通孔34外，輸送頭3還包括多個(gè)墨管37，墨液經(jīng)過墨管從墨通孔傳送到噴嘴板111的各開孔處；多個(gè)噴嘴110用于將由墨管37輸送來的墨液噴射出去；以及包括多個(gè)向芯片35供電的電連接件38。
如圖5所示，輸送頭3包括一個(gè)電阻層103，它在位于硅基底101上的氧化硅(SiO2)層102上形成，并且由電能加熱；電阻層103上形成有一對電極104和104′，電能由其提供；在這對電極104、104′和在電阻層103上形成有一保護(hù)層106，用于防止加熱區(qū)105由于與墨液的化學(xué)反應(yīng)而受到的侵蝕/損壞；墨液腔107通過加熱區(qū)105的加熱產(chǎn)生氣泡；墨液隔層109用于限定流入墨室107的墨液的空間，類似隔板的作用；還具有一個(gè)帶開孔110的噴嘴板111，在墨液腔107內(nèi)，利用體積的突變也就是說氣泡將墨液噴射出來。
這里的噴嘴板111和加熱區(qū)105各自具有規(guī)定的空間。電極對104和104′與一個(gè)端子電連接(未示出)，然后又連接到輸送頭控制器(圖1)，從而驅(qū)動墨液從各噴嘴開孔中噴射出來。
如上所述的傳統(tǒng)的噴墨設(shè)備的操作情況如下。輸送頭驅(qū)動器30傳輸電能到要打印的點(diǎn)陣處的該對電極104和104′，這種驅(qū)動操作是受CPU10的打印機(jī)端口發(fā)出的打印控制命令控制的。所述功率在預(yù)定時(shí)間內(nèi)經(jīng)過確定的一對電極104和104′傳，并產(chǎn)生電阻熱(單位為焦耳)加熱所述加熱區(qū)105，此時(shí)P＝I2R。加熱區(qū)105被加熱到500℃-550℃，這個(gè)熱傳導(dǎo)到保護(hù)層106上。當(dāng)熱傳導(dǎo)到直接濕潤該保護(hù)層的墨液時(shí)，由蒸汽壓力產(chǎn)生的氣泡分布集中在加熱區(qū)105的中間，并且是對稱分布的(見圖6)。因此墨液被加熱，形成氣泡，所產(chǎn)生的氣泡導(dǎo)致加熱區(qū)105上的墨液的體積改變，這個(gè)體積變化使墨液從噴嘴板111的開孔110中噴射出來。
此時(shí)，如果中斷同電極104和104′提供電能，加熱區(qū)105立即冷卻，于是膨脹的氣泡收縮，返回原來的墨液狀態(tài)。
因此墨液經(jīng)過膨脹及噴射后，呈點(diǎn)狀由噴嘴板的開孔向外噴射到打印介質(zhì)上，靠其表面張力形成一圖象。如此，隨著氣泡的排出，內(nèi)壓下降，于是促使墨液從貯墨的容器內(nèi)經(jīng)過墨通孔補(bǔ)充到墨液腔內(nèi)。
但是，上述構(gòu)造的常規(guī)的噴墨裝置具有若干不足之處。首先，由于氣泡是通過高溫加熱墨液而產(chǎn)生，墨液本身存在著熱變化，由于氣泡的沖擊波，使輸送頭的壽命下降。第二，墨液和保護(hù)層106之間相互產(chǎn)生電感應(yīng)，由于加熱區(qū)105和電極104、104′的交界處產(chǎn)生離子遷移，容易導(dǎo)致腐蝕，進(jìn)一步使輸送頭的壽命下降。第三，由于氣泡形成在盛放墨液的墨液腔內(nèi)，增加了墨液腔再補(bǔ)料的時(shí)間。第四，氣泡的形狀影響墨滴的進(jìn)給、圓度和均勻性，因此也影響打印的質(zhì)量。
美國的Ahn Byung-sun的題為“噴墨打印機(jī)的噴射裝置及其噴射方法”的專利申請No.介紹了一種解決上述問題的改進(jìn)的噴射裝置。
在這篇文獻(xiàn)中，推薦一種由具有高熱傳導(dǎo)性的均勻的材料制成的單層薄膜，例如Ag(銀)、Ae(鉛)、Cd(鎘)、Cs(銫)、K(鉀)、Li(鋰)、Mg(鎂)、Mn(錳)、Na(鈉)、Zn(鋅)。因此，盡管該薄膜的上部(與墨液腔相對)和薄膜的下部(與加熱室相對)具有相同的熱膨脹系數(shù)，但是由于與它們鄰接的材料具有不同的熱膨脹率，使薄膜上層處于低溫，并且具有較小的體積變化率。因此，薄膜的上層容易出現(xiàn)裂紋斷層現(xiàn)象。
而且，由于相應(yīng)于在薄膜的上和下部分之間的熱變化的收縮率沒有區(qū)別，因此將墨液從墨通孔經(jīng)墨管抽吸到墨液腔內(nèi)的力變小。此外，墨液膨脹之后，需經(jīng)過較長時(shí)間才能返回到原來的狀態(tài)，這會對墨液供給速度產(chǎn)生不利影響，從而降低了整體打印速度。
因此，本發(fā)明涉及于提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)存在的一個(gè)或多個(gè)缺陷的改進(jìn)的噴墨打印機(jī)的噴墨裝置。
本發(fā)明的目的在于提供一種采用由多層薄膜制成的具有良好的熱傳導(dǎo)性能的多個(gè)夾層的噴墨打印機(jī)的噴墨裝置，從而防止了墨液與復(fù)蓋電阻層的保護(hù)層接觸導(dǎo)致的腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，和避免了從開孔噴墨時(shí)產(chǎn)生的沖擊損壞加熱層，延長了墨盒輸送頭的壽命。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種采用由多層薄膜制成的各具有不同熱膨脹系數(shù)的多個(gè)夾層的噴墨打印機(jī)的噴墨裝置，它的噴射和再補(bǔ)墨周期縮短，因此提高了打印速度。
下面將是一步說明本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，它們在閱讀和實(shí)踐了本發(fā)明之后將變得更加易解和明確。本發(fā)明的目的和效果是通過說明書中關(guān)于特有結(jié)構(gòu)的說明和權(quán)利要求及附圖實(shí)現(xiàn)的。
為實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的目的的上述以及其它的優(yōu)點(diǎn)，如實(shí)施例的具體說明和廣義的說明，本發(fā)明的噴墨打印機(jī)的噴墨裝置包括一個(gè)基底；一個(gè)選擇性形成在該基底上的可發(fā)熱的電阻層，一對形成在電阻層上的電極，為該電阻層提供電能；一覆蓋在該對電極和電阻層上的保護(hù)層，用于防止腐蝕；一個(gè)形成在保護(hù)層上的加熱室隔板，形成在電阻層的加熱區(qū)上的加熱空間，其內(nèi)盛放由電阻層加熱而產(chǎn)生熱膨脹的工作液；多層薄膜，形成各具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)夾層，覆蓋在加熱室隔板上，將加熱空間密封；墨液隔層形成在多層薄膜上，將加熱空間密封；墨液隔層，形成在多層薄膜上，限定出容納墨液的墨液腔，引導(dǎo)由墨管輸送來的墨液；一噴嘴板形成在墨液隔層上，并且具有位于墨液腔上方的開孔，可將墨液腔內(nèi)所裝的墨液噴涂到打印介質(zhì)上；還包括電源連接裝置，向所述電極對提供相反極性的電能。
多層薄膜的多個(gè)夾層根據(jù)加熱空間內(nèi)被加熱膨脹產(chǎn)生的氣泡量出現(xiàn)不同的體積變化，在多層薄膜中最上面的薄膜夾層具有最大的熱膨脹系數(shù)，每個(gè)較低的夾層具有較低的熱膨脹系數(shù)，照此類推，最下面的薄膜夾層具有最小的熱膨脹系數(shù)。
本發(fā)明的噴墨打印機(jī)用噴墨裝置還包括形成在電阻層和基底之間的金屬層，它被電絕緣，并且具有良好的熱傳導(dǎo)性能，用于增強(qiáng)冷卻加熱空間時(shí)的抽吸力，實(shí)現(xiàn)快速冷卻。
如果結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，將更有助于對本發(fā)明及其良好效果的全面理解。附圖中相類似的標(biāo)號代表相同或相近似的部件，附圖為圖1是常規(guī)噴墨打印機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2是常規(guī)噴墨打印機(jī)的墨盒的剖視圖；圖3是圖2所示的輸送頭的放大的剖視圖；圖4是沿圖3的IV-IV′線的平面圖；圖5是沿圖4的V-V′線剖開的常規(guī)噴墨裝置的放大的剖視圖；圖6是說明操作情況的圖5的噴墨裝置的剖面示意圖；圖7是本發(fā)明的噴墨打印機(jī)的噴墨裝置的剖面圖；圖8-13是根據(jù)所施加的電信號進(jìn)行操作的本發(fā)明的噴墨裝置示意圖；圖14是本發(fā)明的噴墨打印機(jī)用噴墨裝置的優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖；圖15是本發(fā)明的噴墨打印機(jī)用噴墨裝置的又一實(shí)施例；圖16是沿圖15的XVI-XVI′線剖開的立體圖，主要表示幾個(gè)墨管；以及圖17是沿圖15的XVII-XVII′線剖開的立體圖，表示幾個(gè)墨管。
現(xiàn)在參照附圖舉例詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
如圖7所示，本發(fā)明的噴墨打印機(jī)用噴墨裝置包括一個(gè)形成在基底701上的電阻層703，一對形成在電阻層703上的電極704和704′，提供相反極性的電能；保護(hù)層706用于防止電極對704和704′及電阻層703的表面被腐蝕；加熱室隔層712形成在保護(hù)層706上，用于在電阻層703的加熱區(qū)上面建立一預(yù)定的空間；加熱室713由加熱室隔層712圍成，用于容納由電阻層703加熱產(chǎn)生的熱膨脹工作液；多層薄膜714，制成各具有不同的熱膨脹系數(shù)的多個(gè)夾層，用于覆蓋加熱室隔層712和密封加熱室713，墨液隔層709形成在多層薄膜上，限定出容納墨液的墨液腔，引導(dǎo)由墨管707傳輸?shù)哪?；噴嘴?11形成在墨液隔層709和墨液腔707上，帶有多個(gè)開孔710，用于將墨液腔707中的墨液噴涂到介質(zhì)上；還包括向該對電極704和704′提供相反極性的電能的電源連接裝置715。
多層薄膜714的各單個(gè)層根據(jù)在加熱室713內(nèi)部加熱期間熱膨脹產(chǎn)生的氣泡量產(chǎn)生不同的體積變化，其原因在于多層薄膜714的每一層具有不同的熱膨脹系數(shù)。也就是說，多層薄膜中最上面的薄膜具有最大的熱膨脹系數(shù)，每個(gè)較低的薄膜層具有較低的熱膨脹系數(shù)，依此類推，最低的薄膜層具有最小的熱膨脹系數(shù)。
多層薄膜714的上薄膜夾層714a的暴露的工作區(qū)域W2大于多層薄膜的下薄膜夾層的工作區(qū)域W1。
多層薄膜714的厚度最好是1μm-3μm。
在加熱室713中的工作液呈液態(tài)，氣態(tài)(例如空氣)或者氣液混合體。
與圖5和圖6所示的常規(guī)的噴墨裝置相反；在本發(fā)明中，多層薄膜714將加熱室713和墨液腔707分離開，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)將墨液直接由加熱區(qū)加熱所帶來的問題。也就是說，防止了墨液與電阻層直接接觸導(dǎo)致的腐蝕現(xiàn)象，電阻層受到保護(hù)，不會受氣泡的影響。
下面結(jié)合圖8-13介紹具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的噴墨裝置的操作情況。其中電源連接裝置715如圖所示連接電極對704和704′。這里，圖8、9和10表示通電狀態(tài)(供電)；圖11-13表示斷電狀態(tài)(電源中斷)。
為打印墨點(diǎn)在所需位置上，輸送頭驅(qū)動器30通過電源連接裝置715向有關(guān)的電極對發(fā)出電信號，將相反極性的電能提供到電極704和704′上。于是所施加的電能使電阻層加熱，由于熱傳導(dǎo)和熱對流現(xiàn)象，使加熱室713內(nèi)的工作液發(fā)生熱膨脹，熱量經(jīng)由加熱室713內(nèi)的工作液傳遞到多層薄膜714上。當(dāng)加熱室713內(nèi)部加熱時(shí)，熱膨脹導(dǎo)致氣泡產(chǎn)生，多層薄膜714中的每個(gè)夾層根據(jù)產(chǎn)生的氣泡量膨脹，由于上面的薄膜夾層714a具有最大的熱膨脹系數(shù)，因此它比下面的薄膜夾層714b出現(xiàn)更大的熱膨脹，盡管下面的薄膜夾層直接與加熱室713接觸，其溫度高于與墨液腔707中的墨液相接觸的上薄膜夾層。
在圖8中，上薄膜夾層714a的熱膨脹力(用箭頭A表示)由墨液腔707傳遞的熱產(chǎn)生，下薄膜夾層714b的熱膨脹力(用箭頭B表示)由加熱室713傳遞的熱產(chǎn)生。因此，作用在上薄膜夾層714a上的熱膨脹力大于作用在下薄膜夾層714b上的力。
在加熱室713的密封空間內(nèi)熱膨脹的蒸汽壓力大于在墨液腔707中的蒸汽壓力，這使得上薄膜夾層714a的熱膨脹率較大，在薄膜層714上產(chǎn)生一個(gè)垂直向上的力(用箭頭C表示)。于是變形的多層薄膜714開始驅(qū)動墨液腔707中的墨液流向噴嘴板711的開孔710。
如圖9所示，當(dāng)加熱室713的膨脹繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，多層薄膜714進(jìn)行變形，于是墨液腔707中的墨液逐漸地涌出噴嘴板711的開孔710。
圖10表示當(dāng)加熱室713中的熱膨脹達(dá)到飽和時(shí)，本發(fā)明噴墨裝置從開孔710噴射的瞬間。
在圖11中，隨著向電極時(shí)704和704′的供電的中斷，加熱室713中的工作液不再膨脹，并開始收縮，從開孔710噴出的墨滴開始從噴嘴板711分離，被噴射向打印介質(zhì)。此時(shí)，多層薄膜714中的每個(gè)夾層冷卻和收縮，但由于它們具有不同的熱膨脹系數(shù)，因此收縮率也不同。具體地說，具有最大熱膨脹系數(shù)的上薄膜夾層714a收縮最大，具有最小熱膨脹系數(shù)的下薄膜夾層714b收縮最小。
這里，上薄膜夾層714a的收縮率用箭頭A′表示，下薄膜夾層714b的收縮力用箭頭B′表示，在多層薄膜714中的每個(gè)夾層之間的收縮力之差產(chǎn)生了一個(gè)在多層薄膜上的垂直向下的力(用箭頭C′表示)。當(dāng)中斷向電極對704和704′供電后，上薄膜夾層714a的收縮很快發(fā)生，而下薄膜夾層714b的收縮緩慢得多。
然后，墨滴從噴嘴板711的噴口710完全脫離，并且形成圖12所示的橢圓形。
如圖13所示，由于作用在上薄膜夾層714a上的收縮力大于作用在下薄膜夾層714b上的力，多層薄膜714快速向內(nèi)即朝著加熱室713偏移，這種現(xiàn)象稱為下垂屈曲。因此，在墨液腔713中產(chǎn)生吸力，引起墨液的再補(bǔ)充。而且，與噴口710分離的墨滴由于表面的張力形成圓形，噴射到打印介質(zhì)上。
如圖14所示，在加熱室713中的熱氣的冷卻速度可提高，這是由于附加了具有良好熱傳導(dǎo)性能的金屬層716，它使多層薄膜714冷卻更快，因此增強(qiáng)了屈曲作用。金屬層716直接形成在基底701上面，位于電阻層703之下，并且與電阻層和電極704和704′電絕緣。
圖15表示本發(fā)明的又一實(shí)施例，其中噴嘴的位置鄰近加熱室。圖16和圖17分別是沿圖15的剖線XVI-XVI′和XVII-XVII′的立體圖。
在圖16中，多層薄膜814制成各具有不同熱膨脹系數(shù)的多個(gè)夾層，與圖7的裝置相同。
圖17表示一對電極804和804′(一個(gè)為公共電極)和多個(gè)電阻層803，用于加熱加熱室，其方式與第一個(gè)實(shí)施例所描述的相同，也采用電源連接裝置715實(shí)現(xiàn)。
如上所述，本發(fā)明能夠控制由多層薄膜制成的各具有不同熱膨脹系數(shù)的多個(gè)夾層的熱膨脹和收縮，根據(jù)多層薄膜的變形，進(jìn)行噴墨操作，因此可實(shí)現(xiàn)高速打印。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以按照本發(fā)明的噴墨打印機(jī)用噴墨裝置實(shí)現(xiàn)多種改進(jìn)方案，這些方案均未脫離本發(fā)明的范。因此，本發(fā)明并不限于上述描述的實(shí)施例，這些源于本發(fā)明的改進(jìn)以及改變均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印機(jī)用噴墨裝置，包括一個(gè)基底；一電阻層，選擇性地形成在所述基底上，用于發(fā)熱；一對電極，形成在所述電阻層上，用于向所述電阻層提供電能；加熱室隔層，在所述電阻層的加熱區(qū)上形成加熱室，該加熱室內(nèi)容納被電阻層加熱而膨脹的工作液；多層薄膜，由多個(gè)夾層所構(gòu)成，用于覆蓋所述加熱室隔層，并且密封該加熱室；墨液隔層，形成在所述多層薄膜上，以便限定一個(gè)容納墨液的墨液腔，用于引導(dǎo)由墨管傳輸?shù)哪?；噴嘴板，具有一定位的開孔，通過它將容納于墨液腔中的墨噴射到打印介質(zhì)上；電源連接裝置，用于向所述電極對提供相反極性的電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多層薄膜具有不同的熱膨脹系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述多層薄膜具有兩個(gè)夾層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述多層薄膜的最上面的薄膜夾層具有最大的熱膨脹系數(shù)，每個(gè)下面的薄膜夾層具有較小的熱膨脹系數(shù)，依此類推，最下面的薄膜夾層具有最小的熱膨脹系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述多層薄膜的厚度為1μm-3μm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述多層薄膜中最上面的薄膜夾層的工作區(qū)大于最下面的薄膜夾層的工作區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述多層薄膜中的每個(gè)薄膜夾層具有不同的收縮率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述加熱室的工作液選自由液體，氣體以及液體和氣體的混合物構(gòu)成的組。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，該氣體是空氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括一形成在所述電阻層和所述基底之間的金屬層。
全文摘要
噴墨打印機(jī)用噴墨裝置,包括選擇性形成于一基底上并用于發(fā)熱的電阻層;一對形成在電阻層上向電阻層提供電能的電極;一覆蓋在該對電極和電阻層上的保護(hù)層;一形成于保護(hù)層上的加熱室隔層;在保護(hù)層上的加熱區(qū)上形成的加熱室,多層薄膜制成各具有不同熱膨脹系數(shù)的多個(gè)夾層,形成在多層薄膜上的墨液隔層限定一墨液腔,在墨液隔層上形成的噴嘴板帶有噴孔,及向該對電極供應(yīng)相反極性電能的電源連接裝置。
文檔編號B41J2/055GK1184031SQ971201
公開日1998年6月10日 申請日期1997年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月8日
發(fā)明者安秉善 申請人:三星電子株式會社