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微型噴射裝置和用于制造該裝置的方法

文檔序號:2476819閱讀:142來源:國知局
專利名稱:微型噴射裝置和用于制造該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及微型噴射裝置和噴墨打印頭,特別涉及含隔膜的微型噴射裝置。本發(fā)明還涉及一種用于制造這種微型噴射裝置的方法。
微型噴射裝置通常是指一種為打印紙、人體或機動車提供預(yù)定量液體(諸如油墨、藥液或石油產(chǎn)品)的裝置,在該裝置中所采用的方法是將預(yù)定量的電能或熱能施加到上述液體中以使所述液體發(fā)生體積上的變化。這種方法能夠?qū)㈩A(yù)定量的液體施加于一個特定的物體上。
近年來,電子技術(shù)的進(jìn)步使得這種微型噴射裝置得以迅猛的發(fā)展。因此,微型噴射裝置已廣泛地用于人們的日常生活中。日常使用的微型噴射裝置的一個例子是噴墨打印機。
噴墨打印機是微型噴射裝置中的一種形式,其不同于常規(guī)的點式打印機的地方在于通過使用墨盒能夠以各種顏色實現(xiàn)印刷工作。與常規(guī)的點式打印機相比,噴墨打印機的另外的優(yōu)點是噪聲低、印刷質(zhì)量有提高。因此,噴墨打印機已獲得極大的普及。
噴墨打印機通常包括打印頭,所述打印頭具有多個直徑很小的噴嘴。在這樣的噴墨打印頭中,通過接入或斷開從外部裝置所施加的電信號使最初處于液態(tài)的油墨發(fā)生變化并膨脹呈氣泡狀態(tài)。然后,呈氣泡狀態(tài)的油墨膨脹并被排出,從而實現(xiàn)在打印紙上的打印操作。
下面幾篇美國專利文獻(xiàn)描述了現(xiàn)有技術(shù)的幾種噴墨打印頭的結(jié)構(gòu)和操作。授予Vaught等人的、題目為“熱噴墨打印機”的美國專利No.4,490,728描述了一種基本的打印頭。授予Aden等人的、題目為“用于噴墨打印頭的薄膜裝置以及用于制造該裝置的方法”的美國專利No.4,809,428以及授予Komuro的、題目為“用于噴液記錄頭的基底的制造方法和由這種方法所制造的基底”的美國專利No.5,140,345描述了噴墨打印頭的制造方法。授予Johnson等人的,題目為“用于噴墨打印頭高溫操作的油墨通道幾何結(jié)構(gòu)”的美國專利No.5,274,400描述了改變供墨通道的尺寸以設(shè)置流阻的方法。授予Keefe等人的、題目為“噴墨打印頭”的美國專利No.5,420,627描述了一種特別的打印頭設(shè)計形式。
在這樣一種傳統(tǒng)的噴墨打印頭中,利用由加熱電阻層所產(chǎn)生的高溫?zé)崃窟M(jìn)行噴墨。這里,如果液體腔室中的油墨長時間暴露在高溫下,那么油墨成分中的熱變會使所述裝置的使用壽命迅速降低。
近年來,為了克服這個問題,人們已經(jīng)提出了一種方法,這種方法通過在加熱電阻層和液體腔室之間插入基體狀(substrate-shaped)隔膜,且由填充在加熱腔室中的工作液體的蒸汽壓力引起隔膜的體積的變化。由此,容納在液體腔室中的油墨被平穩(wěn)地排出。
在這種情況下,由于隔膜設(shè)置在液體腔室和加熱電阻層之間,因此能夠避免油墨與加熱電阻層之間的直接接觸。因此,使油墨中的熱變最小化。關(guān)于這種打印頭的例子見授予Kruger等人的、標(biāo)題為“具有氣泡驅(qū)動的柔性隔膜的噴墨打印機”的美國專利No.4,480,259。
在上述含隔膜的噴墨打印頭中,容納在加熱腔室中工作液體所傳遞的蒸汽壓力使隔膜膨脹和回縮,由此使隔膜的體積發(fā)生變化。接著,預(yù)定大小的沖量被傳遞給容納在液體腔室中的油墨,從而使油墨能夠被噴射到外部的打印紙上。這里,上述隔膜體積變化同時發(fā)生在整個隔膜上。
由于隔膜在操作過程中頻繁地進(jìn)行體積變化,如果所述隔膜是由鎳制成的,那么由于鎳的沖擊傳遞性能或操作彈性(即初始狀態(tài)的回復(fù)能力),隔膜的一個較弱部分可能發(fā)生褶皺。具體說,所述褶皺變形可能出現(xiàn)在隔膜中沒有被加熱腔室的結(jié)構(gòu)所支承的部分上。
另外,上述沒有被加熱腔室的結(jié)構(gòu)所支承的部分是隔膜中用于向上推動油墨的一個主要操作部分。因此,如果在這樣一個主要操作部分中出現(xiàn)褶皺,那么隔膜的機械性能將大大地降低。
另一方面,例如考慮到材料的應(yīng)力或粘附性能(與加熱腔室或液體腔室的粘附性能),如果隔膜是由聚酰亞胺制成的,那么隔膜的主要操作部分能夠保持韌性并在一定程度上可承受變形(諸如褶皺)。但是,聚酰亞胺的沖擊傳遞性能和操作彈性都非常弱。因此,隔膜的主要操作部分不能迅速地對加熱腔室中所產(chǎn)生的蒸汽壓力作出反應(yīng),從而不利于噴墨的平穩(wěn)操作。
因此,噴墨打印頭的整體打印效果被大大地降低。
因此,本發(fā)明的一個目的在于提供一種改進(jìn)的微型噴射裝置。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種具有改進(jìn)的噴射效果的微型噴射裝置。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種能夠避免對其中的隔膜造成損壞的微型噴射裝置。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種改進(jìn)了隔膜的機械性能的微型噴射裝置。
為了達(dá)到本發(fā)明的上述目的和其它的優(yōu)點,隔膜的主要操作部分具有兩個區(qū)域具有高沖擊傳遞特性和操作彈性的沖擊薄膜區(qū)域(例如,鎳薄膜區(qū)域);和具有高伸縮特性的有機薄膜區(qū)域(例如,聚酰亞胺薄膜區(qū)域)。上述兩個區(qū)域用作能對油墨產(chǎn)生強大的向上推力的沖量傳遞媒介、能快速恢復(fù)的媒介以及用于分散和消除應(yīng)力的樞紐,從而可防止隔膜出現(xiàn)褶皺。另外,具有經(jīng)過這種改進(jìn)的主要操作部分的隔膜在操作過程中可承受應(yīng)力和具有較好的反應(yīng)能力。因此,可大大地提高打印性能。
為了便于人們能夠充分地理解本發(fā)明以及認(rèn)識本發(fā)明所帶來的各種優(yōu)點,下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述,在附圖中,相同或相似的部件用相同的附圖標(biāo)記表示,附圖中

圖1是示出本發(fā)明所涉及的噴墨打印頭第一實施例的透視圖;圖2是沿圖1中的II-II線所截取的噴墨打印頭的剖視圖;圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的隔膜的平面視圖;圖4是示出本發(fā)明所涉及的噴墨打印頭第一實施例的第一操作狀態(tài)的剖視圖;圖5是示出本發(fā)明所涉及的噴墨打印頭第一實施例的第二操作狀態(tài)的剖視圖;圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的隔膜的第一操作狀態(tài)的剖視圖;圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的隔膜的第二操作狀態(tài)的剖視圖;圖8是示出本發(fā)明所涉及的噴墨打印頭第二實施例的透視圖;圖9a至圖9d是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的噴墨打印頭的制造方法的剖視圖;圖10a至圖10d是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的隔膜的制造方法的剖視圖;圖11a至圖11b是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的隔膜的制造方法的剖視圖12a至圖12e是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的隔膜的制造方法的剖視圖。
現(xiàn)將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述,附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。如圖1和圖2中所示,在本發(fā)明所涉及的噴墨打印頭中,由SiO2制成的保護(hù)膜2形成在由硅-基體1上,利用外部裝置所提供的電能進(jìn)行加熱的加熱電阻層11形成在所述保護(hù)膜2上,用于將由所述外部裝置所施加的電能輸送給所述加熱電阻層的電極層3形成在所述加熱電阻層11上。所述電極層3與共用電極12相連,由電極層3所供給的電能被加熱電阻層11轉(zhuǎn)換成熱能。
同時,由加熱腔室隔擋層5所限定的加熱腔室4形成在所述電極層3上以覆蓋所述加熱電阻層11,由所述加熱電阻層11轉(zhuǎn)換的熱能被輸送到所述加熱腔室4中。加熱腔室4中充填有工作液體,所述工作液體能夠很容易地產(chǎn)生蒸汽壓力。在操作中,所述工作液體被所述加熱電阻層11所輸送的熱能迅速地汽化。另外,由所述工作液體汽化所產(chǎn)生的蒸汽壓力被傳遞給形成在加熱腔室隔擋層5上的隔膜20上。
接著,由液體腔室隔擋層7限定的并與所述加熱腔室4同軸的液體腔室9形成在隔膜20上,所述液體腔室9中充填有適量油墨。這里,噴嘴10形成在液體腔室隔擋層7上以覆蓋液體腔室9,所述噴嘴10用作排出墨滴的噴射口。噴嘴10穿透噴嘴板8形成以使所述噴嘴與加熱腔室4和液體腔室9同軸。
在上述結(jié)構(gòu)中,隔膜20具有沉積分層結(jié)構(gòu),其中有機薄膜21形成在整個加熱腔室隔擋層5上以覆蓋加熱腔室4,與加熱腔室4同軸布置的粘附薄膜23形成在有機薄膜21上從而與形成加熱腔室4的區(qū)域相對應(yīng),沖擊薄膜24形成在粘附薄膜23上。即,沖擊薄膜24位于隔膜20中與加熱腔室4所處位置相對應(yīng)的主操作部分中。粘附有沖擊薄膜24的有機薄膜21形成了薄膜20的下部。
在操作過程中,沖擊薄膜24的體積被迅速地改變并將較強的沖力傳遞給容納在形成于沖擊薄膜24之上的液體腔室9中的油墨。同時,具有極好伸縮性的有機薄膜21的體積也被迅速地改變,從而能夠分散和消除沖擊薄膜24上的應(yīng)力。
有機薄膜21最好由具有極好的伸縮性和延展性的聚酰亞胺制成。這里,有機薄膜21與形成在隔膜20上的液體腔室隔擋層7粘附在一起。通常,液體腔室隔擋層7是由對于油墨具有較強的耐受性的聚酰亞胺制成。如上所述,有機薄膜21由與制造腔液體室隔擋層7相同的聚酰亞胺制成。從而可可以在有機薄膜21與液體腔室隔擋層7之間獲得強力的粘附。
沖擊薄膜24最好由具有極好的回復(fù)力性能的鎳制成。這樣,由鎳制成的沖擊薄膜24可迅速地對由工作液體汽化所產(chǎn)生的蒸汽壓力作出反應(yīng),由此體積被迅速地改變。因此,可使容納在液體腔室9中的油墨被迅速地排向噴嘴10。
用于提供粘附力的粘附薄膜23形成在有機薄膜21與沖擊薄膜24之間。因此,由不同材料制成的有機薄膜21和沖擊薄膜24可彼此牢固地粘附在一起。粘附薄膜23最好由釩、鈦或鉻制成。
在現(xiàn)有技術(shù)中,如果隔膜是由鎳制成的,那么在隔膜的主要操作部分中將會出現(xiàn)褶皺,從而顯著地降低隔膜的機械性能。另一方面,如果隔膜是由聚酰亞胺制成的,那么隔膜的主要操作部分將不能迅速地對從加熱腔室所產(chǎn)生的蒸汽壓力作出反應(yīng),從而大大地降低了總體打印效果。
為了克服這些問題,在本發(fā)明中,將鎳和聚酰亞胺都用于隔膜20的主要操作部分中。即,如圖3中所示,具有極好回復(fù)力的沖擊薄膜24形成在隔膜20的主要操作部分中,并且隨后具有極好延展性的有機薄膜21形成在隔膜20的下部。這樣,由加熱腔室4的蒸汽壓力在沖擊薄膜24中所產(chǎn)生的應(yīng)力被傳遞到具有極好伸縮性和延展性的有機薄膜21上,從而使應(yīng)力被分散和消除。這樣,隔膜20能夠在不起褶皺的情況下迅速地對工作液體的蒸汽壓力作出反應(yīng)。因此,大大地提高了總體打印質(zhì)量。
如圖4中所示,當(dāng)電信號從外部電源施加到電極層3上時,與電極層3接觸的加熱電阻層11被供給電能并被迅速地加熱到500℃高溫或更高溫度。在這個過程中,電能被轉(zhuǎn)換成大約500℃-550℃的熱能。
接著,熱能被傳送到與加熱電阻層11接觸的加熱腔室4中。然后,充填在加熱腔室4中的工作液體被迅速地汽化以產(chǎn)生預(yù)定大小的蒸汽壓力。接著,蒸汽壓力被傳遞到位于加熱腔室隔擋層5上的隔膜20上,這樣將具有預(yù)定大小的沖量P施加到隔膜20上。
在這種情況下,如圖4中所示,隔膜20沿著箭頭70所示方向迅速地膨脹并彎曲成圓形。從而將較強的沖擊傳遞給容納在液體腔室9中的油墨100,油墨100在沖量的作用下變成氣泡并被容易地排出。
如上所述,本發(fā)明的隔膜20是由兩個區(qū)域組成的,包括具有極好沖擊傳遞性能的沖擊薄膜24和用于分散和消除沖擊薄膜24上應(yīng)力的有機薄膜21。因此,可以消除在傳統(tǒng)隔膜中所出現(xiàn)的諸如褶皺的變形。
由鎳制成的沖擊薄膜24在單位面積上的重量最好大于由聚酰亞胺制成的有機薄膜21在單位面積上的重量。因此,如圖6中所示,根據(jù)等式P=mΔV(其中P是沖量,m是隔膜的重量,ΔV是膨脹過程中隔膜被移動的體積),沖擊薄膜24能夠?qū)⑤^大的沖量傳遞給容納在液體腔室9中的油墨。
另外,有機薄膜21最好由伸縮性和延展性都好于由鎳制成的沖擊薄膜24的聚酰亞胺制成。如圖6中所示,沖擊薄膜24上的應(yīng)力δ2可被縮減成應(yīng)力δ1,從而使應(yīng)力被分散和消除。
如圖5中所示,當(dāng)從外部電源所施加的電信號被切斷時,加熱電阻層11迅速地冷卻下來,加熱腔室4中的蒸汽壓力迅速地下降。接著,加熱腔室4的內(nèi)部迅速地形成真空。然后,真空在隔膜20上施加與前述沖量相對應(yīng)的強大彎曲力(buckling power)B,從而使隔膜20回縮至其初始狀態(tài)。
如圖5中所示,隔膜20沿著箭頭72所示方向迅速回縮以將強大彎曲力傳遞到液體腔室4的內(nèi)部。接著,準(zhǔn)備通過隔膜20膨脹而排出的油墨100由于其自身重力而變形成橢圓形,再變形成圓形,接著噴射到打印紙上。這樣,在打印紙上完成了快速打印操作。
本發(fā)明所涉及的隔膜20包括具有極好沖擊傳遞性能的沖擊薄膜24和具有極好伸縮性以用于分散和消除沖擊薄膜24上應(yīng)力的有機薄膜21。因此,可以防止在傳統(tǒng)隔膜中所出現(xiàn)的例如褶皺的變形。另外,隔膜20可向著加熱腔室4快速地回復(fù)并且并且可以獲得極好的操作反應(yīng)作用。
由聚酰亞胺制成的有機薄膜21的伸縮性好于由鎳制成的沖擊薄膜24。如圖7中所示,有機薄膜21可使沖擊薄膜24上的應(yīng)力δ4被縮減成的應(yīng)力δ3,從而使該應(yīng)力被分散和消除。
如圖8中所示,在本發(fā)明另一個實施例的噴墨打印頭中,與沖擊薄膜24的一側(cè)表面接觸并與加熱腔室4的上部邊緣重疊的輔助有機薄膜22形成在隔膜20的有機薄膜21上。在這種情況下,輔助有機薄膜22用于進(jìn)一步增強有機薄膜21的伸縮性。因此,有機薄膜21可以更加平穩(wěn)的方式消除沖擊薄膜24上的應(yīng)力。
在本實施例的這種結(jié)構(gòu)中,形成在有機薄膜21上的輔助有機薄膜22與形成在隔膜20上的液體腔室隔擋層7粘附在一起。這里,與有機薄膜21類似,輔助有機薄膜22也是由制成液體腔室隔擋層7的相同的聚酰亞胺制成。因此,輔助有機薄膜22可更牢固地粘附到液體腔室隔擋層7上。
現(xiàn)將詳細(xì)地描述用于制造本發(fā)明的噴墨打印頭的第一種方法。第一種制造方法包括三個獨立的工序。由三個工序制造的各部件(例如由加熱電阻層11和加熱腔室隔擋層5組件、隔膜20以及由噴嘴板8和液體腔室隔擋層7組件等)在相應(yīng)的位置處通過后續(xù)實施的排列工序而相互組裝在一起。從而,可得到完整的噴墨打印頭。
在第一方法中,作為第一個工序,如圖9a所示,將金屬(諸如多晶硅)沉積在由硅-基體1上,由SiO2制成的保護(hù)膜2形成在由硅-基體1上。接著,利用圖案膜(pattem film)(未示出)對多晶硅進(jìn)行蝕刻以部分地露出保護(hù)膜2,從而在保護(hù)膜2形成加熱電阻層11。
然后,將金屬(諸如鋁)沉積在保護(hù)膜2上以覆蓋加熱電阻層11。接著,利用圖案膜對鋁進(jìn)行蝕刻以露出加熱電阻層11的中央表面,從而形成與加熱電阻層11的兩個側(cè)面相接觸的電極層3。
然后,將有機材料(諸如聚酰亞胺)沉積在電極層3上以覆蓋加熱電阻層11。接著,利用圖案膜對聚酰亞胺進(jìn)行蝕刻以露出加熱電阻層11和電極層3的部分表面,從而形成了加熱腔室隔擋層5,加熱腔室隔擋層5限定了用于形成加熱腔室4的區(qū)域。這樣,結(jié)束了第一個工序。
接著,進(jìn)行如圖9b中所示的用于形成隔膜的第二個工序。下面將參照圖10a至圖10d詳細(xì)地描述第二個工序。如圖10a所示,將有機材料(最好是聚酰亞胺)沉積在由硅-基體200上,從而形成有機薄膜21,由SiO2制成的保護(hù)膜201形成在由硅-基體200上。
優(yōu)選的是,通過旋轉(zhuǎn)涂敷(spin coating)方法沉積有機薄膜21,在旋轉(zhuǎn)涂敷方法中,可以隔膜的厚度很容易控制。所沉積的有機薄膜21的厚度最好在大約2微米至2.5微米的范圍內(nèi)。
然后在預(yù)定的時間間隔內(nèi)以一定溫度(最好在大約130℃至290℃范圍內(nèi))對有機薄膜21進(jìn)行兩次熱處理。從而使有機薄膜21在其所有表面上具有極好的韌性,其能夠牢固地固定粘附薄膜23。更優(yōu)選的是,分別在大約150℃和280℃的溫度下對有機薄膜21進(jìn)行熱處理。
如圖10b所示,利用濺射(sputtering)方法將一種金屬物質(zhì)(最好是釩、鈦或鉻)沉積在有機薄膜21上,從而形成粘附薄膜23。所形成的粘附薄膜23的厚度最好在大約0.1微米至0.2微米的范圍內(nèi)。
然后,利用濺射方法將金屬材料(最好為鎳)沉積在粘附薄膜23上,從而形成沖擊薄膜24。所形成的沖擊薄膜24的厚度最好在大約0.2微米至0.5微米的范圍內(nèi)。最好在大約150℃到180℃范圍內(nèi)的溫度下對沖擊薄膜24進(jìn)行韌化(annealed)。這種韌化能夠為沖擊薄膜24提供極好的韌性和機械耐受性。
接著,圖案膜30部分地形成在沖擊薄膜24的表面上以實現(xiàn)沖擊薄膜24/粘附薄膜23的構(gòu)造。然后,將圖案膜30作為掩膜,對沖擊薄膜24/粘附薄膜23進(jìn)行蝕刻,并且利用化學(xué)制品去除剩余的圖案膜30。這樣,部分地露出有機薄膜21,從而完成了圖10c中所示的隔膜20。
在用于制造本發(fā)明的噴墨打印頭的第一種方法的另一個實施例中,在上述對沖擊薄膜24/粘附薄膜23進(jìn)行蝕刻以部分地露出有機薄膜21的步驟處附加用于增強有機薄膜21伸縮性的步驟。在附加步驟中,如圖11a中所示,利用一種化學(xué)汽相淀積方法將一種有機物質(zhì)(最好為聚酰亞胺)22′沉積在有機薄膜21上,從而使有機物質(zhì)22′覆蓋沖擊薄膜24粘附薄膜23。
如圖11b中所示,對聚酰亞胺22′的背面進(jìn)行蝕刻以露出沖擊薄膜24的表面,從而形成了與沖擊薄膜24/粘附薄膜23的兩個側(cè)面相接觸的輔助有機薄膜22。所形成的輔助有機薄膜22牢固地粘附在有機薄膜21上,從而提高了隔膜20的總體伸縮性。
當(dāng)利用上述方法完成隔膜20時,如圖10d所示,利用化學(xué)制品(諸如氟化氫(HF)將所形成的隔膜20從基體200上剝下,在基體200上形成有保護(hù)膜201。這樣,結(jié)束了第二個工序。
現(xiàn)將描述用于制造本發(fā)明的噴墨打印頭的第一種方法的第三個工序。在第三個工序中,如圖9c中所示,利用電鍍方法將一種金屬物質(zhì)(諸如鎳)沉積在由硅-基體300上,在由硅-基體300上形成有由SiO2制成的保護(hù)膜301。接著,利用圖案膜對鎳進(jìn)行蝕刻以部分地露出保護(hù)膜301。這樣,形成了噴嘴板8,噴嘴板8限定了用于在其中形成噴嘴10的區(qū)域。
然后,將有機材料(諸如聚酰亞胺)沉積在噴嘴板8上以覆蓋保護(hù)膜301。接著利用圖案膜對聚酰亞胺進(jìn)行蝕刻以部分地露出保護(hù)膜301和噴嘴板8。由此,形成了液體腔室隔擋層7,液體腔室隔擋層7限定了形成液體腔室9的區(qū)域。
當(dāng)利用上述工序完成了噴嘴板8/液體腔室阻當(dāng)層7組件時,利用化學(xué)制品(諸如氟化氫(HF))將已形成的噴嘴板8/液體腔室隔擋層7組件從基體300上剝下,在基體300上形成有保護(hù)膜301。這樣,結(jié)束了第三個工序。
當(dāng)完成上述第一至第三個工序時,將在每工序中所制造的各組件組裝在一起以形成單一組件。即,將由第二個工序所形成的隔膜20組裝到由第一個工序所形成的加熱電阻層11/加熱腔室隔擋層5組件上,將由第三個工序所形成的噴嘴板8/液體腔室隔擋層7組件組裝到隔膜上。這里,隔膜20的沖擊薄膜24/粘附薄膜23結(jié)構(gòu)件與加熱電阻層11/加熱腔室隔擋層5組件所處位置對齊。噴嘴板8/液體腔室阻擋件7組件中的噴嘴10與加熱腔室4和沖擊薄膜24/粘附薄膜23所處位置對齊。
通過排列和裝配工序?qū)⒂缮鲜龅谝恢恋谌齻€工序所制成的組件組裝在一起以形成單一組件。這樣,可得到如圖9d中所示的具有完整結(jié)構(gòu)的噴墨打印頭。
或者,可利用不同于上述第一種制造方法的第二種方法制造本發(fā)明所涉及的噴墨打印頭。與上述第一種制造方法相比,下面將要描述的第二種方法能夠同時將多個沖擊薄膜24/粘附薄膜23與多個加熱腔室4對齊在同樣的位置。
在第二種方法中,與上述第一種制造方法相似,首先進(jìn)行如圖9a中所示的第一個工序。即,由多晶硅制成的加熱電阻層11形成在由硅-基體1上,由SiO2制成的保護(hù)膜2形成在由硅-基體1上。接著,由鋁制成的電極層3形成在加熱電阻層11的兩個側(cè)面上。然后,由聚酰亞胺制成的加熱腔室隔擋層5形成在包括加熱電阻層11的電極層3上以限定將形成加熱腔室4的區(qū)域。
接著,進(jìn)行用于加工隔膜的第二個工序和第三個工序。下面,描述不同于上述第一種制造方法的用于形成隔膜的第二個工序和第三個工序。將不帶有沖擊薄膜/粘附薄膜的有機薄膜21組裝到加熱電阻層11/加熱腔室隔擋層5組件上,沖擊薄膜24/粘附薄膜23形成在已組裝的有機薄膜21上。
現(xiàn)將參照圖12a至圖12e詳細(xì)描述第二種制造方法的第二個工序和第三個工序。如圖12a中所示,將有機材料(最好是聚酰亞胺)沉積在硅-基體200上,從而形成有機薄膜21,由SiO2制成的保護(hù)膜201形成在硅-基體200上。
最好利用旋轉(zhuǎn)涂敷方法沉積有機薄膜21,在旋轉(zhuǎn)涂敷方法中,可以比較容易地控制隔膜的厚度。所沉積的有機薄膜21的厚度最好在大約2微米至2.5微米的范圍內(nèi)。
然后在規(guī)定的時間間隔內(nèi)以一定溫度(最好在大約130℃至290℃范圍內(nèi))對有機薄膜21進(jìn)行兩次熱處理。從而使有機薄膜21在其整個表面上具有極好的韌性,具有極好的韌性的有機薄膜21能夠使粘附薄膜23被牢固地固定。較優(yōu)選的是,對有機薄膜21進(jìn)行的熱處理分別在大約150℃和280℃的溫度下進(jìn)行兩次。
如圖12b中所示,利用化學(xué)制品(諸如氟化氫)將所形成的有機薄膜21從硅-基體200上剝下,在基體200上形成有保護(hù)膜201。接著,將所剝下的有機薄膜21組裝到由第一個工序所形成的加熱電阻層11/加熱腔室隔擋層5組件上。
然后,如圖12c中所示,利用濺射的方法將金屬材料(最好是釩、鈦或鉻)沉積在已組裝到加熱電阻層11/加熱腔室隔擋層5組件上的有機薄膜21上,從而形成粘附薄膜23。所形成的粘附薄膜23的厚度最好在大約0.1微米至0.2微米的范圍內(nèi)。
接著,利用濺射方法將金屬材料(最好為鎳)沉積在粘附薄膜23上,從而形成沖擊薄膜24。較優(yōu)選的是,與上述第一種制造方法類似,所形成的沖擊薄膜24的厚度最好在大約0.2微米至0.5微米的范圍內(nèi)。較優(yōu)選的是,在大約150℃至180℃的溫度下對沖擊薄膜24進(jìn)行韌化,以使沖擊薄膜24具有極好的韌性和機械耐受性。
為了完成沖擊薄膜24/粘附薄膜23的構(gòu)造,如圖12d所示,圖案膜30局部地形成在沖擊薄膜24上,將圖案膜30作為掩膜,對沖擊薄膜24/粘附薄膜23進(jìn)行蝕刻。接著,利用化學(xué)制品去除剩余的圖案膜30以部分地露出有機薄膜21。從而得到了如圖12e中所示的具有完整結(jié)構(gòu)的隔膜。這里,沖擊薄膜24/粘附薄膜23形成在與形成加熱腔室4的位置相對應(yīng)的位置處。
如上所述,在本發(fā)明的第二種制造方法中,在形成沖擊薄膜24/粘附薄膜23結(jié)構(gòu)件(其位置與加熱腔室4的位置相對應(yīng))之前,將有機薄膜21組裝到加熱腔室4上。這樣,與上述第一種制造方法不同的是,當(dāng)將隔膜20組裝到加熱電阻層11/加熱腔室隔擋層5組件上時,可省略用于將多個沖擊薄膜24/粘附薄膜23和多個加熱腔室4一個一個對齊的附加工序。從而,可大大提高整個制造過程的效率。
在第二種方法的另一個實施例中,與第一種方法相似,在上述對沖擊薄膜24/粘附薄膜23進(jìn)行蝕刻以部分地露出有機薄膜21的步驟處附加用于形成輔助有機薄膜22以增強有機薄膜21伸縮性的步驟。所形成的輔助有機薄膜22與沖擊薄膜24/粘附薄膜23的兩個側(cè)面相接觸并牢固地粘附在有機薄膜21上,從而提高了隔膜20的總體伸縮性。
接著,進(jìn)行第二種方法的第四個工序。在第四個工序中,與第一種方法相似,進(jìn)行如圖9c中所示的工序。由鎳制成的噴嘴板8形成在硅-基體300上,在硅-基體300上形成有諸如由SiO2材料制成的保護(hù)膜301,這樣限定了將形成噴嘴10的區(qū)域。然后,由聚酰亞胺制成的液體腔室隔擋層7形成在噴嘴板8上,以限定將形成液體腔室9的區(qū)域。
當(dāng)利用上述工序完成了噴嘴板8/液體腔室隔擋層7組件時,利用化學(xué)制品(諸如氟化氫)將噴嘴板8/液體腔室隔擋層7組件從基體300上剝下,在基體300上形成有保護(hù)膜301。這樣,結(jié)束了第四個工序。
當(dāng)完成上述第一至第四個工序時,將在每一個工序中所制造的各個組件組裝在一起以形成單一組件。在第二種方法中,如上所述,在將各個部件組裝成單一組件之前,通過第二個工序和第三個工序隔膜20已組裝到加熱電阻層11/加熱腔室隔擋層5組件上。則剩下的僅是將噴嘴板8/液體腔室隔擋層7組件組裝到隔膜上。因此,可顯著提高整個制造過程的生產(chǎn)率。
在這種情況下,噴嘴板8/液體腔室隔擋層7組件中的噴嘴10與加熱腔室4和沖擊薄膜24/粘附薄膜23所處的位置對齊。通過對齊和組裝工序?qū)⒂缮鲜龅谝恢恋谒膫€工序所制成的每個結(jié)構(gòu)件組裝在一起以形成單一組件。這樣,可得到如圖9d中所示的具有完整結(jié)構(gòu)的噴墨打印頭。
在本發(fā)明中,隔膜中包括兩層薄膜用于傳遞膨脹的沖擊薄膜和用于分散和消除在沖擊薄膜上的應(yīng)力的有機薄膜。因此,可防止在隔膜主要操作部分的變形。另外,可提高隔膜主要操作部分的操作性能。從而,顯著地提高了噴墨打印頭的整體性能。
如上,本發(fā)明的特征在于,隔膜的主要操作部分具有兩個區(qū)域具有高回復(fù)力性能的沖擊薄膜區(qū)域(例如,鎳薄膜區(qū)域)以及具有高伸縮性的有機薄膜區(qū)域(例如,聚酰亞胺薄膜區(qū)域)。上述兩個區(qū)域用作能對油墨產(chǎn)生強大的向上推力的沖量傳遞媒介、能快速恢復(fù)的媒介以及用于分散和消除應(yīng)力的樞紐,從而可防止隔膜變形(例如出現(xiàn)褶皺)。另外,具有經(jīng)過上述改進(jìn)的主要操作部分的隔膜在操作過程中可承受應(yīng)力和具有較好的回復(fù)能力。因此,可顯著地提高打印性能。
本發(fā)明是參照上述實施例進(jìn)行描述的。但是,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯然能夠根據(jù)上面提及的內(nèi)容進(jìn)行許多改進(jìn)和變型。因此,本發(fā)明包含了所有落入所附權(quán)利要求書的精神和保護(hù)范圍內(nèi)的各種改進(jìn)和變型。
權(quán)利要求
1.一種微型噴射裝置,包括基體;形成在所述基體上的保護(hù)膜;形成在所述保護(hù)膜的一部分上的加熱電阻層,用于對加熱腔室進(jìn)行加熱;形成在所述保護(hù)膜上并與所述加熱電阻層相接觸的電極層,用于將電信號傳輸給所述加熱電阻層;形成在所述電極層上的加熱腔室隔擋層,所述加熱腔室隔擋層限定了被所述加熱電阻層封住的加熱腔室,所述加熱腔室具有軸線,所述加熱腔室用于儲放工作液體;形成在所述加熱腔室隔擋層上的隔膜,所述隔膜用于傳遞所述加熱腔室中液體的體積變化,所述隔膜包括形成在所述整個加熱腔室隔擋層上并覆蓋所述加熱腔室的有機薄膜;以及形成在所述有機薄膜的一部分上的沖擊薄膜,所述沖擊薄膜以所述加熱腔室的軸線為中心;形成在所述隔膜的一部分上的液體腔室隔擋層,所述液體腔室隔擋層限定了液體腔室,所述液體腔室與所述加熱腔室和所述沖擊薄膜的中心同軸;以及形成在所述液體腔室隔擋層上的噴嘴板,所述噴嘴板具有與所述液體腔室同軸的噴嘴。
2.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述隔膜還包括由與所述有機薄膜的材料相同的材料制成的輔助有機薄膜,所述輔助有機薄膜形成在所述有機薄膜上與所述加熱腔室的上部邊緣重疊的一部分上,所述輔助有機薄膜的側(cè)面與所述沖擊薄膜的側(cè)面相接觸,所述輔助有機薄膜設(shè)置在所述有機薄膜和所述液體腔室隔擋層之間。
3.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置,其特征在于,還包括利用與所述有機薄膜和沖擊薄膜的材料不同的材料制成的粘附薄膜,所述粘附薄膜設(shè)置在所述有機薄膜和沖擊薄膜之間并且處于有機薄膜上與沖擊薄膜位置相同的部分上,所述粘附薄膜用于提高所述沖擊薄膜到有機薄膜的粘附能力。
4.如權(quán)利要求2所述的微型噴射裝置,其特征在于,還包括利用與所述有機薄膜和沖擊薄膜的材料不同的材料制成的粘附薄膜,所述粘附薄膜設(shè)置在所述有機薄膜和沖擊薄膜之間并且處于有機薄膜上與沖擊薄膜位置相同的部分上,所述粘附薄膜用于提高所述沖擊薄膜到有機薄膜的粘附能力。
5.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述有機薄膜是由聚酰亞胺制成的。
6.如權(quán)利要求2所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述有機薄膜是由聚酰亞胺制成的。
7.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述沖擊薄膜是由鎳制成的。
8.如權(quán)利要求2所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述沖擊薄膜是由鎳制成的。
9.如權(quán)利要求3所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述粘附薄膜是由釩、鈦或鉻制成的。
10.如權(quán)利要求4所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述粘附薄膜是由釩、鈦或鉻制成的。
11.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述有機薄膜的厚度大約在2.0微米至2.5微米的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求2所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述有機薄膜的厚度大約在2.0微米至2.5微米的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述沖擊薄膜的厚度大約在0.2微米至0.5微米的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求2所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述沖擊薄膜的厚度大約在0.2微米至0.5微米的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求3所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述粘附薄膜的厚度大約在0.1微米至0.2微米的范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求4所述的微型噴射裝置,其特征在于,所述粘附薄膜的厚度大約在0.1微米至0.2微米的范圍內(nèi)。
17.一種制造微型噴射裝置的方法,包括下列步驟通過如下步驟形成加熱電阻層/加熱腔室隔擋層組件在基體上的保護(hù)膜上形成加熱電阻層;形成與所述加熱電阻層相接觸的電極層;和在所述加熱電阻層上形成加熱腔室隔擋層,所述加熱腔室隔擋層限定了加熱腔室;通過如下步驟形成隔膜將有機薄膜沉積在第二基體的保護(hù)膜上;對所述有機薄膜進(jìn)行熱處理;將由不同于所述有機薄膜的材料制成的粘附薄膜沉積在所述有機薄膜上;將由不同于所述粘附薄膜的材料制成的沖擊薄膜沉積在所述粘附薄膜上;對所述粘附薄膜和沖擊薄膜進(jìn)行蝕刻以部分地露出所述有機薄膜;和將所述已沉積并被蝕刻的薄膜作為隔膜從所述第二基體上剝下;通過如下步驟形成噴嘴板/液體腔室隔擋層組件在第三基體上的保護(hù)膜上形成噴嘴板;在所述噴嘴板上形成液體腔室隔擋層,所述液體腔室隔擋層限定了液體腔室;和將噴嘴板/液體腔室隔擋層組件從第三基體上剝下;和通過如下步驟組裝所述微型噴射裝置將被剝下的隔膜安裝到加熱電阻層/加熱腔室隔擋層組件上,使所述有機薄膜與加熱腔室隔擋層相接觸并且使所述沖擊薄膜與加熱腔室對齊,以形成第一組件;和將所述噴嘴板/液體腔室隔擋層組件安裝到所述第一組件上,使所述液體腔室隔擋層在所述隔膜上并且使所述液體腔室與所述加熱腔室同軸地對齊。
18.如權(quán)利要求17所述的制造方法,其特征在于,所述沉積有機薄膜的步驟還包括將有機物質(zhì)旋轉(zhuǎn)涂敷在保護(hù)膜上。
19.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,所述沉積有機薄膜的步驟還包括沉積由聚酰亞胺制成的薄膜。
20.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,所述沉積有機薄膜的步驟還包括所沉積的有機薄膜厚度大約在2.0微米至2.5微米的范圍內(nèi)。
21.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,所述對有機薄膜進(jìn)行熱處理的步驟還包括在大約130℃至290℃范圍內(nèi)的溫度下對所述有機薄膜進(jìn)行熱處理。
22.如權(quán)利要求21所述的方法,其特征在于,分別在大約150℃和280℃下分兩步進(jìn)行所述的熱處理。
23.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,所述沉積粘附薄膜的步驟還包括沉積由釩、鈦或鉻制成的隔膜。
24.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,所述沉積粘附薄膜的步驟還包括所沉積的粘附薄膜厚度大約在0.1微米至0.2微米的范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,所述沉積沖擊薄膜的步驟還包括沉積由鎳制成的隔膜。
26.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,形成所述隔膜的步驟還包括在沉積沖擊薄膜之后,在大約150℃至180℃范圍內(nèi)的溫度下對所述沖擊薄膜進(jìn)行韌化。
27.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,形成所述隔膜的步驟還包括在完成蝕刻步驟之后,將用與所述有機薄膜相同的材料制成的附加薄膜沉積在所述有機薄膜上以覆蓋所述沖擊薄膜的表面;和對所述附加薄膜進(jìn)行蝕刻以露出所述沖擊薄膜,剩余的附加薄膜與所述沖擊薄膜的側(cè)面相接觸。
28.一種制造微型噴射裝置的方法,包括下列步驟通過如下步驟形成加熱電阻層/加熱腔室隔擋層組件在基體上的保護(hù)膜上形成加熱電阻層;形成與所述加熱電阻層相接觸的電極層;和在所述加熱電阻層上形成加熱腔室隔擋層,所述加熱腔室隔擋層限定了加熱腔室;通過如下步驟形成有機薄膜將有機薄膜沉積在第二基體上的保護(hù)膜上;對所述有機薄膜進(jìn)行熱處理;和將所述有機薄膜從所述第二基體上剝下;通過如下步驟形成第一組件將所述被剝下的有機薄膜安裝到所述加熱電阻層/加熱腔室隔擋層組件上;將由不同于所述有機薄膜的材料制成的粘附薄膜沉積在所述已安裝的有機薄膜上;將由不同于所述粘附薄膜的材料制成的沖擊薄膜沉積在所述粘附薄膜上;和對所述粘附薄膜和沖擊薄膜進(jìn)行蝕刻,以部分地露出所述有機薄膜并留下與所述加熱腔室對齊的粘附薄膜/沖擊薄膜部分;通過如下步驟形成噴嘴板/液體腔室隔擋層組件在第三基體上的保護(hù)膜上形成噴嘴板;在所述噴嘴板上形成液體腔室隔擋層,所述液體腔室隔擋層限定了液體腔室;和將所述噴嘴板/液體腔室隔擋層組件從所述第三基體上剝下;和將所述噴嘴板/液體腔室隔擋層組件安裝到所述第一組件的上表面,使液體腔室與加熱腔室同軸。
29.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述沉積有機薄膜的步驟還包括將有機物質(zhì)旋轉(zhuǎn)涂敷在所述保護(hù)膜上。
30.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述沉積有機薄膜的步驟還包括沉積一種由聚酰亞胺制成的隔膜。
31.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述沉積有機薄膜的步驟還包括所沉積的有機薄膜厚度大約在2.0微米至2.5微米的范圍內(nèi)。
32.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述對有機薄膜進(jìn)行熱處理的步驟還包括在大約130℃至290℃范圍內(nèi)的溫度下對所述有機薄膜進(jìn)行熱處理。
33.如權(quán)利要求32所述的方法,其特征在于,分別在大約150℃和280℃下分兩步進(jìn)行所述的熱處理。
34.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述沉積粘附薄膜的步驟還包括沉積由釩、鈦或鉻制成的隔膜。
35.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述沉積粘附薄膜的步驟還包括所沉積的粘附薄膜厚度大約在0.1微米至0.2微米的范圍內(nèi)。
36.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述沉積沖擊薄膜的步驟還包括沉積由鎳制成的隔膜。
37.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述形成隔膜的步驟還包括在沉積所述沖擊薄膜之后,在大約150℃至180℃范圍內(nèi)的溫度下對所述沖擊薄膜進(jìn)行韌化。
38.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,所述形成第一組件的步驟還包括在完成所述蝕刻步驟之后,將由與所述有機薄膜相同的材料制成的附加薄膜沉積在所述有機薄膜上以覆蓋所述沖擊薄膜的表面;和對所述附加薄膜進(jìn)行蝕刻以露出所述沖擊薄膜,剩余的附加薄膜與所述沖擊薄膜的側(cè)面相接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型噴射裝置和制造該裝置的方法,其中隔膜的主要操作部分具有兩個區(qū)域;具有高沖擊傳遞性能的沖擊薄膜區(qū)(例如,鎳薄膜區(qū));和具有高伸縮性的有機薄膜區(qū)(例如,聚酰亞胺隔膜區(qū))。上述兩個區(qū)域用作可對油墨產(chǎn)生較大的向上推力的沖擊傳遞媒介、快速恢復(fù)的媒介以及用于分散和消除應(yīng)力的樞紐,從而可防止隔膜出現(xiàn)諸如褶皺的變形。另外,該種隔膜在操作過程中可承受應(yīng)力并具有較好回復(fù)能力,因此能顯著提高打印性能。
文檔編號B41J2/14GK1253040SQ9912600
公開日2000年5月17日 申請日期1999年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月3日
發(fā)明者安秉善, 朱科夫·A·阿萊克桑德羅維奇, 達(dá)尼夫·B·尼科萊維奇 申請人:三星電子株式會社
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