CN101104334B - 喷墨打印头和包括其的成像设备 - Google Patents

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Abstract

公开了热喷墨打印头和包括其的成像设备。每一所述热喷墨打印头包括加热器，所述加热器通过与墨水直接接触对墨水加热，并且由Pt-Ru合金或Pt-Ir-X合金形成，其中X是从由Ta、W、Cr、Al和O构成的集合中选出的至少一种材料。

Description

喷墨打印头和包括其的成像设备
技术领域
本发明总构思涉及一种喷墨打印头和包括所述喷墨打印头的喷墨成像设备，更具体而言，涉及具有加热器的热驱动喷墨打印头和包括所述喷墨打印头的喷墨成像设备，其允许以低功率驱动所述喷墨打印头，并且能够提高喷墨打印头的寿命和稳定性。
背景技术
通常，喷墨成像设备是诸如打印机的用于打印具有预定色彩的图像的装置，其打印方式为，从喷墨打印头向打印介质的预定位置喷射小体积的墨滴。可以将喷墨成像设备划分为往复式喷墨成像设备和行打印式喷墨成像设备，在往复式喷墨成像设备中，打印头通过沿同一方向(下文称为次级喷射方向)以及沿垂直于打印介质移动方向的方向(下文称为初级喷射方向)行进而打印图像，而行打印式喷墨成像设备是一种新近开发出来的高速打印设备，其具有阵列式喷墨打印头。
行打印式喷墨成像设备包括一个或多个阵列式喷墨打印头，以设置多个对应于至少打印介质的宽度的喷嘴。在固定喷墨打印头同时使打印介质沿次级喷射方向移动的状态下执行打印，由此实现高速打印。
可以根据喷射墨滴的机制将喷墨打印头划分为两种类型。第一种类型为热喷墨打印头，其利用热源在墨水中产生墨水气泡，并凭借墨水气泡的膨胀力喷射墨滴，第二种类型为压电喷墨打印头，其采用压电元件，并通过因压电元件的形变而施加到墨水上的压力喷射墨滴。
现在将更为详细地描述热喷墨打印头中的墨滴喷射机制。在向由电热材料形成的加热器施加脉冲型能量时，将加热器瞬时加热至约500℃，并将与加热器相邻的墨水瞬时加热至约300℃。相应地，墨水沸腾，并由此在墨水中产生气泡。气泡膨胀并向填充于墨室内的墨水施加压力。因此，喷嘴周围的墨水通过喷嘴以墨滴的形式喷射至墨室外部。
还可以根据气泡的生长方向和墨滴的喷射方向将热喷墨打印头进一步划分为顶射型、边射型和背射型热喷墨打印头。在顶射型喷墨打印头中，气泡沿喷射墨滴的方向生长。在边射型喷墨打印头中，气泡沿垂直于喷射墨滴方向的方向生长。在背射型喷墨打印头中，气泡沿与喷射墨滴方向相反的方向生长。
图1示出了常规喷墨打印头的横截面图。参考图1，常规喷墨打印头包括衬底11、腔室层20和喷嘴层30，腔室层20叠置于衬底11上并且包括向其内填充墨水的墨室22，喷嘴层30叠置于腔室层20上并且包括通过其喷射墨水的喷嘴32。在墨室22的下面形成通过对墨水加热而产生气泡的加热器13。
在衬底11上形成使加热器13与衬底11绝热并且电绝缘的绝缘层12。可以通过对采用诸如TaAl、TaN、HfB2等的材料淀积于绝缘层12上的薄膜构图，由此形成加热器13。在加热器13上形成用于向加热器13施加电能的电极14，电极14可以由诸如铝的导电金属形成。
在加热器13和电极14的表面上形成用于保护加热器13和电极14的钝化层15。钝化层15防止加热器13和电极14直接接触墨水，从而防止加热器13和电极14受到化学腐蚀和机械磨损，钝化层15可以由具有低热导率的氮化硅SiNx形成。
在钝化层15上形成抗空化层16。抗空化层16保护加热器13和电极14不受气泡消失时产生的空化力的影响，抗空化层16可以主要由Ta形成。
近来，出于喷墨打印头的高集成度和高速运行的原因，需要一种能够以低功率运行的喷墨打印头。在具有多个喷嘴的以高频率运行的阵列式喷墨打印头中尤其要求低功率运行。为了实现喷墨打印头的低功率运行，加热器13的高效率很关键。
加热器13必须能够将墨水的温度瞬时加热至300℃以上，从而在墨水中产生气泡。但是，在常规喷墨打印头具有的结构当中，由具有预定厚度的层，例如钝化层15和抗空化层16，将加热器13与墨水隔开。因此，要想将热量传递给墨水，必须提高施加至加热器13的电能。
具体而言，在阵列式喷墨打印头中，为了实现高速打印，对应于阵列式喷墨打印头的喷嘴数量的几万个加热器在高频下工作，因而需要瞬时消耗大量的电能来驱动加热器。加热器的低效率可能影响电路和元件的设计极限以及喷嘴的集成密度，或者其可能给行打印式喷墨成像设备带来安全问题。而且，可能在喷墨打印头中累积热量，从而导致诸如粘滞度的墨水物理和化学特性的劣化，由此降低打印质量。
如果去除将加热器13与墨水隔开的钝化层15和抗空化层16，则能够减少能量消耗，并相应提高加热器13的效率。但是，如果由TaAl、TaN或HfB2形成的加热器13与墨水直接接触，那么加热器13可能通过与墨水中的水分发生反应而受到腐蚀，这可能极大改变加热器13的电阻，从而引发与加热器13相关的电学和化学安全问题。而且，加热器13还可能受到气泡消失时产生的空化力的损害，从而引发机械安全问题。
因此，需要开发出一种不需要钝化层15和抗空化层16的喷墨打印头，在使加热器13与墨水直接接触时其不具有电学、化学和机械问题。
发明内容
本发明总构思提供了一种具有由新材料形成的加热器的喷墨打印头和包括所述喷墨打印头的喷墨成像设备，所述新材料能够降低喷射墨水所需的能量，并且能够提高电学、化学和机械安全性以及寿命。
本发明总构思的其他方面和优点将部分地在以下的描述中阐述，其部分将从描述中明了，或者可以通过实践本发明而了解。
本发明总构思的上述和/或其他特征和效用可以通过提供一种喷墨打印头实现，所述喷墨打印头包括：衬底；形成于所述衬底上的加热器；形成于所述加热器上的用于向所述加热器施加电流的电极；腔室层，其叠置于其上形成有所述加热器和所述电极的所述衬底的上部上，并且包括墨室，所述墨室存储待喷射的墨水并且形成于所述加热器的热生成部分之上；以及喷嘴层，其叠置于所述腔室层的上部上，并且包括多个通过其喷射墨水的喷嘴，其中，所述热生成部分与所述墨室中的墨水直接接触，并且所述加热器由Pt-Ru合金形成。
所述电极可以形成于所述加热器的上侧表面上。
本发明总构思的上述和/或其他特征和效用还可以通过提供一种喷墨打印头实现，所述喷墨打印头包括：衬底；形成于所述衬底上的加热器；形成于所述加热器上的用于向所述加热器施加电流的电极；腔室层，其叠置于其上形成有所述加热器和所述电极的所述衬底的上部上，并且包括墨室，所述墨室存储待喷射的墨水并且形成于所述加热器的热生成部分之上；以及喷嘴层，其叠置于所述腔室层的上部上，并且包括多个通过其喷射墨水的喷嘴，其中，所述热生成部分与所述墨室中的墨水直接接触，并且所述加热器由Pt、Ir和材料X的合金形成。
所述材料X可以是杂质。
本发明总构思的上述和/或其他特征和效用还可以通过提供一种喷墨成像设备实现，所述喷墨成像设备包括：热喷墨打印头，其通过加热加热器经由多个喷嘴喷射墨水，其中，所述加热器接触所述墨水，并且由Pt-Ru合金形成。
本发明总构思的上述和/或其他特征和效用还可以通过提供一种喷墨成像设备实现，所述喷墨成像设备包括：热喷墨打印头，其通过加热加热器经由多个喷嘴喷射墨水，其中，所述加热器接触所述墨水并且由Pt-Ir与杂质X的合金形成。
所述杂质X可以是从下述集合中选出的至少一种材料：Ta、W、Cr、Al和O。
本发明总构思的上述和/或其他特征和效用还可以通过提供一种喷墨成像设备实现，所述喷墨成像设备包括：多个热喷墨打印头，所述热喷墨打印头通过采用多个加热器向墨水施加热量而经由多个喷嘴喷射墨水，其中，所述加热器与所述墨水直接接触，并且由Pt-Ru合金和由Pt-Ir与杂质X构成的合金之一形成。
所述加热器可以由Pt和Ru的合金形成。
所述杂质X可以是Ta，所述加热器可以由Pt、Ir和Ta的合金构成，Ta相对于Pt、Ir和Ta的成分之和的成分百分比可以大于约0％且小于约30％。
所述杂质X可以是O，所述加热器可以由Pt、Ir和O的合金构成，O相对于Pt、Ir和O的成分之和的成分百分比可以大于约0％且小于约40％。
所述加热器可以由Pt、Ir和杂质X的合金构成，所述杂质X可以是从下述集合中选出的一种材料：Ta、W、Cr、Al和O，或其组合。
本发明总构思的上述和/或其他特征和效用还可以通过提供一种热喷墨打印头实现，所述热喷墨打印头包括：衬底；加热器，其形成于所述衬底之上，并且包括Pt-Ru合金和Pt-Ir与杂质X的合金之一；形成于所述加热器的部分的上方以暴露所述加热器的热生成部分的电极；以及墨室，其形成于所述电极和所述加热器之上，用于容纳墨水，其使所容纳的墨水接触所述加热器的所述热生成部分。
当所述加热器由Pt、Ir和杂质X的合金构成时，所述杂质X可以是从下述集合中选出的一种材料：Ta、W、Cr、Al和O，或其组合。
本发明总构思的上述和/或其他特征和效用还可以通过提供一种可以在喷墨打印头中使用的加热元件实现，所述加热元件包括Pt-Ru合金和Pt-Ir与杂质X的合金之一。
当所述合金由Pt、Ir和杂质X构成时，所述杂质X可以是从下述集合中选出的一种材料：Ta、W、C r、Al和O，或其组合。
附图说明
通过下文中结合附图对实施例的描述，本发明总构思的上述和/或其他方面和优点将变得显而易见，并且更易理解，在附图中：
图1示出了常规喷墨打印头的横截面图；
图2是示出了根据本发明总构思的实施例的喷墨成像设备的主要部分的透视图；
图3是示出了根据本发明总构思的实施例的图2所示的喷墨打印头盒的透视图；
图4是示出了根据本发明总构思的实施例的图3所示的喷墨打印头的部分A的平面图；
图5是沿图4的I-I′线截取的横截面图，其示出了根据本发明总构思的实施例的喷墨打印头的竖直结构；
图6是根据本发明总构思的实施例示出了与加热器中的Ru成分百分比相对应的由Pt-Ru合金形成的加热器的电阻率的曲线图；
图7是根据本发明总构思的实施例示出了与加热器中的Ru成分百分比相对应的由Pt-Ru合金形成的加热器的电阻温度系数(TCR)的曲线图；
图8是根据本发明总构思的实施例示出了与加热器中的Ta成分百分比相对应的由Pt-Ir-Ta合金形成的加热器的电阻率的曲线图；
图9是根据本发明总构思的实施例示出了与加热器中的Ta成分百分比相对应的由Pt-Ir-Ta合金形成的加热器的TCR的曲线图；
图10是根据本发明总构思的实施例示出了与加热器中的O成分百分比相对应的由Pt-Ir-O合金形成的加热器的电阻率的曲线图；以及
图11是根据本发明总构思的实施例示出了与加热器中的O成分百分比相对应的由Pt-Ir-O合金形成的加热器的TCR的曲线图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明总构思的实施例，在附图中示出了其实例，其中，始终以类似的附图标记表示类似的元件。以下参考附图描述实施例以解释本发明总构思。
图2是示出了根据本发明总构思的实施例的喷墨成像设备的主要部分的透视图。在图2中，示出了一种行打印式喷墨成像设备，其能够通过将喷嘴132布置至少与打印介质P的宽度一样宽(参见图4)而以行为单位打印图像。打印介质P沿打印介质P的长度方向，即x方向(下文称为次级喷射方向)传送，y方向(下文称为初级喷射方向)为打印介质P的宽度方向。
所述喷墨成像设备可以包括阵列式喷墨打印头盒252，其固定于喷墨成像设备内并包括多个喷墨打印头260(参见图4)；压纸板212，其在喷墨打印头260和打印介质P之间提供预定间隙，并引导打印介质P；供纸辊215a和215b，其朝向喷墨打印头盒传送打印介质P；以及驱动供纸辊215a和215b的驱动元件211。尽管图2所示的喷墨头盒包括阵列式喷墨头盒，但是本发明总构思不限于此，所述成像设备还可以包括具有多个喷墨打印头260的往复式喷墨成像设备。
图3是示出了根据本发明总构思的实施例的图2所示的阵列式喷墨打印头盒252的透视图。图4是示出了根据本发明总构思的实施例的图3所示的喷墨打印头260的部分A的平面图。图5是沿图4的I-I′线截取的横截面图，其示出了根据本发明总构思的实施例的喷墨打印头260的竖直结构。
参考图3，阵列式喷墨打印头盒252可以包括：主体255，其具有其内存储了不同颜色的墨水的墨水罐(未示出)；喷嘴部分257，其中沿打印介质P的宽度方向设置了一个或多个喷墨打印头260；以及墨水通道单元256，其将存储在墨水罐内的墨水提供给喷墨打印头260。喷嘴部分257沿初级喷射方向的长度对应于至少打印介质P的宽度，沿初级喷射方向同时打印数据。
例如，为了打印彩色图像，可以在每一喷墨打印头260内提供四类喷嘴行161C、161M、161Y和161K，从而能够分别喷射青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(K)墨水。能够打印彩色图像的喷墨打印头260可以在主体255内包括多个分别存储青色、品红色、黄色或黑色墨水的墨水罐(未示出)。墨水通道单元256形成有从墨水罐到喷墨打印头260的后表面的墨水通路。例如，可以通过液晶聚合物(LCP)的注入成型形成墨水通道单元256，以确保热稳定性、耐用性和生产率。喷墨打印头260通过柔性印刷电路270连接到喷墨成像设备的控制单元(未示出)，以接收用于喷射墨水的驱动信号和电力。
喷墨打印头260沿初级和次级喷射方向彼此间隔预定距离，并且可以按Z形图案设置。尽管未示出，但是可以沿喷嘴部分257的y轴按直线图案设置一个或多个喷墨打印头260，使之具有对应于至少打印介质P的宽度的长度。也就是说，根据本发明总构思的实施例的喷墨打印头260不受布置图案的形式的影响，可以将其安装到包括往复式喷墨成像设备和阵列式喷墨成像设备的任何类型的喷墨成像设备当中。
如图3所示，在按照Z形图案布置喷墨打印头260时，控制单元检测x轴方向内的每一喷墨打印头260的偏差以及打印介质P沿y轴方向的传送量。之后，控制单元使位于x方向内的每一喷墨打印头260上的每一喷嘴行161C、161M、161Y和161K的墨水喷射位置同步。例如，形成于不同喷墨打印头260上的黑色喷嘴行161K位于同一条直线上，但是可以基于x轴方向的喷墨打印头260的偏差和打印介质P的传送量使x轴方向内的墨水喷射位置同步，由此使打印在打印介质P上的墨点形成于平行于y轴的直线上。
如图4所示，作为相邻喷嘴132之间距离的喷嘴间距ΔP决定喷墨成像设备的分辨率。例如，如果喷嘴间距ΔP为1/600英寸，那么喷墨成像设备的分辨率为600dpi(每英寸点数)。
现在将参考图4和图5描述每一喷墨打印头260的竖直结构。根据本发明总构思的实施例的每一喷墨打印头260可以包括：其上形成有加热器113和电极114的衬底111、叠置于衬底111的上部并包括形成于其内的墨室122的腔室层120、以及叠置于腔室层120的上部并且具有形成于其内的喷嘴132的喷嘴层130。
可以在衬底111的上表面上形成绝缘层112，从而使加热器113与衬底111绝热并电绝缘。绝缘层112可以由氧化硅形成。
可以在绝缘层112的上表面上按照预定形式形成加热器113，从而通过对墨室122内的墨水加热而在墨水内产生气泡。在本实施例中，将加热器的热生成部分113a形成为与墨室122内的墨水直接接触。加热器113由铂和钌(Pt-Ru)的合金或者铂、铱和X(其中X为钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)和氧(O))的合金形成。可以对通过溅射淀积于绝缘层112上的由Pt-Ru合金或Pt-Ir-X合金构成的薄膜构图，由此形成加热器113。根据本发明总构思的本实施例，可以将加热器113形成为具有500到3000
Figure G07106147120070212D000081
的厚度。在本实施例中，通过将在下文中予以描述的电极114向加热器113施加的输入能可以是1.0μJ或更低。加热器113可以具有大于等于一亿个脉冲的寿命。
在加热器113的上侧表面上形成电极114，其与加热器113电连接，从而向加热器113施加电流。电极114可以由诸如铝的具有高电导率的金属形成。可以在加热器113上形成电极114，使得加热器的热生成部分113a，即暴露至位于其上形成有电极114的加热器113的上侧表面之间的墨室122的加热器113的面积可以小于等于约650μm2。可以在衬底111上进一步形成覆盖电极114的钝化层115，用于保护电极114不受墨水的腐蚀。钝化层115可以由氮化硅SiNx形成。
在其上形成有加热器113、电极114和钝化层115的衬底111上叠置腔室层120，在腔室层120内具有用于存储待喷射的墨水的墨室122。腔室层120可以由聚合物形成。墨室122位于热生成部分113a之上。相应地，热生成部分113a位于墨室122的底面上，并且与墨室122中的墨水直接接触。
在腔室层120的上部叠置喷嘴层130，其具有喷嘴132，通过该喷嘴132喷射墨室122内的墨水。喷嘴层130可以由聚合物形成。可以将喷嘴132设置于对应于墨室122的中央的位置。尽管在本实施例中将加热器113应用于顶射型喷墨打印头260中，但是本发明总构思不限于此，可以将根据本发明总构思的实施例的加热器113应用于任何类型的喷墨打印头，例如边射型喷墨打印头或背射型喷墨打印头。
如上所述，根据本发明总构思的当前实施例的喷墨打印头260具有使热生成部分113a与墨室122内的墨水直接接触的结构。在这种情况下，用于形成加热器113的材料必须相对于墨水具有电学、化学和机械稳定性。更具体地说，加热器113的电阻一定不能因氧化而迅速变化，加热器113一定不能受到墨水的腐蚀，加热器113必须能够抵御气泡消失时产生的空化力。
根据本发明总构思，各种测试和模拟表明，从贵金属集合内选出的相对于墨水具有高电学、化学和机械稳定性的材料为Pt-Ru合金或Pt-Ir-X合金。这里，X可以是从下述集合中选出的至少一种材料：Ta、W、Cr、Al和O。可以通过共溅射工艺形成Pt-Ru薄膜或Pt-Ir-X薄膜，在共溅射工艺中，将两种以上的材料一起淀积到置于淀积室内的衬底111上。
由氧化硅SiO2形成的绝缘层112与加热器113之间的粘附性可能带来问题。因此，根据本发明总构思的实施例，喷墨打印头260还可以在绝缘层112和加热器113之间包括粘结层，以提高绝缘层112与加热器113之间的粘附性。例如，粘结层可以由Ta形成，可以通过在形成加热器113之前在衬底111和绝缘层112上淀积具有10nm的厚度的Ta层提高所述粘附性。
图6是根据本发明总构思的实施例示出了当加热器113由Pt-Ru合金形成时，与Ru成分百分比对应的加热器113的电阻率的曲线图。在图6中，由符号‘■’表示由淀积于绝缘层112上的Pt-Ru合金形成的加热器113的电阻率，由符号‘●’表示由Pt-Ru合金形成的并且淀积于由Ta形成的粘结层上的加热器113的电阻率，由符号‘▲’表示由Pt-Ru合金形成的，并且在淀积于由Ta形成的粘结层上之后在500℃的温度下退火的加热器113的电阻率。
要求加热器113具有高电阻率，因而即使输入少量的能量也能够产生大量的热。而且，为了将加热器113控制在均匀温度下，而不管加热器113的成分变化或高频驱动，要求使加热器113的电阻率保持均匀，即使在淀积过程中Ru的成分百分比可能发生变化。参考图6，当Ru的成分百分比处于约20％到约80％的范围内时，加热器113具有高电阻率。而且，在上述成分百分比范围内，与Ru成分百分比对应的加热器113的电阻率保持相对均匀。
图7是根据本发明总构思的实施例示出了在加热器113由Pt-Ru合金形成时，与Ru成分百分比对应的加热器113的电阻温度系数(TCR)的曲线图。在图7中，由符号‘■’表示淀积于由硅形成的衬底111、由氧化硅形成的绝缘层112和由Ta形成的具有10nm的厚度的粘结层上的由Pt-Ru合金形成的加热器113的TCR；由符号‘●’表示在加热器113淀积于由硅形成的衬底111、由氧化硅形成的绝缘层112和由Ta形成的具有10nm的厚度的粘结层上之后，由Pt-Ru合金形成的并且在500℃的温度下退火的加热器113的TCR。
为了便于解释和计算，假设TCR为1000PPM/℃，0℃下加热器113的电阻为1kΩ。在这种情况下，0℃下加热器113的电阻为1.001kΩ，500℃下加热器113的电阻为1.5kΩ。相应地，由于加热器113具有被反复加热至500℃并冷却的特性，因此要求加热器113具有低TCR。而且，为了将加热器113控制在均匀温度下，而不管加热器113的成分变化或高频驱动，要求使加热器113的TCR保持均匀，即使在淀积过程中Ru的成分百分比可能发生变化。
参考图7，当Ru的成分百分比在约20％到约80％的范围内变化时，加热器113具有较低TCR。而且，在上述成分百分比范围内，与Ru成分百分比对应的加热器113的TCR保持相对均匀。也就是说，从图6和图7所示的测试结果可以看出，根据本发明总构思的实施例，可以由Pt-Ru合金形成加热器113，Ru的成分百分比可以是约20％到约80％。
由上述测试结果，对由Pt-Ru合金形成的加热器113的电学、化学和机械特性的评估如下。
首先，执行加热器113与墨水的反应测试。在60℃的温度下，采用十种墨水使加热器113运行八周，之后观察加热器113的形状。但是，没有观察到加热器113与墨水之间的反应，也没有发生加热器113的剥离。
在喷墨打印头制造过程中，加热器113的电阻可能发生变化。更具体地说，在淀积加热器113之后采用Al形成电极114的过程中，在蚀刻Al的过程中加热器113可能暴露于蚀刻剂下，在加热器113的构图过程中去除光致抗蚀剂时，加热器113可能暴露于氧等离子体下。
在淀积加热器113之后立即测得的加热器113的薄层电阻为7.56kΩ/□，在蚀刻Al的过程之后测得的薄层电阻为7.56kΩ/□，在去除光致抗蚀剂的过程之后测得的薄层电阻为5.57kΩ/□。也就是说，由Pt-Ru合金形成的加热器113几乎未相对于制造喷墨打印头260的气氛条件表现出电阻变化。
加热器113还必须具有大于等于1.5GW/m2左右的电气强度，使得加热器113在受到反复加热而在墨水中产生气泡时不受损害。在根据本发明总构思的实施例的喷墨打印头260中，在使由Pt-Ru合金形成的加热器113的热生成部分113a具有22μm×29μm，即638μm2的面积时，加热器113在空气气氛中具有约3GW/m2的电气强度。也就是说，由于由Pt-Ru合金形成的加热器113具有两倍于所需电气强度的电气强度，因而根据本发明总构思的实施例的加热器113具有足够的电气强度裕量，因而具有高电稳定性。
而且，在根据本发明总构思的实施例的喷墨打印头260中，由于加热器113直接暴露至墨水，因而加热器113必须相对于气泡消失时产生的空化力具有足够的机械强度。而且，由于加热器113与墨水直接接触，因此在加热器113与墨水之间一定不能发生电化学反应。采用市场上可买到的墨水执行加热器113的气泡测试，所述加热器113由Pt-Ru合金形成，并且具有22μm×29μm的热生成部分113a。测试结果为，形成稳定气泡所需的输入到加热器113内的能量为0.51μJ左右。这一能量比输入到常规喷墨打印头的由Ta形成的加热器(热生成部分面积为22μm×22μm)内的能量(1.2μJ)低得多，在所述常规喷墨打印头中，由具有6000
Figure G07106147120070212D000111
的厚度的氮化硅SiNx形成的钝化层和具有3000的厚度的抗空化层形成于加热器上，并且覆盖所述热生成部分面积。也就是说，由于根据本发明总构思的加热器113直接接触墨水，因此可以使产生稳定气泡所需的输入到加热器113内的能量降至常规喷墨打印头的50％以下。
而且，在向由Pt-Ru合金形成的加热器113持续施加上述能量时，加热器113表现出了约一亿个脉冲或更多的寿命。一亿个脉冲的寿命表明加热器113具有高机械、电学和化学稳定性。
现在将参考图8和图9描述当加热器113由Pt-Ir-X合金形成时根据本发明总构思的实施例的加热器113的特性。X可以是从下述集合中选出的至少一种材料：Ta、W、Cr、Al和O。
图8是根据本发明总构思的实施例示出了当加热器113由Pt-Ir-X合金形成时，与加热器113中的Ta成分百分比对应的加热器113的电阻率的曲线图，其中，Pt和Ir的成分百分比基本相等，X为Ta。在本实施例中，例如，如果Ta的成分百分比为10％，那么Pt∶Ir∶Ta的成分比为45∶45∶10，如果Ta的成分百分比为30％，那么Pt∶Ir∶Ta的成分比为35∶35∶30。尽管本实施例采用了基本相等的Pt和Ir的成分百分比，但是本发明总构思不限于此，Pt和Ir的成分百分比可以不相等。
在图8中，由符号‘■’表示在淀积加热器113之后，由Pt-Ir-Ta合金形成的加热器113的电阻率，由符号‘●’表示在400℃的温度下对加热器113进行3个小时的退火之后，由Pt-Ir-Ta合金形成的加热器113的电阻率，由符号‘▲’表示在500℃的温度下对由Pt-Ir-Ta合金形成的加热器113进行3个小时的退火之后加热器113的电阻率。图9是示出了当加热器113由Pt-Ir-Ta合金形成时，与加热器113中的Ta的成分百分比对应的加热器113的TCR的曲线图。
如上所述，要求喷墨打印头260的加热器113具有高电阻率和低TCR。随着加热器113中Ta成分百分比的提高，电阻率增大，但TCR降低。尽管进行了退火，但是加热器113的电阻率未发生变化。这些结果表明被重复加热至500℃并冷却的喷墨打印头具有高热稳定性。
相应地，本发明总构思的实施例的例子是由Pt-Ir-X合金形成的加热器113，其中，Pt和Ir具有基本相同的成分百分比，X为Ta，Ta相对于Pt、Ir和Ta的合金的总成分具有处于约0％到约30％之间的成分百分比。
图10是根据本发明总构思的实施例示出了当加热器113由Pt-Ir-X合金形成并且X为O时，与加热器113内的O的成分百分比对应的加热器113的电阻率曲线图。在本实施例中，Pt和Ir具有基本相同的成分百分比，O相对于Pt、Ir和O的合金的总成分具有处于约0％到约40％之间的成分百分比。
在图10中，由符号‘■’表示在淀积加热器113之后，由Pt-Ir-O合金形成的加热器113的电阻率；由符号‘▲’表示在400℃的温度下对加热器113进行3个小时的退火之后，由Pt-Ir-O合金形成的加热器113的电阻率；由符号‘●’表示在500℃的温度下对由Pt-Ir-O合金形成的加热器113进行3个小时的退火之后加热器113的电阻率。图11是根据本发明总构思的实施例示出了当加热器113由Pt-Ir-O合金形成时，与加热器113内的O的成分百分比对应的由Pt-Ir-O合金构成的加热器113的TCR的曲线图。
参考图10，当O的成分百分比为约20％时，加热器113的电阻率开始变化，并增大直到O的成分百分比到达约40％，同时参考图11，TCR随着O成分百分比接近约20％而降低。即使存在退火，电阻率的变化也是非常小的。这些结果表明被重复加热至500℃并冷却的喷墨打印头具有高热稳定性。
对两种类型的加热器113的薄层电阻、输入能和寿命进行了测量，所述两种类型的加热器113是分别由具有(例如)35、35和30以及30、30和40的成分比的pt-Ir-Ta合金以及Pt-Ir-O合金形成的加热器。构图后这两个加热器的热生成部分113a的面积以及加热器113的厚度分别为22μm×29μm(638μm2)和1000
针对由Pt0.35-Ir0.35-Ta0.30形成的加热器113测得18.74Ω/□的薄层电阻、0.61μJ的输入能、2.61GW/m2的电气强度和2.0×108的寿命，并且未在加热器113内观察到异常。针对由Pt0.30-Ir0.30-O0.40形成的加热器113测得24.14Ω/□的薄层电阻、0.70μJ的输入能、3.20GW/m2的电气强度和2.3×107的寿命，并且未在加热器113内观察到异常。
如果加热器113具有22μm×29μm(638μm2)的热生成部分面积和1000
Figure G07106147120070212D000131
的厚度，那么加热器113必须具有大于等于1.5GW/m2左右的电气强度，从而使加热器113在通过其使墨水中产生气泡时不会受到损害。由于由Pt-Ir-X合金形成的加热器113具有两倍于所需电气强度的电气强度，因而根据本发明总构思的当前实施例的加热器113具有足够的电气强度裕量，因而具有高电稳定性。
从所述测试结果可以看出，输入到分别由Pt0.35-Ir0.35-Ta0.30和Pt0.30-Ir0.30-O0.40形成的加热器113内的用于在墨水中产生稳定气泡的能量分别为0.61μJ和0.7μJ。与输入到常规喷墨打印头的由TaN形成的加热器(热生成部分面积为22μm×22μm)内的能量(1.2μJ)相比，输入到加热器113内的这一能量水平是非常小的，在所述常规喷墨打印头中，在加热器113上形成由具有6000的厚度的氮化硅SiNx形成的钝化层和具有3000
Figure G07106147120070212D000133
的厚度的抗空化层。也就是说，由于根据本发明总构思的由Pt-Ir-Ta或Pt-Ir-O形成的加热器113与墨水直接接触，因此可以将产生稳定气泡所需的输入到加热器113内的能量降低至小于常规喷墨打印头的50％。
而且，在向由Pt-Ir-X合金形成的加热器113持续施加上述能量时，加热器113表现出了约几千万到几亿个脉冲或更大的寿命。加热器113的长的寿命表明加热器113具有高机械、电学和化学稳定性。
尽管在上述段落中，已经描述了由Pt-Ir-X合金形成的加热器，其中，X为Ta或O，但是X可以是Ta、W、Cr、Al和O之一，当X为W、Cr或Al时，可以预期类似的薄层电阻、输入能、电气强度以及机械、电学和化学特性。
如上所述，根据本发明总构思的喷墨打印头和包括所述喷墨打印头的喷墨成像设备能够降低输入到加热器内的喷射墨水所需的能量，能够提高加热器的机械、电学和化学稳定性，能够降低瞬时喷射墨水所需的功率，能够防止因累积热量而导致墨水特性的劣化，并且能够提高喷嘴的集成密度。具体而言，根据本发明总构思的实施例的喷墨打印头既适于作为阵列式打印喷墨打印头也适于作为行式打印喷墨打印头，从而克服由采用几万个喷嘴进行高速打印而导致的功率容量问题和蓄热问题。
虽然已经展示和描述了本发明总构思的一些实施例，本领域的技术人员将要理解的是，可以在这些实施例中做出变化，而不背离本发明总构思的原理和精神，本发明的范围在权利要求及其等价文件中加以界定。
本申请要求于2006年7月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2006-0064858的优先权，在此将其公开文本全文引入以供参考。

Claims (19)

1.一种喷墨打印头，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的加热器；
形成于所述加热器上的用于向所述加热器施加电流的电极；
腔室层，其叠置于其上形成有所述加热器和所述电极的所述衬底的上部上，并且包括墨室，所述墨室存储待喷射的墨水并且形成于所述加热器的热生成部分之上；以及
喷嘴层，其叠置于所述腔室层的上部上，并且包括多个通过其喷射墨水的喷嘴，
其中所述热生成部分与所述墨室内的墨水直接接触，所述加热器由Pt-Ru合金和Pt-Ir与材料X的合金之一形成，所述材料X是从下述集合中选出的至少一种材料：Ta、W、Cr、Al和O。
2.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述加热器具有500到
Figure FSB00000744731200011
的厚度。
3.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述加热器的所述热生成部分的面积为650μm2或更低。
4.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中施加至所述加热器的输入能为1.0μJ或更低。
5.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述加热器具有一亿个脉冲或更长的寿命。
6.根据权利要求1所述的喷墨打印头，还包括：
形成于所述衬底和所述加热器之间的绝缘层，其使所述加热器与所述衬底绝热并且电绝缘。
7.根据权利要求6所述的喷墨打印头，其中所述绝缘层由氧化硅形成。
8.根据权利要求7所述的喷墨打印头，还包括：
位于所述绝缘层和所述加热器之间的用于提高所述绝缘层和所述加热器之间的粘附性的粘结层。
9.根据权利要求8所述的喷墨打印头，其中所述粘结层由Ta形成。
10.根据权利要求1所述的喷墨打印头，还包括：
覆盖所述电极以防止所述电极与所述墨水之间接触的钝化层。
11.根据权利要求10所述的喷墨打印头，其中所述钝化层由氮化硅形成。
12.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述电极形成于所述加热器的上侧表面上。
13.根据权利要求1所述的喷墨打印头，其中所述材料X为杂质。
14.一种喷墨成像设备，包括：
热喷墨打印头，其通过加热加热器经由多个喷嘴喷射墨水，其中所述加热器与所述墨水接触并且由Pt-Ru合金和Pt-Ir与杂质X的合金之一形成，其中所述杂质X是从下述集合中选出的至少一种材料：Ta、W、Cr、Al和O。
15.根据权利要求14所述的喷墨成像设备，其中每一所述热喷墨打印头包括覆盖电极从而防止所述电极与所述墨水之间接触的钝化层。
16.根据权利要求14所述的喷墨成像设备，其中以对应于至少打印介质的宽度的长度设置所述喷嘴。
17.一种喷墨成像设备，包括：
多个热喷墨打印头，所述热喷墨打印头通过采用多个加热器向墨水施加热量而经由多个喷嘴喷射墨水，其中所述加热器与所述墨水直接接触并且由Pt-Ru合金和Pt-Ir与杂质X的合金之一形成，其中所述杂质X是从下述集合中选出的至少一种材料：Ta、W、Cr、Al和O。
18.一种热喷墨打印头，包括：
衬底；
加热器，其形成于所述衬底之上，并且包括Pt-Ru合金和Pt-Ir与杂质X的合金之一，其中所述杂质X是从下述集合中选出的至少一种材料：Ta、W、Cr、Al和O；
形成于所述加热器的部分的上方以暴露所述加热器的热生成部分的电极；以及
墨室，其形成于所述电极和所述加热器之上，用于容纳墨水，以使所容纳的墨水接触所述加热器的所述热生成部分。
19.一种可以在喷墨打印头中使用的加热元件，所述加热元件包括Pt-Ru合金和Pt-Ir与杂质X的合金之一，其中所述杂质X是从下述集合中选出的至少一种材料：Ta、W、Cr、Al和O。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100828362B1 (ko) * 2005-11-04 2008-05-08 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트헤드용 히터 및 이 히터를 구비하는 잉크젯프린트헤드
JP5788984B2 (ja) * 2010-07-23 2015-10-07 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ． 熱抵抗式流体噴射アセンブリ
CN104191495A (zh) * 2014-09-02 2014-12-10 陈勃生 一种水泥、水泥基复合材料及陶瓷精制品的成形方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2279763A (en) * 1941-07-09 1942-04-14 Baker & Co Inc Alloy
US4155660A (en) * 1976-03-10 1979-05-22 Pilot Man-Nen-Hitsu Kabushiki Kaisha Dot printing wire
US5477252A (en) * 1991-08-02 1995-12-19 Canon Kabushiki Kaisha Substrate for ink jet head, ink jet head provided with said substrate and ink jet apparatus having such ink jet head
CN1270103A (zh) * 1999-04-14 2000-10-18 财团法人工业技术研究院 热阻层及其用途

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6487271A (en) * 1987-09-30 1989-03-31 Canon Kk Recording head
US5992980A (en) * 1991-08-02 1999-11-30 Canon Kabushiki Kaisha Substrate for ink jet head, ink jet head provided with said substrate and ink jet apparatus having such ink jet head
US6637866B1 (en) * 2002-06-07 2003-10-28 Lexmark International, Inc. Energy efficient heater stack using DLC island

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2279763A (en) * 1941-07-09 1942-04-14 Baker & Co Inc Alloy
US4155660A (en) * 1976-03-10 1979-05-22 Pilot Man-Nen-Hitsu Kabushiki Kaisha Dot printing wire
US5477252A (en) * 1991-08-02 1995-12-19 Canon Kabushiki Kaisha Substrate for ink jet head, ink jet head provided with said substrate and ink jet apparatus having such ink jet head
CN1270103A (zh) * 1999-04-14 2000-10-18 财团法人工业技术研究院 热阻层及其用途

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