CN101367294B - 墨水导引结构及应用此墨水导引结构的喷墨印头 - Google Patents

Abstract

一种墨水导引结构，用以导引一墨水补充开口所供给的墨水。墨水导引结构包括一墨水阻障层。墨水阻障层包括多个墨水腔室、多个第一墨水流道及多个第二墨水流道。这些墨水腔室形成于墨水阻障层内，适用以储存墨水。这些第一墨水流道形成于墨水阻障层内，并分别将这些墨水腔室的前端连通至墨水补充开口，且每个第一墨水流道的入口端大于其出口端。这些第二墨水流道形成于墨水阻障层内，并分别将这些墨水腔室的后端连通至墨水补充开口，其中每个墨水腔室的前端较其后端接近墨水补充开口。

Description

墨水导引结构及应用此墨水导引结构的喷墨印头

技术领域

本发明是有关于一种墨水导引结构，且特别是有关于一种应用于喷墨打印的墨水导引结构及应用此墨水导引结构的喷墨印头。

背景技术

喷墨打印的原理是利用瞬间高压来挤压墨水，以形成墨滴并将墨滴喷射至打印媒体上，以在打印媒体上形成所需的图案。目前喷墨打印技术已经广泛地应用于工商业中，例如文件的输出或材料的涂布。

图1绘示已知的一种喷墨印头。图2绘示图1的局部放大。请参考图1及图2，喷墨印头100具有一基底(substrate)110及一配置在基底110上的墨水阻障层(barrier layer，或称墨腔层)120。墨水阻障层120具有多个墨水腔室(ink chamber)122及多个墨水流道(ink channel)124，其中这些墨水流道124分别将这些墨水腔室122连通至基底110的一墨水补充开口(ink slot；ink via)112，而墨水补充开口112则直接或藉由连通其他槽沟(trench)来贯通基底110。

请参考图2，喷墨印头100还具有多个致动元件130，其配置于基底110之上，并位于对应的墨水腔室122之内，用以作为墨水的压力源。此外，喷墨印头100还具有一喷孔片(未绘示)，其配置于墨水阻障层120上，而喷孔片具有多个喷孔142，其分别连通这些墨水腔室122。

值得注意的是，当致动元件130例如采用发热元件时，致动元件130会发热以在墨水腔室122内产生高压气泡，并藉由气泡将墨水挤出于喷孔142形成墨滴并喷发至打印媒体上。然而，在完成喷墨动作后，由于致动元件130所产生的气泡将随着墨水回填的方向集中在墨水腔室122远离墨水流道124的内侧，因而残留在致动元件130的表面或部份表面上，这会导致致动元件130的寿命缩短。

此外，工业用的喷墨打印需要大体积的墨滴。由于每个墨水腔室122仅连接单一墨水流道124，所以墨水补充至这些墨水腔室122的速率将相对降低。因此，已知的喷墨印头100的设计无法满足大体积墨滴及高打印频率。

发明内容

本发明提出一种墨水导引结构，适用于喷墨印头，用以减少喷墨印头的致动元件表面上的气泡残留。

本发明提出一种墨水导引结构，适用于喷墨印头，用以加速墨水的供应。

本发明提出一种喷墨印头，其墨水导引结构可减少其致动元件表面上的气泡残留。

本发明提出一种喷墨印头，其墨水导引结构可加速墨水的供应。

本发明提出一种墨水导引结构，用以导引一墨水补充开口所供给的墨水。墨水导引结构包括一墨水阻障层。墨水阻障层包括多个墨水腔室、多个第一墨水流道及多个第二墨水流道。这些墨水腔室形成于墨水阻障层内，适用以储存墨水。这些第一墨水流道形成于墨水阻障层内，并分别将这些墨水腔室的前端连通至墨水补充开口，每个第一墨水流道具有邻近于墨水补充开口的一入口端和远离入口端并邻近于其对应的墨水腔室的前端的一出口端，且每个第一墨水流道的入口端大于其出口端。这些第二墨水流道形成于墨水阻障层内，并分别将这些墨水腔室的后端连通至墨水补充开口，其中每个墨水腔室的前端较其后端接近墨水补充开口。

本发明更提供一种喷墨印头，其包括一基底、一墨水阻障层、多个致动元件及一喷孔片。基底具有至少一墨水补充开口，用以供应墨水。墨水阻障层配置于基底上。墨水阻障层包括多个墨水腔室、多个第一墨水流道及多个第二墨水流道。这些墨水腔室形成于墨水阻障层内，适用以储存墨水。这些第一墨水流道形成于墨水阻障层内，并分别将这些墨水腔室的前端连通至墨水补充开口，每个第一墨水流道具有邻近于墨水补充开口的一入口端和远离入口端并邻近于其对应的墨水腔室的前端的一出口端，且每个第一墨水流道的入口端大于其出口端。这些第二墨水流道形成于墨水阻障层内，并分别将这些墨水腔室的后端连通至墨水补充开口，其中每个墨水腔室的前端较其后端接近墨水补充开口。这些致动元件分别配置在这些墨水腔室内，用以作为墨水的一压力源。喷孔片配置在墨水阻障层上，并具有多个喷孔，其分别对应于这些墨水腔室。

在本发明的一实施例中，每个第二墨水流道有一宽度，每个第二墨水流道对应的墨水腔室有一宽度，第二墨水流道的宽度小于等于墨水腔室的宽度。

在本发明的一实施例中，墨水阻障层更包括一共同墨水流道，其连接这些第二墨水流道，其中这些第二墨水流道中的其中之一经由共同墨水流道、其余的第二墨水流道、连接其余的第二墨水流道的这些墨水腔室及连接这些墨水腔室的这些第一墨水流道，来连通至墨水补充开口。

在本发明的一实施例中，每个第二墨水流道有一长度，共同墨水流道有一宽度，共同墨水流道的宽度加上第二墨水流道的长度，小于墨水腔室至墨水阻障层边界的距离。

在本发明的一实施例中，墨水阻障层更包括多个返回墨水流道，其分别将这些第二墨水流道连通至墨水补充开口。

在本发明的一实施例中，每个第二墨水流道有一长度，每个返回墨水流道有一宽度，返回墨水流道的宽度加上第二墨水流道的长度，小于墨水腔室至墨水阻障层的边界的距离。

在本发明的一实施例中，每个返回墨水流道有一宽度，返回墨水流道的宽度小于两相邻第二墨水流道之间的距离。

在本发明的一实施例中，返回墨水流道具有一第一端和一第二端，第一端邻近于其对应的第二墨水流道的一末端，此末端远离其对应的墨水腔室，且该第二端邻近于该墨水补充开口。

在本发明的一实施例中，每个返回墨水流道具有一第一段和一第二段，而第二段实质上平行于对应的第二墨水流道。

在本发明的一实施例中，墨水补充开口为一狭长开槽，而每个返回墨水流道的第一段实质上平行于墨水补充开口的延伸方向。

本发明另提供一种喷墨印头，其包括一基底、一墨水阻障层、多个致动元件及一喷孔片。基底具有至少一墨水补充开口，用以供应墨水。墨水阻障层配置于基底上。墨水阻障层包括多个墨水腔室、多个第一墨水流道及多个第二墨水流道。这些墨水腔室形成于墨水阻障层内，适用以储存墨水。这些第一墨水流道形成于墨水阻障层内，并分别将这些墨水腔室的前端连通至墨水补充开口，每个第一墨水流道具有邻近于墨水补充开口的一入口端和远离入口端并邻近于其对应的墨水腔室的前端的一出口端。这些第二墨水流道形成于墨水阻障层内，并分别将这些墨水腔室的后端连通至墨水补充开口，其中每个墨水腔室的前端较其后端接近墨水补充开口。这些致动元件分别配置在这些墨水腔室内，用以作为墨水的一压力源。喷孔片配置在墨水阻障层上，并具有多个喷孔，其分别对应于这些墨水腔室。当致动元件进行喷发墨水动作时，墨水从对应的墨水腔内往对应的喷孔喷出及从墨水腔的前端和后端分别沿着第一墨水流道方向和第二墨水流道方向流出，当致动元件成喷墨动作后，墨水分别由第一墨水流道和该第二墨水流道往对应的墨水腔的前端和后端向该墨水腔室内流动。

在本发明的一实施例中，墨水阻障层更包括多个返回墨水流道，其分别将这些第二墨水流道连通至墨水补充开口。

在本发明的一实施例中，每个返回墨水流道具有一第一段和一第二段，而第一段实质上平行于墨水补充开口的延伸方向，且第二段实质上平行于对应的第二墨水流道。

基于上述，本发明采用分别位于墨水腔室前后的墨水流道来供应墨水 至墨水腔室，因而加速墨水的供应，这有助于提高喷墨印头的打印速率。

为让本发明的上述和其他特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合所附图式详细说明如下。

附图说明

图1绘示已知的一种喷墨印头。

图2绘示图1的局部放大。

图3绘示本发明一实施例的一种喷墨印头。

图4绘示图3的局部放大。

图5及图6绘示图3的致动元件动作时的墨水流向。

图7及图8绘示图3的致动元件完成喷墨动作后的墨水流向。

图9绘示图3的另一局部放大。

图10绘示本发明的另一实施例的喷墨印头。

图11绘示本发明的又一实施例的一种喷墨印头。

图12绘示图11的局部放大。

图13绘示图11的另一局部放大。

100：喷墨印头              110：基底

112：墨水补充开口          120：墨水阻障层

122：墨水腔室              124：墨水流道

130：致动元件              142：喷孔

200、200A、200B：喷墨印头  210、210A：基底

212、212A：墨水补充开口    220、220B：墨水阻障层

222：墨水腔室              222a：前端

222b：后端                 224：第一墨水流道

224a：入口端               224b：出口端

226：第二墨水流道          226a：末端

228：共同墨水流道          229：返回墨水流道

229a：第一端               229b：第二端

229m：第一段               229n：第二段

230：致动元件              240：喷孔片

242：喷孔                  800：气泡

900：墨滴

具体实施方式

下列各个实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。此外，本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

图3绘示本发明的一实施例的一种喷墨印头，而图4绘示图3的局部放大。请参考图3及图4，本发明的一实施例的一种喷墨印头200包括一基底210，其亦可见于图6及图8。基底210具有一墨水补充开口212，用以供应墨水。于本发明中，墨水补充开口不限于特定形状，其可为例如是墨水开槽(ink slot)或墨水孔道(ink via)，但不以此为限。

喷墨印头200更包括一墨水阻障层220，其配置在基底210之上，以作为一墨水导引结构。墨水阻障层220包括多个墨水腔室222，其形成于墨水阻障层220内，用以储存墨水。

墨水阻障层220更包括多个第一墨水流道224，其形成于墨水阻障层220内，并分别将这些墨水腔室222的前端222a连通至墨水补充开口212。第一墨水流道224具有邻近于墨水补充开口212的一入口端224a，且第一墨水流道224相对于入口端224a，具有邻近于墨水腔室222且远离入口端224a的一出口端224b。于一实施例中，每个第一墨水流道224的入口端224a大于其出口端224b。须说明的是，虽然第一墨水流道224的入口端224a距离墨水补充开口212的边缘有一距离，但仍属于本发明所称第一墨水流道224连通至墨水补充开口212或类似用语。此外，第一墨水流道224的入口端224a和出口端224b的位置是相对于墨水补充开口212而言。

墨水阻障层220更包括多个第二墨水流道226，其形成于墨水阻障层220内，并分别将这些墨水腔室222的后端222b连接至墨水补充开口212，其中每个墨水腔室222的前端222a较其后端222b接近墨水补充开口212。虽然第二墨水流道226远离墨水腔室222的末端226a距离墨水补充开口212边缘有一距离，但仍属于本发明所称第二墨水流道226连通至墨水补充开口212或类似用语。

喷墨印头200更包括多个致动元件230，其分别配置在这些墨水腔室222内，用以作为墨水的一压力源。

于一实施例中，当致动元件230为加热元件，其通常是透过配置于基底210表面上的电阻层(resistive layer)，并利用电性连接此电阻层的导线所定义出来的。这些墨水腔室222分别连通于墨水补充开口212，并暴露出这些致动元件(加热元件)230。在一较佳实施例中，这些致动元件(加热元件)230之上会覆盖有其他保护层(protective layer)(未绘示)，例如是氮化硅(SiN)层、碳化硅(SiC)层或氮化硅与碳化硅的叠层。因此，本发明所称这些的墨水腔室222分别暴露出这些致动元件230，并非仅指这些墨水腔室222让这些致动元件230暴露于空气或暴露于基底210的外表面，尚指墨水阻障层220未直接覆盖这些致动元件(加热元件)230的意思。

喷墨印头200更包括一喷孔片240，其可参见于图6及图8。为方便说明，图6及图8并未绘示基底上其他各层结构和墨水阻障层220。喷孔片240配置在墨水阻障层220上，并具有多个喷孔242，其分别对应于这些墨水腔室222，用以输出墨滴。

图5及图6绘示图3的致动元件动作时的墨水流向。请参考图5及图6，当致动元件230进行加热动作，使墨水沸腾而产生墨水气泡800进行喷发动作时，墨水气泡800将推挤墨水，使得墨水沿着这些箭头朝向第一墨水流道224、第二墨水流道226及喷孔242来流动。

图7及图8绘示图3的致动元件230动作后的墨水流向。请参考图7及图8，在致动元件230完成喷墨动作以形成墨滴900后，墨水将沿着这些箭头经由第一墨水流道224及第二墨水流道226流动以填补墨水腔室222。

在本实施例中，墨水阻障层220更包括一共同墨水流道228，如图4所示，其连接这些第二墨水流道226。换言之，第二墨水流道226经由共同墨水流道228、另一第二墨水流道226、连接另一第二墨水流道226对应的墨水腔室222、及连接此墨水腔室222的第一墨水流道224，来连通至墨水补充开口212。

图9绘示图3的另一局部放大。请参考图9，在本实施例中，第二墨水流道226的宽度D1小于等于墨水腔室222的宽度W1。此外，共同墨水流道228的宽度A1加上第二墨水流道226的长度B1，小于墨水腔室222至墨水阻障层220边界的距离L1。

在下文中，相似的标号代表相同或相似的元件。

在图3的实施例中，墨水补充开口212是一狭长开槽。不过，在本发明的另一实施例中，喷墨印头200A的基底210A可具有多个墨水补充开口212A，其为实质上垂直于基底210A的通孔，如图10所示。这些墨水补充开口212A分别位于这些第一墨水流道224的入口端224a的外侧，用以供应墨水。但本发明的墨水补充开口的形式不以狭长开槽的墨水补充开口212或通孔的墨水补充开口212A为限。

图11绘示本发明的又一实施例的一种喷墨印头，而图12绘示图11的局部放大。请参考图11及图12，本发明的又一实施例的一种喷墨印头200B的墨水阻障层220B包括多个返回墨水流道229，其分别将这些第二墨水流道226连接至墨水补充开口212。因此，每个返回墨水流道229具有一第一端229a和一第二端229b，返回墨水流道229的第一端229a邻近于其对应的第二墨水流道226远离墨水腔室222的末端226a，且第二端229b邻近于墨水补充开口212。于一实施例中，返回墨水流道229包含第一段229m和第二段229n，其中返回墨水流道229的第二段229n实质上平行于第二墨水流道226。当墨水补充开口212为一狭长开槽时，如图11所示，返回墨水 流道229的第一段229m实质上平行于墨水补充开口212的延伸方向。

图13绘示图11的另一局部放大。请参考图13，在本实施例中，第二墨水流道226的宽度D2小于等于墨水腔室222的宽度W2。此外，返回墨水流道229的宽度A2加上第二墨水流道226的长度B2，小于墨水腔室222至墨水阻障层220B边界的距离L2。另外，返回墨水流道229的宽度A2小于两相邻第二墨水流道226之间的距离E。

综上所述，本发明采用双墨水流道来供应墨水至墨水腔室，因而加速墨水的供应，这有助于提高喷墨印头的打印速率。此外，当致动元件为发热元件时，致动元件在完成喷墨动作后，墨水将从致动元件前后两侧的墨水流道同时回流往墨水腔室，此时气泡将随着墨水往墨水腔室两侧边缘集中。由于气泡集中于墨水腔室两侧边缘，并未对致动元件进行冲击或累积于致动元件上，故可增加致动元件的寿命。

虽然本发明已以多个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。此外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。另外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (23)

1.一种墨水导引结构，用以导引一墨水补充开口所供给的墨水，其特征在于该墨水导引结构包括：

一墨水阻障层，包括：

多个墨水腔室，形成于该墨水阻障层内，适用以储存墨水；

多个第一墨水流道，形成于该墨水阻障层内，并分别将该些墨水腔室的前端连通至该墨水补充开口，每个该第一墨水流道具有邻近于该墨水补充开口的一入口端和远离该入口端并邻近于其对应的该墨水腔室的前端的一出口端，且每个该第一墨水流道的入口端大于其出口端；以及

多个第二墨水流道，形成于该墨水阻障层内，并分别将该些墨水腔室的后端连通至该墨水补充开口，其中每个墨水腔室的前端较其后端接近该墨水补充开口。

2.如权利要求1所述的墨水导引结构，其特征在于每个第二墨水流道有一宽度，每个第二墨水流道对应的该墨水腔室有一宽度，该第二墨水流道的宽度小于等于该墨水腔室的宽度。

3.如权利要求1所述的墨水导引结构，其特征在于该墨水阻障层更包括：

一共同墨水流道，连接该些第二墨水流道，其中该些第二墨水流道中的其中之一经由该共同墨水流道、其余的第二墨水流道、连接其余的第二墨水流道的该些墨水腔室及连接该些墨水腔室的该些第一墨水流道，来连通至该墨水补充开口。

4.如权利要求3所述的墨水导引结构，其特征在于每个第二墨水流道有一长度，该共同墨水流道有一宽度，该共同墨水流道的宽度加上该第二墨水流道的长度，小于该墨水腔室至该墨水阻障层边界的距离。

5.如权利要求1所述的墨水导引结构，其特征在于该墨水阻障层更包括：

多个返回墨水流道，分别将该些第二墨水流道连通至该墨水补充开口。

6.如权利要求5所述的墨水导引结构，其特征在于每个第二墨水流道有一长度，每个返回墨水流道有一宽度，该返回墨水流道的宽度加上该第二墨水流道的长度，小于该墨水腔室至该墨水阻障层边界的距离。

7.如权利要求5所述的墨水导引结构，其特征在于每个返回墨水流道有一宽度，该返回墨水流道的宽度小于两相邻第二墨水流道之间的距离。

8.如权利要求5所述的墨水导引结构，其特征在于每个该返回墨水流道具有一第一段和一第二段，而该第二段实质上平行于对应的该第二墨水流道。

9.如权利要求8所述的墨水导引结构，其特征在于该墨水补充开口为一狭长开槽，而每个该返回墨水流道的该第一段实质上平行于该墨水补充开口的延伸方向。

10.一种喷墨印头，其特征在于包括：

一基底，具有至少一墨水补充开口，用以供应墨水；

一墨水阻障层，配置于该基底之上，该墨水阻障层包括：

多个墨水腔室，形成于该墨水阻障层内，适用以储存墨水；

多个第一墨水流道，形成于该墨水阻障层内，并分别将该些墨水腔室的前端连通至该墨水补充开口，每个该第一墨水流道具有邻近于该墨水补充开口的一入口端和远离该入口端并邻近于其对应的该墨水腔室的前端的一出口端，且每个该第一墨水流道的入口端大于其出口端；以及

多个第二墨水流道，形成于该墨水阻障层内，并分别将该些墨水腔室的后端连通至该墨水补充开口，其中每个墨水腔室的前端较其后端接近该墨水补充开口；

多个致动元件，分别配置在该些墨水腔室内，用以作为墨水的一压力源；以及

一喷孔片，配置在该墨水阻障层上，并具有多个喷孔，其分别对应于该些墨水腔室。

11.如权利要求10所述的喷墨印头，其特征在于该基底具有多个该墨水补充开口，其分别位于该些第一墨水流道的入口端的外侧。

12.如权利要求10所述的喷墨印头，其特征在于每个第二墨水流道有一宽度，每个第二墨水流道对应的该墨水腔室有一宽度，该第二墨水流道的宽度小于等于该墨水腔室的宽度。

13.如权利要求10所述的喷墨印头，其特征在于该墨水阻障层更包括：

一共同墨水流道，连接该些第二墨水流道，其中该些第二墨水流道中的其中之一经由该共同墨水流道、其余的第二墨水流道、连接其余的第二墨水流道的该些墨水腔室及连接该些墨水腔室的该些第一墨水流道，来连通至该墨水补充开口。

14.如权利要求13所述的喷墨印头，其特征在于每个第二墨水流道有一长度，该共同墨水流道有一宽度，该共同墨水流道的宽度加上该第二墨水流道的长度，小于该墨水腔室至该墨水阻障层边界的距离。

15.如权利要求10所述的喷墨印头，其特征在于该墨水阻障层更包括：

多个返回墨水流道，分别将该些第二墨水流道连通至该墨水补充开口。

16.如权利要求15所述的喷墨印头，其特征在于每个第二墨水流道有一长度，每个返回墨水流道有一宽度，该返回墨水流道的宽度加上该第二墨水流道的长度，小于该墨水腔室至该墨水阻障层边界的距离。

17.如权利要求15所述的喷墨印头，其特征在于每个返回墨水流道有一宽度，该返回墨水流道的宽度小于两相邻第二墨水流道之间的距离。

18.如权利要求15所述的喷墨印头，其特征在于每个该返回墨水流道具有一第一段和一第二段，而该第二段实质上平行于对应的该第二墨水流道。

19.如权利要求18所述的喷墨印头，其特征在于该墨水补充开口为一狭长开槽，每个该返回墨水流道的该第一段实质上平行于该墨水补充开口的延伸方向。

20.如权利要求15所述的喷墨印头，其特征在于每个该返回墨水流道具有一第一端和一第二端，其中该第一端邻近于其对应的该第二墨水流道的一末端，该末端远离其对应的该墨水腔室，且该第二端邻近于该墨水补充开口。

21.一种喷墨印头，其特征在于包括：

一基底，具有至少一墨水补充开口，用以供应墨水；

一墨水阻障层，配置于该基底上，该墨水阻障层包括：

多个墨水腔室，形成于该墨水阻障层内，适用以储存墨水；

多个第一墨水流道，形成于该墨水阻障层内，并分别将该些墨水腔室的前端连通至该墨水补充开口，每个该第一墨水流道具有邻近于该墨水补充开口的一入口端以及远离该入口端并邻近于其对应的该墨水腔室的前端的一出口端；以及

多个第二墨水流道，形成于该墨水阻障层内，并分别将该些墨水腔室的后端连通至该墨水补充开口，其中每个墨水腔室的前端较其后端接近该墨水补充开口；

多个致动元件，分别配置在该些墨水腔室内，用以作为墨水的一压力源；以及

一喷孔片，配置在该墨水阻障层上，并具有多个喷孔，分别对应于该些墨水腔室，

其中，当该致动元件进行喷发墨水动作时，墨水从对应的该墨水腔内往对应的该喷孔喷出及从该墨水腔的前端和后端分别沿着该第一墨水流道方向和该第二墨水流道方向流出，当致动元件完成喷墨动作后，墨水分别由该第一墨水流道和该第二墨水流道往对应的该墨水腔的前端和后端向该墨水腔室内流动。

22.如权利要求21所述的喷墨印头，其特征在于该墨水阻障层更包括：

多个返回墨水流道，分别将该些第二墨水流道连通至该墨水补充开口。

23.如权利要求21所述的喷墨印头，其特征在于每个该返回墨水流道具有一第一段和一第二段，而该第一段实质上平行于该墨水补充开口的延伸方向，且该第二段平行于对应的该第二墨水流道。

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