CN102407667A

CN102407667A - 喷墨单元

Info

Publication number: CN102407667A
Application number: CN2010102934671A
Authority: CN
Inventors: 郑江河; 黄科铭; 奚国元
Original assignee: Microjet Technology Co Ltd
Current assignee: Microjet Technology Co Ltd
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明为一种喷墨单元，适用于一喷墨头多层结构，且由多层板件堆栈而成，以形成一入液流道、一储液室、一压力腔体、一出液流道以及一喷嘴孔，其特征在于：该出液流道的两端分别与该压力腔体及该喷嘴孔相连通，且该出液流道的截面积由该压力腔体朝该喷嘴孔方向渐缩，且每相邻板件依渐缩方向所构成的出液流道截面积大于另一渐缩方向相邻板件的出液流道截面积。

Description

喷墨单元

技术领域

本发明关于一种喷墨单元，尤指一种具有渐缩式出液流道的喷墨单元。

背景技术

随着喷墨技术的进步，喷墨技术不再只是应用在传统打印市场上，近年更应用于平面显示器以及半导体产业的制程技术中，然而，为了降低成本以及节省制程时间，纷纷寻求新的喷墨技术，这之中最被广为应用的，就是压电式喷墨技术。

请参阅图1A，其为已知喷墨头多层结构于切割前的平面示意图，如图所示，已知喷墨头多层结构1主要由多层不锈钢板件以高温扩散接合技术堆栈而成，进而形成喷墨头多层结构1的微结构，其中喷墨头多层结构1具有多个喷墨单元100，请参阅图1B，每一喷墨单元100对应具有供墨液流入的入液流道101、供储存墨液的储液室102、压力腔体103、出液流道104以及供墨液喷出的喷嘴孔105等微结构，且在喷墨单元100的入液流道101、储液室102、压力腔体103、出液流道105及喷嘴孔105等微结构上方设置一振动板106，并在振动板106的上方，且对应于压力腔体103的位置设置一致动片107。

请再参阅图1B，由于已知喷墨单元100由多层不锈钢板件所堆栈而成，采用此种方式在制作不锈钢板件时需具备良好的尺寸精度，在组装时也需将组装误差控制在一定范围内，如此才不致使与喷嘴孔105对应的出液流道104产生堵塞的情况，再加上一般在制造喷嘴孔105时以蚀刻制程在厚度200um以下且公差约在10um左右的喷嘴板件上进行，因此喷嘴板件的边框尺寸容易因蚀刻药水浓度及时间等参数影响而变化，再加上多层不锈钢板件间组装的误差，组合完成后，喷嘴孔105容易发生错位的情形，即喷嘴孔105的设置位置偏移，如图1B的结构，如此将导致出液流道104缩小且非为直立式，将使墨水不易喷出，以及喷出的液滴大小不一致而影响喷墨质量。

再者，图1B所示的喷墨单元主要是使用金属融接接合制程来组装的，其做法是先在各不锈钢板件表面上镀金，再依照方向顺序将各板件叠加起来，接着进行热压以使每两板件间的金原子扩散，最终达成融接动作。这种组装方式虽然有接合强度极佳的优点，但却需要在无氧的环境下，以500至1000℃的高温来进行，所以设备建立较困难且昂贵，同时辅助热压的治具也须慎选，否则容易变形、变质，甚至崩裂，且此高温制程夹具崩裂或沾粘严重，所以耗损速率极快，除了治具替换费用占成本高以外，在大量生产下质量也极不稳定。再者，金价日渐昂贵、融接制程不易批次化、以及表面处理不当容易影响融接效果及良率等，这些都垫高了已知使用金属融接生产喷墨单元的制造成本。

因此，如何发展一种可改善上述已知技术缺失的具有渐缩式出液流道的喷墨单元，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有渐缩式出液流道的喷墨单元，以解决已知喷墨头多层结构进行喷嘴孔制程时因蚀刻药水浓度及时间等参数影响以及后续组装的误差影响，使得组合后喷墨单元的喷嘴孔发生错位的情形，以及导致出液流道缩小，造成墨水不易喷出以及喷出的液滴大小不一致而影响喷墨质量等缺点。

为达上述目的，本发明的一较广义实施态样为提供一种喷墨单元，适用于一喷墨头多层结构，且由多层板件堆栈而成，以形成一入液流道、一储液室、一压力腔体、一出液流道以及一喷嘴孔，其特征在于：该出液流道的两端分别与该压力腔体及该喷嘴孔相连通，且该出液流道的截面积由该压力腔体朝该喷嘴孔方向渐缩，且每相邻板件依渐缩方向所构成的出液流道截面积大于另一渐缩方向相邻板件的出液流道截面积。

根据本发明的构想，其中该入液流道与该储液室及该压力腔体相连通。

根据本发明的构想，其中部分该板件为一不锈钢板件。

根据本发明的构想，其中每一该板件具有一对位检查孔，且每一该板件的该对位检查孔的孔径相异，借助于每一该板件的该对位检查孔属同心圆的特性来进行该多层板件的对位。

附图说明

图1A：其为已知喷墨头多层结构于切割前的平面示意图。

图1B：其为图1A所示的喷墨单元的A-A剖面图。

图2A：其为本发明较佳实施例的喷墨头多层结构的结构示意图。

图2B：其为图2A所示的第一较佳实施例的喷墨单元的B-B剖面结构示意图。

图3：其为本发明第三较佳实施例的喷墨单元的结构示意图。

图4：其为本发明第三较佳实施例的喷墨单元的结构示意图。

图5：其为本发明第四较佳实施例的喷墨单元的结构示意图。

图6：其为本发明第五较佳实施例的喷墨单元的结构示意图。

【主要组件符号说明】

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明的用，而非用以限制本发明。

请参阅图2A及图2B，其中图2A为本发明较佳实施例的喷墨头多层结构的结构示意图，图2B为图2A所示的第一较佳实施例的喷墨单元的B-B剖面结构示意图，如图2A所示，本发明喷墨头多层结构2为一多层结构，主要由多层板件及多层干膜层(如图2B所示)堆栈设置而成，以使喷墨头多层结构2具有多个喷墨单元200。

请再参阅图2B，本发明的喷墨单元200可由喷孔层201、中间流道层202、连通层203、压力腔层204、致动层205以及多个干膜层206所堆栈设置而成，于本实施例中，每一喷墨单元200的喷孔层201可构成一喷嘴片，包含一喷嘴孔211，中间流道层202可由第一板件20201、第二板件20202、第三板件20203、第四板件20204、第五板件20205、第六板件20206以及每一板件间夹持一干膜层206所堆栈而成，但板件的数量并不以此为限，连通层203则可由入口流道层2031、出入孔层2032，以及入口流道层2031及出入孔层2032两者的间夹持干膜层206所堆栈设置而成，其中，入口流道层2031以及出入孔层2032可分别由一板件所构成，至于，压力腔层204亦可由一板件所构成，致动层205可为振动板与致动片(未图示)所组成，致动片可由但不限由锆钛酸铅(Lead Zirconate Titanate，PZT)压电材料所形成，第一板件20201至第六板件20206、入口流道层2031以及出入孔层2032可分别为一不锈钢板件。本发明的干膜层206所使用的材质除了可使用一般具阻挡水性溶剂的压克力列干膜外，针对溶剂型及硬化墨水则可使用环氧树脂(Epoxy)列材质胶膜，但不以此为限。

请再参阅图2B，喷墨单元200由喷孔层201、中间流道层202、连通层203、压力腔层204以及致动层205依序往上堆栈至所形成，且于堆栈完成后，连通层203的入口流道层2031将堆栈形成具有供墨液流入的入液流道207、中间流道层202及入口流道层2031将堆栈形成供储存墨液的储液室208、压力腔层204将堆栈形成压力腔体209、连通层203以及中间流道层202将堆栈形成出液流道210以及喷孔层201形成供墨液喷出的喷嘴孔211，其中，入液流道207与储液室208及压力腔体209相连通，出液流道210的两端分别与压力腔体209及喷嘴孔211相连通。

请再参阅图2B，出液流道210为由入口流道层2031、出入孔层2032以及第六板件20206至第一板件20201所对应到喷嘴孔211所构成的一个渐缩式流道结构，入口流道层2031、出入孔层2032以及第六板件20206至第一板件20201的出液流道210的截面积由压力腔体209朝喷嘴孔211方向渐缩，且每相邻层板件依渐缩方向的原则构成出液流道，亦即一相邻层板件的出液流道截面积大于下一个渐缩方向相邻层板件的出液流道截面积，也就是说，入口流道层2031、出入孔层2032以及第六板件20206至第一板件20201用以形成出液流道210的截面积相较，截面积由大至小的顺序依序为入口流道层2031、出入孔层2032、第六板件20206、第五板件20205、第四板件20204、第三板件20203、第二板件20202、第一板件20201，即构成入口流道层2031的板件具有最大的截面积，第一板件20201的截面积则最小，如此一来，借助于出液流道210的截面积由压力腔体209朝喷嘴孔211方向渐缩的技术特征，即出液流道210为一个渐缩式流道结构的设计，可导引墨液的流动方向且加快墨液的流速，使墨液可快速由喷嘴孔211喷出且喷出的液滴大小一致。

请再参阅图2A，本发明的喷墨单元200所包含的喷孔层201、中间流道层202的第一板件20201、第二板件20202、第三板件20203、第四板件20204、第五板件20205、第六板件20206、连通层203的入口流道层2031及出入孔层2032、压力腔层204、致动层205均各别具有一对位检查孔2011、20207、20208、20209、20210、20211、20212、2033、2034、2041、2051，且每一对位检查孔的孔径相异，且该多个对位检查孔2011、20207、20208、20209、20210、20211、20212、2033、2034、2041、2051的圆心属同心圆设置，其中对位检查孔的孔径由小至大的顺序依序为喷孔层201、第一板件20201、第二板件20202、第三板件20203、第四板件20204、第五板件20205、第六板件20206、入口流道层2031、出入孔层2032、压力腔层204、致动层205，即致动层205的对位检查孔2051的孔径最大，而喷孔层201的对位检查孔2011的孔径最小，因此本发明的喷墨单元200所包含的喷孔层201、中间流道层202的第一板件20201、第二板件20202、第三板件20203、第四板件20204、第五板件20205、第六板件20206、连通层203的入口流道层2031及出入孔层2032、压力腔层204、致动层205之间的组装对位方式可借助于每一板件的对位检查孔属同心圆的特性来进行该多层板件的间的对位，使得组装完成后喷孔层201、中间流道层202的第一板件20201、第二板件20202、第三板件20203、第四板件20204、第五板件20205、第六板件20206、连通层203的入口流道层2031、出入孔层2032、压力腔层204、致动层205之间不会发生偏移的情况，使喷墨单元200可保持正常的喷墨功能。

请再参阅图2B，本发明的喷墨单元200的制造方法为：首先，提供喷孔层201，其具有一喷嘴孔211，并于喷孔层201上方设置一层干膜层206，其中，干膜层206为一种感旋光性光阻材料，除了当接合胶层外，也可以黄光制程定义出适当的开孔，以配合其上下所连接的相关流道或孔洞图形，以取代已知部分的微流道层。

接着，以两相邻板件之间夹持一干膜层206的方式依序将中间流道层202所包含的第一板件20201、第二板件20202、第三板件20203、第四板件20204、第五板件20205、第六板件20206设置于喷孔层201上方的干膜层206之上，并于第六板件20206上方设置一干膜层206，后续，同样以两相邻板件之间夹持一干膜层206的方式依序将连通层203所包含的入口流道层2031以及出入孔层2032设置于第六板件20206上方的干膜层206之上，并于出入孔层2032上方设置一干膜层206，以形成入液流道207、储液室208以及出液流道210。

然后，将压力腔层204设置于连通层203的出入孔层2032上方的干膜层206之上，以形成压力腔体209，接着，于压力腔层204上方设置一干膜层206，并将致动层205设置于压力腔层204上方的干膜层206之上，最后，将已组装对位完成的喷孔层201、中间流道层202、连通层203、压力腔层204、致动层205及干膜层206固定于加热治具上，然后以上下同时加温的方式进行一热压制程，其使用温度约介于150至200℃，压力则在3至6kg/cm2间，时间约需1小时，且于施压的状态下降温至接近室温时才予以取出，以形成喷墨单元200。

喷孔层201所构成的喷孔片则可以微电铸方式来制作，因为其尺寸相当大且又为金属材质，所以很容易产生皱折或变形，甚至无法回复到原来的状况，所以于本发明的一些实施例中也可以使用较不易变形的聚亚酰胺(PI)材料作为喷孔片。使用PI材料的喷孔片的喷嘴孔211可使用准分子雷射制作出，厚度则以25um或50um为主。而无论是电铸或PI喷孔片，本发明亦可将喷孔层201的尺寸缩小，这样不只可以降低皱折变形的机会，更因为面积大幅缩小的同时而也可以节省生产成本。

虽然图2B所示的喷墨单元200以一次热压的方式可以达到批次化生产，但若组件的层数过多，除了热传导会较不稳定而影响接合效果外，同时各层间也越容易有对位误差，进而影响到喷液稳定性。再者，热压制程前的板件制作、上干膜层、以及所有板件上治具等步骤也较为繁琐，需要花费更多的材料及时间成本，因此，于一些实施例中，如图3所示，可借助于选用特定厚度的干膜层306以及于部份板件上设置多层干膜层306的方式，使得组成喷墨单元300的总板件数减少，但是喷墨单元300结构的总厚度仍然可以接近喷墨单元200的结构，例如，若本实施例使用厚度为30um的干膜层306，则相较于图2B少掉的中间流道层202的第二板件20202、第四板件20204部份可以更轻易的由各层间的干膜层306来补偿，并在图3中的中间流道层302的第一板件3021、第二板件3022、第三板件3023、第四板件3024间上两层干膜层306，另外更可以改上三层干膜层306来直接取代图2B所示的入口流道层2031，使得图3所示的喷墨单元300在总厚度不变的情况下其组成板件可由11层减至8层。

请参阅图4，其为本发明第三较佳实施例的喷墨单元的结构示意图，如图所示，本发明另一种减少层数的做法，是将原图2B中精度要求较低的中间流道层202的第一板件20201、第二板件20202、第三板件20203，以及第四板件20204、第五板件20205、第六板件20206分别合并成图4中的中间流道层402的第一板件4021及第二板件4022，而图2B中所示的喷孔层201、连通层203的入口流道层2031、出入孔层2032、压力腔层204以及致振动层205则因精度要求相对较高，所以仍然各自维持独立，依此结果，喷墨单元400的总组成板件将可以由11层减至7层。

请参阅图5，其为本发明第四较佳实施例的喷墨单元的结构示意图，相较于图4，若以多层干膜层306来取代图4中的入口流道层2031，则此实施例的喷墨单元500的组成板件将可再减至6层，一般而言，为避免接合后的喷墨单元总厚度与图2B所示的喷墨单元200产生差异，图4及图5中的干膜层206通常会希望越薄越好，但在这种情况下，如果图5中还是以这么薄的干膜层206来叠加取代图4中的入口流道层2031的话，势必需要非常多层的干膜层206才行，将会耗费太多设置干膜层的时间，因此，于图5所示的实施例中可以使用三层较厚的干膜层306，例如：厚度30um的干膜层306，或是使用例如厚度50um加上30um共两层干膜层来达成，当然，于其它实施例中，亦可以不同厚度及不同层数的干膜层来进行组合。

请参阅图6，其为本发明第五较佳实施例的喷墨单元的结构示意图，相较于图5，若将图5中的压力腔层204及致动层205合并成如图6中的致动及压力层610，则此实施例的喷墨单元600的组成板件将可再减至5层。

综上所述，本发明的具有渐缩式出液流道的喷墨单元，借助于出液流道的截面积由压力腔体朝喷嘴孔方向渐缩，即出液流道为一个渐缩式流道结构的设计，可导引墨液的流动方向且加快墨液的流速，使墨液可快速由喷嘴孔喷出且喷出的液滴大小一致；另外，借助于构成喷墨单元的每一板件的对位检查孔属同心圆的特性来进行该多层板件之间的对位，使得组装完成后多层板件之间不会发生偏移的情况，使喷墨单元可保持正常的喷墨功能。

本发明得由熟知此技术之人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims

1.一种喷墨单元，适用于一喷墨头多层结构，且由多层板件堆栈而成，以形成一入液流道、一储液室、一压力腔体、一出液流道以及一喷嘴孔，其特征在于：该多层板件堆栈构成的该出液流道分别与该压力腔体及该喷嘴孔相连通，且该多层板件堆栈构成的该出液流道的截面积由该压力腔体朝该喷嘴孔方向渐缩，且每相邻板件依渐缩方向所构成的出液流道截面积大于另一渐缩方向相邻板件的出液流道截面积。

2.如权利要求1所述的喷墨单元，其特征在于该入液流道与该储液室及该压力腔体相连通。

3.如权利要求1所述的喷墨单元，其特征在于该板件为一不锈钢板件。

4.如权利要求1所述的喷墨单元，其特征在于每一该板件具有一对位检查孔，且每一该板件的该对位检查孔的孔径相异，借助于每一该板件的该对位检查孔属同心圆的特性来进行该多层板件的对位。