CN1212232C - 多孔背射式喷墨打印模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多孔背射式喷墨打印模块及其制作方法，是利用多孔性材质的供墨层而直接将墨水渗入至储墨室，而将墨水导引至外界，储墨室仅经由喷孔与外界接触，且供墨层可防止墨水的回流，大幅提高储墨室的密闭性而产生较大的压力，能够进行高粘滞系数的墨水液体的相关应用，且无须传统精密对准加工的制程，因此不仅大幅增加产品的效能与合格率，并同时降低生产的成本。

Description

多孔背射式喷墨打印模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种喷墨打印模块及其制造方法，特别是关于一种具有高密闭性储墨室的多孔背射式喷墨打印模块及其制造方法

背景技术

现今对于计算机相关产品的应用已经十分普遍，特别是喷墨式打印机的便利性更是广受社会大众的喜爱，一般传统喷墨打印机所使用的打印头为热气泡式喷墨打印头(thermal inkjet print head)，此款喷墨打印头的工作原理，将控制芯片通以脉冲电压，然后电压讯号行经具有高电阻特性的加热器而产生高热，使得墨水形成热气泡(thermal bubble)，接着将此热气泡所产生的墨滴自喷嘴射出于纸张或其它物体的表面上而达到打印的目的，并借由墨水流道将墨水由墨水匣补充至储墨室中。

如图1所示，为公知热气泡式喷墨打印头的剖面示意图，其中基材(substrate)201上形成一热阻障层202(thermal barrier)，接着在热阻障层202上形成一电阻加热层203，其中热阻障层202用以阻绝电阻加热层203将热能传递至基材201；然后在电阻加热层203上覆以低电阻的导电层(conductor)204，借以传递电压讯号，然后再制作电绝缘层(insulator)205在导电层204上，并在周围形成一粘着层(adhesion layer)206且与喷孔片(nozzle plate)209相粘合，而包围的区域即为储墨室(ink chamber)207，储墨室207的一端具有墨水流道208，可用以将墨水由墨水匣补充至储墨室207。当脉冲电压讯号经由导电层204传至电阻加热层203时产生高热，进而将储存于储墨室207内的墨水产生热气泡211，因此瞬间压力的增加而将墨水从储墨室207推出至喷孔210而形成墨滴212。

然而当热气泡211产生而将墨滴212由喷孔210推出的同时，常常因为墨水流道208的存在而导致推动力量的散失；且此种喷墨方式需经由精密的喷砂制程来制作一镂空的墨水槽连通墨水匣以及墨水流道208；再者，喷孔片209与其余相关组件需借由精密对准技术来进行定位以及贴合的动作，不仅费时而产能低落，并同时增加生产的成本；另外目前市面上高粘滞系数墨水的应用越来越多，但是传统的结构因储墨室的密闭性的问题，而无法将此传统的作法应用于粘滞系数高的墨水。

另外有凯林斯基(Karlinski)等人提出一种“多孔性喷墨打印头”(Inkjet print head with ink supply through porous medium)美国专利第5,940,099号，主要包含有压电材料层(piezoelectric material)、桡曲层(deflection layer)、供墨层(ink supply layer)以及玻璃毛细管，其工作原理为对压电层施以一电压而产生形变，并将所储存的墨水喷出。然而此种作法所使用的零件皆需使用精密的加工技术、精密的对位以及组装技术，加工成本极高而合格率极低，组装时间也长。

发明内容

鉴于以上公知技术的问题，本发明的目的是为了提供一种多孔背射式喷墨打印模块，该模块利用具有多孔性材质的供墨板覆盖喷孔而形成密闭性能极佳的储墨室，而对墨水加热后，能够提供以较大的压力将储墨室中的墨水推出。

本发明的另一目的是为了提供一种多孔背射式喷墨打印模块的制造方法。该方法利用具有多孔性材质的供墨板覆盖喷孔而形成密闭性能极佳的储墨室，而对墨水加热后，能够提供以较大的压力将储墨室中的墨水推出。

本发明的目的可通过如下措施来实现：

一种多孔背射式喷墨打印模块，结合一墨水匣，可接受外界的脉冲电压而将该墨水匣内的墨水喷出，包含有：

一基板，具有一贯穿的喷孔；

一供墨板，一侧连接于该墨水匣，另一侧具有一容置空间并覆盖于该基板的喷孔区域上方，而形成一与该喷孔连通，且具有密闭特性的的储墨室，且该储墨室区域上方的该供墨板为多孔性材质所构成，而使得该墨水匣内的墨水经由该多孔性材质渗入而储存于该储墨室；

一加热层，设置于该基板的喷孔的周围，且位于该储墨室内；

一导电层，与该加热层电性相接，并可接收外界的该脉冲电压而使该脉冲电压流经该加热层产生热能，并提供于储存在该储墨室内的墨水而产生热气泡，而使该墨水受到瞬间加压而自该喷孔喷出；及

一绝缘层，设置于该导电层的上方，用以隔绝该墨水与该导电层接触。

该供墨板包含有一供墨层以及一粘着层，该粘着层与该供墨层相接，并利用该粘着层环状的结构，使该粘着层一侧形成该容置空间。

该供墨板为多孔性的材质并在底部加工出该容置空间而一体成形。

该加热层以及该基板之间还包含有一热阻隔层，用以防止该加热层所产生的热能散失至该基板。

该加热层由高电阻特性的材质所组成。

该基板选自由硅芯片、玻璃、金属、陶瓷以及高分子聚合物中的至少一种。

在该绝缘层以及该电导层的上方还包含有一电极层，用以接收外界的该脉冲电压并传递至该导电层。

本发明的另一目的还可通过如下措施来实现：

一种多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其中该多孔背射式喷墨打印模块可结合于一墨水匣，并接受外界的脉冲电压而将该墨水匣内的墨水喷出，该制造方法至少包含有下列步骤：

(a)提供一基板；

(b)在该基板上的部分区域形成一具高电阻的加热层；

(c)在该加热层的上方部分区域形成一不连续的导电层，并分别与该加热层电性相接，使该该脉冲电压可通过该导电层的导引而流经该加热层，使得该加热层产生高热；

(d)在该导电层及该加热层的上方形成一绝缘层，

(e)在该基板上形成一喷孔，并相邻于该加热层；及

(f)在该绝缘层上相对于该喷孔的位置形成一供墨板，且该供墨板与该绝缘层间形成一涵盖该喷孔以及该加热层的储墨室，且该供墨板相对于该储墨室的位置为多孔性材质所构成，可连通于该墨水匣而供该墨水匣内的墨水经由该多孔性材质渗入而储存于该储墨室。

该供墨板利用多孔性的材质，并在该供墨板的底部加工出该储墨室而一体成形。

该储墨室利用一环状的粘着层粘贴于一多孔性材质的板体而形成该储墨室。

在步骤(b)之前，还包含在该基板上方形成一热阻隔层的步骤，用以阻隔该加热层将热能传递于该基板。

步骤(d)还以黄光及蚀刻制程将该绝缘层制作出特定的外型。

在步骤(e)之前，还包含形成一与该导电层相连接的电极层，可通过该电极层接收外界的该脉冲讯号并传递至该导电层。

该喷孔的制作方式选自由喷砂、雷射、干蚀刻以及湿式化学蚀刻中的至少一种。

该基板选自由硅芯片、玻璃、金属、陶瓷以及高分子聚合物所构成的中的至少一种。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明揭露一种多孔背射式喷墨打印模块及其制造方法，是提供导电层一脉冲电压，并通过加热层对墨水加热而产生气泡而产生墨滴喷出，直接以蚀刻制程在基板上开设喷孔，故不需使用喷孔片，以及相关传统制程所需的精密对准贴合等动作；再者无墨水流道的设置，因此储墨室具有极佳的密闭性而供给较大的压力差，而解决业界面临无法应用高粘滞系数的墨水液体的窘境，本发明不仅大幅降低制作成本并同时提高产品量率以及相关产能，且提供热气泡式喷墨打印结构未来发展的方向而满足业界的需求，着实可为产业利用。

附图说明

图1为公知热气泡式喷墨打印头的剖面示意图；

图2至图9为本发明第一实施例的流程示意图；

图10为本发明第二实施例的示意图；

图11为本发明的第一动作示意图；及

图12为本发明的第二动作示意图。

具体实施方式

依据本发明所揭露的多孔背射式喷墨打印模块及其制造方法，接收外界的脉冲电压，并利用高密闭性的储墨室以及多孔性材质的供墨层，产生较大的推力而能够进行高粘滞系数的墨水液体的相关应用。为能详细说明本发明，请参考图2至图9，为本发明第一实施例的流程示意图。如图2所示，首先提供基板10，基板10的材质可为硅芯片、玻璃、金属、陶瓷以及高分子聚合物，并在基板10上制作热阻隔层20；再如图3所示，在热阻隔层20上方建立加热层30，并留置一孔位以供后续加工之用(容后详述)，且加热层30由高电阻特性的材质所组成；然后如图4所示，在加热层30的上方形成不连续的导电层40，且加热层30电性相接于导电层40；并且如图5所示，在导电层40的上方以黄光及蚀刻制程建立特定外型的绝缘层50；再参考图6，在绝缘层50以及导电层40的上方形成电极层60，并与导电层40电性相接，而借以接收外界的脉冲电压而传递至导电层40；再参考图7，相邻于加热层30，在基材10上利用喷砂、雷射、干蚀刻或湿式化学蚀刻等方式，形成贯穿的喷孔70，并相邻于加热层30，使得喷孔70位于前述加热层30所留置孔位的范围内；如图8所示，形成粘着层80在绝缘层50的上方部分区域，并借助由粘着层80环状结构而形成容置空间81；最后，如图9所示，以多孔性材质(porous material)的板体如供墨层90，覆盖贴合于粘着层80而形成储墨室91，并与喷孔70连通；也就是说，在绝缘层50上方相对于喷孔70的位置形成了涵盖喷孔70与加热层30的储墨室91，其中供墨层90为多孔性的材质。

然而粘着层80亦可用多孔性的材质来取代，如图10所示，为本发明第二实施例的示意图，其中以多孔性的材质的供墨板100取代粘着层80而一体成形，并以电铸的方式加工于供墨板100的底部，而形成一储墨室101，并与喷孔70连通，其中墨水匣(图中未示)内的墨水经由供墨板100渗入而储存于储墨室101；另外不一定供墨板100整体皆为多孔性的材质所组成，但至少供墨板100具有多孔性材质的范围，必须涵盖喷孔70以及加热层30的区域。

在此详细说明动作的流程，请参考图11，为本发明的第一作动示意图，其中供墨层90的一侧接合于墨水匣(图中未示)，此时墨水匣内的墨水110通过供墨层90而储存于储墨室91，绝缘层50用以隔绝墨水110与导电层40接触而造成短路。

如图12所示，为本发明的第二作动示意图，其中电极层60接受外界的脉冲电压并传递至导电层40，而由于导电层40以不连续的方式形成于加热层30之上，因此脉冲电压此时经由加热层30而再回到导电层40；同时脉冲电压在经过加热层30之时，因加热层30为高电阻特性的材质而产生高热，而使得储存于储墨室91内的墨水产生热气泡111，此时因储墨室91瞬间压力的增加而造成墨滴112从喷孔70流出至外界。一般传统喷墨结构所产生热气泡，与墨滴流出的方向平行，如图1所示，热气泡211生成的方向与墨滴212流出的方向平行，此种喷墨结构为正射式(top shoot)；而本发明所产生的热气泡111与墨滴112流出的方向相反，因此为背射式(backshoot)。依据Darcy’s Law，压力差与流体的流速成正比，即：

$-\frac{\∂P}{\∂X}\∝V$

其中P为压力，X为流动方向，V为流速。然而本发明所使用之多孔性的材质，其压力差以修正后之Darcy’s Law加以描述，其压力差与流速的一次方与三次方之和成正比，：

$-\frac{\∂P}{\∂X}=\frac{\mathrm{\μ}}{K}V+\frac{{\mathrm{\γ\ρ}}^2}{\mathrm{\μ}}{V}^3$

其中P为压力，X为流动方向，μ为粘滞系数，ρ为流体的密度，V为流速。由此可知使用本发明所产生的压力差，比传统墨水流道所造成的压力差要来的大的许多。除此之外，本结构无须传统墨水流道设置，直接经由多孔性材质的供墨层供给墨水，同时防止墨水回流至墨水匣，而提供高密闭性的储墨室并产生较大的压力差，因此可进行高粘滞系数的墨水液体的相关应用；并以蚀刻制程于基板上制作喷孔，而无须精密贴合的制程步骤，而节省可观的制作成本。

以上所述者，仅为本发明其中的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (15)

1、一种多孔背射式喷墨打印模块，结合一墨水匣，可接受外界的脉冲电压而将该墨水匣内的墨水喷出，包含有：

一基板，具有一贯穿的喷孔；

一供墨板，一侧连接于该墨水匣，另一侧具有一容置空间并覆盖于该基板的喷孔区域上方，而形成一与该喷孔连通，且具有密闭特性的的储墨室，且该储墨室区域上方的该供墨板为多孔性材质所构成，而使得该墨水匣内的墨水经由该多孔性材质渗入而储存于该储墨室；

一加热层，设置于该基板的喷孔的周围，且位于该储墨室内；

一导电层，与该加热层电性相接，并可接收外界的该脉冲电压而使该脉冲电压流经该加热层产生热能，并提供于储存在该储墨室内的墨水而产生热气泡，而使该墨水受到瞬间加压而自该喷孔喷出；及

一绝缘层，设置于该导电层的上方，用以隔绝该墨水与该导电层接触。

2、如权利要求1所述的多孔背射式喷墨打印模块，其特征在于该供墨板包含有一供墨层以及一粘着层，该粘着层与该供墨层相接，并利用该粘着层环状的结构，使该粘着层一侧形成该容置空间。

3、如权利要求1所述的多孔背射式喷墨打印模块，其特征在于该供墨板为多孔性的材质并在底部加工出该容置空间而一体成形。

4、如权利要求1所述的多孔背射式喷墨打印模块，其特征在于该加热层以及该基板之间还包含有一热阻隔层。

5、如权利要求1所述的多孔背射式喷墨打印模块，其特征在于该加热层由高电阻特性的材质所组成。

6、如权利要求1所述的多孔背射式喷墨打印模块，其特征在于该基板选自由硅芯片、玻璃、金属、陶瓷以及高分子聚合物中的至少一种。

7、如权利要求1所述的多孔背射式喷墨打印模块，其特征在于在该绝缘层以及该电导层的上方还包含有一电极层，用以接收外界的该脉冲电压并传递至该导电层。

8、一种多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其中该多孔背射式喷墨打印模块可结合于一墨水匣，并接受外界的脉冲电压而将该墨水匣内的墨水喷出，该制造方法至少包含有下列步骤：

(a)提供一基板；

(b)在该基板上的部分区域形成一具高电阻的加热层；

(c)在该加热层的上方部分区域形成一不连续的导电层，并分别与该加热层电性相接，使该该脉冲电压可通过该导电层的导引而流经该加热层，使得该加热层产生高热；

(d)在该导电层及该加热层的上方形成一绝缘层，

(e)在该基板上形成一喷孔，并相邻于该加热层；及

(f)在该绝缘层上相对于该喷孔的位置形成一供墨板，且该供墨板与该绝缘层间形成一涵盖该喷孔以及该加热层的储墨室，且该供墨板相对于该储墨室的位置为多孔性材质所构成，可连通于该墨水匣而供该墨水匣内的墨水经由该多孔性材质渗入而储存于该储墨室。

9、如权利要求8所述的多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其特征在于该供墨板利用多孔性的材质，并在该供墨板的底部加工出该储墨室而一体成形。

10、如权利要求8所述的多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其特征在于该储墨室利用一环状的粘着层粘贴于一多孔性材质的板体而形成该储墨室。

11、如权利要求8所述的多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其特征在于在步骤(b)之前，还包含在该基板上方形成一热阻隔层的步骤。

12、如权利要求8所述的多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其特征在于步骤(d)还以黄光及蚀刻制程将该绝缘层制作出特定的外型。

13、如权利要求8所述的多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其特征在于在步骤(e)之前，还包含形成一与该导电层相连接的电极层，可通过该电极层接收外界的该脉冲讯号并传递至该导电层。

14、如权利要求8所述的多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其特征在于该喷孔的制作方式选自由喷砂、雷射、干蚀刻以及湿式化学蚀刻中的至少一种。

15、如权利要求8所述的多孔背射式喷墨打印模块的制造方法，其特征在于该基板选自由硅芯片、玻璃、金属、陶瓷以及高分子聚合物所构成的中的至少一种。

Images