TWI236973B - Ink jet head - Google Patents
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Description
1236973 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種噴墨頭,其係藉由排放墨水至一記 錄媒體來執行記錄。 【先前技術】 近年來,一種噴墨記錄設備已被廣泛使用,尤其係作 爲一電腦的輸出裝置,因爲該噴墨記錄設備具有高淸晰度 的文字且容易取得影像。尤其,藉由使墨水在噴嘴中沸騰 所產生之驟壓變化而將墨水由噴嘴排出之氣泡式噴射系統 ,已經變成噴墨記錄設備的主流,因爲許多噴嘴可藉由氣 泡噴射系統而排配成具有高密度及簡單的構形。 再者,由於噴墨記錄設備在近年來已廣被使用,對於 噴墨記錄設備之性能需求,尤其對於其影像品質及其記錄 速度的要求係與日倶增。對於影像品質的改進,最重要的 是要降低被記錄在一記錄媒體(尤其係在一記錄紙面)上之 墨點的直徑。相較於文字文件,此一要求對於攝影影像之 記錄更是重要。舉例來說,對於獲得美觀的文字或者用以 解析文字文件中之小文字所需要的解析度範圍係從600 dpi至1200 dpi,且通常只要使排放出來之墨滴之點的直 徑約爲80微米至90微米(以體積表示則約爲30pl)即足以 獲得該解析度。 在另一方面,在執行影像記錄的例子中’譬如用以表 現相當於相片之流暢色彩層次所需要的解析度範圍係從 -6 - (2) 1236973 1200dpi至2400dpi。若以上述解析度來作爲記錄的例子 中’欲排放之墨滴之點的直徑爲40微米(以體積表示時約 爲4pl)時’則需要使用兩種染料密度彼此不同的墨水,且 其差異程度視影像之密度而成比例地由1/4至1/6。若欲 排放之墨滴的點的直徑係小到約20微米(以體積表示時約 爲0·5ρ1),則對於在高密度部分之密度及在低密度部分中 之流暢性的需求便可以僅藉由一種單一密度之墨水來同時 滿足而不會有任何衝突。如上所述,基本上只要減小欲排 放之墨滴的尺寸,即可獲得相當於一相片之影像品質。 一種設計成用以排放小墨滴之噴墨頭係需要增加每單 位時間排放墨滴之次數。因此,流經一熱產生構件之電流 量便要增加,而這將會造成在電線部分到熱產生構件的附 生電阻處產生一較大的電壓降。因此,該噴墨頭所具有的 問題係在於其排放效率較差。爲了避免放電效率降低,一 種藉由增加熱產生構件之電阻値以降低電流的方法係有效 的。可以考慮增加熱產生構件之材料的電阻値,以作爲增 加電阻之手段。然而,藉由改變熱產生構件之材料所增加 的電阻値是有限的。此外,若使用一種新的材料,尙需要 檢查此種新材料是否會產生某些功能上的問題。熱產生構 件之材料改變係難以實現。因此,可藉由將熱產生構件分 割成串聯連結的複數片材且將該複數片材配置在墨水流動 通道中,以實現電阻的增加。 然而’已發現在將熱產生構件分割成複數片材之後而 排配該熱產生構件的情況下,將會產生一個新的問題而造 (3) 1236973 成另一個難題。 因爲噴墨頭的結構係相當精密的,如圖10A及10B 所示,因此位在一基板1 1 0 1上之熱產生構件1 1 0 2的中心 ,以及位在一流動通道形成構件1 1 0 3上之排放孔1 1 0 4的 中心,會因爲在製造過程中所產生的偏差而彼此偏移。元 件標號1105係標示一墨水流動通道,而元件標號1106則 係標示一墨水饋進通道。 【發明內容】 在習知單一熱產生構件1102中,熱產生構件1102與 排放孔1 104之相對位置偏差並非是一個嚴重的問題。然 而,若在該熱產生構件1102藉由分割成複數片材而加以 配置的例子中,熱產生構件1102及排放孔1104之相對位 置的偏差,則可發現到些微的墨滴會位在與主要墨滴分離 之位置上,而這會損害到影像的淸晰度,如圖11所示。 詳言之,相較於習知的墨滴,在較小墨滴的例子中,由於 一排放方向的偏差係會嚴重影響一影像,因此相較於習知 技術的例子,進一步的要求將很難不會發生排放方向偏差 的情況。 本案發明人業已發現在使用複數個熱產生構件的例子 中,排放方向的偏差係由於在相同的流動通道中之熱產生 構件的阻抗及形狀之瀰散以及由於諸如熱產生構件之厚度 等性能的些微瀰散所造成,且一噴墨頭可以採用一結構’ 其中排放方向之偏差可以隨著排放孔之位置而輕易地影響 -8 - (4) 1236973 之。接著,本案發明人建議一種可達成該排放孔至熱產生 構件之合適配置的構形。 因此’本發明主要係要提供一種噴墨頭,其可以有效 地由一排放孔排放出墨滴而不會產生任何排放方向的偏移 ,即使該排放孔之中心位置與壓力產生區域之中心位置略 微偏移時亦然。 爲了達成上述之目的,本發明之一種噴墨頭係包括一 具有熱產生構件之基板,該熱產生構件係位在該基板之一 表面上而用以在墨水中產生一氣泡,且包括複數個用以排 放墨水且面對該基板之該表面的排放孔,且包括複數個與 該複數個排放孔相連通以饋進墨水之墨水流動通道,該噴 墨頭係藉由產生之氣泡之產生的壓力而由該排放孔排放出 墨水,其中複數個熱產生構件係設置在每一墨水流動通道 中,且該排放孔係配置在一由該複數個熱產生構件所組成 之壓力產生區域的中心沿一法線方向朝該基板之表面延伸 而出之延伸線上;及在該複數個熱產生構件當中兩個彼此 隔開配置最遠之熱產生構件的各別中心之間的距離dhc, 係設定成大於該排放孔之一開孔直徑do。 依照本發明之噴墨頭,即使排放孔之中心位置與壓力 產生區域之中心位置係彼此略微偏移,則在複數個熱產生 構件中之泡沬的分佈影響,以及經由排放孔排放之液柱碰 觸到該排放孔側壁的可能性,便可大大地降低。因此,墨 水之主要墨滴係由排放孔所排出,而不會在排放方向上產 生任何偏移。再者,若液柱不會碰觸到排放孔之排放壁的 -9 - 1236973 (5) 側壁表面,則主要墨滴與液柱分離的部分係會被固定住。 因此,其便可以穩定主要墨滴的尺寸,亦即,被放置在記 錄紙張上之主要墨滴所形成之墨點的尺寸等等。 再者’藉由採用這些複數熱產生構件藉由電線而彼此 電性串聯在一起的設計,便可以得到高於一尺寸與該複數 熱產生構件相同之單一熱產生構件的電阻値,而這便可以 降低所需要的電流値。因此,若排放操作之速度隨著排放 液滴的變小而增快,則其便可以抑制流經熱產生構件之電 流量的增加。再者,其可以抑制由於連接至熱產生構件之 電線部分之阻抗所造成之熱產生及電壓降,並且可進一步 抑制由於流經電線部分的較大電流所產生的感應雜訊。 再者,藉由採用一種構形,其中當該排放孔之中心相 對於該延伸線之一偏移量以derr所表示時,該距離dhc 與該直徑do滿足以下之一關係式:dhc>do + derrx2,其便 可將在介於主要墨滴與液柱之間的分離部分所產生的細小 墨滴配置在主要墨滴之衝擊部位上。再者,其亦可以穩定 主要墨滴的衝擊位置。因此,便可以穩定由所放置之墨滴 所形成之墨點位置及形狀。 再者,藉由採用一種構形,其中設置在每一該壟水流 動通道中之複數個熱產生構件當中至少兩個熱產生構件係 設置成相對於一介於用以隔開每一墨水流動通道之隔壁之 間的方向而具有一定的間距dhh ;且在該複數個熱產生構 件當中相對於該介於該隔壁之間而彼此相隔最遠之彼此相 鄰之兩熱產生構件之間的間距dhh,係爲一介於每一該隔 -10 - (6) 1236973 壁及相鄰該每一隔壁之熱產生構件之間的間距dhn的兩倍 或以下’這便可以防止位在介於兩熱產生構件之間之一區 域中之墨水中所殘留的氣泡。因此,便可以進一步提高排 放墨水的穩定性。 再者’本發明之噴墨頭包括一具有熱產生構件之基板 ’該熱產生構件係位在該基板之一表面上而用以在墨水中 產生一氣泡,且包括複數個用以排放墨水且面對該基板之 該表面的排放孔,且包括複數個與該複數個排放孔相連通 以饋進墨水之墨水流動通道,該噴墨頭係藉由產生之氣泡 之產生的壓力而由該排放孔排放出墨水,其中複數個熱產 生構件係設置在每一墨水流動通道中,且該排放孔係配置 在一由該複數個熱產生構件所組成之壓力產生區域的中心 沿一法線方向朝該基板之表面延伸而出之延伸線上;及在 該複數個熱產生構件當中之兩熱產生構件之各別中心線係 相對於一墨水流動方向而位在該突設於該壓力產生區域上 之排放孔的外面,且該兩熱產生構件係相對於該介於隔開 每一墨水流動通道之隔壁之間的方向而隔開最遠的兩熱產 生構件,且該方向係垂直於在每一墨水流動通道中朝向該 壓力產生區域的墨水流動方向。 依照本發明之噴墨頭,即使排放孔之中心位置與壓力 產生區域之中心位置彼此略有偏移,墨滴的飛行方向上的 偏差(其係由兩熱產生構件之一側邊上之一熱產生構件所 產生的偏差),以及墨滴的飛行方向上的偏差(其係由兩熱 產生構件之一另一側邊上之另一熱產生構件所產生的偏差 -11- (7) 1236973 ),係會發生在彼此相反的方向上。因此,墨滴的飛行方 向上的偏差(其係由兩熱產生構件之一側邊上之一熱產生 構件所產生的偏差)係會由墨滴在飛行方向上的偏差(其係 由兩熱產生構件之一另一側邊上之另一熱產生構件所產生 的偏差)所抵消。因此,便可以減少墨滴在飛行方向上的 偏差,而得以穩定墨滴的排放方向。 再者,亦可以採用一種構形,其中不需要經由該排放 孔與外界空氣相連通即可使該氣泡消泡。 【實施方式】 以下將參考附圖來說明本發明之較佳實施例。 (第一實施例) 圖1係一平面透視圖,其中顯示在本發明第一實施例 之一噴墨頭中之一墨水流動通道、熱產生構件及一排放孔 之間的配置關係。 本實施例之噴墨頭包括一基板1,在該基板表面上具 有許多熱產生構件2,且一流動通道形成構件3係位在該 基板1上。流動通道形成構件3包括用以將敔多熱產生構 件2分隔成兩邊的隔壁3 a,以及一對置於基板1之頂壁 3 b。隔壁3 a構成複數個墨水流動通道5,以將墨水饋進 至壓力產生區域’其中該壓力產生區域係由兩個以隔壁 3 a隔開之熱產生構件2所組合而成。再者,在每一墨水 流動通道5中,一排放孔4係形成在頂壁3 b而位在由一 壓力產生區域(由兩個熱產生構件2所組成)之中心沿著壓 •12- (8) 1236973 力產生區域之法線方向延伸而出之延伸線上。每一墨水流 動通道5係共同地與一墨水饋進通道6相連通。由墨水饋 進裝置(諸如一墨水貯槽,未圖示)饋進至墨水饋進通道6 之墨水,係會由墨水饋進通道6而饋進至每一墨水流動通 道5。 如上所述,在本實施例中,一由兩個熱產生構件2所 組成之壓力產生區域係配置在一墨水流動通道5中,該墨 水流動通道5則設置一排放孔4。再者,在每一壓力產生 區域中之兩熱產生構件2之中心之間的距離dhc係設定成 大於排放孔4之開孔直徑do。藉此,即使在製造如圖2A 所示之記錄頭時,該排放孔4之中心位置偏離熱產生構件 2之中心位置的情況下,在複數個熱產生構件2中起泡瀰 散的影響亦會變得較小,且液柱亦不會碰觸到排放孔4之 側壁表面。因此,一主要墨滴便可以由排放孔4排出而不 會在其排放方向上產生任何偏移。 再者,當液柱不碰觸排放孔4之側壁表面時,由於在 主要墨滴與液柱分離處之液柱部分係會混合在一起,因此 便可以穩定主要墨滴的尺寸,亦即,由主要墨滴撞擊在一 記錄紙面等等上所形成之墨點的尺寸。 再者,在排放孔4係配置在幾乎位在由兩個熱產生構 件2所組成之壓力產生區域之中心位置正上方的設計中, 如本實施例所示者,該排放孔4之中心係會偏離每一熱產 生構件2之中心位置(亦即,排放孔4之中心係定位在一 位置上,該位置係偏離各別熱產生構件2之中心正上方位 -13- 1236973 Ο) 置),如圖2A及2B所示。因此,由各別熱產生構件2所 產生之氣泡的中心係會偏離排放孔4之中心。因此,由墨 水流動通道5中之墨水所形成之液面的最接近部位與外面 空氣的界面(亦即,排放孔4之中心部分)便會脫離氣泡最 成長之部分(亦即,幾乎位在各別熱產生構件2正上方的 部分)。因此,相較於熱產生構件2之中心與排放孔4之 中心相重合的情況,上述氣泡與外界空氣相連通的時間係 會延遲。因此,其便會很容易形成一種狀態,其中該氣泡 係會與墨水流動通道5中之外界空氣相連通,如在日本先 行公開專利申請第1 1 - 188870號中所揭露者。 若氣泡與墨水流動通道5中之外界空氣相連通之狀態 會形成,則便會形成一由一介於兩熱產生構件2之間之位 置延伸通過該排放孔4之液柱,如圖2B所示。因此,主 要液滴之排放方向便會在一預定範圍內被調整。接著,便 可以使主要墨滴的排放方向更爲穩定。 本實施例之一實例係設計如下。亦即,排放孔4之開 孔直徑do係製造爲11微米;每一熱產生構件2之寬度係 製造爲12微米;其長度則製造爲27微米;兩熱產生構件 2彼此之配置間距dhh則設置爲3微米;且在兩熱產生構 件2之中心之間的距離dhc則設置成14微米。再者,墨 水流動通道5之高度係製造爲13微米;且流動通道形成 構件3之厚度(介於碰觸到基板1與開設該排放孔4之表 面之間的寬度)則係製成25微米。 依照上述建構成之噴墨頭係配置在一位置,在該位置 -14- (10) 1236973 處’記錄頭之排放孔4所貫通之表面係與記錄紙面(未圖 示)相距2毫米。在噴墨頭以15吋(約38公分)/秒之速度 掃描的同時,0.9 // s之電流脈波係流經該熱產生構件2。 藉此’墨滴便被排放在記錄紙上。此操作係藉由數個噴墨 頭來進行,該數個噴墨頭具有不同的排放孔4之中心位置 與由兩個熱產生構件2所組成之壓力產生區域之中心位置 相對不對正的偏差量derr。 在排放孔4之中心位置與由兩個熱產生構件2所組成 之壓力產生區域之中心位置相對不對正的偏差量derr與 被置於記錄紙上之墨滴之點的形狀之間的關係,係以被置 於記錄紙上之墨點爲基準來加以分析。分析結果顯示該墨 點之形狀會變成良好的墨點形狀,而不會具有由於在主要 墨滴與液柱之間的分離部位所產生之微量墨點所造成之任 何零散墨點,如圖3所示,且若相對不對正之偏差量derr 係落在小於2微米之範圍內時,幾乎不會產生排放方向的 瀰散。然而,若相對不對正的偏差量derr超過2微米, 則與主要墨滴之墨點隔開的零散墨點便會逐漸變多,且所 放置之墨滴的位置瀰散會因爲相對不對正之偏差量derr 變大而變得較大。 因此,已知最好將兩熱產生構件2之中心之間的距離 dhc設定成大於一距離,該距離等於(排放孔4之開孔直徑 do) + (相對不對正偏差量derrx2)。 再者,若形成在相鄰熱產生構件2之間之未產生熱之 區域過於寬廣,則餘留墨水之氣泡係會停留在該區域中, -15- (11) 1236973 該餘留氣泡會吸收在起泡時所會產生之排放壓力。 止此一現象,最好可以設定兩熱產生構件2未產生 區域之間距dhh爲間距dhn之兩倍或以下,其中 dhn爲各別熱產生構件2其鄰接該隔壁3a及隔壁 部之間的距離。具體言之,若間距d h η爲約2微米 好將間距dhh設定爲等於或小於4微米。 在本實施例中,當介於各別熱產生構件2之中 的距離dhc改變而排放孔4之開孔直徑do未改變 定時,對於列印的影響係顯示在圖12中。圖12顯 錯向的分佈。圖2A及圖2B之縱座標軸係標示噴 數量,而圖2A及2B之橫座標軸係標示最大錯向 式可以看出,已知具有較大錯向之噴嘴會隨著距離 小而增加,這是由於對正性偏移所造成。 再者,這些噴墨頭藉由一預定圖案來針對錯向 墨點等等檢查的判斷結果顯示,在dhc= 15時,列 率百分比爲 99%,dhc= 13時,列印的效率百分比 ,dhc=10.5時,歹G印的效率百分比爲90%,且dhc: 列印的效率百分比爲8 5 %。 已知本發明對於這些結果係極爲有用的。 再者,本實施例具有的設計中,具有上述之一 狀之兩熱產生構件2係與電線電性串聯。因此,便 得如圖10A及10B中所示之具有較大區域之習知 構件11 0 2之電阻値的三倍半至六倍的電阻値。因 可使所需電流降低到約爲習知電流的一半。因此, 爲了防 熱量之 該間距 5 a之端 ,則最 心之間 而爲固 示列印 墨頭的 。由圖 d h c變 、零散 印的效 i 95% :9時, 長形形 可以獲 熱產生 此,便 便可加 -16· (12) 1236973 以抑制流經熱產生構件2之電流量的增加,即使噴墨頭之 排放操作速度隨著所排放墨滴變小而增加時亦然。再者, 其亦可以抑制由於連結至熱產生構件2之電線阻抗所產生 的熱量及電壓降,且可抑制由於較大電流流經該電線部分 所造成之感應雜訊。 此外,相應於在噴墨頭之排放操作速度可隨著所排放 墨滴變小而增加而得以抑制電流量增加之要求的情況,以 及基於防止熱產生構件由於氣穴破裂(這是當沸騰氣泡由 於其內部的負壓而塌陷時所造成)而導致觸電發生,因此 在過去曾提出配置經分割之熱產生構件的提議。然而,本 實施例從將複數熱產生構件2(亦即,複數個壓力產生源) 配置在一墨水流動通道5對於排放性能產生何種影響的觀 點,而檢視出熱產生構件2至墨水流動通道5以及排放孔 4的最佳化配置關係。這樣的實例在過去係未曾被提出。 (第二實施例) 圖4A及4B係顯示依照本發明第二實施例之噴墨頭 中之一墨水流動通道、熱產生構件及一排放孔的配置關係 。圖4A係其平面視圖,而圖4B係其截面視圖。 如圖4 A詳細所示,本實施例之噴墨頭係具有一位在 一墨水流動通道5中之壓力產生區域,該壓力產生區域係 由四個爲一組的熱產生構件2所組成。 假設在墨水流動通道5中之墨水流動通道係一 X方 向,且垂直於X方向者爲Y方向,則這些熱產生構件2 -17- (13) 1236973 係配置成使其中兩個配置在X方向,而另兩個配置在Y 方向。再者,這些熱產生構件2係藉由電線串聯而成。一 排放孔4係配置在一延伸線上,該延伸線係由四個熱產生 構件2所組成之壓力產生區域的中心沿著垂直於壓力產生 區域表面之方向延伸而出。 再者,在本實施例中,相同於第一實施例,兩相鄰熱 產生構件2之中心之間的距離dhc設定成大於一距離,該 距離等於(排放孔4之開孔直徑do) + (相對不對正偏差量 derr x2),且熱產生構件2之間距dhh設定爲爲間距dhn 之兩倍或以下,其中該間距dhn爲各別熱產生構件2其鄰 接該隔壁3 a及隔壁3 a之端部之間的距離。 依照本實施例之設計,液柱並不會碰觸到排放孔4之 側壁表面,即使排放孔4之中心位置至壓力產生區域之中 心位置不僅在Y方向上偏移,且亦在X方向上偏移。因 此,主要墨滴便可由排放孔4排出而不會在其排放方向上 產生任何偏差。再者,主要墨滴的尺寸,亦即,藉由將主 要墨點放置在記錄紙面上所形成之墨點的尺寸,便可變得 穩定。 如上所述,第一實施例係採用可產生其效果之設計, 其中該排放孔4之中心位置至由兩個熱產生構件2所組成 之壓力產生區域之中心位置係沿Y軸方向偏移。另一方 面,本實施例係設計成可產生一功效,其中該排放孔4之 中心位置至壓力產生區域之中心位置不僅在 Y軸上偏移 ’且亦可在X軸上偏移。因此,本實施例可以更穩定地 -18- (14) 1236973 執ί了墨滴的排放。 同樣地’本發明之噴墨頭不僅可應用於在一墨水流動 通道5中設置兩個或四個噴墨頭的例子,如同第一及第二 實施例’其尙可針對所有的例子來提供複數個(兩個或更 多)的熱產生構件2於一墨水流動通道5中。 在提供複數熱產生構件的例子中,距離dhc係定義爲 ”在複數個熱產生構件當中彼此配置在距離最遠之位置上 的熱產生構件之中心之間的距離,,,而間距dhh係定義爲,, 在隔開該墨水流動通道之隔壁之間針對一方向上兩個具有 最大距離空間而彼此相鄰之熱產生構件之間的間距”。 (第三實施例) 圖5係一平面透視圖,其中顯示依照本發明第三實施 例之噴墨頭中之一墨水流動通道、熱產生構件及一排放孔 的配置關係。 與第一實施例相同,第三實施例係具有兩個熱產生構 件2,該熱產生構件具有長條形狀且配置在一墨水流動通 道5中。記錄頭之其他構形則與第一實施例相同。 在本實施例中,每一熱產生構件2之寬度係設定爲 1 1微米;其長度設定爲27微米;熱產生構件2之間距 dhh係設定爲4微米;而在兩熱產生構件2之邊角之間的 距離d h c係設定爲15微米。再者,排放孔4之開孔直徑 d 〇係設定爲1 〇. 5微米,而排放孔4距離基板1之頂面之 局度0H係設疋爲40微米。 -19- (15) 1236973 在排放孔4之開孔平面及基板1之表面彼此如上述較 爲隔開的構件中,在熱產生構件2上之一氣泡體會再次凝 固而液化,而不會與外界空氣相連通。因此,依照該構形 ,墨滴之端部不會附著至排放孔4之壁體表面,此狀況恰 相反於在熱產生構件2上之氣泡主體會與外界空氣相連通 的狀況。因此,其很難產生飛濺的細微液滴,其中該細微 液滴係形成在主要墨滴的末端部分而沿著不同方向飛濺。 然而,如圖6A及6B所示,若排放孔4之中心位置 與由兩熱產生構件2所組成之壓力產生區域之中心位置偏 移,則墨滴之排放方向會很容易受到在一側邊上之熱產生 構件2所產生的氣泡所影響,這會造成飛行方向的偏差。 圖6A及6B係顯示在圖5所示之噴墨頭中之排放孔4的 中心位置相對於兩熱產生構件2之對稱點產生偏移的情況 。圖6A係其平面圖,而圖6B係其截面視圖。 如上所述’由於排放孔4之中心位置與由兩熱產生構 件2所組成之壓力產生區域之中心位置的偏移所造成之墨 滴飛行方向偏差的現象,會因爲以下兩個主要的因素而很 容易發生在排放較小墨滴的例子中,例如,相當於5pl或 以下的墨滴。 第一主要因素爲,已證實將排放孔4製成較小(爲了 排放較小之墨滴所致),則會增加包括排放孔4之管路部 分的流體阻抗’而這接著將會造成排放速度降低而使墨滴 的排放操作不穩定。作爲避免此一現象的手段,可以考慮 縮短該排放孔4之開孔平面與基板丨的距離〇 η,以減少 -20- (16) 1236973 在管路部分中的流動通道的阻抗。然而,這表示降低墨水 的交換操作,這是包括排放孔4之管路部分的一種操作’ 且使墨滴由排放孔4排放出來的操作在一方面更容易受到 由熱產生構件2所造成之氣泡的影響。因此’在另一方面 ,這表示墨滴之飛行方向上的偏差將會更大。 第二個主要因素爲,已證實在墨水沸騰之後,墨水在 熱產生構件2附近的運動更容易隨著熱產生構件2之位置 而產生差異,因爲適於排放小墨滴之熱產生構件2之尺寸 係小於適於排放大墨滴之熱產生構件2的尺寸,且因爲具 有一定尺寸之熱產生構件被分割成複數片材而使每一片材 進一步變小。若熱產生構件2較大,則墨水相對於熱產生 構件2之位置的細小差異並不會影響墨水在熱產生構件2 附近的運動。然而,相對於熱產生構件2之位置差異的影 響將會隨著熱產生構件2之尺寸變小而逐漸地加大。因此 ,若熱產生構件2之尺寸變得較小,則墨滴的排放操作將 會更容易變得不均勻。 顯示在圖5中之本實施例的噴墨頭在設計上已注意到 這些問題。兩熱產生構件2之邊角的距離dhc係設計成使 得兩熱產生構件2關於作爲墨水流動方向之X方向的各 別中心線,係定位在突設在由兩熱產生構件2組成之壓力 產生區域上之排放孔4外面的位置上,且使該排放孔4介 於該中心線之間。因此,在此構形中,由一邊的熱產生構 件2所產生之墨滴的飛行方向的偏差,以及由另一側熱產 生構件2所產生的墨滴的飛行方向的偏差,係會發生在彼 -21 - (17) 1236973 此相反的方向上’由一邊的熱產生構件2所產生的墨滴的 飛行方向的偏差,係會由另一側熱產生構件2所產生之墨 滴的飛行方向上的偏差所抵消。因此,墨滴在飛行方向上 的偏差便可減少,而可以穩定墨滴的排放方向。 此外,只要兩熱產生構件2之各別中心線定位在突設 在兩熱產生構件2上之排放孔4位置的外面且將排放孔4 設置在該中心線之間,便可達到抵消墨滴飛行方向偏差的 操作,即使排放孔4之中心位置與由兩熱產生構件2組成 之壓力產生區域的中心偏移時亦然。 (第四實施例) 圖7A、7B及7C係顯示本發明第四實施例之噴墨頭 主要部分的視圖,其中圖7A係一平面視圖,圖7B係顯 示排放孔列之配置,而圖7C係一截面視圖。 如圖7C所示,本實施例之記錄頭300係具有一基板 17,包括作爲能量轉換裝置之生熱電阻裝置15a及15b, 以及一孔板1 6,其包括用以將墨水饋進至排放孔3 1之排 放孔3 1及墨水流動通道30。 基板1 7係具有一單晶矽,該單晶矽具有一平面方向 (1〇〇)。在基板1之頂面(與孔板16相連接之表面)係藉由 半導體製程而形成有生熱電阻裝置15a及15b、由驅動電 晶體所組成以驅動這些生熱電阻裝置15a及15b之驅動電 路33、與一接線板相連接之接點墊19(其將在下文中說明 )、連接驅動電路3 3與接點墊19之接線18,等等。再者 -22- (18) 1236973 ,在基板1 7中具有五個穿孔,其係在上述驅動電路3 3、 生熱電阻裝置1 5 a及15 b、接線1 8及接點墊1 9以外的區 域中藉由異向性蝕刻而形成。這些穿孔係構成墨水饋進孔 32,以將液體饋進至排放孔列21a、21b、22a、22b、23a 、23b、24a、24b、25a及25b,其將在下文中說明。此外 ,圖7 A槪要顯示該大致呈透明之孔板1 6被放置在基板 1 7上之狀態,且上述墨水饋進孔3 2之圖式則被省略。 ί# 方女孑L 歹[J 21a、 21b、 22a、 22b > 23a、 23b、 24a、 24b 、25a及25b係以兩個與同一墨水饋進孔32相連通爲一 組而連接至構成五個結合的排放孔列21、22、23、24及 25,一具有青綠色(C)之墨水係被饋進至結合的排放孔列 2 1及2 5,一具有洋紅色(Μ)之墨水係被饋進至結合的排放 孔列22及24,且具有黃色(Υ)之墨水係被饋進至結合的 排放孔列23。再者,每一結合的排放孔列21、22、23、 24及25中,相鄰之排放孔列在排列方向上彼此相對於結 合的排放孔列2 3而偏移一距離t a,如圖7 Β所示。 位在基板1 7上之孔板1 6係具有光感性環氧樹脂。在 孔板16中,排放孔31及墨水流動通道3 0係藉由譬如曰 本先行公開專利第62-26495 7號所揭露之方法而對應地形 成於上述的生熱電阻裝置15a及15b中。因此,其適於製 造出便宜且精密的記錄頭,俾製造出符合日本先行公開專 利9- 1 14 79號中所揭露之方法。亦即,首先,在矽基板 1 7上形成一氧化矽薄膜或氮化矽薄膜(未圖示);接著,具 有排放孔31及墨水流動通道30之孔板16便形成在該薄 -23· (19) 1236973 膜上;最後,藉由異向性蝕刻而將該形成在墨水饋進孔 32部位上之氧化矽薄膜或氮化矽薄膜加以移除。 圖8A、8B及8C係顯示配置有圖7A、7B及7C所示 之噴墨頭的噴墨記錄匣的一個實例。 具有基板17及孔板16(兩者皆已說明於上)之記錄頭 300係利用由薄膜沸騰(由生熱電阻裝置15a及15b所供應 的熱能所造成)所產生之氣泡壓力而由排放孔3 1來排放諸 如墨水之液體,以執行記錄。如圖8A所示,該記錄頭 3 00係固定在一墨水流動通道形成構件12上,以將墨水 饋進至墨水饋進孔32。接著,接點墊19係與一接線板13 相連接,且當一形成在接線板13上之電氣連接部11與記 錄設備上之一電氣連接部相連接時,該記錄頭300可以由 一記錄設備來接收到驅動信號(此將在下文中說明)。 在墨水流動通道形成構件1 2上,一具有用以排放黑 色墨水(Bk)之排放部列40及41之記錄頭400係固定在用 以排放Y、Μ及C墨水之記錄頭300的旁邊。一可排放四 種顏色墨水之記錄頭匣1〇〇係藉由組合記錄頭300及4〇0 而形成。 圖8Β及8C分別顯示該配備有記錄頭300之記錄頭 [g 100。如圖8C所示,記錄頭匣1〇〇係具有一槽固定件 150,用以固定墨水槽200Y、200M、200C及200Bk,以 將墨水饋進至墨水流動通道形成構件1 2 ° 請再次參照圖7 A、7 B及7 C,本實施例之記錄頭3 0 0 包括一具有10個排放孔列21a、21b、22a、22b、23a、 • 24- (20) 1236973 23b、24a、24b、25a及25b及五個狹縫狀墨水饋進孔32 之基板17,且每一結合之排放柱係沿著墨水饋進孔32之 縱長方向而以直線方式配置在兩側。 由每一墨水槽 200Y、200M、200C及 200Bk經由墨 水流動通道形成構件12而導入至每一墨水饋進孔32之墨 水,係由基板17的反面饋進至其對立面,然後再經由形 成在基板17之對立面上之墨水流動通道30而導入至排放 孔3 1。所導入之墨水接著便由排放孔3 1藉由氣泡壓力而 排出,其中該氣泡係藉由設置在基板1 7對立面上之各排 放孔31附近的生熱電阻裝置15a及15b所加熱及沸騰。 如前所述,青綠色墨水(C)、洋紅色墨水(M)及黃色墨 水(Y)係依序由圖7A的左側而被饋進至每一墨水饋進孔 32。因此,四個排放柱21a、21b、25a及25b係排放青綠 色墨水;四個排放柱22a、22b、24a及24b係排放洋紅色 墨水;以及兩個排放柱23a及23b係排放黃色墨水。當記 錄頭300係掃描至沿圖7A箭頭所示之方向時,其係藉由 從結合的排放孔列2 1、22及23排放墨水來執行記錄。當 記錄頭300係掃描至圖7A之右側方向時,其係藉由從結 合的排放孔列25、24及23排放墨水來執行記錄。藉由採 用每一彩色墨水係以此一方式饋進至每一排放孔列,在一 記錄媒質上之墨水顏色的重疊順序在記錄頭300移動至朝 外方向以及記錄係在記錄頭300移動至圖7A所示兩箭頭 方向之任一方向的同時來進行的同時的返回方向係會相同 的。因此,其便可以在高速度下來記錄一高品質影像,而 -25- (21) 1236973 不會產生任何顏色的暗影。 在本實施例之記錄頭300中,用於排放青綠色墨水之 結合的排放孔列2 1及25及用以排放洋紅色墨水之結合的 排放孔列22及24,係由用以排放不同尺寸之墨滴之排放 孔所構成。亦即,用以排放青綠色墨水之結合的排放孔列 2 1及25係由用以排放較大墨滴之排放孔列2 1 a及25 a以 及用以排放較小墨滴之排放孔列21b及25b所構成。再者 ,用以排放洋紅色墨水之結合的排放孔列22及24係由用 以排放較大墨滴之排放孔列22a及24a以及用以排放較小 墨滴之排放孔列22b及24b所構成。 相對於此,一較大的生熱電阻裝置15a係設置在用以 排放較大墨滴之排放孔列21a、22a、23a及24a中之每一 排放孔中,且一較小的生熱電阻裝置15b係設置在用以排 放較小墨滴之排放孔歹[]21b、22b、23b及24b中之每一排 放孔中。 依照上述的構形,其便可以執行高品質的記錄,同時 保持高速的記錄操作,這是藉由適當地利用欲進行記錄之 排放孔而達成,其中需要高精密度之欲記錄影像的部分係 可以使用該用以排放較小墨滴之排放孔3 lb,而影像之另 一部分則可以使用該用以排放較大墨滴之排放孔3 1 a。爲 了使高品質及高速度達到平衡,最好將欲由用以排放較大 墨滴之排放孔列21a、22a、24a及25a中之每一排放孔所 排放之墨滴的量値(最大量)相對於欲由用以排放較小墨滴 之排放孔列21b、22b、24b及25b中之每一排放孔所排放 -26- (22) 1236973 之墨滴的量値(最大量)的比値設定爲2 : 1或以上。 再者,用以排放黃色墨水之結合的排放孔列23係由 兩個用以排放較大墨滴之排放孔列23 a所構成,且較大的 生熱電阻裝置15a(相同於使用在排放孔列21a、22a、24a 及2 5 a中之生熱電阻裝置)係設置在排放孔列2 3 a之每一 排放孔中。 在本實施例中,用以排放較大墨滴之排放孔列2 1 a、 22a、23a、24a及25a中之每一排放孔31a係形成橢圓形 ,其在每一墨水流動通道30中之每一墨水流動方向上具 有 19.5微米之直徑,而在垂直上述方向之方向上則具有 12微米之直徑,且用以排放較小墨滴之排放孔列21b、 22b、23b、24b及25b中之每一排放孔31b係形成具有11 微米直徑之圓形形狀。在具有用以排放較大墨滴之排放孔 3 1a的每一墨水流動通道30中,具有12微米寬度及28 微米長度之兩生熱電阻裝置1 5 a係彼此以4微米之間距配 置,且在其中心之間的距離係設定爲16微米。在另一方 面,在具有用以排放較小墨滴之排放孔3 1 b之每一墨水流 動通道30中,具有12微米寬度及27微米長度之生熱電 阻裝置1 5 b係彼此以3微米之間距配置,且在其中心之間 的距離係設定爲15微米。此外,流動通道形成構件(孔板 16)之厚度爲25微米,而針對排放孔31a及31b之流動通 道的高度(由基板1 7之表面至排放孔3 1 a及3 1 b之開孔平 面之高度)係皆形成爲13微米。 以上述方式構成之記錄頭300係可以由用以排放較大 -27- (23) 1236973 墨滴之排放孔3 1 a穩定地排放約5 p 1之墨滴以及由排放孔 3 1 b排放約2 · 5 p 1之墨滴。因此,由於記錄頭3 0 0所具有 之極佳的撞擊精密度以及墨點形狀,便可以獲得高品質的 影像。 此外,雖然在本實施例中已說明最佳化的構形,然而 - 亦可適當地改變由每一墨水饋進孔3 2所饋進之墨水種類 .
以及墨水饋進孔3 2與排放孔之數量,而非僅侷限於上文 所說明者。 I (其他實施例) 最後,可以安裝在上述實施例所說明之噴墨頭或記錄 頭匣之記錄設備,將在以下參考圖9來加以說明。圖9係 一槪要示意圖,其中顯示一可以安裝本發明之噴墨頭的實 例。 如圖9所示,記錄頭匣1 〇 〇係可更換地安裝在一滑座 102中。記錄頭匣100具有一記錄頭單元及墨水槽。記錄 頭匣100亦具有一連接器(未圖示),以傳輸諸如一用以驅 動該頭部分等等之信號。 記錄頭匣100係可更換地安裝在滑座102之一固定位 置上。該匣具有一電氣連接部分,以傳送驅動信號等等至 每一頭部分。 滑座102係由導引軸桿1〇3所支撐,該導引軸桿係安 裝在設備之主體中而以一種可以進行往復運動同時由導引 軸桿103所引導之方式沿著主要掃描方向延伸(圖式中的 -28- (24) 1236973 箭頭方向)。滑座10 2係由一主要掃描馬達1 〇 4經由驅動 機構(諸如一馬達滑輪1 0 5、一被動滑輪1 〇 6、一計時皮帶 107等等)所驅動。滑座1〇2之位置及運動亦係藉由上述 元件所控制。再者,一原點位置感應器13 0係位在滑座 1 0 2上。藉此,藉由偵測到位在滑座;[〇 2上之原點位置感 應器130已通過一屏蔽板136之位置,吾人便可知道該滑 座102已經位在原點位置上。 一記錄媒體1 〇 8 (諸如一記錄紙張 '一塑膠薄板等等) 係由自動紙片饋進器132藉由驅動一紙張饋進馬達135經 由齒輸來轉動拾取滾輪而一張接著一張地饋進。記錄媒體 108係藉由轉動一輸送滾輪1〇9而被輸送(次掃描)通過一 相對於該記錄頭匣100之排放孔表面的位置(印刷部分)。 輸送滾輪109係藉由自一 LF馬達134經由齒輪所傳動之 驅動力(當LF馬達被驅動時)而轉動。在此同時,記錄媒 體108是否已被確實饋進的判斷,以及在饋進時該噴墨頭 位置的精確度,係在該記錄媒體1 0 8於傳送方向上之末端 部分已通過一紙張末端感應器133時來進行。再者,紙張 末端感應器133亦用於偵測該記錄媒體1〇8之後緣端所確 實存在的位置,以便根據實際的後緣端位置來計算出最後 所在位置。 此外,記錄媒體108之反面係由一壓盤(未圖示)所支 撐,俾在印刷部位上形成一平坦印刷表面。在此狀況下, 安裝在滑座102上之噴墨頭匣1〇〇係由自滑座1〇2向下突 伸而與記錄媒體1 0 8平行之表面所固定。 -29- (25) 1236973 記錄頭匣1 00係安裝在滑座1 02上,且排放孔列之配 置方向係與滑座102之掃描方向相交。在記錄媒體108上 之記錄係藉由在主要掃描方向上於排放孔列排放墨水的同 時重複進行記錄之操作,以及藉由輸送滾輪109於次要掃 描方向上掃描一記錄寬度之操作來執行。 如上所述,本發明之噴墨頭係將距離dhc設定成大於 排放孔之開孔直徑do,其中該距離dhc係在複數個設置 在每一墨水流動通道中之熱產生構件當中配置成彼此相距 最遠之位置上的兩個熱產生構件之每一熱產生構件的中心 之間的距離。因此,即使排放孔之中心位置係略與一壓力 產生區域之中心位置偏離,欲經由排放孔所排放之墨水液 柱並不會碰觸到排放孔之側壁表面。因此,便可由排放孔 排放墨滴而不會在墨滴之排放方向上有任何的偏移。再者 ,藉由採用以電線串聯這些熱產生構件之設計,便可得到 高於具有相同尺寸之複數個熱產生構件之單體式熱產生構 件所具有的電阻値,這便可以減少所需要的電流値。因此 ,便可提高噴墨頭之排放效率。 再者’在本發明之另一個噴墨頭中,相對於一墨水流 動方向之各別的兩熱產生構件的中心線係定位在一突設在 一壓力產生區域上之排放孔的外面,這些構件係設置在每 一墨水流動通道中之複數熱產生構件當中,其配置在相對 於介於該用以分隔每一墨水流動通道之隔壁之間之方向上 最遠距離的位置上的構件,其中該方向係垂直於在每一墨 水流動通道中朝向壓力產生區域的墨水流動方向。因此, -30- (26) 1236973 即使排放孔之中心位置與壓力產生區域之中心位置彼此略 有偏移,其仍可以減少墨滴之飛行方向的偏差,而得以穩 定墨滴之排放方向,這是因爲在一側邊上之熱產生構件所 產生之墨滴在飛行方向上的偏差係可以由另一側邊上之熱 產生構件所產生之墨滴在飛行方向上的偏差所抵消。 【圖式簡單說明】 圖1係一透視平面圖’其中顯不在本發明第一實施例 之噴墨頭中之墨水流動路徑、熱產生構件及一排放孔之間 的配置關係; 圖2A及2B係顯示圖1之噴墨頭中之排放孔中心位 置與兩熱產生構件之中心位置偏移的情況,圖2A係其一 平面視圖,而圖2B係其一截面視圖; 圖3係一視圖,其中顯示由圖1之噴墨頭所排出之墨 滴所形成之墨點的形狀; 圖4A及4B係顯示本發明第二實施例之噴墨頭中之 墨水流動路徑、熱產生構件及一排放孔之間的配置關係, 圖4A係其一平面視圖,而圖4B係其一截面視圖; 圖5係一透視平面圖,其中顯示在本發明第三實施例 之噴墨頭中之墨水流動路徑、熱產生構件及一排放孔之間 的配置關係; 圖6A及6B係顯示圖5之噴墨頭中之排放孔中心位 置與兩熱產生構件之中心位置偏移的情況,圖6A係其一 平面視圖,而圖6B係其一截面視圖; -31 - (27) 1236973 圖7A、7B及7C係顯示依照本發明第四實施例之噴 墨頭的主要部分,圖7 A係其一平面視圖,圖7 B係一用 以說明排放孔列之配置,而圖7 C係其一截面視圖; 圖8A、8B及8C係顯示一配備在圖7A、7B及7C所 示之噴墨頭之噴墨記錄匣的一個實例; 圖9係一槪要不意圖,其中顯不一可安裝本發明之一 噴墨頭之記錄設備的一個實例; 圖10A及10B係顯示一習知噴墨頭之墨水流動通道 、熱產生構件及一排放孔之間的配置關係,圖1 0 A係其 一平面視圖,而圖1 0 B係其一截面視圖; 圖11係一視圖,其中顯示由習知噴墨頭所排出之墨 滴所形成之墨點的形狀;以及 圖1 2係一視圖,其中顯示在第一實施例之印刷方向 偏差的分佈。 元件符號對照表 1 :基板 2 :熱產生構件 3 :流動通道形成構件 3 a :隔壁 3 b :頂壁 4 :排放孔 5 :墨水流動通道 6 :饋進通道 -32- (28) (28)1236973 11 :電性連接部分 12 :墨水流動通道形成構件 13 :接線板 15a :生熱電阻裝置 15b :生熱電阻裝置 16 :孔板 1 7 :基板 18 :接線 19 :接點墊 21 :排放孔列 21a :排放孔列 21b :排放孔列 22 :排放孔列 2 2 a :排放孔列 22b :排放孔列 23 :排放孔列 23a :排放孔列 23b :排放孔列 24 :排放孔列 24a :排放孔列 24b :排放孔列 25 :排放孔列 25a :排放孔列 25b :排放孔列 (29) (29)1236973 3 Ο :墨水流動通道 31 :排放孔 3 1 a :排放孔 3 1b :排放孔 3 2 :墨水饋進孔 3 3 :驅動電路 40 :排放孔列 4 1 :排放孔列 100 :平面方向 1 0 2 :滑座 103 :導引軸桿 1 0 4 :主要掃描馬達 105 :馬達滑輪 1 〇 6 :被動滑輪 107 :計時皮帶 108 :記錄媒體 1 0 9 :傳輸滾輪 130 :原點位置感應器 1 3 1 :拾取滾輪 1 3 2 :自動紙張饋進器 133 :紙張末端感應器 134 : LF馬達 135 :紙張饋進馬達 1 3 6 :屏蔽板 (30) (30)1236973 150 :槽固定件 200BK :墨水槽 2 0 0 C :墨水槽 2 0 0 Μ :墨水槽 2 0 0 Υ :墨水槽 300 :記錄頭 400 :記錄頭 11 〇 1 :基板 1102 :熱產生構件 1103 :流動通道形成構件 110 4 :排放孔 1105 :墨水流動通道 1106 :墨水饋進通道
Claims (1)
1236973 (1) 彳 拾、申請專利範圍 第92 1 09490號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國93年8月4日修正 1 · 一種噴墨頭,包括一具有熱產生構件之基板,該熱 產生構件係位在該基板之一表面上而用以在墨水中產生一 氣泡,且包括複數個用以排放墨水且面對該基板之該表面 的排放孔,且包括複數個與該複數個排放孔相連通以饋進 墨水之墨水流動通道,該噴墨頭係藉由產生之氣泡之產生 的壓力而由該排放孔排放出墨水,其中 複數個熱產生構件係相互成串聯連結,且設置在每一 墨水流動通道中,且該排放孔係配置在一由該複數個熱產 生構件所組成之壓力產生區域的中心沿一法線方向朝該基 板之表面延伸而出之延伸線上;及 在該複數個熱產生構件當中兩個彼此隔開配置最遠之 熱產生構件的各別中心之間的距離d h c,係設定成大於該 排放孔之一開孔直徑do。 2 ·如申請專利範圍第]項之噴墨頭,其中當該排放孔 之中心相封於該延伸線之一偏移量以d e r r所表示時,該 距離d he與該直徑d 〇滿足以下之一關係式: dhc>do+derrx2 〇 (2) 1236973 3 .如申請專利範圍第1項之噴墨頭,其中 設置在每一該墨水流動通道中之複數個熱產生構件當 中至少兩個熱產生構件係設置成相對於一介於用以隔開每 一墨水流動通道之隔壁之間的方向而具有一定的間距dh h •,且 在該複數個熱產生構件當中相對於該介於該隔壁之間 而彼此相隔最遠之彼此相鄰之兩熱產生構件之間的間距 dhh ’係爲一介於每一該隔壁及相鄰該每一隔壁之熱產生 構件之間的間距d h η的兩倍或以下。 4· 一種噴墨頭,包括一具有熱產生構件之基板,該熱 產生構件係位在該基板之一表面上而用以在墨水中產生一 氣泡,且包括複數個用以排放墨水且面對該基板之該表面 的排放孔,且包括複數個與該複數個排放孔相連通以饋進 墨水之墨水流動通道,該噴墨頭係藉由產生之氣泡之產生 的壓力而由該排放孔排放出墨水,其中 複數個熱產生構件係設置在每一墨水流動通道中,且 該排放孔係配置在一由該複數個熱產生構件所組成之壓力 產生區域的中心沿一法線方向朝該基板之表面延伸而出之 延伸線上;及 在該複數個熱產生構件當中之兩熱產生構件之各別中 心線係相對於一墨水流動方向而位在該突設於該壓力產生 區域上之排放孔的外面,且該兩熱產生構件係相對於該介 於隔開每一墨水流動通道之隔壁之間的方向而隔開最遠的 兩熱產生構伶,且該方向係垂直於在每一墨水流動通道中 (3)1236973 朝向該壓力產生區域的墨水流動方向。 5 .如申請專利範圍第4項之噴墨頭,其中不需要經由 該排放孔與外界空氣相連通即可使該氣泡消泡。
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