專利名稱：帶多行孔口的單體式打印頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及數(shù)控連續(xù)噴墨打印裝置的領(lǐng)域，且具體而言 涉及具有多行噴墨孔口的連續(xù)噴墨打印頭。
背景技術(shù)：
授予Chwalek等人的美國專利第6,079,821號公開了一種連續(xù)噴 墨打印頭，其中通過對從離開孔口的射流進(jìn)行不對稱加熱來實(shí)現(xiàn)選定
液滴的偏專爭。
Jeanmaire等人的美國專利第6,554,410號教導(dǎo)了使選定液滴偏轉(zhuǎn) 的改進(jìn)方法。這種方法涉及將每個(gè)射流分成小墨滴和大墨滴并相對于 墨滴飛行方向形成空氣或氣體橫流，這使得小墨滴偏轉(zhuǎn)到溝槽或墨水 捕集器內(nèi)而大墨滴則繞過其并落到介質(zhì)上用以書寫期望的圖像，或者 相反，即大墨滴由溝槽收集而小墨滴則到達(dá)介質(zhì)。
Anagnostopoulos等人的美國專利第6,450,619號公開了使用可在 上述打印頭中采用的CMOS和MEMS技術(shù)來制造噴嘴板的方法。此 外，在授予Anagnostopoulos等人的美國專利第6，663，221號中公開了 制造頁寬噴嘴板的方法，其中，頁寬表示大約為4英寸長和更長的噴 嘴板。如本文所限定，噴嘴板包括噴嘴陣列且每個(gè)噴嘴具有出射孔口， 加熱器圍繞出射孔口并位于出射孔口附近。對各個(gè)加熱器尋址的邏輯 電路和向加熱器提供電流的驅(qū)動(dòng)器可位于與加熱器相同的基板上或 者可位于其外部。
對于完整的連續(xù)噴墨打印頭，除了噴嘴板及其相關(guān)聯(lián)的電子器件 之外，要有用于使選定液滴偏轉(zhuǎn)的裝置，還需要收集未選定液滴的墨 水溝槽或捕集器，墨水再循環(huán)或處置系統(tǒng)，各種空氣和墨水過濾器， 墨水和空氣供應(yīng)裝置以及其它安裝和對準(zhǔn)器件。在這些已知的連續(xù)噴墨打印頭中，在噴嘴板中的噴嘴布置成直線
且為了穩(wěn)健操作和可制造性，它們以最多大約42.33微米那樣近地間 隔開，這對應(yīng)于每英寸大約600個(gè)噴嘴。由這些噴嘴陣列所產(chǎn)生的墨 滴體積取決于噴嘴的出射孔口的直徑和射流速度。典型體積范圍為數(shù)
皮升至數(shù)十皮升。
如已提到的那樣，所有的連續(xù)噴墨打印頭，包括那些基于選定液 滴的靜電偏轉(zhuǎn)的連續(xù)噴墨打印頭(參看例如授予Simon等人的美國專 利第5,475,409號)，都需要墨水溝槽或捕集器來收集未選定液滴。這 樣的溝槽必須相對于噴嘴陣列小心地對準(zhǔn)，因?yàn)檫x定液滴與未選定液 滴之間的角距通常僅為幾度。對準(zhǔn)過程通常是非常費(fèi)力的過程并顯著 增加打印頭的成本。因?yàn)槊總€(gè)溝槽必須單獨(dú)地且每次一個(gè)與其相對應(yīng) 的噴嘴板對準(zhǔn)，這也會(huì)增加打印頭的成本。
溝槽或捕集器可包含刃形邊緣或一些其它類型的邊緣來收集未 選定液滴，且該邊緣必須是直的，從一端到另一端在數(shù)十微米內(nèi)。溝 槽通常由不同于噴嘴板的材料制成且因此它們具有不同的熱膨脹系 數(shù)，致使如果周圍溫度變化，則溝槽和噴嘴陣列的不對準(zhǔn)程度可足以 造成打印頭失效。由于溝槽通常使用對準(zhǔn)螺釘附連到某一構(gòu)架上，如 果打印頭組件經(jīng)受如在裝運(yùn)期間可能會(huì)發(fā)生的沖擊，則可能會(huì)失去對 準(zhǔn)。如果溝槽使用粘合劑附連到構(gòu)架上，則在膠固化期間隨著其硬化 可能會(huì)出現(xiàn)不對準(zhǔn)，導(dǎo)致在打印頭組裝期間打印頭收得率損失。
Anagnostopoulos等人的美國專利申請公開2006/0197810A1披露 了一種包含一行噴墨孔口的一體式打印頭部件。
需要的是，利用在紙張寬度方向上比目前可能情況更靠在一起的 噴墨流進(jìn)行準(zhǔn)確地打印。由于在來自相鄰孔口的墨滴之間需要隔開， 故對噴墨行能靠在一起的程度有所限制。沿機(jī)器方向在噴墨行之間的 間隔受到第二行噴墨行大的空間安裝要求的限制。因?yàn)榧垙堅(jiān)谟傻谝?行中的第一噴墨濕潤后穩(wěn)定性不足以在20微米內(nèi)與第二行射流對準(zhǔn)， 因此第二行每英寸600個(gè)噴嘴的噴墨不能布置成與之前每英寸600個(gè)噴嘴的打印材料對準(zhǔn)地重疊。在紙張向第二行噴嘴行進(jìn)數(shù)厘米距離之 后，不可能實(shí)現(xiàn)與來自第一行的圖案準(zhǔn)確對準(zhǔn)。難以實(shí)現(xiàn)和維持射流 本身的進(jìn)一步對準(zhǔn)。如果第二行噴嘴可被對準(zhǔn)以在來自第 一行噴嘴的 墨水之間進(jìn)行打印，則可實(shí)現(xiàn)在紙張寬度上每英寸更大的噴嘴密度。
需要一種方法其比先前可能的情況將來自沿寬度方向每英寸更 多噴嘴的墨流提供到墨流下方的紙張，而不會(huì)有對準(zhǔn)問題且無需利用 非常小的墨滴。因此需要下面這樣的布置第二行噴嘴與第一打印頭 對準(zhǔn)并在操作期間維持這種對準(zhǔn)，并一定程度地靠近第 一打印頭而不 會(huì)使得紙張拉伸有問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服先前實(shí)踐的不足。 本發(fā)明的另 一 目的在于提供形成更高品質(zhì)噴墨打印的能力。 本發(fā)明的再一 目的在于向紙張?zhí)峁└鼫?zhǔn)確地定位連續(xù)墨流。 本發(fā)明的這些優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)由在一體式噴墨中包括兩行墨水 孔口的噴墨打印設(shè)備來提供。
本發(fā)明提供一種方法，其在紙張寬度方向上比原來可能情況以每 英寸更多的噴嘴來提供墨流而不會(huì)出現(xiàn)對準(zhǔn)問題且無需利用非常小 的墨滴。本發(fā)明4是供一種布置，其中第二打印頭與第一打印頭對準(zhǔn)并 在操作期間維持這種對準(zhǔn)且一定程度地靠近第 一打印頭而不會(huì)使得 紙張拉伸有問題。


圖1A和圖1B是每英寸600個(gè)噴嘴的噴墨頭的示意性局部截面。 圖2是示出每英寸600個(gè)噴嘴的打印頭的相對液滴位置的截面圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)打印頭的放大示意圖，示出溝槽和液滴到溝槽內(nèi) 的偏轉(zhuǎn)。
圖4A是本發(fā)明的雙溝槽打印頭的截面圖。圖4B是根據(jù)本發(fā)明的打印頭的溝槽區(qū)域的局部截面圖。
圖4C是^f吏用本發(fā)明的打印頭的打印系統(tǒng)的示意圖。
圖5是在單個(gè)硅晶片上的四個(gè)雙一體式溝槽裝置的示意圖。
圖6A至圖6I是利用硅晶片的AJ制造過程的截面圖。
圖7是包含用于雙溝槽裝置的冗余行打印頭的硅晶片的示圖。
圖8是在本發(fā)明的雙溝槽裝置中包含偏移噴嘴的硅晶片的示圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具有優(yōu)于噴墨打印設(shè)備和方法的現(xiàn)有實(shí)踐的許多優(yōu)點(diǎn)。本 發(fā)明提供更高品質(zhì)的圖像，因?yàn)槠淠茉诩垙垖挾壬暇哂忻坑⒋绺哌_(dá) 1200個(gè)噴嘴的密度而無需非常小的墨滴。利用此數(shù)目的噴嘴，可實(shí)現(xiàn) 高品質(zhì)的打印。此外，在孔口與記錄介質(zhì)移動(dòng)(例如，紙張移動(dòng))方向 對準(zhǔn)的實(shí)施例中，當(dāng)通過本發(fā)明設(shè)備的操作進(jìn)行打印時(shí)或者在本發(fā)明 的設(shè)備操作期間能遞送更高打印速度。此外，在孔口與紙張運(yùn)動(dòng)對準(zhǔn) 的實(shí)施例中，與開始^f義存在一個(gè)孔口的情況相比，在兩個(gè)對準(zhǔn)孔口中 的一個(gè)孔口被堵住的情況下，故品質(zhì)降級會(huì)更少。此外，由于噴嘴行 僅以小的距離隔開并保持對準(zhǔn)，圖像品質(zhì)得到改進(jìn)。因此，墨滴在到 達(dá)紙張之前在空氣中不會(huì)碰撞，因?yàn)樵诿恳恍袊娮熘械膯为?dú)噴嘴已充 分隔開使得墨滴如它們從噴嘴噴射出來一樣較寬地間隔開。墨滴在到 達(dá)紙張之前在空氣中的碰撞會(huì)造成品質(zhì)較差的圖像。當(dāng)液滴被充分隔 開時(shí)可減小張開效應(yīng)。舉例而言，單陣列600叩i(噴嘴/英寸)裝置可替 代雙300 npi裝置，使得相鄰墨滴分隔開84.66微米而不是分隔開42.33 微米，從而減小導(dǎo)致張開的氣動(dòng)效應(yīng)。另一發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于由于靠近的 噴嘴間隔，可利用大約4皮升的墨滴有效地遞送比需要更小墨滴情況 下的更多墨水。通過下文的討論，這些優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
在圖1A、圖1B以及圖2中，示出了連續(xù)噴墨流噴嘴板10的架 構(gòu)。該板包括膜片14，膜片14具有編號為l至7的孔口 12。在各個(gè) 噴嘴12周圍的加熱器、邏輯電路以及驅(qū)動(dòng)器并未示出。對于每英寸600個(gè)噴嘴的間隔，噴嘴之間的距離(間距)為大約42.3!xm。噴嘴12的 內(nèi)孔為大約10|im。在圖IB中，示出了沿著圖1A的線B-B所截取的 截面。電介質(zhì)膜片14包括位于硅基板16頂上的生長和沉積層。電介 質(zhì)膜片14為大約2微米厚，但其也可在大約1微米至IO微米的厚度 范圍且墨水通道18由大約10jum厚的橋接件或橫條21隔開。
在圖1A和圖1B以及圖2中示出的打印頭中，示出了當(dāng)試圖將噴 嘴間隔減小到小于每英寸大約600個(gè)噴嘴所需時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)的問題。 如在圖2中示出，噴嘴板與通常為不銹鋼的歧管26相接觸。墨水32 作為加壓流體在24處進(jìn)入歧管并進(jìn)入通道18,引導(dǎo)至內(nèi)孔12。墨水 作為射流22從內(nèi)孔12出射。該墨水散成液滴34。如圖2所示，內(nèi)孔 12形成孔口，孔口以直徑為大約20(jm的液滴34噴出墨水。液滴之 間的間隔為大約22微米。因此，如果內(nèi)孔孔口的間距從對于每英寸 600個(gè)噴嘴的大約42.3 pm的間隔變成對于每英寸1200個(gè)噴嘴的大約 21 pm間距的間隔，則直徑為大約20微米的液滴將觸碰并混合造成差 的打印品質(zhì)。對這個(gè)問題所提出的一個(gè)解決方案是使2個(gè)連續(xù)的沿機(jī) 器(紙張)方向每英寸600個(gè)噴嘴的打印頭在打印方向的寬度上偏移大 約22iam，使得它們具有每英寸大約1200個(gè)噴嘴的有效打印密度。但 是，連續(xù)打印頭的對準(zhǔn)很難且此外由于紙張因第 一噴嘴行打印而濕 潤，紙張?jiān)趪娮熘g的距離不穩(wěn)定。因此，實(shí)在難以以一定準(zhǔn)確度有 效地機(jī)械對準(zhǔn)連續(xù)打印頭并在使用期間維持此準(zhǔn)確度。對于沿紙張方 向安裝連續(xù)打印頭的機(jī)械要求通常需要在2厘米與8厘米之間的連續(xù) 打印頭間隔。
在圖3A和圖3B中，示出了現(xiàn)有技術(shù)的帶溝槽布置的打印頭40。 在此布置中，在流42中的打印頭墨滴由定向的空氣流44移動(dòng)，使得 較小墨滴46由空氣流44偏轉(zhuǎn)到科恩達(dá)捕集器49的外表面以便俘獲。 較大墨滴48偏轉(zhuǎn)較少且繼續(xù)從打印頭噴出到打印表面(未示出)上。包 括較小墨滴的墨水沿著捕集器49流動(dòng)且通過毛細(xì)作用和吸力52而收 回并優(yōu)選地再循環(huán)。如可以看出，利用如圖所示的墨水捕集器的這種類型的打印需要相當(dāng)多的工具調(diào)整和空間。還已知的是，使用刃形邊 緣或成角度部件作為溝槽的捕集器。
在圖4A中，示意性地示出本發(fā)明的雙溝槽和雙孔口噴墨頭60的 截面。該單體的一體式結(jié)構(gòu)包括硅晶片，這些硅晶片附連并一體地連 結(jié)在一起以形成一體式單體結(jié)構(gòu)。打印頭具有2個(gè)孔口 62和64用于 噴墨噴射。噴嘴排出尺寸較小的墨滴66和較大的墨滴68。較大墨滴 是用于形成高品質(zhì)圖像的墨滴。打印頭60包含用于偏轉(zhuǎn)空氣的通道 69。通道69沿相反方向?qū)⑵D(zhuǎn)空氣供應(yīng)到從孔口 62和64出射的墨 滴。在將較小的墨滴偏轉(zhuǎn)到隔開的通道72和74內(nèi)之后，偏轉(zhuǎn)空氣離 開。待移除的較小墨滴66被引導(dǎo)到溝槽79。液滴由直邊緣78收集并 由溝槽79和77收回。溝槽提供毛細(xì)作用和吸力來移除墨水并將墨水 傳送到儲(chǔ)器用于再循環(huán)。用于夾帶墨滴的共線空氣通過管道82和84 引入。這些用于共線空氣進(jìn)出的相同管道還用于由未示出的裝置向噴 嘴施加洗滌溶劑和移除溶劑。也可在不需占用手的清潔過程中采用其 它空氣和流體管道。注意的是，噴嘴設(shè)有加熱器85來控制墨滴尺寸。 如圖4A所示，本發(fā)明的打印頭沿機(jī)器方向提供非常緊湊的頭布置， 因?yàn)樗鼈兌夹纬稍谙嗤膯误w式硅部件上。這些頭共用空氣供應(yīng)源和 真空供應(yīng)源以及墨水供應(yīng)源。用于偏轉(zhuǎn)的空氣在噴嘴之間提供，且使 不用于打印的小墨滴朝向打印頭開口的外部轉(zhuǎn)向到溝槽79和77內(nèi)。 在使用中，打印頭緊固到歧管(未示出)上用于供應(yīng)液體和氣體。點(diǎn)83 表示用于電連接到芯片上電子器件的引線結(jié)合部位。注意的是，并未 圖示和繪制將常規(guī)的附連提供到打印頭上用于噴墨打印機(jī)的常用操 作。但用于噴嘴操作的電子器件的控制，墨水循環(huán)的提供以及共線空 氣和偏轉(zhuǎn)空氣的空氣流動(dòng)的調(diào)節(jié)是本領(lǐng)域中熟知的且在諸如 Anagnostopoulos等人的US2006/0197810 Al以及Jeanmaire的US 7,152,964、 US 6,899,410和US 6,863,385的噴墨專利和專利申請公開 中明確陳述。
在圖4B中，示出了圖4的打印頭的出射開口的備選結(jié)構(gòu)。所示備選布置140用于開口 81，但當(dāng)然在使用中，對于圖4B中的開口 83, 也可利用鏡像的溝槽布置。如圖4B所示，溝槽端部具有窄的一體形 成的壁或刃形邊緣152，以收集未意圖從打印頭流出到紙張上的墨滴 66。溝槽具有墨水142，墨水142在朝向壁152的端部上具有彎液面 143。在壁152下方的溝槽底部i殳有開口 144以吸入撞到壁154外部 并向下流到打印頭140底部的墨水，在打印頭140底部，過量墨水146 將通過開口 144吸入并連結(jié)墨水液體142。來自溝槽底部的墨水示出 為由墨水148移到彎液面143。壁152與經(jīng)蝕刻形成溝槽的硅層一體 地形成。優(yōu)選的DRIE蝕刻工藝能以極高的準(zhǔn)確度形成諸如152的豎 直壁。該壁通常具有5pm與25pm之間寬的頂部寬度154。壁152的 頂部154將是平坦的。壁將具有在50,與300(mi之間的深度并延伸 打印頭的長度。
參看圖4C,示意性地示出了在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中所用的打印 設(shè)備，其釆用圖4A的打印頭。打印機(jī)160包括一體式偏轉(zhuǎn)器溝槽壁 154和154，其一體地形成為噴墨噴嘴陣列81和83的一部分。大體 積墨滴68和小體積墨滴由從墨滴形成打印頭60噴出的墨水形成。大 液滴68沿著噴射流路徑162和163出射。 一體式溝槽結(jié)構(gòu)77和79 包括入口腔164和出口腔166,用于引導(dǎo)氣體穿過一體式偏轉(zhuǎn)器溝槽 結(jié)構(gòu)并與墨滴對撞以便分成不同尺寸的墨滴。歧管167附連到打印頭
60上，用于引導(dǎo)所有流體到一體式硅打印頭上和由其流出。 一體式偏 轉(zhuǎn)器溝槽結(jié)構(gòu)79和77還包括液滴壁154，液滴壁154鄰近出口腔定 位。壁12的目的在于截取移置的小液滴66，同時(shí)允許大墨滴68沿著 墨滴路徑162和163繼續(xù)行進(jìn)到由打印鼓172所傳送的記錄介質(zhì)168 上。真空泵174與腔166連通并提供用于氣流178的槽(sink)。由于氣 流176所施加的力將墨滴分成小墨滴路徑和大墨滴路徑。泵220抽入 空氣，而過濾器210移除塵屑和污垢顆粒。
墨水回收導(dǎo)管/通路79和77連接到一體式壁溝槽結(jié)構(gòu)的出口腔 166,用于接納由刃形邊緣154和155所回收的液滴。墨水回收導(dǎo)管77和78與墨水回收儲(chǔ)蓄器182連通以便于由墨水返回管線184回收未打印的墨滴供隨后再使用。墨水回收儲(chǔ)蓄器182包含開孔海綿或泡沫186,其減小或甚至防止墨水晃動(dòng)。耳關(guān)4妄到負(fù)壓源上的真空導(dǎo)管188可與墨水回收儲(chǔ)蓄器182連通，以在墨水回收導(dǎo)管166中形成負(fù)壓來改進(jìn)墨滴分離和墨滴移除。但選擇墨水回收導(dǎo)管166中的氣流速率，以便不顯著地?cái)_亂大墨滴路徑。下腔166裝有過濾器192和排液裝置194，以俘獲由于墨水起霧所致的任何墨水流體或者由腔166中的氣流所俘獲的錯(cuò)誤導(dǎo)向的射流。然后所俘獲的墨水返回到回收儲(chǔ)蓄器。
此外，腔164的一部分從泵220和調(diào)節(jié)室190轉(zhuǎn)移一小部分的氣流來提供被抽入到墨水回收導(dǎo)管166和進(jìn)入氣體再循環(huán)管路170內(nèi)的氣體源。結(jié)合墨水回收導(dǎo)管166和腔164的設(shè)計(jì)，對位于69和墨水回收導(dǎo)管166中的氣體壓力進(jìn)行調(diào)整使得在一體式溝槽結(jié)構(gòu)155和154附近的打印頭組件中的氣體壓力相對于打印鼓172附近的周圍空氣壓力是正的。因而阻礙環(huán)境塵屑和紙張纖維接近并粘附到 一體式壁78上且更不得進(jìn)入墨水回收導(dǎo)管166。
在操作中，由打印鼓172以已知方式沿軸線162和163的橫向方向傳送記錄介質(zhì)168，同時(shí)打印頭/噴嘴陣列裝置保持固定。這可以已知方式使用控制器(未示出)來達(dá)成。記錄介質(zhì)168可選自很多種材料，包括紙張、乙烯材料、布、其它纖維材料等。
一體式溝槽結(jié)構(gòu)154和155的回收空氣腔72和74 —體地形成在噴嘴陣列60上。在優(yōu)選實(shí)施例中，孔口清潔系統(tǒng)(未示出)也可結(jié)合到共線空氣結(jié)構(gòu)24內(nèi)。清潔將使用通過結(jié)構(gòu)82和84噴射的溶劑淹沒噴嘴陣列62和64來實(shí)現(xiàn)。用過的溶劑由通過輸出端口 86和88在清潔溶劑上抽真空來移除。所有其它一體式入口和出口可額外地采用不需占用手的清潔處理。
在本發(fā)明中，溝槽結(jié)構(gòu)與噴嘴陣列62和64—體地形成。這樣做以便維持噴墨噴嘴62和64與壁或刃形邊緣之間的準(zhǔn)確性。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，噴嘴陣列62和64使用已知的半導(dǎo)體電路(CMOS)和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造技術(shù)等由半導(dǎo)體材料(硅等)形成。這些技術(shù)在美國專利第6,663,221號和第6,450,619號中說明，美國專利第6,663,221號和第6,450,619號以引用的方式整體地結(jié)合到本文中。但具體地構(gòu)想到且因此也在; M^開內(nèi)容的范圍內(nèi)的是，噴嘴陣列可使用本領(lǐng)域中常規(guī)已知的任何制造技術(shù)與由任何材料制成的溝槽結(jié)構(gòu)一體地形成。
在圖5中，示出了在單個(gè)硅晶片90上的四個(gè)雙一體式溝槽裝置。括號92表示可由晶片上切割線94隔開的單個(gè)雙一體式溝槽裝置。在附圖中以露出成行孔口 96的方式展示包含打印頭的晶片。晶片90的其它部分位于晶片內(nèi)，但在示意圖上示出。通道98表示用于共線空氣進(jìn)出和清潔溶劑進(jìn)出的通道。墨水返回裝置99提供從溝槽到墨水供應(yīng)源(未示出)的通道。用于偏轉(zhuǎn)空氣進(jìn)出晶片的通道由102表示。
本發(fā)明的雙一體式溝槽裝置可由用于使硅件成形的任何已知技術(shù)形成。這些技術(shù)包括CMOS電路制造技術(shù)、樣i機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)(MEMS)以及其它技術(shù)。已發(fā)現(xiàn)優(yōu)選技術(shù)為深反應(yīng)式離子蝕刻(DRIE),因?yàn)樵摴に囂峁┯糜谏罡飨虍愋晕g刻且其能夠在硅晶片中形成明確限定的通道，這是利用任何其它硅制造方法所不能實(shí)現(xiàn)的。由于必須準(zhǔn)確地控制打印頭的噴嘴之間的距離，故特別需要下面這樣的技術(shù)來形成打印頭，即這種用于對硅材料進(jìn)行創(chuàng)作的技術(shù)涉及蝕刻若干硅晶片，然后將這些硅晶片以極其準(zhǔn)確的方式進(jìn)行結(jié)合。
用于形成疊置的晶片材料的方法和設(shè)備是熟知的。在圖6A至圖6I中對制造工藝給出了簡要說明。在圖6A中，示出了單個(gè)晶片110,在該晶片110內(nèi)尚未蝕刻出任何器件。圖6B示出了經(jīng)由等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)在硅晶片表面上沉積的二氧化硅層。在圖6C中，氧化物層已使用光刻法來形成圖案以限定部分蝕刻區(qū)域。在圖6D中，在待蝕刻的側(cè)面上涂布光致抗蝕劑116的圖案，以在待發(fā)生蝕刻的光致抗蝕劑中限定開口。在圖6E中，使用光致抗蝕劑掩膜利用深離子蝕刻工藝來部分地蝕刻晶片110。在圖6F中，在進(jìn)行進(jìn)一步的蝕刻之后，形成穿過晶片的孔115以及在114處的晶片移除部分。在圖6G中移除氧化膜以恢復(fù)形成的晶片，該形成的晶片將為單體式結(jié)構(gòu)的一層。在圖6H中，另一晶片117粘附到晶片112上。硅晶片117已由相同工藝蝕刻。在圖61中，示出了經(jīng)由晶片類L模集成來制造一體式溝槽裝置的透一見展開圖。如圖所示，蝕刻的晶片111、 113和229連結(jié)形成單體式結(jié)構(gòu)的晶片疊層131,其中通過在單獨(dú)的晶片111、 113和115中進(jìn)行單獨(dú)蝕刻來形成開口。然后從結(jié)合的晶片疊層切割打印頭119并將打印頭119緊固到歧管121?？梢钥闯銎绻?21具有開口 123和125,其將為用于供應(yīng)到打印頭的空氣進(jìn)出的通道。開口 127將是歧管中的孔口以將流體引入到歧管或提供吸力。注意的是，圖6I僅是說明性的。本發(fā)明的打印頭將大體上需要至少六層晶片，通過蝕刻形成用于雙溝槽一體式打印頭所需要的通道。
在圖7中示出了硅晶片120，成行的孔形成在硅晶片120中使得所形成的各個(gè)打印頭122具備兩行孔，當(dāng)打印頭122在使用中時(shí)這兩行孔與紙張路徑對準(zhǔn)。由晶片120形成的打印頭將用于沿箭頭124所示方向傳遞的紙張，使得成對的孔將對準(zhǔn)并形成每一行每英寸大約600個(gè)孔口 。成行的孔沿紙張方向以大約lmm至10mm的距離間隔開。優(yōu)選間隔將為4mm至6mm之間，因?yàn)榇碎g隔提供相鄰墨滴到達(dá)之間的數(shù)微秒，這是避免墨滴與墨滴聚結(jié)的合理時(shí)間，而在同時(shí)，噴嘴之間的距離并沒有遠(yuǎn)到使紙張拉伸足以造成墨滴與墨滴不對準(zhǔn)的程度。應(yīng)了解，在圖7的示圖并未按照比例繪制且僅是意圖對噴嘴圖案進(jìn)行說明。
在圖8中示出了偏移噴嘴圖案。該圖案提供了噴嘴的精確對準(zhǔn)和間隔，因?yàn)閲娮靾D案為光刻產(chǎn)生。如在上文中所討論的那樣，不可能形成提供每英寸間隔1200個(gè)噴嘴的整體噴嘴，因?yàn)樵诳諝庵兴钠ど蔚闹睆綆缀醯扔诖蠹s為21 pm的噴嘴間距。如圖8所示的噴嘴以噴嘴之間距離的一半或者間距的二分之一進(jìn)行偏移。晶片130示出為包含七個(gè)一體式溝槽雙功能打印頭。諸如132的各個(gè)打印頭均包含偏移的兩行噴嘴。每一行具有每英寸600個(gè)噴嘴且兩行以噴嘴間距的一半偏移(間距為噴嘴之間的距離)。打印頭132包含兩行噴嘴134和136。噴嘴通過沿線138在成對噴嘴之間進(jìn)行切割而被釋放，以形成打印頭。噴嘴行之間的間隔可為得到良好打印品質(zhì)的任何間隔。以太大距離將行隔開將會(huì)引起上文所討論的紙張?jiān)谟傻谝恍袊娔珴駶欀蟾淖冃再|(zhì)的問題。打印頭的孔具有每英寸600個(gè)噴嘴的孔的偏移行，其將以1毫米至10毫米之間的距離彼此間隔開。優(yōu)選間隔將在4毫米與6毫米之間。硅與晶片的直接結(jié)合技術(shù)在本領(lǐng)域中熟知。 一個(gè)公開內(nèi)容為N. Miki等人在2002年1月20-20 4在美國內(nèi)華達(dá)州拉斯韋加斯15thIEEE MEMS會(huì)議上提出的"A Study of Multi-stack Silicon-Direct WaferBonding for 3D MEMS Manufacturing"以及在本文列出的參考文獻(xiàn)。
當(dāng) 一幕緊密成串的墨滴經(jīng)受交叉空氣流時(shí)，墨滴經(jīng)歷稱作張開的現(xiàn)象，這在2007年3月19日提交的名稱為"Aerodynamic ErrorReduction for Liquid Drop Emitters"的美國專利申請第11/687,873號中進(jìn)行過討i侖。減小張開效應(yīng)的一個(gè)方法是增加墨滴之間的間隔。雙溝槽結(jié)構(gòu)可用來通過簡單地提供300 npi間隔的兩行噴嘴而不是單行600npi間隔的噴嘴來最大限度地減小張開效應(yīng)。墨滴之間的距離現(xiàn)為從42.33微米變?yōu)?4.66微米，其足以使得張開變得微不足道。
雖然利用包含雙溝槽和雙行噴嘴的一個(gè)硅晶片對本發(fā)明進(jìn)行了討論，但在本發(fā)明內(nèi)，具有附加噴嘴行的其它結(jié)構(gòu)也是可行的。例如，硅打印頭結(jié)構(gòu)可被制造成具有四行噴嘴和四個(gè)溝槽。這可能通過將所制造的晶片進(jìn)行分割用以隔開四行噴嘴及其相對應(yīng)的溝槽而不是兩行噴嘴及其相對應(yīng)的溝槽并構(gòu)造具有供應(yīng)四行偏移噴嘴能力的歧管而實(shí)現(xiàn)。設(shè)想到的是，可形成甚至更多的行直到晶片形成的最大尺寸。此外，雖然溝槽示出為處于噴嘴和墨流外側(cè)的晶片的外側(cè)部上，但在本發(fā)明中，晶片可利用空氣流用于使空氣沿相反的方向偏轉(zhuǎn)來形成，使得用于移除墨水的溝槽和吸力可位于在噴嘴之間的區(qū)域上。此系統(tǒng)將會(huì)使墨流沿朝向圖4A所示的打印頭內(nèi)部而不是夕卜部的相反方向偏轉(zhuǎn)。還可能的是，諸如附圖所示的兩行噴嘴和溝槽可在單個(gè)的單體式硅打印頭中與另 一單行噴嘴相結(jié)合，以形成具有三行噴嘴的打印頭。向打印頭添加單個(gè)溝槽和噴嘴將在打印頭上實(shí)現(xiàn)三行噴嘴。顯然，通過用于硅晶片的制造技術(shù)可形成任意多個(gè)噴嘴。多個(gè)一體式硅噴墨噴嘴行的困難在于較小空間可用于提供電子器件、流體和氣體到噴嘴?？赡苄枰氖?，利用硅晶片制造技術(shù)來制造歧管以引導(dǎo)空氣源、吸力和電子器件到本發(fā)明的打印頭的各行上。
具體地參看本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，^f旦應(yīng)了解在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可做出多種變化和修改。部件列表10噴嘴板
12噴嘴12內(nèi)孔14電介質(zhì)膜片16基板18墨水通道21橫條22射流26歧管32墨水34液滴40打印頭42流44空氣流46較小墨滴48較大墨滴49捕集器52貯槽60噴墨頭62孔口64孔口66小墨滴68大墨滴69通道72通道74通道76溝槽77溝槽 78壁 81開口 82管道 83開口 84管道 86管道 88管道 90晶片 92加熱器 92括號 94線
98用于空氣的通道
99墨水返回裝置
1 10晶片
1 11晶片
1 12氧化層
113晶片
114移除的區(qū)域
115孔
116光致抗蝕劑 117晶片 119打印頭 120晶片 121歧管 122打印頭 123開口 125開口127開口 129晶片 130晶片 131原料晶片 134噴嘴 136噴嘴 138力口襯 140出射開口 142墨水 143墨水 143彎液面 144開口 146墨水 148墨水 152壁 154壁頂部
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印設(shè)備，其包括位于單體的一體式溝槽噴墨打印頭中的兩行墨水孔口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，墨水孔口中的 一行相對于另 一行偏移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，每一行具 有大約相等數(shù)目的噴嘴且每一行以行間距的 一半進(jìn)行偏移。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，每一行孔 口具有每英寸大約600個(gè)噴嘴。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，所述行的 孔口偏移在0至21.167微米之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，所述行在 1000微米至10000孩i米之間間隔開。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，在所述設(shè) 備操作期間，每一行孔口在記錄介質(zhì)移動(dòng)的方向上對準(zhǔn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，所述行以4毫 米至6毫米之間的大小間隔開。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，各個(gè)一體式打 印頭具有600個(gè)或更多的孔口 。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，所述一體式 打印頭具有一體式溝槽。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，各個(gè)一體式 打印頭結(jié)合了加熱器、噴墨孔口、溝槽、用于噴射偏轉(zhuǎn)空氣的開口以 及用于柱狀空氣的開口。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，所述一體式 打印頭具有1毫米至6毫米之間的厚度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，所述一體式打印頭具有5毫米至20毫米之間的寬度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，所述一體式 打印頭具有10毫米至600毫米之間的長度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，兩行噴墨孔 口共用噴墨供應(yīng)通道。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的噴墨設(shè)備，其特征在于， 一體式打印 頭還提供溝槽，用于從溝槽吸取的通道，偏轉(zhuǎn)空氣通道以及柱狀空氣 通道。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，兩行孔口共 用偏轉(zhuǎn)空氣供應(yīng)通道。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，所述兩行孔 口共用用于偏轉(zhuǎn)空氣供應(yīng)的通道和共線空氣供應(yīng)通道。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)空 氣供應(yīng)是從共同的供應(yīng)通道導(dǎo)向到每一行孔口 ，以及所述空氣沿相反 方向供應(yīng)到從各個(gè)孔口噴射的墨流。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的噴墨設(shè)備，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)空 氣導(dǎo)向成遠(yuǎn)離所述兩行噴墨孔口之間的區(qū)域通向位于所述兩行噴墨 孔口外的溝槽。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，所述一 體式打印頭包括另外的墨水孔口行。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨打印設(shè)備，其特征在于，所述一體 式打印頭包括另外兩行墨水孔口和另外兩個(gè)溝槽。
全文摘要
提供了一種噴墨設(shè)備和方法。該噴墨打印設(shè)備包括在一體式噴墨打印頭(60)中的兩行墨水孔口(62，64)。該方法利用在紙張寬度方向上每英寸更多個(gè)噴嘴來提供墨流而不會(huì)有對準(zhǔn)問題且無需利用非常小的墨滴。
文檔編號B41J2/03GK101678674SQ200880016129
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者C·N·安娜諾斯托普羅斯 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司