CN1298537C - 喷孔片及其制程 - Google Patents

Abstract

一种喷孔片及其制程，用以制作喷孔片在喷墨印头上，首先在喷墨印头的墨腔层上形成图案化的第一喷孔层，而第一喷孔层具有至少一第一开口，并使第一开口的孔壁表面呈亲水化，其方法包括以亲水性材料作为第一喷孔层的材料，或是亲水化第一开口的孔壁表面。接着，在第一喷孔层上形成图案化的第二喷孔层，而第二喷孔层具有至少一第二开口，其与第一开口相通，并使第二开口的孔壁表面呈斥水性，其方法包括以斥水性材料作为第二喷孔层的材料，或是斥水化第二开口的孔壁表面，最后第一喷孔层及第二喷孔层构成喷孔片，而第一开口及第二开口则构成喷孔，其孔壁表面可分成亲水性及斥水性区域。

Description

喷孔片及其制程

                            技术领域

本发明涉及一种喷孔片及其制程，尤其涉及一种用于喷墨印头的喷孔片及其制程。

                            背景技术

喷墨打印的工作原理主要可分为热泡式(thermal bubble)及压电式(piezoelectric)两大类型。热泡式喷墨打印技术是利用加热组件(heater)将墨水瞬间加热气化，因而产生高压气泡来推动墨水，并从喷孔(nozzle)射出而形成墨滴(droplet)，而压电式喷墨打印技术则是利用压电陶瓷(piezoelectric ceramic)因施加电压而对应产生形变，用以挤压墨水产生高压来推动墨水，并从喷孔射出而形成墨滴。然而，无论是热泡式或是压电式的喷墨打印技术，均是利用瞬间高压来推动挤压墨水，使得墨水所形成的墨滴经由喷孔片(Nozzle Plate)的喷孔而射出。

现有喷孔片通常为金属喷孔片，例如镍喷孔片(Ni Nozzle Plate)。由于金属喷孔片的表面呈良好的亲水性(hydrophilic)，也就是表面在与水之间的接触角(Contact angle)小于90度的情况之下，其表面视为呈亲水性，也因此，当部分墨水从喷孔射出而形成墨滴时，极有可能会发生以下三种情况：

(1)当墨水脱离喷孔而形成墨滴喷出时，墨滴的尾端在受到喷孔的孔壁末端周缘的牵引之下，使得喷出的墨滴将偏离原先预定的行进方向，因而产生斜喷的现象；

(2)当墨水脱离喷孔而形成墨滴喷出时，墨滴的尾端在受到喷孔末端的孔壁末端周缘的牵引之下，将另外形成多个更小的墨滴尾随在主要墨滴之后，因而在纸张上形成卫星点，也就是在主墨点的周围环绕着许多小墨点；

(3)当墨水脱离喷孔而形成墨滴喷出时，墨滴尾端在受到喷孔末端的孔壁周缘的牵引之下，其剖面将产生类似新月形(meniscus)的轮廓外形，使得墨滴在脱离喷孔之后，将包覆一气泡而成为一中空墨滴，因而在纸张上形成环状墨点。

现有技术为了避免墨滴发生上述的斜喷、卫星点及环状墨点等现象，必须在喷孔片上进行斥水性(hydrophobic)处理，欲使斥水化的效果达到最佳化，斥水化后的接触角必须达到某一特定值(通常为90～110度)，而喷孔的孔壁表面也必须斥水化处理至某一特定的深度。然而，为了使喷孔的孔壁表面被斥水化达到某一特定的深度，往往必须透过繁复的制程，如光罩覆盖或牺牲层填充等等，如美国专利第5,502,470号、第5,759,421号、第6,016,601号及第6,126269号所示，如此将耗费大量制程时间及成本。

                            发明内容

本发明的目的在于提出一种喷孔片及其制程，主要利用厚膜作为喷孔片，并经由简易的制程来达到亲水化及斥水化的目的，用以降低喷孔片的制程成本。

基于本发明的上述目的，本发明提出一种喷孔片及其制程，适用于一喷墨印头的制程，用以制作喷孔片于喷墨印头上，首先在墨腔层上形成图案化的第一喷孔层，而第一喷孔层具有一第一开口，并使得第一开口的孔壁表面呈亲水性，其方法为以亲水性材料作为第一喷孔层的材料，使第一开口的孔壁表面呈亲水性。接着，在第一喷孔层上形成图案化的第二喷孔层，而第二喷孔层具有一第二开口，并使得第二开口的孔壁表面呈斥水性，其方法为以斥水性材料作为第二喷孔层的材料，使第二开口的孔壁表面呈斥水性。最后，第一喷孔层及第二喷孔层共同构成喷孔片，而第一开口及第二开口则共同构成喷孔。

此外，本发明更可同样以上述的双层亲水性及斥水性的结构，来构成喷墨印头的墨腔层及喷孔片，并利用反向显影的方式，在喷孔片上形成较佳剖面轮廓外形的喷孔。

                            附图说明

图1A为本发明的第一实施例的喷孔片及其制程应用于一压电式喷墨印头的剖面流程图；

图1B为本发明的第一实施例的喷孔片及其制程应用于一压电式喷墨印头的剖面流程图；

图2A为本发明的第二实施例的喷孔片及其制程应用于一热泡式喷墨印头的剖面流程图；

图2B为本发明的第二实施例的喷孔片及其制程应用于一热泡式喷墨印头的剖面流程图；

图3A为本发明的第三实施例的一种热泡式喷墨印头的剖面流程图；

图3B为本发明的第三实施例的一种热泡式喷墨印头的剖面流程图；

图3C为本发明的第三实施例的一种热泡式喷墨印头的剖面流程图；

图3D为本发明的第三实施例的一种热泡式喷墨印头的剖面流程图。

                         具体实施方式

请依序参考图1A～1B为本发明的第一实施例的喷孔片及其制程，其应用于一压电式喷墨印头的剖面流程图。

如图1A所示，基板(substrate)110的底面配置有一压电组件(PZT element)120，其由上电极(upper electrode layer)122、压电层(piezoelectric layer)124、下电极(lower electrode layer)126所组成，当利用上电极122与下电极126施加电压至压电层124时，压电层124将对应产生瞬间形变，用以提供挤压墨水的动力来源，此时基板110则是作为一振动层(vibrating layer)，用以作为振动传递的媒介。此外，在基板110的顶面则配置有图案化的一墨腔层130，用以提供一墨水腔132，其位置对应于压电组件120的位置。值得注意的是，压电组件120也可与墨腔层130同样位于基板110的顶面，并使得压电组件120容纳于墨腔层130的墨水腔132内。

为了将图1B的喷孔片160制作在压电式喷墨印头100上，如图1A所示，首先在压电式喷墨印头100的墨腔层130上形成图案化的第一喷孔层140，并且第一喷孔层140具有第一开口142，其与墨水腔132相通。其中，第一喷孔层140的材料可为感旋光性材料，例如干膜(dry film)、环氧树脂(epoxy)、酚树脂(novolak)、丙烯酸脂(acrylate)、聚酰亚胺(polyimide)或聚酰胺(polyamide)等，故可先在墨腔层130之上形成一感旋光性材料，接着以曝光(Photography)、显影(Development)的方式，在感旋光性材料上形成第一开口142，而完成第一喷孔层140的制作。值得注意的是，可利用反向显影的方式，将显影液注入墨水腔132内，并使得显影液按照箭头的方向，从第一喷孔层140的底面流向第一喷孔层140的顶面，如此可使第一开口142的剖面轮廓约呈喇叭状或梯形。

接着如图1B所示，在墨腔层130上形成图案化的第一喷孔层140后，接着在第一喷孔层140之上形成图案化的第二喷孔层150，且图案化的第二喷孔层150也具有至少一第二开口152，其与第一开口142相通。其中第二喷孔层150的材料可为感旋光性材料，例如干膜或旋涂式玻璃，故可先在第一喷孔层140之上形成一感旋光性材料，接着以曝光显影的方式，在感旋光性材料上形成第二开口152，而完成第二喷孔层150的制作。若以旋涂式玻璃作为第二喷孔层150的材料时，可利用旋涂(spin coating)或喷洒(spray)等方式，将旋涂式玻璃全面性形成在尚未形成第一开口142的第一喷孔层140上，并经固化之后而形成第二喷孔层150，接着再形成第一开口142及第二开口152。值得注意的是，同样可利用反向显影的方式，将显影液注入墨水腔132内，并使得显影液按照箭头的方向，经由第一开口142而流向第二喷孔层150的顶面，如此将可使第二开口152的剖面轮廓约呈喇叭状或梯形。最后，第二喷孔层150与第一喷孔层140将共同构成喷孔片160的结构，而第一开口142及第二开口152则共同构成喷孔162的结构，并具有喇叭状或梯形的剖面轮廓。

如图1A所示，第一开口142的孔壁表面须呈亲水性，故第一喷孔层140的材料可选用亲水性材料，例如含有皂基的材料，使得第一开口142的孔壁表面呈亲水性。此外，也可利用化学键结的方式，将第一喷孔层140的表层分子键结亲水基，例如皂基等，或者是以浸渍涂布(dip coating)的方式，在第一喷孔层140的表面形成一层亲水性薄层(未绘示)，例如以含有皂基的界面活性剂，在第一喷孔层140的表面形成一亲水性薄层。

如图1B所示，相较于第一开口142的孔壁表面呈亲水性，第二开口的孔壁表面则须呈斥水性，故第二喷孔层150的材料可选用含有斥水基的材料，例如含有铁氟龙基的材料，或可选用干膜或旋涂式玻璃作为第二喷孔层150的材料。此外，也可利用化学键结的方式，将第二喷孔层150的表层分子键结斥水基，例如铁氟龙基或四氟化碳(CF4)等，或者是以浸渍涂布的方式，在第二喷孔层150的表面形成一层斥水性薄层(未绘示)，例如以铁氟龙为浸渍涂布的材料，在第二喷孔层150的表面上，形成一斥水性薄层。

此外，如图1A所示，可在形成第一喷孔层140及第一开口142之后，利用喷洒的方式将旋涂式玻璃形成于第一喷孔层140的表面，用以作为一斥水性薄膜，其作用如同第1B图的第二喷孔层150，而部分旋涂式玻璃将沾附在第一开口142的内壁，此时可以失焦(defocus)的方式，曝光部分位于第一开口142的上端内壁的旋涂式玻璃，而未曝光部分位于第一开口142的下端内壁的旋涂式玻璃，故在对未曝光的旋涂式玻璃进行显影后，可保留第一开口142的内部上端的旋涂式玻璃，并移除第一开口142的内部下端的旋涂式玻璃，使得第一开口142的上端内壁具有斥水性，而第一开口142的下端内壁则具有亲水性。因此，可利用第一喷孔层140及第一开口142，搭配喷洒及失焦曝光旋涂式玻璃的方式，在第一喷孔层140的上表面及第一开口142的上端内壁形成一斥水性薄膜，而无须形成第二喷孔层150。

本发明的第一实施例的喷孔片及其制程可应用于一喷墨印头的制程，特别是压电式喷墨印头的制程，用以制作喷孔片于喷墨印头上，首先形成图案化的第一喷孔层于墨腔层上，而第一喷孔层具有一第一开口，并使得第一开口的孔壁表面呈亲水性，其方法包括以亲水性材料作为第一喷孔层的材料，或是亲水化第一开口的孔壁表面，均可使第一开口的孔壁表面呈亲水性。接着，在第一喷孔层上形成图案化的第二喷孔层，而第二喷孔层具有一第二开口，并使得第二开口的孔壁表面呈斥水性，其方法包括以斥水性材料作为第二喷孔层的材料，或是斥水化第二开口的孔壁表面，均可使第二开口的孔壁表面呈斥水性。最后，第一喷孔层及第二喷孔层系共同构成喷孔片，而第一开口及第二开口则共同构成喷孔。

承上所述，本发明的第一实施例可利用双层喷孔层来构成喷孔片的结构，并利用各喷孔层的材料上呈亲水性或斥水性的差异，或后来进行表面亲水化或斥水化的处理，使得喷孔的孔壁表面可分成一亲水性区域及一斥水性区域，故可利用简单的制程来制作单一喷孔片同时具有亲水性及斥水性的喷孔结构。

第二实施例

请参考图2A、2B，其为本发明的第二实施例的喷孔片及其制程，应用于一热泡式喷墨印头的剖面流程图。第二实施例与第一实施例的不同处在于，第二实施例的喷孔片及其制程应用于在热泡式喷墨印头制作一喷孔片。

如图2A所示，芯片210具有一墨水道212，其贯穿芯片210的两面，而加热组件220则配置于芯片210之上，而墨腔层230也配置于芯片210的上，并具有一墨水腔232，其位置对应于加热组件220的位置，并与墨水道212相通。如第2A图所示，先在墨腔层230的上形成图案化的一第一喷孔层240，而第一喷孔层240具有一第一开口242，其与墨水腔232相通。值得注意的是，可利用反向显影的方式，将显影液经由墨水道212而注入墨水腔232的内，并使得显影液按照箭头的方向，从第一喷孔层240的底面流向第一喷孔层240的顶面，如此将可使第一开口242的剖面轮廓约略呈喇叭状或梯形。由于第一开口242的孔壁表面的亲水化方法已在第一实施例有叙述，故于此不再重复赘述。

如第2B图所示，接着在第一喷孔层240上形成图案化的一第二喷孔层250，而第二喷孔层250具有一第二开口242，其与第一开口242相通。值得注意的是，同样可利用反向显影的方式，将显影液注入墨水腔232的内，并使得显影液按照箭头的方向，经由第一开口242而流向第二喷孔层240的顶面，如此将可使第二开口252的剖面轮廓约呈喇叭状或梯形。同样地，由于第二开口252的孔壁表面的斥水化方法也在第一实施例有叙述，故于此不再重复赘述。最后，第二喷孔层250与第一喷孔层240将共同构成喷孔片260的结构，而第一开口242及第二开口252则共同构成喷孔262的结构，并具有喇叭状或梯形的剖面轮廓。

本发明的第二实施例的喷孔片及其制程可应用于一喷墨印头的制程，特别是热泡式喷墨印头的制程，用以在喷墨印头上制作喷孔片。此外本发明的第二实施例同样利用双层喷孔层来构成喷孔片的结构，并利用各喷孔层的材料上具有亲水性或斥水性的差异，或后来进行表面亲水化或斥水化的处理，使得喷孔的孔壁表面将可分成一亲水性区域及一斥水性区域，故可利用简单的制程来制作单一喷孔片同时具有亲水性及斥水性的喷孔结构。

第三实施例

请依序参考图3A～3D，其为本发明的第三实施例的一种热泡式喷墨印头的剖面流程图。与第二实施例不同的是，第三实施例乃是利用亲水性的墨腔层及斥水性的喷孔片构成热泡式喷墨印头的部分结构，并选用感旋光性厚膜作为喷孔片的材料，并利用反向显影的方式形成较佳剖面轮廓外形的喷孔。

如图3A所示，芯片310具有一墨水道312，其贯穿芯片310的两面，而加热组件320则配置在芯片310上。首先在芯片310之上形成一墨腔层330，其中墨腔层330的材料例如为感旋光性材料，接着如图3B所示，并可以曝光显影的方式，图案化墨腔层330而形成墨水腔332。

如图3C所示，接着在图案化的墨腔层330上形成一感旋光性厚膜340，并对应第3D图的喷孔342的位置，曝光部分感旋光性厚膜340，接着如第3D图所示，按照箭头的方向，将显影液经由墨水道312流入墨水腔332，使得显影液显影感旋光性厚膜340的已曝光部分，而形成喷孔342，其贯穿感旋光性厚膜340的两面，并具有一墨水输入端342a及一墨水输出端342b，其中墨水输入端342a的孔径大于墨水输出端342b的孔径，进而使喷孔342具有类似倒截角锥的外形，有助于稳定墨滴的喷出方向。

同样地，为了让墨水能不断地补充至墨水腔332内，必须亲水化墨水腔332的侧壁，而关于亲水化墨水腔332的方式请参考第一实施例的亲水化第一喷孔层140的方法，用以使墨水腔332的侧壁表面呈亲水性。此外，为了让墨滴在脱离喷孔342射出时，不易受到喷孔342的孔壁末端周缘的牵引，也就是不让墨滴受到墨水输出端342b的周缘的牵引，必须斥水化感旋光性厚膜340，特别是斥水化喷孔342的内壁表面，同样地，斥水化感旋光性厚膜340的方法可参考第一实施例的斥水化第二喷孔层150的方法，用以使喷孔342的内壁表面呈斥水性。

本发明的第三实施例的热泡式喷墨印头的制程，特别是以反向显影的方式来形成具有较佳剖面轮廓外形的喷孔，有助于稳定墨滴的射出方向。此外，也可利用亲水性的墨水腔及斥水性的喷孔片构成热泡式喷墨印头的部分主要结构，使得墨水容易被汲引至墨水腔之内，并且当墨滴从喷孔射出时，将不易使墨滴受到喷孔的孔壁末端周缘的牵引，而沿着原先的行进方向稳定喷出。

综上所述，本发明利用双层喷孔层来形成喷墨印头的喷孔片，并通过选择亲水性或斥水性材料，或利用亲水化或斥水化的处理，使得喷孔片上的喷孔的孔壁表面可分为前段孔壁的亲水性区域与后段孔壁的斥水性区域。此外，本发明更以上述的双层亲水性及斥水性的结构，来构成热泡式喷墨印头的墨腔层及喷孔片，使墨水将更容易汲引至墨水腔内，且墨滴从喷孔射出的方向也将更为精确。

以上所述是本发明较佳实施例以及设计，该实施例以及设计仅是举例说明，并非用于限制本发明的范围，凡以等同的技术手段、或者在权利要求所涵盖的范围内的任何变形，均不脱离本发明的权利范围及其范畴。

图式的标示说明

100：压电式喷墨印头            110：基板

120：压电组件                  122：上电极

124：压电层                    126：下电极

130：墨腔层                    132：墨水腔

140：第一喷孔层                142：第一开口

150：第二喷孔层                152：第二开口

160：喷孔片                    162：喷孔

200：热泡式喷墨印头            210：芯片

220：加热组件                  230：墨腔层

232：墨水腔                    240：第一喷孔层

242：第一开口                  250：第二喷孔层

252：第二开口                  260：喷孔片

262：喷孔

300：热泡式喷墨印头            310：芯片

320：加热组件                  330：墨腔层

332：墨水腔                    340：感旋光性厚膜

342：喷孔                      342a：墨水输入端

342b：墨水输出端

Claims (10)

1.一种喷孔片，适用于配置在一喷墨印头上，其特征在于，所述喷孔片由第一喷孔层和第二喷孔层构成；

所述第一喷孔层，配置于所述喷墨印头上，而所述第一喷孔层具有至少一第一开口；

所述第二喷孔层，配置于所述第一喷孔层上，而所述第二喷孔层具有至少一第二开口，与所述第一开口相通。

所述第一喷孔层由亲水性材料制成，使得第一开口的孔壁表面呈亲水性，所述第二喷孔层由斥水性材料制成，使得第二开口的孔壁表面呈斥水性。

2.如权利要求1所述的喷孔片，其进一步特征在于，所述第一喷孔层的材料包括感旋旋光性高分子材料、非感旋旋光性高分子材料或金属材料。

3.如权利要求1所述的喷孔片，其进一步特征在于，所述第二喷孔层的材料包括感旋旋光性高分子材料、非感旋旋光性高分子材料、金属或陶瓷。

4.一种喷孔片制程，适用于一喷墨印头的制程，用以制作一喷孔片于所述喷墨印头上，其特征在于，所述喷孔片制程至少包括下列步骤：

在所述喷墨印头上形成图案化的一第一喷孔层，所述第一喷孔层由亲水性材料制成，其中所述第一喷孔层具有一第一开口，所述第一开口的孔壁表面呈亲水性；

在所述第一喷孔层上形成图案化的一第二喷孔层，所述第二喷孔层由斥水性材料制成，其中所述第二喷孔层具有一第二开口，其与所述第一开口相通，所述第二开口的孔壁表面呈斥水性。

5.如权利要求4所述喷孔片制程，其特征在于，它包括以下制程：

以压合、旋涂或喷洒方式在墨腔层上形成第一喷孔层。

6.如权利要求4所述喷孔片制程，其特征在于，它包括以下制程：

以压合、旋涂、喷洒或物理性气相沉积方式在第一喷孔层上形成第二喷孔层；

7.如权利要求6所述喷孔片制程，其特征在于，它包括以下制程：

于第一喷孔层上上第二喷孔层材料，其为感光斥水性高分子材料；于第二喷孔层材料上进行曝光、烘烤、显影等制程；形成图案化的第二喷孔层，其中所述第二喷孔层具有一第二开口。

8.如权利要求7所述的喷孔片制程，其进一步特征在于，所述感光斥水性高分子材料包括旋涂式玻璃。

9.如权利要求6所述喷孔片制程，其特征在于，它包括以下制程：

于第一喷孔层上上第二喷孔层材料，其为非感光斥水性高分子材料或金属、陶瓷材料；再于第二喷孔层材料上压合、旋涂或喷洒等方式上感旋旋光性材料，后进行曝光、烘烤、显影等制程，再对第二喷孔层材料以蚀刻制程形成图案化的第二喷孔层，后以蚀刻、浸渍等制程去除第二喷孔层材料上之感旋旋光性材料，其中所述第二喷孔层具有一第二开口。

10.如权利要求4所述的喷孔片制程，其进一步特征在于，用蚀刻法在喷墨印头上形成图案化的第一喷孔层。

Images