[发明专利]打印头及其制造方法

说明书

技术领域

本发明一般性地涉及喷墨打印机的打印头部分。

背景技术

热喷墨打印机通常具有用于产生墨滴并将它们喷射到打印介质上的打印头。典型的喷墨打印头包括：具有面对着纸的孔口阵列的喷嘴板；用于从诸如贮液器的墨源将墨液供应到孔口的墨液通道；以及载有多个加热电阻器的衬底，每个电阻器位于相应孔口的下方。电流脉冲施加到加热电阻器，以将墨液通道中的墨液瞬间汽化为气泡。墨滴通过气泡的成长和随后的破裂从每个孔口中喷出。由于墨液通道中的墨液作为液滴通过喷嘴喷出，因此更多的墨液从贮液器填充墨液通道。

当结合附图考虑时，将更好地理解本发明的目的和特征。应该注意，附图是示意性的、未必按比例绘制的图示，并且在所有附图中相同的附图标记表示相同的部件。

附图说明

图1示出了体现本发明的示例性喷墨打印头结构的示意性透视图。

图2示出了图1所示打印头结构的墨滴产生器区域的剖视图。

图3示出了在根据本发明实施例的墨滴产生器区域中的加热元件的放大剖视图。

图4示出了根据本发明的具有纳米结构表面的加热元件的制造方法的高级流程图。

图5A-图5E示意性地描述了根据本发明实施例的具有纳米结构表面的加热元件的制造方法的各个步骤。

图6示出了通过本发明方法制出的纳米柱阵列的示意性剖视图。

图7示出了与图5E所示纳米柱阵列相比具有改进的尺寸的纳米柱阵列的示意性剖视图。

具体实施方式

在液滴产生时常遇到的一个问题是，墨液残留物（诸如颜料墨液粒子）沉积到电阻器裸露的加热表面上，由此产生对打印头的性能有不利影响并且因而导致图像质量下降的堆积的粘性残留物。这种问题在本领域中通常被称作结垢（Kogation），即，由于发生在电阻器表面的重复加热和化学反应而导致的在加热器表面上形成残留物膜的过程。这种加热导致附着在加热器表面上的材料被烘烤，并且被烘烤的材料充当减少传递给墨液的热量的绝热体，由此导致降低热传导性，并且因此改变喷射的墨滴的特性，例如，降低液滴速率或减小液滴的尺寸。

本发明提供一种喷墨打印头，其具有用于产生将墨液汽化为气泡的热量的至少一个加热元件，其中，加热元件的裸露的表面具有用于防止残留物，尤其是颜料墨液粒子(或称颗粒)，积累在加热元件的加热表面的纳米结构表面。加热表面是在气泡产生期间暴露于墨液的表面。纳米结构表面呈一体形成在加热元件最上层上的纳米级尺寸的纳米柱阵列形式。这种加热元件设计解决了上述的结垢问题。本发明的另一方面是一种简单、低成本并且有效的上述加热元件的制造方法。

图1示出了体现本发明的特征的示例性喷墨打印头10的示意性透视图。打印头10包括衬底20、设置在衬底20上的墨液阻挡层30以及附着在墨液阻挡层30顶部的喷嘴板40。衬底20支撑用于产生汽化墨液的热量的多个加热元件。在这些加热元件中限定有电阻器50（由虚线示出）。多个墨液腔31和墨液通道32形成在阻挡层30中，使得每个墨液腔31都放置在相关联的电阻器50上。在一个实施例这，利用传统的集成电路制造技术形成加热元件。阻挡层30是在衬底20上形成加热元件之后，通过热或压力在衬底20上层叠的干膜。随后，通过光成像技术在阻挡层30中形成墨液腔31和墨液通道32。举例来说，阻挡材料是可光成像聚合物，诸如可从杜邦公司（E.I. DuPont de Nemours and Co.）获得的商标为Parad的可光成像聚合物。喷嘴板40包括设置在各个墨液腔31之上的多个孔口41，从而对齐墨液腔31、相关联的孔口41和相关联的电阻器50。举例来说，喷嘴板40由聚合材料制成并且通过激光烧蚀形成其中的孔口41。再如，喷嘴板40由诸如镍的电镀金属制成。可与外部电接线连接的焊盘60形成在衬底20的末端并且不被墨液阻挡层30覆盖。焊盘60通过传统的沉积和图案化技术形成衬底20上。举例来说，焊盘可与由金形成。当电流脉冲施加到电阻器50时，在墨液腔31中形成墨液气泡，并且通过气泡的成长从孔口41喷出墨滴。通过齐墨液腔31、相关联的孔口41和相关联的电阻器50限定出墨滴产生器区域。

图2示出了图1所描述的打印头的典型墨滴产生器区域的放大剖视图。在图2中，喷嘴板40已被移除，以简化图解。在墨液腔31下是相关联的加热元件，该加热元件由一叠薄膜70构成。电阻器被限定在该叠薄膜70中。最上层的薄膜70用作电阻器50的保护膜并且具有纳米结构表面71，纳米结构表面71暴露于供应到墨液腔31的墨液流体。