熱噴式噴墨打印機專利技術綜述

李燕

摘要：本文介紹了熱噴式噴墨打印機噴墨技術的基本知識及其專利技術，分析噴墨技術的發展現狀與發展趨勢。

關鍵詞：熱噴;打印機;噴墨;專利

1.概述

熱噴式噴墨技術是讓墨水通過細噴嘴，在加熱電阻的作用下，將噴頭管道中的一部分墨汁氣化，形成一個氣泡，并將噴嘴處的墨水頂出噴到輸出介質表面，形成圖案或字符，所以這種噴墨打印機有時又被稱為氣泡打印機。

2.熱噴式噴墨技術

圖1所示是典型的熱噴式墨水噴射記錄頭（參見JP特開平4-211954A），該記錄頭包括-具有一些噴口41（墨水噴射出口）的噴口板40，-具有一些與各自噴口連通的墨水通道槽401的頂板400，以及-具有一些能量產生元件101的加熱板100，該加熱板100用于液體噴射并構成所述墨水通道的一部分。

在JP特開平4-211954A專利申請中，申請人提到了熱噴式墨水噴射記錄裝置的以下幾個優點：

（1）用于噴射所述記錄液滴以形成漂浮液滴的上述那些液體噴射出口（噴口），可以高密集度地配置，因此，可能獲得高分辨率記錄。

（2）配有所述那些噴射出口的一記錄頭，相對來說容易地做得小巧。

（3）可以采用IC技術及微加工技術，這兩種技術在半導體制造領域中獲得顯著進展，可靠性不斷提高。

（4）所述記錄頭可相對容易地配置于一細長的或二維的結構中。

（5）可相對容易地獲得一高密集度的多噴口結構，這種結構在大批量的生產中有很好的生產率且制造成本較低。

從熱效率的角度出發，保護層具有高熱導率或小的厚度是?有利的。然而，從保護與發熱電阻器相連的配線免受墨侵襲的?角度出發，保護層具有大的厚度是有利的。因此，從能量效率和可靠性的角度出發，必須將保護層的厚度設置為最佳厚度。?特別是與墨接觸的層受由于墨的發泡造成的氣穴破壞即機械破壞和由于在高溫下與墨組分的化學反應造成的破壞即化學破壞兩者的影響，因此機械破壞和化學破壞的影響需要充分考慮。

圖1?典型熱噴式墨水噴射記錄頭

因此，噴墨基板的保護層通常包括對機械破壞和化學破壞具有高穩定性的上層（即，與墨接觸的層），以及用于保護配線?的下絕緣層。具體而言，通常形成機械上和化學上都極其穩定的Ta層作為上層，形成可通過現有的半導體制造設備容易形成?并穩定的SiN層、SiO層或SiC層作為下層。在這種構造的情況下，同時滿足對噴墨基板發熱電阻器的壽命和可靠性的要求。

在JP特開2008-173965A專利申請中，申請人使用主要由氮化硅、氧化?硅或碳化硅如SiN、SiO或SiC組成的下絕緣層而不使用上述包括上層和下層的保護層中的上層來構成保護層。這種構造提供?了熱效率方面的優點，并且其也是有利的，這是由于簡化了層構造，所以可以最小化或避免成本的增加以及最小化或避免由?于層缺陷造成的產量降低。

圖2A和2B是示意性地示出設置在施加根據JP特開2008-173965A的墨的噴墨頭上的噴嘴部分的圖。圖2A是示出從噴嘴的噴射口側觀察?時噴嘴H2112形狀的圖。圖2B是示出沿圖2A的虛線IVB-IVB剖切的橫截面圖。在圖2B中，附圖標記H2101表示硅基板，附圖?標記H2102表示由熱氧化物層構成的蓄熱層。另外，附圖標記?H2103表示也起蓄熱作用并由氧化硅層或氮化硅層構成的層間層，附圖標記H2104表示抗發熱層，附圖標記H2105表示由金屬?材料如Al、Al-Si或Al-Cu構成配線的金屬配線層。另外，附圖標記H2106表示由氧化硅層、氮化硅層或碳化硅層構成并還用?作絕緣層的保護層。特別是由于保護層H2106與墨直接接觸，?因此要求該保護層對堿化學穩定并具有對物理沖擊的充分的耐受性，而且存在為該層提供電絕緣性的很大的必要性。因此，氮化硅層或碳化硅層能夠尤其適合用作形成該層的材料。

3.噴墨打印機噴墨技術的發展趨勢

（1）打印速度更快。分辨率的高低與打印速度的快慢似乎是一對天生的“冤家”，要是將噴墨打印機的輸出分辨率設置得過高的話，那么打印相同幅面要噴墨的點數將大大增多，打印速度自然就會受到影響，如何才能“魚和熊掌兼得”呢？為此，新型的噴墨打印機將會利用雙向打印技術以及給噴墨打印機增加噴嘴數量的方法，來使噴墨打印機在保持較高輸出分辨率的基礎上，提高打印機的輸出速度。

（2）分辨率更高。使用熱噴墨技術打印技術的打印機一般以600的倍數作為分辨率，比如1200x600dpi這樣的格式，隨著人們對打印色彩要求的逐步提高，新型的噴墨打印機將會使噴打的分辨率提高的一個更高的水平，噴墨打印機將能處理色彩要求更高、圖象細節更全的圖象或者照片打印要求。

（3）墨滴控制更精確。墨滴的大小以及墨滴的形狀對噴墨打印機的輸出質量是有很大影響的，如果不能精確地控制這些墨滴在打印紙上的形狀和大小，將會降低打印輸出效果。為此新型的高檔打印機都對如何精確控制墨滴形狀和大小進行了努力研究和探索，并推出了新興星形噴嘴技術，來達到精確控制墨滴形狀和大小的目的，從而使圖象打印或者照片打印效果更為逼真、清晰。

（4）實現零顆粒打印。為了消除噴墨打印機輸出幅面上的墨點顆粒形狀，并能夠實現多重色控打印，那么就需要降低噴墨墨水的濃度以及減小噴墨墨滴中所包含的墨水的容量，同時能夠對同一像素點進行多次的噴墨，只有這樣打印機的輸出效果才能更為逼真。