CN102632715B - 喷墨打印头的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供喷墨打印头的制造方法、打印元件基板和喷墨打印头，其中，多个喷出口具有均一的形状。彼此相邻的加热器之间具有与这些加热器共同连接的共用导线或与加热器的通电无关的虚设导线。

Description

喷墨打印头的制造方法
技术领域
本发明涉及能够喷出墨的喷墨打印头的制造方法、打印元件基板和喷墨打印头。
背景技术
喷墨打印设备中使用的一些喷墨打印头使用电热转换元件(加热器)以经由喷墨口喷墨。这样的打印头被构造成使得加热器所产生的热能够用于使墨发泡并且加热器的发泡能量能够用于经由喷出口喷墨。
随着近年来打印密度的增大，已经要求以更高的密度排列多个喷出口和加热器。日本特开平11-070658(1999)号公报提出了如下的构造：其用于通过在彼此相邻的加热器之间形成共用导线从而减少与加热器连接的电力导线的数目来以更高的密度排列加热器。还已知如下一种方法：通过在具有加热器的基板上通过光刻步骤形成喷嘴来抑制经由喷出口喷出的墨的体积的变化。打印头的制造方法包括日本特开平6-286149(1994)号公报中公开的制造方法。根据该制造方法，利用能够溶解的树脂在基板上形成墨流路图案，并且树脂被包括常温下为固体状的环氧树脂的流路形成构件(覆盖树脂材料)涂布。之后，流路形成构件被曝光并硬化(cure)以形成喷出口，之后形成墨流路图案的树脂被洗脱。
图8示出了如日本特开平11-070658(1999)号公报所公开的、由感光性环氧树脂制成的流路形成构件111被涂布到打印元件基板110、随后曝光并硬化流路形成构件111以形成喷出口100的步骤。基板110上具有加热器400、绝缘层407、抗气穴现象膜406和树脂接触层405。基板110上还具有如日本特开平11-070658(1999)号公报所公开的共用导线401。加热器400沿着图8中的左右方向排列。彼此相邻的加热器400之间具有包含共用导线401的部分和不包含共用导线401的部分。当流路形成构件111被曝光并硬化以形成喷出口100时，如图8中的箭头所示，光被反射。图8中的箭头A示出了在使用所制造的打印头期间通过加热器400所产生的热而喷出墨流路300中的墨所沿的方向。
但是，当如图8所示流路形成构件111被曝光并硬化时，由加热器400之间的具有共用导线401的部分和加热器400之间的不具有共用导线401的部分导致非均一反射的光。具体地，这些部分处存在或不存在共用导线401导致了绝缘层407、抗气穴现象膜406和树脂接触层405的不同形状。结果，从这些部分反射的光具有不同的反射强度或反射角度，这由此导致流路形成构件111的喷出口形状的变化。当由感光性环氧树脂制成的流路形成构件111特别地受到i-射线步进器(i-射线：波长365nm)的i-射线曝光时，存在反射光的反射强度或反射角度的变化可能会导致喷出口100具有与期望的形状不同的扭曲形状的风险。原因在于：因为由环氧树脂制成的流路形成构件111对i-射线感光但本身并不吸收i-射线的大部分射线，所以流路形成构件111受到反射光的显著影响。
如上所述，流路形成构件111的喷出口100的形状变化导致墨喷出方向和喷出量变化的风险。由此，这导致如下的风险：在这样的打印头被用于在打印介质上打印图像时，打印介质上的墨着落位置偏移，由此导致打印图像的品质劣化。
发明内容
本发明提供喷墨打印头的制造方法、打印元件基板和喷墨打印头，据此，多个喷出口具有均一的形状。
在本发明的第一方面中，提供了喷墨打印头的制造方法，其包括：
准备基板的步骤；
在所述基板的表面上形成如下部件的形成步骤：
元件列，其通过排列多个电热转换元件而形成，所述电热转换元件用于在通电时产生能量以经由相应的喷出口喷墨，
多根共用导线，其配置在第一区域中，各所述第一区域均定位在相邻的所述电热转换元件之间，各所述共用导线均用于对至少两个所述电热转换元件通电，和
多根虚设导线，其配置在第二区域中，各所述第二区域均定位在其间不具有所述第一区域的相邻的所述电热转换元件之间，所述虚设导线不用于对所述电热转换元件通电；
所述形成步骤之后的涂布步骤，所述涂布步骤用感光材料涂布所述表面，所述感光材料在曝光时硬化；以及
所述涂布步骤之后的曝光步骤，所述曝光步骤对所述感光材料的除与所述喷出口对应的部分之外的、与所述多根虚设导线和所述多根共用导线对应的部分进行曝光。
在本发明的第二方面中，提供了打印元件基板，其包括：
元件列，其通过排列多个电热转换元件而形成，所述电热转换元件用于在通电时产生能量以经由相应的喷出口喷墨；
多根共用导线，其配置在第一区域中，各所述第一区域均定位在相邻的所述电热转换元件之间，各所述共用导线均用于对至少两个所述电热转换元件通电；和
多根虚设导线，其配置在第二区域中，各所述第二区域均定位在其间不具有所述第一区域的相邻的所述电热转换元件之 间，所述虚设导线不用于对所述电热转换元件通电。
在本发明的第三方面中，提供了喷墨打印头，其包括：
以上所述的打印元件基板；和
流路形成构件，其具有多个喷出口和形成与相应的所述喷出口连通的流路用的壁，所述流路形成构件抵接于所述打印元件基板，由此形成所述流路。
根据本发明，彼此相邻的电热转换元件之间能够包括用于电热转换元件的通电的共用导线或与电热转换元件的通电无关的虚设(dummy)导线，由此为多个喷出口提供均一的形状。具体地，在通过曝光并硬化感光性树脂来形成喷出口时，通过抑制照射到喷出口的周边的反射光的反射强度或反射角度的变化，喷出口能够具有均一的形状。结果，能够制造可靠的打印头，其中，能够经由喷出口沿均一的方向、以均一的量喷出墨。
根据下面对示例性实施方式的说明(参考附图)，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1的(A)是示出本发明的第一实施方式中的打印头的主要部分的局部剖切立体图；
图1的(B)是示出图1的(A)的打印头中的基板的放大俯视图；
图2A是在图1的(A)的打印头的制造阶段沿图1的(B)的线IIA-IIA截取的截面图；
图2B是沿图1的(B)的线IIB-IIB截取的截面图；
图3A、图3B和图3C是分别示出图1的(A)的打印头的制造步骤的截面图；
图4A、图4B和图4C是分别示出图1的(A)的打印头的制 造步骤的截面图；
图5A、图5B和图5C是分别示出图1的(A)的打印头的制造步骤的截面图；
图6A和图6B示出了图1的(A)的打印头的不同变型例；
图7A是示出本发明的第二实施方式的打印头的基板的放大俯视图；
图7B是示出本发明的第三实施方式的打印头的基板的放大俯视图；和
图8是示出传统的打印头的制造方法的截面图。
具体实施方式
下面的部分将参考附图说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1的(A)是本实施方式中的喷墨打印头101的局部剖切立体图。本示例的打印头101的打印元件基板110上具有元件列。通过排列能够经由导线(将在下面描述)被通电的多个电热转换元件(加热器)400来配置这些元件列。打印元件基板110上具有流路形成构件(覆盖树脂材料)111。流路形成构件111具有与相应加热器400对应的多个喷出口100。所准备的打印元件基板110是比如硅等半导体基板。加热器400由比如钽硅氮化物(TaSiN)等材料形成。
在本示例的情况中，各喷出口100以预定的节距P沿两个喷出口列L1和L2排列。喷出口列L1侧的喷出口100和喷出口列L2侧的喷出口100在排列这些喷出口100的方向上相互错开半个节距(P/2)。多个加热器400被排列成以与这些喷出口100的间隔大致均等的间隔与这些喷出口100相对。打印元件基板110具有共用液室112和孔状的供墨口500。打印元件基板110和流路 形成构件111之间具有与多个喷出口100相应地连通的多个墨流路(发泡室)300。流路形成构件111具有墨流路300的壁并且抵接到打印元件基板110以由此形成墨流路300。从供墨构件150通过共用液室112和供墨口500所供给的墨被引入到各墨流路300。墨流路300中的墨由于与墨流路300对应的加热器400产生的热而发泡并且通过加热器400的发泡能量经由与墨流路300对应的喷出口100而被喷出。
图1的(B)是打印元件基板110的主要部分的俯视图，其用于说明加热器400和导线的配置布局。在图1的(B)中，未示出在加热器400和导线上形成的抗气穴现象膜406、绝缘层407和树脂接触层405(这些将在下面描述)。如在形成于流路形成构件111中的喷出口100那样，加热器400以预定的节距P排列并且与相应的喷出口100相对。喷出口100定位在加热器400的正上方。本示例中的加热器400具有大致矩形的形状。加热器400沿供墨口500的长度方向以与1200dpi的打印密度对应的固定节距P排列，其中供墨口500在打印元件基板110的表面开口。此外，以同样的排列密度形成喷出口100。喷出口100的排列密度还可以等于或高于1200dpi。各加热器400的一端单独地与单个导线402连接。各加热器400的另一端(供墨口500侧的端部)与连接导线404连接，使得加热器400中的每两个加热器400连接到一根连接导线404。连接导线404被连接到在两个加热器400之间传送的共用导线401。共用导线401与单个导线402一样沿着远离供墨口500的方向延伸。共用导线401和单个导线402连接到驱动电路(未示出)。为了使加热器400产生热，经由与加热器400连接的共用导线401和单个导线402供给驱动电力。驱动电路能够形成于打印元件基板110或者形成于与打印元件基板110连接的驱动电路基板。
打印元件基板110上还具有不与加热器400连接的虚设导线(虚设图案)403。该虚设导线403是与加热器的通电无关的导线。虚设导线403不与加热器400的端部和驱动电路的驱动信号输出部中的至少一个连接。虚设导线403被定位在其间不具有共用导线401的两个加热器400之间。换句话说，彼此相邻的加热器400之间具有包含共用导线401的区域和包含虚设导线403而不是共用导线401的区域。期望地，由与共用导线401的材料相同的材料形成虚设导线403。由与共用导线401的材料相同的材料制成的虚设导线403也能够提供流路形成构件的曝光用的光的均一反射率。期望将该虚设导线403形成为具有与共用导线401的宽度相同的宽度W。另外，虚设导线403与加热器之间的间隔(虚设导线与最靠近虚设导线的加热器之间的间隔)期望被设定为是与加热器400与共用导线401之间的间隔S(共用导线与最靠近共用导线的加热器之间的间隔S)相同的间隔。通过在虚设导线403和加热器400之间设置与加热器400和共用导线401之间的间隔相同的间隔，彼此相邻的加热器400之间能够具有均一的凹凸形状，由此使在具有后面所述的喷出口的位置处反射的反射光的量大致均一。另外，共用导线401和虚设导线403期望在与打印元件基板110的平面垂直的方向上具有相同的厚度。
图2A是打印头101的沿图1的(B)中的线IIA-IIA截取的截面图。图2B是打印头101的沿图1的(B)的线IIB-IIB截取的主要部分的截面图。
在打印元件基板110中，加热器400以及导线401、402、403和404上具有绝缘层407、抗气穴现象膜406和树脂接触层(接触改进树脂层)405。树脂接触层405用于改进基板110与流路形成构件111之间的接触。树脂接触层405上具有流路形成构件 (感光性树脂)111。如下面所述，流路形成构件111形成在用于形成墨流路图案的可移除成型材料上并且该成型材料最后被移除。虚设导线403的存在使沿图1的(B)和图2A的左右方向彼此相邻的加热器之间具有共用导线401或虚设导线403。结果，如后面所述，在流路形成构件111的曝光和硬化期间，来自打印元件基板110的反射光如图2A中的虚线所示在左右方向上对称，由此精确地形成喷出口100。
图3A至图5C示出了打印头的制造过程。图3A至图5C是示出打印头的制造过程期间的打印头的沿图1的(A)中的线III-III截取的截面图。在本示例的情况中，打印元件基板110是具有结晶取向100的硅基板。
如图3A所示，如上所述，打印元件基板110上具有作为产生喷墨能量用的喷出能量产生元件的加热器400(例如，加热元件)和由比如铝等导电材料制成的导线401、402、403和404。通过用导电材料(例如，铝)涂布在通电时发热的发热材料(例如，TaSiN)而获得这些构件。之后，通过比如干法蚀刻等蚀刻技术同时部分地移除发热材料和导电材料，由此形成导线401、402、403和404。然后，通过诸如湿法蚀刻等蚀刻技术移除与加热器400对应的位置处的导电材料(例如，铝)。通过在导线401与导线402之间施加电势差以用于通电，加热器400能够产生用于经由相应的喷出口喷墨的热能。这些构件上具有绝缘层407和由Ta膜形成的抗气穴现象膜406。打印元件基板110的背面(图3A中的下表面)完全由SiO2膜(未示出)覆盖。
如图3B所示，如上所述，打印元件基板110的表面涂布有由聚醚酰胺树脂形成的树脂接触层405，随后通过烘培使树脂接触层405硬化。之后，为了使树脂接触层405图案化，通过旋涂来涂布正性抗蚀剂并且对正性抗蚀剂进行曝光和显影以通过干 法图案化使由聚醚酰胺树脂形成的树脂接触层405图案化，随后剥离正性抗蚀剂(图3C)。
之后，如图4A所示，打印元件基板110被涂布可移除成型材料(成型材料)501(正性抗蚀)以用于形成墨流路图案，然后对成型材料501进行图案化(图4B)。接着，如图4C所示，通过例如旋涂在成型材料501上形成由感光性环氧树脂制成的用于形成流路形成构件111的感光材料111a。感光材料111a上具有通过例如层叠干膜而形成的防水材料(未示出)。
通过使感光材料111a和防水材料(未示出)曝光于例如i-射线、紫外线或深紫外光(Deep UV light)来形成用于喷墨的喷出口100(图5A)。在此期间，与喷出口100对应的部分被掩模覆盖，从而该部分不曝光。之后，与喷出口对应的部分处的感光材料111a被移除，由此完成喷出口100。接着，如图5B所示，供墨口500形成于打印元件基板110。通过对由硅制成的打印元件基板110进行化学蚀刻(例如，使用比如氢氧化四甲铵(TMAH)等强碱溶液的各向异性蚀刻)来形成该供墨口500。接着，如图5C所示，从喷出口100和供墨口500洗脱成型材料501，由此形成墨流路(发泡室)300。
当如图5A所示为了形成喷出口100而使流路形成构件111曝光并硬化时，来自打印元件基板110的反射光如图2A中的虚线所示关于喷出口100在左右方向上对称。原因在于，如上所述，彼此相邻的加热器400之间具有共用导线401或虚设导线403。具体地，彼此相邻的加热器400之间的部分均一地具有共用导线401或虚设导线403。另外，这些部分上具有由例如绝缘层407、抗气穴现象膜406和树脂接触层405构成的均一形成的凹凸部分。由此，如图2A所示，彼此相邻的加热器400之间的各部分对曝光和硬化流路形成构件111用的入射光进行均一地反射。这 些反射光具有关于一个喷出口100在图2A中的左右方向上对称的入射角度和入射强度。结果，全部的喷出口100能够形成为具有均一的形状和大小，由此使得将要经由这些喷出口喷出的墨的方向和量均一。因此，这在通过使用如上所述的打印头的打印设备在打印介质上打印图像时能够抑制墨滴的着落位置(形成墨点的位置)的变化，由此打印出高品质的图像。
另外，已经要求打印头通过高密度地排列许多喷出口100来满足具有更高的打印速度的打印设备和具有更高的品质的打印图像的需求，由此形成具有几微米至数十微米的非常小的尺寸的喷出口100。为了以更高的精度形成喷出口100，优选地使用i-射线步进器(i-射线：波长365nm)。在本情况中，由感光性树脂制成的流路形成构件111由对i-射线感光的树脂材料(例如，环氧树脂)制成。
比如环氧树脂等树脂材料本身基本上不吸收i-射线。因此，入射到该树脂材料的光被彼此相邻的加热器400之间的部分的凹凸形状如上所述地显著地反射。但是，即使在该i-射线的情况中，虚设导线的存在也能够使反射光具有关于一个喷出口100在左右方向上对称的入射角度和入射强度，由此以高的精度形成全部的喷出口100。
通常并不总是要求虚设导线403具有如共用导线401的长度那样的长度。例如，如图6A所示，虚设导线403的长度Lb可以等于或大于喷出口100在图中的上下方向上的长度La。具体地，虚设导线403可以被定位在位于与加热器400的排列方向正交的方向上并且不在喷出口100的形成范围内的位置处。根据本发明，在彼此相邻的加热器400之间具有包含共用导线401的部分和不包含共用导线401的部分的打印头中，后一部分具有虚设导线。由此，例如如图6B那样，本发明的打印头并不需要树脂 接触层405。本发明的打印头也不需要抗气穴现象膜406或绝缘层407。如果这样的打印头包括虚设导线403，则，如上所述，即使这样的打印头，也能够防止喷出口100的形成用的流路形成构件111的硬化导致照射到喷出口100周边的反射光的入射角度或入射强度变化。结果，喷出口100能够具有均一的形状，由此使经由喷出口100喷出的墨的方向和量均一。
(第二实施方式)
图7A示出了本发明的第二实施方式。在本实施方式中，包括四个加热器400A、400B、400C和400D的一个加热器组具有两根共用导线401A和401B。共用导线401A形成在加热器400A和400B之间。共用导线401B形成在加热器400C和400D之间。在本示例中，形成具有不同长度的虚设导线403A和403B。具有较长长度的虚设导线403A被定位在彼此相邻的两个加热器组中的一个组中的加热器400A与另一组中的加热器400D之间。具有较短长度的虚设导线403B被定位在一个加热器组中的加热器400B与加热器400C之间。构成加热器组的加热器的数目与共用导线401的数目之间的关系可以是任意的。由此，例如，四个加热器可以具有一根或三根共用导线，或者三个加热器400可以具有一根共用导线。重要的是，虚设导线形成在其间不具有共用导线的加热器之间。
(第三实施方式)
图7B示出了本发明的第三实施方式。在本实施方式，包括两个加热器400A和400B的一个加热器组具有一根共用导线401。以与喷出口的排列节距不同的节距排列加热器。具体地，一个加热器组中的各加热器400A和400B以节距Ph1排列，该节距Ph1与彼此相邻的两个加热器组中的一个加热器组中的加热器400A和另一加热器组中的加热器400B之间的排列节距Ph2 不同。另一方面，喷出口100之间具有与节距Ph1和节距Ph2不同的均一节距Pn。
关于以高的密度排列的喷出口100，共用导线401的导线宽度W1由于对电流密度的限制而受限，并且距离d1和d2(图7B)由于对导线加工规定的限制而受限。为了充分地确保加热器400A和400B的面积，必须减小导线宽度W1以及距离d1和d2。在本实施方式中，考虑到上述情形，虚设导线403的宽度W2比共用导线401的宽度W1窄。据此，喷出口100具有固定节距Pn，而加热器400A和400B以不同的节距Ph1和Ph2(Ph1＞Ph2)排列。由于喷出口100具有固定节距Pn，所以喷出口的排列密度(即，发生喷墨的密度)被保持为固定值Pn。在上述构造中，为了在流路形成构件111的光硬化期间减小照射到喷出口100的周边的反射光的入射角度或入射强度的变化，距离d1等于距离d2(d1＝d2)。距离d1是在一个加热器组中加热器400A和400B与共用导线401之间的距离。距离d2是彼此相邻的加热器组中的各加热器400A和400B与虚设导线403之间的距离。设置为彼此相等的距离d1和距离d2能够基本上消除照射到喷出口100的周边的反射光的入射角度或入射强度的变化。如上所述，本发明甚至能够适于以非均一的节距排列加热器的喷墨打印头。
虽然已经参考示例性实施方式描述了本发明，但是应理解，本发明并不局限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求书的范围应符合最宽泛的阐释，以涵盖全部这样的变型、等同结构和功能。

Claims (6)

1.一种喷墨打印头的制造方法，其包括：
准备基板的步骤；
在所述基板的表面上形成如下部件的形成步骤：
元件列，其通过排列多个电热转换元件而形成，所述电热转换元件用于在通电时产生能量以经由相应的喷出口喷墨，
多根共用导线，其配置在第一区域中，各所述第一区域均定位在相邻的所述电热转换元件之间，各所述共用导线均用于对至少两个所述电热转换元件通电，和
多根虚设导线，其配置在第二区域中，各所述第二区域均定位在其间不具有所述第一区域的相邻的所述电热转换元件之间，所述虚设导线不用于对所述电热转换元件通电；
所述形成步骤之后的涂布步骤，所述涂布步骤用感光材料涂布所述表面，所述感光材料在曝光时硬化；以及
所述涂布步骤之后的曝光步骤，所述曝光步骤对所述感光材料的除与所述喷出口对应的部分之外的、与所述多根虚设导线和所述多根共用导线对应的部分进行曝光。
2.根据权利要求1所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于：
在所述曝光步骤之后，执行如下步骤：移除与所述喷出口对应的部分处的所述感光材料，由此完成所述喷出口。
3.根据权利要求1所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于：
在沿所述元件列的方向上，所述共用导线与最靠近所述共用导线的所述电热转换元件之间的宽度基本上等于所述虚设导线与最靠近所述虚设导线的所述电热转换元件之间的宽度。
4.根据权利要求1所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于：
所述多个电热转换元件以基本均一的间隔排列。
5.根据权利要求1所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于：
所述形成步骤包括：
用导电材料涂布所述表面的步骤；以及
使所述导电材料图案化以同时形成所述多根共用导线和所述多根虚设导线的步骤。
6.根据权利要求1所述的喷墨打印头的制造方法，其特征在于：
在所述形成步骤和所述涂布步骤之间具有形成树脂层的步骤，所述树脂层用于改进所述基板与硬化的所述感光材料之间的接触。
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