具有成穴間隙的熱噴墨列印頭的製作方法
2023-04-26 20:27:06 3
專利名稱：具有成穴間隙的熱噴墨列印頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱噴墨列印頭，涉及一種結合這種列印頭的印表機系統，以及涉及一種通過使用這種列印頭來噴射液滴(如墨滴)的方法。
背景技術：
本發明涉及藉助於在泡形成液中形成氣泡或汽泡的墨滴噴射。這個原理被大體描述於在US專利號US 3,747,120(Stemme)中。
存在各種已知類型的熱噴墨(噴泡)列印頭設備。這一類型的兩種典型設備，即一種是由Hewlett Packard製造且另一種是由Canon製造，具有墨噴射噴嘴和用於存儲與噴嘴相鄰的墨的室。每個室被所謂的噴嘴板覆蓋，所述噴嘴板是被單獨製造的物件且從機械上被緊固到室壁上。在某些現有技術設備中，頂板由KaptonTM製成，其是聚醯亞胺膜的Dupont商品名，其已經經雷射鑽孔以形成噴嘴。這些設備還包括處於與相鄰於噴嘴而設置的墨的熱接觸的加熱器元件，用於加熱墨由此在墨中形成氣泡。氣泡在墨中產生壓力，從而使墨滴通過噴嘴被噴射。
本發明的目的是提供一種對具有在此所述的優點的公知列印頭、印表機系統或噴射墨和其它相關液滴的方法的有用替換。
發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種噴墨列印頭，其包括多個噴嘴；以及至少一個相應的加熱器元件，其對應於每個噴嘴，其中每個加熱器元件被設置成處於與泡形成液熱接觸，每個加熱器元件被配置成將至少部分泡形成液加熱到其沸點以上的溫度以在其中形成具有坍縮(collapse)點的可坍縮氣泡，由此導致可噴射液的滴通過對應於該加熱器元件的噴嘴的噴射，並且每個加熱器元件被配置成使由此形成的泡的坍縮點與該加熱器元件間隔開。
根據本發明的第二方面，提供一種結合列印頭的印表機系統，所述列印頭包括多個噴嘴；以及至少一個相應的加熱器元件，其對應於每個噴嘴，其中每個加熱器元件被設置成處於與泡形成液的熱接觸，每個加熱器元件被配置成將至少部分泡形成液加熱到其沸點以上的溫度以在其中形成具有坍縮點的可坍縮氣泡，由此導致可噴射液的滴通過對應於該加熱器元件的噴嘴的噴射，並且每個加熱器元件被配置成使由此形成的泡的坍縮點與該加熱器元件間隔開。
根據本發明的第三方面，提供一種從列印頭噴射可噴射液的滴的方法，所述列印頭包括多個噴嘴和對應於每個噴嘴的至少一個相應的加熱器元件，所述方法包括下述步驟加熱對應於噴嘴的至少一個加熱器元件，以將處於與所述至少一個被加熱的加熱器元件熱接觸的至少部分泡形成液加熱到泡形成液沸點以上的溫度；通過所述加熱步驟在泡形成液中產生具有坍縮點的可坍縮氣泡，從而使所述坍縮點與所述至少一個被加熱的加熱器元件間隔開；以及通過所述產生氣泡的步驟，使可噴射液的滴通過對應於所述至少一個被加熱的加熱器元件的噴嘴而噴射。
如本領域的技術人員將理解的，如在此所描述的可噴射液的滴的噴射是由泡形成液中汽泡的產生而導致的，在實施例中所述泡形成液是與可噴射液相同的液體。所產生的泡導致可噴射液中的壓力的增加，這迫使所述滴通過相關的噴嘴。泡是通過對與墨熱接觸的加熱器元件進行焦耳加熱而產生的。被施加到加熱器上的電脈衝具有短持續時間，典型地小於2微秒。由於液中的儲熱，在加熱器脈衝被關斷之後泡膨脹幾微秒。當蒸汽冷卻時它進行再凝結，從而導致泡坍縮。泡坍縮於由墨的慣性與表面張緊的動態相互作用所確定的點。在本說明書中，這樣的點被稱為泡的「坍縮點」。
根據本發明的列印頭包括多個噴嘴，以及對應於每個噴嘴的室和一個或多個加熱器元件。屬於單個噴嘴、其室及其一個或多個元件的列印頭的每個部分在此被稱為「單位單元」。
在本說明書中，在提及彼此處於熱接觸的部分時，這意味著它們相對於彼此被放置以便於當部分之一被加熱時，它能夠加熱另一個部分，即使所述部分本身可能沒有彼此處於物理接觸。
此外，術語「墨」被用來表示任何可噴射液，而不被局限於包含有色染料的常規墨。非有色墨的實例包括固定劑、紅外吸收劑墨、官能化化學製品、粘合劑、生物流體、水及其它溶劑等。墨或可噴射液同樣不需要必須是嚴格的液，且可包含固體粒子的懸浮液或在室溫為固體而在噴射溫度為液體。
在本說明書中，術語「周期元素」指在元素周期表中所反映類型的元素。
僅通過舉例，現在將參照所伴隨的表示來描述本發明的優選實施例。附圖被描述如下。
圖1是在一特定操作階段，通過根據本發明實施例的列印頭單位單元的墨室的示意性橫截面視圖。
圖2是在另一操作階段，通過圖1墨室的示意性橫截面視圖。
圖3是在又一操作階段，通過圖1中墨室的示意性橫截面視圖。
圖4是在另外的操作階段，通過圖1中墨室的示意性橫截面視圖。
圖5是通過根據本發明實施例的列印頭單位單元的圖解橫截面視圖，其示出汽泡的坍縮。
圖6、8、10、11、13、14、16、18、19、21、23、24、26、28和30是在列印頭生產過程的各個相繼的階段，根據本發明實施例的列印頭單位單元的示意性透視圖(圖30被部分切去)。
圖7、9、12、15、17、20、22、25、27、29和31的每個均是適合於在進行如在相應的緊接的前圖中所表示的列印頭生產階段中使用的掩模的示意性平面圖。
圖32是噴嘴板被省略而示出的圖30的單位單元的另外示意性透視圖。
圖33是具有另一個特定實施例的加熱器元件的根據本發明的列印頭單位單元的被部分切去的示意性透視圖。
圖34是適合於在進行圖33中的列印頭生產階段以便於形成其加熱器元件中使用的掩模的示意性平面圖。
圖35是具有另外特定實施例的加熱器元件的根據本發明的列印頭單位單元的被部分切去的示意性透視圖。
圖36是適合於在進行圖35中的列印頭生產階段以便於形成其加熱器元件中使用的掩模的示意性平面圖。
圖37是噴嘴板被省略而示出的圖35的單位單元的另外示意性透視圖。
圖38是具有另外特定實施例的加熱器元件的根據本發明的列印頭單位單元的被部分切去的示意性透視圖。
圖39是適合於在進行圖38的列印頭生產階段以便於形成其加熱器元件中使用的掩模的示意性平面圖。
圖40是噴嘴板被省略而示出的圖38的單位單元的另外示意性透視圖。
圖41是通過根據本發明實施例的列印頭的噴嘴室的示意性斷面，其示出被浸入在泡形成液中的懸梁加熱器元件。
圖42是通過根據本發明實施例的列印頭的噴嘴室的示意性斷面，其示出被懸置在泡形成液體的頂部的懸梁加熱器元件。
圖43是示出噴嘴的根據本發明實施例的印表機單位單元的圖解平面圖。
圖44是示出多個噴嘴的根據本發明實施例的列印頭的多個單位單元的圖解平面圖。
圖45是通過不根據本發明的噴嘴室的圖解斷面，其示出被嵌入在基片中的加熱器元件。
圖46是通過根據本發明實施例的噴嘴室的圖解斷面，其示出處於懸梁形式的加熱器元件。
圖47是通過現有技術列印頭的噴嘴室的圖解斷面，其示出被嵌入在基片中的加熱器元件。
圖48是通過根據本發明實施例的噴嘴室的圖解斷面，其示出限定元件部分之間的間隙的加熱器元件。
圖49是示出厚噴嘴板的通過不根據本發明的噴嘴室的圖解斷面。
圖50是示出薄噴嘴板的通過根據本發明實施例的噴嘴室的圖解斷面。
圖51是示出兩個加熱器元件的通過根據本發明實施例的噴嘴室的圖解斷面。
圖52是示出兩個加熱器元件的通過現有技術列印頭的噴嘴室的圖解斷面。
圖53是通過根據本發明實施例的列印頭的一對相鄰單位單元的圖解斷面，其示出在具有不同體積的滴已經通過其被噴射之後的兩個不同的噴嘴。
圖54和55是通過現有技術列印頭的加熱器元件的圖解斷面。
圖56是通過根據本發明實施例的經保形塗覆的加熱器元件的圖解斷面。
圖57是根據本發明實施例的列印頭的連接於電極的加熱器元件的圖解立面圖(elevational view)。
圖58是根據本發明實施例的列印頭的列印頭模塊的示意性分解透視圖。
圖59是未被分解而示出的圖58的列印頭模塊的示意性透視圖。
圖60是圖58的列印頭模塊的以斷面部分地示出的示意性側視圖。
圖61是圖58的列印頭模塊的示意性平面圖。
圖62是根據本發明實施例的列印頭的示意性分解透視圖。
圖63是未被分解而示出的圖62的列印頭的另外示意性透視圖。
圖64是圖62的列印頭的示意性前視圖。
圖65是圖62的列印頭的示意性後視圖。
圖66是圖62的列印頭的示意性底視圖。
圖67是圖62的列印頭的示意性平面圖。
圖68是如在圖62中所示但未被分解而示出的列印頭的示意性透視圖。
圖69是通過圖62的列印頭的示意性縱向斷面。
圖70是根據本發明實施例的印表機系統的框圖。
具體實施例方式
在隨後的描述中，在不同的圖中所使用的對應參考數字或參考數字的對應前綴(即在點標記之前出現的參考數字部分)涉及對應的部分。當存在參考數字的對應前綴及不同後綴時，這些指示對應部分的不同特定實施例。
發明綜述及對操作的一般討論參考圖1至4，根據本發明實施例的列印頭的單位單元1包括其中具有噴嘴3的噴嘴板2，所述噴嘴具有噴嘴緣4及通過噴嘴板延伸的孔5。噴嘴板2從氮化矽結構進行等離子蝕刻而得到，所述結構通過化學氣相沉積(CVD)而沉積在隨後被蝕刻的犧牲材料上。
對於每個噴嘴3，列印頭還包括噴嘴板被支撐於其上的側壁6，由壁和噴嘴板2所限定的室7，多層基片8以及通過多層基片延伸到基片遠側(未示出)的入口通路9。環路式伸長加熱器元件10被懸置在室7內，從而使元件處於懸梁的形式。如所示的列印頭是微機電系統(MEMS)結構，其通過下面較詳細描述的平版印刷(lithographic)過程而形成。
當列印頭在使用中時，來自儲蓄器(未示出)的墨11經由入口通路9進入室7，從而使室填充到如圖1所示的水平。其後，加熱器元件10被加熱略少於1微秒，以便於加熱處於熱脈衝的形式。將理解，加熱器元件10處於與室7內的墨11的熱接觸，以便於當元件被加熱時這導致在墨中產生汽泡12。因而，墨11構成了泡形成液。圖1示出在產生熱脈衝之後大約1微秒，即當泡剛好在加熱器元件10上成核時的泡12的形成。將理解，由於熱是以脈衝形式被施加，產生泡12所必要的所有能量要在所述短時間內被供給。
暫時轉到圖34，所示為如在下面較詳細的描述，用於在平版印刷過程期間形成列印頭加熱器14(所述加熱器包括以上所提及的元件10)的掩模13。當掩模13被用來形成加熱器14時，其各個部分的形狀對應於元件10的形狀。因此掩模13提供一種用來標識加熱器14的各個部分的有用參考。加熱器14具有對應於掩模13被標為15.34的部分的電極15以及對應於掩模被標為10.34的部件的加熱器元件10。在操作中，電壓被施加在電極15上，以使電流流經元件10。電極15比元件10厚得多，以便於大部分電阻由元件來提供。因此，在操作加熱器14時所消耗的近乎全部功率經由元件10以生成以上提到的熱脈衝的形式耗散。
當元件10如以上所述被加熱時，沿著元件的長度形成泡12，這個泡在圖1的橫截面視圖中作為四個泡部分出現，一個泡對應於橫截面中所示的每個元件部分。
泡12一旦被產生，則導致室7內的壓力的增加，其又導致墨11的滴16通過噴嘴3的噴射。當滴16被噴射時緣4幫助對其進行導向，以便於使滴誤導的機會最小。
每個入口通路9僅有一個噴嘴3和室7的原因是使在對元件10進行加熱及形成泡12時，室內所產生的壓力波不影響相鄰的室及其對應的噴嘴。
加熱器元件10被懸置而不是被嵌入在任何固體材料中的優點在下面被討論。
圖2和3示出在列印頭的兩個相繼隨後操作階段時的單位單元1。可以看出泡12進一步產生且因此增長，從而得到墨11通過噴嘴3的前進。如圖3所示，當泡12增長時，其形狀由墨11的慣性動力學及表面張緊的組合來決定。表面張緊趨向於使泡12的表面面積最小，因此到某個量的液已被蒸發時，泡基本上是盤形。
室7內的壓力增加不僅通過噴嘴3推出墨11，而且通過入口通路9將一些墨推回。然而，入口通路9長度近似為200至300微米，並且直徑僅近似為16微米。因此存在基本的粘性曳力。結果，室7內壓力上升的主導效應是迫使墨通過噴嘴3作為被噴射的滴16而出去，而不是通過入口通路9返回。
現在轉到圖4，列印頭被示出處於另一相繼的操作階段，其中正被噴射的墨滴16被示出處於滴斷開之前的其「頸縮階段(necking phase)」。在這個階段，泡12已經到達其最大尺寸並且隨後已經向著坍縮點17開始坍縮，如在圖5中較詳細反映的那樣。
向著坍縮點17的泡的坍縮使一些墨11從噴嘴3內(從滴的側面18)向著坍縮點被抽取，並且一些從入口通路9向著坍縮點被抽取。通過這種方式抽取的大部分墨11是從噴嘴3抽取的，從而在滴16斷開之前在其基底形成環形頸19。
滴16需要某個量的動量來克服表面張力從而斷開。當墨11藉助泡12的坍縮被從噴嘴3中抽取時，頸19的直徑減小，由此減小保持滴的總表面張緊量，這樣當滴從噴嘴被噴射出時其動量足以允許滴斷開。
當滴16斷開時，在泡12坍縮至坍縮點17時，導致如箭頭20所反映的成穴力(cavitation force)。將注意到不存在成穴可對其具有作用的坍縮點17附近的固體表面。
製造過程現在參照圖6至29來描述根據本發明實施例的列印頭的製造過程的相關部分。
參考圖6，所示為在列印頭生產過程中的中間階段，通過矽基片部分21的橫截面，所述矽基片部分21是Memjet列印頭的一部分。該圖涉及對應於單位單元1的列印頭部分。對隨後製造過程的描述將針對單位單元1，雖然將理解所述過程將適用於組成整個列印頭的許多相鄰單位單元。
圖6表示在製造過程期間，在完成標準的CMOS製造過程，包括在基片部分21的區域22中CMOS驅動電晶體(未示出)的製造，以及在完成標準CMOS互連層23及鈍化層24之後的接下來的相繼步驟。虛線25所表示的接線電性互連電晶體和其它驅動電路(也未示出)以及對應於噴嘴的加熱器元件。
在互連層23的金屬化期間形成保護環26，以防止墨11通過基片部分21從其中將形成單位單元1的噴嘴的標為27的區域擴散到包含接線25的區域，並腐蝕被設置在標為22的區域內的CMOS電路。
在完成CMOS製造過程之後的第一階段包括蝕刻一部分鈍化層24，以形成鈍化凹陷29。
圖8示出在蝕刻互連層23以形成開口30之後的生產階段。開口30用來構成到將在過程的稍後階段形成的室的墨入口通路。
圖10示出基片部分21內其中要形成噴嘴3的位置處的孔洞31的蝕刻之後的生產階段。在稍後的生產過程中，另外的孔洞(由虛線32指示)將從基片部分21的另一側(未示出)被蝕刻以與孔洞31接合，以完成到室的入口通路。因此，孔洞32將不必從基片部分21的另一側一直被蝕刻至互連層23的水平。
相反，如果孔洞32要被一直蝕刻至互連層23，則處於蝕刻不精確性的考慮，為了避免蝕刻孔洞32而損壞區域22內的電晶體，孔洞32將不得不在離該區域的較大距離處被蝕刻，以便於留下適當的裕量(由箭頭34所指示)。但是從基片部分21頂部對孔洞31的蝕刻，以及所得到的經縮短的孔洞32深度意味著需要留下較小的裕量34，並且因此可實現基本上較高的組裝密度(packing density)。
圖11示出在層24上已經沉積了四微米厚的犧牲抗蝕劑(resist)層35之後的生產階段。這個層35填充了孔洞31並且現在形成了部分列印頭結構。然後利用(如由圖12中所示掩模來表示的)某些圖案對抗蝕劑層進行曝光，以形成凹陷36和縫隙37。這為形成用於稍後要在生產過程中形成的加熱器元件的電極15的接觸作準備。在過程的稍後階段，縫隙37將為形成將限定部分室7的噴嘴壁6作準備。
圖13示出在層35上沉積0.25微米厚的加熱器材料層38之後的生產階段，在本實施例中所述加熱器材料為氮化鈦。
圖14示出對加熱器層38加以圖案化和蝕刻以形成包括加熱器元件10和電極15的加熱器14之後的生產階段。
圖16示出在已經添加大約1微米厚的另一個犧牲抗蝕劑層39之後的生產階段。
圖18示出在已經沉積了第二加熱器材料層40之後的生產階段。在優選實施例中，這個層40像第一加熱器層38一樣是0.25微米厚的氮化鈦。
然後圖19示出在已經被蝕刻以形成如所示的由參數數字41指示的圖案之後的這個第二加熱器材料層40。在這個示例中，這個圖案化的層不包括加熱器層元件10，並且在這個意義上沒有加熱器功能性。然而，該加熱器材料層的確幫助減小加熱器14的電極15的電阻，以便於在操作中電極消耗較少的能量，這允許由加熱器元件10消耗較多的能量且因此允許其較大的有效性。在圖38中所示例的雙加熱器實施例中，對應的層40不包含加熱器14。
圖21示出在已經沉積第三犧牲抗蝕劑層42之後的生產階段。由於這個層的最上水平將構成稍後要形成的噴嘴板2的內表面，且由此構成噴嘴孔5的內延(inner extent)，這個層42的高度必須足夠以允許在列印頭的操作期間在標為43的區域中形成泡12。
圖23示出在屋頂層44，也就是將構成噴嘴板2的層，已經被沉積之後的生產階段。噴嘴板2不是由100微米厚的聚醯亞胺膜形成，而是由僅2微米厚的氮化矽形成。
圖24示出在標為45的位置處，在形成層44的氮化矽的化學氣相沉積(CVD)已經被部分蝕刻以形成噴嘴緣4的外側部分之後的生產階段，這個外側部分被標為4.1。
圖26示出在氮化矽的CVD已經在46處被一直蝕刻通，以完成噴嘴緣4的形成並形成噴嘴孔5之後，以及在CVD氮化矽在其中不需要它的標為47的位置處已經被去除之後的生產階段。
圖28示出在已經施加了抗蝕劑的保護層48之後的生產階段。這個階段之後，然後基片部分21被從其另他側(未示出)打磨以將基片部分從其大約為800微米的標稱厚度減小到大約200微米，並且隨後，如上面所預示的那樣來蝕刻孔洞32。孔洞32被蝕刻到與孔洞31相遇的深度。
然後，通過使用氧等離子體，每個抗蝕劑層35、39、42和48的犧牲抗蝕劑被去除，以形成圖30中所示的具有一起限定室7的壁6和噴嘴板2的結構(示出部分壁和噴嘴板被切掉)。將注意到這還用來去除填充孔洞31的抗蝕劑，以便於該孔洞與孔洞32(在圖30中未示出)一起限定從基片部分21的下側延伸到噴嘴3的通路，該通路用作到室7的總體標為9的墨入口通路的作用。
儘管上述生產過程被用來產生圖30所示的列印頭的實施例，然而具有不同加熱器結構的另外的列印頭實施例被示於圖33、圖35和37以及圖38和40中。
墨滴噴射的控制再一次參考圖30，如以上所提到的所示單位單元1被示出部分壁6和噴嘴板2被切去，由此顯露出室7的內部。加熱器14沒有示出被切去，這樣加熱器元件10的兩半均可以被看到。
在操作中，墨11通過墨入口通路9(見圖28)以填充室7。然後，電壓被施加於電極15上，以建立通過加熱器元件10的電流流動。如上面針對圖1所描述的，這加熱元件10，以在室7內的墨中形成汽泡。
加熱器14的各種可能結構，其一些被示於圖33、35和37以及38中，可以導致加熱器元件10的長度與寬度比有許多變化。這樣的變化(即使元件10的表面面積可以相同)可對元件的電阻，且因此對用來獲得元件的某一功率的電壓與電流之間的平衡具有顯著的作用。
與較早版本相比，現代驅動電子部件趨向於需要較低的驅動電壓，其中在其「導通」狀態下具有較低的驅動電晶體電阻。因此，在這樣的驅動電晶體中，對於給定的電晶體面積，在每個過程產生中存在較高電流容量及較低電壓容差的趨勢。
參考上面，圖36以平面圖示出用於形成圖35中所示列印頭實施例的加熱器結構的掩模的形狀。因而，由於圖36表示那個實施例的加熱器元件10的形狀，所以現在在討論那個加熱器元件時它被提及。在操作中，電流豎直地流進電極15(由被標為15.36的部分表示)中，從而使電極的電流流動面積相對大，這又導致存在低的電阻。相對照，圖36中由被標為10.36的部分所表示的元件10長且細，在這個實施例中元件的寬度為1微米且厚度為0.25微米。
將注意到圖33中所示的加熱器14具有比圖35中所示的元件10明顯小的元件10，且僅具有單環路36。因而，圖33的元件10將具有比圖35的元件10低得多的電阻，並且將允許較高的電流流動。因此需要較低的驅動電壓以在給定的時間內向加熱器14遞送給定的能量。
另一方面，在圖38中，所示實施例包括具有對應於相同單位單元1的兩個加熱器元件10.1和10.2的加熱器14。這些元件之一10.2的寬度為另一個元件10.1的兩倍，從而具有對應地較大的表面面積。下部元件10.2的各種路徑的寬度為2微米，而上部元件10.1的各種路徑的寬度為1微米。因此在給定的驅動電壓和脈衝持續時間下，由下部元件10.2施加到室7中墨的能量是由上部元件10.1所施加的能量的兩倍。這允許對汽泡大小，且因此對因泡而被噴射的墨滴大小的調節。
假定由上部元件10.1施加到墨上的能量為X，將理解到由下部元件10.2所施加的能量為大約2X，且由兩個元件一起施加的能量為大約3X。當然，當兩個元件無一操作時，被施加的能量為零。因此，實際上利用一個噴嘴3可以列印兩位的信息。
由於實際上不可能確切地實現上述能量輸出倍數，所以可能需要對元件10.1和10.2的確切尺寸調整(sizing)或對被施加到其上的驅動電壓的某種「微調(fine tuning)」。
還將注意到上部元件10.1相對於下部元件10.2繞豎直軸旋轉經過180°。這樣使它們的電極15不重合，從而允許獨立的連接以分開驅動電路。
特定實施例的特徵和優點下面在適當標題下所討論的是本發明實施例的某些具體特徵和這些特徵的優點。所述特徵應針對屬於本發明的所有附圖來考慮，除非上下文特別地排除某些附圖，並且涉及被特別提及的那些附圖。
懸梁加熱器參考圖1，且如上面所提及，加熱器元件10處於懸梁的形式，且其被懸置在至少一部分(標為11.1)墨11(泡形成液)之上。元件10以這種方式被配置，而不是像在由各個製造商如Hewlett Packard、Canon和Lexmark製造的現有列印頭系統中那樣形成基片的部分或被嵌入到基片中。這構成了本發明實施例與當前的噴墨技術之間的顯著差異。
這個特徵的主要優點是通過避免現有技術設備中所發生的對圍繞加熱器元件10的固體材料(例如形成室壁6，以及圍繞入口通路的固體材料)的不必要加熱，可以實現較高的效率。對這種固體材料的加熱不貢獻於汽泡12的形成，這樣對這種材料的加熱涉及能量的浪費。在任何顯著意義上貢獻於泡12產生的僅有能量是被直接施加到要被加熱的液的能量，所述液典型地為墨11。
在一個優選實施例中，如圖1中所示，加熱器元件10被懸置在墨11(泡形成液)內，從而使該液包圍元件。這被進一步示例於圖41中。在另一個可能的實施例中，如圖42中所示，加熱器元件10梁被懸置在墨11(泡形成液)的表面，這樣該液僅在元件之下，而不是包圍它，並且在元件的上側存在空氣。針對圖41所描述的實施例是優選的，因為泡12將完全在元件10周圍形成，而不像在針對圖42所描述的實施例中泡將僅從元件的下面形成。因此圖41的實施例有可能提供較為有效的操作。
如例如參照圖30和31可以看到的，加熱器元件10梁僅在一側上被支撐且在其相對側上是自由的，這樣它構成了懸臂。
列印頭的效率目前在考慮中的特徵是加熱器元件被配置以便於需要小於500納焦(nJ)的能量被施加到元件上，以將它充充分加熱從而在墨11中形成泡12，以便於通過噴嘴3噴射墨滴16。在一個優選實施例中，所需要的能量小於300nJ，而在另一個實施例中該能量小於120nJ。
本領域的技術人員將理解，現有技術設備通常需要超過5微焦來充分加熱元件以產生汽泡12從而噴射墨滴16。因此，本發明的能量要求是小於已知熱噴墨系統的數量級。這個較低的能量消耗允許較低的操作費用、較小的功率供應等，而且大大簡化了列印頭冷卻，允許噴嘴3的較高密度，並且允許在較高解析度下列印。
本發明的這些優點在其中各個噴射墨滴16本身構成列印頭的主要冷卻機構的實施例中是尤其有意義的，如下面進一步描述的。
列印頭的自冷卻本發明的這個特徵提供了通過被噴射的墨本身所去除的熱及從墨儲蓄器(未示出)被帶入列印頭的墨的組合，被施加到加熱器元件10用以形成汽泡12以便於噴射墨11的滴16的能量被從列印頭去除。其結果是熱的淨「運動」將是從列印頭向外，以提供自動冷卻。在這些情形下，列印頭不需要任何其它冷卻系統。
由於被噴射的墨滴16及被抽取到列印頭中用以置換被噴射滴的墨11的量由相同類型的液構成，並且將基本上具有相同的質量，所以方便地將能量的淨運動一方面表達為通過對元件10加熱而添加的能量，以及另一方面表達為由噴射墨滴16和引入墨11的置換數量所導致的熱能的淨去除。假設墨11的置換數量處於環境溫度，則由被噴射的和置換數量的墨的淨運動所導致的能量變化可以方便地被表達為這樣的熱，如果被噴射滴16在環境溫度下，將需要所述熱以將被噴射滴16的溫度上升到滴被噴射時的滴的實際溫度。
將理解，確定是否符合上述準則取決於什麼構成環境溫度。在當前情況下，被取為環境溫度的溫度是當墨11從墨存儲儲蓄器(未示出)進入到列印頭時的溫度，其中所述墨存儲儲蓄器以流體流連通方式被連接到列印頭的入口通路9。典型地，環境溫度將是室內環境溫度，其通常大致為20℃(攝氏)。
然而，如果例如室溫較低，或如果進入列印頭的墨11被冷凍，則環境溫度可較低。
在一個優選實施例中，列印頭被設計成實現完全的自冷卻(即其中因被噴射及置換數量的墨11的淨效應所導致的輸出熱能等於由加熱器元件10添加的熱能)。
舉例來說，假定墨11是泡形成液且是水基的，由此具有近似100℃的沸點，且如果環境溫度是40℃，則從環境溫度到墨沸騰溫度有最大60度，且那是列印頭可經歷的最大溫升。
理想的是避免在列印頭內(不是在墨滴16噴射時)具有很接近於墨11的沸點的墨溫度。如果墨11處於這樣的溫度，則列印頭部分之間的溫度變化可導致一些區域在沸點以上，從而帶來非想要的且因此不希望的汽泡12的形成。因而，本發明的優選實施例被配置以便於如以上所述，當加熱元件10不工作時，特定噴嘴室7中的墨11(泡形成液)的最大溫度低於其沸點10℃時可以實現完全的自冷卻。
目前在討論中的特徵以及其各種實施例的主要優點是它允許高噴嘴密度及高速列印頭操作，而無需精心的冷卻方法，用於防止在與墨滴16從中被噴射的噴嘴相鄰的噴嘴3中不需要的沸騰。與不存在這種特徵及所提到的溫度準則的情況相比，這可以允許噴嘴組裝密度多達百倍的增加。
噴嘴的面密度本發明的這個特徵涉及列印頭上噴嘴3的按面積計算的密度。參考圖1，噴嘴板2具有上表面50，且本發明的這個方面涉及該表面上的噴嘴3的組裝密度。更具體地，那個表面50上的噴嘴3的面密度超過每平方釐米表面面積10,000個噴嘴。
在一個優選實施例中，所述面密度超過每平方釐米表面50面積20,000個噴嘴3，而在另一個優選實施例中，面密度超過每平方釐米40,000個噴嘴3。在一個優選實施例中，面密度是每平方釐米48828個噴嘴3。
當提及面密度時，使每個噴嘴3包括對應於噴嘴的驅動電路，其典型地包括驅動電晶體、移位寄存器、使能門和時鐘再生電路(該電路未被特別地加以標識)。
參考其中示出單個單位單元1的圖43，該單位單元的尺度被示出為寬度為32微米且長度為64微米。噴嘴下一相繼行(未示出)的噴嘴3緊接著這個噴嘴並置，這樣，作為列印頭晶片的外周邊尺度的結果，每平方釐米有48,828個噴嘴3。這是典型熱噴墨列印頭的噴嘴面密度的大約85倍，且為壓電列印頭的噴嘴面密度的大致400倍。
由於設備在特定尺寸的矽晶圓上被成批製造，高面密度的主要優點是低製造成本。
在一平方釐米基片內可以容納的噴嘴3越多，則在典型地由一個晶圓組成的單批次中可以製造的噴嘴越多。本發明列印頭中所使用類型的CMOS加上MEMS晶圓的製造成本，在某種程度上獨立於其上形成的圖案的特性。因此，如果圖案相對小，則可以包括相對大數目的噴嘴3。與噴嘴具有較低面密度的情況相比，這允許以相同的成本製造更多的噴嘴3和更多的列印頭。成本直接與噴嘴3所佔用的面積成比例。
加熱器元件的相對側上的泡的形成根據本特徵，加熱器14被配置以便於當在墨11(泡形成液)中形成泡12時，它形成在加熱器元件10的兩側。優選地，它形成以便於包圍加熱器元件10，其中所述元件處於懸梁的形式。
可以參考圖45和46來理解與僅在一側對比，在加熱器元件10的兩側的泡12的形成。如所示，在這些圖中的第一圖中，加熱器元件10適合於要僅在一側形成的泡12，而在這些圖的第二圖中，所述元件適合於要在兩側形成的泡12。
在如圖45所示的配置中，泡12僅在加熱器元件10一側形成的原因在於元件被嵌入在基片51中，這樣泡不能被形成在對應於基片的特定側。相對照，在圖46的配置中，泡12可以形成在兩側，這是因為加熱器元件10在這裡是被懸置的。
當然在加熱器元件10處於如以上針對圖1所述的懸梁形式的情況下，允許形成泡12以包圍懸梁元件。
在兩側形成泡12的優點在於可實現的較高效率。這是因為減少了對加熱器元件10附近的固體材料進行加熱所浪費的熱，而其並不貢獻於泡12的形成。這被示例於圖45中，其中箭頭52指示進入到固體基片51中的熱運動。損失於基片51的熱量取決於基片固體材料相對於墨11的熱傳導率，所述墨11可以是水基的。由於水的熱傳導率相對低，可以預期一多半熱被基片51而不是被墨11吸收。
成穴的防止如以上所述，當泡12已經被形成在根據本發明實施例的列印頭中之後，泡向著坍縮點17坍縮。根據目前所針對的特徵，加熱器元件10被配置成形成泡12，以便於泡向著其坍縮的坍縮點17處於與加熱器元件間隔開的位置。優選地，列印頭被配置成使在這樣的坍縮點17沒有固體材料。這樣，在現有技術熱噴墨設備中是主要問題的成穴被大大消除。
參考圖48，在優選實施例中，加熱器元件10被配置成具有限定間隙(由箭頭54表示)的部分53，並形成泡12以使泡向著其坍縮的坍縮點17位於這樣的間隙處。這個特徵的優點在於基本上避免了成穴對加熱器元件10和其它固體材料的損壞。
在如圖47所示意性示出的標準現有技術系統中，加熱器元件10被嵌入在基片55中，其中在該元件之上有絕緣層56，並且在該絕緣層之上有保護層57。當泡12被元件10形成時，它被形成在元件10的頂部。當泡12坍縮時，如箭頭58所示，泡坍縮的所有能量被集中到很小的坍縮點17上。如果缺少保護層57，則由於從這個能量集中於坍縮點17得到的空穴而導致的機械力可切掉或侵蝕加熱器元件10。然而，這被保護層57防止。
典型地，這樣的保護層57得自鉭，其氧化以形成很硬的五氧化二鉭(Ta2O5)層。雖然沒有公知的材料可以完全地抵禦成穴的效應，但是如果因成穴導致五氧化二鉭應該被切掉，則在下面的鉭金屬將再次發生氧化，從而有效地修復五氧化二鉭層。
雖然在公知的熱噴墨系統中，五氧化二鉭在這點上相對好地起作用，但是它具有某些缺點。一個顯著的缺點是在實際中，實際上整個保護層57(具有由參考數字59指示的厚度)必須被加熱以將所需要的能量傳遞到墨11中，從而對其加熱以形成泡12。由於鉭具有很高的原子量，這個層57具有高熱質(thermal mass)，並且這降低了熱傳遞的效率。這不僅增加了在標為59的水平處所需要的熱量以充分升高標為60的水平處的溫度以加熱墨11，而且還導致在箭頭61所指示的方向上發生基本的熱損失。如果加熱器元件10僅被支撐在一表面上且不被保護層57所覆蓋，則這些缺點將不存在。
根據目前在討論中的特徵，如以上所述，通過以下避免了對保護層57的需求產生泡12以便於如圖48中所示例，泡向著坍縮點17坍縮，在所述坍縮點處沒有固體材料，並且更具體地在這裡在加熱器元件10的部分53之間存在間隙54。由於僅有墨11本身處於這個位置(在泡產生以前)，所以在此沒有材料可因成穴效應而被侵蝕。坍縮點17處的溫度可達到數千攝氏度，如聲致發光(sonoluminescence)現象所證實的那樣。這將破壞那個點處的墨組分。然而，在坍縮點17處具有極端溫度的體積是如此小，以致於對這個體積中的墨組分的破壞並不顯著。
通過使用對應於由圖34中所示掩模的部分10.34所表示的加熱器元件10，可以實現泡12的產生，以便於它向著不存在固體材料的坍縮點17坍縮。所表示的元件是對稱的，並且具有在其中心處由參考數字63表示的孔洞。當元件被加熱時，泡形成在元件周圍(由虛線64指示)並且然後增長，從而使它不是如由虛線64和65所示例的環(炸面圈(doughnut))形，而是跨接包括孔洞63的元件，所述孔洞隨後被形成泡的蒸汽所填充。泡12由此基本上是盤形。當它坍縮時，坍縮被導向，以使圍繞泡12的表面張緊最小。這涉及在所涉及的動力學所允許的範圍內，將泡形狀移向球形狀。這又使坍縮點處於加熱器元件10中心處的孔洞63的區域內，其中不存在固體材料。
圖31中所示掩模的部分10.31所表示的加熱器元件10被配置以實現類似的結果，其中如虛線66所示而產生泡，並且泡所坍縮到的坍縮點處於元件中心處的孔洞67中。
被表示為圖36中所示掩模的部分10.36的加熱器元件10也被配置以實現類似的結果。當元件10.36的尺寸被如此確定以使孔洞68小的情況下，加熱器元件的製造不精確性可影響到這樣的程度，即泡可以被形成以使其坍縮點處於由該孔洞限定的區域內。例如，孔洞可小至跨度為幾微米。在不能實現元件10.36的高水平精度時，這可導致被表示為12.36的略微傾向一邊的泡，這樣它們不可能被導向如此小的區域內的坍縮點。在這種情況下，對於圖36中所表示的加熱器元件，元件的中心環49可以簡單地被省略，由此增加了泡的坍縮點所要落入的區域的大小。
經化學氣相沉積的噴嘴板以及薄噴嘴板每個單位單元1的噴嘴孔5延伸通過噴嘴板2，噴嘴板由此構成通過化學氣相沉積(CVD)形成的結構。在各種優選實施例中，CVD是氮化矽、二氧化矽或氧氮化物(oxi-nitride)。
由CVD形成噴嘴板2的優點在於它形成在這樣的地方，在這裡不需要將噴嘴板組裝到諸如單位單元1的壁6的其它部件。這是一個重要的優點，因為否則將需要的噴嘴板2的組裝可以是難以實現的，並且可以涉及潛在複雜的問題。這種問題包括在將噴嘴板2粘接到其它部分的粘合劑的固化過程期間，噴嘴板2與它將被組裝到其上的部分之間的潛在的熱膨脹失配，成功保持部件彼此對準、保持它們平坦的困難等。
熱膨脹問題是現有技術中限制可製造的噴墨機的大小的顯著因素。這是因為例如鎳噴嘴板與噴嘴板被連接到其上的基片之間的熱膨脹係數差在該基片得自矽的情況下相當大(quite substantial)。因而，在小至比方說1000個噴嘴所佔用的距離上，當相應部分被從環境溫度加熱到將部件接合在一起所需的固化溫度時，發生在所述相應部件之間的相對熱膨脹可以導致顯著大於整個噴嘴長度的尺度失配。這對於這樣的設備這將是明顯有害的。
目前在討論中的本發明特徵所針對的另一個問題至少在其實施例中是在現有技術設備中，需要被組裝的噴嘴板通常在相對高的應力條件下被層壓到列印頭的其餘部分上。這可以導致設備的斷裂或所不希望的變形。在本發明實施例中通過CVD對噴嘴板2的沉積避免了這一問題。
本發明的當前特徵的另外優點至少在其實施例中是它們與現有半導體製造過程的兼容性。通過CVD沉積噴嘴板2允許噴嘴板以正常矽晶圓生產的規模，採用半導體製造正常情況下所使用的過程被包括在列印頭中。
在泡產生階段期間，現有熱噴墨或噴泡系統經歷高達100個大氣壓的壓力瞬變。如果這種設備中的噴嘴板2通過CVD來施加，則為了抵抗這種壓力瞬變，將需要相當厚的CVD噴嘴板。正如本領域的技術人員將理解的，經沉積的噴嘴板的這種厚度將帶來下面所討論的某些問題。
例如，在噴嘴室7內足以抵抗100個大氣壓壓力的氮化物厚度可以是比方說10微米。參考其中示出不根據本發明的單位單元1，並且具有這樣的厚噴嘴板2的圖49，將理解這樣的厚度將導致與滴噴射有關的問題。在這種情況下，由於噴嘴板2的厚度，由噴嘴3在墨11通過它噴射時所施加的流體曳力導致設備效率的顯著損失。
在這種厚噴嘴板2情況下將存在的另一個問題涉及實際的蝕刻過程。這是假定例如利用標準的等離子體蝕刻，如所示垂直於基片部分的晶圓8來蝕刻噴嘴3。這將典型地需要施加多於10微米的抗蝕劑69。為了對那個厚度的抗蝕劑69進行曝光，所需要的解析度水平變得難以實現，這是因為被用於對抗蝕劑曝光的分檔器(stepper)焦深相對小。雖然將有可能使用x射線對這個相關深度的抗蝕劑69進行曝光，但是這將是相對昂貴的過程。
在10微米厚的氮化物層經CVD沉積在矽基片晶圓上的情況下，這種厚噴嘴板2將存在的進一步問題是由於CVD層和基片之間的熱膨脹差，以及厚沉積層內的固有應力，可能使晶圓被彎曲到如此程度，以致於平版印刷過程中的另外步驟將變成不實際。因此，厚至10微米的噴嘴板2的層(不像在本發明中)雖然是可能的，但卻是不利的。
參考圖50，在根據本發明實施例的Memjet熱噴墨設備中，CVD氮化物噴嘴板層2僅2微米厚。因此通過噴嘴3的流體曳力並不特別顯著，且因此不是損失的主要原因。
此外，在這種噴嘴板2中蝕刻噴嘴3所需要的蝕刻時間和抗蝕劑厚度，以及在基片晶圓8上的應力將不是過度的。
由於在室7內產生的壓力僅為近似1個大氣壓而不是如前面所提到的如現有技術設備中的100個大氣壓，在本發明中相對薄的噴嘴板2被使能。
在這個系統中存在貢獻於噴射滴16所需要的壓力瞬變的顯著降低的許多因素。它們包括1.室7的小尺寸；2.噴嘴3和室7的精確製造；3.在低的滴速度下滴噴射的穩定性；4.在噴嘴3之間很低的流體和熱幹擾；5.針對泡區的最優噴嘴尺寸；
6.通過薄(2微米)噴嘴3的低流體曳力；7.由通過入口9的墨噴射導致的低壓力損失；8.自冷卻操作。
如上面結合根據圖6至31所描述的過程所提到的，2微米厚的噴嘴板層2的蝕刻涉及兩個相關的階段。一個這樣的階段涉及蝕刻在圖24和50中被標為45的區域以在將成為噴嘴緣4的部分的外部形成凹陷。另一個這樣的階段涉及蝕刻在圖26和50中被標為46的區域，其實際上形成噴嘴孔5並且完成緣4。
噴嘴板厚度如上面結合通過CVD形成噴嘴板2所針對的，並且以就這一點所述的優點，本發明中的噴嘴板比現有技術中薄。更具體地，噴嘴板2小於10微米厚。在一個優選實施例中，每個單位單元1的噴嘴板2小於5微米厚，而在另一個優選實施例中，它小於2.5微米厚。實際上，用於噴嘴板2的優選厚度為2微米厚。
在不同層中形成的加熱器元件根據本特徵，存在被設置在每個單位單元1的室7內的多個加熱器元件10。通過如以上針對圖6至31所描述的平版印刷過程而形成的元件10被形成在相應的層中。
在優選實施例中，如圖38、40和51所示，室7中的加熱器元件10.1和10.2相對於彼此具有不同的大小。
同樣如參照對平版印刷過程的以上描述將理解的，每個加熱器元件10.1，10.2通過該過程的至少一個步驟形成，涉及每一個元件10.1的平版印刷步驟與涉及另一個元件10.2的平版印刷步驟截然不同。
如圖51中的示圖所示意性反映的，元件10.1，10.2優選地相對於彼此被確定大小，以便於它們可以實現二元加權的(binary weighted)墨滴體積，即，以便於它們可以使具有不同的、經二元加權的體積的墨滴16通過特定單位單元1的噴嘴3而噴射。墨滴16體積的二元加權的實現由元件10.1和10.2的相對大小來確定。在圖51中，與墨11接觸的底部加熱器元件10.2的面積為頂部加熱器元件10.1面積的兩倍。
由Canon取得專利權且被示意性地示例於圖52中的一種公知現有技術設備也具有用於每個噴嘴的兩個加熱器元件10.1和10.2，並且它們也被確定尺寸於二元的基礎上(即，以產生具有經二元加權的體積的滴16)。這些元件10.1和10.2在噴嘴室7中被彼此相鄰地形成在單層中。將理解，僅由小元件10.1形成的泡12.1相對小，而僅由大元件10.2形成的泡12.2相對大。當兩個元件同時被激勵時，由兩個元件的組合效應所產生的泡被標為12.3。三個不同大小的墨滴16將被使得由三個相應的泡12.1、12.2和12.3來噴射。
將理解，元件10.1和10.2本身的大小不需要經二元加權以導致具有不同大小的滴16的噴射或滴的有用組合的噴射。事實上，二元加權可完全不由元件10.1、10.2本身的面積精確表示。在確定元件10.1和10.2的大小以獲得經二元加權的滴體積時，圍繞泡12產生的流體特徵，滴的動力學特徵，一旦滴16已經斷裂，從噴嘴3被抽回到室7中的液數量等必須被加以考慮。因而，元件10.1和10.2表面面積的實際比率或兩個加熱器的性能需要在實踐中被加以調節以獲得所需的經二元加權的滴體積。
當加熱器元件10.1、10.2的大小被固定且因此其表面面積的比率被固定時，通過調節到兩個元件的供應電壓，被噴射滴16的相對大小可被調節。這亦可通過調節元件10.1、10.2的操作脈衝的持續時間，即它們的脈衝寬度來實現。然而，脈衝寬度不能超出某一時間量，這是因為一旦泡12已經成核在元件10.1、10.2的表面，則在那個時間之後脈衝寬度的任何持續時間將幾乎沒有或沒有作用。
另一方面，加熱器元件10.1、10.2的低熱質允許它們被加熱以很快達到泡12被形成且滴16被噴射的溫度。雖然最大有效脈衝寬度被泡成核的開始典型地限制到0.5微秒左右，但是最小脈衝寬度僅由可以被加熱器元件10.1、10.2容忍的可用電流驅動和電流密度加以限制。
如圖51中所示，兩個加熱器元件10.1、10.2被連接到兩個相應的驅動電路70。雖然這些電路70可彼此相同，但是藉助於這些電路，例如通過使被連接到作為高電流元件的下部元件10.2的驅動電晶體(未示出)的大小大於被連接到上部元件10.1的那個，可以實現進一步的調節。如果例如被提供到相應元件10.1、10.2的相對電流處於2∶1的比率，則被連接到下部元件10.2的電路70的驅動電晶體將典型地是被連接到另一個元件10.1的電路70的驅動電晶體(也未被示出)的寬度的兩倍。
在針對圖52所述的現有技術中，處在同一層中的加熱器元件10.1、10.2在平版印刷製造過程的同一步驟中被同時生產。在圖51中所示例的本發明實施例中，如上面所提到的，兩個加熱器元件10.1、10.2被一個接一個地形成。事實上，如在參照圖6至31所示例的過程中所述，用來形成元件10.2的材料被沉積且隨後被蝕刻於平版印刷過程中，其後犧牲層39被沉積在該元件的頂部，且隨後用於另一個元件10.1的材料被沉積，以使犧牲層處於兩個加熱器元件層之間。第二元件10.1的層通過第二平版印刷步驟來蝕刻，並且犧牲層39被去除。
再一次提及加熱器元件10.1和10.2的不同尺寸，如以上所提到的，這所具有的優點是，它使元件能被確定尺寸以便於從一個噴嘴3實現多個經二元加權的滴體積。
將理解，在可以實現多個滴體積情況下，且特別地如果它們是經二元加權的，則可以在使用較少列印點時且以較小的列印解析度獲得照片的質量。
此外，在相同情形下，可以實現較高速度的列印。即，不是僅噴射一個滴14且隨後等待噴嘴3被再填充，而是一個、兩個或三個滴的等效物(equivalent)可被噴射。假定可用的噴嘴3的再填充速度不是限制性因素，則可實現快高達三倍的墨噴射且因此實現快高達三倍的列印。然而，實際上，噴嘴再填充時間將典型地是限制性因素。在這種情況下，與僅最小體積的滴已經被噴射時相比，當已經噴射了三倍體積的滴16時(相對於最小大小的滴)將花費略微長的時間對噴嘴3進行再填充。然而，實際上再填充將不花費多達三倍長的時間。這是由於墨11的慣性動力學和表面張緊而造成的。
參考圖53，其中示意性示出一對相鄰的單位單元1.1和1.2，在左邊的單元1.1表示較大體積的滴16已經被噴射之後的噴嘴3，且在右邊的單元1.2表示較小體積的滴已經被噴射之後。在較大的滴16的情況下，已經在被部分排空的噴嘴3.1內部形成的空氣泡71的曲率大於在較小體積的滴已經從另一個單位單元1.2的噴嘴3.2被噴射之後已經形成的空氣泡72的情況下的曲率。
單位單元1.1中空氣泡71的較高曲率導致較大的表面張力，其趨向於將墨11從再填充通路9抽向噴嘴3並進入室7.1，如由箭頭73所示。這引起較短的再填充時間。當室7.1再填充時，它達到被標明74的階段，其中條件類似於在相鄰單位單元1.2中的條件。在該條件下，單位單元1.1的室7.1被部分再填充且表面張力因此已經被降低。這導致在這個階段，在那個單位單元1.1中該條件已經被達到時，即使以其關聯動量進入室7.1的液流動已經被建立，再填充速度仍減慢。其總體效應是雖然與從條件74存在時起相比，從空氣泡71存在時起完全填充室7.1和噴嘴3.1要花費長時間，即使要被再填充的體積大三倍，再填充室7.1和噴嘴3.1並不花費三倍長的時間。
從由具有低原子序數的元素所構成的材料而形成的加熱器元件這個特徵涉及由固體材料形成的加熱器元件10，按重量計算，所述固體材料的至少90％由具有低於50的原子序數的一種或多種周期元素構成。在優選實施例中，原子量在30以下，而在另一個實施例中原子量在23以下。
低原子序數的優點在於所述材料的原子具有較低的質量，且因此需要較小的能量來升高加熱器元件10的溫度。這是因為，正如本領域的技術人員將理解的，物件的溫度基本上與原子核的運動狀態有關。因而，與在具有較輕核的原子的材料中相比，在具有較重核的原子的材料中，將需要較多的能量來升高溫度，並因此誘發這樣的核運動。
目前用於熱噴墨系統的加熱器元件的材料包括鉭鋁合金(例如由Hewlett Packard所使用的)，以及硼化鉿(例如由Canon所使用的)。鉭和鉿分別具有原子序數73和72，而用在本發明的Memjet加熱器元件10中的材料是氮化鈦。鈦具有22的原子序數且氮具有7的原子序數，因此這些材料比相關現有技術設備材料明顯輕。
分別形成硼化鉿和鉭鋁的部分的硼和鋁像氮一樣是相對輕的材料。然而，氮化鉭的密度是16.3g/cm3，而氮化鈦(其包括取代鉭的鈦)的密度是5.22g/cm3。因此，因為氮化鉭具有近似為氮化鈦三倍的密度，所以與氮化鉭相比，加熱氮化鈦比將需要近似少三倍的能量。如本領域的技術人員將理解的，在兩個不同溫度下材料中的能量差由下述方程表示E＝ΔT×CP×VOL×ρ，其中ΔT表示溫度差，Cp是比熱容，VOL是體積，且ρ是材料的密度。雖然由於密度還是晶格常數的函數，所以它不僅僅由原子序數來確定，但是密度受到所涉及材料的原子序數的強烈影響，並且因此是討論中的特徵的關鍵方面。
低加熱器質量這個特徵涉及這樣的加熱器元件10，其被配置成使每個加熱器元件的固體材料的質量小於10納克，所述每個加熱器元件被加熱到泡形成液(即在這個實施例中為墨11)的沸點以上，以用來加熱墨從而在其中產生泡12，以使墨滴16被噴射。
在一個優選實施例中，所述質量小於2納克，在另一個實施例中所述質量小於500皮克，並且在又一個實施例中所述質量小於250皮克。
上述特徵構成優於現有技術噴墨系統的顯著優點，這是因為作為在對加熱器元件10的固體材料加熱時能量損失的減小的結果其導致增加的效率。由於具有低密度的加熱器元件材料的使用，由於元件10相對小的尺寸，並且由於如例如在圖1中所示，處於未被嵌入其它材料中的懸梁的形式的加熱器元件，這個特徵被使能。
圖34以平面圖示出掩模的形狀，該掩模用於形成圖33中所示的列印頭的實施例的加熱器結構。因而，由於圖34表示那個實施例的加熱器元件10的形狀，所以它現在在討論那個加熱器元件時被提及。如在圖34中由參考數字10.34表示的加熱器元件僅具有寬2微米且厚0.25微米的單環路49。它具有6微米的外半徑和4微米的內半徑。總的加熱器質量是82皮克。類似地圖39中由參考數字10.39表示的對應元件10.2具有229.6皮克的質量，且在圖36中由參數數字10.36表示的元件10具有225.5皮克的質量。
當例如在圖34、39和36中所表示的元件10、102被用於實踐中時，與被升高到墨沸點以上的溫度的墨11(在該實施例中為泡形成液)處於熱接觸的每個這種元件的材料總質量將略微高於當元件被塗覆了電絕緣的、化學惰性的、熱傳導材料時的這些質量。這個塗層在某種程度上增加了被升高到較高溫度的材料的總質量。
保形塗覆的加熱器元件這個特徵涉及每個元件10由保形保護塗層來覆蓋，這個塗層已經被同時施加到元件的所有側面，從而使塗層是無縫的。優選地，塗層10是非電性傳導的，是化學惰性的且具有高的熱導率。在一個優選實施例中，塗層是氮化鋁，在另一個實施例中它是類金剛石碳(DLC)，而在又一個實施例中它是氮化硼。
參考圖54和55，所示為現有技術加熱器元件10的示意性表示，該元件未如上述所討論被保形塗覆，但是已經被沉積在基片78上並且已經以典型的方式以標為76的CVD材料在一側保形塗覆。相對照，如在圖56中所示意性反映的，在本實例中提到的塗層涉及同時在所有側面保形塗覆元件，該塗層被標為77。然而，當元件10被如此塗覆時，僅當其是與其它結構相隔離的結構，即處於懸梁形式以便於接近元件的所有側面時，才可以實現這種在所有側面上的保形塗層77。
要理解的是，當提及在所有側面保形塗覆元件10時，這排除了元件(懸梁)的端部，如圖57中所圖解示出的那樣，所述端部被接合於電極15。換句話說，在所有側面對元件10保形塗覆基本上意味著元件沿著元件長度被保形塗層完全包圍。
可再一次參考圖54和55來理解保形塗覆加熱器元件10的主要優點。如可以看出的，當施加保形塗層76時，其上沉積有(即形成有)加熱器元件10的基片78有效地構成在與被保形施加的塗層相對的側面上的元件塗層。在又被支撐在基片78上的加熱器元件10上沉積保形塗層76導致縫79被形成。這個縫79可構成弱點，在此可形成氧化物和其它所不希望的產物，或在此可出現層離(delamination)。事實上，在蝕刻被實施以將加熱器元件和其塗層76與下面的基片78分開使元件處於懸梁形式的圖54和55的加熱器元件10的情況下，可導致液或氫氧基離子的進入，即使這種材料並不可能滲入塗層76或基片78的實際材料。
上述提到的材料(即氮化鋁或類金剛石碳(DLC))因其理想的高熱傳導率、高化學惰性水平和它們非電性傳導的事實而其適合於用在本發明的保形塗層77中，如圖56中所示。為此目的的另一種適合的材料是在上面也被提及的氮化硼。雖然對於實現所需的性能特性，用於塗層77的材料的選擇是重要的，但是除所提到的那些材料以外的材料在它們具有適合的特徵時也可以被代替使用。
其中使用列印頭的實例印表機以上描述的部件形成了部分列印頭組件，其又被用在印表機系統中。列印頭組件本身包括許多列印頭模塊80。這些方面在下面被加以描述。
暫時參考圖44，所示的噴嘴3的陣列被設置在列印頭晶片(未示出)上，在同一晶片上包括有驅動電晶體、驅動移位寄存器等(未被示出)，由此較小了晶片上所需要的連接數。
參考圖58和59，其中以分解視圖和非分解視圖分別示出了包括MEMS列印頭晶片組件81(下面也被稱為晶片)的列印頭模塊組件80。在如所示的典型晶片組件81上有7680個噴嘴，其被隔開以便於能夠以每英寸1600點的解析度來列印。晶片81還被配置成噴射6種不同的顏色或類型的墨11。
柔性印刷電路板(PCB)82被電連接到晶片81，用於向晶片提供功率和數據。晶片81被接合到不鏽鋼上層片83上，以覆蓋在該片中被蝕刻的孔洞84的陣列。晶片81本身是矽的多層堆疊，其在矽85的底層上具有墨通道(未示出)，這些通道被與孔洞84對準。
晶片81近似1mm寬及21mm長。這個長度由用於製造晶片81的分檔器的場寬來確定。片83具有通道86(僅其一些作為被隱藏的細節被示出)，如圖58中所示其被蝕刻於所述片的下側。通道86如所示延伸，以便於其端部與中間層88中的孔洞87對準。通道86的不同通道與孔洞87的不同孔洞對準。孔洞87又與下層90中的通道89對準。每個通道89承載不同相應顏色的墨，除了被標為91的最後通道以外。這個最後通道91是空氣通道且與中間層88中的另外孔洞92對準，所述孔洞92又與上層片83中的另外孔洞93對準。這些孔洞93與頂部通道層96中的縫隙95的內部部分94對準，從而使這些內部部分與空氣通道91對準，且因此處於與其的流體流動連通，如虛線97所示。
下層90具有開口到通道89和通道91中的孔洞98。來自空氣源(未示出)的經壓縮的過濾空氣通過相關孔洞98進入通道91，且隨後經過分別在中間層88、片83和頂部通道層96中的孔洞92和93及縫隙95，然後被吹入晶片組件81的側面99，它從這裡在100處被迫使通過覆蓋噴嘴的噴嘴防護裝置101而出來，以保持噴嘴沒有紙塵。具有不同顏色的墨11(未示出)經過下層90的孔洞98，進入通道89，且隨後通過相應的孔洞87，然後沿著上層片83下側中的相應通道86，通過那個片的相應孔洞84，且隨後通過縫隙95，到達晶片81。將注意到，在下層90中僅有七個孔洞98(每種顏色的墨一個且壓縮空氣一個)，墨和空氣經由所述孔洞傳遞到晶片81，從而使墨被導向晶片上的7680個噴嘴。
現在參考圖60，其中圖58和59的列印頭模塊組件80的側視圖被示意性地示出。晶片組件的中心層102是設置7680個噴嘴和其關聯驅動電路的層。構成噴嘴防護裝置101的晶片組件的頂層使經過濾的壓縮空氣能被導引以保持噴嘴防護裝置孔洞104(其由虛線示意性地表示)沒有紙塵。
下層105得自矽且具有被蝕刻在其中的墨通道。這些墨通道與不鏽鋼上層片83中的孔洞84對準。如以上所述，片83從下層90接收墨和壓縮空氣，且隨後將墨和空氣導向晶片81。從墨和空氣被下層90接收的地方，經由中間層88和上層83將墨和空氣灌(funnel)到晶片81的需要是因為否則把大數目(7680)的很小噴嘴3與下層90中較大的較不精確的孔洞98對準將是不實際的。
軟PCB 82被連接到位於晶片組件81的層102上的移位寄存器和其它電路(未示出)。晶片組件81通過線106接合到軟PCB上且這些線隨後被封裝在環氧樹脂107內。為了實現這種封裝，壩108被提供。這允許要被施加的環氧樹脂107填充壩108與晶片組件81之間的空間，從而使線106被嵌入環氧樹脂中。一旦環氧樹脂107已經硬化，則它保護線接合結構免受紙和塵的汙染，及免受機械接觸。
參考圖62，其中以分解視圖示意性地示出列印頭組件19，在其它部件中，其包括如以上所述的列印頭模塊組件80。列印頭組件19被配置用於適合於A4或US書信類型紙的頁寬印表機。
列印頭組件19包括十一個列印頭模塊組件80，所述組件以彎曲金屬板的形式被膠合到基片通道110上。由參考數字111表示的每個為7個孔洞的一系列組被提供，以將6種不同顏色的墨和壓縮空氣供應到晶片組件81。經擠壓的柔性墨軟管112被膠合到通道110的位置中。將注意到軟管112包括其上的孔洞113。當軟管112首先被連接到通道110時，這些孔洞113並不存在，但是其後通過迫使熱線結構(未示出)通過孔洞111，藉助於熔化而形成孔洞，所述孔洞111隨後用作引導以固定孔洞113被熔化的位置。當列印頭組件19被組裝時，孔洞113經由孔洞114(其組成通道110中的組111)與每個列印頭模塊組件80的下層90中的孔洞98處於流體流動連通。
軟管112限定沿軟管長度延伸的平行通道115。在一端116，軟管112被連接到墨容器(未示出)，且在相對端117，提供有通道擠壓帽(channelextrusion cap)118，其用於塞住且因此封閉軟管的那個端。
金屬頂部支撐板119支撐且定位通道110和軟管112，並且用作其支承板。通道110和軟管112又將壓力施加到包括軟印刷電路的組件120上。板119具有接片(tab)121，其通過在通道110的向下延伸壁123中的槽口(notch)122延伸，以將通道和板相對於彼此而定位。
提供擠壓件(extrusion)124來定位銅匯流條(bus bar)125。雖然操作根據本發明的列印頭所需的能量是比公知熱噴墨印表機所需能量低的數量級，但是在列印頭陣列上總共有大約88,000個噴嘴3，並且這近似為在典型列印頭中常見的噴嘴數目的160倍。由於本發明的噴嘴3在操作期間可在連續的基礎上操作(即，觸發)，所以總的功率消耗將是比這種公知列印頭高的數量級，並且因而電流要求將是高的，即使每個噴嘴的功率消耗將是比公知列印頭低的數量級。匯流條125適合於提供這種功率要求，並且具有被焊接到它們上的電源導線126。
如所示，可壓縮導電條127被提供成與列印頭模塊組件80的軟PCB82下部部分的上側上的接觸128相毗鄰。PCB 82從晶片組件81，繞著通道110、支撐板119、擠壓件124及匯流條126，延伸到條127下面的位置，以便於接觸128被放置在條127下面，且與其接觸。
每個PCB 82是雙面的且被鍍通的。位於PCB 82外表面上的數據連接129(由虛線示意性地指示)與柔性PCB 131上的接觸點130(僅其一些被示意性地示出)毗鄰，所述柔性PCB 131反過來包括構成柔性本身的部分的數據總線和邊緣連接器132。
金屬板133被提供，以使它與通道110一起可以將列印頭組件19的所有部件保持在一起。在這點上，通道110包括扭轉接片(twist tab)134，當組件19被放在一起時所述扭轉舌片134延伸通過板133中的縫隙135，並且然後被扭轉近似45度以防止它們通過縫隙而撤回。
參考圖68，概括地說，列印頭組件19被示出處於組裝狀態。墨和壓縮空氣在136處經由軟管112被供應，功率經由導線126被供應，且數據經由邊緣連接器132被提供到列印頭晶片組件81。列印頭晶片組件81位於包括PCB 82的十一個列印頭模塊組件80上。
安裝孔洞137被提供用於將列印頭組件19安裝在印表機(未示出)中的位置。由距離138表示的列印頭組件19的有效長度剛好超過A4頁的寬度(即，約8.5英寸)。
參考圖69，其中示意性地示出通過經組裝的列印頭19的橫截面。從中可以清楚地看到形成晶片組件81的矽堆疊的位置，如通過墨和空氣供應軟管112的縱向斷面可以看到的。同樣清楚看到的是可壓縮條127的毗鄰，其在上面與匯流條125進行接觸，在下面與從晶片組件81延伸的柔性PCB 82的下部接觸。還可以看到通過金屬板133中的縫隙135而延伸的扭轉舌片134，包括由虛線139所表示的其扭轉配置。
印表機系統參考圖70，所示為示例根據本發明實施例的列印頭系統140的框圖。
在框圖中所示的是列印頭(由箭頭表示)141、到列印頭的電源142、墨供給143、及列印數據144，當在145處列印頭將墨噴射到例如處於紙146的形式的列印介質時，所述數據144被饋送到列印頭。
介質傳輸輥147被提供以將紙146傳輸經過列印頭141。介質拾取機構148被配置成從介質託盤149中取出一張紙146。
電源142用於提供DC電壓，其是印表機設備中的標準類型的電源。
墨供給143來自墨盒(未示出)，並且典型地在150有關墨供應的各種類型的信息將被提供，如剩餘墨量。這個信息經由被連接到用戶接口152的系統控制器151來提供。接口152典型地由許多按鈕(未示出)組成，如「列印」按鈕、「頁前進」按鈕等。系統控制器151還控制被提供用來驅動介質拾取機構14的馬達153，以及用於驅動介質傳輸輥147的馬達154。
對於系統控制器151來說，有必要辨別何時一張紙146正在移動經過列印頭141，以便於列印可以在正確的時間被實現。這個時間可以與介質拾取機構148已經拾取所述紙張146之後已流逝的特定時間有關。然而，優選地，提供紙傳感器(未示出)，其被連接到系統控制器151以便於當所述紙張146到達相對於列印頭141的某一位置時，系統控制器可以實現列印。列印是通過觸發將列印數據144提供到列印頭141的列印數據格式器155來實現的。因此將理解，系統控制器151還必須與列印數據格式器155交互。
列印數據144源自在156被連接的外部計算機(未示出)，並且可經由許多不同連接方式的任何一個來傳輸，如USB連接、ETHERNET連接、另外被公知為火線的IEEE 1394連接、或並行連接。數據通信模塊157將這個數據提供到列印數據格式器155並且向系統控制器151提供控制信息。
雖然上面參考特定的實施例對本發明加以說明，但是本領域的技術人員將理解，本發明可以以許多其它的形式被實施。例如，雖然上面的實施例涉及電激勵的加熱器元件，但是在適當情況下在實施例中還可使用非電激勵的元件。
權利要求
1.一種噴墨列印頭，包括多個噴嘴；以及至少一個相應的加熱器元件，其對應於每個噴嘴，其中每個加熱器元件被設置成處於與泡形成液的熱接觸，每個加熱器元件被配置成將至少部分泡形成液加熱到其沸點以上的溫度以在其中形成具有坍縮點的可坍縮氣泡，由此導致可噴射液的滴通過對應於該加熱器元件的噴嘴的噴射，並且每個加熱器元件被配置成使由此形成的泡的坍縮點與該加熱器元件間隔開。
2.根據權利要求1所述的列印頭，其被配置成支持泡形成液處於與每個所述加熱器元件熱接觸，並且支持可噴射液與每個噴嘴相鄰。
3.根據權利要求1所述的列印頭，其中所述泡形成液和可噴射液是共同的液體。
4.根據權利要求1所述的列印頭，其被配置成在頁上列印並且作為頁寬列印頭。
5.根據權利要求1所述的列印頭，其中每個加熱器元件被配置成使由此形成的泡的坍縮點處於沒有形成列印頭部分的固體材料的位置。
6.根據權利要求1所述的列印頭，其中每個加熱器元件都具有限定其之間的間隙的部分，並且被設置成使由此形成的泡的坍縮點在對應於該加熱器元件的間隙內。
7.根據權利要求1所述的列印頭，其中每個加熱器元件處於懸梁的形式，被設置成懸置在至少一部分泡形成液之上以便於處於與其的熱接觸。
8.根據權利要求1所述的列印頭，其中每個加熱器元件被配置成需要小於500納焦(nJ)的激勵能量被施加到該加熱器元件，以充分加熱該加熱器元件以在泡形成液中形成所述泡，由此導致所述滴的噴射。
9.根據權利要求1所述的列印頭，其被配置成接收環境溫度下的可噴射液的供給，其中每個加熱器元件被配置成使被施加到其上以加熱所述部分從而導致所述滴的噴射所需要的能量小於將等於所述滴的體積的所述可噴射液的體積從等於所述環境溫度的溫度加熱至所述沸點所需要的能量。
10.根據權利要求1所述的列印頭，其包括具有基片表面的基片，其中每個噴嘴具有通過基片表面而開口的噴嘴孔，並且其中噴嘴相對於基片表面的面密度超過每平方釐米基片表面10,000個噴嘴。
11.根據權利要求1所述的列印頭，其中每個加熱器元件具有兩個相對側並且被配置成使由該加熱器元件形成的所述氣泡被形成在該加熱器元件的所述兩側。
12.根據權利要求1所述的列印頭，其包括通過化學氣相沉積(CVD)形成的結構，每個噴嘴被結合在該結構上。
13.根據權利要求1所述的列印頭，其包括小於10微米厚的結構，噴嘴被結合在該結構上。
14.根據權利要求1所述的列印頭，其包括多個噴嘴室，每個都對應於相應的噴嘴，並且多個所述加熱器元件被設置在每個室內，每個室內的加熱器元件被形成在彼此不同的相應層上。
15.根據權利要求1所述的列印頭，其中每個加熱器元件由固體材料形成，按原子比例，90％以上的所述固體材料由具有低於50的原子序數的至少一種周期元素構成。
16.根據權利要求1所述的列印頭，其中每個加熱器元件包括固體材料，並且被配置成使該加熱器元件的質量小於10納克的固體材料被加熱到所述沸點以上的溫度，由此將泡形成液的所述部分加熱到所述沸點以上的溫度，以由此引起所述滴的噴射。
17.根據權利要求1所述的列印頭，其中每個加熱器元件基本上被保形保護塗層覆蓋，每個加熱器元件的塗層已經被同時施加到加熱器元件的基本上所有側面，從而使塗層是無縫的。
18.一種結合列印頭的印表機系統，所述列印頭包括多個噴嘴；以及至少一個相應的加熱器元件，其對應於每個噴嘴，其中每個加熱器元件被設置成處於與泡形成液的熱接觸，每個加熱器元件被配置成將至少部分泡形成液加熱到其沸點以上的溫度以在其中形成具有坍縮點的可坍縮氣泡，由此導致可噴射液的滴通過對應於該加熱器元件的噴嘴的噴射，並且每個加熱器元件被配置成使由此形成的泡的坍縮點與該加熱器元件間隔開。
19.根據權利要求18所述的系統，其被配置成支持泡形成液處於與每個所述加熱器元件熱接觸，並且支持可噴射液與每個噴嘴相鄰。
20.根據權利要求18所述的系統，其中所述泡形成液和可噴射液是共同的液體。
21.根據權利要求18所述的系統，其被配置成在頁上列印並且作為頁寬列印頭。
22.根據權利要求18所述的系統，其中每個加熱器元件被配置成使由此形成的泡的坍縮點處於沒有形成列印頭部分的固體材料的位置。
23.根據權利要求18所述的系統，其中每個加熱器元件都具有限定其之間的間隙的部分，並且被設置成使由此形成的泡的坍縮點在對應於該加熱器元件的間隙內。
24.根據權利要求18所述的系統，其中每個加熱器元件處於懸梁的形式，被設置成懸置在至少一部分泡形成液之上以便於處於與其的熱接觸。
25.根據權利要求18所述的系統，其中每個加熱器元件被配置成需要小於500納焦(nJ)的激勵能量被施加到該加熱器元件，以充分加熱該加熱器元件以在泡形成液中形成所述泡，由此導致所述滴的噴射。
26.根據權利要求18所述的系統，其中列印頭被配置成接收環境溫度下的可噴射液的供給，且其中每個加熱器元件被配置成使被施加到其上以加熱所述部分從而導致所述滴的噴射所需要的能量小於將等於所述滴的體積的所述可噴射液的體積從等於所述環境溫度的溫度加熱至所述沸點所需要的能量。
27.根據權利要求18所述的系統，其包括具有基片表面的基片，其中每個噴嘴具有通過基片表面而開口的噴嘴孔，並且其中噴嘴相對於基片表面的面密度超過每平方釐米基片表面10，000個噴嘴。
28.根據權利要求18所述的系統，其中每個加熱器元件具有兩個相對側並且被配置成使由該加熱器元件形成的所述氣泡被形成在該加熱器元件的所述兩側。
29.根據權利要求18所述的系統，其包括通過化學氣相沉積(CVD)形成的結構，每個噴嘴被結合在該結構上。
30.根據權利要求18所述的系統，其包括小於10微米厚的結構，噴嘴被結合在該結構上。
31.根據權利要求18所述的系統，其包括多個噴嘴室，每個都對應於相應的噴嘴，並且多個所述加熱器元件被設置在每個室內，每個室內的加熱器元件被形成在彼此不同的相應層上。
32.根據權利要求18所述的系統，其中每個加熱器元件由固體材料形成，按原子比例，90％以上的所述固體材料由具有低於50的原子序數的至少一種周期元素構成。
33.根據權利要求18所述的系統，其中每個加熱器元件包括固體材料，並且被配置成使該加熱器元件的質量小於10納克的固體材料被加熱到所述沸點以上的溫度，由此將泡形成液的所述部分加熱到所述沸點以上的溫度，以由此引起所述滴的噴射。
34.根據權利要求18所述的系統，其中每個加熱器元件基本上被保形保護塗層覆蓋，每個加熱器元件的塗層已經被同時施加到加熱器元件的基本上所有側面，從而使塗層是無縫的。
35.一種從列印頭噴射可噴射液的滴的方法，所述列印頭包括多個噴嘴，以及對應於每個噴嘴的至少一個相應的加熱器元件，所述方法包括下述步驟加熱對應於噴嘴的至少一個加熱器元件，以將處於與所述至少一個被加熱的加熱器元件熱接觸的至少部分泡形成液加熱到泡形成液沸點以上的溫度；通過所述加熱步驟在泡形成液中產生具有坍縮點的可坍縮氣泡，從而使所述坍縮點與所述至少一個被加熱的加熱器元件間隔開；以及通過所述產生氣泡的步驟，使可噴射液的滴通過對應於所述至少一個被加熱的加熱器元件的噴嘴而噴射。
36.根據權利要求35所述的方法，在所述加熱步驟之前包括下述步驟設置泡形成液處於與加熱器元件熱接觸；以及設置可噴射液與噴嘴相鄰。
37.根據權利要求35所述的方法，其中泡形成液和可噴射液是共同的液體。
38.根據權利要求35所述的方法，其中產生氣泡的步驟包括產生氣泡以使其坍縮點處於沒有形成列印頭部分的固體材料的位置。
39.根據權利要求35所述的方法，其中每個加熱器元件都具有限定其之間的間隙的部分，並且產生氣泡的步驟包括產生氣泡使其坍縮點在對應於該加熱器元件的間隙內。
40.根據權利要求35所述的方法，其中每個所述加熱器元件處於懸梁的形式，所述方法在所述加熱至少一個加熱器元件的步驟之前進一步包括步驟設置泡形成液以使加熱器元件被放置在至少一部分泡形成液之上，並且處於與其的熱接觸。
41.根據權利要求35所述的方法，其中所述加熱至少一個加熱器元件的步驟是通過將小於500nJ的激勵能量施加到每個這樣的加熱器元件來實現的。
42.根據權利要求35所述的方法，在加熱至少一個加熱器元件步驟之前包括步驟接收環境溫度下到列印頭的可噴射液的供給，其中加熱步驟是通過將熱量施加到每個這樣的加熱器元件來實現的，其中所述所施加的熱能小於將等於所述滴的體積的所述可噴射液的體積從等於所述環境溫度的溫度加熱至所述沸點所需要的能量。
43.根據權利要求35所述的方法，包括提供列印頭的步驟，所述列印頭包括其上設置所述噴嘴的基片，該基片具有基片表面，並且噴嘴相對於基片表面的面密度超過每平方釐米基片表面10,000個噴嘴。
44.根據權利要求35所述的方法，其中每個加熱器元件具有兩個相對側，並且其中在產生氣泡的步驟中，所述泡被產生在每個被加熱的加熱器元件的所述兩側。
45.根據權利要求35所述的方法，包括提供列印頭的步驟，包括通過化學氣相沉積(CVD)形成一結構，該結構在其上結合了噴嘴。
46.根據權利要求35所述的方法，包括提供列印頭的步驟，包括小於10微米厚並且在其上結合了所述噴嘴的結構。
47.根據權利要求35所述的方法，其中該列印頭具有多個噴嘴室，每個室對應於相應的噴嘴，該方法進一步包括提供列印頭的步驟，包括在每個室中形成多個所述加熱器元件以使每個室中的加熱器元件被形成在彼此不同的相應層上。
48.根據權利要求35所述的方法，包括提供列印頭的步驟，其中每個加熱器元件由固體材料形成，按原子比例，90％以上的所述固體材料由具有低於50的原子序數的至少一種周期元素構成。
49.根據權利要求35所述的方法，其中每個加熱器元件包括固體材料，並且其中加熱至少一個加熱器元件的步驟包括將每個這樣的加熱器元件的質量小於10納克的固體材料加熱到所述沸點以上的溫度。
50.根據權利要求35所述的方法，包括提供列印頭的步驟，包括將保形保護塗層同時施加到每個加熱器元件的基本上所有側面以使塗層是無縫的。
全文摘要
一種噴墨列印頭，其包括多個噴嘴和對應於每個噴嘴的一個或多個加熱器元件(53，10)。每個加熱器元件被配置成將列印頭中的泡形成液加熱到其沸點以上的溫度，以在其中形成氣泡(12)。泡的產生導致可噴射液(如墨)的滴通過相應的對應噴嘴的噴射，以實現列印。泡形成液(其亦可以是墨)是可坍縮的，具有向其坍縮的坍縮點(17)，並且每個加熱器元件被配置成使由它形成的泡的坍縮點與該加熱器元件間隔開(54)。
文檔編號B41J2/14GK1713999SQ200380103847
公開日2005年12月28日 申請日期2003年11月17日 優先權日2002年11月23日
發明者卡·西爾弗布魯克 申請人:西爾弗布魯克研究有限公司