专利名称：静电吸附式喷墨装置以及制造该装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种例如喷墨打印机，传真机等等的喷墨装置。更具体地说，涉及一种静电吸附式喷墨装置，该装置通过将墨室与工作液流室合二为一来执行墨汁喷射操作而无需单设一个工作液流室。
通常，在喷墨打印机，传真机等输出装置的打印头所采用的喷墨装置是依靠一物理力在墨室中将墨水经一喷嘴喷墨。根据对墨汁所施加的物理力的形式，这些喷墨装置被分为热力型、静电吸附型，压电型和热压缩型。
图1示出了一种静电吸附式喷墨装置，该喷墨装置包括一驱动部分20和一喷嘴部分40。
驱动部分20包括一板15，一层叠在板15之上的氧化膜，一带有工作液流室27的工作液流挡壁25，一个位于工作液流室27内的下部电极17，一位于工作液流室27中的薄层30，以及一设在薄层30之上的上部电极37。工作液流室可以处于一种真空状态，或是处于一种充满工作液流的状态，该工作液流具有高的介电常数，足以加快静电吸附操作(将在后面描述)。
喷嘴部分40包括带有墨室57的墨室挡壁45，和一个与墨室挡壁45的上部相连接的喷嘴板47。在喷嘴板47上，成形有喷嘴49以将墨喷入墨室57。墨水稳定地自墨水供应源(未示出)供应到墨室57中。随着在上下电极37和17上施加电压并在二者之间产生电位差，薄层30在电位差作用下朝工作液流室内向弯曲。在此，使薄层30变形的力由下面公式获得F=eAV2／2D2在此，e表示工作液流室27内的介电常数，A是上电极37的面积，V是上电极与下电极37与17之间的电位差，且D是上、下电极37和17的间距。
随着薄层30的变形，墨室57中的压力下降，从而来自墨水源的墨水被吸入到墨室57，然后，随着电压被切断掉且在上，下电极37和17之间不再有电位差，薄层30恢复到原来形状。在此，墨室57中的压力增压，且其中的墨水经喷嘴49排出。如上所述，通过反复地施加和消去电位差，喷墨工作得以实现。
静电吸附式喷墨装置的驱动部分20是按如下方式制作的图2-9示出了组装现有的静电吸附式喷墨装置驱动部分的全过程，为了制造驱动部分20，首先分别制作薄层30和其他部件，然后再组装到一起。
下一步，如图2所示，聚酰胺材料的薄层30由自旋式包覆机覆盖于一以气相沉积方式盖在板60上的氧化膜61之上。然后如图3所示，一个石英玻璃做的O型圈63被置于薄层30上。然后再如图4所示，板60和氧化膜61自薄层30脱离，只余下薄层30。
如图5所示，经过一光刻过程，在用气相沉积法置于板15之上的氧化膜14上形成一个下部电极17。然后，如图6所示，在板15上的氧化膜14上制出一墨室挡壁25，该挡壁25被自旋式包覆机以聚酰胺材料形式施加到氧化膜14上，且随后其中部被用光刻工艺进行蚀刻。
在墨室挡壁25完成之后，如图7所示，薄层30被颠倒过来，且薄层30的O型环63与墨室挡壁25的上部对齐并连接。然后，如图8中所示，O型环被移去。再有，如图9中所示，上电极37以气相沉积方式置于薄层30之上，形成了一个完整的驱动部30，此后，通过将喷嘴部40经一单独的组装过程安装在驱动部分30上，就完成了一个静电吸附式喷墨装置。
但是，这种现有的喷墨装置有如下缺点；薄层30是单独制作的，这需要多个步骤，例如O型环63粘接过程，以及板分离过程等等。因此，将薄层30连接于工作液流挡壁25还需其他步骤，同时为制造薄层30，还需要消耗一些晶片形料。
还有，在现有的喷墨装置中，由于工作流体室27与墨水室57彼此分离，所以驱动部分20与带有工作流体室27的喷嘴部40以及墨室57必须分别制作，这使组装过程变准。
为了克服上述困难，提出了一种静电吸附式喷墨装置，其中喷嘴40的墨室挡壁25与薄层30在制造喷嘴部40时被做为一个整体制出。根据这样一个喷墨装置，由于墨室挡壁25与薄层30彼此一体化制出，所以减少了安装步骤。在这样的喷墨装置中，由于很难制造用于与下电极17之间产生静电吸附的上电板37，所以通过在与薄层30对应的区域增加物质的方式提高导电性。
但是，在上述的喷墨装置中有一个缺点，即，无法在下电极17与薄层30之间保持一个很精细的间隙。根据上述公式(F=eAV2／2D2)，静电吸力随着下，上电极17和37之间的间隙的降低而增加。在上述喷墨装置中，下，上电极17和37间的间隙增加了，因此，为产生适当的静电吸力需要更大的电位差。再者，利用上术的喷墨装置，很难做出很薄的薄层30，因此需要更大的静电吸力，因此，上述喷墨装置的又一缺点在于，工作液流室27与墨室57还需分别制造。
本发明旨在克服上述现有技术中的问题，因此，本发明的目的之一是提供一种静电吸附式喷墨装置及其制造方法，从而具有简单的制造工艺，可高效地产生吸引力，并通过将薄层与驱动部整体地制出来提高墨水的排出效率。
本发明的另一个目的在于提供一种静电吸附式的喷墨装置及其制造方法，通过将工作液流室与墨室整体地形成在一起来简化制造过程。
上述的目的经本发明的静电吸附式喷墨装置来实现，该装置包括一板，该板具有一墨室，用于自外部墨源接收所供应的墨水；和一喷嘴孔，自墨室延伸至板的终端部，并开口于该板的终端部；一层叠于板之上的薄层；一位于墨室中的下电极；和一位于薄层外表面上的上电极；当电位差施加到上、下电极之间时，薄层因电位差所产生的静电吸力而变形，从而薄层向墨室内弯曲以压缩墨室内的墨水，并经喷嘴孔向外喷出。
薄层和上电极包括一透过它们而形成的供墨孔以便经该孔向墨室供墨。
同时，上述目的亦根据本发明的一种用来制造静电吸附式喷墨装置的方法而得以实现，该方法包括如下步骤1)利用蚀刻的方法构造墨室和喷嘴孔，该墨室用于接收自外部墨水源供应来的墨水，该喷嘴孔自墨室向晶片的终端部延伸并在该终端部开口；2)在所述墨室中以气相沉积法制出一下电极；3)将一聚酰胺层贴在晶片上；4)通过蚀刻聚酰胺层形成一薄层；并且5)用气相沉积法在薄层上制出一上电极。
此处，形成墨室和喷嘴的步骤由湿刻法完成，而形成薄层的步骤由干刻法完成。
此后，在贴好上层电极之后，进行构造穿过薄层和上电极的墨水供应孔的操作，该孔起到自外部墨水供应源向墨室供应墨水的通道的作用。这里，形成墨水供应孔的步骤还包括以下各子步骤a)通过光刻上电极而形成位于上电极上的墨水供应孔。b)通过干刻薄层而在其上形成墨水供应孔。
在根据本发明的静电吸附式喷墨装置的制造方法中，制造过程变得更简单，且驱动操作更迅速。
在连同下面的附图一起考虑的过程中，结合下列附图，本发明的上述和其他目的及优点将更加清楚。
图1是一个现有技术的静电吸附式喷墨装置的剖面图；图2到图9为一组图，顺序地示出了制造图1所示的喷墨装置的驱动部分的过程；图10A至14为一组图，顺序地示出了制造本发明喷墨装置的过程；并且图15和16为剖面图，示出了本发明的喷墨装置。
下面将结合附图对本发明做详细说明。这里，喷嘴部分结构与图1所示的现有技术喷墨装置结构相同，因此不再赘述，此外，相同的元件以相同标号表示。
图10A至14顺序地示出了制造本发明喷嘴装置的过程。
首先，如图10A和10B所示，通过对一晶片(wafer)115进行蚀刻而形成一墨室127、一个排墨通道148和一个喷嘴149，其中晶片115起到了板的作用。墨室127存贮由外部墨源(未示出)供应来的墨水。排墨通道148与喷嘴149与墨室127一体构成。更具体地说，排墨通道148和喷嘴149自墨室127延伸至晶片115的终端部，从而在晶片115的终端部上开口。
墨室通过如下方式形成在墨室127形成区域以外的必要区域上涂上一层氮化硅，并进行湿蚀刻，蚀刻的深度通过调节蚀刻时间和溶液浓度来调整。此外，当硅晶片115被进行湿蚀刻时，最好是采用具有一个定向器(orientation)100的晶片以便保持一适当的倾斜度。更具体地说，由于带定向器100的晶片在相对于水平面保持54．74°角的情况下被蚀刻，当进行气相沉积金属以制作电极时，台阶覆盖特性(step coverage)得以改进。
在蚀刻完墨室127之后，在晶片115上用气相沉积法形成一个由氧化膜或氮化膜形成的绝缘层(未示出)，如图11A和11B所示，通过光刻方式使下电极117气相沉积在墨室127中，然后，如图12所示，一聚酰胺(polyamide)片层(sheet)130a被以层压法贴接在板上。
通过对聚酰胺层130a进行蚀刻，可以获得如图13A，13B所示的薄层(membrane)130。为了以低电压驱动薄层130，其厚度应薄至几个毫米。在此，由于聚酰胺层130a具有几十微米的厚度，所以聚酰胺层130a被蚀刻以获得薄层130，该薄层的厚度适合于在静电吸力作用下变形。此处，用干刻法对聚酰胺层130a进行蚀刻。由于聚酰胺层130a是通过干蚀刻法得到的，所以很容易地得到具有理想厚度的薄层130。
在薄层130制作完毕后，通过光刻过程将金属层以气相沉积法制作在薄层130上。在以气相沉积法制做完金属层之后，如图14A和14B所示，除了覆盖墨室127的上电极之外的其他部分均被取掉，同时一导体137a自上电极137向外延伸。导体137a和下电极117与外部电源的电极相连。因此，当电流自外部电源到来时，在上，下电极137和117之间就产生了电位差。
透过薄层130和上电极137形成有一个墨水供应孔。透过上电极137形成的墨水供应孔190a在形成上电极137和导体137a的光刻过程期间形成在金属层的中部，同时在上电极137的墨水供应孔190a形成之后，透过薄层130而形成的墨水供应孔190b也被用干蚀刻法制成。
在墨水供应孔190制成之后，一个墨水瓶200被组装到薄层130的上部，并由此得到如图15所示的完整的喷墨装置。
下面，将结合图15和图16介绍根据本发明的喷墨装置的工作情况。
墨水经墨水供应孔190自墨水瓶200进入到墨室127中，并充满该室127。当电施加至上、下电极137和117时，在这二个电极之间产生电位差。利用该电位差，由上面提到过的公式(F=eAV2／2D2)获得一个静电吸力，且因此如图16所示，薄层130变形并朝向墨水室127内部弯曲。因此，墨室127中压力升高，同时室127中的墨经排出通道148和喷嘴149向外喷射。
当向上、下电极137和117的供电被切断时，在上下电极137和117之间不再产生电位差，因而薄层130恢复其如图15所示的原来位置。因此，墨室127中的压力下降，且墨水瓶200中的墨水经墨水供应孔190被吸入到墨室127中。喷墨操作以上述方式重复进行。
根据本发明，由于薄层130与驱动部分120彼此一体构成，因此不需要制造和粘接薄层130的其他过程。还有制造薄层130的其他材料，例如晶片，也不再需要，同时薄层130能获得所希望的较薄的厚度。所以，即使是以很低的电位差也可以有效地驱动喷墨装置。
还有，由于墨室127起到工作液流室的作用，所以不再需要一个额外的工作液流室。因此根据本发明的喷墨装置比由喷嘴部和驱动部构成的现有技术的装置结构制造过程更简单。
此外，充入到墨室127中的墨水具有大于空气或真空状态80倍的介电常数。因此，从本发明的喷墨装置经上述公式(F=eAV2／2D2)获得的静电吸力远大于现有技术中获得的静电吸力。这意味着即使在较低的电位差下，也可利用本发明的喷墨装置得到同样的吸引力。同时喷墨装置可以被更快地驱动。
如上所述，根据本发明的喷墨装置和其制造方法，制造过程和结构变得更简单，且驱动操作可以被更有效地执行。
如上所述，本发明的优选实施例被示出和描述，虽然已描述了本发明的优选实施例，但应当明白，本发明不应被局限在该优选实施例中，在不脱离在后续权利要求书中所述本发明精神和范围的条件下，本领域内的技术人员还可以做出各种变化和修改。
权利要求
1．一种静电吸附式喷墨装置，包括一板，该板具有一墨室，用于自外部墨源接收所供应的墨水；和一喷嘴孔，自墨室延伸至板的终端部，并开口于该板的终端部；一层叠于板之上的薄层；一位于墨室中的下电极；和一位于薄层外表面上的上电极；当电位差施加到上、下电极之间时，薄层因电位差所产生的静电吸力而变形，从而薄层向墨室内弯曲以压缩墨室内的墨水，并经喷嘴孔向外喷出。
2．根据权利要求1所述的喷墨装置，其中喷嘴孔自墨室沿板的表面延伸至板的终端部并在该板的终端部开口。
3．根据权利要求1所述的喷墨装置，其中薄层和上电极包括一透过薄层和上电极形成的墨水供应孔，从此向墨室供应墨水。
4．一种制造静电吸附式喷墨装置的方法，包括以下步骤1)利用蚀刻的方法构造墨室和喷嘴孔，该墨室用于接收自外部墨水源供应来的墨水，该喷嘴孔自墨室向晶片的终端部延伸并在该终端部开口；2)在所述墨室中以气相沉积法制出一下电极；3)将一聚酰胺层贴在晶片上；4)通过蚀刻聚酰胺层形成一薄层；并且5)用气相沉积法在薄层上制出一上电极。
5．根据权利要求4所述的方法，其中用湿蚀刻法完成形成墨室和喷嘴孔的步骤。
6．根据权利要求4所述的方法，其中用层叠法完成将聚酰胺层贴上的步骤。
7．根据权利要求6所述的方法，其中用干刻法完成薄层的制作。
8．根据权利要求4所述的方法，还包括在将贴上上电极的步骤之后，形成透过薄层和上电极的墨水供应孔的步骤，该墨水供应孔起到将来自外部墨源的墨水供应到墨室的通道的功能。
9．根据权利要求8所述的方法，其中构造墨水供应孔的步骤还包括子步骤a)通过光刻上电极而在上电极上形成一墨水供应孔；并且b)通过干蚀刻所述薄层而在其中构造一墨水供应孔。
全文摘要
一种静电吸附式喷墨装置包括一板,该板上带有用于接收墨水的墨室和自墨室向板的终端部延伸并在该终端部开口的喷嘴孔;层叠于板上的薄层;位于墨室中的下电极,和设在薄层外表面上的上电极。通过在上下电极上施压电位差而产生吸力,薄层在墨室内弯曲并压缩室内墨水。这样墨水经喷嘴孔向外喷。由于薄层与驱动部分彼此整体构成,所以制造过程更简单,且静电吸力的产生和喷墨操作可以被更有效地执行。
文档编号B41J2/045GK1294975SQ0013399
公开日2001年5月16日 申请日期2000年11月6日 优先权日1999年11月4日
发明者尹容燮, 高熙权, 朴景镇 申请人:三星电子株式会社