CN100384630C - 喷墨头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷墨头。第一板具有背面并具有排出油墨的孔。具有顶面和背面的第二板具有穿透该第二板并与所述孔相连通的第一油墨通道。第二板的顶面与第一板的背面可分离地接触。具有顶面和背面的隔膜板以与第二板的背面相接触的方式可分离地安装。压电元件与隔膜板的背面相连并且一激励就可操作以改变第一油墨通道的容量。

Description

喷墨头

相关申请的交叉引用

本申请以2004年3月23日提交的在先日本专利申请NO.2004-085557为基础并要求该申请的优先权的利益，该申请的全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种喷墨头，特别是涉及一种利用压电元件排出液滴的喷墨头。

背景技术

喷墨应用方法正开始用来形成液晶显示器的滤色片或有机场致发光(EL)显示器的发射层。喷墨应用方法是一种将微量的液体施加于平面上以形成滤色片或类似物的图案。

图5示出了用于这种工业用途的喷墨应用装置的喷墨头100的传统结构。该结构在日本专利NO.3389987中示出。

图5所示的喷墨头100具有喷嘴板101，其中喷孔102形成于喷嘴板101上。喷墨头100还具有喷嘴板103和隔膜106。油墨通道104形成于喷嘴板103上以便吸入油墨和通过喷孔102排出所吸入的油墨。隔膜板106改变油墨通道104内的压力。喷墨头100还包括压电元件111和基底部109。压电元件111插入基底部109上所形成的开口108内。元件101、103、106、109和110都是垂直堆叠的。

与每个油墨通道104相连通的油墨流道105也形成于喷嘴板103上。供墨孔107形成于隔膜106和基底部109上，将油墨提供给油墨流道105。

接下来将解释喷墨头100的操作。将电压应用于压电元件111上使隔膜106变形。隔膜106的变形促使油墨通道1 04的容量改变。这种容量的改变取决于所施加的电压。油墨通道104的容量的改变使得油墨通道104从油墨流道105吸入油墨并将所吸入的油墨从喷孔102排出。

为了形成精细的图案，理想的是使喷墨头100的喷孔102之间的节距尽可能地小。出于这种目的，一种方法就是将压电元件尽可能地制得薄些以缩短油墨通道104之间的间隔。此外，为了制造油墨通道104和油墨流道105，可采用一种常用于制造半导体装置的蚀刻法。

然而，从油墨通道104向外延伸的共用壁需要独立地排出液滴。该共用壁必须具有一些厚度以致于不会将所施加的压力传递给相邻的油墨通道104。

所以，喷孔102之间的一定量的间距是需要的。相应地，如图5所示，设有两排压电元件111和对应于该压电元件的喷孔102。如图6所示，其中一排的每个喷孔102形成为使其位于另一排的两个喷孔102之间的中点处。由此，可以施加具有间隔(a)的液滴，该间隔为两个喷孔102之间的间距的一半。

形成两排或多排喷孔102、并且沿着与该多排喷孔102垂直的方向移动待施加液滴的目标物(例如，纸张)，能够形成精细图案。另一种方法是低速移动目标物以形成精细图案。当施加的时间足够时，相对于目标物逐渐移动喷墨头100可形成精细图案，该图案比喷孔102的节距更精细。

当目标物是纸张时，喷墨应用装置基于喷孔102的位置控制排出的时限。当喷墨应用装置需要在目标物的特定位置处形成图案时，它基于目标物的供给速度控制排出时限。

如图7所示，喷墨头100相对于目标物供给方向成一个角度地定位，由此沿着与供给方向(X-方向)垂直的方向(Y-方向)调节图案的节距。

然而，当喷墨头100倾斜地定位时，喷墨头100必须控制X-方向上的排出时限，因为喷孔的位置在X-方向上并不是彼此相同。此外，仅一排喷孔适于对齐，因为当像图7所示的具有两排喷孔的喷墨头倾斜时，其中一排喷孔在Y-方向上与另一排喷孔之间的正中心位置并不对齐。

结果，为了形成具有小节距的液滴图案，优选方法是，除了尽可能地缩短喷孔之间的间隔以外，还要将仅具有一排喷孔的喷墨头倾斜。

图8和9示出了另一种传统结构，其中与油墨通道104相连的单排喷孔沿着与该单排喷孔方向垂直的方向交替延伸，这是公知的。这种结构使其能够形成节距为(d)的图案，该节距(d)小于由具有两排喷孔的喷墨头所形成的图案的节距。但是，这种结构难以将该结构中的流径清除干净，而为了稳定地排出液滴，这种清洗是必须的。

图8所示的喷墨头可通过调节相对于供给方向的一个角度来自由调节节距(d)。然而，由于流径的内部结构不是笔直的，它很难将流径中残留的气泡或固化油墨除去。

特别地，由于油墨通道104的结构复杂，可有效除去残留物的超声波不能直接到达油墨通道104的壁。为了除去残留物，必须采用流水清洗法来替代超声波清洗法，所述的流水清洗法利用诸如有机溶剂之类的液体来溶解残留物，所述的超声波清洗法损坏了超声波不能直接到达之处的洗涤力。

发明内容

根据本发明，提供一种喷墨头。该喷墨头包括：具有背面和具有排墨的孔的第一板；具有顶面和背面的第二板，所述第二板具有穿透该第二板并且所述孔相连通的第一油墨通道，第二板的顶面与第一板的背面可分离地接触。所述喷墨头还包括：具有顶面和背面的隔膜板，该隔膜顶面以与第二板的背面相接触的方式可分离地安装；和压电元件，它与隔膜板的背面相连并且一激励就可操作以改变第一油墨通道的容量。

根据本发明，还提供一种喷墨头，包括：第一板，其具有背面并具有排出油墨的多个孔；第二板，其具有顶面和背面，该第二板含有穿透第二板并与所述孔相连通的多个第一油墨通道，该第二板的顶面与第一板的背面可分离地接触，该第二板包括内壁，第一油墨通道包括侧壁，与第一油墨通道的侧壁相对应的第二板的内壁基本垂直于第二板的顶面和背面；隔膜板，其具有顶面和背面，该隔膜顶面以与第二板的背面接触的方式可分离地安装；压电元件，其与隔膜板的背面相连并且一激励就可操作以改变第一油墨通道的容量；与隔膜板的背面相接触的基底部，该基底部含有通孔，压电元件经由该通孔插入；与第一板的顶面相接触的孔板，该孔板含有与所述孔相连通的小孔；以及螺钉，它穿透第一、第二板和隔膜板并通过接合基底部上所形成的内螺纹而将它们紧固；其中，第一板的顶面平行于第一和第二板之间的界面；并且第一板具有位于所述孔与第一油墨通道之间的第二油墨通道，第一油墨通道经由第二油墨通道与所述孔相连通。

附图说明

图1为根据本发明的拆开的喷墨头的斜视图；

图2为图1所示喷墨头的剖视图；

图3为图1所示的拆开的喷墨头的剖视图；

图4为根据本发明的第二个被拆开的喷墨头的剖视图；

图5为根据现有技术的拆开的喷墨头的斜视图；

图6为图5所示的喷墨头的喷嘴板的平面图；

图7为图5所示的喷嘴板的平面图，该喷嘴板相对于供给方向成一角度；

图8为根据现有技术的喷嘴板的平面图，该喷嘴板具有成直线布置的喷孔；

图9为现有技术的具有另一种喷嘴板的喷墨头的斜视图。

具体实施方式

现在将参照附图1-3描述本发明的一个实施例。

图1所示为拆开的喷墨头1的斜视图。喷墨头1具有喷嘴板3(第一板)、墨腔板6(第二板)、隔膜板8、基底部9、和压电元件部分12。

形成于喷嘴板3上的多个喷孔2(孔)相间隔地成直线布置。

将油墨提供给喷孔2的油墨通道5a(第一油墨通道)形成于墨腔板6上，穿透墨腔板6。油墨通道5a分别吸入油墨并将所吸入的油墨提供给喷孔2。

基底部9具有两个开口11，压电元件部分12的压电元件13插入这两个开口内。所插入的压电元件13接触隔膜板8的背面，并施加压力从而通过使隔膜板8变形来改变油墨通道5a内的容量和压力。这些元件3、6、8、9、和12堆叠在一起构成喷墨头1。

油墨通道5b(第二油墨通道)形成于喷嘴板3上。油墨通道5b不完全穿透喷嘴板3而是具有一个对着墨腔板6顶面的开口。每个第二油墨通道5b与对应的喷孔2以及对应的第一油墨通道5a相连通，这样每个第一油墨通道5a经由第二油墨通道5b将油墨提供给喷孔2。第一和第二油墨通道5a和5b一起构成油墨通道5。

如图1所示，第一油墨通道5a沿着与直线布置的喷孔2的方向垂直的方向交替延伸。

两个伸长了的油墨流道7形成于墨腔板6上，从而经由凹槽19(图2和3)将油墨提供给第一油墨通道5a。油墨流道7和凹槽19不穿透墨腔板6而是具有一个对着隔膜板8的开口。两个油墨流道7彼此平行形成。其中一个油墨流道7通过凹槽19与油墨通道5a的其中一列相连通，另一油墨流道7通过凹槽19与油墨通道5a的另一列相连通。隔膜板8和基底部9分别具有与油墨流道7相连通的通孔(未示出)。油墨通过该通孔提供给油墨流道7。

六个通孔4a被钻在喷嘴板3的外围上并且具有接收固定螺钉10的锪孔(counter boring)。通孔4b和4c分别形成于墨腔板6和隔膜板8上，其位置对应于通孔4a。

隔膜板8由弹性材料制成并位于墨腔板6与基底部9之间。固定螺钉10插入螺钉孔4a内以固定喷嘴板3、墨腔板6、隔膜板8、和基底部9的相对位置。取代使用螺钉，可采用粘合剂来固定它们的相对位置。螺纹孔15形成于基底部9的突部14上。穿过通孔4a、4b和4c的每个固定螺钉10穿入各个螺纹孔15内从而紧固喷嘴板3、墨腔板6、和隔膜板8。

喷嘴板3和墨腔板6可由烧结的陶瓷或金属制成。为了减少表面粗糙度，这些板3和6的配合面，墨腔板6和喷嘴板3的顶面和底面，都被优选地进行精细抛光。

两个开口11彼此平行地形成于基底部9上，压电元件13插入该开口内。如图1所示，具有两排压电元件13。其中一排压电元件13相对于另一排的对应元件13偏移，从而使纵向上的两对应元件之间对齐。这样，每个压电元件13可以改变对应的油墨通道5的容量。压电元件13的顶面借助于粘合剂粘结于隔膜板8的背面上。通过与每个压电元件13相连的电线(未示出)将电压施加于每个压电元件13上，从而激活该每个压电元件13。将电压施加于压电元件13上可推拉隔膜板8。

图2为沿着拆开的喷墨头1的剖面A-A(它在图1中示出)的剖视图。与压电元件13的顶面相接触的部分隔膜板8构成油墨通道5的部分壁，该油墨通道5形成于喷嘴板3和墨腔板6上。

孔板16是利用粘合剂或扩散粘结法粘结于喷嘴板3的顶面上。与喷孔2相连通的小孔17形成于孔板16上。此外，对应于螺钉孔4a的通孔也形成于孔板16上。

隔膜板8的表面也可以进行高度精加工以减少表面粗糙度，如同喷嘴板3和墨腔板6一样。这样，喷嘴板3、墨腔板6、和隔膜板8彼此紧密接触，其间的距离最小。然而，可通过松开固定螺钉10将它们拆开，该固定螺钉使喷嘴板3、墨腔板6、和隔膜板8结合成一整体。换句话说，墨腔板6的顶面与喷嘴板3的背面可分离地接触，隔膜板8的顶面可分离地接触墨腔板6的背面。

喷嘴板3和墨腔板6之间的界面平行于喷嘴板3的顶面，包括喷孔2的顶面。因此，每个喷孔2的端面与界面之间的距离均匀，这样从每个喷孔2排出的液滴量也会是均匀的。

当喷墨应用装置具有多个喷墨头时，该喷墨应用装置必须控制每个喷墨头以便均匀地排出液滴。为了补偿喷墨头之间的分散性，一种方法是控制每个喷墨头与目标物之间的距离。然而，这太复杂。但是，通过利用喷墨头1，在喷墨头1当中，喷孔2的每个端面与界面之间的距离可制成均匀的，这样每个喷墨头1可排出几乎相同量的墨滴，而不需要复杂的距离控制。

接下来将解释喷墨头1的操作。将电压应用于压电元件1上使得压电元件13收缩。于是，对应的油墨通道5的容量增大，由于所收缩的压电元件13牵拉与油墨通道5的部分壁相对应的部分隔膜板8。所增大的油墨通道5吸引存储在油墨流道7内的油墨。与喷墨头1分离设置的供墨槽(未示出)经由通孔(未示出)将油墨提供给油墨流道7。

接下来，改变(减少)施加于压电元件13上的电压，使压电元件13迅速延展，这种延展使得对应的部分油墨通道5的容量迅速缩小。油墨通道5内的油墨不是流向凹槽19而是对应的喷孔2，因为喷孔2的流道阻力小于凹槽19。结果，墨滴通过孔板16的小孔17排出。之后，除去压电元件13上的电压，喷墨头1返回至初始位置。

当利用含有作为基材的有机材料的油墨时，变干的油墨会在喷孔2的前缘周围固化，由此污染喷墨头。在这种情况下，需要清洗喷墨头1以便除去污垢。

如图3所示，拧松固定螺钉10就易于拆开喷墨头1，由此将喷嘴板3、墨腔板6、基底部9、和隔膜板8拆开，益于清洁操作。而且，油墨通道5a和5b的内表面垂直于配合面，这样超声波清洗或Mhz清洗所产生的波可直接到达它们的几乎所有内表面。

在传统的喷墨头中，通道内壁上的固化油墨难以除去。但是，采用喷墨头1，可容易地除去固化油墨。此外，固化油墨可利用显微镜进行直观观察或分析。这种分析能够有助于提高清洗效率。

由于超声波清洗会产生空穴，该空穴会损坏喷墨头1的表面，所以利用最小的动力和尽可能少的时间可清洗喷墨头1。

此外，将压紧的喷嘴板3、墨腔板6和隔膜板8拆卸，消除了油墨流径的盲角。这样，在传统的喷墨头中难以清洗的诸如流径的弯曲部之类的区域可被清洗。例如，积累在区域A(图2)周围的固化油墨可除去。虽然，传统的喷墨头具有喷嘴板和墨腔板，它们利用粘合剂等结合在一起，但是积累在盲角周围的固化油墨不能容易地除去。

接着，对排出特征的评价进行试验。

在本试验中，采用这样一种喷墨头，它具有成直线排列的64个喷孔，以及与喷孔交替相连的排成两排的32个油墨通道。

为了放大对相邻油墨通道的影响，压电元件仅挤压其中一排的32个油墨通道。32个喷孔将液滴排向测量板。测量目标物位置与实际击打位置之间的位移度。此外，还测量撞击在所述板上的液滴的直径。该液滴的直径与所排出的液滴量有关，这样可评价量的分散性。

目标物位置与击打位置之间的平均位移约为喷孔节距的2.5％。最大位移为节距的3.5％。至于液滴直径，所有液滴的平均直径与每个液滴直径之间的最大差值落在平均直径的3％的范围内。所以，本发明的喷墨头的排出特征决不次于传统的喷墨头。

结果，该喷墨头可以与传统的喷墨头执行得一样好，即使油墨通道可以拆成两个部分，也即，喷嘴板3和墨腔板6。

接下来参照图4解释本发明的第二实施例。图4所示为拆开的喷墨头30的剖视图。油墨通道5和油墨流道7的结构与喷墨头1相同，因此详细说明省略。本实施例与第一实施例的不同之处在于利用另一个框架部分31来接收固定螺钉10。即使喷嘴板3、墨腔板6和基底部9之间必须紧密接触以便有效地传递压电元件13所施加的压力，所述的接收固定螺钉10的部件也不必紧密接触墨腔板6。所以，采用框架部分31，可形成足够深度的锪孔来接收固定螺钉10。

根据上文的教导可以对本发明作出多种变形。所以要理解的是，在附随的权利要求的范围内，除了这里具体描述的方式以外，本发明可以按其它方式来实施。当没有本实施例中所示的那些元件也可获得某些效果时，这些元件可以省去。

在本实施例中，孔板16和喷嘴板3由不锈钢板制成。但是也可使用诸如镀钨或镀镍金属之类的其它金属。也可使用诸如聚酰亚胺之类的树脂。喷墨头1或30不仅可以排出油墨打印纸张，还可以排出油墨形成液晶显示器的滤色片或有机场致发光(EL)显示器的发射层或类似物。

可利用分散粘结法或粘合剂将孔板16粘结于喷嘴板3上。在采用粘合剂时，通过拆卸喷墨头1或30可以确认是否具有泛溢的粘合剂。甚至还可以除去所述的泛溢的粘合剂。通过增加其它喷嘴板还可以使用三排或多排压电元件。

Claims (16)

1.一种喷墨头，包括：

第一板，其具有背面并具有排出油墨的孔；

第二板，其具有顶面和背面，该第二板含有穿透第二板并与所述孔相连通的第一油墨通道，该第二板的顶面与第一板的背面可分离地接触；

隔膜板，其具有顶面和背面，该隔膜顶面以与第二板的背面接触的方式可分离地安装；和

压电元件，其与隔膜板的背面相连并且一激励就可操作以改变第一油墨通道的容量。

2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，还包括与隔膜板的背面相接触的基底部，该基底部含有通孔，压电元件经由该通孔插入。

3.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于：

第二板包括内壁；

第一油墨通道包括侧壁；

与第一油墨通道的侧壁相对应的第二板的内壁基本垂直于第二板的顶面和背面。

4.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于：

第一板的顶面平行于第一和第二板之间的界面。

5.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，还包括与第一板的顶面相接触的孔板，该孔板含有与所述孔相连通的小孔。

6.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，第一油墨通道的内壁由金属制成。

7.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，第一油墨通道的内壁由陶瓷制成。

8.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，第一板具有位于所述孔与第一油墨通道之间的第二油墨通道，第一油墨通道经由第二油墨通道与所述孔相连通。

9.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，第一板具有排出油墨的多个孔，第二板具有穿透第二板并与所述孔相连通的多个第一油墨通道。

10.根据权利要求2所述的喷墨头，其特征在于，还包括螺钉，它穿透第一、第二板和隔膜板并通过接合基底部上所形成的内螺纹而将它们紧固。

11.根据权利要求8所述的喷墨头，其特征在于，第二油墨通道是对着第二板顶面开口的凹槽。

12.根据权利要求9所述的喷墨头，其特征在于，第二板含有与多个第一油墨通道相连通的油墨流道。

13.根据权利要求9所述的喷墨头，其特征在于，多个所述孔成直线地设置。

14.根据权利要求12所述的喷墨头，其特征在于，油墨流道为对着隔膜板顶面开口的凹槽。

15.根据权利要求13所述的喷墨头，其特征在于，多个第一油墨通道沿着与所述孔的直线设置方向相垂直的方向交替地延伸。

16.一种喷墨头，包括：

第一板，其具有背面并具有排出油墨的多个孔；

第二板，其具有顶面和背面，该第二板含有穿透第二板并与所述孔相连通的多个第一油墨通道，该第二板的顶面与第一板的背面可分离地接触，该第二板包括内壁，第一油墨通道包括侧壁，与第一油墨通道的侧壁相对应的第二板的内壁基本垂直于第二板的顶面和背面；

隔膜板，其具有顶面和背面，该隔膜顶面以与第二板的背面接触的方式可分离地安装；

压电元件，其与隔膜板的背面相连并且一激励就可操作以改变第一油墨通道的容量；

与隔膜板的背面相接触的基底部，该基底部含有通孔，压电元件经由该通孔插入；

与第一板的顶面相接触的孔板，该孔板含有与所述孔相连通的小孔；以及

螺钉，它穿透第一、第二板和隔膜板并通过接合基底部上所形成的内螺纹而将它们紧固；

其中，第一板的顶面平行于第一和第二板之间的界面；并且

第一板具有位于所述孔与第一油墨通道之间的第二油墨通道，第一油墨通道经由第二油墨通道与所述孔相连通。

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