CN1142857C - 微滴喷涂装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

微滴喷涂装置，包括：一设有在一侧开口的至少一个通道的主体；在各端与一供给腔联通的通道，所述供给腔用于供给液滴流体；致动装置，包括在所述主体中并与各个通道相连接以产生液滴的喷射；一盖，用于封闭至少一个通道的开口，该盖内设置有至少一个开口，用于液滴从所述通道经该开口喷出；和一基板，该基板与所述的盖一起限定供给腔，该供给腔与至少一条通道的各个端联通。

Description

微滴喷涂装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种微滴喷涂装置，尤其涉及一种喷墨打印头。

背景技术

图1示出了公开于WO91/17051中的一种喷墨打印头，这种打印头包括一主体，该主体设有一阵列式开口加顶盖的通道，这些通道被一盖所封闭。每个通道都在其两端与相应的供墨腔连接，而其中部则与形成于盖上的喷嘴相连接。通道壁由压电材料制成，当其受到电场作用时，将会弯曲并使墨滴从相应的喷嘴中喷出。

发明内容

本发明的最佳形式提供一种结构简单、制造成本低的上述类型的装置，这也是本发明的目的。

本发明的第一方面包括微滴喷涂装置，其包括：一设有在一侧开口的至少一个通道的主体，该通道在各端与一供给腔联通，其中所述供给腔用于供给液滴流体；致动装置，包括在所述主体中，并与各个通道相连接以产生液滴的喷射；一盖，用于封闭至少一条通道的开口侧，该盖内设置有至少一个开口，用于液滴从所述通道经该开口喷出；和一基板，该基板与所述盖一起限定供给腔，该供给腔与至少一条通道的各个端联通。

在这种结构中，与供墨腔以“活性体”形式制成的情况，例如在WO91/17051中所公开的结构形式相比，由基板和盖限定的供墨腔不要求很严格的公差。此外，与主体-打印头中的“活性”部件所用的材料相比，基板可由较便宜的材料制成。

本发明的第二方面涉及喷墨打印头的控制装置并包括液滴喷涂装置，其包括：一设有在一侧开口的至少一个腔的主体；每个腔都与一用于液滴喷射的开口及一用于供给液滴流体的总管联通；致动装置，该装置与各个腔相连接，以根据电信号产生液滴的喷射；一盖，封闭至少一个腔的开口侧；所述总管至少部分地由一基板限定而成，所述基板还至少部分地限定另一腔；控制装置，用于向定位于所述另一腔内的致动装置传送电信号。

这样，控制装置(一般为集成电路)本身就与打印头形成一体的结构，从而增加紧凑性，并减少集成电路暴露于周围环境中的程度。

本发明的第三方面在于液滴喷涂装置，其包括第一和第二通道，每个通道的一端分别与一单个用于供给液滴流体的公共供给腔联通，第一和第二通道的各另一端分别与相应的另一供给腔联通，该供给腔用于供给液滴流体；所述第一和第二通道各包括一用于喷射液滴的开口；致动装置，其与各个通道相连接，以产生液滴喷射。

这样安排可以得到一紧凑的结构，其中液滴流体从这单个公共供液腔流出，通过第一和第二通道之每个，并分别流出到另外的供液腔中。该流动也可以在相反的方向上进行。这种流通可以用于许多已知的目的中，比如去除污垢和气泡、冷却通道等。

根据第四方面，本发明在于液滴喷涂装置，其包括：一设有在一侧开口的至少一个腔的主体；每个腔都与一液滴流体的供应装置和一用于液滴喷射的开口联通；致动装置，其与各个腔相连接，以根据电信号产生液滴的喷射；一主体的支承件，该支承件封闭所述腔的开口侧，并且在支承件上至少有一条线路和至少一个开口，其中线路用于将电信号传送到相应的致动装置，开口用于液滴从相应腔的喷射。

已经发现这种结构特别适于加工：该支承件不仅在加工过程中是活性主体的一支承件，而且有利的是，将驱动芯片安装在导电线路上，并且该支承件也为每个与主体上的每个腔相联通的喷嘴提供了位置。相关的方法也包括在本发明中。

本发明的第五方面涉及一个具有导电线路的基片，沿着每条线路有许多位置，一集成电路可以连接在这些位置上；该多个位置沿着每条线路彼此间相互隔开配置，对于每条线路，设有一与集成电路芯片连接处相邻的位置，该位置位于该集成电路芯片的覆盖区域之外。

万一一个安装好的集成电路-特别是打印头驱动芯片被检验出是不合格的，该方法可以使一个替代芯片连接到基片上的线路上，而不用去除不合格的芯片，对基片的潜在伤害被消除了。从而有利于加工制造方面。一个相关的方法也被包括在本发明中。

前述最佳实施例被描述在从属权利要求中(其作为简明的内容，通过引用而被结合)和下面的说明书中。

附图说明

现在参照附图，以例子的方式描述本发明。

图1示出了公开于WO91/17051中的现有技术的喷墨打印头；

图2是沿图1中剖面线A-A的剖视图；

图3示出了结合有本发明第一方面的打印头；

图4示出了结合有本发明第二方面的打印头；

图5是根据本发明之“页宽”打印头的部件分解立体图；

图6是图5中的打印头沿垂直于方向“W”截取的组装剖视图；

图7示出了一个微滴喷射口的细节；

图8和图9示出了安装一驱动芯片的不同方法。

具体实施方式

图1示出了公开于WO91/17051中的现有技术的喷墨打印头1，它由一压电材料层3制成，较合适的压电材料是钛酸铅锆(PZT)，在压电材料层3的上表面形成有一阵列式开口加顶盖的油墨通道7。如图2所示，该阵列中的连续通道被侧壁13所分隔，其中侧壁13由压电材料制成，并在该层的厚度方向上被极性化(如箭头P所示)。在相对的面向通道的表面17上设置有电极15，电压通过连接件34作用到电极15上。正如已知的，例如EP-A-0364136中披露的，在一壁两侧的电极间施加一电场可以使该壁产生剪切式弯曲而进入侧边通道，并在该通道中产生一压力脉冲。

该通道由盖25封闭，在该盖上形成有喷嘴27，每个喷嘴27与相应的通道在其中部相联通。微滴从喷嘴的喷射是相应于前述的压力脉冲而产生的，这在本领域内是公知的。在图2中由箭头S表示的液滴流体到通道内的供给是通过两个管道33进行的，管道33以一深度切入到层3的底面35上，以使其在两相反端与各通道7相联通。一个基盖板37被粘接到底面35上，以封闭这两个管道。

图3示出了根据本发明第一方面的打印头的一个实施例。

在一传统的结构中，形成侧壁13的开口加顶盖的油墨通道7形成于由压电材料制成的主体40内。通过形成于每个侧壁13上朝向通道的相对表面上的电极15，可以施加电场来使该壁产生剪切式弯曲，并使液滴从一个侧边通道中排出。该开口加顶盖的通道7由一盖25所封闭，在该盖25上形成有将电压输送到相应电极15上的导电线路49。线路和电极可以通过在WO92/22429中描述的焊接接点连接在一起。盖上还为每一通道设置了喷嘴27，其中喷嘴27与每个通道的中间位置联通并使液滴通过喷嘴27排出。导电线路和相连的焊接接点也可以被造型和/或移动来适应这样一个喷嘴。

但是根据本发明，液滴流体从腔42输送到每个通道7的端部，其中腔42在两侧被一基板44所限定，而在第三侧由盖25限定，并且在第四侧与通道7的端部相联通。很明显，在这种结构中，通道和腔之间的分界面仅仅由通道的深度决定。由于主体40的高度和基板之相邻部件(基架46)的厚度的变化可以通过盖25的弯曲(在图3的实施例中向上或向下)来调整，因此可以自由公差完成加工制造。

基板44不必用与主体相同的材料制成，最好用一种较便宜的非活性材料制成，但是要能热力配合到主体的压电材料上，并且其要具有良好的热传导性，从而带走在活性打印头主体和驱动芯片中产生的热量。如图3中所示，腔42可以比主体40深，以增加其横截面积和单个腔所能够供给的通道数目。但是，基架46的水平面可以被降低到腔42的底部，从而在基板上形成一矩形截面的空腔，这样就更易于制造。基架46的宽度可以比主体40的宽度宽或比其窄地调整。

主体40通常包括一阵列通道，这在EP-A-0278590中已是公知的，腔42被用作这些通道中至少一些通道的共用总管。孔口48用于使液滴流体从一容器例如墨盒等容器进入到腔42中。

基板44可以是一种包括盖25和连接其上的活性主体40的结构件，而且其形成有凸起部分(未示出)，该凸起部分用于固定到一打印机或其他类似装置的机架上。

应用于在WO92/22429中所公开的喷墨打印头上的本发明之第二方面在图4中示出。该图示出了一个沿开口加顶盖的油墨通道7的剖视图，其中油墨通道7形成于由压电材料制成的主体50上并由一基片62所封闭。电极15以传统的方式在每个分隔通道的侧壁13上延伸，并在通道的开口顶部54与形成于基片62上的导电线路56相联接。

有利的是，位于朝向通道的壁表面上的两个电极之间限定了一个给定通道，这两个电极与一公共线路相联接。每个线路与微型芯片64形式的一个驱动电路相连，其中微型芯片安装在基片上的线路56上，打印数据、电力等都被通过另外的线路66和连接件70传送到芯片。一个形成于喷嘴板52上的喷嘴27位于通道的一端，其用于液滴喷射，同时一根总管58位于通道的另一端，其用于液滴流体的供应。

根据本发明，总管58由基板60和主体50一起组合限定而成。该基板还与基片62一起限定了另一个腔68，在腔68中放置有驱动电路64。应该理解：这种集成结构具有保护驱动芯片的特殊优点。尽管不排除使用压电材料来制造基板，实际上主体50和基板60可以制成一体的结构，但基板60最好用一种便宜的非活性材料制成。

图5和图6是结合上面提到的第一和第二方面并在方向“W”延伸的“页宽”打印头的部件分解立体图和剖视图，其中方向“W”与介质进给方向P垂直。在图6的剖视图中，两个压电主体82a，82b中的每一个都具有如上所述的通道和电极，并由基片86封闭，在基片86上形成有用于液滴喷射的开口96a、96b。根据本发明的第一方面，在每个主体上的通道两端的各个供给腔，即位于主体82a两端的供给腔88和90以及位于主体82b两端的供给腔90和92，都被限定在基片86和基板80之间。各个通道电极与如图4所述的位于基片86上的导电线路(未示出)相连接。这些导电线路还携带有各被安置的驱动芯片84a和84b，根据本发明的第二方面，由基板80限定了另外的腔94a、94b。可以理解：另外的腔94a、94b与供给腔88和92密封隔开。

该实施例结合了本发明的第三方面：设置有导电线路和开口96a、96b并用于封闭通道的的基片86作为主体82a和82b的支承件，其中导电线路用于将电信号传送到位于通道内的致动装置上，开口96a、96b用于液滴喷射。如图5所示，主体82和驱动芯片84是对齐的并固定在基片86上，基片86可以被制成在制造过程中易于操作的尺寸。

如图5所示，主体82可以对接在一起以形成一个单独的邻接的页宽通道阵列-这在WO91/17051中已经公开，因此在这里不再详细说明，在这种情况下，基片86用于在接合过程中和接合工艺之后支承各主体。可以在组装之前对这些主体进行测试，从而减少制成的打印头不合格的可能性。

基片适于用加强材料制成，例如氮化铝、INVAR或特殊的玻璃AF45等，它们具有与主体的压电材料相似的热膨胀特性。很容易理解，主体和基片间的热配合要求降低了，这是因为在连续接合的主体间存在间隙(该缝隙最好用上面提到WO91/17051中提到的胶粘剂填充)，在这种情况下，可以被使用一种不很好的热配合材料，例如铝。

图7示出了在基片86上形成液滴喷射开口96a的细节。当开口96a本身形成为一锥形时，最好在安装于开口上方的喷嘴板98中也形成一锥形结构。这种喷嘴板可以用易于熔化的材料制成，例如聚酰亚胺、聚碳酸酯和聚酯等均可以用于该目的。

另外，喷嘴制造可以在完成打印头其它部分的制造之后独立地进行：该喷嘴可以在将活性主体82a组装到基片86上之前从后部切除形成，也可以在活性主体安装上后从前部切除形成。这两种技术在现有技术中都是已知的。前一方法具有喷嘴板可以被替换或者在组装的早期就发现整个组件不合格的优点，从而将不合格件的费用降到最小。后一方法便于当将主体组装到基片上时，对齐喷嘴和主体的通道。

图5和图6的结构具有形成于一块喷嘴板上的两行喷嘴，其中喷嘴板经过基片86上的开口96a、96b延伸，并且在基片的整个长度上延伸。在将相应的两排主体82a、82b和驱动芯片84a、84b安装到基片86上，并适当测试之后，如EP-A-0376606中所述，然后再安装基板80，从而形成总管腔88、90和92。根据本发明的第四方面，腔90向形成于主体82a、82b上的通道的末端供墨，同时腔88和92分别向主体82a、82b上的通道的另一末端供墨。通过用短划线88′、90′和92′所示的通道，油墨从打印头外部供应到各腔中。很显然，这得到了一个特别紧凑的结构，在这种结构中，油墨可以从公共总管90经每个主体上的通道(如为了去除残留污垢或气泡)，从腔88和92流出而循环流动。

图8示出了驱动芯片84a安装到基片86上的部分细节，其中基片86具有输出线路120、122，其将驱动芯片输出端132、134相连于驱动主体上激励电极，和具有一与驱动芯片输入终端130相连的输入线路110。可以理解：一个驱动芯片可以具有许多这样的输入和输出端，通常输出端至少是输入端的两倍。84a表示一驱动芯片放置在基片上的第一位置。但是，如果在该位置的驱动芯片被发现是不合格的，即在如上的测试过程中发现驱动芯片是不合格的，那么就可将一个替代的芯片安装在短划线所示的位置84a′处。如果有必要，不合格芯片与线路120和122的连接可以通过在点136切断线路来处理-激光非常适用于这个目的。这种方法有利于页宽打印头的制造，如图5所示，其可以具有数十个驱动芯片。

图9示出了本发明这一方面的另一实施例，其中，输入信号通过由线路110等构成的总线传送。利用另外的线路150，也可以得到线路110等和芯片输入终端130间的连接，其中线路150位于线路110等的顶端，并且用一钝化层145与其分隔。如果驱动芯片(集成电路片)84a被检验出是不合格的，那么可以将一替代芯片连接到位置84a′处，如图9中的短划线所示，其与第一芯片84a分隔配置(在第一芯片84a的覆盖区域之外)。由线路110′、钝化层145′和另外的线路150′构成的第二总线用于传送输入信号。另一个钝化层140位于第二总线之下，并使之与输出线路120、122…分隔开，其中，输出线路120、122…具有与芯片84的输出终端132、134…和替代芯片84′的输出终端132′、134′相连的位置。在替代芯片84′被连接之前，利用激光沿着线136切除，可使不合格芯片与输出线路120、122…电分离。

前述实施例特别涉及使用压电材料的液滴喷涂装置，其中压电材料以剪切模式运作来作为致动机构。这种装置在前面所述的WO91/17051、EP-A-0346136和US-A-5227813中已经讨论过了。但是上面略述的原理与其他致动机构是等同的，都包括压电和热力(气泡喷墨)特性，特别是在未审查的UK专利申请第9721555.2号中所披露的结构。

Claims (19)

1.微滴喷涂装置，包括：一设有在一侧开口的至少一个通道的主体；在各端与一供给腔联通的通道，所述供给腔用于供给液滴流体；致动装置，包括在所述主体中，并与各个通道相连接以产生液滴的喷射；一盖，用于封闭至少一个通道的开口，该盖内设置有至少一个开口，用于液滴从所述通道经该开口喷出；和一基板，该基板与所述的盖一起限定供给腔，该供给腔与至少一条通道的各个端联通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主体和基板是制成一体的。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，主体安装在基板上并由其支撑。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基板至少部分地限定了另一腔(94a，94b)，用于将电信号传递到致动装置的控制装置(84a，84b)被置于该另一腔中。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，另一腔由所述盖封闭。

6.根据权利要求4至5中任何一项所述的装置，其特征在于，控制装置安装在所述盖上。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，盖具有至少一个位于其上的线路(120，122)，用于将信号传送给各致动装置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述盖形成一用于所述主体的支承件。

9.微滴喷涂装置，其包括：一设有在一侧开口的至少一个腔的主体(40，50，82a，82b)，每个腔都与一液滴流体供应装置和一用于液滴喷射的开口联通；致动装置，该装置与各个腔相连接，用以根据电信号产生液滴的喷射；一个所述主体的支承件，该支承件封闭所述腔的开口侧并在其上具有至少一条线路，该线路用于将电信号传送到相应的致动装置，该支承件还具有形成在其中的至少一个开口，该开口用于液滴从各腔的喷射。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，一个喷嘴板安装在装有主体的支承件的相反表面上，在该喷嘴板上形成有一喷嘴，该喷嘴与支承件的开口联通以用于液滴的喷射。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述支承件是刚性的。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述支承件由金属和/或陶瓷制成。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，致动装置被包括在所述主体上。

14.根据权利要求1或9所述的装置，其特征在于，所述主体由压电材料制成。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，包括许多用于从若干个相应腔喷射液滴的开口，该许多开口以沿至少一个基板宽度方向延伸并垂直于基片相对该装置运动方向的线性排列方式配置，该支承件在基片的整个宽度上延伸。

16.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，包括许多用于从若干相应腔喷射液滴的开口，该许多开口以至少一个在一排列方向延伸的线性排列方式配置，其中，每个腔作为一通道形成，该通道具有一纵向通道轴线，该通道轴线垂直于该排列方向延伸。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，一排通道形成于所述主体内，该排连续的通道限定了位于其间的侧壁，所述侧壁由压电材料制成。

18.制造喷涂装置的方法，该方法包括下列步骤：提供一支承件，在该支承件上形成有至少一孔口和至少一个导电线路；在该支承件上安装一主体，该主体上形成有至少一个具有一开口侧的腔，该主体还具有与该腔连接并响应于电信号的致动装置；该主体被安装成使该腔与至少一个所述孔口对齐，而致动装置与该导电线路对齐；与该导电线路对齐地安装一驱动芯片，该芯片用于将电信号传送给致动装置，从而产生液滴从该腔经该孔口的喷射。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，将一喷嘴板安装在装有主体的支承件之相反表面上，在将主体安装到支承件上之前，在喷嘴板上形成喷嘴。

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