CN1165429C - 液滴沉积装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液滴沉积装置，所述液滴沉积装置包括：一个流体腔室，所述流体腔室具有一个驱动装置，所述驱动装置能够被电信号驱动以将液滴从所述流体腔室中排出；一个用于提供所述电信号的驱动电路装置；以及一个用于将所述液滴流体输送到所述流体腔室中的导管装置，所述驱动电路装置与所述导管装置大面积热接触以便将产生在所述驱动电路中的大部分热量传递给所述液滴流体。

Description

液滴沉积装置
技术领域
本发明涉及一种液滴沉积装置，诸如喷墨打印头。
背景技术
目前，为了能够使按需型喷墨打印有着较高的分辨率，需要提高喷嘴和相关驱动电路的密度。但是提高驱动电路的密度可能会带来与过热有关的问题。类似地，提高驱动电路的密度可能会增大打印头宽度，从而对打印头内的热量控制提出更高的要求。在这一点上，热(“气泡喷射”)打印头的优点是它们的驱动电路与油墨的紧密接触，这具有一种冷却的效果。但是，这需要通过提供特殊的调节方法以保持所述电路在油墨环境下的电完整性，因此这样的优点也因此被抵销。
发明内容
至少本发明的优选实施例的一个目的在于，利用一种简单的方式在不影响一个打印头的电完整性的情况下能够防止该打印头的驱动电路过热。
第一方面，本发明提供一种液滴沉积装置，所述液滴沉积装置包括：
一个流体腔室，所述流体腔室具有驱动装置，所述驱动装置能够被电信号驱动以将液滴从所述流体腔室中排出；
用于将所述电信号提供给所述驱动装置的驱动电路装置；以及
用于将所述液滴流体输送到所述流体腔室中或从所述流体腔室输送出所述液滴流体的导管装置，
所述驱动电路装置与所述导管装置大面积热接触以便将产生在所述驱动电路中的大部分热量传递给所述液滴流体。
以这种一种方式设置所述驱动电路装置可以很方便地使所述打印头中的油墨用作能够使在所述驱动电路中所产生的热量散失的散热装置。这可大大地减少出现过热的可能性，同时还能够避免在包括所述驱动电路的集成电路封装与油墨直接接触的情况下可能出现的关于电完整性的问题。
所述装置可包括用于将液滴流体供给到所述流体腔室的第一导管装置和用于将所述液滴流体从所述流体腔室中导出的第二导管装置。如果是这样的话，最好可使所述驱动电路装置以热的方式与所述第二导管装置相连。这能够为所述打印头提供将在所述驱动电路芯片中所产生的热量排出的最直接的路线，以及当由所述芯片所产生的热量在操作过程中剧烈地变化时能够使在所述流体腔室本身中的油墨温度变化达到最小。例如，从WO97/35167中已经知道，这样的温度变化可能会使液滴喷射的速度发生变化，从而可能在需要打印的图象中形成点位置的误差。
在所述驱动电路安装在一个形状基本上为立方形的集成电路封装内的情况下，在所述集成电路封装中，至少一些表面是矩形的，每一个所述矩形的表面都具有一个表面面积，除了具有最小表面面积的表面以外的一个表面被设置成基本上与流体在所述导管中最靠近所述表面的部分中的流动方向平行并且与所述流体大面积热接触。这样一种设置方式能够确保将大量的热传递给所述液滴流体。具有最大表面面积的表面最好是这样设置的，即该表面与流体流动的方向平行。在电路结构允许的情况下，这样一种设置方式能够使从所述电路传递的热量达到最大。
本发明的第二方面提供一种液滴沉积装置，所述液滴沉积装置包括：
至少一个液滴喷出单元，所述液滴喷出单元包括多个流体腔室、驱动装置和多个设置成一排的喷嘴，所述驱动装置可被驱动以便能够从一个流体腔室中将流体的一个液滴通过一个相应的喷嘴喷出；以及
一个用于所述至少一个液滴喷出单元的支承部件，所述支承部件包括至少一个与所述多个流体腔室相通的液滴流体通道，所述液滴流体通道是这样设置的，即能够在一个基本上与所述喷嘴排平行的方向上将液滴流体供给到所述流体腔室或者将液滴流体从所述流体腔室输送出以及能够将在液滴喷出过程中所产生的大部分热量传递给所述被输送的液滴流体。
这能够使热量沿着所述支承部件的长度方向均匀地分布，从而能够减小可能导致打印头变形的热感应应变。例如当打印头宽度增大到一个页面宽度(对于美国“Foolscap”标准，通常为12.6英寸(32厘米))时，这种变形将变得越来越明显，并且无论是多个窄的喷射单元或者一个单独的宽的喷射单元与所述支承部件结合使用都可能出现所述变形。
当从横截面看过去时，最好所述液滴流体通道占据了所述支承部件的大部分横截面积。所述液滴流体通道包括用于将液滴流体引导到每一个流体腔室中的相应部分或/和用于将液滴流体从每一个流体腔室中导出的相应部分。这样的流动有助于热量从所述流体腔室(热量的主源，即所述驱动装置所处位置)传递到所述支承部件的其余部分，从而减小了温度差。
为了对所述至少一个液滴喷出单元提供有效地支承，所述支承部件最好在油墨从喷嘴喷出的方向上的横截面宽于在喷嘴排方向上的横截面。
在一个实施例中，所述装置包括多个液滴喷出单元，所述支承部件在喷嘴排的方向上并排地支承所述液滴喷出单元，所述支承部件包括至少一个与至少两个所述液滴喷出单元相通的液滴流体通道，所述液滴流体通道是这样设置的，即能够在一个基本上与所述喷嘴排平行的方向上将液滴流体供给到所述液滴喷出单元或者将液滴流体从所述液滴喷出单元输送出以及能够将在液滴喷出过程中所产生的大部分热量传递给所述被输送的液滴流体。
利用一种导热性能较高的材料(诸如铝)制作所述支承部件有助于热量分布。这样一种材料的其它优点体现在制造和成本方面。但是，在所述喷出单元是由热膨胀系数与制作所述支承部件所用材料的热膨胀系数差别很大的材料制成的情况下，会出现问题。在如后面所述的，一个喷出单元包括形成在由压电材料(通常为锆钛酸铅，PZT)制成的一个主体中的通道时，将出现上述情况。应该认识到，不均匀膨胀(特别是在一种“页宽(pagewide)式”装置中的喷嘴排方向上的)可能会使油墨密封件、驱动装置、电连接装置等元件变形和/或对它们造成损害。
因此，最好提供用于将所述至少一个液滴喷出单元与所述支承部件接合在一起的装置以便能够基本上避免将所述支承部件的热变形传递到所述至少一个液滴喷出单元上。
本发明的第三方面提供一种液滴沉积装置，所述液滴沉积装置包括：
一个流体腔室，所述流体腔室的至少一部分是由具有第一热膨胀系数的第一种材料制成的，所述腔室与驱动装置相连，所述驱动装置可被驱动以便从所述腔室喷出一个液滴，所述腔室具有一个用于将液滴流体引入其中的输入口；
一个用于所述流体腔室的支承部件，所述支承部件包括一个用于将液滴流体供给到所述输入口的通道，所述支承部件的至少一部分是由具有大于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二种材料制成的；以及
用于将所述流体腔室与所述支承部件接合在一起的装置，以便能够基本上避免将所述支承部件的热变形传递到所述流体腔室上。
最好所述接合装置包括用于将所述流体腔室粘结到所述支承部件上的弹性粘结装置。在后面所述的一个实施例中，使用一种粘结剂橡胶垫以将通过对铝进行挤压成型所制成的一个支承部件粘结到一个流体腔室结构件上，所述流体腔室结构件包括一个形成在由PZT制成的一个主体中的通道，所述通道被一个由一种能够与PZT热匹配的材料(诸如钼)制成的盖所封闭。在所述盖中形成油墨供给输入口和在所述设有通道的部件中形成油墨喷嘴能够使整个装置结构紧凑并且能够减少所需元件的数量。
附图说明
本发明的其它优选的实施例可以从说明书、附图和后面的权利要求书中看出。
现将参照附图结合示例对本发明进行描述，在附图中：
图1是从正面和顶部看过去所得到的一个表示本发明第一实施例的透视图；
图2是从图1中所示打印头的后面看过去所得到的一个透视图；
图3是所述打印头在一个与所述喷嘴排延伸方向垂直的方向上的截面图；
图4是从图1中所示打印头的一端的顶部和上部看过去所得到的一个透视图；
图5是沿着图1中所示打印头的一个油墨喷出模块的一个流体通道所得到的截面图；
图6示出了液滴沉积装置的一个第二实施例，该图是沿着垂直于喷嘴排的延伸方向所得到的一个截面图。
具体实施方式
图1示出了一个打印头10，所述打印头10作为液滴沉积装置的一个第一实施例。所示实施例是一种“页宽(pagewide)式”打印装置，它具有在一张纸的整个宽度上延伸(沿着箭头100所示方向延伸)的两排喷嘴20，30，在一个单向通过的过程中这些喷嘴能够在一个页面的整个宽度上使油墨得到沉积。例如在EP-A-0 277 703，EP-A-0 278 590中披露的，通过将一个电信号提供给与一个流体腔室相关的驱动装置能够使油墨从一个喷嘴喷出，其中所述流体腔室与所述喷嘴是相通的，特别是申请号为9710530和9721555的英国申请在这里作为参考文献。为了简化制造过程和提高生产率，“页宽”式排列的喷嘴由多个模块构成，其中一个模块由附图标记40表示。每一个模块具有一个相关的流体腔室和驱动装置，所述模块例如通过一种软性电路60与相关的驱动电路(集成电路“芯片”(50))相连。油墨通过在端盖90中的相应孔(未示出)被供给到所述打印头中和从所述打印头中排出。
图2是从图1中所示打印头的后面看过去所得到的一个透视图，其中端盖90被取下以展现该打印头的支承结构件200，所述打印头的支承结构件200包括在所述打印头的整个宽度上延伸的油墨流动通道210，220，230。如图2中的附图标记215所示，油墨通过其中一个端盖90中的一个孔(在图2和图3中被省略)进入到所述打印头和油墨供给通道220。如图3中所示，当油墨沿着所述油墨供给通道220流动时，油墨被排放到各个油墨腔室中，图3是所述打印头在一个与所述喷嘴排延伸方向垂直的方向上的截面图。油墨从所述通道220经过形成在结构件200(划上阴影线的部分)中的孔320流入到相互平行的第一油墨腔室排和第二油墨腔室排中(分别由300和310表示)。如附图标记235所示，油墨流过所述第一油墨腔室排和第二油墨腔室排后，通过孔330和340排出以与分别沿着第一油墨输出通道210和第二油墨输出通道230流动的油墨流汇合。这些油墨在形成于一个端盖中的一个公共油墨出口(未示出)处汇合，所述端盖位于打印头中与其中形成有输入孔的那端相对的一端处。
每一个油墨腔室排300和310分别与各自的驱动电路360，370相连。以与结构件200中用作一个导管的部分大面积热接触的方式安装所述驱动电路，所述结构件200中用作一个导管的部分限定了油墨流动通道，从而在操作过程中通过所述导管结构将由所述驱动电路所产生的大部分热量传递给油墨。因此，图1-图3中所示实施例中的结构件200应由一种导热性能优良的材料制成。对于这样的材料，铝是特别适合的，这是由于利用挤压成型的方法进行生产即容易又便宜。接着将电路360，370置于结构件200的外表面上以使其能够与所述结构件热接触，可选择使用导热垫片或者粘合剂以减小所述驱动电路和结构件之间热交换的阻力。
在所示实施例中，立方形的驱动电路小片360，370是这样设置的，即每一个电路小片中一个最大的表面(矩形或正方形的)都基本上与流体在所述导管210，230中最靠近这些表面的相应部分中的流动方向(由附图标记235表示)平行。这有助于使电路和油墨之间的热交换达到最佳，另外通过使用于将油墨通道和电路分隔开的结构件的厚度最小化以及利用导热性能良好的材料制作所述结构件都有助于使电路和油墨之间的热交换达到最佳。
现参见图4，图4是从所述打印头的一端的顶部和上部看过去所得到的一个透视图，其中一个模块40已被取出以便更清楚地示出所述结构件200的外部和内部的细节。所述结构件包括用于安装驱动电路370的凹槽500以及用于夹持其它电路板530的唇部510，520，所述电路板530装有一些不适于安装到所述驱动电路370中的元件。如图4中所示，在一个独立的部件540上形成后唇部520，在紧固装置的作用下使这些电路板被夹持到位，例如利用穿过图2中所示孔240并与位于通道550中的一个杆(未示出)接合的螺杆。所述杆最好由一种高强度材料(诸如钢)制成，以便能够提供螺纹并且强化铝制结构件200，特别是能够抵抗在安装和连接打印头时所产生的作用力。
在本实施例中，所述其它电路板还形成有用于将电能和数据供给到打印头中的管脚(在图3中，用附图标记420表示)以及端子560，所述端子560通过挠性连接器570能够将电能和数据(特别说明的是，所述数据指的是处理后的数据)供给到所述驱动电路370中。这样的连接方法在本领域是公知的，因此这里不再对其进行详细地描述。
如上所述，在所述驱动电路中所产生的热被传递给油墨，因此利用上述油墨流动通道能够使所述热量分布在所述结构件200的周围。由相关的驱动装置在油墨腔室中所产生的热量也是以这种方式分布的。因而，在结构件200内出现的温度差是很小的并且不会产生很大的内力和/或变形。
但是，如果结构件200和其中形成有流体腔室300，310的主体这两个部件是由热膨胀系数(CTE)相差很大的两种材料制成的，那么在操作过程中打印头的整体升温可能会导致所述结构件200和所述主体之间膨胀不均匀。在本实施例中，所述其中形成有流体腔室的一个主体是由上述申请号为9721555的英国申请中所涉及的压电材料制成的。
如图5中所示，图5是沿着一个模块40的流体通道所得到的一个截面图，通道11形成在由压电材料所制成的一个基底部件860中以在它们之间限定压电通道壁。接着为这些壁镀覆电极以形成例如在上述EP-A-0 277703中所披露的通道壁驱动装置，由附图标记810所表示的在所述电极中的一个间断部分可使在任何一半所述通道中的通道壁利用通过电子输入装置(软性电路60)所提供的电信号被独立地操作。
利用一个盖620的相应部分820，830沿着长度600，610封闭每半个通道，如人们已知的，所述盖620还形成有能够使油墨被供给到每半个通道和从每半个通道供给出的油墨进出口630，640，650，设置这些油墨进出口630，640，650的目的是为了对所述每半个通道进行清洁和排热。人们还已知的是，所述盖620最好由一种能够与制作所述设置通道部件所用的压电材料热匹配的材料制成。油墨是通过开口840，850从每半个通道排出的，所述开口840，850将所述通道和在所述压电基底部件上与其中形成有所述通道的表面相对的表面连通在一起。接着，用于喷墨的喷嘴870，880形成在一个与所述压电部件相连的喷嘴板890上。
为了避免由于制作所述流体腔室的压电材料和制作所述结构件200的铝热膨胀性能不同而可能导致的打印头变形的问题，可将连杆插入到所述结构件中的孔580中并且使其拉紧以使所述结构件200处于压缩状态。尽管所述连杆的材料可采用任何CTE值小于所述结构件CTE值的材料(在所述结构件是由铝制的情况下，选择钢作为所述连杆的材料)，但是应该认识的是，最好选用CTE值低的材料。
另外，可利用一种弹性粘结体(在图3中利用附图标记430所示的涂覆有粘结剂的橡胶)使所述盖620与结构件200接合在一起，从而尽管使用了连杆但仍然可能出现的相对膨胀发生在该较小的临界面处而不是在打印头模块40本身中产生应力和变形，其中对于一个长度为12.6″(32厘米)的打印头，所述相对膨胀的量大约为0.3毫米。如图4中所示，盖620还可设置在形成于结构件200中的一个凹陷部分590中并且还延伸到所述打印头的两侧以提供用于所述打印头的安装表面。已经发现，具有高强度和良好导热性能以及能够与PZT热匹配的钼特别适于用作所述盖的材料。
图6示出了液滴沉积装置的一个第二实施例，该图是沿着垂直于喷嘴排的延伸方向所得到的一个截面图。与图3中所示的第一实施例类似，所述打印头的支承结构件900包括在所述打印头的整个宽度上延伸的油墨流动通道910，920。如图6中的附图标记915所示，油墨进入到所述打印头和油墨供给通道920。当油墨沿着所述油墨供给通道220流动时，油墨通过形成在所述结构件900中的孔930被排放到各个油墨腔室925中。如附图标记935所示，油墨流过所述油墨腔室后，油墨通过孔930和940排出以与沿着油墨输出通道910流动的油墨流汇合。
利用氧化铝插入层970将一个平的氧化铝基层960安装到所述结构件900上。最好利用导热的粘结剂将所述插入层970粘结到所述结构件900上，所述插入层970的厚度大约为100微米，接着利用导热的粘结剂将所述基层960粘结到所述插入层970上。
驱动电路的芯片980安装到一个低密度软性电路板985上。为了便于制作所述打印头并且降低成本，将所述电路板中带有所述芯片980的部分直接安装到所述氧化铝基层960的表面上。为了避免所述驱动电路过热，以与结构件900中用作一个导管的部分大面积热接触的方式安装所述驱动电路中的其它生热元件(诸如电阻器990)，从而在操作过程中通过所述导管结构将由这些元件990所产生的大部分热量传递给油墨。
除了所述氧化铝基层和插入层以外，将一个氧化铝板995安装到所述结构件900的下侧以限制所述铝制结构件900在该区域处的膨胀，从而能够有效地防止所述结构件由于热膨胀而导致的弯曲。

Claims (18)

1.一种液滴沉积装置，包括：
一个流体腔室，所述流体腔室具有驱动装置，所述驱动装置能够被电信号驱动以将液滴从所述流体腔室中排出；
用于将所述电信号提供给所述驱动装置的驱动电路装置；以及
用于将所述液滴流体输送到所述流体腔室中和从所述流体腔室输送出所述液滴流体的导管装置，所述驱动电路装置与所述导管装置大面积热接触以便将产生在所述驱动电路装置中的大部分热量传递给所述液滴流体。
2.一种如权利要求1所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述液滴沉积装置包括用于将液滴流体供给到所述流体腔室的第一导管装置和用于将所述液滴流体从所述流体腔室中导出的第二导管装置。
3.一种如权利要求2所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述驱动电路装置与所述第二导管装置大面积热接触。
4.一种如上述任何一项权利要求所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述驱动电路装置安装在一个形状基本上为立方体的集成电路封装内，在所述集成电路封装中，至少一些表面是矩形的，每一个所述矩形的表面都具有一个表面面积，而除了具有最小表面面积的表面之外的一个表面被设置成基本上与所述导管中最靠近该表面的部分中的流体流动方向平行并且与所述流体大面积热接触。
5.一种如权利要求4所述的液滴沉积装置，其特征在于，具有最大表面面积的表面被设置成与流体流动的方向平行。
6.一种如权利要求1所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述液滴沉积装置包括一个用于所述流体腔室的支承部件，所述支承部件包括所述导管装置。
7.一种如权利要求6所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述液滴沉积装置包括安装在所述支承部件上的至少一个液滴喷出单元，所述液滴喷出单元包括多个流体腔室和多个设置成一排的喷嘴，所述驱动装置可被驱动以便能够从一个流体腔室中将流体的一个液滴通过一个相应的喷嘴喷出。
8.一种如权利要求7所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述导管装置包括与所述多个流体腔室相通的液滴流体通道，所述液滴流体通道是这样设置的，即能够在一个基本上与所述喷嘴排平行的方向上将液滴流体供给到所述流体腔室和将液滴流体从所述流体腔室输送出以及能够将在液滴喷出过程中所产生的大部分热量传递给所述被输送的液滴流体。
9.一种如权利要求8所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述液滴沉积装置包括多个液滴喷出单元，所述支承部件在喷嘴排的方向上并排地支承所述液滴喷出单元，液滴流体通道与至少两个所述液滴喷出单元相通，并且所述液滴流体通道是这样设置的，即能够在一个基本上与所述喷嘴排平行的方向上将液滴流体供给到所述液滴喷出单元或者将液滴流体从所述液滴喷出单元输送出以及能够将在液滴喷出过程中所产生的大部分热量传递给所述被输送的液滴流体。
10.一种如权利要求8所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述液滴流体通道占据了所述支承部件的大部分横截面积。
11.一种如权利要求8所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述液滴流体通道包括用于将液滴流体引导到每一个流体腔室中以及用于将液滴流体从每一个流体腔室中导出的相应部分。
12.一种如权利要求7所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述支承部件包括导热性能高于所述至少一个液滴喷出单元的导热性能的材料。
13.一种如权利要求12所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述液滴沉积装置包括用于将所述至少一个液滴喷出单元与所述支承部件接合在一起的装置，以便能够基本上避免将所述支承部件的热变形传递到所述至少一个液滴喷出单元上。
14.一种如权利要求6所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述流体腔室的至少一部分是由具有第一热膨胀系数的第一种材料制成的，所述支承部件的至少一部分是由具有大于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二种材料制成的，所述液滴沉积装置包括用于将所述流体腔室与所述支承部件接合在一起的装置，以便能够基本上避免将所述支承部件的热变形传递到所述流体腔室上。
15.一种如权利要求13所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述接合装置包括用于将所述流体腔室粘结到所述支承部件上的弹性粘结装置。
16.一种如权利要求6所述的液滴沉积装置，其特征在于，所述流体腔室包括一个形成在由压电材料制成的一个主体中的通道，所述通道被一个盖所封闭，该盖具有与压电材料的热膨胀系数(CTE)相匹配的热膨胀系数。
17.一种如权利要求16所述的液滴沉积装置，其特征在于，在所述盖中形成有油墨输入口。
18.一种如权利要求16所述的液滴沉积装置，其特征在于，至少一个油墨喷嘴形成在由所述压电材料制成的主体中。
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