CN1170682C - 微滴沉积的方法及设备 - Google Patents

Abstract

微滴沉积设备包括具有喷嘴(42)的细长腔室(46)，为了沉积，工作中的液体微滴从腔室通过喷嘴喷射，用于通过改变腔室的体积来改变腔室中的液体压力以便实现所述微滴的喷射的装置，以及用于使腔室中的液流增加到补充喷射微滴所需量中的装置(38)，流体通过所述喷嘴以便清洗喷嘴。

Description

微滴沉积的方法及设备

本发明涉及微滴沉积的方法及设备，其中，一经要求就通过改变腔室的体积使微滴从腔室经过喷嘴而喷射。

腔室体积的改变最好是通过压电致动器来实现，例如通过结合于腔室上的压电材料的偏转来实现。这样一种布置示于我们较早的说明书EP 0277703A中，被结合于本文作参考。这种装置的特点是，细长的盛油墨腔室在该腔室的端壁上设有啧嘴(称为“端射装置(end-shooter)”结构)。

这种装置的问题是在非使用时期的期间，腔室中的油墨可能会变质，导致固体颗粒积累在腔室端部而可能堵塞喷嘴。如果喷嘴是在腔室的一个长壁上，例如沿腔室的中间设置(即“侧射装置(side-shooter)”结构)，也会发生同样的问题，虽然程度或许轻些。在本发明的优选实施例中，本发明的目的是通过提供流过啧嘴的清洗流体来解决这个问题。

一方面，本发明提供了一种微滴沉积的方法，该方法包括，通过改变腔室的体积来改变细长腔室中的液体压力，以便为了沉积而通过腔室的一个端部的喷嘴喷射微滴，和使腔室中的液流超出补充喷射微滴的所需量，该流体通过喷嘴。

另一方面，本发明提供了微滴沉积设备，该设备包括，在其一端具有喷嘴的细长腔室，为了沉积，工作中的液体微滴从腔室通过该喷嘴而喷射，用于通过改变腔室体积来改变腔室中的液体压力以完成所述微滴的喷射的装置，以及用于使腔室中的液流超出补充喷射微滴的所需量的装置，该流体通过喷嘴。

本发明的再一方面提供了微滴沉积设备，该设备包括，具有喷嘴的细长腔室，为了沉积，工作中的液体微滴从腔室通过该喷嘴而喷射，用于通过改变腔室的体积来改变腔室中的液体压力以完成所述微滴的喷射的装置，用于使通过腔室的液流超出补充喷射微滴的所需量的装置，该流体通过喷嘴，以及具有纵向隔挡件的腔室，流体围绕该隔挡件通过腔室的端部。

喷嘴可在腔室的端壁上或在腔室的纵向壁上。

腔室可用隔挡件纵向地分隔，液流在隔挡件的一侧上沿着一个方向而在隔挡件的另一侧沿着相反方向。

在侧射装置的实施例中，在细长腔室的一个端部有增压腔，液体从隔挡件的一侧通过增压腔流向隔挡件的另一侧，增压腔是这样的，即细长腔室内的液体中的压力波通过增压腔中的液体反射出来。

腔室的至少一个壁可由压电材料制成，而且可包括多个电极以通过对该材料施加电位差使材料以剪切模式发生变形。

在又一方面，本发明提供了微滴沉积设备，该设备包括，在其一端部具有喷嘴的细长腔室，为了沉积，工作中的液体微滴从腔室通过喷嘴而喷射，至少一个由压电材料制成的腔室纵向壁，用于向压电材料施加电位差的电极装置，使材料以剪切模式变形并由此完成所述微滴的喷射，和纵向地延伸以在腔室内限定多个流动通路的腔室隔挡件，与喷嘴有间隔的隔挡件端部，由此液流通过喷嘴从一个流动通路流向另一个流动通路。

隔挡件一般可延伸成平面平行于纵向壁。

另一方案是，纵向壁可被隔挡件纵向地分隔。

压电材料可包括极性相反的区域，在隔挡件的每一侧上有一个该区域，由此把电位差施加在该材料上使它变形成人字形。

另一个方案是，在隔挡件每一侧上的压电材料可包括极性相反的区域，由此把电位差施加在该材料上使它在隔挡件的每侧上变形成人字形。

隔挡件可包含喷嘴的轴线。

隔挡件可包括压电材料的纵向壁，该压电材料的纵向壁在壁的一侧上具有处于地电位的第一电极，并且第一电极暴露于液体中，和在壁的另一侧上的第二电极，并且第二电极不暴露于液体中。

于是隔挡件可包括两个所述壁，每个壁具有暴露于液体中的所述一侧，每个壁的所述另一侧彼此相隔开和互相面对。

可包括有一孔板，该孔板布置于隔挡件的端部与形成腔室端壁的结构之间，喷嘴限定于该腔室的端壁中。

本发明还包括用上述方法操作或包含上述设备的打印机。

现将只用实例参考附图对本发明进行描述，其中：

图1表示根据本发明的打印头；

图2A、2B及2C表示根据本发明的打印头的局部的纵向剖视图、剖视图及透视图；

图3表示本发明的另一个实施例；

图4表示图1的打印头的局部；

图5表示本发明的另一个实施例；

图6表示本发明的再一个实施例；和

图7表示图2的实施例的变型。

参考图1，打印机包括(就与本发明相关的而论)页宽排列打印头10，该打印头10包含有多个打印头模块12，每个模块12具有64个终结在喷嘴14中的通道。纸页或其它打印介质16如箭头18所示横越穿过打印头，而点的打印图像按照编制的程序通过来自喷嘴的微滴的沉积来生成。模块12相对于纸页进给方向成倾斜，以便增大打印分辨率(缩小点距)。

作为页宽排列的代替，可结合合适的横移机构使用较少数量的模块12(或甚至是单个模块)，以使单个模块或多个模块如原来已知的那样前后穿过纸的宽度。然而，示出了页宽排列，因为在具有大量喷嘴的页宽排列中使喷嘴保持清洁的问题是特别重要的。如箭头20所指示，油墨从储油墨容器22供给，其速率大于微滴沉积所需的，如后面所描述，油墨依靠重力通过打印头循环，并经过收集容器或贮槽以及泵26返回至储油墨容器22。由储油墨容器提供以用于通过打印头循环的压力一般为10mm水柱。

在更仔细地考虑打印头模块12的结构之前，请参考概略性表示出本发明的图2A、2B及2C。

图2A是通过典型的打印头的纵向剖视图，该打印头由极性相反的压电材料的两个板片30、32构成，该压电材料诸如是锆钛酸铅(PZT)。各板片上锯有平行的通道34，并被面对面装配成具有配准的通道，以便形成细长的腔室36。各板片之间是一片诸如UPILEX(商标)的聚酰亚胺材料38，构成一隔挡件，该隔挡件把腔室分隔成两个流动通路。一般每个板片约为150μm厚，而片38为20μm至50μm厚。喷嘴板40布置成穿过每个腔室的端部以封闭腔室，并提供各个喷嘴42。电极44、46设置在腔室的每一侧上，位于片38的上方及下方，以使腔室的侧壁(例如48)以剪切模式偏转成人字形，以便利用如EP 0277703A中描述的声压波来改变腔室的体积和喷出微滴49。

在每个腔室36中，隔挡片38在其最靠近喷嘴的边缘50处被修剪，以便为油墨沿腔室的上部分流向喷嘴和沿下部分离开喷嘴提供路径，如箭头52所示，隔挡件端部周围的流体通过喷嘴的内端部并清洗它。

应理解，隔挡件可设置成平面平行于腔室的电极支承侧壁44，以代替与它们交叉的情况，如图3中54处所示。

图4所示为一个打印头模块12的分解视图。两个极性相反的PZT板片56、58具有锯成的多个平行通道，该通道部分地延伸穿过它们的厚度，板片56、58装配成背对背，以便未锯部分60、62在腔室的两部分之间构成隔挡件，该腔室是由背对背配准的通道的对构成的。电极和图2的44、46相似地设置在通道的声作用部分内，以便根据已知的原理使共用壁偏转并使微滴通过喷嘴14喷出。夹在板片56、58的端部和板64之间的是板66，在该板64上设有多个喷嘴14，在该板66上将细长孔限定成与每对穿过隔挡件的端部的通道连接，该隔挡件由未锯部分60、62构成。入口70及出口72的集流腔(manifold)还构造成盖板以封盖每个通道的敞开顶部表面。已装配的模块容纳于图2的打印头10中，位于入口及出口的增压腔74、76之间。工作时，超出通过喷嘴喷出的量的油墨在每个腔室循环，朝外通过板片56，经板66上的孔68穿过喷嘴的内面，并经板片58返回。

图5表示的是图4的模块的改型。在这个实施例中，每个板片56、58用两对板片78、80取代，板片78、80的极性彼此相反并且用位于它们之间的粘性薄膜层82装配起来。通道84被锯成完全穿透每对的两个板片，而两对板片彼此配准地用承载板86装配起来。用隔挡件把各个腔室87配准在一起成为各通道对，该隔挡件由承载板86构成，承载板86由此处纵向延伸，围绕隔挡件端部的循环经过孔板66，如图4中所示，流动用箭头52显示。隔挡件86像迄今所描述的其它实施例中一样是对准的，以便包含喷嘴14的轴线。在每个通道之间的极性相反的压电材料的部分，在每侧配装有电极(未图示)，以便根据施加的驱动电位变形成人字形，如EP 0277703A中所描述的。

图6表示的是本发明的另一个实施例的相关部分，其中通过提供围绕隔挡件的油墨循环来实现流过喷嘴面的情况，隔挡件包括有减少电极腐蚀的特点。

PZT板片88、89被锯开并面对面贴靠以形成三组通道90、92、94。各电极设置在各通道之间的壁96、98上，接地电极设置在通道90及94内，而线电极在通道92之内。或者通过遮板100或者用柔性密封剂回填这个通道来使它保持无油墨。由此仅是与油墨接触的电极处于地电位，处于线电位的电极与该处绝缘。于是电极和与其电连接的其他导电部分以及不同金属之间的电解腐蚀得以避免。

油墨从例如通道90围绕隔挡件的端部经孔板66循环并经通道94返回，如箭头52所示，隔挡件由壁96、98及盲通道92构成。流体穿过喷嘴102，该喷嘴102位于通道90与通道94之间的中部，与盲通道92的被遮盖端部对准。由此通道90、94和板66上的孔构成单个的微滴喷射腔室，含有隔挡件96、98。在正常环境下，共同的信号施加在壁96及壁98的两个电极对上，并且也施加在通道90、94的其它纵向壁的电极对上。

图7所示为应用于侧射装置打印头的本发明。腔室130被隔挡件136纵向分隔以形成上下流动通路150、152。在腔室一个端部处的增压腔140可使油墨通过通路152向外流动以进行循环并经通路150返回。

喷嘴100沿通路150设置在中间，位于腔室130的纵向顶壁上。沿通路150流动的油墨冲刷喷嘴100的内端部并使它保持清洁。增压腔140的体积选得足够大，以使其中的油墨具有负反射系数并由此以一种方式反射压力波，该方式就好象增压腔是连接到油墨的入口或出口的集流腔时的方式一样。

本实施例的其它优点是，连接于油墨供给源和返回集流腔的打印头入口及出口连接件两者都在打印头的相同侧。于是制造和安装都容易。

本说明(该术语包括各项权利要求)中公开的和/或附图中显示的每个特点可结合在本发明中，而与其它公开的和/或表示的特点无关。

“本发明的目的”在本说明中的陈述涉及本发明的多个优选实施例，但不需要涉及落入在权利要求书范围中的本发明所有的实施例。

Claims (16)

1.一种微滴沉积方法包括，通过改变该腔室的体积来改变一细长腔室内的液体压力，以便为了沉积而通过腔室的一个端部的一喷嘴喷射微滴，所述方法包括以下步骤：使该腔室中的液流超出补充喷射微滴的所需量，该流体横过该喷嘴，即，该流体横截于喷嘴轴线通过。

2.微滴沉积设备包括，在其一个端部具有一喷嘴的一细长腔室，为了沉积，工作中的液体微滴从该腔室通过该喷嘴喷射，用于通过改变腔室的体积来改变该腔室内的液体压力以完成所述微滴的喷射的装置，以及其中，所述设备包括用于使腔室中的液流超出补充喷射微滴的所需量的装置，该流体横过该喷嘴，即，该流体横截于喷嘴轴线通过。

3.微滴沉积设备包括，一具有一喷嘴的细长腔室，为了沉积，工作中的液体微滴从该腔室通过该喷嘴喷射，用于通过改变腔室的体积来改变该腔室内的液体压力以完成所述微滴的喷射的装置，以及其中，所述设备包括用于使通过该腔室的液流超出补充喷射微滴的所需量的装置，该流体横过该喷嘴，即，该流体横截于喷嘴轴线通过，以及所述腔室具有一纵向隔挡件，液流围绕该隔挡件在该腔室的一端部通过。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，该喷嘴在腔室的一纵向壁上。

5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，该腔室被一隔挡件纵向地分隔，在该隔挡件的一侧上液流沿着一个方向而在该隔挡件的另一侧上液流沿着相反方向。

6.如权利要求5所述的设备，其在该细长腔室的一个端部包括有一增压腔，液体通过该增压腔从隔挡件的一侧流向另一侧，增压腔是这样的，即细长腔室内的液体中的压力波由增压腔中的液体反射出夹。

7.如权利要求3所述的设备，其特征在于，该腔室的体积是利用结合于腔室上的压电材料来改变的。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，腔室的至少一个纵向壁是由压电材料构成的，并且该纵向壁包括电极，以便通过向该材料施加电位差使该材料以剪切模式变形。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，隔挡件通常延伸成平面平行于纵向壁。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，隔挡件包括一压电材料的纵向壁，该压电材料的纵向壁具有，在该壁的一侧上处于地电位并暴露于液体中的第一电极，和在壁的其它侧上并且不暴露于液体中的第二电极。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，隔挡件包括两个所述壁，每个壁带有暴露于液体中的所述一侧，每个壁的所述其它侧相互间隔开并彼此面对。

12.如权利要求10所述的设备，其包括一孔板，该孔板布置于隔挡件的一端部与构成腔室的一端壁的结构之间，该喷嘴限定在腔室的该端壁上。

13.微滴沉积设备包括，在其一端部具有一喷嘴的一细长腔室，为了沉积，工作中的液体微滴从该腔室通过该喷嘴喷射，腔室的至少一个纵向壁由压电材料构成，用于向该压电材料施加一电位差的电极装置，以使该压电材料以剪切模式变形并由此实现所述微滴的喷射，其中，所述设备包括一纵向地延伸的腔室隔挡件，以在腔室内限定多个流动通路，该隔挡件的一端部与喷嘴相间隔，由此液流从一个流动通路横过喷嘴流至另一个流动通路，即，该液流横截于喷嘴轴线通过。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，该纵向壁被隔挡件纵向地分隔。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，该压电材料包括极性相反的区域，在隔挡件的每一侧上有一个该区域，由此施加给该材料的电位差使该材料变形成人字形。

16.如权利要求13所述的设备，其特征在于，隔挡件包含该喷嘴的轴线。

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