CN1379715A - 液滴沉积装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于应请求喷墨压电打印头中的元件由压电材料本体(100)和底板(86)构成。压电材料块具有在其下表面(681)中形成的槽,并利用粘结剂(670)和底板相连,所述粘结剂被涂敷足够的数量,使得粘结剂进入切入压电材料的槽中。在压电材料中锯出上槽(7),其通到填充有黏胶的下槽(681),从而形成喷墨槽,喷墨槽的壁(13)借助于黏胶加厚部(680)相互分开。

Description

液滴沉积装置
本发明涉及一种液滴沉积装置，尤其涉及喷墨打印头，喷墨打印头的元件以及用于制造所述元件的方法。
喷墨打印机的一种尤其有用的形式包括具有例如通过圆盘切割而形成的带有墨槽的压电材料本体。电极可以被置于面向压电材料的表面的槽上，使得一个电场可以被施加于在相邻的槽之间限定的压电“壁”上。通过适当地成极，可以使这些壁向选定的墨槽的内或外运动，从而产生压力脉冲，用于通过合适的槽口喷出墨滴。这种结构例如在EP-A-0364136中说明了。
经常需要提供高密度的这种墨槽，墨槽在打印头的相当大的广阔的区域内或许在打印纸的整页宽度内精确地对准。为此目的一种有用的结构在WO98/52763中披露。其中涉及使用平的底板，它用于支撑压电材料和实现所需的处理和控制功能的集成电路。
这种结构具有若干优点，尤其是在制造方面。所述底板作为打印头的“脊柱”，在制造过程中支撑着压电材料和集成电路。这种支撑功能在将多片压电材料板连接在一起从而形成连续的页宽的墨槽阵列的加工过程中是尤其重要的。底板的相当大的尺寸也使处理简化。
供喷墨打印使用而形成的镀层特别是使用非电镀方法形成的镀层不是利用化学方法结合到打印头而是依靠表面形状来提供连接点。当粘合剂的表面趋于光滑时，一般在喷墨打印机中使用的粘结剂不能提供好的表面用于保持电极。这导致在粘结剂和电极的金属之间的不良连接，因而在使用或者进一步制造期间可以引起金属的剥落或断裂。这些问题使得操作次数被减少，并且引起其它的缺陷，例如电短路。本发明试图通过使用含有颗粒的粘结剂来克服这个问题，所述颗粒是改善粘结强度的关键因素。
其余的问题包括可靠而高效率地在压电材料本体和底板之间建立均匀的连接。特别是，形成的不良的黏胶层引起槽壁的活动性的改变，这又引起墨滴偏差，因而导致降低图像质量。在相邻槽之间通过压电材料基体的电气和机械的串扰也是本发明试图解决的问题。
另一个问题是由底板所需的高的平整度引起的。一个成形不良的底板可以引起在头的宽度内槽的活动性的改变，并且在试图切割具有均匀深度的槽时，会引起锯的破坏，这是因为底板的材料通常比压电材料硬得多。
本发明试图提供一种解决这些问题的装置和方法。
按照本发明的一个方面，提供一种适合在液滴沉积装置中使用的元件，它包括具有顶表面和与底板相连的底表面的压电材料本体，所述本体具有多个从所述顶表面延伸进入所述压电本体的上槽和相应的从所述本体的底表面延伸进入压电本体的多个下槽；其特征在于，所述的槽具有这样的深度，使得在至少一个上槽和相应的下槽之间具有连接。
本发明的第二个方面在于提供一种适合用于液滴沉积装置中的元件，所述元件由压电材料的本体和底板构成；所述方法包括使用含有颗粒的粘结剂使所述本体和所述底板连接的步骤，所述粘结剂包含的颗粒的刚度大于所述粘结剂的刚度，还包括在所述本体中锯出槽的步骤。
本发明的第三方面包括用于形成用于液滴沉积装置中的元件的方法，它包括以下步骤：提供一个底板和具有顶表面和底表面的压电材料的本体，在所述本体的底表面中锯出下槽，借助于粘结剂层利用粘结剂使所述本体的底表面和所述底板相连，接着在所述本体的顶表面锯出延伸进入所述本体的上槽；其特征在于，所述上槽通过所述本体延伸进入所述粘结剂层。
如在现有技术中已知的那样，所述压电本体可以由沿一个方向极化的压电材料块构成，或者由沿相反方向极化的两个块叠置而成。本发明申请人注意到，当对胶合的压电层叠体的锯出的槽施加激励电极时可能发生问题，即有时在连接处不能形成连接。本发明试图解决这个问题。
在本发明的第四方面中，按照以下方法形成由具有不同极化方向的两或多片的层叠体构成的压电材料本体；提供两个或多个压电材料板，在一个或更多的所述压电材料板上应用粘结剂，随后将其连接而成为层叠体，其特征在于：所述粘结剂含有刚度大于所述粘结剂的刚度的颗粒。
在本发明的这个方面的一个实施例中，所述压电板被沿相反方向极化。在另一个实施例中，所述极化方向垂直于所述一个或几个板的厚度。在另一个实施例中，一个或几个板被极化，而其它的板不被极化，被去极化或者由非压电材料构成。
本发明的第五方面是一种形成用于液滴沉积装置的元件的方法，包括以下步骤：提供底板(86)和具有顶表面和底表面的压电材料本体(100)；在所述本体的底表面中锯出多个下槽(630)；利用粘结剂(710)使所述本体的底表面和底板相连；以及随后在所述本体的顶表面锯出多个上槽(7)；其特征在于，至少一个上槽被锯到这样的深度，使得其通过所述本体延伸，并且和相应的下槽相连。
本发明的这些方面还涉及使用上述方法形成的元件。一种适合用于液滴沉积装置中的元件包括具有顶表面和与底板相连的底表面的压电材料本体，所述本体具有多个从所述顶表面延伸进入所述压电本体的多个上槽和相应的从所述本体的底表面延伸进入所述压电本体的多个下槽；其特征在于，所述槽具有这样的深度，使得至少一个上槽通过所述本体延伸到下槽，使得在其间形成连接。
下面以举例方式参照附图说明本发明，其中：
图1是现有的喷墨打印头的纵截面图；
图2是沿图1的AA线取的横截面图；
图3是按照现有技术的页宽打印头阵列的分解图；
图4通过图3所示的打印头的装配状态的纵截面图；
图5是类似于图4的在装配状态下的截面图；
图6和图7分别是垂直和平行于图5所示的装置的槽轴线取的详细截面图；
图8是图5所示的装置的详细透视图；
图9是用于说明利用图8的结构可能引起的问题的详图；
图10通过按照本发明的另一个实施例的打印头的槽的截面图；
图11，12和13是一个“V形”壁的截面图；
图14是表示沿打印头的槽活动性的曲线；
图15，16和17是表示不同结构的沿着打印头的槽的截面图；
图18和19分别是图17所示的实施例的透视图和详细透视图；
图20是在图7中标号194表示的区域的详图；
图21是表示图17所示的那种打印头的制造步骤的透视图；
图22是沿图21中的箭头660取的图；以及
图23-28是按照本发明的其它方面的打印头的截面图。
首先比较详细地说明上面简要说明的现有技术的结构的一些例子是有帮助的。
图1表示在WO91/17051中披露的那种现有技术的喷墨打印头1，其包括压电材料板3，此类材料例如是铅锆钛酸盐(PZT)，在其上表面形成有敞开的敞口式墨槽7的阵列。图2是沿图1的AA线取的截面图，由图2可清楚地看出，在所述阵列中的连续的槽由侧壁13分开，侧壁13包括沿板3的厚度方向(由箭头P表示)极化的压电材料。
在相对的面对槽的表面17上设置有电极15，通过连接34可以在所述电极上施加电压。例如由EP-A-0364136得知，在壁的每侧上的电极之间施加的电场引起所述的壁向着一个侧向槽的方向发生剪切形式的偏移，这在图2中以虚线以夸大地示出了，所述偏移又在所述槽中产生压力脉冲。
槽被盖25覆盖着，在盖内形成有喷嘴27，每个喷嘴在槽的中部和各个槽连通。响应所述的压力脉冲，油墨从喷嘴喷出，如同本领域中熟知的那样。如图2的箭头S所示，通过两个导管33向槽提供液体油墨，所述导管33被开在在板3的底面35内，其深度使得它们能够和槽7的相对端分别连通。这种槽结构因而可以被称为双端侧喷射器结构。盖板37被粘结在底面35上以盖住导管。
图3和图4分别是“页宽”结构的使用图1和图2的双端侧喷射器概念的打印头的分解透视图和截面图。这种打印头在WO98/52763中予以说明，该专利包括于此作为参考。采用沿介质馈入方向彼此相对隔开的两行槽，每行槽沿着垂直于介质进给方向P的方向W延伸过一页的宽度。图1和图2所示的实施例中相同的特征在图1、图2使用相同的标号表示。
图4是沿垂直于方向W取的截面图，两个压电板82a，82b每个具有槽(形成在其底面上而不是上例中所述的顶面上)，且如上所述的电极的被一个平的延伸的底板86封闭(也是在其底面上而不是在顶面上)，在底板86内形成有喷墨孔96a，96b。底板86还形成有导电轨迹(未示出)，所述轨迹和各个槽的电极电气相连，例如利用在WO92/22429中所述的焊接连接，并且所述轨迹延伸到底板的边沿，那里设置有用于每行槽的驱动电路(集成电路84a，84b)。
这种结构具有许多优点，特别是在制造方面。首先，延伸的底板86作为打印头的“脊柱”，在制造过程中支撑着压电板82a，82b和集成电路84a，84b。这个支撑功能在用于连接多个板从而形成一个如图3的透视图中82a，82b所示的连续的槽的页宽阵列的加工过程中是尤其重要的。这种延伸的盖的尺寸也简化了处理。
另一个优点是，需要形成导电轨迹的底板的表面是平的，即可以避免任何实质上的不连续。因此，能够使用在电子工业中在其它地方使用的成熟的技术完成许多制造步骤，例如用于制造导电轨迹的光刻成形技术和用于制造集成电路的“倒装片”技术。由于与用于光刻膜的旋转方法相关的问题导致的表面在角度上快速改变，采用光刻成形是不合适的。平的底板还具有容易处理和测量，以及精度和利用率高的优点。
因此，当选择用于底板的材料时的主要的考虑是，其是否容易制成不中断的表面的形式。对于所述材料的第二个要求是，其应当具有和在打印头中其它部分使用的压电材料相近的热膨胀特性。最后一个要求是，所述材料应当足够坚固，以经受得起各种制造处理。氮化铝，氧化铝，INVAR或特殊玻璃AF45都是合适的备选材料。
按照图1的实施例，喷墨孔96a，96b本身可以是锥形的，或者在被安装在所述孔的上方的喷嘴板98中形成锥形。这种喷嘴板可以包括容易溶化的任何材料，例如为此目的而通常采用的聚酰亚胺，聚碳酸酯和聚酯。此外，喷嘴制造可以独立于打印头的其余部分的完成的情况进行；喷嘴可以在把活动体82a装配到底板或基底86上之前通过从后方除去，或者在把活动体置于适当位置之后从前方除去而制成。这两种技术在本领域内是熟知的。前一种方法的优点是，在装配的早期阶段喷嘴板可以被更换或者整个部件被报废，使得被报废的元件的价值减到最小。后一种方法有利于在装配到基底上时使喷嘴和本体的槽对准。
在底板86上安装上压电板82a，82b和驱动芯片86，并例如按照EP-A-0376606中所述进行适当的测试之后，可以连接本体80。其也具有若干个功能，最重要的一个是和底板或基底86协同限定出分别位于两行槽之间和侧面的支管室90，88和92。本体80还形成有各自的导管，如90’，88’和92’所示，通过这些导管把油墨从打印头的外部送到每个室。显然，这使得结构非常紧凑，利用这种结构，油墨可以这样流通：从公共支管90通过每个本体中的槽(例如，来除去沉积的污物气泡)，通过室88和92出来。本体80还提供用于把整个打印头设置到打印机上的连接表面，并还限定出与容墨室隔开的室94a，94b，在其中可以设置集成电路84a，84b。
图5的打印头包括“页宽”底板或基底86，在其上设置有两行集成电路84。在其间具有形成在基底86上的一行槽82，其中的每个墨滴槽与两个隔开的用于墨滴喷射的喷嘴96a，96b连通，并分别和设置在喷嘴96a，96b单侧以及它们之间的支管88，92和90连通，用于供应油墨和使油墨流通。
用于槽壁的压电材料被包括在由两个带110a，110b构成的层100中。如图4的实施例所示，这些带将沿页宽W的方向被连接在一起，每个带大约延伸5-10cm(这是所提供的这种材料的晶片的通常尺寸)。在槽形成之前，每个带和底板86的连续的平面120粘结，然后，锯出或利用其它方法形成槽，使得其延伸经过所述的带和底板。图6中示出了通过槽的截面，和槽相关的激励器壁和喷嘴。所述激励器壁的结构例如可以从EP-A-0505065得知，因而不再详细说明。类似地，用于除去在相邻的压电材料的对接带之间的粘合剂和在每个压电带和基底之间的粘结中使用的粘合剂排出槽可以分别从US5193256和WO95/04658得知。
然后，在槽壁和底板上涂敷连续的导电材料层。这不仅形成如图6(a)所示的对压电壁13施加电场的电极190，以及用于对电极提供电压的底板86上的导电轨迹192，如图6b所示，而且还形成在这两个元件之间的电连接194。
合适的电极材料和淀积方法在本领域内是熟知的。铜、镍和金可以单独使用或组合使用，并最好利用无电镀处理进行淀积，并采用靶作催化剂，这将提供所需的整体性、对压电材料的附着力、抗腐蚀性以及作为随后进行钝化处理的基础，例如利用氮化硅处理，如本领域中熟知的那样。其它的淀积方法例如喷镀、电子束电镀等也是本领域中熟知的，这些方法同样是合适的。
如同从上述的EP-A-0364136得知的那样，在每个激励器壁13的相对侧上的电极必须相互电绝缘，以便在它们之间建立电场，因而在激励器壁的压电材料之间建立电场。这在图2和图6的结构中示出了。使每个电极和各自电压源相连的相应的导电轨迹也同样必须被绝缘。
除了从每个压电激励器壁13的上表面13’除去导电材料使得每个壁的一侧上的电极190’，190”隔开之外，还必须从基底86的表面上以这样的方式除去导电材料，以限定出每个电极190’，190”各自的导电轨迹。在压电材料100和底板86之间的过渡处，压电材料10的端面具有一定角度，或形成斜面195。如同所公知的那样，这和垂直切口(如虚线197所示)相比具有的优点在于，能够使得蒸发激光束照射到其上，如箭头196所示，由于其一般300微米厚并由陶瓷和玻璃制成，容易受到破坏。已经发现倾斜45度的角度是合适的。
由图5和图6可见，可以知道电极和与活动部分140a相连的导电轨迹需要和与140b相连的电极和导电轨迹绝缘，以便使得每行喷嘴能够单独操作。虽然这也可以利用激光沿着在两个压电带之间延伸的底板86的表面进行“切割”来实现，但是通过在电极的淀积处理期间使用掩模或者通过使用放电加工方法可以更简单地实现。
参见图9，本申请人已经发现，从壁的顶部除去电极材料的处理将引起除去一小部分PZT，因而使得槽13”形成。这对于PZT的刚性具有不良影响，使其盖住联结处，因而大大减少打印头的活动性，并增加获得相同程度的激励所需的电压。
按照本发明的一个方面，使用填充有刚度大于粘结剂的刚度的颗粒的粘结剂可以保持在壁和盖之间的刚性联结，因而确保不损失壁的活动性。在另一个用于联结PZT和盖的方法中，对槽应用有填充物的粘结剂，并允许在利用常规的非填充的粘结剂连接PZT和盖之前进行硬化。
当在图6中的盖130由导电材料制成时，自然要求阻止在电极190”和盖之间的短路。在连接处的较厚的黏胶层可以阻止短路，但是具有降低粘结区的刚度的效果，并且减少壁的活动性。如上所述，有填充物的粘结剂能够维持刚性粘结。
在使用这些有填充物的粘结剂时，有利的是，所用的颗粒的尺寸被严格控制，并且发现颗粒的最佳尺寸是在各种因素中的壁高、盖材料、刚性的函数。一般地说，颗粒的尺寸在1和10微米之间，最好在3和7微米之间。在优选实施例中，平均颗粒尺寸是5±1微米。正是这个窄的颗粒尺寸范围，使得所述粘结具有可靠而且高的强度。
在随后的步骤中也可以使用激光加工，以便在每个槽的底部形成喷墨孔96a，96b，如本领域中熟知的那样。所述孔可以直接用作喷墨喷嘴。或者可以在衬底86的下表面连接一个具有喷嘴的单独的板(未示出)，所述喷嘴和孔96a，96b连通，并且单独的板具有较高的质量，以致可以带有在槽的陶瓷或玻璃底部直接形成的喷嘴。能够采用的合适的技术是熟知的，特别是可以参考WO93/15911，其中披露了一种用于在连接喷嘴板之后在原处形成喷嘴的技术，从而简化每个喷嘴和其各自的槽的对准。
盖130具有几个功能：首先，其闭合沿着其壁包括压电材料的那些部分140a，140b的每个槽，使得材料的激励和引起的壁的偏移在槽部分中产生压力脉冲，并通过各个开孔喷出墨滴。第二，盖和底板在它们之间限定槽150a，150b，150c，这些槽沿着每行活动的槽部分140a，140b的每侧延伸，并用于提供油墨。所述的盖还形成有端口88，90，92，用于使导管150a，150b，150c和油墨系统的各个部分相连。除去补充被喷出的油墨之外，这种系统还可以使油墨通过槽流通(如箭头112所示)，以便进行加热、除去污物和气泡，如本领域熟知的那样。盖的最后一个功能是使打印头的油墨容纳部分和外部特别是电极84隔开。已经发现，借助于在衬底86和盖肋132之间的粘结剂的粘结，可以满意地实现所述目的，尽管还可能需要使用附加的措施，例如黏胶嵌条等。另外，盖肋可以利用合适形状的垫片代替。
广义地说，图5的打印头包括具有连续的平的表面的第一层；被粘结在所述连续的平的表面的压电材料构成的第二层；通过被粘结在一起的第一和第二层延伸的至少一个槽；所述第二层具有沿着槽的长度隔开的第一和第二部分；以及第三层，用于闭合和由所述第二层的所述第一和第二部分限定的槽的沟道部分的轴线平行的所有的侧部。
应当理解，只限于在需要使槽壁移动的槽的“活动”的部分使用压电材料是一种利用相当昂贵的材料的有效方法。和压电材料相关的电容也被减到最小，从而减小负载，因而减小了驱动电路的成本。
尽管图5，图6和图7的打印头使用“悬臂”型的激励壁，其中只有壁的一部分响应施加的电场而变形，图10的打印头的激励壁在其整个长度上活动地变形而成为V形。这种“V形”的激励器具有沿相反方向(如箭头所示)极化(poled)的上下壁部分250，260，以及在相对表面上的电极190’，190”，用于在壁的整个高度上施加单向电场。当施加电场时壁的变形的大致形状被夸大地在图10的右侧上用虚线270示出。
这种“V形”激励器的多种制造方法例如可以从EP-A-0277703，EP-A-0326973以及WO92/09436中得知。对于图15和图16的打印头，首先这样设置两片压电材料，使得它们的极化方向彼此相反。然后这些压电片被层叠在一起，被切割成带形，最后被粘结在不活动的底板86上，如同参照图15说明的那样。
图11说明由黏胶层800粘结在一起的两片压电材料250，260形成的“V形”壁。所述的壁经过等离子清洁从而除去由锯处理造成的污染。已经发现，正是黏胶的性质使得等离子清洁也刻蚀粘结剂800，从而使得在粘结点的压电材料略微突出。
为了达到最大的效率，“V形”壁需要在壁的两侧的整个表面上形成单独的电极。已经发现，当利用例如喷镀和电子束电镀等瞄准线方法(line of light method)形成电极时，粘结剂的刻蚀使得特别是在粘结点的电极形成不良。在最坏的情况下，在压电材料的顶部和底部上的电极可能完全分离，而沿着壁的整个长度在点801没有电极材料被淀积上。
有时使电极材料粘结在使用的粘结剂上是困难的，并且这可以导致一些缺陷，例如当元件经受进一步处理例如清洁或钝化时发生撕裂或其它的破坏。
图14表示按照这些常规技术制造的打印头的活动性的典型的曲线。点802表示在壁的两侧具有由粘结剂材料隔断的电极的情况。因为此时只有半个壁可被致动，所以活动性被减小了。在点803，壁的一侧具有断开的电极，而另一侧具有完全活动的电极。在曲线中的所有其它的点在壁的两侧都形成有完整的电极。
本发明的另一个方面通过使用填充的一薄层粘结剂克服了在粘结剂粘结处的电极形成不良的问题。
图13是图11的区域A的放大图，其中粘结剂800含有颗粒804，由图13可见，在进行锯处理之后进行的等离子刻蚀除去了粘结剂800而暴露出填充物804。这增加了电极材料的键接点的质量，此外还减少了材料的突出，使得镀层会在叠层的整个表面上延伸。其刚度大于粘结剂的刚度的颗粒确保了使用较厚的粘结剂也不损失壁的柔性。在优选实施例中，所述粘结剂具有可以和最大的颗粒的尺寸相比的厚度，即只有一层颗粒隔开压电材料的顶部片和底部片。因而，通过仔细地控制颗粒的尺寸使之在5到20微米之间，更好地是在5到10微米之间，所述粘结剂基本上是自调整(self shimming)的。
在粘结剂中添加颗粒的方法必须被仔细地控制，以便确保充分混合，尤其是当粘结剂是两部分相作用的胶例如环氧树脂时。陶瓷增加粘结剂的黏度，并且可以使得在大的负载时使所述颗粒在整个粘结剂中散布是困难的。已经发现，使粘结剂和挥发性的溶剂混合可以在混合物变得太稠之前增加可用于混合的时间。一种合适的溶剂是丙酮。确保充分混合的其它方法包括在添加第二粘结剂部分之前对粘结剂混合物的一部分添加颗粒。
其它的改型包括提供导电颗粒。这使得能够形成具有不同的极化结构的侧壁剪切方式的激励器，颗粒本身可以作为电极材料。
在形成槽之后，进行导电材料的淀积，并限定电极/导电轨迹。在所示的例子中，压电带110a，110b上被刻上槽，以便于随后的成形，如上所述。此外，在基底上沿着每个槽于两点形成喷嘴孔96a，96b。
最后，把盖部件130粘结到槽壁的顶部，从而形成用于喷射墨滴所需的封闭的“活动”的槽长度。在图15所示的打印头中，盖部件只需包括一个形成有供墨孔88，90，92的简单的平面部件，因为在盖部件130的下表面340和沟槽300的表面345之间限定有沿着槽的行的方向分配油墨所需的间隙150a，150b，150c。槽的密封是通过盖部件130的下表面340和基底的上表面之间的粘结剂连接在330实现的。
在图16中，其上未形成沟槽300的简单的底板86根据需要被偏移，从而在盖130中形成沟槽状的结构350(例如由凸起肋360限定的)，以便限定供墨导管150a，150b，150c。
回到图17的实施例，该实施例也使用简单的底板86和较复杂的盖部件130的组合，在这种情况下，由垫片部件410和平面盖部件420构成复合结构。不过，和前一个实施例不同，底板86而不是盖而是形成有供墨孔88，90，92，并且盖130不是底板而是形成有用于喷墨的孔96。在所示的例子中，这些孔和被连接到平面盖部件420的喷嘴板430中形成的喷嘴连通。
图18是从盖的侧面看的图17的打印头的切开的透视图。极化成“V形”的压电叠层的带110a，110b被粘结到底板86上，然后被切割而形成槽。连续的导电材料层被淀积在带和底板的一部分上，并在其上按照本发明限定电极和导电轨迹。如结合图7所说明的，带的每侧制有槽(在195)，以助于在这个过渡区域的激光成形。
图19是一个放大图，其中除去了垫片部件410，从而更详细地表示导电轨迹192。虽然为了简明没有示出，应当理解，槽7同样延伸跨过打印头的整个宽度。在和每个带(相对于带110b用箭头500表示)相邻的底板区域，轨迹是连续的并具有在每个槽面对的壁上的电极(未示出)，所述轨迹在同一个制造步骤中被淀积。这提供了有效的电接触。
不过，在底板上的其它位置，如510所示，可以使用更普通的技术，例如光刻，以便不仅限定从槽电极通向集成电路84的轨迹192，而且还限定用于向集成电路传送功率、数据和其它信号的轨迹520。这种技术具有更好的成本效率，特别是使其中的导电轨迹在供墨孔92周围转向，否则将需要更复杂的激光定位控制。它们最好在供墨孔(例如利用激光)88，90，92被钻出之前以及压电带110a，110b被连接、开槽、锯切之前形成于氧化铝底板上。在紧邻带的区域中淀积导电材料之后，可以使用激光以便确保每个轨迹只和其各自的槽电极而不和其它的电极相连。
此后，电极和轨迹需要进行钝化，例如使用按照WO95/07820淀积的氮化硅。进行这种处理的目的在于，不仅提供免受由于电场和油墨结合的效应而引起的腐蚀的保护(可以知道，所有包含在由垫片部件410的内部轮廓430限定的区域420内的导电材料都暴露给油墨)，而且用于阻止在每个壁的相对侧上的电极被平面盖部件430短路。盖和垫片最好都由钼或Nylo(商标)制成，它们除去具有和打印头其它地方使用的氧化铝相同的热膨胀特性之外，还能够被容易地例如利用刻蚀、激光切割或冲压进行高精度加工(Nylo是由Reynolds公司制造的镍合金)。这对于喷墨孔96是尤其重要的，对于垫片部件410的波浪形的避免气泡陷入的内部轮廓430在较低程度上也是重要的。还可以通过设置波浪形轮廓的凹槽440，使得其和各个墨孔92的边沿对齐或者盖住所述边沿，以避免进一步气泡陷入。从相邻的带110a，110b的边沿测量的波浪形的峰顶450的尺寸(展平的距离)一般是3mm，大约为每个带110a，110b的宽度的1.5倍，以便确保避免气泡陷入而不影响油墨流入槽。
随后，垫片部件410利用一层粘结剂固定在底板86的的上表面上。除去其主要的固定功能之外，所述粘结剂层还提供在底板上的导电轨迹之间的备用电绝缘。使用对准特征例如凹口440确保正确地对准。
最后要被粘结固定的两个部件，或者单独地或者在它们相互装配好之后是平面盖部件420和喷嘴板430。可以使用光学装置确保在喷嘴板中形成的喷嘴和槽本身之间的正确的对准。此外，一旦喷嘴板就位之后，便可以例如利用从WO93/15911得知的方法形成喷嘴。
使用按照本发明的一个方面的填充的粘结剂的另一个优点如图20所示，该图是图7中的标号194表示的区域的详图。当按照上述内容在叠层的端面上形成斜面195时，在形成压电层100和底板86之间的连接期间粘结剂被挤出时形成的加厚部550被有利地保持着。当器件被进行电镀前的清洁步骤(例如等离子刻蚀)时，在所述粘结剂加厚部中的填充物被相继露出，因而在否则易于发生由粘结剂的刻蚀引起的电镀缺陷的区域提供电极材料190的好的连接，并提供粘结剂的强的粘结性能。
下面参照图21-26说明本发明的其它方面。图15表示被制备用于连接到底板上的压电材料块100。可以看出，压电材料的“页宽”带110a，110b由许多对接的元件构成。如上所述，通过使用粘结剂流排放槽630确保带和底板粘结的均匀性，所述的排放槽形成在带610的下表面上相应于在下一步形成的墨槽的位置。在带之间的对接点650形成另一个排放槽，在带的各自的端部形成有半个槽宽640。图22是沿图21的箭头660取的详图，如图22所示，最好涂敷足够的粘结剂670，以便完全充满排放槽630和640。
本申请人发现，当在相应于上部喷墨槽7的位置锯出排放槽时具有出人意料的优点。一旦粘结剂连接670固化，便在压电层的顶面上形成墨槽7。图23表示槽具有怎样的的位置和深度，使得它们和黏胶排放槽630连通，甚至可以除去排放槽中的一些粘结剂，如图23中的虚线681所示。类似地，在对接点650形成的墨槽7’，其原理由上述的US5193256得知，它和由半个槽640形成的排放槽连通。结果，每个槽壁13只由粘结剂670和其相邻的部分相连，从而减少了不这样做时通过底部的压电材料发生的串扰(这个问题在EP-A-0364136中更详细地讨论了)。最好是，在对接点650形成的槽和在沿着阵列的所有其它点形成的槽具有基本上相同的外形和活动性。
已经发现这样是比较有利的，在打印头中的多个点使用被“填充”的粘结剂，即含有具有比粘结剂本身的刚度大的颗粒的粘结剂。这样得到的黏胶的刚度大于非填充的黏胶的刚度，并且其刚度接近于压电材料的刚度。一个这样的点位于压电材料带110a，110b和底板86的表面之间的接缝，其确保实现更大刚度的连接，并且确保整个激励壁具有更大的刚性。这又增加了激励器的效率，其原理例如可从EP-A-0277703得知。陶瓷颗粒例如氧化铝，碳化硅，煅制二氧化硅或具有30-50％w/w环氧树脂粘结剂的硅粉，如Epotek或Ablebond(商标)，已被证明其自身或者作为混合物的一部分是尤其有效的。也可以使用其刚度大于粘结剂的刚度的其它颗粒，包括金属的或塑料的(聚合的，热塑的或热固的等)。
这种结构的优点在于其能够减少串扰，而对活动性没有大的减少。因为填充的颗粒具有接近于压电材料的刚性，所以容易保证上槽精确地相应于相关的下槽，因此可以放宽对打印头的制造的公差要求。
此外，这种技术确保在适当的槽的深度下方延伸的槽壁13的任何部分，例如图24所示的点690和691被支撑在粘结剂加厚部680的每一侧，所述粘结剂本身由于陶瓷填充颗粒而具有高的刚度。仔细地控制粘结步骤能够确保位于壁底部的接合处的刚度在两个带和横跨头的其它位置之间的接合处保持一致，这是保证在槽之间的喷墨速度一致的一个重要因素(参见EP-A-0364136)，这是熟知的一个影响打印的图像的质量一个关键因素。
当希望完全除去黏胶防护时，这种方法具有其它的优点。如上所述，在壁的底部的接缝的刚度是重要的，采用无填充物的粘结剂的接合处需要较薄，以便实现所需的刚度。通过混入填充物，通过使用较厚的粘结剂层可以实现相同的刚度。此外，在底板显著地比压电材料硬的位置，需要对锯的绷紧进行控制，使得它不会因为切割太长而进入底板因而被破坏。通过添加填充物而允许有较厚的黏胶层，该黏胶层允许放宽制造公差，并使得锯片的寿命增加。
下面参照图21说明其它特征。如上所述，在由两个带110a，110b构成的层100中包括用于槽壁的压电材料，所述的两个带沿方向W与其它带对接，以满足宽的槽阵列的需要。根据激励器是“悬臂”或“V形”型的，压电层将沿一个或两个(相反的)方向极化，在后一种情况下，可以由图21的600和610所示的被层叠在一起的相反地极化的板构成。为了有利于相关的定位，带110a，110b由桥件620连接在一起，一旦带100和底板86用粘结剂粘结在一起后，所述的桥件在倒角步骤中被除去。
通过使用有填充物的粘结剂而获得的改进的刚度还具有其它用途和效果，下面参照图25和26详细说明。图25说明与利用恒定厚度的粘结剂层710得到的具有不平的表面(由斜面700表示)的底板86相连的槽壁13a，13b。槽7也具有恒定的深度d，这是因为压电带的顶面720在例如利用本领域熟知的盘切割器进行锯切割而形成槽之前已经被平面化。“d”是壁的“有效高度”，即当施加有电场时发生偏转的部分。不过，应当理解，在壁13a的有效高度的底部的接缝比壁13b的有效高度的底部的接缝更易于弯曲，这是因为在有效高度的底部和底部86之间的距离730a对于壁13a比对于壁13b大一个相应的距离730b。
图26表示当使用本发明的这个方面的技术时的对比的情况。粘结剂层670的加厚部680延伸到壁的有效高度“d”的底部，而不管底板86的形状如何。因此，对于壁13a，13b和打印头中所有的壁的底部接缝的刚度基本相同。至少在这个方面，保证了一致性。
图27说明了使用较厚的粘结剂层的其它的优点。如上所述，基础材料必须被仔细地选择，以便和PZT匹配。不过，在某些情况下，最好使用其硬度远大于PZT的硬度的材料。如上所述，在PZT和底板之间的粘结应当是刚性的，当使用常规的无填充物的粘结剂时，所述刚性通过使用薄的粘结剂层710来达到。当锯出槽7时，通常避免切割进入底板是困难的，如虚线799所示。在上述情况下，当所述底板由硬的材料制成时，切割的作用经常导致锯片被破坏，这不仅减少了锯片的寿命，还增加了维修的费用，在一些情况下，可以破坏正在被制造的元件。
本发明试图通过掺入填充物颗粒解决上述问题。因为颗粒的存在，粘结剂的刚性被增强了，因而使用较厚的粘结剂层，一般厚达未使用填充物时获得相同刚度的的厚度的10倍，可以实现可以接受的刚度。这意味着锯操作可以延伸到粘结剂层，使得粘结剂层形成槽的壁的有效高度d和整个底板b的厚度的一部分，而在活动性方面没有大的减小。进行锯操作时的公差也可以被放宽。
上面参照附图对本发明进行了说明，但是本发明决不限于这些实施例。特别是，本发明的技术适用于不同宽度和分辨率的打印头，页宽双行的打印头只是许多合适的结构中的一种。例如，具有两行以上的打印头通过使用在电子工业其它领域中熟知的在多层中使用的轨迹可以容易地实现。
说明引用的所有文件，特别是专利申请，都被包括在本申请中作为参考。

Claims (43)

1.一种适合在液滴沉积装置中使用的元件，包括具有顶表面和与一个底板(86)相连的底表面的压电材料本体(100)，所述本体具有多个从所述底表面延伸进入所述压电本体的上槽(7)和相应的从所述本体的底表面延伸进入压电本体(100)的多个下槽(630)；其特征在于，所述的槽具有这样的深度，使得在至少一个上槽(7)和相应的下槽之间具有连接。
2.如任一前述权利要求所述的元件，其中所述上槽(7)的宽度大于所述下槽(630)的宽度。
3.如权利要求1或2所述的元件，其中所述粘结剂材料(710)置于本体(100)和底板(86)之间。
4.如权利要求3所述的元件，其中所述下槽(630)填充有粘结剂材料(710)。
5.如权利要求3或4所述的元件，其中粘结剂材料(710)含有其刚度大于粘结剂的刚度的颗粒(804)。
6.如权利要求5所述的元件，其中颗粒的直径是1-10微米。
7.如权利要求3-6任何一项所述的元件，其中粘结剂(670)的厚度大于用于粘结所需的厚度。
8.如权利要求7所述的元件，其中粘结剂(670)的厚度从所述底板的一边到另一边是改变的。
9.如权利要求7或8所述的元件，其中底板(86)具有一个基本上不连续的表面，并且所述粘结剂提供一个基本上没有不连续性的层。
10.如前述任何一个权利要求所述的元件，其中所述本体和底板之间的粘结剂的厚度在1-100微米之间。
11.如权利要求5-10任何一项所述的元件，其中至少一个下槽(630)在上槽宽度上的非中心点与相应的上槽(7)相连。
12.如权利要求5-10任何一项所述的元件，其中粘结剂材料(550)在底板上延伸超过本体(100)的边沿。
13.如前面任何一项权利要求所述的元件，其中本体(100)的至少一个边沿被制成斜面。
14.如权利要求13所述的元件，所述本体的制有斜面的边沿垂直于所述槽延伸的方向。
15.如权利要求12-14任何一项所述的元件，其中所述斜面延伸通过延伸超过所述本体(100)边沿的粘结剂(550)。
16.如前述任何一项权利要求所述的元件，其中所述本体(100)由二或更多层(250，260)压电材料的层叠体构成。
17.如权利要求16所述的元件，其中所述压电材料的层沿相反方向被极化。
18.如前面任何一项权利要求所述的元件，其中相邻的槽被插入的壁隔开。
19.如前面任何一项权利要求所述的元件，其中设有电极(190)，用于使所述壁产生剪切变形。
20.一种形成用于液滴沉积装置中的元件的方法，包括以下步骤：提供底板(86)和具有顶表面和底表面的压电材料本体(100)；在所述本体的底表面中锯出多个下槽(630)；利用粘结剂(710)使所述本体的底表面和底板相连；以及随后在所述本体的顶表面锯出多个上槽(7)；其特征在于，至少一个上槽被锯到这样的深度，使得其延伸通过所述本体，并且和相应的下槽相连。
21.如权利要求20所述的方法，其中提供足够的粘结剂，用于填充所述下槽。
22.如权利要求20或21所述的方法，其中在形成所述上槽的锯切割步骤期间除去粘结剂(681)的一部分。
23.如权利要求20到22任何一项所述的方法，其中在所述上槽形成之后所述本体(100)被分成至少两个不同的槽阵列(110a，110b)。
24.如权利要求20-23任何一个所述的方法，其中过量的黏胶(670)被挤到本体的侧部，从而形成加厚部(550)。
25.一种形成用于液滴沉积装置中的元件的方法，包括以下步骤：提供一个底板(86)和具有顶表面和底表面的压电材料的本体(100)，在所述本体的底表面中锯出下槽(630)，借助于粘结剂层(710)使所述本体的底表面和所述底板粘合，然后在所述本体的顶表面锯出延伸进入所述本体的上槽(7)；其特征在于，所述上槽延伸通过所述本体并进入所述粘结剂层(710)。
26.利用权利要求25所述的方法制造的元件，其中所述粘结剂层(710)形成和所述上槽(7)相邻的壁(13)的一部分。
27.利用权利要求25或26所述的方法制造的元件，其中所述粘结剂包含其刚度大于所述粘结剂的刚度的颗粒(804)。
28.一种适用于应请求喷墨的打印头中的元件，所述元件具有顶表面和底表面，并包括由多个板构成的层叠体，其特征在于，所述板利用粘结剂层(800)相互粘连，所述粘结剂层含有其刚度大于所述粘结剂的刚度的颗粒(804)
29.如权利要求28所述的元件，其中所述多个板包括压电板。
30.如权利要求28所述的元件，其中所述多个板包括多个压电板。
31.如权利要求28-30任何一项所述的元件，其中所述粘结剂层具有和粘结剂(800)中包含的最大颗粒(804)基本相同的厚度。
32.如权利要求28-31任何一项所述的元件，其中所述颗粒(804)是陶瓷。
33.如权利要求28-31任何一项所述的元件，其中所述颗粒(804)是金属。
34.如权利要求28-31任何一项所述的元件，其中所述颗粒(804)是塑料。
35.如权利要求28-34任何一项所述的元件，其中所述元件具有被切割入压电板内从而限定壁的槽。
36.如权利要求35所述的元件，其中一个或更多个槽延伸进入粘结剂层中。
37.如权利要求28-36任何一项所述的元件，其中在所述粘结之后的制造步骤中所述颗粒(804)被暴露出。
38.如权利要求37所述的元件，其中所述制造步骤是锯切加工。
39.如权利要求37所述的元件，其中所述制造步骤是等离子清洁步骤。
40.如权利要求37-39任何一个所述的元件，其中在暴露出的颗粒上淀积电极(190)材料层。
41.一种形成适合于在液滴沉积装置中使用的元件的方法，包括以下步骤：利用一层粘结剂材料(670)把压电材料的本体(100)粘结到底板(86)上，并在所述压电材料中切割槽(7)，使得留下可激励的压电侧壁(13)，其中所述的槽被切割以便露出所述粘结剂材料。
42.如权利要求39所述的方法，其中所述粘结剂材料(710)含有其刚度大于粘结剂的刚度的颗粒(804)。
43.如权利要求39或40所述的方法，还包括以下步骤：在压电材料中与所述槽对准的位置切割排放槽(630)，在将压电材料(100)粘结到底板(86)时设置所述粘结剂材料(710)充满所述排放槽，并切割所述槽从而使排放槽中的粘结剂材料露出。
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