CN1608851A - 用于流体喷射装置的孔板和其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种形成流体喷射装置(12)孔板(100)的方法，其包括在传导表面(206)上放置并制成掩模材料(210)，在传导表面上形成第一层(110)，在第一层上形成第二层(120)，并从传导表面上取下第一层和第二层，其中第一层包含金属材料，第二层包含聚合材料。
Description
技术领域
一种喷墨打印系统，作为流体喷射系统的一个实施例，可以包括一个打印头、一个向打印头供应流体墨的墨喷源和一个控制打印头的电子控制器。打印头，作为流体喷射装置的一个实施例，通过众多喷嘴和孔向打印介质，如一页纸，喷射墨滴，以在该打印介质上打印。通常孔以单阵列或多阵列方式排列，这样，随着打印头和打印介质的相对移动，由孔喷出的排列整齐的喷射墨滴就可使字符或图像印在打印介质上。
背景技术
孔经常被设置在打印头的孔层或孔板上。孔板上孔的形状、尺寸和/或孔的间距影响打印头打印图像的质量。例如，孔的尺寸和间距影响打印头的清晰度，通常以点每英寸(dpi)为单位，因而，也就影响打印图像的清晰度或dpi。所以，最为理想的是孔板上的排列能够一致或均匀。
现有的孔板制作技术包括电铸和激光消融术。不幸的是，由于电铸的高清晰度孔板极其薄，因而产生了其它制造和/或设计问题。而且用激光消融技术生产出的孔板，其孔的形状经常不一致或不均匀，以致于带有这种孔板的打印头打印出来的图像质量不高。
基于这些原因以及其它原因，产生了本发明。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种用于流体喷射装置的孔板的制造方法。该方法包括：在一个传导表面上沉积和加工一种掩模材料，在该传导表面上形成第一层，在第一层上形成第二层，从传导表面上取下第一层和第二层，其中第一层包含金属材料，第二层包含聚合材料。
本发明的第二个方面是提供一种用于流体喷射装置的孔板的制造方法。该方法包括：在一个表面上沉积和加工一种掩模材料，在该表面上形成第一层，在第一层上形成第二层。形成第一层包括：在一部分掩模材料上形成第一层并且至少提供1个通过第一层到掩模材料的开口。形成第二层包括：在第一层上和第一层的至少1个开口内沉积一种材料，和构图该材料以确定至少1个通过第二层和第一层到掩模材料的开口。
本发明的第三个方面是提供一种用于流体喷射装置的孔板。该孔板包括由金属材料制成的第一层和由聚合材料制成的第二层。第一层有1个第一侧面和1个与第一侧面相对的第二侧面，并在其第一侧面上形成1个孔，在其第二面上形成第一开口，使第一开口与孔相通。第二层有1个第二开口，其贯通第二层并且定位在第一层的第二侧面上，以使第二开口和第一开口相通。此外，孔的直径和第二开口的直径都大于第一开口的最小直径。
本发明的另一个方面是提供一种流体喷射装置。该流体喷射装置包括1个有流体口通过的底层、在底层上形成的墨滴发生器和1个位于墨滴发生器之上的孔板。孔板包括由金属材料制成的第一层和由聚合材料制成的第二层，使第一层有1个孔和1个与该孔相通的第一开口，第二层有1个与第一开口相通的第二开口。此外，该孔的直径和第二开口的直径都大于第一开口的最小直径。
附图说明
图1为方块图，图示根据本发明的喷墨打印系统的一个实施例；
图2为横截面视图，图示根据本发明的流体喷射装置的一部分的
实施例；和
图3A-3H为根据本发明的用于流体喷射装置的孔板的制作实施例图示。
具体实施方式
在下面的详细说明中，应参考构成文本的一个部分的附图，并且附图中图示了可能应用本发明的特殊实施例。在这点上，象“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“引导”、“拖拉”这类方向性术语的使用参考了所述附图的方向。因为本发明实施例的各组成部分可以在许多不同的方向上定位，所以使用方向性术语的目的是为了说明附图，决不起限定作用。可以理解为可能还会有其它的实施例，并在结构或逻辑上做一些不超出本发明范围的变动。因此，对下面的详细说明不应作限定性理解，本发明的范围由所附的权利要求书确定。
图1所示是根据本发明的喷墨打印系统10的一个实施例。喷墨打印系统10构成一个流体喷射系统的实施例，其包括1个流体喷射组件，如打印头组件12，和1个流体供应组件，如供墨器组件14。在图示的实施例中，喷墨打印系统10还包括1个安装组件16、1个介质传送组件18和1个电子控制器20。
打印头组件12作为流体喷射组件的一个实施例，按照本发明的一个实施例构成，可以通过大量的孔或喷嘴13喷射包括一种或多种彩色墨在内的墨滴。当下面的详细说明涉及从打印头组件12喷墨时，可以理解为从打印头组件12还可以喷射其它液体、流体或可流动的物质。
在一个实施例中，墨滴被导向一个介质，如打印介质19，以便在打印介质19上打印。典型的是，喷嘴13成单列、多阵列或多阵列排列，这样可以使一个实施例中的喷嘴13完全按顺序喷射墨滴，结果使字符、符号、和/或其它图表、图象随着打印头组件12和打印介质19的相互移动被打印在打印介质19上。
打印介质19包括例如纸、卡片纸、信封、标签、幻灯片、聚脂薄膜、布等。在一个实施例中，打印介质19是一种连续打印形式或连续卷筒打印介质19。同样，打印介质19可以包括未打印连续卷筒纸。
供墨器组件14作为流体供应组件的一个实施例，向打印头组件12供墨，它包括1个用于储墨的储墨器15。这样，墨水从墨喷源15流到打印头组件12。在一个实施例中，墨喷源组件14和打印头组件12构成一个循环送墨系统。这样，墨水从打印头组件12流回墨喷源15。在一个实施例中，打印头组件12和墨喷源组件14一起放在喷墨嘴或流体盒或墨笔中。在另一个实施例中，墨喷源组件14与打印头组件12是分开的，它通过一个连接部分，如1根供给管(未显示)向打印头组件12供应墨水。
安装组件16决定打印头组件12相对于介质传送组件18的位置，介质传送组件18决定打印介质19相对于打印头组件12的位置。这样在打印头组件12和打印介质19之间的一个区域内，限定了一个与喷嘴13相邻的打印区17，在打印区17中打印头组件12沉积墨滴。在通过介质传送组件18打印的过程中，打印介质19被向前送过打印区17。
在一个实施例中，打印头组件12是一种扫描型打印头组件，在打印介质19上打印细长列时，安装组件16使打印头组件12相对介质传送组件18和打印介质19移动。在另一个实施例中，打印头组件12是一种非扫描型打印头组件，在打印介质19上打印细长列时，安装组件16将打印头组件12固定在规定的相对于介质传送组件18的位置上，同时介质传送组件18将打印介质19向前送过规定位置。
电子控制器20与打印头组件12、安装组件16和介质传送组件18对话。电子控制器20从宿主系统，如计算机，接收数据21，它包括用于临时存储数据21的存储器。通常数据21通过电子、红外、光或其它信息传输通路被送至喷墨打印系统10。例如，数据21可以是一个要打印的文件和/或文档。这样，数据21形成用于喷墨打印系统10的一项打印作业，它包括一条或多条打印作业指令和/或指令参数。
在一个实施例中，电子控制器20对打印头组件12提供控制，其中包括用于从喷嘴13喷射墨滴的定时控制。这样，电子控制器20确定了喷射墨滴的模式，墨滴可以在打印介质19上形成字符、符号、和/或其它图表或图象。因此，定时控制和由此限定的墨滴喷射模式通过打印作业指令和/或指令参数确定。在一个实施例中，构成电子控制器20一部分的逻辑和驱动电路被定位在打印头组件12上。在另一个实施例中，构成电子控制器20一部分的逻辑和驱动电路被定位在打印头组件12之外。
图2显示的是打印头组件12的一部分的一个实施例。打印头组件12作为流体喷射组件的一个实施例，包括一排墨滴喷射元件30。墨滴喷射元件30在底层40上形成，底层上有1个流体(或墨)供应槽44。这样，流体供应槽44向墨滴喷射元件30提供流体(或墨汁)。
在一个实施例中，每个墨滴喷射元件30都包括1层薄膜结构50、1块孔板60和1个墨滴发生器，如启动电阻器70。薄膜结构50有一个与底层40的流体供应槽44相通的流体(或墨)供应通道52。孔板60有一个前侧面62和一个在前侧面62上形成的喷嘴口64。在一个实施例中，孔板60是一块如下所述的多层孔板。
孔板60还有一个喷嘴室66，该喷嘴室与喷嘴口64和薄膜结构50的流体供应通道52相通。启动电阻器70位于喷嘴室66中，它包括将启动电阻器70电连接至驱动信号和地的导线72。
在一个实施例中，每个墨滴喷射元件30还包括第一层粘合层80。粘合层80靠薄膜结构50支撑，介于薄膜结构50和孔板60之间。这样，流体(或墨)供应通道52在薄膜结构50和粘合层80上形成。粘合层80可以包含例如一种聚合材料或类似环氧化物的粘合剂。因此，在一个实施例中，孔板60通过粘接在粘合层80上的薄膜结构50支撑。
在一个实施例中，在操作过程中，流体从流体供应槽44经流体供应通道52流向喷嘴室66。喷嘴口64与启动电阻器70有效地连接，以便当启动电阻器70加电压时，流体滴从喷嘴室66通过喷嘴口64(例如，与点火电阻器70的平面垂直喷出)喷向打印介质。
例举的打印头组件12的实施例包括热打印头、压电打印头、弹性张力打印头或本领域已知的其它任何类型流体喷射装置。在一个实施例中，打印头组件12是一个完全合成一体的热喷墨打印头。这样，例如底层40由硅、玻璃或一种稳定的聚合物构成，如薄膜结构50包括由二氧化硅、碳化硅、氮化硅、钽、多晶硅玻璃或其它材料构成的单层或多层钝化层或绝缘层。薄膜结构50还包括一个限定启动电阻器70和导线72尺寸的传导层。传导层由诸如铝、金、钽、钽-铝或其它材料或金属合金构成。
图3A-3H显示形成流体喷射装置孔板100的一个实施例，如打印头组件12。在一个实施例中，孔板100组成墨滴喷射元件30(图2)的孔板60。这样，孔板100由薄膜结构50支撑，覆盖在启动电阻器70的上方。此外，孔板100还包括构成喷嘴口64的孔102(图3G)和构成单独墨滴喷射元件30喷嘴室66的流体室104(图3G)。虽然图示孔板100有2个孔，但实际上孔板100上的孔可以是任意数量。
如图3A所示，在一个实施例中，孔板100在心轴200上形成。心轴200包括1个底层202和一个在底层202的一个侧面上形成的晶种层204。在一个实施例中，底层202由非传导材料构成，如玻璃，或由半导体材料构成，如硅。然而晶种层204由传导材料构成。这样，晶种层204有一个传导表面206，如下所述，孔板100在该表面上构成。在一个实施例中，晶种层204可以由一种金属材料，如不锈钢或铬构成。在一个实施例中，当底层202由硅构成时，晶种层204和传导表面206可以通过掺入底层202构成。
如图3B的实施例所示，为了形成孔板100，在心轴200上形成掩模层210。更确切地说，掩模层210在晶种层204的传导表面上形成。在一个实施例中，掩模层210由绝缘材料构成。可以用作掩模层210的材料例如包括光刻胶或氧化物，如氮化硅。
接下来，如图3C的实施例所示，构图掩模层210以限定孔板100的孔102(图3G)形成的区域。在一个实施例中，掩模层210可能被构图成限定定掩模212。这样，如下所述，掩模212限定了孔板100上所形成的孔的尺寸。此外，同样如下所述，掩模212的间距确定了孔板100上的孔的间距。举例而言，掩模层210通过光刻和/或蚀刻构图。
在一个实施例中，如图3D所示，形成了孔板100的第一层110。在一个实施例中，第一层110在心轴200的传导表面206上形成。在一个实施例中，第一层110可能电铸在传导表面206上。这样，第一层110可能通过利用一种金属材料电镀传导表面206的方式制成。可能被用来做第一层110的材料例如包括镍、铜、铁/镍合金、钯、金和铑。
在电镀过程中，第一层110的金属材料决定第一层110的厚度t1。在一个实施例中，第一层110的厚度t1的范围在约5微米到约25微米之间。在一个示范性实施例中，第一层110的厚度t1可能约为13微米。
在一个实施例中，第一层110的金属材料在大致垂直于厚度t1的方向上，这样可以与掩模212的一部分重叠。更确切地说，第一层110的金属材料可能被电镀，以便与掩模212的边缘重叠，并提供通过第一层110到掩模层210的掩模212的开口112。在一个实施例中，第一层110的金属材料与掩模212的边缘重叠的数量与厚度t1成比例。例如在一个实施例中，厚度t1和重叠数量之间的比例为1∶1。这样，如下所述，掩模212确定了孔板100的孔102(图3G)在第一层110上形成的位置。
在一个实施例中，如图3E所示，形成了孔板100的第二层120。在一个实施例中，第二层120在第一层110上形成。这样，第二层120在第一层110之后形成。在一个实施例中，第二层120通过在第一层110上方和第一层110的开口112之内沉积聚合材料的方式形成。可作第二层120的材料包括可光成像聚合材料，如马萨诸塞州牛顿微量化学公司(MicroChem Corporation of Newton，Massachusetts)的SU8，或特拉华州的威尔明顿DuPont公司(DuPont of Wilmington，Delaware)的IJ5000。
第二层120的聚合材料的沉积确定了第二层120的厚度t2。在一个实施例中，第二层120的厚度t2的范围在约5微米到约25微米之间。在一个示范性实施例中，第二层120的厚度t2可能约为13微米。虽然图示第二层120只包括第一层聚合材料，但实际上第二层120的聚合材料可以是一层或多层。
如图3F的实施例所示，对第二层120的聚合材料进行构图。更确切地说，构图第二层120以确定通过第二层120的开口122。举例说，第二层120通过使聚合材料的被选区域曝光和显影来构图，用以确定聚合材料将被保留的那一部分或区域，和/或聚合材料将被去除的那一部分或区域应被移动的范围。
在一个实施例中，第二层120的开口122与第一层110的开口相通。此外，第二层120的开口122的大小为可以弥补与第一层110开口112不对齐的部分。这样，开口122和112提供了通过第二层120和第一层110到掩模层210的掩模212的通道或开口106。
如图3G的实施例所示，在第一层110和第二层120形成后，第一层110和第二层120与心轴200和掩模层210分开。这样，形成了包括第一层110和第二层120的孔板100。因此孔板100的第一层110有一个一侧面114和一个与一侧面114相对的二侧面116，以确定孔102在一侧面114上的位置并且与孔102相通的开口112在二侧面116中限定。此外，孔板100的第二层120有一个贯通的开口122，该开口122与第一层110的开口112和孔102相通。
在一个实施例中，孔102的尺寸为D1，并且相互之间中心对中心的间距为D2。例如，当孔102大致为圆形时，尺寸D1表示孔102的直径。然而孔102还可能是非圆形或类圆形。如上所述，尺寸D1和孔102的间距D2通过构图掩模层210、更确切地说是掩模212进行限定。
在一个实施例中，如图3H所示，在孔板100的第一层110的上方形成保护层130。在一个实施例中，更确切地说，在第一层110的一侧面114上并且是在孔102和第一层110的开口112之内形成保护层130。在一个实施例中，只有当第一层110由例如镍、铜或铁/镍合金制成时，才设置层130。这样，可能被用作保护层130的材料例如包括钯、金或铑。在一个实施例中，当第一层110如例如钯、金或铑制成时，可以省掉保护层130。
如上所述，在一个实施例中，孔板100组成墨滴喷射元件30(图2)的孔板60。因此，孔板100依靠薄膜结构50支撑，并覆盖在启动电阻器70的上方，以便使孔102可以与启动电阻器70有效地连接，并使流体室104与流体供应通道52相通。这样，流体从流体供应槽44经流体供应通道52流向流体室104。因而，孔板100的朝向可以使第一层110提供墨滴喷射元件30的前侧面，并且第二层120可以面向薄膜结构50。在一个实施例中，通过将第二层120粘接在粘合层80上来由薄膜结构50支撑孔板100。
因为孔板100的第一层110和第二层120是分离的结构，孔102的性状可以独立控制。例如，孔102的形状、尺寸和间距能够由第一层110决定，同时流体室104和孔板100的全部厚度能够由第二层120决定。这样就能提供形式更一致和/或更均匀的孔102。
虽然这里已经图示和描述了几个明确的实施例，但是本领域的那些普通技术知道，可以有多种多样可选择的和/或等同实施例来替代本文所示和所述的特定实施例，并且还不超出本发明的范围。本申请用以涵盖本文所讨论的特定实施例的任意改型或变型。因此本发明仅的意图由本权利要求书和其等同物限定。
Claims (19)
1.一种形成用于流体喷射装置(12)的孔板(100)的方法。其包括：
在传导表面(206)上放置并形成掩模材料(210)；
在传导表面上形成第一层(110)，第一层包含金属材料；
在第一层上形成第二层(120)，第二层包含聚合材料；并且
从传导表面上取下第一层和第二层。
2.权利要求1所述的一种方法，其中第一层的形成包括用金属材料电镀传导表面。
3.权利要求1所述的一种方法，其中第一层的形成包括在掩模材料的一部分之上沉积第一层，并至少提供一个通过第一层到掩模材料的开口(112)。
4.权利要求3所述的一种方法，其中第二层的形成包括在第一层之上和第一层至少一个开口之内沉积聚合材料，并构图聚合材料以限定至少一个通过第二层和第一层到掩模材料的开口(106)。
5.权利要求1所述的一种方法，其中第一层的形成包括用掩模材料在第一层内确定孔(102)，并提供一个通过第一层到掩模材料的第一开口(112)，第一开口与该孔相通，并且该孔的尺寸由掩模材料限定；第二层的形成包括提供一个通过第二层的第二开口(122)，第二开口与第一开口相通。
6.权利要求5所述的一种方法，其中掩模材料的构图包括确定孔的直径，孔的直径大于第一开口的最小直径。
7.权利要求5所述的一种方法，其中第二开口的设置包括确定第二开口的直径，第二开口的直径大于第一开口的最小直径。
8.权利要求1所述的一种方法，其中第一层的金属材料包括下列材料之一：镍、铜、铁/镍合金、钯、金和铑，第二层的聚合材料包含可光成像聚合物。
9.权利要求1所述的一种方法，还包括：
在第一层之上形成保护层(130)。
10.权利要求9所述的一种方法，其中第一层的金属材料包括下列材料之一：镍、铜和铁/镍合金，并且保护层包含钯、金和铑中的一种。
11.用于流体喷射装置(12)的孔板(100)，其中孔板包括：
由金属材料制成的第一层(110)，其有1个一侧面(114)和1个与一侧面相对的二侧面(116)，第一层有一个设置在一侧面内的孔(102)和设置在二侧面的第一开口(112)，第一开口与孔相通；并且
第二层(120)由聚合材料制成，其有一个贯通限定的第二开口(122)，第二层设置在第一层的二侧面上，并且第二开口与第一开口相通。
其中该孔的直径和第二开口的直径都大于第一开口的最小直径。
12.权利要求11所述的一种孔板，其中第二层在第一层之后形成。
13.权利要求11所述的一种孔板，其中第一层电铸而成，第二层放在第一层上。
14.权利要求11所述的一种孔板，其中第一层的金属材料包括下述材料之一：镍、铜、铁/镍合金、钯、金和铑，第二层的聚合材料包括一种可光成像聚合物。
15.权利要求11所述的一种孔板，其还包括：
在第一层一侧面上设置的保护层(130)。
16.权利要求15所述的一种孔板，其中保护层设置在该孔和第一层的第一开口之内。
17.权利要求15所述的一种孔板，其中第一层的金属材料包含下列材料之一：镍、铜和铁/镍合金，并且保护层材料包含钯、金和铑中的一种。
18.权利要求11所述的一种孔板，其中第一层和第二层各自的厚度在约5微米到约25微米的范围内。
19.权利要求11所述的一种孔板，其中第一层和第二层的厚度各自约为13微米。
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