CN1878677B - 提高微滴定位精度的方法及其得到的喷墨打印头、打印盒和打印装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷墨打印头(1)，它包括至少一个喷嘴腔(2)，所述喷嘴腔(2)具有一个限定在其一壁中的喷嘴孔(3)，以从所述孔(3)中喷出打印流体，并包括一个与所述喷嘴腔(2)互连的打印流体供给沟槽。一个打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)被布置在所述孔(3)的圆周的一个边缘上的一个预定位置。本发明还涉及一种提高喷墨打印头中微滴定位精度的方法，所述喷墨打印头具有至少一个喷嘴腔，所述喷嘴腔具有一个限定在其一壁中的喷嘴孔，以从所述孔中喷出打印流体。所述方法包括在所述孔圆周一边缘上的一个预定位置提供一个打印流体微滴尾部脱离导向配置的步骤。

Description

提高微滴定位精度的方法及其得到的喷墨打印头、打印盒和打印装置
技术领域
本专利申请涉及喷墨打印领域，尤其涉及用于在显示器和电子器件的制造中形成图案的喷墨打印。此外，本发明涉及一种喷墨打印头和一种用于在该打印头中提高微滴定位精度的方法。
背景技术
现今使用的大多数喷墨打印头具有圆形喷嘴孔。喷射的墨滴通常具有一个尾部，它在理想状况下应与流体中心脱离。不过，因为流体在打印头的流体柱中存在动态运动，所以就出现了一种不利于墨滴与流体中心脱离的情形。在上述情形下，墨滴尾部的脱离点很可能位于喷嘴孔的边缘上。因为上述现有技术中的喷孔是圆形的，所以协助微滴尾部在喷孔外周上的一个位置或别的位置以使其最终离开没有什么特别的理由。因此，由于流体在打印头流体柱中的动态运动，这就导致尾部中断位置可能随机地从喷孔的一侧向另一侧改变。该现象可能会影响喷射墨滴的轨迹，于是不适当地喷出墨滴且将其输送到打印介质材料例如基质上不希望的位置。墨滴尾部最可能附着的地方是喷嘴孔最粗糙的边缘，该位置会位于喷嘴孔边缘上的任一处，且会因此随时间改变而意外地损坏喷嘴边缘。这会相对于喷嘴的中心线在微滴轨迹的平直度上产生随机偏差。该尾部中断位置的变化可能直接导致点定位误差的出现。
喷墨图案形成技术可用于制造所谓的polyLED彩色装置。微滴轨迹的平直度是确保此类应用场合中高打印质量的一个非常重要的因素。作为一个示例，一个典型的墨滴在飞行中可具有30微米的直径，且在降落于打印介质材料例如基质上时具有大约40微米的直径。所谓的polyLED装置的当前像素大约为50-60微米宽，其在像素定位中留出了仅5-10微米的误差容限。考虑到上述情况，这意味着微滴轨迹(即，预期的墨滴为了形成最终的打印图像图案而顺沿前进的路径)的平直度在这样的图案形成中是一个非常重要的因素。在形成发光聚合物图案的情况下，聚合物链的相互作用将在微滴下落时产生一个长细丝尾部。该细丝尾部可能进一步影响所喷射的微滴与沿着喷嘴中心线的方向的偏差，此时它并不从喷嘴中流体柱的中部悬挂下来，而是位于喷嘴孔边缘的不定部分上。如上所述，该位置可在喷嘴之间变化，从而产生不可能通过改变打印设置而影响的固有误差。在形成发光聚合物图案的情况下，这会在相邻的像素之间产生不足的间距。
在前公知的专利公开文献US6299289涉及一种喷墨打印头，该喷墨打印头一般通过MEMS(微机电系统)工艺构造，包括许多喷嘴腔，其具有多个喷墨的喷嘴孔，和一个经由一促动器可在每个腔中移动以通过喷嘴输送墨水的桨叶(paddle)。每个桨叶都设有一根突出的搅拔杆，其在受促动时同心地穿过喷嘴孔伸出以防止喷嘴堵塞。
尽管设想促动器的返回运动将导致搅拨杆四周的弯液面总体缩颈和断裂以形成微滴，但上述依据US6299289的打印头存在的一个缺陷是：微滴的细丝尾部可能附着在搅拨杆外周上的不定位置，这又以上述相同的方式可能产生喷射微滴与沿着喷嘴中心线方向的随机偏差，此时搅拨杆需要具有一定的尺寸以便执行防止喷嘴堵塞的预期功能。此外，正如从US 6299289中的附图明显看出的那样，所述搅拨杆自由远端的外周部不会在受促动时与喷嘴孔的中心线对齐。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的一个目的在于提供一种改进的喷墨打印头，通过该喷墨打印头能提高微滴定位精度。
该目的是根据权利要求1的特征部分实现的。
由于设置了一个打印流体微滴尾部脱离导向配置，其在喷嘴孔圆周的一个边缘上具有一个预定的位置，就可在打印流体微滴尾部将脱离的喷嘴边缘上实现一个限定区，由此相对于一个沿着喷嘴中心线的方向加强了对喷出打印流体微滴的轨迹的控制。
本发明的另一个目的在于提供一种提高喷墨打印头的微滴定位精度的方法。
该目的是根据权利要求9的特征部分实现的。
由于设置了一个在所述打印头的喷嘴孔的圆周边缘上的预定位置提供一个打印流体微滴尾部脱离导向配置的方法步骤，就可在打印流体微滴尾部将脱离的喷嘴边缘上实现一个限定区，由此相对于一个沿着喷嘴中心线的方向加强了对喷出打印流体微滴的轨迹的控制。
从属权利要求列举了优选实施例。
附图说明
在附图中，相同的参考符号表示贯穿多图的相似元件：
图1示出了在喷嘴板中包括球面孔眼喷嘴孔的现有技术打印头的示意底视图；
图2示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第一实施例的示意横剖图；
图3示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第二实施例的示意横剖图；
图4示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第三实施例的示意横剖图；
图5示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第四实施例的示意横剖图；
图6示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第五实施例的示意横剖图；
图7示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第六实施例的示意横剖图；
图8示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第七实施例的示意横剖图；
图9示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第八实施例的示意横剖图；
图10示出了喷墨打印头中微滴尾部脱离导向配置的第九实施例的示意横剖图。
自下面结合附图考虑的详细说明，本发明的其它目的和特征将变得显而易见。不过，应该理解的是，附图仅仅是出于图示的目的而设计的，不作为本发明范围的限定，本发明的范围应参照随附的权利要求。还应进一步理解的是，附图不必按比例绘出，除非另有说明，否则它们只是从概念上图示在此描述的结构和工序而已。
具体实施方式
图1在底视图中示意性地示出了一个现有技术中的喷墨打印头1，该喷墨打印头1包括一个喷嘴腔2，该喷嘴腔2具有一个限定在喷嘴板5中的喷嘴孔3，以将打印流体喷出所述孔3。该现有技术中的打印头喷嘴孔3是由喷嘴板5中的一个球面孔眼3构成的。当在该喷嘴内将一股喷射脉冲施加到流体上时，出现动态运动。在合适的条件下，例如施加了脉冲长度和作用力，这会导致微滴的成形。在理想情形下，流体运动和微滴的成形是同步的，且微滴会沿着喷嘴孔3的中心线自喷嘴孔3喷出。现有技术中喷嘴孔3的边缘基本上是均匀的，尤其是在打印聚合墨水比如发光聚合物时，因为聚合物链的相互作用会在微滴喷射时形成一个长细丝尾部，这会随意地影响主微滴的方向。所述微滴的细丝尾部因流体的动态运动可能在随机位置粘附于喷嘴孔3的边缘，从而在微滴的平直度上产生随机偏差，引发降低微滴定位精度的固有误差。上述缺陷不可能通过改变打印设置而影响。
当微滴在喷嘴孔3的边缘上自随机位置离开喷嘴时，加大了相邻像素在打印基质上相互干涉的风险，这在形成比如polyLED装置的装置图案时自然特别不希望有。
因此，根据本发明，建议在打印流体比如聚合墨水的喷墨打印头1中喷墨孔3圆周边缘上的一个预定位置提供一个打印流体微滴尾部脱离导向配置4，喷墨打印头1包括至少一个喷嘴腔2，该喷嘴腔2具有一个限定在其一壁中的喷嘴孔3，以将打印流体喷出所述孔3，并包括一个与所述喷嘴腔2互连的打印流体供给沟槽(未示出)。按此方式，在喷嘴孔3的边缘上提供了一个限定位置，打印流体微滴的尾部将自该限定位置脱离。通过在相应的位置给所有打印头1的喷嘴提供微滴尾部脱离导向配置，能确保打印流体微滴在间距基本相等的基质的位置提供打印像素。因此，该实施例迫使微滴尾部在微滴每次喷射时自喷嘴孔3的相同位置喷出，且因此克服了现有技术中喷墨打印头喷嘴的尾部中断变化。
图2示出了打印流体微滴尾部脱离导向配置4的第一实施例，图中示出了喷嘴的一示意横剖图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4包括一个尖毛头状(burr like)元件，其尖点指向所述孔3。该毛头状元件在喷嘴孔3的边缘上提供了一个限定位置，打印流体微滴的尾部将自该限定位置脱离。
图3示出了第二实施例，图中示出了喷嘴的一示意横剖图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4包括一个横剖面基本上为三角形的条状物，该条状物的底部靠在所述喷嘴腔2的一内表面上，而该条状物的尖缘朝所述孔3的中心突出，所述条状物向着所述喷嘴腔2的内部进一步沿着所述内表面延伸。该条状物以相应的方式在喷嘴孔3的边缘上提供了一个限定位置，打印流体微滴的尾部将自该限定位置脱离。
图4示出了喷嘴第三实施例的示意横剖图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4包括一个基本呈锥体状的尖形结构，该尖形结构的底部靠在所述喷嘴腔2的一内表面壁上，而该尖形结构的尖顶朝向所述孔3的中心突出。该结构以相应的方式在喷嘴孔3的边缘上提供了一个限定位置，打印流体微滴的尾部将自该限定位置脱离。
图5示出了第四实施例，该图示出了喷嘴的一底视图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4包括一个尖毛头状元件，其尖点指向所述孔3的外部。该毛头状元件将如同注射器的尖针那样引导打印流体微滴的尾部。
图6中示出了喷嘴第五实施例的示意横剖图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4包括一个基本上为锯齿形的区段，其被布置在所述孔3的所述圆周的所述边缘的一部分上。该锯齿形区段将在喷嘴孔3的边缘上提供一个限定位置，打印流体微滴的尾部将自该限定位置脱离。
图7示出了喷嘴第六实施例的一底视图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4在所述喷嘴腔2的内表面壁中包括一个基本上为三角形的凹槽段，其底部靠在所述孔3的平面上，而其尖顶指向所述喷嘴腔2的内部。该凹槽段将引导打印流体微滴的尾部至预定的脱离位置。
图8中示出了喷嘴第七实施例的底视图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4在所述喷嘴腔2的内表面壁中包括一个基本上为三角锥形的凹槽段，其底部靠在所述孔3的平面上，而其尖顶指向所述喷嘴腔2的内部。该凹槽段将采用与前述实施例相对应的方式将打印流体微滴的尾部引导至预定的脱离位置。
图9中示出了喷嘴第八实施例的示意横剖图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4在所述喷嘴腔2的内表面壁中包括一个基本上为半球形的凹槽段，其弦长靠在所述孔3的平面上，而其弧向所述喷嘴腔2的内部延伸。该凹槽段将打印流体微滴的尾部引导至预定的脱离位置。
图10示出了喷嘴第九实施例的示意横剖图，其中，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4沿着所述喷嘴腔2的内表面壁包括一个自所述孔3延伸的基本上为矩形的凹槽段。该凹槽段如同自来水笔的尖头那样起将打印流体微滴的尾部引导至预定脱离位置的作用。
依据本发明的一种提高喷墨打印头1中的微滴定位精度的方法包括在喷嘴孔3圆周一边缘上的预定位置提供一个打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，其中，喷墨打印头1具有至少一个喷嘴腔2，该喷嘴腔2具有一个限定在其一壁中的喷嘴孔3，用于将打印流体喷出所述孔3。
在一个实施例中，上述方法还包括提供一个尖毛头状元件作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，使得该毛头状元件的尖顶指向所述喷嘴孔3的内部。
在一个替换实施例中，上述方法还包括提供一个横剖面基本上为三角形的条状物作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，使得该条状物的底部靠在所述喷嘴腔2的一内表面上，而该条状物的尖缘朝所述孔3的中心突出，并引导所述条状物使之向着所述喷嘴腔2的内部沿着所述内表面延伸。
在另一个替换实施例中，上述方法还包括提供一个基本呈锥体状的尖形结构作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，使得该尖形结构的底部靠在所述喷嘴腔2的一内表面壁上，而该尖形结构的尖顶朝向所述孔3的中心突出。
在又一个替换实施例中，上述方法还包括提供一个尖毛头状元件作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，使得该尖毛头状元件的尖顶指向所述孔3的外部。
在另一个替换实施例中，上述方法还包括在所述孔3的所述圆周的所述边缘的一部分上提供一个基本上为锯齿形的区段作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤。
在又一个替换实施例中，上述方法还包括在所述喷嘴腔2的内表面壁中提供一个基本上为三角形的凹槽段作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，使得该凹槽段的底部靠在所述孔3的平面上，而该凹槽段的尖顶指向所述喷嘴腔2的内部。
在另一个替换实施例中，上述方法还包括在所述喷嘴腔2的内表面壁中提供一个基本上为三角锥形的凹槽段作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，使得该凹槽段的底部靠在所述孔3的平面上，而该凹槽段的尖顶指向所述喷嘴腔2的内部。
在又一个替换实施例中，上述方法还包括在所述喷嘴腔2的内表面壁中提供一个基本上为半球形的凹槽段作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，使得该凹槽段的弦长靠在所述孔3的平面上，而该凹槽段的弧向所述喷嘴腔2的内部延伸。
在另一个替换实施例中，上述方法还包括提供一个基本上为矩形的凹槽段作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置4的步骤，使得它沿着所述喷嘴腔2的内表面壁向内自所述孔3延伸。
例如，可用来产生所要求的打印流体微滴尾部脱离导向配置4的代表性构造方法包括电成形、激光消融、电子放电加工、微穿孔、激光打孔、各向异性蚀刻、蚀刻、模制、锯缝和其它化学蚀刻方法以及物理加工技术比如冲压、切割、铣削、钻孔、喷砂、沉积、铸造及相似的公知工艺。局部热处理也可用于使合适的区域“变形”以产生所要求的打印流体微滴尾部脱离导向配置4。还可通过局部改变喷嘴孔3一部分圆周的粗糙度来产生打印流体微滴尾部脱离导向配置4。此外，打印流体微滴尾部脱离导向配置4所用的材料不必是与喷嘴板5的材料相同的材料，而可以是已经按任何一种方式沉积在其上或附着在其上的别的材料。
因此，可无所限制地采用多个传统工序来实现上述目的。
本发明还应包括一种含有依据本发明的微滴尾部脱离导向配置4的打印盒和一种含有所述微滴尾部脱离导向配置4的喷墨打印装置。
此外，对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，喷墨打印头通常包括多个间隔开的喷嘴，且通过在相应的位置上给该打印头的所有喷嘴提供打印流体微滴尾部脱离导向配置4，可确保打印流体微滴在基本等间距的基质的位置上提供打印像素。
因而，虽然已经示出、描述并指示了施加在其一优选实施例上的本发明基本的新颖特征，但应该理解的是，本领域的技术人员可以在所示装置的形式和细节以及其操作上进行各种删除、替换和改变，而不脱离本发明的精髓。例如，显然所有那些以基本相同的方式执行基本相同的功能来实现相同效果的元件和/或方法步骤的组合落在本发明的范围内。此外，应认识到，结合任何本发明的披露形式或实施例示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可作为设计选择的总体要素并入任何其它披露或描述或建议的形式或实施例中。因此，仅由随附权利要求的范围来限定本发明。

Claims (14)

1.一种喷墨打印头(1)，它包括至少一个喷嘴腔(2)，所述喷嘴腔(2)具有一个限定在其一壁中的喷嘴孔(3)，以从所述孔(3)中喷出打印流体，并包括一个与所述喷嘴腔(2)互连的打印流体供给沟槽，其特征在于，它还包括一个打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)在所述孔(3)的圆周的一个边缘上具有一个预定位置，并且所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)为一独立部件。
2.如权利要求1所述的喷墨打印头(1)，其特征在于，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)包括一个尖毛头状元件，其尖点指向所述孔的内部。
3.如权利要求1所述的喷墨打印头(1)，其特征在于，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)包括一个横剖面基本上为三角形的条状物，其底部靠在所述喷嘴腔(2)的一内表面上，而其尖缘朝向所述孔(3)的中心突出，所述条状物还向着所述喷嘴腔(2)的内部沿着所述内表面延伸。
4.如权利要求1所述的喷墨打印头(1)，其特征在于，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)包括一个基本上为锥形的尖形结构，其底部靠在所述喷嘴腔(2)的一内表面壁上，而其尖顶朝向所述孔(3)的中心突出。
5.如权利要求1所述的喷墨打印头(1)，其特征在于，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)包括一个尖毛头状元件，其尖点指向所述孔(3)的外部。
6.如权利要求1所述的喷墨打印头(1)，其特征在于，所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)包括一个基本上为锯齿形的区段，其布置在所述孔(3)的所述圆周的所述边缘的一部分上。
7.一种喷墨打印装置的打印盒，它包括一个打印盒体、一个流体贮存器，其特征在于，它还包括一个如前述权利要求中的任一项所述的喷墨打印头(1)。
8.一种喷墨打印装置，其特征在于，它包括一个如权利要求1至6中的任一项所述的喷墨打印头(1)。
9.一种提高喷墨打印头(1)中的微滴定位精度的方法，所述喷墨打印头(1)具有至少一个喷嘴腔(2)，所述喷嘴腔(2)具有一个限定在其一壁中的喷嘴孔(3)，以将打印流体从所述孔(3)中喷出，其特征在于，所述方法包括在所述孔(3)的圆周一边缘上的一个预定位置提供一个打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)的步骤，其中所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)为一独立部件。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，它还包括提供一个尖毛头状元件作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)的步骤，使得其尖点指向所述喷嘴孔(3)的内部。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，它还包括提供一个横剖面基本上为三角形的条状物作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)的步骤，使得其底部靠在所述喷嘴腔(2)的一内表面上，而其尖缘朝向所述孔(3)的中心突出，所述条状物还向着所述喷嘴腔(2)的内部沿着所述内表面延伸。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，它还包括提供一个基本上为锥形的尖形结构作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)的步骤，使得其底部靠在所述喷嘴腔(2)的一内表面壁上，而其尖顶朝向所述孔(3)的中心突出。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，它还包括提供一个尖毛头状元件作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)的步骤，使得其尖点指向所述孔(3)的外部。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，它还包括在所述孔(3)的所述圆周的所述边缘的一部分上提供一个基本上为锯齿形的区段作为所述打印流体微滴尾部脱离导向配置(4)的步骤。
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