CN1962080A - 流体喷射装置以及检测与清洁流体喷射装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体喷射装置及检测与清洁流体喷射装置的方法。上述流体喷射装置包括一流体喷射元件以及一斜交指叉式表面声波元件，设置于流体喷射元件上。流体喷射元件具有一流体腔在基底中，用以容纳流体，且其上有一结构层。至少一流体致动元件，设置在结构层上且于流体腔的相对侧。一喷孔，邻近流体致动元件且穿透该结构层，且与流体腔连通。

Description

流体喷射装置以及检测与清洁 流体喷射装置的方法

技术领域

本发明涉及一种流体喷射装置，特别是涉及一种具有表面声波元件的流体喷射装置以及利用表面声波元件检测及清洁流体喷射装置的方法。

背景技术

近年来，微流体喷射装置已广泛地运用于信息产业，例如喷墨打印机等类似的设备中。随着微系统工程(micro system engineering)的逐步开发成熟，流体喷射装置逐渐有其它众多领域的应用，例如燃料喷射系统(fuelinjection system)、细胞筛选(cell sorting)装置、药物释放系统(drug deliverysystem)、喷印光刻技术(print lithography)及微喷射推进系统(micro jetpropulsion system)等。在流体喷射装置的各应用领域中，较为成功的一种设计是使用热驱动气泡(thermal driven bubble)方式喷射出微液滴。由于设计简单且成本低廉，因此在使用上也最为普遍。

传统的喷墨打印装置依墨水喷出进行数据打印的方式，可区分成连续式(continuous)与选择喷射式(drop-on-demand)两种形式。然而，不论何者形式，喷墨装置表面状态对所喷出的墨滴速度、大小、飞行方向等参数性质影响非常大。因此，喷墨装置的表面清洁状态，包括环境中的灰尘(dusts)、细微颗粒(fine particles)、以及喷孔表层残留墨水所遗留的积墨等，对于打印品质的影响甚大。其中尤以喷孔表面积墨所造成的影响最为显著。喷孔表面积墨现象除了影响微液滴的喷射量、飞行方向、速率，进而造成墨点均匀性或落点的瑕疵。更有甚者，甚至产生结晶而造成喷孔堵塞(clog)，造成墨水无法喷出而对打印品质造成损害。因此，如何检测喷孔的表面状态，且于打印时维持良好的喷孔表面性质，以提供良好的打印品质，实为一重要课题。

图1为显示传统的表面声波传感器的示意图。传统的表面声波传感器4包括表面声波发射器41与表面声波接收器42，形成在压电材料44表面上。表面声波发射器41具有多条平行的指叉式电极条413与413’。其中，指叉式电极条413与对应的指叉式电极条413’彼此交错间隔排列。各指叉式电极条413的一端连接至汇流条412，以及，各指叉式电极条413’则连接至另一汇流条412’。汇流条412与一信号源(未图标)连接，另一汇流条412’则接地。

通过施加交流电压使得总线412与412’之间具有电位差。亦即，使指叉式电极条413与413’之间产生电位差。由于表面声波传感器4的指叉式电极条413、413’宽度相等且间距相等，因此压电材料44表面上所产生的表面声波43为定频的表面声波。

图2显示图1中由表面声波接收器所接收的频率与表面声波能量损失关系图。请参阅图1，当表面声波43于传波路径46上遇到污染物45时，由于部分的表面声波能量被污染物45反射或吸收，频率响应信号因而降低，如图2中的信号52所示。更明确地说，污染物45表面声波能量的吸收能力越强，或者污染物45分布面积越广时，则表面声波的衰减量越大，亦即表面声波接受器42所接受到的表面声波能量则越低。因此，利用图2中插入损失信号51及52的差异信号可推估出污染物45的质量或分布。

然而，传统的表面声波传感器4无法对于污染物45位置进行判断。例如，请参阅图3，污染物45与图1的污染物45所在位置虽然有所不同，然而表面声波43的衰减量却相同，因此插入损失信号52的衰减也相同。因此，传统的表面声波传感器4便无法判断流体喷射装置的喷孔表面污染杂质所在位置。

再者，由于造成表面声波衰减量的因素主要为污染物45本身的质量、分布的面积大小、以及吸收表面声波能力等性质。若杂质分布面积小、吸收表面声波能力强与杂质分布面积大、吸收表面声波能力弱，也会造成同样的表面声波衰减量。因此，传统的表面声波传感器4便无法分辨表面污染杂质的实际状况。

针对流体喷射装置喷孔表面积墨问题，现有技术除通过选择特殊材料的喷孔层，或者以特殊制作工艺处理喷孔表面，以减少积墨产生。此外，也有使用机械方法清除喷孔表面的积墨，例如于打印机装置打印纸张以外的区域，设计一清洁维护平台(cleaning or servicing station)，在喷墨装置归位时，同步对喷孔表层的残墨或污染物进行清除的动作。典型的清洁维护平台包括清除刮片(cleaning wiper)，以刮除喷孔表面的积墨。

美国专利U.S.Pat.No.6,669,328号揭露通过一种特殊造型的刮除片，移除喷孔表面的残墨。再者，美国专利U.S.Pat.No.6,196,656号揭示通过超音波产生器对喷孔进行清洁，亦即通过超音波与喷孔表面接触时，以高频振动对喷孔表层进行清洁工作。然而，无论何者清洁维护方式，都造成打印装置的体积与重量增加，且增加打印装置设计的复杂度。更有甚者，传统的刮除片清洁方式，在重复使用后更易破坏喷孔的表面性质。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有表面声波元件的流体喷射装置，在流体喷射装置内建一斜交指叉式换能器(slanted finger inter-digitaltransducers，简称SFIT)，以检测流体喷射装置的表面状态或清洁流体喷射装置的表面。

本发明的另一目的在于提供一种流体喷射装置的表面检测方法，在流体喷射装置内建一斜交指叉式表面声波发射器与一斜交指叉式表面声波接收器，并通过该斜交指叉式表面声波发射器驱动表面声波，以检测流体喷射装置表面的积墨。

本发明的另一目的在于提供一种流体喷射装置的表面清洁方法，于流体喷射装置内建一斜交指叉式表面声波元件，并通过该斜交指叉式表面声波元件驱动表面声波，以分解清除流体喷射装置表面的积墨。

根据上述目的，本发明提供一种流体喷射装置，包括一流体喷射元件及一斜交指叉式表面声波元件，设置于流体喷射元件上。上述流体喷射元件包括：一流体腔于一基底中，用以容纳流体其上有一结构层；至少一流体致动元件，设置在结构层上且于流体腔的相对侧；及一喷孔，邻近流体致动元件且穿透结构层，与流体腔连通。

根据上述目的，本发明另提供一种流体喷射装置，包括：一流体喷射元件；以及一斜交指叉式表面声波元件，设置于流体喷射元件的一结构层上。

根据上述目的，本发明又提供一种流体喷射装置，包括：一流体喷射元件；以及一斜交指叉式表面声波发射器与一斜交指叉式表面声波接收器，设置于流体喷射元件的一结构层上；其中流体喷射元件的一喷孔位于邻近斜交指叉式表面声波发射器与斜交指叉式表面声波接收器。

根据上述目的，本发明又提供一种检测流体喷射装置的方法，包括：提供一流体喷射装置以及一斜交指叉式表面声波发射器与一斜交指叉式表面声波接收器，设置在流体喷射元件上，其中流体喷射元件的一喷孔位于邻近斜交指叉式表面声波发射器与斜交指叉式表面声波接收器；由斜交指叉式表面声波发射器发射一表面声波频谱信号经过该喷孔后，抵达斜交指叉式表面声波接收器；以及对比表面声波频谱信号与流体喷射装置的表面无污染的一表面声波频谱信号；其中，当表面声波频谱信号等于流体喷射装置的表面无污染的表面声波频谱信号时，继续进行驱动该流体喷射装置；或当表面声波频谱信号受一表面脏污影响衰减而小于该流体喷射装置的表面无污染的表面声波频谱信号时，则进行清洁该流体喷射装置。

根据上述目的，本发明再提供一种清洁流体喷射装置的方法，包括：提供一流体喷射装置以及一斜交指叉式表面声波元件，设置于流体喷射元件上，其中流体喷射装置上至少有一脏污；以及由斜交指叉式表面声波发射器发射一表面声波频谱信号经过至少有一脏污处使脏污分解剥离，以清洁流体喷射装置。

以下配合图式以及较佳实施例，以更详细地说明本发明。

附图说明

图1为一具有表面残留物染物的表面声波传感器的示意图；

图2为图1中由接收器所接收频率与表面声波能量损失关系图；

图3为另一具有表面残留物染物的表面声波传感器的示意图，其与图1表面污染物位置不同；

图4为本发明第一实施例的斜交指叉式表面声波(surface acoustic wave)元件的示意图；

图5为图1的斜交指叉式表面声波接收器所接收表面声波转换成电子信号的频谱图；

图6为本发明第一实施例的斜交指叉式表面声波(surface acoustic wave)元件的示意图；

图7A、图8A、图9A及图10A为各显示不同表面残留物染物与斜交指叉式表面声波传感器的相对位置示意图；

图7B、图8B、图9B及图10B为各显示相对图7A、图8A、图9A及图10A斜交指叉式表面声波接收器所接收表面声波转换成电子信号的频率响应信号频谱图；

图11A为不同表面污染物对表面声波的吸收程度不同与斜交指叉式表面声波传感器的相对位置示意图；

图11B为各显示相对图11A的斜交指叉式表面声波接收器所接收表面声波转换成电子信号的频率响应信号频谱图；

图12为本发明第一实施例的具有表面声波元件的流体喷射装置的示意图；

图13为图12沿AA切割线的剖面示意图；

图14为本发明第一实施例的流体喷墨装置表面上，包括不同污染物的示意图；

图15为本发明另一实施例状态的具有表面声波元件的流体喷射装置的示意图；

图16为图15沿BB切割线的剖面示意图；

图17为本发明另一实施例状样的具有表面声波元件的流体喷射装置的示意图；

图18为图17沿CC切割线的剖面示意图；

图19为本发明又一实施状态的具有检测喷孔表面状态功能的流体喷射装置的示意图；

图20为本发明实施例的检测喷孔表面状态的方法的流程图；

图21为本发明第二实施例利用表面声波元件清洁流体喷射装置表面的示意图；

图22为本发明实施例状态的具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置的示意图；

图23为图22沿DD切割线的剖面示意图；

图24为以表面声波清洁芯片表面积墨的示意图；

图25为本发明另一实施例状态的具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置的剖面示意图；

图26为本发明另一实施例状态的具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置的剖面示意图；

图27为本发明又一实施例状态的具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置的示意图；

图28为图27沿EE切割线的剖面示意图；

图29为具有清洁局部芯片表面声波元件的流体喷射装置的示意图；

图30为本发明另一实施例状态的具有以表面声波清洁局部芯片表面功能的流体喷射装置的剖面示意图。

具体实施方式

第一实施例

本发明第一实施例提供一种具有表面声波元件的流体喷射装置，包括一流体喷射元件及一斜交指叉式表面声波元件，设置于流体喷射元件上。上述流体喷射元件包括：一流体腔于一基底中，用以容纳流体其上有一结构层；至少一流体致动元件，设置于该结构层上且于该流体腔的相对侧；及一喷孔，邻近该流体致动元件且穿透该与该结构层，且与该流体腔连通。下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明本实施例的具有表面声波元件的流体喷射装置。

图4显示根据本发明第一实施例的斜交指叉式表面声波(surfaceacoustic wave)元件的示意图。请参阅图4，斜交指叉式换能器(slanted fingerinter-digital transducers，简称SFIT)10，包括一斜交指叉式表面声波发射器(transmitter)21与一斜交指叉式表面声波接收器(receiver)22，设置于一压电材料24上。表面声波发射器21可发出一表面声波信号23经压电材料24传递至表面声波接收器22。

斜交指叉式表面声波发射器21包括多条具有宽度变化的电极条213与213’。电极条213与电极条213’之间以交错间隔方式排列，其中各电极条213的一端连接至汇流条212，以及各电极条213’的一端连接至另一汇流条212’。各电极条213、213’的电极纵轴延伸方向与汇流条212、212’的横轴方向呈一非直角关系。汇流条212可电连接至一信号源(未图标)，以及汇流条212’可选择接地。信号源(未图标)包括一交流电源，使总线212、212’之间具有电位差，亦即，在斜交指叉式电极条213与213’之间产生电位差。当信号源启动时，压电材料24表面则产生某一特定宽频的表面声波23，在被斜交指叉式表面声波接收器22接收后，经由外部电路转变为电子信号。

根据本发明的较佳实施例，斜交指叉式表面声波发射器21所产生表面声波于中心频率约为60MHz，其表面声波波速约为3488m/s。斜交指叉电极条213由最小线宽(或间距)为12.4μm逐渐延伸成最大线宽(或间距)为16.6μm。斜交指叉式表面声波(SAW)元件10两边的电极对数分别为，表面声波发射器(transmitter)21约为30对，而表面声波接受器22约为20对。由于流体喷射装置芯片的喷孔距离约为5000μm，所以斜交指叉式表面声波元件10的交叉长度(Aperture)则为2000μm。

应注意的是，表面声波23的波传路径46可选择通过待检测区域，例如喷墨装置的喷孔周边区域。当表面声波通过待测区域时，其表面声波能量会受到通过区域表面之状态影响。因此，可判别通过区域表面的状态，例如，可判别喷孔周边区域有无积墨附着、结晶产生、或污染物沾染...等现象。

图5显示根据本发明第一实施例的斜交指叉式表面声波接收器所接收该表面声波的频谱图。请参阅图5，斜交指叉式表面声波接收器所接收频谱31的中心频率约为60MHz，其频宽范围约为51～69MHz。表面声波能量变化现象可通过测量频率响应频率(frequency)相对应插入损失(insertion loss)的变化关系而得。由此可推估表面沾污的位置与大小。更明确地说，根据表面声波传感器的测量结果，可对喷孔表面的状态作出实时判断。若表面状态正常，则继续进行打印工作。反之，若表面状态已污染严重，则暂停打印工作，并提供实时清洁维护动作，以避免不良打印产生。

图6显示根据本发明第一实施例的斜交指叉式表面声波(SAW)元件10的示意图。斜交指叉式表面声波发射器(transmitter)21与斜交指叉式表面声波接收器(receiver)22之间的表面有一污染物45。污染物45位于表面声波23传布的必经路径46上。

图7A、图8A、图9A、图10A为各显示于图6中污染物45所在位置不同或者分布面积不同。图7B、图8B、图9B、图10B为各显示相对于图7A、图8A、图9A、图10A中斜交指叉式表面声波接收器22所测得的频率响应信号频谱图。信号曲线81、91、101、111各显示积墨或污染物位于不同位置或大小，所反应出来的频率响应信号。经过与频率响应信号31对比之后，可判别出污染物45的的大小及实际分布状况。

鉴于表面污染物对表面声波的吸收程度不同，在图11A中，若污染物125吸收表面声波能量的能力比图9A中的污染物45强时，即使污染物125与污染物45所处位置接近，在同一频率的表面声波所造成的衰减量仍会有所不同。例如，请参阅图11B，杂质125在频率60Hz时所造成的衰减量121确实比杂质45在频率60MHz所造成的衰减量101来的大，因此由污染物对表面声波吸收程度的不同，仍可明确解析出位置接近的污染物125与污染物45。

根据本发明实施例的一状态，斜指叉式表面声波元件包括一组斜交指叉式电极于该结构层上以及一压电材料层于该斜交指叉式电极上。

图12显示本发明第一实施例的具有表面声波元件的流体喷射装置的示意图。图13显示图12沿AA切割线的剖面示意图。请参阅图12，具有表面声波元件的流体喷射装置50包括一基底110。一结构层135形成在基底110上。一压电薄膜层136形成在该结构层135上。一斜交指叉式传感器10形成在压电薄膜层136上，斜交指叉式传感器10包括表面声波发射器21与表面声波接收器22，各由斜交指叉式电极条137所构成。一电极保护层138形成于斜交指叉式电极条137上。以及一结构加强层139形成于结构层135上。

具有表面声波元件的流体喷射装置50更包括多个流体喷射元件13连接至一歧管(manifold)134。各流体喷射元件13包括流体腔(chamber)133与对应的喷墨孔(nozzle)131及加热器(heater)132。

在本发明实施例中，基底110的材质包括单晶硅晶圆。结构层135的材质较佳者为低应力氮化硅(low stress Si₃N₄)。压电薄膜层136的材质较佳者为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)，以及锆钛酸铅(PZT)等压电薄膜材料。

斜交指叉式电极条137的电极材料包括金属铝(Al)，形成于该压电薄膜层136上。电极保护层138包括氮化硅(Si₃N₄)或二氧化硅(SiO₂)。结构加强层139包括金、镍、铜等金属材料，或者是由干膜(dry film)材料所构成。

图14显示本发明第一实施例的流体喷墨装置表面上，包括不同污染物的示意图。请参阅第15图，当墨水161残留在流体喷射装置50的表面上，也就是流体喷射装置50的表面发生积墨或污染。此时，斜交指叉式表面声波产生器21发出表面声波，在经过墨水残留处而被表面声波接收器22所接收。若表面声波接收器22所接收的信号衰减模式如图10B中的信号111，即可判别出芯片有积墨现象产生，并进行清洁喷墨装置表面的动作。另一方面，若表面声波接收器22所接收的信号衰减模式如第7B图中的信号81，则可办别出是上排流体腔133的喷墨孔位置发生积墨161’。或者，接收到的信号衰减模式如图8B中的信号91，则可辨别出是下排流体腔133的喷墨孔发生积墨161”。或者，接收到的信号衰减模式如图10B中的信号111，则可辨别出是整个流体腔发生积墨161，此时可针对特定的区域进行局部芯片清洁的动作。又或者，当表面声波接收器22所接收的信号衰减模式如图11B中的信号101或121，则通过此两种信号的差异，可以判别出流体喷射装置的积墨现象为液体状态或结晶状态。例如，若判定出芯片积墨现象为液体状态，则进行一般清洁芯片的动作。另一方面，若判定出芯片积墨现象为固态或结晶状态，则可选择进行不同强度或者重复清洁芯片动作。

或者，指叉式表面声波元件可包括一组斜交指叉式电极于该结构层上、一压电材料层于该斜交指叉式电极上以及一保护层覆盖该压电材料层与该斜交指叉式电极。

图15显示本发明另一实施例状态的具有表面声波元件的流体喷射装置的示意图。图16显示图15沿BB切割线的剖面示意图。请参阅图15，相比较于流体喷射装置50，流体喷射装置70的斜交指叉状电极条137形成于结构层135上。压电薄膜层136形成于该斜交指叉状电极条137上。电极保护层138形成于压电薄膜层139上，也可达相同检测喷孔表面状态的功效。

又或者，交指叉式表面声波元件包括一压电材料层于该结构层上、一组斜交指叉式电极于该压电材料层上以及一保护层覆盖该压电材料层与该斜交指叉式电极。

图17显示本发明另一实施例状态的具有表面声波元件的流体喷射装置的示意图。图18显示图17沿CC切割线的剖面示意图。请参阅图17，流体喷射装置90包括一基底110以及一结构层135形成于基底139上。斜交指叉状电极条137设置于该结构层135上，其包括表面声波发射器21与表面声波接收器22。一压电材料层136形成于斜交指叉状电极条137上。一结构加强层139形成于结构层135上。

流体喷射装置90更包括多个流体喷射元件13连接一歧管(manifold)134。各个流体喷射元件13包括上排流体腔(chamber)133以及与流体腔相对应的喷墨孔(nozzle)131及加热器(heater)132。

根据本发明实施例，具有表面声波元件的流体喷射装置90提供检测喷孔表面状态功能。相比较于流体喷射装置50或70，流体喷射装置90也具备检测喷孔表面状态的功能。不同之处在于，流体喷射装置90是将压电材料层136覆盖在斜交指叉状电极条137，除了提供压电材料的特性外，也可保护电极，达到电极保护层的效果，可节省其流体喷射装置的制作工艺复杂性。

图19显示本发明又一实施状态的具有检测喷孔表面状态功能的流体喷射装置100的示意图。流体喷射装置100包括一基底110以及一结构层135形成于基底层110上。一压电薄膜层136形成于结构层135上。三组斜交指叉式表面声波元件20a、20b、20c形成于结构层135上。一电极保护层138形成于斜交指叉式表面声波元件20a、20b、20c上。以及一结构加强层139形成于结构层135上。

流体喷射装置100更包括多个流体喷射单元13连接至一歧管134。各个流体喷射单元13包括排流体腔133以及与流体腔133相对应的喷墨孔131和加热器132。其中，第一对斜交指叉式传感器20a排列在上排流体腔之上，第二对斜交指叉式传感器20b则排列于上排流体腔与下排流体腔之间，第三对斜交指叉式传感器20c则排列于下排流体腔之下。

在图19中，此具有检测喷孔表面状态功能的流体喷射装置20，由于具备三对斜交指叉式表面声波传感器20a、20b、20c，因此可将喷孔表面状态的检测范围由原本上排流体腔与下排流体腔之间，扩大为涵盖上排流体腔与下排流体腔的两侧，使得流体喷射装置检测表面状态的范围大为增加。

图20显示本发明实施例的检测喷孔表面状态的方法的流程图。一流体喷射装置以及一斜交指叉式表面声波发射器与一斜交指叉式表面声波接收器，设置于该流体喷射元件上，其中该流体喷射元件的一喷孔位于邻近该斜交指叉式表面声波发射器与该斜交指叉式表面声波接收器。由斜交指叉式表面声波发射器发射一表面声波频谱信号201，在经过喷孔表面检测202后，抵达斜交指叉式表面声波接收器。接着，对比该表面声波频谱信号与该流体喷射装置的表面无污染的一表面声波频谱信号203。其中，当该表面声波频谱信号等于该流体喷射装置的表面无污染的表面声波频谱信号时，继续进行驱动该流体喷射装置204。或者，当该表面声波频谱信号受一表面脏污影响衰减而小于该流体喷射装置的表面无污染的表面声波频谱信号时，则进行不同程度的清洁该流体喷射装置205。

第二实施例

本发明第二实施例提供一种流体喷射装置与清洁流体喷射装置的装置方法。图21显示本发明第二实施例利用表面声波元件清洁流体喷射装置表面的示意图。清洁流体喷射装置120是在一压电材料125的表面上形成指叉式换能器121，指叉式换能器121具有多条指叉式电极条1213与1213’。各指叉式电极条1213与1213’彼此间是以电极交错间隔排列，其中各指叉式电极条1213连接至汇流条1212相连接，而对应的电极条1213’连接至另一汇流条1212’。各指叉式电极条1213、1213’沿电极纵轴的延伸方向，分别与汇流条1212、1212’的长轴的延伸方向呈一直角，且指叉式电极条的长度为W。汇流条1212与一信号源(图未示)连接，而另一汇流条1212’则接地，并通过交流信号源(AC voltage)让总线具有电位差，使得交指叉式电极条1213与1213’间交互产生电位差，即使得交指叉式换能器121在压电材料表面128产生表面声波122。

再请参阅图21，当交流信号源启动时，交指叉式换能器121在压电材料表面128开始产生表面声波122。若交流信号源之驱动电压够大时，也就是表面声波122的振幅够大时，便可驱使积墨123在压电材料表面128沿着表面声波波传方向126移动，并同时使得积墨123分解成向上喷射的小墨滴123’。当电源关闭时，该交指叉式换能器121停止产生表面声波122，使得积墨123不仅仅改变其停留位置，并且由原本积墨123变成容积较小的墨滴124。若积墨为较大的积墨127时，则当电源启动时，该表面声波122将会驱使积墨127压电材料表面128开始不停地振动，并使得积墨127开始产生向上喷射的小墨滴127’，若不将交流信号源关闭，墨滴127会一直产生向上喷射的小墨滴127’直到积墨127消失为止。

由于表面声波122可使得积墨123沿着波传路径126移动，并使得积墨123因不停地振动而产生向上喷射的小墨滴123’，通过此种现象清洁喷墨晶面表面上的残墨。

图22显示本发明实施例状态的具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置140的示意图。图23显示图22沿DD切割线的剖面示意图。该具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置140包括一基底110，一结构层145形成在该基底149上，一压电薄膜层146形成在结构层145上，一交指叉式换能器121包括交指叉式电极条147，形成在压电薄膜层146上。交指叉式换能器121的长度为W4，且此交叉长度W4约等于流体喷射装置两端喷孔的距离长度L，如此可避免激发的表面声波受到喷孔干扰。一电极保护层148形成于交指叉式电极条147上。一结构加强层149形成于结构层145上。

流体喷射装置140更包括多个流体喷设单元连接至一歧管(manifold)144。各流体喷设单元包括流体腔(chamber)143以及与流体腔相对应的喷墨孔(nozzle)141及加热器(heater)142。

在本发明实施例中，基底110包括单晶硅晶圆(Silicon)。结构层145的材质包括低应力氮化硅(low stress Si₃N₄)。该压电薄膜层146的材质氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)，以及锆钛酸铅(PZT)等压电薄膜，或两种以上压电薄膜材质复合形成；该交指叉式换能器121的交指叉式电极条147包括金属铝(Al)，形成于该压电薄膜层146上。电极保护层148的材质包括氮化硅(Si₃N₄)、二氧化硅(SiO₂)等其中之一材质形成。结构加强层149的材质包括金、镍、铜等金属，或干膜(dry film)。

请参阅图24，在流体喷射装置140的表面上残留积墨161，打印系统则以交流信号源驱动交指叉式换能器121，使得芯片表面上产生表面声波122。由于表面声波122对于积墨161产生流动力(streaming force)，于是积墨161则开始往外喷射小墨滴161’。当积墨161的变成小体积的积墨162后，便开始沿着表面声波波传方向前进，最后，表面声波122将小体积的积墨162带至远离喷孔处。故可利用此种表面声波有效地达到清洁流体喷射装置表面的效果。

图25显示本发明另一实施例状态的具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置170的剖面示意图。相比较于流体喷射装置140，流体喷射装置170的交指叉式换能器121的交指叉状电极147形成于结构层145上，该压电薄膜层146形成于交指叉状电极147上，该电极保护层148形成于压电薄膜层146上，也可达以表面声波清洁芯片表面功能。

图26显示本发明另一实施例状态的具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置180的剖面示意图。与流体喷射装置140及170雷同，该流体喷射装置180的交指叉式换能器121的交指叉状电极147形成于结构层145上，该压电薄膜层146形成于交指叉状电极147上，压电薄膜层146除了提供压电材料的特性外，也可提供电极保护层的效果，可节省其流体喷射装置的制作工艺复杂性。

第三实施例

图27显示本发明又一实施例状态的同时具有以表面声波侦测表面脏污以及清洁该脏污功能之流体喷射装置190的示意图。图28显示图27沿EE切割线的剖面示意图。该具有以表面声波清洁芯片表面功能的流体喷射装置190包括一基底110，一结构层145形成在基底110上，一压电薄膜层146形成在结构层145上，一斜交指叉式换能器191包括斜交指叉状电极147，形成于该压电薄膜层146上，此斜交指叉式换能器191的交叉长度为W9，且此交叉长度W9与两端喷孔的边缘相距的长度L相等，如此可避免激发的表面声波受到喷孔干扰。一电极保护层148形成于该斜交指叉式换能器191上。以及一结构加强层149形成在结构层145上。

流体喷射装置190包括包括多个流体喷射单元连接至一歧管(manifold)144。各个流体喷射单元包括流体腔(chamber)143与流体腔相对应的喷墨孔(nozzle)141及加热器(heater)142。

相比较于图22的流体喷射装置140，流体喷射装置190具有侦测脏污以及清洁局部芯片表面的效果，如图29所示。当积墨1111、1112、1113分别残留在流体喷射装置190表面的不同位置时，系统可先以宽频表面声波信号侦测脏污所在之处，再利用不同频率加以驱动斜交指叉式换能器191，使得芯片表面上局部产生表面声波，由于斜交指叉式换能器191可视为一宽频表面声波产生器，故必须视系统提供的AC信号源频率，以决定该斜交指叉式换能器191所激发的表面声波频率。

例如，请参阅图29，假设斜交指叉式换能器191为一中心频率60MHz、频宽为51～69MHz的表面声波产生器，且该斜交指叉式换能器的电极宽度较细端可激发出较高频(69MHz)的表面声波，而该斜交指叉式换能器的电极宽度较粗端则激发出较低频(51MHz)的表面声波。故若系统若要清除积墨1111时，则系统必须以频率69MHz的AC信号源驱动斜交指叉式换能器191，便可驱动69MHz的表面声波来清洁积墨1111。因此，若系统欲清除积墨1112时，系统则必须以频率60MHz的AC信号源驱动斜交指叉式换能器191，便可清除积墨1112；同理，若系统欲清除积墨1113时，系统便以频率51MHz之AC信号源驱动斜交指叉式换能器191，便可清除积墨1113。故本实施例的流体喷射装置190可达到以不同频率的表面声波来清洁局部芯片表面的效果。

图30显示本发明另一实施例状态的同时具有以表面声波侦测表面脏污以及清洁该脏污功能的流体喷射装置1120的剖面示意图。相比较于流体喷射装置190，流体喷射装置1120以类斜交指叉式换能器1121(quasi-slantedinterdigital transducers)取代流体喷射装置190的斜交指叉式换能器191，利用此种类斜交指叉式换能器1121同样可达先以宽频表面声波信号侦测脏污所在之处后，再利用不同频率的表面声波清洁局部芯片表面功能，由于该类斜交指叉式换能器1121的各种频率IDT的交叉长度，都较斜交指叉式换能器1191来得长，因此该类斜交指叉式换能器1121所激发的各种频率的表面声波能量较大，能更有效地局部清洁流体喷射装置112的积墨。

本发明除了应用此现象在清洁流体喷射装置的残墨外，并改变其交指叉式换能器的设计，使其清洁机制可达清洁局部的流体喷射装置的功能。

本发明的特点与效果在于，利用通过一表面声波元件内建于流体喷射装置中，以检测或清洁流体喷射装置喷孔表层。例如，进行积墨或类似污染物堆积的检测，作为实时进行清洁维护机制启动的依据，以保持良好的打印品质。

本发明提供一种喷墨装置，内建一斜交指叉式表面声波传感器，通过感测频率响应信号的改变，可用以检测喷墨装置的喷孔层表面的清洁状态，甚至可以分辨出积墨(ink puddle)、结晶(crystallization)、灰尘囤积以及污染面积大小...等不同的污染现象，以便提供系统实时进行清洁维护的判断依据，并依据喷孔层表面各种污染的现象，以便系统给予喷孔层表面不同程度的清洁动作。

或者，通过该斜交指叉式换能器激发能量较高的表面声波，便可用以清除流体喷射装置表面的残墨，甚至可以利用改变AC信号源的频率，以进行局部清洁喷墨装置的喷孔层表面，让系统给予喷孔层表面进行实时的清洁动作，可同时达到检测与清洁的目的。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。

Claims (32)

1.一种流体喷射装置，包括：

一流体喷射元件，包括：

一流体腔，在一基底中，用以容纳流体，且其上有一结构层；

至少一流体致动元件，设置在该结构层上，且于该流体腔的相对侧；及

一喷孔，邻近该流体致动元件且穿透该结构层，且与该流体腔连通；以及

一斜交指叉式表面声波元件，设置在该结构层上。

2.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该流体喷射元件包括一单石化流体喷射元件。

3.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该流体喷射元件包括一热气泡驱动式流体喷射元件或一压电式流体喷射元件。

4.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该结构层是低应力氮化硅。

5.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件至少包括一斜交指叉式表面声波元件。

6.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件包括一斜交指叉式表面声波发射器与一斜交指叉式表面声波接收器，以及其中该喷孔位于邻近该斜交指叉式表面声波发射器与该斜交指叉式表面声波接收器。

7.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件包括一压电材料层在该结构层上、一斜交指叉式电极在该压电材料层上以及一保护层覆盖该压电材料层与该斜交指叉式电极。

8.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件包括一斜交指叉式电极在该结构层上、一压电材料层在该斜交指叉式电极上以及一保护层覆盖该压电材料层与该斜交指叉式电极。

9.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件包括一斜交指叉式电极于该结构层上以及一压电材料层在该斜交指叉式电极上。

10.如权利要求1所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件至少包括一交指叉式换能器。

11.一种流体喷射装置，包括：

一流体喷射元件；以及

一斜交指叉式表面声波元件，设置于该流体喷射元件的一结构层上。

12.如权利要求11所述的流体喷射装置，其中该流体喷射元件包括一单石化流体喷射元件。

13.如权利要求11所述的流体喷射装置，其中该流体喷射元件包括一热气泡驱动式流体喷射元件或一压电式流体喷射元件。

14.如权利要求11所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件至少包括一斜交指叉式换能器。

15.如权利要求11所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件包括一压电材料层在该结构层上、一斜交指叉式电极在该压电材料层上以及一保护层覆盖该压电材料层与该斜交指叉式电极。

16.如权利要求11所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件包括一斜交指叉式电极在该结构层上、一压电材料层在该斜交指叉式电极上以及一保护层覆盖该压电材料层与该斜交指叉式电极。

17.如权利要求11所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件包括一斜交指叉式电极在该结构层上以及一压电材料层于该斜交指叉式电极上。

18.一种流体喷射装置，包括：

一流体喷射元件；以及

一斜交指叉式表面声波发射器与一斜交指叉式表面声波接收器，设置在该流体喷射元件的一结构层上；

其中该流体喷射元件的一喷孔位于该斜交指叉式表面声波发射器与该斜交指叉式表面声波接收器之间。

19.如权利要求18所述的流体喷射装置，其中该流体喷射元件包括一单石化流体喷射元件。

20.如权利要求18所述的流体喷射装置，其中该流体喷射元件包括一热气泡驱动式流体喷射元件或一压电式流体喷射元件。

21.如权利要求18所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波元件至少包括一斜交指叉式换能器。

22.如权利要求18所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波发射器包括一压电材料层于该结构层上、一斜交指叉式电极于该压电材料层上以及一保护层覆盖该压电材料层与该斜交指叉式电极。

23.如权利要求18所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波发射器包括一斜交指叉式电极于该结构层上、一压电材料层在该斜交指叉式电极上以及一保护层覆盖该压电材料层与该斜交指叉式电极。

24.如权利要求18所述的流体喷射装置，其中该斜交指叉式表面声波发射器包括一斜交指叉式电极于该结构层上以及一压电材料层在该斜交指叉式电极上。

25.一种检测流体喷射装置的方法，包括：

提供一流体喷射装置以及一斜交指叉式表面声波发射器与一斜交指叉式表面声波接收器，设置在该流体喷射元件上，其中该流体喷射元件的一喷孔位于该斜交指叉式表面声波发射器与该斜交指叉式表面声波接收器之间；

由该斜交指叉式表面声波发射器发射一表面声波频谱信号经过该喷孔后，抵达该斜交指叉式表面声波接收器；以及

对比该表面声波频谱信号与该流体喷射装置的表面无污染的一表面声波频谱信号；

其中，当该表面声波频谱信号等于该流体喷射装置的表面无污染的表面声波频谱信号时，继续进行驱动该流体喷射装置；或当该表面声波频谱信号受一表面脏污影响衰减而小于该流体喷射装置的表面无污染的表面声波频谱信号时，则进行清洁该流体喷射装置。

26.如权利要求25所述的检测流体喷射装置的方法，其中该脏污包括该流体喷射装置表面所残留的一积墨。

27.如权利要求25所述的检测流体喷射装置的方法，其中该流体喷射装置包括：一流体腔在一基底中，用以容纳流体其上有一结构层；至少一流体致动元件，设置于该结构层上且于该流体腔的相对侧；及该喷孔，邻近该流体致动元件且穿透该结构层，且与该流体腔连通。

28.如权利要求25所述的检测流体喷射装置的方法，其中该流体喷射元件包括一热气泡驱动式流体喷射元件或一压电式流体喷射元件。

29.如权利要求25所述的检测流体喷射装置的方法，其中该斜交指叉式表面声波元件至少包括一斜交指叉式换能器。

30.一种清洁流体喷射装置的方法，包括：

提供一流体喷射装置以及一斜交指叉式表面声波元件，设置于该流体喷射元件上，其中该流体喷射装置上至少有一脏污；以及

由该斜交指叉式表面声波发射器发射一表面声波频谱信号经过该至少有一脏污处使该脏污分解剥离，以清洁该流体喷射装置。

31.如权利要求30所述的清洁流体喷射装置的方法，其中该脏污包括该流体喷射装置表面所残留的一积墨。

32.如权利要求31所述的清洁流体喷射装置的方法，其中该斜交指叉式表面声波元件可包括一斜交指叉式表面声波发射器与一斜交指叉式表面声波接收器，使得该斜交指叉式表面声波元件可侦测该至少有一脏污处的存在，并可驱动一表面声波使该脏污分解剥离，以清洁该流体喷射装置。

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