TW201117966A - Printhead unit - Google Patents

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201117966 六、發明說明： I：發明戶斤屬之技術領域3 本發明係有關於列印頭單元。 c先前技術3 發明背景 於壓電喷墨列印頭中，墨水或其他流體典型以水滴型 式來喷射。該流體從各種不同流體室流經各種不同喷嘴來 到一基體。該流體藉由一壓電元件之移動來喷射。該流體 室具有由一壓電致動器組成之一隔牆，典型為連接至該壓 電元件之一薄膜。該流體藉由該壓電元件致動之該薄膜的 振動移動來朝向該喷嘴移動。 目前，該單一形狀類型之壓電致動器包含與一壓電層 整合或附接之一可撓性薄膜。該致動器具有一相當小的厚 度時，例如，1與10微米之間，諸如具有薄膜壓電陶瓷及薄 的薄膜層，其橫跨於該流體室上方之該最大寬度通常最多 介於50-100微米之間或更少。於較大跨距時，該致動器不 適合達成一所需頻率及/或壓力。因此，該流體室通常具有 一伸長外型，使得該最大寬度介於約50-100微米之間或更 少，而其長度明顯較大，例如，介於0.5毫米-2毫米之間。 本發明之一目的為提供一替代性壓電方法及裝置。 【發明内容】 依據本發明之一實施例，係特地提出一種一種壓電單 元，包含有：一流體室；一流體出口； 一致動器，其包含 一薄膜壓電陶瓷元件及作為該流體室之一隔牆的一薄膜； 201117966 以及一支撐元件，其安排來防止該致動器之一支撐部分於 該致動器之一主要的致動移動方向上移動，而在該支撐部 分之至少兩側上允許該類致動移動；其中該支撐元件連接 至大致相對該致動器延伸之一單元部分。 圖式簡單說明 為了舉例解說，現將參照附圖來說明本發明之某些實 施例，其中： 第1A圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意橫截面側視圖； 第1B圖是一第1A圖之壓電喷墨列印頭單元的示意橫 截面前視圖； 第1C圖是一第1A圖及第1B圖之壓電喷墨列印頭單元 的示意頂視圖，其中為舉例解說該喷嘴板極繪成透通； 第1D圖是一第1A圖、第1B圖及第1C圖之壓電喷墨列印 頭單元的示意底視圖，其中為舉例解說若干零件以虛線顯示； 第2A圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意橫截面側視圖； 第2B圖是一第2A圖之壓電喷墨列印頭單元的示意橫 截面前視圖， 第2C圖是一第2A圖及第2B圖之壓電喷墨列印頭單元 的示意頂視圖，其中為舉例解說該喷嘴板極繪成透通； 第2D圖是一第2A圖、第2B圖及第2C圖之壓電喷墨列印 頭單元的示意底視圖，其中為舉例解說該流體室、該入口、 及s亥出口以虛線顯不， 第3圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意橫截面前視圖； 第4圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意橫截面前視圖； 4 201117966 第5圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖； 第6圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖； 第7圖是-壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖，其中為 舉例解說該致動器已移除； 第8圖是-壓電噴墨列印頭單元之示意立體圖，其中為 舉例解說該致動器已移除； 第9圖是-壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖，其中為 舉例解說該致動器已移除； 第10圖是一具有第9圖之列印頭的一壓電喷墨列印頭

單元的-部分之示意頂視圖，其中為舉例解說該等致動器 已從§亥等個別列印頭單元移除； D 第11圖是-壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖，直中 賤動11具有—雜化壓電料元件。騎贿說該致動 器以虛線顯示為透通； ▲第12圖是-壓電噴墨列印頭單元之示意頂視圖，其中 该致動器具有包含兩個分開壓電喊元件之—型樣化壓電 陶究元件。為舉例解說紐動器以虛_示為透通。

C實施方式J 車父佳實施例之詳細說明 之 〜 ·‘叫 咏况明及圚式中 ^施例應視為舉例解說而不視為询限於該說明元件之特 =例中。為了舉例解說，該標度及相對維度並非其實 圖式中所指出之視圖 不應視為該轉或襄置之定向的 2〇Πΐ7966 限制。例如，根據該（等）個別元件之定向，一頂視圖亦可表 示—底視圖、或一側視圖、等等。然而，一單一實施例之 :個視圖可指出該所示特徵之相對關係及相對定向。於 疋，根據該裝置之定向及使用，一頂部隔踏可視為一底部 隔牆，反之亦然，而彼此相關以及有關該裝置之該底部及 頂部隔牆_關係可得以保存。該相同原則可考量其他特 试’例如…特徵之_長度或寬度可以任何—致的方式來 選擇。 多個實施例可從下列說明中透過某些元件之修改'組 :或變化型態來衍生。此外，該揭示内容中不特別揭示之 實施例或元件可從該等說明及圖式來衍生。 第1圖顯示一壓電單元丨。該單元丨可包含一壓電噴墨列 印頭單元卜其可形成—壓電喷墨列印頭之_部分。該技術 中，一壓電喷墨列印頭單元丨亦可參照為一、、喷射〃。該單 凡1可包含一流體室2 〇該流體室2之容積可由至少一個隔牆 3、4、5A-D來決定。該至少—個隔牆可包含—頂部隔牆]、 一底部4及數個側隔牆5A、5B、5C、5E^該單元丨可包含該 流體室2之開口的一流體出口6。該出口6可包含—噴嘴7。 或者，該出口6可包含用於將流體從該流體室2導引至該噴 嘴7之一下緣8。第1A圖及第1B圖中，流體水滴顯示為於一 前進方向從該噴嘴7射出。 s亥單元1可包含一致動器9。該致動器9可包含一薄膜致 動器9。該致動器9可作為該流體室2之一隔牆，例如，作為 該流體室2之一底部或一頂部隔牆，下文中參照為該致動器 201117966 隔牆。該致動器9可包含一薄膜1〇以及至少一個壓電陶瓷元 件11。該壓電陶瓷元件11可包含—薄膜壓電陶瓷元件〖i。 該薄膜10及該壓電陶瓷元件11兩者可包含薄膜材料。該薄 膜壓電陶瓷元件11可包含積設或積設及繞結之壓電陶瓷材 料。該薄膜1 〇可形成该流體室2之隔牆。於一實施例中，〆 致動器9可包含沿一流體室2延伸之一薄膜1〇,該致動器9包 含沿該相同流體室2延伸之多個壓電陶免元件η a、11B。 該壓電陶瓷材料可於該薄膜10上型樣化。一、'蜇樣化〃 壓電陶瓷元件11A可理解為包含於該流體室2上之至少一個 中斷部分12的該壓電陶瓷元件11A。例如，該致動器9可包 含一薄膜1〇的一部分，該部分於該相同薄膜10的其他被壓 電陶瓷材料覆蓋的部分之間未被壓電陶瓷材料覆蓋。另一 型樣化壓電陶瓷元件11可包含設置於一致動器9上之多個 壓電陶瓷元件11A、UB。第1A圖至第1D圖之該示範壓電陶 瓷元件11受变樣化並顯示，如第1B圖及第1D圖中所視，事 實上其於設置一中斷部分12之間包含兩個壓電陶瓷元件 11A、11B 0 該單元1可包含一支撐元件13。如圖所示，該單元1可 包含多個支撐元件丨3。該等支撐元件受安排用於防止 該致動器9之一支撐部分14於該致動器9之一主要致動移動 Μ的方向上移動。該支撐元件13可連接至大致相對該致動 器9延伸之/列印頭單元部分。該支撐元件13可連接至該列 印頭之一鼕固部分。該支撐元件13連接之該列印頭部分可 包含，例如，一箱室隔牆3相對該致動器隔牆4之一部分， 201117966 例如’根據哪-個包含該致動器隔牆來決定包含該流體室2 之一底部或一頂部隔牆3或4。該支撐元件13可允許—薄膜 致動器9於該整個流體室2上延伸，而在無該支禮元件⑽ 況下，該致動器9會是兩倍或更多倍厚。 該支樓部分14可包含該薄膜10連接至該支撐元件13之 -部分。該支撑元件13可於致動移動狀方向上支標該致 動益9，使彳于該支撐部分14及該支撐元件13可維持相當穩 定’而該致動S9之環繞部分可由該壓電陶元件11之致動 來振動。例如’第丨圖之該範例中，該移動财向上之致動 可特別出現於該支撐部分咐，該支料分14之至少兩側 上。於一實施例中，如從一側視或前視圖所視，該中斷部 分η可設置於該切部分M上，例如該支撐部分M下方或 上方。如從一側視或前視圖所視，該壓電陶瓷元件U之後 於該支撐部分14旁延伸。 該流體室2可包含讓流體進入該流體室2之一入口 15 ^ 該入口 15例如，可設置於該等箱室隔牆3、4 5a d之每— 個中°該圖式中’該人口設置於該側隔牆5B。該入口15及 出口 6可⑦置於該箱室之容積中的相對位置使得流體流過 〇亥谷積中之所有點。例如，該入口 15及該出口 6可設置於相 對隔牆3、4上或附近以及/或者相對隔牆5A、56或5(：、5D 上或附近。该所示實施例中，該出口6於接近一個別側隔牆 5A之該頂部隔牆3延伸，而該入口 15於接近該底部隔牆4之 一相對側隔牆5B延伸。於一實施例中，一或更多支撐元件 13可於該出口 6及該入口 15之間延伸。該個別支撐元件13可 201117966 側隔牆5A-D之間 於該流體室2中延伸，亦即，介於該至少 或其中。 該支推元件13可包含—柱桿。該柱桿可實際為圓柱 形、以及/或者可具有-實際圓形、例如環形或個形圓周 的隔牆。其中，—柱桿外型意欲將該致動器之移動部分的 區域最大化。該單元1可包含一組柱桿。 該支撐7G件13之該橫截面橫向厚度c可介於，例如，約 5微米及約30微米之間，例如，1〇至15微米。該繪示支撐元 件13之一示範橫截面厚度(：約15微米。該最小橫截面厚度可 由該箱室5之深度、蝕刻程序的類型、以及允許適當流動之 該橫截面厚度C中的非一致性來決定。 該致動器9可包含兩個獨立可控制壓電陶瓷元件11A、 11B。例如，一獨立可控制壓電陶瓷元件^八、11B可於一 個別支撐元件13之一側上延伸。 關於具有該相同厚度之一致動器的習知列印頭單元， 該支撐元件13之使用可使該薄膜致動器9之跨距增加。若有 需要’藉由使用該支撐元件13可避免該流體室2之一習知伸 長外型。反而可達到更多有效空間的箱室外型。於一實施 例中，如從一頂視圖所視，該流體室2之基本外型可為，例 如，近似圓形、方形、六邊形、任何環狀多邊形、等等。 當然，該類外型可梢作修改，例如，角落可為圓形及/或戴 梢、或者長度可比寬度稍長。例如，如從頂視圖所視，有 利的外型可包括橢圓形、長菱形、及/或矩形。於一實施例 中，該流體室2之長度可為該流體室2之寬度的約一及三 201117966 倍。在此，該長度L及寬度W可視為與該單元1之一頂部或 底部隔牆平行的一平面中，兩垂直方向上相對側隔牆5A-D 間之距離。該流體室2之高度Η可參照為該流體室2之一底部 及頂部隔牆3及4間的距離。 相鄰支撐元件13間之一距離D可介於20及90微米之 間’例如介於30及80微米之間。例如，相鄰支撐元件間之 該距離約為55微米。該最小距離可由該箱室5之深度、蝕刻 程序的類型、以及/或者允許適當流動之該等相鄰支撐元件 13間的開口大小來決定。同樣地，一支撐元件13及一側隔 牆間之一距離可介於2〇及9〇微米之間，例如55微米。於— 實施例中，該致動器9可在該整個流體室2上於兩垂直方向 延伸至少約115微米的一距離，例如至少約15〇微米。該距 離可為介於相對側隔牆部分5Α、5Β或5C、5D間之距離。一 或更多支撐元件13可支撐該致動器9以便取得一相當寬的 跨距。該支撐元件13可受安排來降低該致動器9之該最大未 支撐跨距，亦即，介於支撐元件13之間及/或一支撐元件13 及一隔牆5A-D之間，降低至少該流體室2之寬度的一半。 該壓電陶瓷元件11之該厚度Τ約為5微米或更少，例 如，約3微米或更少，例如，15微米或更少。該壓電陶瓷 兀件11之該厚度丁例如約為〇·5微米。該致動器9之該厚度為 例如10微米或更少，例如介於約1及約10微米之間，例如介 於約2·5及約5.5微米之間。該支撐元件13可允許相當薄致動 器9橫跨在相當寬的流體室2上方。相對側隔牆部分之間該 致動器9於該流體室2上之總跨距於兩垂直方向上至少為 10 201117966 150微米或更多，而該致動器9之該厚度為5微米或更少’例 如1.5微米或更少。例如根據使用於3亥單元1中之支撐元件 13的安排及數量，該總跨距町更南。 若一支撐元件13於接近〆流體室2之側隔牆部分之間 的中央、或於兩個支撐元件13間之中央支撐該致動器9,則 該致動器9之一厚度可降低約2.5倍’而該致動器9可於致動 移動Μ之方向上達到該相同位移。換言之，藉由將一未支 撐致動器跨距降低至該初始未支撐跨距的一又二分之一， 則針對一類似位移該致動器之厚度可降低約2.5倍。此外， 藉由將一未支撐致動器跨距降低至一又二分之一，則該致 動器之厚度可降低約2倍而無壓力損耗的情形。因此，選擇 性將支撐元件13放置於該流體室2之維度中便可相當自由 地加以選擇。 有公式可用來估計一矩形薄膜1〇之中央處的一應力位 準σ及一最大位移ymax。以下公式中，一均勻負載施用於該 矩形薄膜10之整個表面。此情況可例如，對應具有一壓電 陶瓷元件11之一矩形致動器9於該矩形薄瞑1〇之實際整個 表面施用一負載，並由四個側隔牆5A_D夾鉗。位於該薄膜 10之中央該薄膜10之豸最大位移ymax的-指示可經由下列 方程式取得 y -«Φ4 _ Et2 其中α表示如下所示之一常數因數，E表示該彈性模 數t表示5亥溥膜之厚度，b表示該等側隔牆5匸_1)之間該薄 11 201117966 膜10之寬度’而q表示該表面之施用壓力。針對相同條件， 位於該薄膜10之中央該薄膜1〇之該應力〇的一指示可經由 下列方程式取得

其中β2為一常數。下列表格可用來截取該等常數因數α 及β2 ’而a表示該薄膜1〇介於該等側隔牆5八_8之間的長度。 a/b 0.25 0.5 0.75 1.0 1.5 2.0 00 β2 0.1386 0.1794 0.2094 0.2286 0.2406 0.2472 0.2500 α 0.0138 0.0188 0.0226 0.0251 0.0267 0.0277 0.0284 針對該相同箱室2及一相等致動器9，一列支撐元件13 沿該薄膜10之中央線，亦即，個別側隔牆5C-D間之中央來 放置’厚度t、應力σ及/或位移ymaxi所生改變可藉由將該 數值b降低其數值一又二分之一來估計而不需支撐元件 13。最大壓力之一所生改變可對應應力〇之改變。 上述之理論性情況對應於由一層次組成之一薄膜1〇。 諸如E、α及β2之常數數值施用在多層致動器9時可改變。然 而，厚度t及寬度b之指數可相當接近足以估計放置支樓元 件13之一普遍衝擊。因此，有關所有致動器9之厚度及跨 距，放置支撐元件13之一普遍衝擊可使用該等公式來估 計。例如，考量支撐元件13時，可使用下列公式： (b2/bi)4=(t2/ti)3 其中ti及bi為該j專膜10之初始厚度及寬度，而b〗為平分 支撐元件13及該個別側隔牆5間之跨距寬度，其中： b2=(l-s) bi/2 12 201117966 其中ε為該支撐元件13之寬度，以該整個箱室2之寬度 的一比例的型式來指出。例如，針對ε=〇，t2〜t,/2.5以及針 對ε=0·14，t|/3。於是，若一單一列支撐元件13平分該箱 至並包括g亥支撐元件13之寬度，具有該所有箱室寬度之約 14%的一寬度’則針對一類似位移ymax，該致動器9之厚度 可降低至少3倍，而該厚度t可降低至少2.3倍而無壓力耗損。 為了在插入該支撐元件13並降低該致動器9之厚度後 仍幾乎達到該相同位移及壓力，該壓電元件丨丨之逛樣化及 其他幾何因數可加以調整。此外，替代上述公式、或除了 上述公式外’實際數值可透過有限的元件分析模变及/或經 驗來計算。 一種製造一單元1之方法可包含將一薄膜1〇上之薄膜 壓電陶瓷材料型樣化。例如，薄膜壓電陶瓷材料可放置於 该薄膜10上並於之後燒結。其中，該壓電陶瓷材料之放置 可藉由濺散、溶膠塗層、噴霧衝擊、等等來執行。另一實 施例中，一薄膜壓電陶瓷元件可藉由，例如，使用一光刻 方法來触刻包含壓電陶瓷材料之一基體來型樣化。 該所生致動器9可具有5微米或更少之一厚度，例如3微 米或更少’或例如1.5微米或更少。該流體室2可以光刻製 造，或以不同方法，藉由照明及蝕刻一晶圓來製造。該晶 圓之周圍部分可形成該等側隔牆5A-D。例如，該光刻處理 晶圓可包含該等側隔牆5A-D以及該等支撐元件π。例如該 流體室2及該等支撐元件13受触刻後，該薄膜致動器9可連 接至該晶圓’諸如連接該等側隔牆5A-D。該支撐元件13可 13 201117966 於該流體室2之該至少一個側隔牆5A-D間延伸，使得該支樓 元件13與該晶圓部分連接後可支樓該薄膜致動器9。 一種使用該單元1由壓電致動來發射一流體水滴的方 法可包含下列步驟。用以響應該壓電陶究元件1丨之一致 動，該薄膜10可受振動。該振動於該流體室2内側之流體中 產生暫態壓力脈衝，其造成流體於該出口 6的方向上流動， 而一或更多水滴從該喷嘴7發射。至少從一頂視圖所視，該 薄膜10可由至少一個流體室隔牆5A-D及至少一個支樓元件 13來支撐’使得該薄膜於相鄰該個別支撐元件13之至少雨 側上偏轉。而至少於移動Μ之方向上，該致動器9之偏轉為 禁止而其附接於該個別支樓元件13，例如，附接該支樓部 分14。該流體室2中之流體可於該出口 6的方向上沿該個別 支撐元件13流動來作為該支撐元件13之至少兩側上的振動 之一響應，而一流體水滴可從該個別出口 6喷射。 第2 Α圖至第2D圖中’其顯示一單元1之另一實施例。 該實施例中，該支撐元件13可包含一分割隔牆。流體可·相 當輕易沿該隔牆流動時較適合使用具有一隔牆外型之一支 撐元件13，使得該箱室2中流動之流體不受影響，或者呈少 該流體流動之影響可被降低。該分割隔牆可於該流體室2中 延伸，例如，幾乎與該流體室2之該等側隔牆5A-D的至少其 中之一平行。該分割隔牆可安排為不阻礙該入口 15至該出 口 6間之流體流動。該分割隔牆可於該入口 15及該出口 6間 縱向延伸。該分割隔牆可安排為幾乎平行或沿該流體之〆 主要流動方向F’其中該流體之一主要流動方向F可例如， 14 201117966 於該入口 15及該出口 6之間藉由採取該平均流動方向及/或 晝一想像線來決定。例如，可設置多個分割隔牆。該分割 隔牆之一橫向厚度C可介於約5及約30微米之間，例如介於 約10及約15微米之間，例如，約15微米。 第3圖中，其顯示一另一實施例。該單元1可包含至少 一支撐元件13以及至少一對應支撐部分14。該支撐元件13 可於該流體室2中延伸。該壓電陶瓷元件11可包含於接近該 支撐部分14處包含一中斷部分12之一型樣化壓電陶瓷元件 11。用來連接至一另一電氣驅動電路之一互連電極16可設 置於該中斷部分12之該支撐部分14。該互連電極16可安排 來將多個獨立控制的壓電陶瓷元件11A、11B連接至一驅動 電路。於一實施例中，一分開的互連電極16可針對每一分 開的壓電陶瓷元件11A、11B來設置。例如，若分開的壓電 陶瓷元件11A、11B安排為獨立受控制，則每一元件可提供 一對應的互連電極16來與該驅動電路連接。該互連電極16 可包含安排來將該壓電陶瓷元件11與該另一電路接觸之一 傳導接合襯墊。該另一電路可包含至少一條導線16A及/或 轨跡等等。

該中斷部分12及該支撐元件13適合使一驅動互連電極 16放置於該支撐部分14上。該中斷部分12可避免該互連電 極16需放置該壓電陶瓷元件11上。將該互連電極16放置於 該支撐部分14上，其可由該支撐元件13保持相當穩定，該 互連電極16之振動可得以防止並達到一相當無張力之附 接。如第3圖所示，介於該流體室2之至少一個側隔牆5A-D 15 201117966 之間’例如接近該致動器9之中間，一互連電極俯直接連 接至該薄膜1 〇。 如該技術中眾所周知’一致動器9可包含連接至一壓電 几件之至少兩個電極(未顯示），㈣等電極間具有一電壓。 -實施例中於該壓電陶瓷元件r相對表面上可具有電 極。該等個別壓電陶党元件狀該薄膜_之介面的平面 上之該等個別電極’此後稱為、、内部電極'可形成該相同 層次之一部分並具有相關接地之相同電壓。事實上，該内 部電極層可維持在接地電位。該壓電陶究元件η包含型樣 化廢電喊元件11Α、11Β時，可於該等電極與該等壓電陶 瓷7L件11間延伸之一介面傳導層可為連續，使得每一内部 電極可經由該介©料層電氣連接至該等侧的壓電陶究 凡件11Α、11Β。該等相對電極，亦即，相對該薄膜1〇，位 於該壓電Μ元件狀表面上，可經由傳導薄膜條紋連接 至該互連電極16。於-種製造方法中，該壓電㈣元件u 受型樣化至該薄卿後，可加人該等傳導薄膜條紋。為了 避免一額外的處理步驟’該内部電極可為連續。於該等壓 電陶究元件11A、11B之每-個獨立受控制的一實施例中， 一傳導薄膜可從與每一内部電極相關聯之每一分開的互連 電極16延伸。 其他實施例中，該壓電陶瓷元件丨丨之該相同平面及/或 外側表面上可設置兩個電極。可設置多個電極並與具有相 同電壓之每一其他電極叉合，以及連接至對應的型樣化壓 電陶瓷元件11A、UB。 16 201117966 第4圖中顯示一實施例，其中該支撐元件13可安排於該 流體室2之外側。該支撐元件13可連接至幾乎至少部分相對 該致動器9、及該墨水箱室2之外側延伸的一列印頭部分 Π。該部分17可為一相當堅硬部分。該部分17可包含用於 保護及/或密封該壓電陶瓷元件11、以及支撐該支撐元件13 之一外蓋及/或保護層。例如，該部分17可包含相對該致動 器9之直立隔牆17A及/或一部段17B。 第5圖以頂視圖繪示一壓電喷墨列印頭單元1之另一實 施例。該單元1可包含一型樣化壓電陶瓷元件11。該型樣化 壓電陶瓷元件11可包含多個分開的壓電陶瓷元件11C F。該 顯示範例中，其設置四個壓電陶瓷元件11C_F。該等分開的 壓電陶瓷元件11C-F可獨立受控制。該等分開的壓電陶瓷元 件11C-F可彼此互相幾乎平行延伸。該致動器9於該等壓電 陶曼元件11C-F間可包含多個中斷部分12A-C，例如三個中 斷部分12A-C。 第6圖以頂視圖繪示一壓電喷墨列印頭單元1之另一實 施例。如從頂視圖所視，該流體室2可具有一近似環形。該 流體室2可包含一側隔牆5。該側隔牆5可實際為圓形。該單 元1可包含幾乎安排位於該致動器9之中間部分的一支撐元 件13。如從頂視圖所視，該單元丨可包含幾乎安排位於該箱 室2之中間部分的一支撐元件13及相對支撐部分14。 該致動器9於該支撐部分14可包含一中斷部分12。該致 動器9可包含一實際圓形之壓電陶瓷元件η。該中斷部分12 可幾乎設置於該壓電陶瓷元件11之一中間部分。如從頂視 17 201117966 圖所視，該壓電陶瓷元件11可安排在該支撐元件13旁以及 該側隔牆5旁，而介於该支撐元件13及該側隔牆$之間。 該薄膜10之一部分相當靠近該支撐元件13、或靠近一 個別側隔牆5，因此可防止振動。於是，如從頂視圖所視， 該壓電陶瓷元件11可安排在相距該個別支撐元件13的一距 離及/或相距該個別側隔牆5的一距離。例如，該距離可為 至少1微米、或至少5微米、或至少1〇微米。 第7圖中，其顯示一單元1之另一實施例，其中顯示該 流體室2之一頂視圖。如從頂視圖所視，該箱室2可包含— 圓形或一環形多邊形，具有一圓形隔牆5或具有一圓多邊形 之一隔牆5。该支樓元件13可包含一柱桿。如從頂視圖所 視，該支撐元件13幾乎可於該箱室2之中間延伸。例如，可 設置兩個入口 15。該支撐元件13可於該等入口 15及該出口6 間延伸該等入口 15之位置可藉由使用一計算流體動力學 模型來設置。此方式中，流體可有益於流經該支撐元件13。 此外，兩個入口 15可提供經過該流體室2之更均勻流動，而 因此可掃過該箱室2» 第8圖以立體圖顯示一單元丨之一實施例，其中該致動 器9已移除。該相同晶圓中之相鄰箱室2的一部分仍可見。 其中顯示一組支稽元件13。此陣列可包含一如矩陣之安 排。例如可設置兩個或更多列及/或行之支撐元件13。該顯 示安排中’該支撐元件陣列包含三列及三行支撐元件13， 亦即，九個支撐元件13。該等支撐元件13可以彼此規律的 距離D來安排，例如介於約30及80微米之間，例如約55微 18 201117966 米。該箱室之長度及/或寬度可例如，介於約115及400微 米，例如約265微米。該組支撐元件13可安排於該等入口 15 及該出口 6之間。該等入口 15可安排於該流體室2之側面， 接近個別的側隔牆5C、5D。接近該等側面之入口 15有益於 該箱室2之流體流動。具有多列及/或行之支撐元件13可使 該致動器9橫跨一相當寬的流體室2。該中斷部分12可安排 於該薄膜10之支撐部分14(未顯示）。 第9圖從頂視圖顯示一單元1，其中為舉例解說該致動 器9已移除。該單元1可包含一出口 6及兩個入口 15。一組支 撐元件13,例如安排為彼此等距離D之四個支撐元件13可設 置於該出口 6及該入口 15之間。該單元1之該箱室2可實質為 方形，其中該等角落為圓形。如圖所示，該等支撐元件13 可安排於一對應的方形，其中一支撐元件13可設置接近每 一圓形或截梢角落。該箱室2之該等側角落的至少其中之一 可被夾鉗，此提供該箱室2之一截梢側18。由於該夾鉗，該 箱室2可包含亦為圓形之另外兩個角落19。該出口6可設置 於相對該箱室2之截梢側18的圓形角落。該等入口 15可安排 接近該截梢側18，例如接近該截梢側18之每一圓形角落 19。該類安排可使該流體室2中之流體流動相當均勻。該等 圓形角落可流線化該流體流動，而該夾鉗可協助分配流經 整個箱室2之流體。 第10圖顯示一列印頭之一部分，其中可對應第9圖之該 單元1的若干單元1可以一陣列來安排。如圖所示，該單元1 之喷嘴7可以列及/或行來安排。該單元1可安排如一矩陣及 19 201117966 /或沿一對角直線安排。如第10圖所示，單元i之不同列及/ 或行的該等出口 6可幾乎安排於該相同想像直線L上。該所 示實施例可允許該列印頭具有一相當高的噴嘴密度。 第11圖顯示一實施例’其中該單元1具有一實質延長外 型’其中該箱室2之側隔牆5的圓周可成型為一跑道。該入 口 15可安排接近該箱室2之一縱向端，例如該側隔牆5。該 出口 6可安排於有關該入口 15之相對縱向端。多個支撐元件 13可安排於該入口 15及該出口 6之間。至少於一頂視圖中， 該等支撐元件13可安排於繪製介於該入口 15及該出口 6間 之一想像直線L2上。該跑道外型可允許該流體相當均勻地 導引經過該整個箱室2。 第11圖中’該壓電陶究元件11以虛線來表示。該壓電 陶瓷元件11可被型樣化來於該支撐部分14包含中斷部分 12。至少從一頂視圖所視’該等中斷部分12在與該等支撐 部分14相距一特定距離處具有其邊界，使得該支樓部分14 及該壓電陶瓷元件11之間有一間隙。此外，至少從一頂視 圖所視’該壓電陶瓷元件11之圓周邊界可與該側隔牆5相距 一特定距離處延伸’此亦參照第6圖來加以說明。 該致動器9可具有一厚度約2·5微米。相鄰支撐元件13 間之距離D以及該支撐元件13及該側隔牆5間之距離可為例 如約55微米，或例如至少介於3〇及80微米之間。該壓電陶 瓷元件11之所示型樣可允許該致動器9具有一相當均勻的 位移及堅硬度，此外跨距與該距離D不盡相同。具有一致動 器厚度約2.5微米，而支撐元件13間、以及支撐元件13及侧 20 201117966 隔心5間之—距離〇約55微米之該所示範例，可造成該致動 态9之每—偏轉具有一最大流量約3.3秒米液滴進入該出口 ό。 第12圖顯示類似第11圖之一單元1的一實施例’其有關 第11圖具有一可區別的特徵。一分開的中斷部分12D可將該 壓電陶件11分4_分開的壓 電陶瓷元件11G、11Η。 〜等刀開的壓電陶瓷元件11G、11Η可獨立受控制。相對電 #16(第12圖未顯示）可安排於該等支撐部分14的至少其中 之上’並附接於該等壓電陶瓷元件11G、11Η的每一個。 —分開的中斷部分12 D玎於該等支撐部分14的至少其 中之—上延伸。至少從一頂視圖所視，於該薄膜10之中間， "亥刀開的中斷部分12D可包含於該薄膜10之寬度上橫向延 伸的一開口。 於—實施例中，該等分開、獨立受控制的壓電陶瓷元 ^ 11Η可非同時受致動來達到較佳的流體流動。 有利情況是，該等個別的壓電陶瓷元件U之型樣化可配 適來達成最大偏轉。該薄膜10之厚度及/或該壓電陶瓷元件 11之厚度可配適來達成一所需的流體壓力。此可施用於本揭 丁内谷之每一致動器9中。每一設計皆可最佳化來以於該出 口符合該所需流動速度的-壓力以達成該最大可能的位移。 雖然如上述於支撐部分14提供中斷部分12是有益的， 但某些實施例中’該壓電喊元件叶於該支撑部分14及 °亥支樓元件13或该等側隔牆5A-D上延伸而不中斷。再者， 本發明並不排除使用延長流體室之外型。 雖然該說明中’說明針對-噴墨列印頭之-單元卜但 21 201117966 其他實施例中’該單元1可包含任何類型之壓電致動器，例 如，而非一壓電噴墨列印頭單元。例如，該流體可包含一 液體及/或氣體。該單元丨可為使流體移動之一MEMS(微機 電系統)裝置的一部分，其中該MEMS裝置可例如，形成一 晶片實驗室上之一部分。其他實施例中，該單元丨可包含一 揚聲器或音調產生裝置來排氣。此外另一實施例中，該單 元1可包含用於移動一構件，例如，控制—原子力顯微鏡中 之尖端位置的一裝置。 於一第一觀點中，設置一壓電單元1，其包含(i)一流體 室2、（ii)一流體出口6、（iii)一致動器9。該單元1可包含〆 薄膜壓電陶瓷單元11及一薄膜⑴，來作為該流體室2之一隖 牆4，以及(iv)—支撐元件13，其安排來防止該致動器9之〆 支撐部分14於該致動器9之一主要致動移動μ的方向上# 動’而於該支樓部分14之至少兩側上允許該類致動移動 Μ ’其中該支撐元件13可連接至幾乎相對該致動器延伸之 一單元部分4、17。 於一第二觀點中，可提供一種由壓電致動喷射一流鱧 水滴的方法。該方法可包含下列步驟：⑴將一壓電陶瓷元 件11致動、（ii)振動由至少一個流體室隔牆5、5A-D及至少 一個支撐元件13支撐的一薄膜10，使得該薄膜1〇於相鄰该 個別支撐元件13之至少兩側上偏轉，而該薄膜1〇之偏轉於 其附接該個別支撐元件13的部分14為禁止、（m)於該箱室2 之開口的一出口 6之方向上，該流體室2中的流體沿著該櫚 別支撐元件13流動來作為該支撐元件13之至少兩側上的振 22 201117966 動之一響應、以及(iv)藉由該振動將一流體水滴從該個別出 口 6喷射。 於一第三觀點中，可提供一種製造一壓電單元1的方 法。該方法可包含下列步驟：⑴藉由型樣化一薄膜10上之 壓電陶瓷材料來建立一薄膜致動器9，其中該致動器9可具 有約5微米或更少之一厚度，以及（ii)將該致動器9連接至一 晶圓，其中該晶圓可包含一流體室隔牆5、5A-D及一支撐元 件13，連接後如從與該致動器9之該表面垂直的一方向來 看，該支撐元件13於該箱室2之至少一個側隔牆5之間延 伸，使得與該晶圓連接後該支撐元件13及該隔牆5可支撐該 薄膜致動器9。 上述說明並不意欲為窮舉或將本發明侷限於該等揭示 實施例中。從該等圖式、該揭示内容、以及該等後附申請 專利範圍之一研究中，業界熟於此技者可了解及實現該等 揭示實施例之其他變化型態可實作本請求之發明。該等申 請專利範圍中，該字“包含”並不排除其他元件或步驟，而 該不定冠詞“一”或“一個”並不排除多個，而參考一特定數 量之元件並不排除具有更多元件的可能性。一單一單元可 實現該揭示内容中所述之若干項目的功能，而該揭示内容 中所述之若干項目可實現一單元之功能。 事實上某些測量於彼此不同的相依申請專利範圍中敘 述並不表示該等測量之一組合於使用上無法佔優勢。在不 違背本發明之範疇的情況下，本案可具有多重的替代方 案、等效元件、變化型態及組合。 23 201117966 【圖式簡單說明】 第1A圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意橫截面側視圖； 第1B圖是一第1A圖之壓電喷墨列印頭單元的示意橫 截面前視圖； 第1C圖是一第1A圖及第1B圖之壓電喷墨列印頭單元 的示意頂視圖，其中為舉例解說該喷嘴板極繪成透通； 第1D圖是一第1A圖、第1B圖及第1C圖之壓電喷墨列印 頭單元的示意底視圖，其中為舉例解說若干零件以虛線顯示； 第2A圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意橫截面側視圖； 第2B圖是一第2A圖之壓電喷墨列印頭單元的示意橫 截面前視圖； 第2C圖是一第2A圖及第2B圖之壓電喷墨列印頭單元 的示意頂視圖，其中為舉例解說該喷嘴板極繪成透通； 第2D圖是一第2A圖、第2B圖及第2C圖之壓電喷墨列印 頭單元的示意底視圖，其中為舉例解說該流體室、該入口、 及該出口以虛線顯示； 第3圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意橫截面前視圖； 第4圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意橫截面前視圖； 第5圖是一壓電噴墨列印頭單元之示意頂視圖； 第6圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖； 第7圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖，其中為 舉例解說該致動器已移除； 第8圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意立體圖，其中為 舉例解說該致動器已移除； 24 201117966 第9圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖，其中為 舉例解說該致動器已移除； 第10圖是一具有第9圖之列印頭的一壓電喷墨列印頭 單元的一部分之示意頂視圖，其中為舉例解說該等致動器 已從該等個別列印頭單元移除； 第11圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖，其中 該致動器具有一型樣化壓電陶瓷元件。為舉例解說該致動 器以虛線顯示為透通； 第12圖是一壓電喷墨列印頭單元之示意頂視圖，其中 該致動器具有包含兩個分開壓電陶瓷元件之一型樣化壓電 陶瓷元件。為舉例解說該致動器以虛線顯示為透通。 【主要元件符號說明】 1.. .壓電單元、壓電喷墨列印 頭單元 2.. .流體室 3、3A、4、5A-5D...隔牆 5.. .箱室 6.. .流體出口 7…喷嘴 8.. .下緣 9.. .致動器 10.. .薄膜 1卜 11A、11B、11C-11F、11G、 11H...壓電陶瓷元件 13.. .支撐元件 14.. .支撐部分 15···入口 16.. .互連電極 16 A...導線 17.. .列印頭部分 17A...直立隔牆 17B...部段 18.. .截梢側 19.. .角落 a...該薄膜10介於該等側隔牆 5A-B之間的長度 b...薄膜寬度 12、12A-12C、12D.··中斷部分 25 201117966 bi...薄膜初始寬度 b2...跨距寬度 C. ..橫截面橫向厚度 D. ..距離 E. ..彈性模數 F. ..主要流動方向 L、 L2...想像直線 M. ..致動移動 q.··施用壓力 t...薄膜厚度 tp..薄膜初始厚度 T...厚度 y max…最大位移 α...常數因數 σ...應力位準 β2...常數 ε...支撐元件之寬度 26

Claims (1)

1. 201117966 七、申請專利範圍： 1· 一種壓電單元，包含有： 一流體室； 一流體出口； 一致動器，其包含一薄膜壓電陶瓷元件及作為該流 體室之—隔牆的一薄膜；以及 一支撐元件，其安排來防止該致動器之一支撐部分 於該致動器之—主要的致動移動方向上移動，而在該支 撐。卩分之至少兩側上允許該類致動移動；其中 5玄支撐元件連接至大致相對該致動器延伸之一單 元部分。 2·如申請專利範圍第！項之壓電單元，其中該壓電陶究元 件之該厚度約為五微米或更少。 3·如申請專利範圍第！項之壓電單心其中該壓電陶竞元 件之該厚度約為1.5微米或更少。 4. 如申請專利範圍第丨項之㈣單元，其包含—積設及繞 結壓電陶瓷元件。 5. 如申請專利範圍第1項壓 只心湮萆早凡，其令該致動器包含 一型樣化壓電陶瓷元件。 6·如申請專利範圍第1項之壓雷I 士 早兀，其中該型樣化壓電 陶莞元件包含兩個獨立可受控制之㈣卩^元件。 7.如申請專利範圍第i項之Μ電單元，其中將該致動器連 接至一驅動電路之一互連電極安排於該致動器之該支 撐部分上。 27 201117966 8·如申請專利範圍第1項之壓電單开^ 电早疋’其中該支撐70件於 該流體室中，從該流體室底部延伸。 A如申請專利範圍第1項之壓電單元，其中該支撐元件包 含一柱桿。 10·如申請專利範圍第i項之壓電單元，其中該流體室之該 長度介於該流體室之該寬度的約_與三倍之間。 η.如申請專利範圍第i項之壓電單元，其中賴動器在該流 體室上方於兩垂直方向延伸—至少約115微米的距離。 12·如申請專利範圍第1項之壓電單元，其中相鄰支撐元件 間之δ亥距離介於30與80微米之間。 13·如申請專利範圍第1項之壓電單 s亥出口及一入口之間延伸。 元，其中該支撐元件於 包含下列步驟： 14. 一種由壓電致動噴射流體的方法 將一壓電陶瓷元件致動； 振動由至少一個流體室隔牆及至少一個支撐元件 I芽的薄膜，使得該薄膜於相鄰該個別支樓元件之至 =兩側上偏轉’㈣薄膜之偏轉於其附接該個別支撐元 件的部分為禁止； 〜'"目至之開口的~~出口方向，將於該流體室中沿 者_別切元件流動的流體作為該振動之一響應；以及 藉由該振動將流體從該個別出口喷射。 一種製造-壓電單元的方法，包含下列步驟： 藉由型樣化一薄膜上之壓電陶瓷材料來建立一薄 膜致動器’該致動H具有約5微米或更少之一厚度；以及 28 201117966 將該致動器連接至一晶圓，該晶圓包含一流體室隔 牆及一支撐元件，連接後如從與該致動器之該表面垂直 的一方向來看，該支撐元件於該箱室之至少一個側隔牆 之間延伸，使得與該晶圓連接後該支撐元件及該隔牆支 撐該薄膜致動器。 29