TWI468299B - 流體噴出裝置 - Google Patents

Description

流體噴出裝置 發明領域

本發明關於一種流體噴出裝置。

發明背景

作為流體噴出系統之一實施例的噴墨列印系統可包括一列印頭、供應液體墨水至列印頭的一墨水供應件及控制列印頭的一電子控制器。作為流體噴出裝置之一實施例的列印頭經由數個噴頭或噴孔朝向列印介質(諸如一張紙)噴出墨滴以於列印介質上列印。典型地，噴孔以一個以上的行或陣列排列，如此當列印頭與列印介質相對於彼此移動時，從噴孔適當地接續噴出墨水形成要被列印於列印介質上之字型或其他影像。

列印頭型式之一包括壓電致動列印頭。壓電致動列印頭包括界定流體腔的一基材，為流體腔上方之基材所支持的一撓性膜，及備置於撓性膜上的一致動器。於一排列中，致動器包括當電壓施加於其上時會變形的一壓電材料。據此，當壓電材料變形時，撓性膜會彎曲，藉此使得流體經由與流體腔溝通的噴孔或噴嘴從流體腔噴出。

增加噴孔或噴嘴密度或間距密度的一種方式係藉著減少流體腔側壁之間的寬度或距離而達成。然而減少流體腔側壁之間的寬度或距離，窄化了用於撓性膜的支撐件，如此由於撓性膜之硬度變大而需要增加驅動電壓以驅動致動器。因此，為了以相同的驅動電壓操作致動器，撓性膜常做得較薄。但是，使撓性膜變得更薄，增加靠近流體腔側壁之撓性膜上的形變。為了此等及其他的原因，因此需要本發明。

發明概要

本發明之一面向提供一種流體噴出裝置。該種流體噴出裝置，包括：具有一第一側壁及一第二側壁的一流體腔；延伸於該流體腔上方且被支持於該第一側壁之一端部及該第二側壁之一端部的一撓性膜；備置於該撓性膜上的一致動器，該致動器適於相對於該流體腔彎曲該撓性膜；備置於該撓性膜及該第一側壁之端部之間的一第一間隙，及備置於該撓性膜及該第二側壁之端部之間的一第二間隙；及備置於該第一間隙內及該第二間隙內的順應材料。據此，該致動器適於相對於該流體腔彎曲該撓性膜。

圖式簡單說明

第1圖顯示依據本發明之噴墨列印系統之一實施例的方塊圖。

第2圖顯示依據本發明之部分列印頭總成之一實施例的簡要截面圖。

第3圖顯示依據本發明之部分列印頭總成之另一實施例的簡要截面圖。

第4圖顯示依據本發明之部分列印頭總成之另一實施例的簡要截面圖。

較佳實施例之詳細說明

在下述詳細描述中，請參考形成詳細描述一部份之該附隨圖式，且其中顯示的是本發明可據以實施的特定實施例。就此而言，方向性術語，諸如“頂”、“底”、“前”、“後”、“前端”、“追蹤”等等，係參考該描述之圖式的位向而使用。因為本發明實施例組件可置於數個不同的位向，該方向性術語係用於闡述的目的而絕非作為限制。應了解者，也可使用其他實施例且可為結構或邏輯的改變而不會脫離本發明的範圍。因此，以下的詳細描述，不應被視為具有限制的意義，且本發明的範圍僅由以下的申請專利範圍所界定。

第1圖顯示依據本發明之噴墨列印系統10的一實施例。噴墨列印系統10構成流體噴出系統的一實施例，其包括一流體噴出裝置(諸如一列印頭總成12)及一流體供應件(諸如一墨水供應總成14)。於顯示之實施例中，噴墨列印系統10也包括一安裝總成16、一介質傳送總成18及一電子控制器20。

列印頭總成12，作為流體噴出裝置之一實施例，係依據本發明之實施例形成且經由數個噴孔或噴頭13噴出包括一種以上彩色墨水的墨滴。雖然以現描述係參考從列印頭總成12噴出墨水，應了解的是其他液體、流體或流動材料也可從列印頭總成12噴出。

於一實施例中，液滴係朝向一介質(諸如列印介質19)以列印在列印介質19上。典型地，於一實施例中，噴頭13以一個以上的行或陣列排列，使得當列印頭總成12與列印介質19相對彼此移動時，從噴頭13適當地持續噴出的墨水形成要被列印於列印介質19上的字型、符號及/或其他圖形或影像。

列印介質19包括例如紙、卡片、信封、標籤、透明片、厚紙版、硬板及相似物。於一實施例中，列印介質19為連續形式或連續網狀列印介質19。據此，列印介質19可包括一連續的未印有字的紙捲。

墨水供應總成14，作為流體供應件之一實施例，供應墨水與列印頭總成12且包括用以儲存墨水的一儲槽15。據此，墨水從儲槽15流至列印頭總成12。於一實施例中，墨水供應總成14及列印頭總成12形成再循環的墨水遞送系統。據此，墨水從列印頭總成12流回儲槽15。於一實施例中，列印頭總成12及墨水供應總成14於噴墨或流體噴出匣或筆中設置在一起。於另一實施例中，墨水供應總成14與列印頭總成12分開且經由一介面連接，諸如一供應管(未圖示)，供應墨水至列印頭總成12。

安裝總成16相對於介質傳送總成18定位列印頭總成12，且介質傳送總成18相對於列印頭總成12定位列印介質19。據此，列印頭總成12噴出墨滴於其內的一列印區17被界定為相鄰著噴頭13，該噴頭13係位於列印頭總成12與列印介質19之間的一區域中。於列印期間，藉著介質傳送總成18列印介質19前送通過列印區17。

於一實施例中，列印頭總成12為一掃描式列印頭總成，且於在列印介質19上列印一列期間，安裝總成16相對於介質傳送總成18及列印介質19移動列印頭總成12。於另一實施例中，列印頭總成12為一非掃描式列印頭總成，且於在列印介質19上列印一列期間，當介質傳送總成18前送列印介質19通過一規定位置時，安裝總成16相對於介質傳送總成18固定列印頭總成12於該規定位置。

電子控制器20與列印頭總成12、安裝總成16、及介質傳送總成18溝通。電子控制器20由主機系統(諸如電腦)接受資料21，且包括用以暫時儲存資料21的記憶體。典型地，資料21沿著電子、紅外線、光學或其他資訊轉送路徑被送至噴墨列印系統10。資料21呈現為例如要被列印的文件及/或檔案。據此，資料21形成噴墨列印系統10的列印工作且包括一個以上之列印工作指令及/或指令參數。

於一實施例中，電子控制器20控制列印頭總成12，該等控制包括從噴頭13噴出墨滴的定時控制。據此，電子控制器20界定了噴出墨滴的圖樣，此等圖樣在列印介質19上形成字型、符號及/或其他圖形或影像。定時控制及因此之噴出之墨滴圖樣由列印工作指令及/或指令參數決定。於一實施例中，形成電子控制器20之一部分的邏輯及驅動電路系統位在列印頭總成12上。於另一實施例中，形成電子控制器20之一部分的邏輯及驅動電路系統並未位於列印頭總成12上。

第2圖顯示部分列印頭總成12的一實施例。列印頭總成12，作為流體噴出裝置之一實施例，包括一基材120、一撓性膜130及致動器140。基材120、撓性膜130及致動器140以如下所述方式排列及相互作用以從列印頭總成12噴出流體液滴。

於一實施例中，基材120具有界定於其中之數個流體腔122。於一實施例中，流體腔122由基材120的側壁124界定。流體腔122與流體供應件溝通使得流體腔122內的流體從流體腔122通過與流體腔122溝通的噴孔或噴頭13噴出(第1圖)。於一實施例中，流體腔122內的流體朝著實質上垂直撓性膜130位移或彎曲的方向噴出(例如，朝著進入或離開第2圖之平面的方向)。

於一實施例中，基材120為一矽基材且使用黃光微影術及蝕刻術於基材120中形成流體腔122。

第2圖之實施例中所示，撓性膜130為基材120支持且延伸於流體腔122上方。更特別地，於一實施例中，撓性膜130為基材120的側壁124支持。於一實施例中，撓性膜130為延伸於一陣列之流體腔122或數個流體腔122上方的單一膜。據此，於一實施例中，撓性膜130包括撓性膜部分132，每個撓性膜部分132被界定於一流體腔122的上方。

於一實施例中，撓性膜130由撓性材料形成，諸如例如氮化矽或碳化矽撓性薄膜或撓性矽薄層。於一例示實施例中，撓性膜130由玻璃形成。於一實施例中，撓性膜130藉陽極黏附或類似技術貼附至基材120。

如第2圖之實施例所示，致動器140備置於撓性膜130上。更特別地，每個致動器140備置於個別的撓性膜部分132上。於一實施例中，如下所述，致動器140彎曲撓性膜部分132，如此當撓性膜130的撓性膜部分132彎曲時，流體小滴可從列印頭總成12之個別的噴孔或噴嘴13(第1圖)中噴出。

於一實施例中，致動器140備置於或形成於相對著流體腔122之撓性膜130的一側上。據此，致動器140不會與流體腔122內所含的流體直接接觸。因此，流體接觸致動器140所帶來的潛在影響，諸如腐蝕或電氣短路，會因而降低。

於一實施例中，致動器140包括一壓電材料，其回應電氣訊號改變形狀，例如，擴展及/或收縮。因此，致動器140回應電氣訊號而施加力量至個別的撓性膜部分132，因而造成撓性膜部分132的彎曲。壓電材料之例包括氧化鋅或壓電陶瓷材料，諸如鈦酸鋇、鈦酸鉛鋯(PZT)或鈦酸鉛鑭鋯(PLZT)。應了解的是，致動器140可包括任何形式之引起撓性膜部分132移動或彎曲的裝置，包括例如靜電、靜磁及/或熱擴展致動器。

於一實施例中，致動器140由單一或共同壓電材料形成。更特別地，該單一或共同壓電材料係備置於撓性膜130上，且壓電材料的選定部分被移除使得壓電材料的殘留部分界定致動器140。

如第2圖之實施例所示，撓性膜130被支持於側壁124的端部126處。於一實施例中，撓性膜130被支持於端部126處，使得間隙150備置於撓性膜130與側壁124的端部126之間。於一實施例中，間隙150由從側壁124之端部126延伸而出的柱體或支撐件128形成。據此，撓性膜130藉支撐件128被支持於側壁124的端部126處。

雖然單一柱體或支撐件128被顯示成從每個側壁124的個別端部126延伸而出，然而一個以上柱體或支撐件128從每個側壁124之個別端部126延伸而出也在本發明的範圍內。此外，雖然柱體或支撐件128顯示為從側壁124中心延伸而出，但是柱體或支撐件128與個別側壁124的中心呈偏位也在本發明的範圍內。

於一實施例中，側壁124具有寬度w及支撐件128具有高度H。此外，間隙150具有寬度w及深度d。於一實施例中，間隙150的寬度w小於側壁124的寬度w，且間隙150的深度d等於或對應於支撐件128的高度H。於一實施例中，支撐件128的高度H及因此間隙150的深度d小於撓性膜130之最大位移或彎曲距離的100X。於一例示實施例中，例如，撓性膜130之最大位移或彎曲距離為大約0.1微米。因此，於一例示實施例中，支撐件128的高度H及因此間隙150的深度d小於約10微米。

藉著使支撐件128支持撓性膜130及將間隙150備置於撓性膜130與側壁124的端部126之間，撓性膜130的支持寬度，此處稱作撓性膜130的有效寬度(W_EFF )，相對著如界定於側壁124之間的流體腔122的寬度(W_FC )而增加。例如，撓性膜130的有效寬度增加2x寬度w的間隙150。藉著增加撓性膜130的有效寬度，撓性膜130的位移也可以增加。據此，撓性膜130所要的位移由於側壁124之間距離的降低或變窄而達成。據此，流體腔122以及與其等相結合之噴孔或噴頭彼此之間可被設置得更加接近，藉此使得較高的噴孔或噴嘴密度變得可能。此外，側壁124的寬度w可被維持，藉此相鄰流體腔122之間的機械性互通(cross-talk)變得最小或得以避免。

於一實施例中，如第2圖所示，順應材料160備置於間隙150內。據此，順應材料160密封間隙150，同時依然容許撓性膜130移動或彎曲。藉著密封間隙150，順應材料160防止流體腔122內之流體中的氣泡或顆粒被捕捉於間隙150中。此外，順應材料160可作為一種緩衝裝置以消除撓性膜130的高頻率模式。於一例示實施例中，順應材料160為一種聚合物材料，諸如聚對二甲苯基、或。

如第2圖之實施例中所示，順應材料160具有厚度T及長度L。於一實施例中，順應材料160的厚度T實質上等於或實質上對應於支撐件128的高度H。當間隙150的深度d對應於支撐件128的高度H時，順應材料160實質上填滿及密封間隙150的深度d。於一實施例中，順應材料160的長度L實質上等於或實質上對應於間隙150的寬度w。據此，順應材料160實質上填滿及密封間隙150的寬度w。

於一例示實施例中，順應材料160藉蒸氣沉積以填充間隙150的聚合物塗覆件(諸如聚對二甲苯基)而形成。於一例示實施例中，當流體腔122的寬度係約410微米，側壁124的寬度w係約100微米，撓性膜130的厚度係約50微米，及致動器140的厚度係約45微米時，則順應材料160的厚度T的範圍為約5微米至約10微米，且順應材料160的長度L為約37微米。

第3圖顯示列印頭總成12的另一實施例。於第3圖之實施例中，列印頭總成12'包括基材120、撓性膜130及致動器140。此外，列印頭總成12'包括備置於撓性膜130與側壁124之端部126之間的間隙150。如上述參考第2圖所顯示及描述者，間隙150藉從側壁124之端部126延伸而出之柱體或支撐件128形成。

如第3圖之實施例所示，列印頭總成12'包括備置於間隙150內的順應材料160'。類似於順應材料160，順應材料160'具有實質上等於或實質上對應於支撐件128的高度H的厚度T'使得順應材料160'實質上填滿及密封間隙150的深度d。然而，順應材料160'的長度L'小於間隙150的寬度w。據此，凹洞170形成於間隙150內之支撐件128與順應材料160'之間。然而，順應材料160'類似於順應材料160密封間隙150藉此防止流體腔122內之中的氣泡及顆粒流體被捕捉於間隙150內，同時依然允許撓性膜130移動或彎曲。

第4圖顯示列印頭總成12的另一實施例。於第4圖實施例中，列印頭總成12"包括基材120、撓性膜130'及致動器140。撓性膜130'於側壁124的端部126處被支撐使得間隙150'備置於撓性膜130'與側壁124的端部126之間。於一實施例中，類似於上述參考第2圖所顯示及描述者，順應材料160備置於間隙150'內。因此，類似於順應材料160備置於間隙150內，順應材料160密封間隙150'，同時依然容許撓性膜130'移動或彎曲。

如第4圖之實施例所示，間隙150'藉由撓性膜130'延伸而出之柱體或支撐件138形成。據此，撓性膜130'藉支撐件138被支持於側壁124的端部126處。雖然單一柱體或支撐件138顯示為於每個側壁124處從撓性膜130'延伸而出，但是一個以上柱體或支撐件138在每個側壁124處從撓性膜130'延伸而出仍然落在本發明的範圍內。此外，雖然柱體或支撐件138顯示為與個別的側壁124中心對齊，但是柱體或支撐件138與個別的側壁124中心呈偏離仍然落在本發明的範圍內。

於一實施例中，支撐件138具有高度H'及，類似於上述參考第2圖所顯示及描述者，間隙150'具有寬度w'及深度d'。於一實施例中，間隙150'的寬度w'小於側壁24的寬度w，而間隙150'的深度d'等於或對應於支撐件138的高度H'。於一實施例中，順應材料160的厚度T實質上等於或實質上對應於支撐件138的高度H'使得順應材料160實質上填滿及密封間隙150'的深度d'。此外，順應材料160的長度L實質上等於或實質上對應於間隙150'的寬度w'使得順應材料160實質上填滿及密封間隙150'的寬度w'。

雖然特定之實施例已被說明及描述於此，本發明所屬技術領域中具有通常知識將了解各種的替換及/或相等地實施可以取代顯示及描述於此之特定實施例，而仍不會脫離本發明的範圍。本申請案將涵蓋所有對於此處所述之特定實施例的修改或變異。因此，本揭露內容將僅為申請專利範圍及其均等範圍所限制。

10．．．噴墨列印系統

12,12’,12’’’．．．列印頭總成

13．．．噴頭

14．．．墨水供應總成

15．．．儲槽

16．．．安裝總成

17．．．列印區

18．．．介質傳送總成

19．．．列印介質

20．．．電子控制器

21．．．資料

120．．．基材

122．．．流體腔

124．．．側壁

126．．．端部

128．．．支撐件

130,130’．．．撓性膜

132．．．撓性膜部分

138．．．支撐件

140．．．致動器

150,150’．．．間隙

160,160’．．．順應材料

170．．．凹洞

第1圖顯示依據本發明之噴墨列印系統之一實施例的方塊圖。

第2圖顯示依據本發明之部分列印頭總成之一實施例的簡要截面圖。

第3圖顯示依據本發明之部分列印頭總成之另一實施例的簡要截面圖。

第4圖顯示依據本發明之部分列印頭總成之另一實施例的簡要截面圖。

10．．．噴墨列印系統

12．．．列印頭總成

13．．．噴頭

14．．．墨水供應總成

15．．．儲槽

16．．．安裝總成

17．．．列印區

18．．．介質傳送總成

19．．．列印介質

20．．．電子控制器

21．．．資料

Claims (13)

1. 一種流體噴出裝置，包含：一流體腔，其具有一第一側壁及一第二側壁；一撓性膜，其延伸於該流體腔上方且被支持於該第一側壁之一端部及該第二側壁之一端部以致於該撓性膜與該等第一及第二側壁的每一者之至少一部分接觸；一致動器，其備置於該撓性膜上，該致動器適於相對於該流體腔彎曲該撓性膜；一備置於該撓性膜與該第一側壁之端部之間的第一間隙，及一備置於該撓性膜與該第二側壁之端部之間的第二間隙，該等第一及第二間隙亦相鄰於該流體腔；備置於該第一間隙內及該第二間隙內的順應材料，以致於其將該等第一及第二間隙與該流體腔密封；及從該撓性膜及該第一側壁之端部其中一者延伸而出的一第一支撐件，及從該撓性膜及該第二側壁之端部其中一者延伸而出的一第二支撐件，其中該撓性膜藉該第一支撐件被支持於該第一側壁之端部且藉該第二支撐件被支持於該第二側壁之端部，且其中該第一間隙備置於該撓性膜及相鄰該第一支撐件之該第一側壁的端部之間，且該第二間隙備置於該撓性膜及相鄰該第二支撐件之該第二側壁的端部之間。
2. 如請求項1之流體噴出裝置，更包含：一備置於該第一支撐件及該第一間隙內之該順應材料之 間的第一凹洞，及一備置於該第二支撐件及該第二間隙內之該順應材料之間的第二凹洞。
3. 如請求項1之流體噴出裝置，其中該第一側壁及該第二側壁各具有一寬度(W)，且其中該第一間隙及該第二間隙各具有分別地小於該第一側壁及該第二側壁之寬度的一寬度(w/w’)。
4. 如請求項3之流體噴出裝置，其中該第一間隙內及該第二間隙內之該順應材料的寬度(L)分別地實質上等於該第一間隙及該第二間隙的寬度。
5. 如請求項3之流體噴出裝置，其中該第一間隙內及該第二間隙內之該順應材料的寬度(L’)分別地小於該第一間隙及該第二間隙的寬度。
6. 如請求項1之流體噴出裝置，其中該第一間隙及該第二間隙各具有一深度(d/d’)，且其中該第一間隙內及該第二間隙內之該順應材料的厚度(T/T’)分別地實質上等於該第一間隙及該第二間隙的深度。
7. 如請求項1之流體噴出裝置，其中該撓性膜之位移的寬度大於該流體腔的寬度。
8. 一種形成流體噴出裝置之方法，包含：形成具有一第一側壁及一第二側壁的一流體腔；延伸一撓性膜於該流體腔的上方且支持該撓性膜於該第一側壁之一端部及該第二側壁之一端部以致於該撓性膜與該等第一及第二側壁的每一者之至少一部分接觸，並且包括備置一第一間隙於該撓性膜及該第一側壁 的端部之間，及備置一第二間隙於該撓性膜及該第二側壁的端部之間，該等第一及第二間隙亦相鄰於該流體腔；備置一致動器於該撓性膜上，其中該致動器適於相對於該流體腔彎曲該撓性膜；及備置順應材料於該第一間隙內及該第二間隙內以致於其將該等第一及第二間隙與該流體腔密封；及。 從該撓性膜及該第一側壁之端部其中一者延伸一第一支撐件，且從該撓性膜及該第二側壁之端部其中一者延伸一第二支撐件，其中支持該撓性膜包括藉著該第一支撐件支持該撓性膜於該第一側壁之端部，及藉著該第二支撐件支持該撓性膜於該第二側壁之端部，且其中備置該第一間隙及備置該第二間隙包括備置該第一間隙於該撓性膜及相鄰該第一支撐件之該第一側壁的端部之間，及備置該第二間隙於該撓性膜及相鄰該第二支撐件之該第二側壁的端部之間。
9. 如請求項8之方法，更包括：備置一第一凹洞於該第一支撐件及該第一間隙內的該順應材料之間，及備置一第二凹洞於該第二支撐件及該第二間隙內的該順應材料之間。
10. 如請求項8之方法，其中該第一側壁及該第二側壁各具有一寬度(W)，且其中備置該第一間隙及備置該第二間隙包括備置各具有寬度(w/w’)的該第一間隙及該第二間隙，該等寬度(w/w’)分別地小於該第一側壁及該第二 側壁的寬度。
11. 如請求項10之方法，其中備置該順應材料於該第一間隙內及該第二間隙內包括備置具有寬度(L)的該順應材料，該等寬度(L)分別地實質上等於該第一間隙及該第二間隙的寬度。
12. 如請求項10之方法，其中備置該順應材料於該第一間隙內及該第二間隙內包括備置具有寬度(L’)的該順應材料，該等寬度(L’)分別地小於該第一間隙及該第二間隙的寬度。
13. 如請求項8之方法，其中備置該順應材料於該第一間隙內及該第二間隙內包括備置具有厚度(T/T’)之該順應材料，該等厚度(T/T’)分別地實質上等於該第一間隙及該第二間隙的深度(d/d’)。