专利名称：流体喷射装置的制作方法
流体喷射装置
背景技术：
作为流体喷射系统的一个实施例的喷墨打印系统可以包括打印头、向打印头供应液体墨的墨供应器(supply)和控制打印头的电子控制器。作为流体喷射装置的一个实施 例的打印头通过多个喷嘴或者孔口向诸如纸张之类的打印介质喷射墨滴，以便打印到所述 打印介质上。通常，所述孔口被布置成一个或多个列或者阵列，以使得当打印头与打印介质 彼此相对移动时，墨从所述孔口的适当有序喷射使得字符或者其他图像被打印在打印介质 上。一种类型的打印头包括压电致动的打印头。压电致动的打印头包括限定流体室的 基底、在流体室之上由基底支撑的柔性隔膜(membrane)、以及在该柔性隔膜上提供的致动 器。在一种布置中，致动器包括在施加电压时变形的压电材料。照此，当压电材料变形时， 柔性隔膜挠曲(deflect)从而使得流体从流体室通过与流体室连通的孔口或喷嘴喷射。一种提高孔口或喷嘴密度或间距的方式是通过减小流体室的侧壁之间的宽度或 距离。然而，减小流体室的侧壁之间的宽度或距离会缩窄对于柔性隔膜的支撑从而由于柔 性隔膜的更大刚度而要求提高致动器的驱动电压。因而，为了以相同的驱动电压来操作致 动器，往往把柔性隔膜制得较薄。然而，把柔性隔膜制得较薄会提高流体室的侧壁附近的柔 性隔膜上的应变。出于这些及其他原因，存在对本发明的需要。
发明内容
本发明的一个方面提供了 一种流体喷射装置。所述流体喷射装置包括流体室，其 具有第一侧壁和第二侧壁；柔性隔膜，其在该流体室之上延伸且支撑在第一侧壁的端部和 第二侧壁的端部；致动器，其被提供在该柔性隔膜上；第一间隙，其被提供在该柔性隔膜和 第一侧壁的端部之间；和第二间隙，其被提供在该柔性隔膜和第二侧壁的端部之间；以及 顺应(compliant)材料，其被提供在第一间隙内和第二间隙内。照此，该致动器适于使该柔 性隔膜相对于该流体室挠曲。
图1是图解根据本发明的喷墨打印系统的一个实施例的方框图。图2是图解根据本发明的打印头组件的一部分的一个实施例的示意横截面图。图3是图解根据本发明的打印头组件的一部分的另一个实施例的示意横截面图。图4是图解根据本发明的打印头组件的一部分的另一个实施例的示意横截面图。
具体实施例方式在下面的详细说明中，参考附图，所述附图形成说明的一部分并且在附图中通过 例证示出了其中可以实施本发明的具体实施例。就这一点而言，参考正被说明的(一个或 多个)附图的方位，使用诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“首部”、“尾部”等之类的方向术 语。因为本发明的实施例的部件能够以若干不同的方位来定位，因此所述方向术语被用于例证的目的而决不是进行限制。要理解，在不偏离本发明的范围的情况下可以利用其他实 施例并且可以进行结构或者逻辑变化。因此，不要以限制的意义看待下面的详细说明，并且 本发明的范围由所附的权利要求书来限定。 图1图解了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 流体喷射系统的一个实施例，所述流体喷射系统包括诸如打印头组件12之类的流体喷射 装置和诸如墨供应器组件14之类的流体供应器。在所图解的实施例中，喷墨打印系统10 也包括安装组件16、介质传输组件18和电子控制器20。作为流体喷射装置的一个实施例的打印头组件12根据本发明的实施例形成，并 且通过多个孔口或者喷嘴13来喷射包括一种或多种有色墨的墨的液滴。虽然下面的说明 指的是从打印头组件12喷射墨，但是要理解可以从打印头组件12喷射其他液体、流体或者 可流动的材料。在一个实施例中，所述液滴被引导向诸如打印介质19之类的介质以便打印在打 印介质19上。通常，喷嘴13被布置成一个或多个列或阵列，以使得在一个实施例中当打印 头组件12和打印介质19彼此相对移动时墨从喷嘴13的适当有序喷射使得字符、符号和/ 或其他图形或图像被打印在打印介质19上。打印介质19包括例如纸、卡片纸料、信封、标签、透明膜、纸板、硬面板等。在一个 实施例中，打印介质19是连续形式或者连续网状打印介质19。照此，打印介质19可以包括 连续的未打印纸卷。作为流体供应器的一个实施例的墨供应器组件14向打印头组件12供应墨并且包 括用于存储墨的储存器15。照此，墨从储存器15流到打印头组件12。在一个实施例中，墨 供应器组件14和打印头组件12形成再循环墨传送系统。照此，墨从打印头组件12流回储 存器15。在一个实施例中，打印头组件12和墨供应器组件14 一起被容纳在喷墨或者流体 喷射盒或笔中。在另一个实施例中，墨供应器组件14与打印头组件12分离，并且通过诸如 供应管(未示出)之类的接口连接来向打印头组件12供应墨。安装组件16将打印头组件12相对于介质传输组件18定位，并且介质传输组件18 将打印介质19相对于打印头组件12定位。照此，在打印头组件12和打印介质19之间的 区域中邻近喷嘴13限定打印头组件12在其内沉积墨滴的打印区17。在打印期间介质传输 组件18使打印介质19前进通过打印区17。在一个实施例中，打印头组件12是扫描型打印头组件，并且安装组件16在打印介 质19上打印条带(swath)期间将打印头组件12相对于介质传输组件18和打印介质19移 动。在另一个实施例中，打印头组件12是非扫描型打印头组件，并且在打印介质19上打印 条带期间安装组件16将打印头组件12相对于介质传输组件18固定在规定位置，同时介质 传输组件18使打印介质19前进通过所述规定位置。电子控制器20与打印头组件12、安装组件16和介质传输组件18通信。电子控制 器20从诸如计算机之类的主机系统接收数据21，并且包括用于暂时存储数据21的存储器。 通常，数据21沿电子、红外、光学或者其他信息传递路径被发送到喷墨打印系统10。数据 21表示例如要打印的文档和/或文件。照此，数据21形成喷墨打印系统10的打印作业，并 且包括一个或多个打印作业命令和/或命令参数。在一个实施例中，电子控制器20提供对打印头组件12的控制，该控制包括对从喷嘴13喷射墨滴的定时控制。照此，电子控制器20限定在打印介质19上形成字符、符号和 /或其他图形或者图像的所喷射墨滴的图案。通过打印作业命令和/或命令参数来确定定 时控制并因此确定所喷射墨滴的图案。在一个实施例中，形成电子控制器20的一部分的逻 辑驱动电路位于打印头组件12上。在另一个实施例中，形成电子控制器20的一部分的逻 辑驱动电路离开打印头组件12定位(locate off)。图2图解了打印头组件12的一部分的一个实施例。作为流体喷射装置的一个实 施例的打印头组件12包括基底120、柔性隔膜130和致动器140。基底120、柔性隔膜130 和致动器140如下所描述的那样被布置和相互作用，以从打印头组件12喷射流体的液滴 (drop)ο在一个实施例中，基底120中限定了多个流体室122。在一个实施例中，流体室122 由基底120的侧壁124限定。流体室122与流体的供应器连通以使得流体室122内的流体 通过与流体室122连通的孔口或喷嘴13(图1)从流体室122喷射。在一个实施例中，流体 室122内的流体在与柔性隔膜130的位移或挠曲方向基本垂直的方向上(例如，在图2的 平面向内或向外的方向上)喷射。在一个实施例中，基底120是硅基底并且使用光刻和蚀刻技术在基底120中形成 流体室122。如图2的实施例中所图解的，柔性隔膜130由基底120支撑并且在流体室122之 上延伸 。更具体地，在一个实施例中，柔性隔膜130由基底120的侧壁124支撑。在一个实 施例中，柔性隔膜130是在流体室122阵列或多个流体室122之上延伸的单一隔膜。照此， 在一个实施例中，柔性隔膜130包括柔性隔膜部132，每个柔性隔膜部132被限定在一个流 体室122之上。在一个实施例中，柔性隔膜130由柔性材料形成，所述柔性材料诸如例如氮化硅 或碳化硅的柔性薄膜或者硅的柔性薄层。在一个示例性实施例中，柔性隔膜130由玻璃形 成。在一个实施例中，柔性隔膜130通过阳极结合或类似技术而附着到基底120。如图2的实施例中所图解的，致动器140被提供在柔性隔膜130上。更具体地，每 个致动器140被提供在相应的柔性隔膜部132上。在一个实施例中，如下所述，致动器140 使柔性隔膜部132挠曲以使得当柔性隔膜130的柔性隔膜部132挠曲时，从打印头组件12 的相应孔口或喷嘴13(图1)喷射流体微滴。在一个实施例中，致动器140被提供或形成在与流体室122相对的柔性隔膜130 的一侧上。照此，致动器140不与包含在流体室122内的流体直接接触。因而，减小了流体 接触致动器140的潜在影响，诸如腐蚀或电短路。在一个实施例中，致动器140包括响应于电信号而改变形状(例如膨胀和/或收 缩)的压电材料。因而，响应于电信号，致动器140对相应的柔性隔膜部132施加力，这使 得柔性隔膜部132挠曲。压电材料的示例包括氧化锌或压电陶瓷材料诸如钛酸钡、锆钛酸 铅(PZT)或锆钛酸铅镧(PLZT)。要理解，致动器140可以包括使得柔性隔膜部132移动或 挠曲的任何类型的装置，例如包括静电、静磁和/或热膨胀致动器。在一个实施例中，致动器140由单一或普通压电材料形成。更具体地，所述单一或 普通压电材料被提供在柔性隔膜130上，并且移除压电材料的选择性部分以使得压电材料 的其余部分限定致动器140。
如图2的实施例中所图解的，在侧壁124的端部126处支撑柔性隔膜130。在一个实施例中，在端部126处支撑柔性隔膜130以使得在柔性隔膜130和侧壁124的端部126 之间提供间隙150。在一个实施例中，间隙150由从侧壁124的端部126延伸的支柱或支撑 物128形成。照此，在侧壁124的端部126处由支撑物128支撑柔性隔膜130。尽管单一支柱或支撑物128被图解为从每个侧壁124的相应端部126延伸，但是 一个或多个支柱或支撑物128从每个侧壁124的相应端部126延伸在本发明的范围内。另 夕卜，尽管支柱或支撑物128图解为从侧壁124的中心延伸，但是支柱或支撑物128偏离相应 侧壁124的中心在本发明的范围内。在一个实施例中，侧壁124具有宽度W并且支撑物128具有高度H。另外，间隙150 具有宽度w和深度d。在一个实施例中，间隙150的宽度w小于侧壁124的宽度W，并且间 隙150的深度d等于或对应于支撑物128的高度H。在一个实施例中，支撑物128的高度H 以及因此间隙150的深度d小于柔性隔膜130的最大位移或挠曲距离的100倍。在一个示 例性实施例中，例如，柔性隔膜130的最大位移或挠曲距离为大约0. 1微米。因而，在一个 示例性实施例中，支撑物128的高度H以及因此间隙150的深度d小于大约10微米。通过由支撑物128支撑柔性隔膜130并且在柔性隔膜130和侧壁124的端部126 之间提供间隙150，柔性隔膜130的支撑宽度(在此称为柔性隔膜130的有效宽度(Weff)) 相对于如侧壁124之间限定的流体室122的宽度(Wrc)得以增加。例如，柔性隔膜130的有 效宽度增加了间隙150的宽度w的2倍。通过增加柔性隔膜130的有效宽度，也可以增加 柔性隔膜130的位移。照此，柔性隔膜130的期望位移可以以侧壁124之间减小或更窄的 距离来获得。因此，流体室122以及其相关联孔口或喷嘴可以被更紧密地定位在一起从而 实现更高的孔口或喷嘴密度。另外，可以保持侧壁124的宽度W从而最小化或避免相邻流 体室122之间的机械串扰。在一个实施例中，如图2中所图解的，顺应材料160被提供在间隙150内。照此，顺 应材料160密封间隙150同时仍允许柔性隔膜130移动或挠曲。通过密封间隙150，顺应材 料160防止流体室122内的流体中的气泡或微粒陷入间隙150中。另外，顺应材料160可 以充当阻尼器以消除柔性隔膜130的高频模式。在一个示例性实施例中，顺应材料160是 诸如聚对二甲苯、ORDYL 或SU8 的聚合物材料。如图2的实施例中所图解的，顺应材料160具有厚度T和长度L。在一个实施例 中，顺应材料160的厚度T基本等于或基本对应于支撑物128的高度H。因为间隙150的深 度d对应于支撑物128的高度H，所以顺应材料160基本填充和密封间隙150的深度d。在 一个实施例中，顺应材料160的长度L基本等于或基本对应于间隙150的宽度W。照此，顺 应材料160基本填充和密封间隙150的宽度W。在一个示例性实施例中，顺应材料160由被汽相沉积以填充间隙150的聚合物涂 层(诸如聚对二甲苯)形成。在一个示例性实施例中，在流体室122的宽度为大约410微 米、侧壁124的宽度W为大约100微米、柔性隔膜130的厚度为大约50微米且致动器140 的厚度为大约45微米时，顺应材料160的厚度T在大约5微米到大约10微米的范围内，且 顺应材料160的长度L为大约37微米。图3图解了打印头组件12的另一个实施例。在图3的实施例中，打印头组件12' 包括基底120、柔性隔膜130和致动器140。另外，打印头组件12'包括在柔性隔膜130和侧壁124的端部126之间提供的间隙150。如上面参照图2所说明和图解的，间隙150由从 侧壁124的端部126延伸的支柱或支撑物128形成。如图3的实施例中所图解的，打印头组件12'包括在间隙150内提供的顺应材料 160'。与顺应材料160类似，顺应材料160'具有基本等于或基本对应于支撑物128的高 度H的厚度T'以使得顺应材料160'基本填充和密封间隙150的深度d。然而，顺应材 料160'的长度L'小于间隙150的宽度W。照此，在支撑物128和间隙150内的顺应材料 160'之间形成腔170。然而，与顺应材料160类似，顺应材料160'密封间隙150从而防止 流体室122内的流体中的气泡或微粒陷入间隙150中同时仍允许柔性隔膜130移动或挠 曲ο
图4图解了打印头组件12的另一个实施例。在图4的实施例中，打印头组件12〃 包括基底120、柔性隔膜130'和致动器140。柔性隔膜130'被支撑在侧壁124的端部126 处以使得在柔性隔膜130'和侧壁124的端部126之间提供间隙150'。在一个实施例中， 类似于上面参照图2所说明和图解的，顺应材料160被提供在间隙150'内。因而，与在间隙 150内提供的顺应材料160类似，顺应材料160密封间隙150'同时仍允许柔性隔膜130' 移动或挠曲。如图4的实施例中所图解的，间隙150'由从柔性隔膜130'延伸的支柱或支撑物 138形成。照此，在侧壁124的端部126处由支撑物138支撑柔性隔膜130'。尽管单一支 柱或支撑物138被图解为在每个侧壁124处从柔性隔膜130'延伸，但是一个或多个支柱或 支撑物138在每个侧壁124处从柔性隔膜130'延伸在本发明的范围内。另外，尽管支柱 或支撑物138被图解为与相应侧壁124的中心对准，但是支柱或支撑物138偏离相应侧壁 124的中心在本发明的范围内。在一个实施例中，支撑物138具有高度H'，并且类似于上面参照图2所说明和图 解的，间隙150'具有宽度W'和深度d'。在一个实施例中，间隙150'的宽度W'小于侧 壁24的宽度W，并且间隙150'的深度d'等于或对应于支撑物138的高度H'。在一个实 施例中，顺应材料160的厚度T基本等于或基本对应于支撑物138的高度H'以使得顺应 材料160基本填充和密封间隙150'的深度d'。此外，顺应材料160的长度L基本等于或 基本对应于间隙150'的宽度W'以使得顺应材料160基本填充和密封间隙150'的宽度 w'。虽然已经在此图解和说明了具体实施例，但是本领域内的普通技术人员会明白， 在不偏离本发明的范围的情况下可以用多种替换的和/或等同的实施方式来替代所示和 所述的具体实施例。本申请旨在覆盖在此讨论的具体实施例的任何变型或者变化。因此， 本发明旨在仅仅由权利要求书及其等同物限定。
权利要求
一种流体喷射装置(12/12′/12″)，包括流体室(122)，其具有第一侧壁(124)和第二侧壁(124)；柔性隔膜(130)，其在该流体室之上延伸且被支撑在所述第一侧壁的端部(126)和所述第二侧壁的端部(126)；致动器(140)，其被提供在该柔性隔膜上，该致动器适于使该柔性隔膜相对于该流体室挠曲；被提供在该柔性隔膜和所述第一侧壁的端部之间的第一间隙(150/150′)，和被提供在该柔性隔膜和所述第二侧壁的端部之间的第二间隙(150/150′)；以及顺应材料(160)，其被提供在所述第一间隙内和所述第二间隙内。
2.权利要求1的流体喷射装置，还包括从柔性隔膜和第一侧壁的端部之一延伸的第一支撑物(128/138)，以及从柔性隔膜和 第二侧壁的端部之一延伸的第二支撑物(128/138)，其中该柔性隔膜由第一支撑物支撑在第一侧壁的端部且由第二支撑物支撑在第二侧 壁的端部，且其中在柔性隔膜和第一侧壁的端部之间邻近第一支撑物提供第一间隙，以及在柔性隔 膜和第二侧壁的端部之间邻近第二支撑物提供第二间隙。
3.权利要求2的流体喷射装置，还包括被提供在第一支撑物和第一间隙内的顺应材料之间的第一腔(170)，和被提供在第二 支撑物和第二间隙内的顺应材料之间的第二腔(170)。
4.权利要求1的流体喷射装置，其中第一侧壁和第二侧壁每个都具有宽度(W)，且其中 第一间隙和第二间隙每个分别具有比第一侧壁和第二侧壁的宽度小的宽度W )。
5.权利要求4的流体喷射装置，其中第一间隙内和第二间隙内的顺应材料的宽度(L) 分别基本等于第一间隙和第二间隙的宽度。
6.权利要求4的流体喷射装置，其中第一间隙内和第二间隙内的顺应材料的宽度 (L')分别小于第一间隙和第二间隙的宽度。
7.权利要求1的流体喷射装置，其中第一间隙和第二间隙每个都具有深度(d/d')，且 其中第一间隙内和第二间隙内的顺应材料的厚度(T/T')分别基本等于第一间隙和第二 间隙的深度。
8.权利要求1的流体喷射装置，其中柔性隔膜的位移的宽度大于流体室的宽度。
9.一种形成流体喷射装置(12/12' /12")的方法，包括形成具有第一侧壁(124)和第二侧壁(124)的流体室(122)；在该流体室之上延伸柔性隔膜(130)且在所述第一侧壁的端部(126)和所述第二 侧壁的端部(126)处支撑该柔性隔膜，包括在该柔性隔膜和所述第一侧壁的端部之间提 供第一间隙(150/150')以及在该柔性隔膜和所述第二侧壁的端部之间提供第二间隙 (150/150')；在该柔性隔膜上提供致动器(140)，其中该致动器适于使该柔性隔膜相对于该流体室 挠曲；以及在所述第一间隙内和所述第二间隙内提供顺应材料(160)。
10.权利要求9的方法，还包括从柔性隔膜和所述第一侧壁的端部之一延伸第一支撑物(128/138)，以及从柔性隔膜 和所述第二侧壁的端部之一延伸第二支撑物(128/138)，其中支撑该柔性隔膜包括在第一侧壁的端部处由第一支撑物支撑该柔性隔膜，以及在 第二侧壁的端部处由第二支撑物支撑该柔性隔膜，以及其中提供第一间隙和提供第二间隙包括在柔性隔膜和所述第一侧壁的端部之间邻近 第一支撑物提供第一间隙以及在柔性隔膜和所述第二侧壁的端部之间邻近第二支撑物提 供第二间隙。
11.权利要求10的方法，还包括在第一支撑物和第一间隙内的顺应材料之间提供第一腔(170)，以及在第二支撑物和 第二间隙内的顺应材料之间提供第二腔(170)。
12.权利要求9的方法，其中第一侧壁和第二侧壁每个都具有宽度(W)，且其中提供第 一间隙和提供第二间隙包括提供每个分别具有比第一侧壁和第二侧壁的宽度小的宽度(w/ w')的第一间隙和第二间隙。
13.权利要求12的方法，其中在第一间隙内和在第二间隙内提供顺应材料包括提供其 宽度(L)分别基本等于第一间隙和第二间隙的宽度的顺应材料。
14.权利要求12的方法，其中在第一间隙内和在第二间隙内提供顺应材料包括提供其 宽度(L')分别小于第一间隙和第二间隙的宽度的顺应材料。
15.权利要求9的方法，其中在第一间隙内和在第二间隙内提供顺应材料包括提供其 厚度(T/T')分别基本等于第一间隙和第二间隙的深度(d/d')的顺应材料。
全文摘要
一种流体喷射装置(12/12′/12″)包括流体室(122)，具有第一侧壁(124)和第二侧壁(124)；柔性隔膜(130)，在该流体室之上延伸且被支撑在第一侧壁的端部(126)和第二侧壁的端部(126)；致动器(140)，被提供在该柔性隔膜上；第一间隙(150/150′)，被提供在该柔性隔膜和所述第一侧壁的端部之间；和第二间隙(150/150′)，被提供在该柔性隔膜和所述第二侧壁的端部之间；以及顺应材料(160)，被提供在第一间隙内和第二间隙内。照此，该致动器适于使该柔性隔膜相对于该流体室挠曲。
文档编号B41J2/045GK101842238SQ200880113951
公开日2010年9月22日 申请日期2008年10月23日 优先权日2007年10月30日
发明者A·吉拉尼, D·皮威尔贝基, H·刘, J·曾, T·S·克鲁斯-乌里韦 申请人:惠普开发有限公司