空腔板的制作方法

专利名称：空腔板的制作方法
技术领域：
本发明涉及空腔板(cavity plate)。
技术背景
空腔板可形成喷射墨的喷墨装置的一部分。 发明内容
总的来说，一方面，用于流体喷射的空腔板包括出口端。长形连接部从空腔板的出 口端朝入口端延伸。长形连接部在空腔板的顶表面与底表面之间具有侧壁，以形成长形空 腔。在流体出口端的上游和长形连接部之间存在有结构支持件，以支持长形连接部。
实施方式可包括一个或多个以下特征。
长形连接部之间的结构支持件位于空腔板的入口端的下游。长形连接部之间的结 构支持件位于入口端处。长形连接部之间的结构支持件的一部分位于空腔板的入口端处， 并且长形连接部之间的结构支持件的一部分位于入口端的下游。长形连接部之间的结构支 持件位于入口端与出口端的中间。各结构支持件连接一个连接部至相邻连接部。空腔在顶 表面与底表面之间具有深度，并且各结构支持件的厚度小于空腔的深度。空腔在顶表面与 底表面之间具有深度，并且各结构支持件的厚度小于空腔深度的一半。各结构支持件具有 一个表面与空腔板的表面中的一个共面。结构支持件垂直于连接部。侧壁是被蚀刻的。结 构支持件与连接部是一体的。在顶表面和底表面上存在有覆盖物，以包围空腔，形成泵送 室。压电元件设置成从空腔泵送流体通过流体出口端。
总的来说，另一方面，用于流体喷射的空腔板通过以下方式制成通过板形成长形 连接部、位于连接部之间的长形空腔、和位于连接部之间的支持结构，支持结构构造成允许 流体沿空腔流动经过支持结构。
实施方式包括一个或多个以下特征。
形成方式包括蚀刻。在支持结构的位置，蚀刻方式不同于其它位置的。蚀刻方式 的不同在于，在支持结构的位置只从板的一个表面进行蚀刻，而在其它位置从板的两个表 面进行蚀刻。向空腔板的各表面贴附覆盖物，以形成泵送室。覆盖物包括聚合物膜。覆盖 物包括加强板。
总的来说，另一方面，用于流体喷射的孔板包括上表面和下表面。上表面包括两排 开口，用于接收从流体泵送室喷出的流体，下表面包括一排开口，用于从孔板喷出流体到基 底上。
实施方式包括一个或多个以下特征。4
孔板的上表面上的两排开口沿孔板的长维度是平行的。两排中的开口沿孔板的长 维度是等距的。两排之一中的开口沿长维度相对于另一排中的开口是交错的。孔板上表面 中的两排中的各开口经由一个通路连接至下表面中的一个开口。各通路从上表面中的开口 朝下表面中的开口渐变。孔板的下表面中的开口是等距的。孔板的下表面中的开口交替地 与上表面中的两排中的开口连接。下表面中的各开口是正方形的。下表面中的各开口是孔 (orifice) 0孔板包括硅。上下表面中的开口和通路是蚀刻的。
上述方面以及其它方面和特征可表示为方法、装置、系统、用于实现某种功能的手 段、和其它方式。
其它特征和优点将在以下详细描述以及权利要求书中变得清楚明了。


图IA是喷墨打印装置(未按比例)的分解透视图。
图IB和IC是墨喷射组件(未按比例)的分解透视图。
图2、2A和2B是空腔板(未按比例)的透视图、俯视图和截面图。
图3A和;3B是放大俯视图和按比例的空腔板的放大俯视图。
图4是墨喷射组件(未按比例)的分解透视图。
图4A是墨喷射组件本体的一部分和孔板(未按比例)的分解透视图。
图4B和4C是按比例的孔板内的通路的放大俯视图、和按比例的通路的放大侧视 截面图。
图5A-5C示出了制造空腔板(未按比例)的一种方法。具体实施方式

参考图1A，例如，空腔板可形成喷墨打印装置2的一部分，喷墨打印装置2包括与 套圈10结合的喷射组件4。套圈10附接至歧板(manifold plate) 12，歧板12附接至具有 孔16的孔板14。当喷墨打印装置2在使用时，墨经由套圈元件10装入喷射组件4中，并经 由孔16喷出，以在基底18上形成图像。
参考图1B，墨喷射组件4包括本体20，在本体20的两个表面上安装有加强板和包 括长形空腔的空腔板(图1C)。通过由加强板覆盖长形空腔的底部，在本体20的各表面上 形成一排井穴22 (并未全部示出)。当顶部被聚合物膜32和32'覆盖时，井穴22形成泵 送室。加强板和空腔板的详情在下图IC中描述。使用中，墨从与本体20的底部(未示出) 接触的歧板12的上表面3，经由墨通道M注入，上升到墨填充通道沈中，再经由墨入口观 下降到泵送室中，经由墨出口端30流出至加强板46，并回到本体20，以从位于本体20底部 的一排开口(未示出)喷出。
参考图1C，具有相同尺寸和设计的空腔板38和空腔板38'各自设置在尺寸匹配 的加强板46或46'与尺寸匹配的聚合物膜32或32'之间。空腔板38包括平行的长形空 腔42，各空腔42在一端向空腔40打开。每对相邻的长形空腔42被长形连接部(land)44 分开。空腔40的尺寸及其相对于空腔板38的相对位置与本体20中的墨填充通道沈的匹 配。加强板46包括与空腔40和墨填充通道沈匹配的上空腔48、和分别与相应空腔42的 封闭端30匹配的位于下方的一排空腔47。当组装后并使用时，到达泵送室的端部30的墨经由加强板46的空腔47水平地流回本体20中。
本体20由例如烧结碳制成，并包括前表面27和后表面37。一个或多个例如两个 内置墨通道24各自具有向本体20的底面19打开的开口 7并连接至内置墨填充通道沈，墨 填充通道沈的形式为长形空腔，其长度25平行于本体20的长度39。空腔沈的顶部和底 部分别位于本体20的前后表面27、37。本体20沿其长度39还包括一排喷墨通道23 (并 未全部示出)。各喷墨通道23包括水平部分11和垂直部分15，水平部分11的开口 21或 21'向本体20的前表面或后表面打开、且尺寸和位置与加强板46或46'的空腔47匹配， 垂直部分15的开口 9向本体20的底面19打开、并与位于下方的孔16相对应。开口 21' 在本体20的前表面27的喷墨通道23相对于开口 21在本体20的后表面37的喷墨通道23 交替配置。开口 9平行于本体20的长度39排成一排，并且密度是空腔板38和38'各自形 成的泵送室的密度的两倍。通常，各泵送室与其相应的喷墨通道23、连接的开口 21、9以及 相应的孔16 —起称作喷嘴(jet)。
当被覆盖的空腔板38、38'安装在本体20的前后表面27、37上并且喷射组件4 在使用中时，墨从本体20流经泵送室，经过喷墨通道23，并从开口 9经由孔16喷射到基底 18 (图 1A)上。
再次参考图1B，喷射组件4还包括电子部件四，用于触发由空腔42形成的泵送 室喷射墨。例如，电子部件包括位于聚合物膜32、32'上的两组电极33、33'，其通过引线 (未示出)连接至相应的柔性印刷电路31、31'，至集成电路34、34'。压电元件36、36'附 接至各聚合物膜32、32'的外侧，以分别覆盖形成的泵送室，并且各自包括与聚合物膜32、 32'接触的一组电极；35、35'。
使用中，从集成电路34、34'发出的脉冲电压使压电元件36、36'改变其形状，以 施加压力至选定的泵送室22。关于喷墨模块2的更多信息还提供在2000年12月四日提 交的USSN 09/749，893(代理人卷号09991-014001)中，这里通过引用并入本文。
再次参考图1A，使用中，喷射组件4配置成使其长度39 (也见图IB和1C)沿例如 垂直于处理方向y的χ方向，横跨基底18排列。
在一些实施例中，如上所述的两个喷射组件4组装到各套圈10中。各喷射组件4 包括例如大于100个的例如1 个喷嘴、和位于本体20底部的一排开口 9，墨从开口 9喷 出。来自两排开口 9的墨在歧板12中重新取向，经过孔板14上的单排孔16，到基底18上。
在一些实施例中，喷射组件4在没有套圈10和歧管12的情况下使用。孔板14附 接至本体20的底部，使孔16与本体20的开口 9对齐。与本体20的底部接触的表面与歧 板3的表面3相似地作用，以经由墨通道M填充墨到墨填充通道沈中，从开口 9喷出的墨 直接经过孔16，到达基底18。
当喷射组件4用于所谓的单通(single-pass)打印机时，喷墨打印装置2保持静 止，并在沿y方向移动于下方的基底18上打印。当喷射组件4中的喷嘴沿长度39具有更 高的密度时，沿χ方向生成高分辨率的图像(表示为基底的点数或像素数每英寸(dpi))能 进行得更快。在相似尺寸的喷射组件中实现这种高密度的喷嘴，需要相邻泵送室22 (和空 腔板中的空腔)(图1B)之间的节距相对较小，因此需要空腔42之间的连接部44更窄。
参考图2，空腔板50包括与空腔M连接的一排相同的长形平行空腔52。各空腔 52由两个长的平行侧壁53、55、以及弯曲端壁61和开口端62形成，各侧壁垂直于空腔板50的顶表面和底表面70和72，端壁61也垂直于表面70和72，而开口端62连接空腔52至空 腔54。
每对相邻的空腔52被长形连接部56分开。各连接部56通过两个结构支持件58 和60连接至各相邻连接部。如上所述，当空腔板50与其覆盖物，例如图IC的聚合物膜32 或32'和加强板46或46'组装后，空腔52形成泵送室，而空腔M形成墨填充通道。喷射 期间，墨从墨填充通道经由开口端62供给至泵送室，并从泵送室的端部水平泵送回到本体 20，然后喷出(图1)，如上所述。
参考图2A，各空腔52包括第一的开口端62和第二的出口端64，开口端62向空腔 M打开以接收用于喷射的墨，出口端64垂直地封闭、并以上述方式水平地连接至加强板46 和46'的空腔。
在图示特定示例中，结构支持件58和60配置在两个平行的排69、71中，均位于空 腔52的出口端64的上游，并且均平行于板的边缘66。支持件的排69位于空腔52的上游 端62与下游端64之间(例如，中间)。在一些实例中，不同对的相邻连接部之间的结构支 持件58在各空腔52的上游端62与下游端64之间位于不同的位置(即，并非后在同一排 69 中)。
在图示示例中，排71位于上游端62。在一些实施例中，结构支持件58和60均垂 直于其连接至的长形连接部56。在一些实施方式中，结构支持件58和60中的一个或多个 与长形连接部56形成非垂直的角度。
在每对相邻连接部56之间，空腔板50可只包括排69中的一个结构支持件58，或 者可具有多个排69。在排71中，可只具有一组或多组支持件60。
其它配置也是可行的，其中，支持件58和60之一而不是两者设置在每对相邻连接 部56之间。
空腔板50可由例如钛等金属、或者例如铁镍钴合金(例如Kovar合金，Carpenter Technology Coorporation公司)或不锈钢形等金属合金形成。在一些示例中，各长形平行 空腔52的长度L为例如约3. 7mm到约10mm。各空腔52还具有宽度Wc (图2B)，例如为约 380微米到约750微米，而各连接部56具有宽度Wl (图2B)，例如小于约300微米、290微 米、280微米、270微米、260微米或250微米，和/或大于约110微米、120微米、130微米、 140微米或150微米。在一些实施例中，空腔板50上的空腔52沿如图2A和2B所示的χ轴 可具有每英寸至少25、30、35、40、45或50个空腔的线性密度。包括具有上述尺寸的空腔和 连接部的空腔板50的喷射组件能够生成分辨率为例如至少300dpi、600dpi或1200dpi的 图像。
结构支持件58或60的宽度d为例如约100微米到约150微米，例如102微米。结 构支持件58或60还具有小于空腔52的深度D的厚度t (图2B)。例如，结构支持件58或 60的厚度t小于空腔52的深度D的例如约80%、70%、60%、50%、40%或30%，和/或大 于例如约5 %、10 %、15 %或20 %。在一些实施例中，空腔52的深度D为约75微米到约150 微米。
结构支持件58和60增强空腔板50，并支持连接部56，尤其是从空腔板50被制成 时(和连接部，因为它们是细窄的，比较脆弱，易受弯曲、折叠或破损)，直到覆盖物安装到 空腔板50上，然后能够提供额外的支持。因此，包括空腔板50的喷射组件能够具有更高的喷嘴节距，并生成高分辨率的图像。
参考图2B (其是从开口 62朝向空腔52的端部64的视图)，各空腔52具有两个平 行的前、后表面70和72。支持件58或60的表面68与前后表面70和72中的一个共面。 在一些实施方式中，表面68可与前后表面70和72中的任一个位于不同的平面。
图3A按比例示出了空腔板50的俯视图。图:3B按比例放大地示出了空腔板50的 一部分，包括空腔52、连接部56、以及结构支持件58和60。
通过在图2、2A和2B的空腔板50的两个相反表面70和72上安装聚合物膜32和 32'以及加强板46和46'(图IB和1C)，泵送室和墨填充通道沈形成为生成墨喷射组 件本体20 (图1B)。在一些实施例中，聚合物膜32和32 ‘由例如聚酰亚胺(例如Kapton， Ε. I.du Pont de Nemours及同伙)制成。顺从的聚合物膜32和32 ‘允许压电元件36和 36'(图1B)的形状改变或偏转传递至泵送室内的墨，以喷射墨，而加强板46和46'强化 并支持形成的泵送室。
参考图4，空腔板50也可用于硅基喷射组件74。喷射组件74包括本体76，本体 76由烧结碳或硅制成，并具有两个墨通道80和80'，它们各自连接至墨填充通道82并向 墨填充通道82供墨，墨填充通道82呈长形空腔形式，类似于图IB和IC的墨填充通道26。
本体76还包括用于喷墨的多排开口和喷墨通道，类似于图IC的开口 9、21和喷墨 通道23。空腔板50被性质与图IC的加强板46或46'相同的加强板84和类似于图IB和 IC的聚合物膜32或32'的聚合物膜86覆盖。性质与图IB的压电元件36或36'相同的 压电元件83安装在聚合物膜86的另一表面上。包括加强板84、空腔板50、聚合物膜86和 压电元件83的组装套件81安装在本体76的正面85和背面(未示出)上，加强板84的另 一表面接触本体76。喷射组件74还包括连接至本体76的印刷电路板78。印刷电路板78 包括集成电路87，集成电路87与聚合物膜86和压电元件83上的电极连接，以启动压电元 件83，如同对喷射组件4描述的。
参考图4A，各喷射组件74可包括例如大于200个的例如256个喷嘴、和位于本体 76的底面114上的两排例如平行的开口 110和112(并未全部示出)。排112中的各开口 连接至喷墨通道122，喷墨通道122类似于图IC的喷墨通道23，开口 1 向本体76的后表 面1 打开。相似地，排110中的各开口连接至在表面85上具有开口 130的喷墨通道124。 开口 112沿本体76的长维度140是例如等距的，并相对于开口 110交错排列，开口 110也 可以是等距的。
在一些实施例中，由例如硅通过例如蚀刻制成的孔板132附接至本体76的底面 114。孔板132在上表面134中包括两排例如平行的开口 116和118并未全部示出，以与本 体76的开口排110和112对齐。开口 116沿孔板132的长维度144是例如等距的，并相对 于开口 118交错排列，开口 118也可以是等距的。孔板132内设置有通路138并未全部示 出，以引导墨经由孔板132喷出开口 110和112，并从下表面136中的单排开口 120(并未全 部示出)喷出。在一些实施例中，各开口 120是正方形的孔，并且尺寸小于排116和118中 的开口的尺寸。各通路138从各开口 110和118朝相应的开口 120渐变。当投影到同一平 面上时，沿着长维度144，开口 120沿孔板的宽维度142与开口 116和118交替对齐。开口 120是例如彼此等距的，并且开口 120的总数是例如开口 116和118的总数之和。
图4B按比例示出了孔板132内的通路138的俯视图。图4C按比例示出了通路138的侧视截面图。
在一些实施例中，一个或多个喷射组件74可组装到图IA的套圈10中，并且起类 似于喷射组件4的功能。
参考图5A和5B，为了制作空腔板，在金属板88的前表面90上形成抗蚀图案89， 以限定出待形成的空腔52和M以及连接部56。例如，未被遮蔽的区域94勾划出待形成的 空腔M，未被遮蔽的区域96勾划出待形成的空腔52，而被遮蔽的区域98勾划出待形成的 连接部56。
参考图5C，在板88的后表面92上标记出空腔52和M、连接部56、以及结构支持 件58和60的抗蚀图案。与前表面90上形成的图案相比，未被遮蔽的区域96(图4B)内的 附加区域100和102表明待形成结构支持件58和60的地方。区域96的其余未形成图案 的部分为区域104。
为了形成空腔板，于是将承载有形成图案的前表面90和形成图案的后表面92的 板88放入蚀刻溶液中进行蚀刻。在一些实施例中，例如同时从两个表面90和92向悬伸的 板88上喷射蚀刻剂。
在一些实施例中，板88被蚀刻足够长，以在区域94和104中形成空腔，并在区域 100和102中形成结构支持件。蚀刻期间，板88的前表面90和后表面92两者均与蚀刻溶 液接触。
从两个表面90和92朝板88的中心蚀刻区域94和104中的板料，而只从前表面 90蚀刻区域100和102中的板料。在区域94和104中的板料被蚀刻通透而形成空腔时，区 域100和102中的板料还未被蚀刻通透。通过继续对板进行蚀刻，能够给予结构支持件处 于一定范围内的期望厚度。一旦达到期望厚度，则停止蚀刻，并去除抗蚀图案。
关于喷射组件和喷墨装置的信息还提供于例如2000年12月四日提交的USSN 09/749, 893中，这里通过引用将之并入。
其它实施例也处于权利要求书的范围内。
例如，结构支持件并不一定需要位于空腔板的任一表面，也可部分或全部位于表 面上方，或者位于表面下方而处于空腔内，上下留有空间，只要不完全阻碍墨沿空腔的流动 即可。空腔板50也可通过数控机械加工技术进行加工，或者从硅基底通过其它技术进行蚀 刻。本体74在其底面114上可只包括一排开口，各开口连接至类似于图IC中描述的喷墨 通道。喷射组件4或74可沿χ方向配置成使其长度横跨基底18，与处理方向y形成除90 度外的角度。
当喷射组件4或74中没有喷射或喷射很少时，可通过使墨缓慢流入两个墨入口 M 或80和80'中的一个，经过墨通道沈或82，流出墨入口 M或80和80'中的另一个，来实 现墨的再循环。
应该理解的是，将打印流体称为墨只是为了说明起见，并且上述喷射组件内各部 件的定语“墨”也是示例性的。喷射组件可用于分配或沉积除墨外的各种打印流体到基底 上。流体可包括非成像流体(non-image formingfluid) 0例如，可选择性地沉积三维模型 膏来建立模型。可在分析阵列上沉积生物学样品。9
权利要求
1.一种用于流体喷射的空腔板，包括流体出口端；长形连接部，各自从空腔板的流体出口端朝流体入口端延伸，并在空腔板的顶表面与 底表面之间具有侧壁，以形成长形空腔；和结构支持件，位于流体出口端的上游，并位于长形连接部之间，以支持长形连接部。
2.如权利要求1所述的空腔板，其中，长形连接部之间的结构支持件位于空腔板的流 体入口端的下游。
3.如权利要求1所述的空腔板，其中，长形连接部之间的结构支持件位于流体入口端处。
4.如权利要求1所述的空腔板，其中，长形连接部之间的结构支持件的至少一部分位 于空腔板的流体入口端处，并且长形连接部之间的结构支持件的至少一部分位于流体入口 端的下游。
5.如权利要求1所述的空腔板，其中，长形连接部之间的结构支持件位于流体入口端 与流体出口端的中间。
6.如权利要求1所述的空腔板，其中，结构支持件中的每一个连接一个连接部至相邻 的连接部。
7.如权利要求1所述的空腔板，其中，各空腔在顶表面与底表面之间具有深度，并且各 结构支持件的厚度小于空腔的深度。
8.如权利要求1所述的空腔板，其中，各空腔在顶表面与底表面之间具有深度，并且各 结构支持件的厚度小于空腔的深度的一半。
9.如权利要求1所述的空腔板，其中，各结构支持件具有一个表面与空腔板的一个表 面共面。
10.如权利要求1所述的空腔板，其中，结构支持件垂直于连接部。
11.如权利要求1所述的空腔板，其中，侧壁通过蚀刻形成。
12.如权利要求1所述的空腔板，其中，结构支持件与连接部是一体的。
13.如权利要求1所述的空腔板，其中，还包括位于顶表面和底表面上以包围空腔从而 形成泵送室的覆盖物。
14.如权利要求1所述的空腔板，其中，还包括压电元件，压电元件设置成从空腔泵送 流体通过流体出口端。
15.一种制造用于流体喷射的空腔板的方法，包括通过板形成长形连接部、位于连接部之间的长形空腔、和位于连接部之间的结构支持 件，长形空腔各自包括流体出口端，结构支持件构造成允许流体沿空腔流动经过空腔的出 口端上游的支持结构。
16.如权利要求15所述的方法，其中，形成方式包括蚀刻。
17.如权利要求15所述的方法，其中，在支持结构的位置，蚀刻方式不同。
18.如权利要求17所述的方法，其中，蚀刻方式的不同在于，在支持结构的位置只从板 的一个表面进行蚀刻，而在其它位置从板的两个表面进行蚀刻。
19.如权利要求15所述的方法，其中，还包括向空腔板的各表面贴附覆盖物，以形成泵 送室。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述覆盖物包括聚合物膜。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述覆盖物包括加强板。
全文摘要
除了其它方面，用于流体喷射的空腔板包括出口端。长形连接部从空腔板的出口端朝入口端延伸。长形连接部在空腔板的顶表面与底表面之间具有侧壁，以形成长形空腔。在流体出口的上游和长形连接部之间存在结构支持件，以支持长形连接部。
文档编号B41J2/145GK102036824SQ200980117898
公开日2011年4月27日 申请日期2009年5月8日 优先权日2008年5月22日
发明者马琳·麦克唐纳 申请人:富士胶卷迪马蒂克斯股份有限公司