专利名称：用于喷墨打印头的自对准端口孔开口工艺的制作方法
技术领域：
本发明的主题涉及一种喷墨打印装置。更特别地，本发明的主题涉 及高密度压电喷墨打印头以及制造高密度压电喷墨打印头的方法。
技术背景按需滴落的喷墨技术广泛地用于打印工业中。按需滴落喷墨打印机 使用热或压电技术。压电喷墨较热喷墨而言具有的优势在于能够使用更 宽范围种类的墨水。期望增加使用压电喷墨技术的喷墨打印机的打印分 辨率。为了增加压电喷墨打印头的喷射密度，可以消除喷射管内的集流腔(manifold)。进一步地，期望具有通过每次喷射对应的喷射管的背部 的单个端口。可是，这意味着大量端口必须垂直通过隔板和相邻喷射的 压电致动器之间。为了能够清洁密封墨水通路的敞开的端口孔，需要显 著不同于现在所用的设计和组装工艺。因此，需要克服现有技术的这些和其他问题，以提供一种在压电喷 墨打印头内形成高喷射密度的系统和方法。发明内容根据本发明，存在一种制造喷墨打印头的方法。该方法包括提供包 含多个端口孔并具有墨水出口侧的部分喷射管，以及提供包含多个沉积 于平坦聚合物内的压电元件的压电阵列。该方法进一步包括将压电阵列 粘结在与部分喷射管的墨水出口侧相对的侧边，其中部分喷射管被对齐， 使得平坦聚合物覆盖多个端口孔并将部分喷射管用作掩模，以通过激光 器所产生的激光束从墨水出口側熔化平坦聚合物使端口孔延伸通过平坦 聚合物。根据本发明教导的多个实施例，存在一种制造喷射管的方法。该方 法包括提供包含隔板、多个端口孔、多个入口通道、第一多个出口孔并 具有墨水出口侧的部分喷射管，并在包含多个压电元件和多个切口区域 的栽体上设置压电阵列。该方法还包括在切口区域内沉积聚合物，使切 口区域内的聚合物平坦化以形成聚合物平坦压电阵列，并利用粘合剂将 聚合物平坦压电阵列粘合在与部分喷射管的墨水出口側相对的侧边上， 其中部分喷射管被对准，使得平坦聚合物覆盖多个端口孔。该方法进一步包括将部分喷射管用作掩模，以便通过激光器所产生的激光束熔化聚 合物以及来自墨水出口侧的粘合剂的多余部分，使端口孔延伸通过聚合物。根据本发明教导的又一实施例，存在一种喷射管。喷射管可包括部 分喷射管，其包括具有墨水出口侧的隔板、设置在隔板的墨水出口側下 面的本体板，以及置于本体板下面、包含多个入口通道和第一多个出口 孔的入口板。喷射管还包括压电阵列，其包括置于粘合在与隔板的墨水 出口側相对侧边上的平坦聚合物内的多个压电元件，使得平坦聚合物覆 盖多个端口孔。根据本发明教导的另一实施例，存在一种喷墨打印头。喷墨打印头 包括部分喷射管，其包括具有墨水出口側的隔板、设置在隔板的墨水出 口側下面的本体板，以及置于本体板下面、包含多个入口通道和第一多 个出口孔的入口板，其中隔板包括多个端口孔。喷墨打印头还包括压电 阵列，其包括置于粘合在与隔板的墨水出口侧相对侧边上的平坦聚合物 内的多个压电元件，使得平坦聚合物覆盖多个端口孔。喷墨打印头还包 括孔板，其包括粘结于部分喷射管的入口板的第二多个出口孔，其中第 二多个出口孔基本与第 一多个出口孔相对准。喷墨打印头进一步包括利 用隔离层与压电阵列粘合的电路板，其包含多个通孔和多个接触垫，其 中隔离层提供电路板与多个端口孔和墨水集流腔之间的流体密封，其中 多个通孔的每个与多个端口孔的每个提供使墨水集流腔与第二多个出口 孔的每个相连接的单个入口 。根据本发明教导的又一实施例，存在一种打印设备。打印设备包括 部分喷射管，其包括具有墨水出口侧的隔板、设置在隔板的墨水出口側 下面的本体板，以及置于体板下面、包舍多个入口通道和第一多个出口 孔的入口板，其中隔板包括多个端口孔。打印设备还包括压电阵列，其 包括置于粘合在与隔板的墨水出口侧的相对側边上的平坦聚合物内的多 个压电元件，使得平坦聚合物覆盖多个端口孔。打印设备进一步包括孔 板，其包括粘结于部分喷射管的入口板的第二多个出口孔，其中第二多 个出口孔与第 一 多个出口孔基本对准。打印设备进一 步包括利用隔离层与压电阵列粘合的电路板，其包含多个通孔和多个接触垫，其中隔离层 提供在电路板与多个端口孔和墨水集流腔之间的流体密封，其中多个通 孔的每个与多个端口孔的每个提供使墨水集流腔与第二多个出口孔的每个相连接的单个入口。实施例的其他优势将在一下描述中部分予以阐述，并根据该描述部 分地变得清楚，或者可通过本发明实践予以了解到。借助所附权利要求 中特定指出的元件和組合实现和获得这些优势。
图1A-II说明了根椐本发明多个实施例的制造喷墨打印头的示例性方法。图2A-2H说明了根据本发明多个实施例的制造喷射管的示例性方法。 图3说明了根据本发明多个实施例的示例性喷墨打印头。具体实施方式
现详细参照本发明实施例，在附图中说明了实施例的实例。在任何 可能的情况下，相同的参考标记在整个附图中用于指代相同或相似的部 件。尽管阐述本发明宽范围的数字范围和参数是近似值，但特定实例中 阐述的数值尽可能精确地被记录。可是，任意数值固有地包含由于其各 自检测测量中所发现的标准偏差必然导致的误差。然而，在此披露的所 有范围应当理解为包含此处所包含的任意的以及所有子范围。例如，"小 于10"的范围可包括在最小值0与最大值10之间(以及包含两端点)的 任意和所有子范围，即，具有等于或大于零的最小值以及等于或小于10 的最大值的任意和所有子范围，例如1至5。在一些情况中，表示参数的 数值可取负值。在此情况中，表示"小于10"的实例范围值可采取负值， 例如，-l, -2, -3， -10， -20， -30等。根据本发明教导的多个实施例，存在一种制造如图1A-II所示的喷 墨打印头100的示例性方法。制造喷墨打印头100的方法包括提供部分 喷射管102，其包括多个端口孔106并具有墨水出口侧109，如图1A所 示。在多个实施例中，图1A中所示的部分喷射管102包括隔板104，设 置在隔板104下面的本体板105，以及置于本体板105下面、包含多个入 口通道103和第一多个出口孔108的入口板107，其中多个端口孔106 包括通过隔板104、本体板105和入口板107的通路。在一些实施例中， 部分喷射管102包括包含隔板104、本体板105和入口板107的铜焊的三 层不锈钢结构。在其他实施例中，部分喷射管102包括例如通过化学蚀 刻形成的端口孔106。制造喷墨打印头100的方法还包括提供包含多个置于平坦聚合物 117内的压电元件114的压电阵列115,如图1B所示。在一些实施例中， 压电阵列115包括选自于由锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡、钛酸铅、铌镁酸 铅(PMN)、铌镍酸铅(PNN)以及铌锌酸铅构成的组的压电材料。在多个 实施例中，压电阵列115包括平坦聚合物117，其选自于由热固和热塑聚 合物构成的组。在其他实施例中，平坦聚合物U7可以选自于环氣树脂、 聚酰亚胺和硅酮中的至少一种。在一些实施例中，平坦聚合物117具有 在大约120。C时小于2GPa的张力模量。在一些实施例中，压电元件114 和平坦聚合物117具有从大约10fim至大约100^m的厚度。在多个实施例 中，提供压电阵列115的步骤进一步包括以阵列形式提供多个压电元件 U4在栽体112上，如图1B所示。载体112是包含用于将压电元件114保持在载体上的一种或多种压敏粘结剂和释放粘结剂的金属支撑层。在 多个实施例中，提供压电阵列115的步骤包括提供粘结于载体112上的 压电片，切割或切断压电片以形成多个切口区域216，如图2B所示，用 聚合物填充切口区域216，并平坦化切口区域内的聚合物以形成置于平坦 聚合物117内的多个压电元件H4，如图1B和2C所示。在一些实施例中， 提供压电阵列115的步骤包括将一个或多个预形成的压电元件114转移 到载体112上，并将栽体上预形成的压电元件114和聚合物117 —起平 坦化。制造喷墨打印头100的方法进一步包括将压电阵列115粘合在与部 分喷射管102的墨水出口侧109相对的侧面上，其中部分喷射管102被 对准，以使平坦聚合物117能够覆盖多个端口孔106,如图1C所示。在 多个实施例中，利用包含但不限于例如环氧树脂、硅酮和双马来酰亚胺 (bismaleimide)的粘合剂122实现压电阵列115与部分喷射管102的 粘合。在一些实施例中，粘合剂122置于部分喷射管102上。在其他实 施例种，粘合剂置于压电阵列115上。在一些其他实施例中，可使用转 移粘结剂薄层。又在其他实施例中，^使用粘结剂珠。压电阵列115与部 分喷射管102之间的粘结步骤还包括在大约IOO'C至大约25(TC范围内的 温度下进行的热固化。在一些实施例中，在压电阵列115与部分喷射管 102的粘合步骤之后，从压电阵列115去除载体112。制造喷墨打印头100的方法还包括将部分喷射管102用作掩模，以 通过利用激光器产生的激光束125从墨水出口侧109熔化平坦聚合物117，使端口孔106延伸通过平坦聚合物117,如图1D所示。在一些实施 例中，借助激光熔化形成的通过平坦聚合物117的延伸端口孔166可具 有如图1E所示的均匀截面。在另一些实施例中，借助激光熔化形成的通 过平坦聚合物117的延伸端口孔166可具有如图1F所示的锥形截面。激光熔化的几个参数，如激光波长，激光脉沖持续时间，重复频率， 激光功率依赖于一些因素，其包括聚合物的光学性能以及需要熔化的聚 合物厚度。可是，本领域技术人员能够确定这些。在多个实施例中，从 墨水出口侧109熔化平坦聚合物U7可包括利用C02激光器、准分子激光 器、固态激光器、铜蒸汽激光器以及光纤激光器中的至少一个。本领域 技术人员可以了解，C(V激光器和准分子激光器典型地熔化包含环氧树脂 的聚合物。COr激光器具有低操作费用并适于大量的生产。充满掩模的C02 激光束能够顺序照亮每个端口孔106以形成通过聚合物117的延伸端口 孔166,并去除由于粘合压电阵列115到部分喷射管102而流入端口孔 106的多余部分的粘结剂122,如图1E和1F所示。此外，本领域技术人 员还了解，准分子激光器可用于泛光照明或使用特殊光学器件照亮每个 端口孔106以形成通过聚合物117的延伸端口孔166，并去除由于粘合压 电阵列115到部分喷射管102而形成的多余部分的粘结剂122,如图1E 和IF所示.制造喷墨打印头100的方法进一步包括粘合如图1G所示的孔板130， 其包括对应部分喷射管102的墨水出口側109的第二多个出口孔138,其 中第二多个出口孔138与第一多个出口孔108基本对准，如图1H所示。 在多个实施例中，在粘合孔板130到部分喷射管102时可使用诸如热塑 聚酰亚胺的粘结剂。在一些实施例中，在粘合孔板130到部分喷射管102 时使用b级环氧树脂。在一些其他实施例中，孔板130包括单层或双层 金属结构。然而，在其他实施例中，孔板130可以由不锈钢形成。在多 个实施例中，孔板130包括聚合板，其中通过激光熔化形成第二多个出 口孔138。在一些实施例中，孔板130包括诸如聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、 聚砜、聚醚酮、聚亚苯基、硫化物和聚酯的聚合物。在多个实施例中， 制造喷墨打印头100的方法进一步包括将滤波器、集流腔、其他喷射管 设计元件粘结于部分喷射管102、电路板140和柔性电路基板。在一些实 施例中，制造喷墨打印头100的方法还包括在将孔板130粘合于部分喷 射管102的墨水出口侧之前，清理通过平坦聚合物117的延伸端口孔166以及通过隔板104、本体板105和入口板107的通路。所公开的制造喷墨 打印头100的方法允许清理延伸的端口孔166,以便去除由于从两側，墨 水出口侧109和与墨水出口側相对的侧面接近端口孔106、 166时，聚合 物的激光熔化所引起的任意碎屑。在多个实施例中，第二多个出口孔U8 的每一个在尺寸方面小于第一多个出口孔108。在其他实施例中，第二多 个出口孔138的每一个可进一步包括用于分配墨水的喷嘴。在多个实施例中，制造喷墨打印头100的方法还包括在将部分喷射 管102用作掩模以便借助激光器产生的激光束l25从墨水出口侧109熔 化平坦聚合物117而使得端口孔106延伸通过平坦聚合物117的步骤之 前，将隔离层146与压电阵列115粘合，以及在将部分喷射管102用作 掩模以便借助激光器产生的激光束125从墨水出口侧109熔化平坦聚合 物117和隔离层146而使得端口孔106延伸通过平坦聚合物U7的步骤 过程中，使端口孔106延伸通过隔离层146。在一些实施例中，隔离层 146可包括丙烯酸聚合物。在其他实施例中，隔离层146包括硅酮。在某 个实施例中，隔离层146被预切割，以具有被对准并利用热处理被粘合 的粘结部分。在一些实施例中，制造喷墨打印头100的方法进一步包括 利用隔离层146将包含多个通孔142和多个接触垫144的电路板140与 压电阵列155粘合，其中隔离层146提供电路板140和多个端口孔106 之间的流体密封，以及提供墨水集流腔150,其中多个通孔142的每个和 多个端口孔106的每个提供使墨水集流腔150与第二多个出口孔138的 每一个相连的单个入口，如图1I所示。根据多个实施例，存在一种制造喷射管200的方法，如图2A-2H所 示。制造喷射管200的方法可包括提供部分喷射管202,其包含隔板204、 多个端口孔206,多个入口通道和第一多个出口孔208并且具有墨水出口 侧209,如图2A所示。制造喷射管200的方法还包括在载体212上设置 压电阵列210，其包4舌多个压电元件214和多个切口区&戈216，如图2B 所示。在多个实施例中，每个切口区域足够宽以容纳端口孔106。在一些 实施例中，每个切口区域具有大约100,至400ium范围的宽度。制造喷 射管200的方法可进一步包括在切口区域216中沉积聚合物217并使切 口区域216内的聚合物217平坦化以形成平坦聚合物压电阵列215，如图 2C所示。在一些实施例中，切口区域216被填充预聚物液体或软膏，它 们随后被聚合。制造喷射管200的方法还包括利用粘结剂222将平坦聚合物压电阵列215粘合到与部分喷射管202的墨水出口側209相对的側 面，其中对准部分喷射管202以使平坦聚合物217覆盖多个端口孔206, 如图2D所示。在一些实施例中，粘结剂222在部分喷射管202和平坦聚 合物压电阵列215之间形成薄层，粘结剂222的多余部分从压电阵列215 粘合到部分喷射管202时流入到端口孔206中。制造喷射管200的方法 进一步包括将部分喷射管202用作掩模以借助激光器产生的激光束225 从墨水出口侧209熔化聚合物217和粘结剂222的多余部分以使得端口 孔206延伸通过聚合物217,如图2E所示。在一些实施例中，从墨水出 口側209熔化平坦聚合物217的步骤包括利用C02激光器、准分子激光器、 固态激光器、铜蒸汽激光器和光纤激光器中的至少一种。在多个实施例 中，制造喷射管200的方法包括提供包含四层或更少的部分喷射管202。 制造喷射管200的方法还包括清理通过平坦聚合物217的延伸端口孔266 以去除熔化平坦聚合物217所产生的任意碎屑和粘结剂，如图2G所示， 以及将图2G中所示的包括第二多个出口孔238的孔板230粘合到如图2H 所示的部分喷射管202的墨水出口侧209，其中第二多个出口孔238与第 一多个出口孔208基本对准。图3示出了示例性喷墨打印头300的示意性说明。喷墨打印头300 包括部分喷射管302，其包括具有墨水出口側的隔板304,置于隔板304 的墨水出口侧下面的本体板305,以及置于本体板305下面的包含多个入 口通道303和第一多个出口孔308的入口板307，其中隔板304包括多个 端口孔306。喷墨打印头300还包括压电阵列315，其包括置于粘合到与 隔板304的墨水出口侧相对的側面的平坦聚合物317内的多个压电元件 314，该平坦聚合物317覆盖多个端口孔306。在一些实施例中，喷墨打 印头300包括使多个端口孔306的每个延伸通过平坦聚合物317的激光 熔化孔366。在一些其他实施例中，激光溶化孔366包括锥形截面。在多 个实施例中，喷墨打印头300进一步包括孔板330，其包括粘结到部分喷 射管302的入口板307的第二多个出口孔338,其中第二多个出口孔338 与第一多个出口孔308的基本对准。喷墨打印头300还包括利用隔离层 346粘结于压电阵列315的电路板340,其包括多个通孔342、多个接触 垫344以及多个电连接345,其中隔离层346提供在电路板340和多个端 口孔306之间的流体密封。喷墨打印头300进一步包括墨水集流腔350， 其中多个通孔342的每个和多个端口孔306、 366的每个提供使墨水集流腔350与第二多个出口孔338的每个相连的单个入口。根据多个实施例，存在一种打印设备(未示出)。打印设备包括部分 喷射管102，其包括具有墨水出口侧109的隔板104，设置在隔板104的 墨水出口侧109下面的本体板105,以及置于本体板105下面的包含多个 入口通道103和第一多个出口孔108的入口板107，其中隔板104包括多 个端口孔106。打印设备还包括压电阵列115，其包括置于粘结到与隔板 104的墨水出口侧109相对的侧面的平坦聚合物117内的多个压电元件 114,该平坦聚合物117覆盖多个端口孔106以及包含粘合于部分喷射管 102的入口板107的第二多个出口孔138的孔板130，其中第二多个出口 孔138与第一多个出口孔108基本对准。打印设备进一步包括利用隔离 层146粘结于压电阵列115的电路板140，其包括多个通孔142以及多个 接触垫144，其中隔离层146提供在电路板140与多个端口孔106和墨水 集流腔150之间的流体密封，其中多个通孔142的每个和多个端口孔106 的每个提供使墨水集流腔150与第二多个出口孔138的每个相连的单个 入口 。
权利要求
1.一种制造喷墨打印头的方法，该方法包括提供包含多个端口孔并具有墨水出口侧的部分喷射管；提供包含多个布置于平坦聚合物内的压电元件的压电阵列；将压电阵列粘结到与部分喷射管的墨水出口侧相对的侧面，其中部分喷射管被对准，以使得平坦聚合物覆盖多个端口孔；以及将部分喷射管用作掩模，以通过使用激光器所产生的激光束从墨水出口侧熔化平坦聚合物以便使端口孔延伸通过平坦聚合物。
2 .根据权利要求1所述的方法，其中部分喷射管包括隔板；置于隔板下面的本体板；以及置于本体板下面的包含多个入口通道和第一多个出口孔的入口板，其中多个端口孔包括通过隔板、本体板和入口板的通路。
3 .根据权利要求1所述的方法，进一步包括在将部分喷射管用作掩模以通过使用激光器产生的激光束从墨水出 口侧熔化平坦聚合物而使得端口孔延伸通过平坦聚合物的步骤之前，将 隔离层与压电阵列粘合；以及在将部分喷射管用作掩模以通过使用激光器产生的激光束从墨水出 口侧熔化平坦聚合物和隔离层而使得端口孔延伸通过平坦聚合物的步骤 过程中，使端口孔延伸通过隔离层。
4 .根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用隔离层将电路板与压电阵列粘合，该电路板包括多个通孔和多 个接触垫，其中隔离层提供在电路板和多个端口孔之间的流体密封；以 及提供墨水集流腔，其中多个通孔的每一个和多个端口孔的每一个提 供使墨水集流腔和第二多个出口孔的每一个相连接的单个入口 。 5.—种喷墨打印头，包括部分喷射管，其包括具有墨水出口侧的隔板，设置在隔板的墨水出 口侧下面的本体板，以及置于体板下面的包含多个入口通道和第一多个 出口孔的入口板，其中隔板包括多个端口孔；压电阵列，其包括置于粘合在与隔板的墨水出口側相对的侧面上的 平坦聚合物内的多个压电元件，该平坦聚合物覆盖多个端口孔；孔板，其包括粘结于部分喷射管的入口板的第二多个出口孔，其中第二多个出口孔与第一多个出口孔基本对准；利用隔离层与压电阵列粘合的电路板，其包含多个通孔和多个接触 垫，其中隔离层提供在电路板与多个端口孔之间的流体密封；和墨水集流腔，其中多个通孔的每一个与多个端口孔的每一个提供使 墨水集流腔与第二多个出口孔的每一个相连接的单个入口。
全文摘要
根据本发明，存在喷射管、喷墨打印头和制造喷射管和喷墨打印头的方法。制造喷墨打印头的方法包括提供包含多个端口孔并具有墨水出口侧的部分喷射管，以及提供包含许多布置于平坦聚合物内的压电元件的压电阵列。该方法还包括使用粘合剂将平坦聚合物压电阵列粘结在与部分喷射管的墨水出口侧相对的侧面，其中部分喷射管被对准，使得平坦聚合物覆盖多个端口孔并将部分喷射管用作掩模，以通过使用激光器所产生的激光束从墨水出口侧熔化平坦聚合物以便使端口孔延伸通过平坦聚合物。
文档编号B41J2/14GK101274523SQ200810087419
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月27日 优先权日2007年3月28日
发明者B·J·格尔纳, D·J·格尔瓦西, J·R.·安德鲁斯, P·林 申请人:施乐公司