液滴沉积装置的制作方法

专利名称：液滴沉积装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液滴沉积装置，特别是喷墨打印头，其具有一个包括压电材料的底板，该底板形成有多条平行的、顶端敞开的槽，各槽在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔开，各槽至少有一部分是由相互面对的侧壁和由在上述侧壁之间延伸的底表面构成的，至少该侧壁包括上述压电材料。本发明还包括制造这种装置的方法。
这种打印头在本技术领域内可自例如欧洲专利文件EP-A-0 277703、EP-A-0 278 590和EP-A-0 364 136中得知，且在其剪切模式中采用了受到致动的压电材料，以改变墨水腔的体积，从而射出墨水液滴。欧洲专利文件EP-A-0 341 929公开了一种用于驱动这种致动装置的方法，且明确了各致动装置均具有电容载荷。正如一般可以理解的，这种电容载荷导致对电流和功率更高的需求，对于驱动电路的规格和成本都有影响。再者，本发明人已经认识到，电路中的电流和打印头本身的电极也可导致热的产生，它进而影响墨水的粘度如在许多类型的喷墨装置中那样，墨水粘度的变化将导致射出的墨水液滴速度的波动，随后它本身表现为在打印图像上的液滴位置出现错误。
已有建议，通过在那些实际需要压电材料动作的区域，即槽的“有效”(封闭)部分的槽壁，限制压电材料的使用；而对于打印头的其它部分，采用具有低介电常数的材料，来降低电容载荷。在实际中这可以通过将一压电材料插入件“置入”低介电基底，形成通过该插入件和该基底的槽，且沿各槽的长度蒸镀电极而实现。各槽壁只有包括压电材料的那部分将根据通过电极所施加的电场而变形，而各壁的其它部分和任何相关联的区域只存在低的电容载荷。但是，压电插入件的“置入”是一个复杂的过程，因此使该技术昂贵。
本发明的目标打印头具有较已知结构为低的电容载荷而且制造还不复杂。制造这种打印头的方法也包括在本发明内。
因此，构成本发明的液滴沉积装置包括一个由压电材料构成的底板，该底板形成有多条平行的、顶端敞开的槽，各槽在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔开，各槽至少有一部分是由相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成的；上述侧壁至少包括上述压电材料和用于给上述压电材料施加电场，从而使上述侧壁产生横向位移的电极；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体，且与一喷嘴联通，以从中喷射出液滴。各槽均有在平行于槽轴线的一侧敞开、用以与液滴液体供给装置联通的一个部分，和在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的另一个部分；其特征在于使包括上述压电材料的上述各槽的一个部分的相应侧壁丧失功能，即各槽的上述一个部分的上述侧壁不发生横向位移。
本发明人已经认识到，不仅槽壁的“敞开”段的横向位移不是必须的，而且通过使壁的“敞开”段丧失功能，可以使根据包括在均一压电材料层的基底上制成槽的传统技术制造的打印头实现总电容载荷的减小。因此可以避免上述复杂的制造方法。
根据本发明的第一优选形式，构成本发明的液滴沉积装置包括一个底板，其具有一层在垂直于上述层的方向上极化的压电材料，且形成有多条平行的、顶部敞开、在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔的槽，各槽均至少一部分由相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成，至少上述侧壁包括上述压电材料；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体且与喷嘴联通，以从其中喷射出液滴；各槽均有在平行于槽轴线的一侧敞开、用以与液滴液体供给装置联通的一个部分，和在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的另一个部分；于上述侧壁的相对的侧面上提供有电极，从而形成剪切模式致动装置，以使液滴从与上述致动装置相联的槽中喷出，各电极大体沿槽的长度方向延伸；其特征在于，在上述槽的上述一个部分，于上述介电材料和提供于上述侧壁的相对侧面上的至少一个上述电极之间设置了一层介电常数较压电材料的为低的材料。
这种装置实现了较传统设计为低的电容，而没有如上所述伴随“置入”压电插件的复杂工艺。在上述槽向墨水供给装置敞开的一个部分，其壁不需要位移。结果是这一部分的电极可以通过一层具有较压电材料为低介电常数的材料与槽壁的压电材料隔离开，从而使这部分压电材料丧失功能。在这一个部分槽壁的相对侧面上的电极之间的最终电容载荷低于仅有压电材料所得到的(在槽的上述“闭合”的另一个部分也是同样)，因此有助于降低打印头的总电容载荷。
根据一特定的实施例，上述一个部分和另一个部分各自至少一部分是由有共平面的顶表面且高度大体恒定的侧壁构成，因此上述一个部分和另一个部分相应侧壁的高度大体相等。这样一种实施例特别适于制造，至少在槽的前部所要求的槽的机加工深度没有变化。在这样一种实施例中，上述槽的另一个部分可以以恒定的深度延伸直至喷嘴。除此之外，上述一个和另一个部分可以是连续的。
提供于侧壁的相对侧面上的电极最好位于各槽侧壁的顶部，远离上述底表面。这种布置特别适于采用众所周知的“倾角镀敷”原理进行蒸镀。特别有利的是，该电极可以于上述另一个部分延伸覆盖相应槽壁深度的大约一半，而在上述一个部分，该电极最好延伸覆盖相应槽壁高度的10％或更少。
上述各槽包括一其槽壁高度低于上述一个部分和另一个部分的延续部分，电极提供于上述各槽的延续部分的相互面对的槽壁和底面上，有一层介电常数较压电材料的为低的材料置于上述电极和各槽的上述相互面对的侧壁和底面之间。此延续部分的电极起到槽内电极和外部驱动电路之间联接点的作用。处于这些电极之间的一层低介电材料和槽壁高度的降低减弱了这些区域的电容载荷。
本发明的形式还涉及一种制造液滴沉积装置的方法，它包括的步骤(a)在包含一层压电材料的底板上制出多条平行槽；(b)在上述各槽的一第一部分的至少一个相互面对的侧壁上蒸镀一层材料，该材料具有较压电材料的为低的介电常数，上述各槽的一第二部分的相互面对的侧壁保持没有上述材料；(c)在上述槽的上述第一和第二部分的相互面对的侧壁上蒸镀电极材料。此方法通过对原本已知的蒸镀方法的创造性应用也使低电容打印头能在不复杂的条件下得以制造。
此方法最好涉及在向上述各槽的上述第一部分的至少一个相互面对的侧壁上蒸镀上述材料层之前，先将上述各槽的上述第二部分遮蔽；以及随后在上述槽的上述第一和第二部分的相互面对的侧壁上蒸镀电极材料之前，除去上述第二部分的遮蔽。
电极材料最好是通过于上述壁处以一角度指向槽的相互面对的表面的金属蒸气束来蒸镀的。
本发明的第一形式还包含液滴沉积装置，它包括一个由一层在垂直于上述层的方向上极化的压电材料构成的底板，该底板形成有多条平行的、顶部敞开、在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔的槽，各槽均至少一部分由具有一定高度的相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成，至少上述侧壁包括上述压电材料；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体且与喷嘴联通，以从其中喷射出液滴；各槽均有一个在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的部分；至少于上述侧壁的相对侧面上提供有电极，从而形成剪切模式致动装置，以使液滴从与上述致动装置相联的槽中喷出，各电极大体沿槽的长度方向延伸；其特征是在各槽上述部分以外的区域有一层介电常数较压电材料为低的材料被置于上述压电材料和上述至少一个电极之间。
本发明的第一形式还包含液滴沉积装置，它包括一个由一层在垂直于上述层的方向上极化的压电材料构成的底板，该底板形成有多条平行的、顶部敞开、在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔的槽，各槽均至少一部分由具有一定高度的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成，至少上述侧壁包括上述压电材料；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体且与喷嘴联通，以从其中喷射出液滴；各槽均有一个在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的部分；用于给上述侧壁上的上述压电材料施加电场的电极；其特征是在各槽上述部分以外的区域有一层介电常数较压电材料为低的材料被置于上述侧壁上的上述压电材料和上述至少一个电极之间。
通过本发明的第二优选形式也获得了类似的优点，其要点是液滴沉积装置包括一个底板，它具有一层在垂直于上述层的方向上极化的压电材料，且形成有多条平行的、顶部敞开、在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔的槽，各槽均至少一部分由具有共平面顶表面的相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成，至少上述侧壁包括上述压电材料；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体且与喷嘴联通，以从其中喷射出液滴；各槽均有在平行于槽轴线的一侧敞开、用以与液滴液体供给装置联通的一个部分，和在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的另一个部分；于上述侧壁相对的侧面上提供有电极，从而形成剪切模式致动装置，以使液滴从与上述致动装置相联的槽中喷出，各电极大体沿槽的长度方向延伸；其特征是提供于各槽的上述一个部分的电极同提供于各槽的上述另一个部分的电极相比，沿相应侧壁高度延伸的比例较小。
这种装置也以一种简单的方式获得了较传统设计为低的电容。在至墨水供给装置敞开的槽的上述一个部分，其壁不需要位移，且结果在这一部分的电极仅需要沿槽壁高度延伸覆盖一(较小)比例，要足以将致动电压传递至槽的封闭部分上的电极，但不足以驱动敞开部分上的压电材料，即局部丧失功能。在封闭部分，电极沿壁向下相应地延伸较大的比例，足以使槽壁运动。以这种方式，在上述一个(敞开)部分的槽壁的电容载荷至少相对于传统设计减小了，导致整个打印头的电容的减小。
根据一特定的实施例，各上述一个和另一个部分至少部分由高度大体恒定的侧壁构成，因此上述一个和另一个部分的相应侧壁的高度大体相等。这样一种实施例特别适于制造，至少在槽的前部所要求的槽的机加工深度没有变化。在这样一种实施例中，上述槽的另一个部分可以以恒定的深度延伸直至喷嘴。除此之外，上述一个和另一个部分可以是连续的。
提供于侧壁的相对侧面上的电极最好位于各槽侧壁的顶部，远离上述底表面。这种布置特别适于采用众所周知的“倾角镀敷”原理进行蒸镀。特别是，在上述一个部分，该电极最好延伸覆盖相应槽壁高度的10％或更少。
根据第二形式的发明，上述槽的一个部分和另一个部分长度的比约为2或更大的实施例是特别有利的。
本发明也包括一种相应的制造方法，其包括的步骤(a)在包括一层压电材料的底板上制出多条由具有共平面顶部的槽壁分隔开的平行槽；(b)在上述各槽的一第一部分的相互面对的侧壁上蒸镀电极材料，以第一比例覆盖相应的侧壁高度；(c)在上述各槽的一第二部分的相互面对的侧壁上蒸镀电极材料，以第二比例覆盖相应的侧壁高度，上述第一和第二比例是不同的。
这种对原本已知的蒸镀方法的创造性应用也使低电容打印头能在不复杂的条件下得以制造。
根据一优选实施例，该方法包括以下步骤在向上述各槽的上述第一部分的相互面对的侧壁蒸镀以一第一比例覆盖相应侧壁高度的电极材料之前，先将上述各槽的上述第二部分遮蔽；和在向上述各槽的上述第一和第二部分的相互面对的侧壁蒸镀电极材料之前除去上述第二部分上的遮蔽。这一程序实现起来简单且在蒸镀步骤之间不需要中断真空。该第一比例最好大于上述第二比例，该第二比例最好不大于壁高的10％。这可以通过创造性地应用借助于上述槽壁处以一角度指向槽的相互面对的表面的金属蒸气束进行的传统材料蒸镀技术来实现在上述第一部分蒸镀的角度比在上述第二部分蒸镀的角度更陡。
现在将以实例方式参照附图对本发明进行说明，其中

图1是可以使用本发明的传统喷墨打印头一种形式的透视图；图2是图1所示的打印头沿图1中A-A线所截取的剖面图；图3(a)、(b)和(c)是图1中打印头分别沿B-B、C-C和D-D线所截取的剖面图；图4是与图2相对应且结合采用了本发明第一形式的截面图；图5(a)、(b)和(c)是分别沿图4中B’-B’、C’-C’和D’-D’线所截取的且与图3(a)-(c)截面相对应的截面图；图6是与图2相对应且结合采用了本发明第二形式的截面图；图7(a)、(b)和(c)是沿图6中B″-B″、C″-C″和D″-D″线所截取的且与图3(a)-(c)截面相对应的截面图；图8是根据本发明第二形式一贯穿槽壁截面的示意图；图9是与图6相对应的截面图，表示根据本发明第二形式的方法步骤；图10是沿另一个采用了本发明的打印头的槽的纵轴所截的截面图。
图1-3分别以透视图和截面图给出一典型的采用压电壁致动装置以剪切模式操作的喷墨打印头8，且已从例如美国专利US-A-5 016 028中为人所知了。它包括一安装在线路板12上的一个压电材料的底10，图中只给出线路板的一部分，表示联接轨14。
如例如美国专利US-A-5 016 028所示，在底10上形成有许多延伸到压电材料层之内的平行槽。每条槽包括一前部，它相对较深以提供墨水槽20，各槽由具有均匀共平面顶表面且相互对置的致动装置壁22分隔开；且包括一后部，它相对较浅，为联接轨提供位置23。前部和后部由槽的“跑刀”部分R联接，其半径由形成该槽所用切削盘的半径决定(在例如前述的欧洲专利文件EP-A-0 364 136中有所讨论)。
如图3所示，槽形成之后在其中镀上金属化涂层，以在前部将电极26提供于墨水槽20相互对置的面上，自壁的顶端延伸至槽深大约一半之处(图3(a)和(b))，在后部镀上金属化涂层，以提供联接轨24，此联接轨与各槽20中的电极相联(图3(c))。壁的顶端保持没有涂层金属，从而使轨24和电极26为各槽构成绝缘的致动电极。通过例如前述欧洲专利文件EP-A-0 364 136，这种金属涂镀技术在本技术领域是众所周知的。
在为底10蒸镀和(选用)涂敷一层用以使电极零件与墨水电绝缘的纯化层之后，将底10如图1所示安装到线路板12上，形成粘接的导线联接28，使底部10上的联接轨24联接至线路板12上的联接轨14。
将盖16通过粘接固定到致动装置壁22的顶部上，从而形成多个“封闭”的槽20。在一端，各槽均有一提供补充墨水的进口，在所示的实例中是通过盖16上的窗口27。在各槽的另一端设置了一个喷嘴30，它可以构成于一个粘接在打印头上的喷嘴板17上(最好是通过UV激发物激光侵蚀)。
在本例中，打印头的操作是将墨水从墨水供给装置通过窗口27供给出去，在窗口处墨水被吸至墨水槽20，到达喷嘴30。如从例如欧洲专利文件EP-A-0 277 703中所知的，通过在槽壁的两侧的电极上施加适当的电压波形，将导致横跨该壁建立起一个电位差，它随后将使极化了的槽壁的压电材料以剪切模式变形，且该壁相对于各自的槽横向偏转，粘接墨水槽的一个或两个壁可由此而偏转。
壁朝向槽内的运动将使槽的容积缩小，且在墨水中建立起沿顶和底分别由上盖和底板分别封闭而两侧由相应的槽壁封闭的槽的长度方向上的压力。我们知道，该长度即是槽的“有效”长度，在图1和图2中以“L”表示。压力的释放使一滴墨水液滴从喷嘴中喷出。
如上所述，所述类型的打印头存在着一个电容负载在前部(对应于图3(a)和(b))，槽壁和处于各侧面上的电极形成一个电容，同时在槽的后部，可以理解，不仅是壁(减小很多)，而且还有压电材料底板，它与联接轨24一起，也增强了这种电容效应。
图4是与图2相对应的截面图，表示一个根据本发明第一形式的打印头。图5给出了相应的截面图。可以看出，图4中打印头的“有效”长度与传统打印头的保持相同，电极26’向壁的下方延伸到约一半处。
但是，在以“N”表示的槽的全深度部分，其一侧是通向墨水供给窗27敞开的，因此它不是槽“有效”长度的一部分，在这一段，电极26″只沿壁的非常靠上的部分延伸。这足以将致动信号从联接轨24传递到槽的有效部分的电极26’，而且从图5(b)更加明显，这通过减少处于槽的电极之间的压电材料的面积，大大减轻了槽的这一部分的电容载荷(这是遵循已建立的原理，由厚度为L、相对介质常数为K的材料间隔开的面积为A的板构成的平行板电容器的电容C可由C=K.eo.A/L得出，其中eo为自由空间的介电常数)。
在与以传统方式构成的联接轨24结合的“跑刀”段R最好也采用深度减小的电极26″。
关于上述变高度轨26’、26″的制造，最好，但不是唯一的，采用金属雾化蒸镀法进行。该技术的原理全部记述于欧洲专利文件EP-A-0364 136中，因此在此不再讨论。槽式压电体一开始除被遮蔽的槽的后部“C”外，全部暴露于垂直指向本体的平面，即与槽的侧壁大体平行的金属蒸气束中。如图5(c)中虚线60所示，金属蒸镀从而形成联接轨24，它具有足够的厚度以承受导线粘接工艺，一般为2-4μm。
而后除去槽上要形成打印头的有效长度L的那些部分上的遮蔽物，然后，槽形体与金属蒸气束相对转动至如图5(a)所示的位置，将电极蒸镀在L部分的槽壁上，约为壁的高度一半的位置(达到典型的镀层深度125μm)，厚度一般等于布置为垂直于金属蒸气束的表面上的蒸镀层1μm。可以理解，相对转动需要进行两次，以使各槽壁的两侧均得以喷镀。这部分关于电极蒸镀的工艺公开于欧洲专利文件EP-A-0364136中。
最后，除去槽的其余部分，即N和R部分的遮蔽物，槽形体与金属蒸气束相对转动至一较小的角度，如图5(b)所示，从而使较浅的电极26″(典型深度25μm)蒸镀在R、N部分，也沿在前面步骤中蒸镀在有效区内的电极26’的顶部蒸镀。在槽的有效区，该浅电极有助于沿有效区长度的传导，这在使用高电阻率的电极材料时特别有利。再有，需要继续转动，使沿其它壁的顶部得以蒸镀。
上述方法具有的优点包括，在蒸镀的各个阶段，可以设定专门的蒸镀参数，以在所镀的特定区域获得最佳的电极性能。因此蒸镀的第一阶段可以以高蒸镀速度进行，从而在最短的时间内蒸镀一层仅仅足以形成联接轨的金属，在导线粘接过程中，联接轨将保持附着在陶瓷基底上。而另一方面，电极在槽的有效长度上蒸镀的第二步可以以较低的蒸镀速度进行，从而确保电极在槽的有效部分的壁上的蒸镀表现出电连续性。最后阶段是浅电极26″的蒸镀，可再次以较高的蒸镀速度进行，这反映出这样的事实，此电极以接近垂直的角度进行蒸镀。
遮蔽物可以采用物理掩膜的方式来完成，该掩膜置于槽形底10和金属蒸气源之间，最好是靠近槽形部件10，从而获得良好的镀层边界限定。该掩膜最好是由一种适合用于真空系统的诸如聚酰亚氨或金属的材料制成，各个掩膜均形成有对应于所要镀的区域的孔，根据上述方法，可以通过将其从槽形底拉出或滑出，或通过转出，而将其移开，从而在经过合适的蒸镀阶段后顺序打开。各掩膜最好在不打开真空室的情况下移开，否则将造成在连续形成的电极层之间形成氧化层。
另一种电极蒸镀方法涉及开始时沿槽的整个长度蒸镀一浅电极。在以从欧洲专利文件EP-A-0 364 136中已知的传统方式，在槽的有效部分“L”蒸镀半壁深度电极和槽的浅后部“C”上蒸镀联接轨之前，将一遮蔽槽的非有效部分“N”的掩膜引入该真空室。
金属在壁顶部的无用蒸镀可以通过热塑料“揭离”膜来避免，如自例如欧洲专利文件EP-A-0397441中所知，或者通过如欧洲专利文件EP-A-0 364 136中所述的蒸镀后抛光来避免。当计算联接轨所要求的初始蒸镀厚度时，最好考虑到在例如电极26’或26″的后续蒸镀过程中诸如联接轨区域的继续蒸镀(例如在槽的后部“C”最初只需要蒸镀2μm厚的电极材料，在后续蒸镀步骤过程中电极材料在后部的蒸镀将使最终的目标联接轨厚度达3-4μm)。
图4和图5表示了当本发明的上述形式施用于具有垂直于压电材料层单方向上极化材料的壁的打印头，即如欧洲专利文件EP-A-0354136中所公开的所谓“悬臂结构”时的情况。但是本发明并不局限于这种结构，而且同样可以很好施用于压电材料在两相反方向上极化，即如欧洲专利文件EP-A-0 277 703所知的具有“人字形”结构的打印头。后一种结构具有比“悬臂”结构需要的操作电压低的优点，但有电容载荷更高的缺点。因此采用本发明也更加适用。可以理解，例如自上述欧洲专利文件EP-A-0 277 703，这种结构需要槽的有效部分(L)上的电极延伸到壁的整个高度。在非有效部分，浅电极的高度可以同悬臂结构中所采用的一样，即一般为25μm和/或不大于高度的20％。国际专利文件WO 92/09436介绍了一种层状结构，从其中“人字形”结构可以采用如上就“悬臂”设计所讨论的同样的制造技术来制造。
图6是对应于图2的截面图，表示一个根据本发明另一形式的打印头，图7所示为相应的截面图。如前述形式，打印头的“有效”长度的结构与传统打印头保持相同，在所示的“悬臂”致动装置中电极26的构成是沿压电材料槽的壁向下延伸约一半高度(和在“人字形”致动装置中沿压电材料的壁向下延伸整个高度)。
与之不同的是，在一侧至墨水供给窗27敞开且因此不是槽的“有效”长度一部分的全深槽的(N)部分与传统结构的有所不同，有一层具有介电常数较压电材料的为低的材料40置于电极26和槽壁22的压电材料之间。此示于图7(b)的截面图中。
槽的这部分槽壁的电容载荷现在可以由三个串联的电容来表示，而不是传统设计中的一个单独的电容。如示意性地示于图8的，除了由壁22本身的压电材料形成的电容C2之外，横过壁的每一侧上的材料层40形成有电容C1。通过选择一种介电常数较压电材料的为低的材料可以使电容器C1和C2串联所致的总电容低于压电材料独自形成的电容(以一次近似表示，总电容可由公式1/C总=1/C2+2/C1给出，从中可见，低的C1值将给出低的C总值)。
从图7(c)清楚可见，此技术可有利地应用于联接轨的C区，以及跑刀区R。
如本发明的前述形式，此形式可以通过对本身广为人知的蒸镀技术的创造性应用来实现。对于介电常数较压电材料的的为低的材料，使用氮化硅可能较好。其相对介电常数约为8(与之相比，诸如铅锆钛(PZT)之类压电材料的介电常数值约为3600)，且它常用于喷墨打印头，作为槽电极的保护性纯化涂层。
这种材料可用自例如国际专利文件WO 95/07820所知的技术蒸镀在槽壁上，届时使槽的预计的有效部分L保持遮蔽。最终形成的氮化硅层一般具有0.3μm-0.5μm的厚度范围，该蒸镀过程只需要布置一个掩膜，以防止进入的低介电材料覆盖槽的有效长度。如图9所示，掩膜70必须与有效区L的上壁22的顶部密切接触且必须延伸稍稍超过有效区L-一般达到槽的深度-因为所用的蒸镀技术将导致进入的低介电材料(由箭头80所示)穿入悬伸区72之后(确实，为了充填到压电材料的不规则表面，该蒸镀方法有意选择了这种特性)。再者，为了在蒸镀过程中避免过热和破坏，掩膜70需要有相当的厚度且能够导热。因此它一般用2-3mm厚的铝制成。
随后电极可用以上讨论的传统方式蒸镀在槽的整个长度上。确实，人们相信纯化提供的电极蒸镀的表面比槽壁的锯切表面更光滑，结果电极在槽的非有效部分更少受到疲劳。
关于本发明的前述形式，在去除蒸镀在槽壁的顶部上的电极材料和低介电材料方面，已经证明使用热塑性“揭离”膜或抛光是令人满意的。再次重申，本发明同样适用于“悬臂”、“人字形”或其它任何压电材料在垂直于压电材料层的方向上极化的打印头结构。
在将氮化硅用作低介电层中可以使用许多种替代绝缘材料和/或其它的蒸镀技术，氧化物，特别是氧化硅、氧化铝、氮化铝和钻石样碳。适当地选择材料可以使低介电层和槽电极用一个蒸镀装置进行蒸镀，获得明显的制造时间(不需要将槽形部件从一个机器传递至另一机器)和主要设备方面的经济效益。例如可以通过在一腔室内蒸发铝同时以氮离子或自由原子团轰击槽形零件，而将一层氮化铝的低介电层蒸镀在该零件上。随后抽空该腔室可以以从上述欧洲专利文件EP-A-0 364136中所知的方式在同一腔室内使蒸发的铝作为电极蒸镀在槽壁上。
在本发明的范围内对上述形式做某些改变是可能的，并对此表示赞赏。例如，上述的形式可以结合使用，使槽的非有效部分“N”即有浅电极又有一层置于电极和槽侧壁之间的低介电材料层。另外，本发明的上述任一种或两种形式可以与其它减小电容的措施结合使用。
槽的有效区和非有效区长度的相对尺寸相对于图中所示也可以有某些变化欧洲专利文件EP-A-0 422 870中所述的那类高频操作(和在因驱动频率高而使低电容载荷特别重要之处)对槽的有效长度(L)可能需要在10至1mm范围内选择较小值，例如4mm，而同时槽纵向上的多个开口的尺寸可能需要保持大体恒定，例如10mm，以允许有足够的墨水流过而没有过度的压降，以配合现有的墨水供给结构等。因此总之，本发明对于非有效全深度长度与有效全深度长度之比约2或更大的打印头是特别有利的。
这类打印头的其它临界尺寸典型情况下如下槽的整个深度300μm，槽的有效部分的电极深度150μm，全深度部分(L、N)的槽壁宽度62μm，联接轨部分(C)的长度7.4mm，联接轨部分的槽壁宽度47μm，致动装置的全长(C+R+N+L)11.5mm，有效长度(L)1.5mm。
可以理解，在这种设计中，应用本发明导致打印头的电容载荷较图中所示的那些已知打印头有较大程度的减少。例如，根据本发明的一个形式，在具有上述尺寸的一个单个槽壁的非有效部分上采用25μm深度的浅电极，可导致槽壁的总电容为354pF，相比之下，采用高度为150μm恒定不变的电极的同样槽壁的值为540pF。根据本发明的另一形式使用低介电常数纯化膜可使槽壁的总电容为190pF，而两形式结合使用的将使槽壁电容的值为140pF。此值极为接近槽壁的有效部分自身所体现的值(129pF)。
本发明不局限于图中所示的打印头结构，特别是，液滴液体可以通过任何平行于槽轴线的槽侧供给，例如通过如欧洲专利文件EP-A-0364 136中所示的槽底开口。同样，喷嘴不需要如图中所示的处于槽的轴线上，而可以处于盖或底上(所谓的“顶喷射器”和“底喷射器”设计)或者如本技术领域内已知的任何位置。根据本发明的装置没有必须局限于用此处所述的方法进行制造；例如，选择使用电极和/或低介电层可以在将顶盖粘接到槽底之后再考虑。另外，槽形底和顶层可以用单独的组件组合而成，各自分别制造。
当然可以理解，本发明适用于例如国际专利文件WO 95/18717所述的“晶片等级”(Wafer scale)制造技术和结构。相应地需要修改纯化和电极蒸镀掩膜。在那些墨水是从端部而不是从槽的侧面供给，例如如图10所示自垂直于槽的纵轴延伸的多个通孔100供给的情况下，低介电材料可以简单地于封闭的槽(“有效”)部分130之外的区域120处置于电极材料105和槽形零件110之间。
本发明还适用于包括以与上述结构不同方式极化的压电材料且相应地具有不同的致动装置电极布置的结构。这种结构的实例示于美国专利文件US-A-5 235 352中。它具有槽隔离壁，由平行于槽的排列方向极化的压电材料构成，且通过位于壁本身上的电极受到垂直于极化方向的电场的作用。在壁上对应于槽的非有效部分、未封闭部分的那些部分上在电极和压电材料之间施加有低介电层。本说明书中所公开和图中所示的各个特性(其条款包括在权利要求内)可以单独与在本发明中其它所公开的和/或图示的特点结合应用。
摘要的文本在此重中，作为说明书的一部分。
一种按需液滴压电打印头有由带有沿其长度延伸的电极(26)的压电材料(10)所构成的槽壁。在槽上向墨水供给导管敞开的部分，通过减小电极宽度或通过在电极和压电材料之间置入一种低介电常数材料(40)，使压电材料局部丧失功能。结果使电容载荷降低。
权利要求
1．一种液滴沉积装置，其包括一个包括压电材料的底板，该底板形成有多条平行的、顶端敞开的槽，它们在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔开，各槽至少有一部分是由相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成的；上述侧壁至少包括上述压电材料和用于给上述压电材料施加电场，从而使上述侧壁产生横向位移的电极；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以从其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体，且于一喷嘴联通，以从中喷射出液滴。各槽均有在平行于槽轴线的一侧敞开的用以与液滴液体供给装置联通的一个部分，和在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的另一个部分；其特点在于使包括上述压电材料的上述各槽的上述一个部分的相应侧壁丧失功能，即各槽的上述一个部分的上述侧壁不发生横向位移。
2．根据权利要求1所述的液滴沉积装置，其中，在各槽的一个部分中，在压电材料和提供于上述壁的相对侧面上的至少一个电极之间置入了一层介电常数较压电材料的为低的材料，以使压电材料丧失功能。
3．根据权利要求1所述的液滴沉积装置，其中，提供于各槽的上述一个部分的电极同提供于各槽的上述另一个部分的电极相比，沿相应侧壁的高度延伸的比例较小，从而使在上述一个部分中对压电材料的驱动无效，因此使其丧失功能。
4．一种液滴沉积装置，其包括一个底板，它具有一层在垂直于上述层的方向上极化的压电材料，且形成有多条平行的、顶部敞开、在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔的槽，各槽均至少一部分由相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成，至少上述侧壁包括上述压电材料；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体且与喷嘴联通，以从其中喷射出液滴；各槽均有在平行于槽轴线的一侧敞开、用以与液滴液体供给装置联通的一个部分，和在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的另一个部分；于上述侧壁的相对的侧面上提供有电极，从而形成剪切模式致动装置，以使液滴从与上述致动装置相联的槽中喷出，各电极大体沿槽的长度方向延伸；其特征在于，在上述槽的上述一个部分中，于上述介电材料和提供于上述侧壁的相对侧面上的至少一个上述电极之间设置了一层介电常数较压电材料的为低的材料。
5．根据权利要求4所述的液滴沉积装置，其中上述一个部分和另一个部分各自至少一部分是由有共平面的顶表面且高度大体恒定的侧壁构成，因此上述一个部分和另一个部分相应侧壁的高度大体相等。
6．根据权利要求4或5所述的液滴沉积装置，其中对于各槽，喷嘴靠近槽的上述另一个部分。
7．根据权利要求4或6任一项所述的液滴沉积装置，其中对于各槽，上述一个部分和另一个部分是连续的。
8．根据权利要求4至7任一项所述的液滴沉积装置，且其中在上述另一个部分中，电极提供于相应槽壁的压电材料的表面上。
9．根据权利要求8所述的液滴沉积装置，且其中提供于各槽的至少上述一个部分的上述侧壁的相对侧面上的电极是位于各槽侧壁的顶端，远离上述底表面的。
10．根据权利要求4至9任一项所述的液滴沉积装置，且其中上述各槽包括一其槽壁高度低于上述一个部分和另一个部分的槽壁的延续部分，电极提供于上述各槽的上述延续部分的相互面对的槽壁和底面上，有一层介电常数较压电材料的为低的材料置于上述电极和各槽的上述相互面对的侧壁和底面之间。
11．如制造权利要求4所述的液滴沉积装置的方法，其包括步骤(a)在包含一层压电材料的底板上制出多条平行槽；(b)在上述各槽的一第一部分的至少一个相互面对的侧壁上蒸镀一层材料，该材料具有较压电材料的为低的介电常数，上述各槽的一第二部分的相互面对的侧壁保持没有上述材料；(c)在上述槽的上述第一和第二部分的相互面对的侧壁上蒸镀电极材料。
12．根据权利要求11所述的方法，且其包括步骤(d)在向上述各槽的上述第一部分的至少一个相互面对的侧壁上蒸镀上述材料层之前，先将上述各槽的上述第二部分遮蔽；(e)在向上述槽的上述第一和第二部分的相互面对的侧壁上蒸镀电极材料之前，除去上述第二部分的遮蔽。
13．根据权利要求11或12所述的方法，且其中电极材料是通过于上述壁处以一角度指向槽的相互面对的表面的金属蒸气束来蒸镀的。
14．一种液滴沉积装置，其包括一个底板，其具有一层在垂直于上述层的方向上极化的压电材料，且形成有多条平行的、顶部敞开、在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔的槽，各槽均至少一部分由具有共平面顶表面的相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成，至少上述侧壁包括上述压电材料；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体且与喷嘴联通，以从其中喷射出液滴；各槽均有在平行于槽轴线的一侧敞开的用以与液滴液体供给装置联通的一个部分，和在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的另一个部分；于上述侧壁的相对的侧面上提供有电极，从而形成剪切模式致动装置，以使液滴从与上述致动装置相联的槽中喷出，各电极大体沿槽的长度方向延伸；其特征在于，提供于各槽的上述一个部分的电极同提供于各槽的上述另一个部分的电极相比，沿相应侧壁高度延伸的比例较小。
15．根据权利要求14所述的液滴沉积装置，其中上述一个部分和另一个部分各自至少一部分是由高度大体恒定的侧壁构成，因此上述一个部分和另一个部分的相应侧壁的高度大体相等。
16．根据权利要求15所述的液滴沉积装置，其中对于各槽，喷嘴靠近槽的上述另一个部分。
17．根据权利要求14至16任一项所述的液滴沉积装置，其中对于各槽，上述一个部分和另一个部分是连续的。
18．根据权利要求14至17任一项所述的液滴沉积装置，且其中提供于各槽的至少上述一个部分的上述侧壁的相对侧面上的电极是位于各槽侧壁的顶端，远离上述底表面的。
19．根据权利要求14至18任一项所述的液滴沉积装置，其中在上述一个部分，电极材料最好延伸覆盖相应槽壁的高度的10％或更少。
20．根据权利要求14至19任一项所述的液滴沉积装置，其中在上述另一个部分，电极延伸覆盖相应槽壁的深度的约一半或实际上就是整个深度。
21．根据权利要求14至20任一项所述的液滴沉积装置，其中槽的上述一个部分和另一个部分长度的比大约为2或更大。
22．一种制造如权利要求14所述液滴沉积装置的方法，且其包括步骤(a)在包含一层压电材料的底板上制出多条由具有共平面顶部的槽壁分隔开的平行槽；(b)在上述各槽的一第一部分的相互面对的侧壁上蒸镀电极材料，以一第一比例覆盖相应的侧壁高度；(c)在上述各槽的一第二部分的相互面对的侧壁上蒸镀电极材料，以一第二比例覆盖相应的侧壁高度，上述第一和第二比例是不同的。
23．根据权利要求22所述的方法，且其包括步骤(d)在向上述各槽的上述第一部分的相互面对的侧壁蒸镀以第一比例覆盖相应的侧壁的高度的电极材料之前，先将上述各槽的上述第二部分遮蔽。(e)在向上述各槽的上述第一和第二部分的相互面对的侧壁蒸镀电极材料之前除去上述第二部分上的遮蔽。
24．根据权利要求22或23所述的方法，其中上述第一比例大于上述第二比例。
25．根据权利要求24所述的方法，其中上述第二比例不大于壁高的10％。
26．根据权利要求22至25任一项所述的方法，且其中电极材料是通过于上述壁处以一角度指向槽的相互面对的表面的金属蒸气束来蒸镀的，在上述第一部分蒸镀的角度比在上述第二部分蒸镀的角度更陡。
27．一种液滴沉积装置，其具有一个底板，其具有一层在垂直于上述层的方向上极化的压电材料，且形成有多条平行的、顶部敞开、在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔的槽，各槽均至少一部分由具有一高度的相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成，至少上述侧壁包括上述压电材料；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体且与喷嘴联通，以从其中喷射出液滴；各槽均有在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的一个部分；于上述侧壁的相对的侧面上提供有电极，从而形成剪切模式致动装置，以使液滴从与上述致动装置相联的槽中喷出，各电极大体沿槽的长度方向延伸；其特征在于，一层介电常数较压电材料的为低的材料于各槽的上述部分之外的区域被置于上述压电材料和上述至少一个电极之间。
28．一种液滴沉积装置，其具有一个包括压电材料构成的底板，该底板形成有多条平行的、顶部敞开、在垂直于槽的长度方向的排列方向上相互间隔的槽，各槽均至少一部分由具有一高度的相互面对的侧壁和在上述侧壁之间延伸的底表面构成，至少上述侧壁包含上述压电材料；一个面向上述槽的上述底表面且粘接在上述侧壁上以在其顶部封闭上述槽的顶板；该槽被供以液滴液体且与喷嘴联通，以从其中喷射出液滴；各槽均有在平行于槽轴线的所有侧面均封闭的一个部分；用于给上述侧壁上的上述压电材料施加电场的电极；其特征在于，在各槽上述部分之外的区域，一层介电常数较压电材料的为低的材料被置于上述侧壁上的上述压电材料和上述至少一个电极之间。
29．一种涂镀零件表面的方法，其包括的步骤有，将零件置于一腔室，使表面暴露于金属蒸气束，并在腔室为真空的状态和零件表面受到离子或自由原子团轰击的状态之间转换。
30．根据权利要求29所述的方法，其中上述离子和自由原子团具有氧和氮。
31．根据权利要求30所述的方法，其中上述金属蒸气束包括蒸发的铝。
32．根据权利要求29至30任一项所述的方法，其中上述零件在其中已经制成了各具有两相互面对的侧壁和一介于其间的底表面的槽，上述涂层沉积在上述侧壁上。
33．根据权利要求32所述的方法，其中在上述腔室为真空的状态下，金属蒸气束以一非零角度指向上述槽壁。
全文摘要
一种按需液滴压电打印头有由带有沿其长度延伸的电极(26)的压电材料(10)所构成的槽壁。在槽上向墨水供给导管敞开的部分,通过减小电极宽度或通过在电极和压电材料之间置入一种低介电常数材料(40),使压电材料局部丧失功能。结果使电容载荷降低。
文档编号C23C14/04GK1216502SQ9719407
公开日1999年5月12日 申请日期1997年4月18日 优先权日1996年4月23日
发明者J·阿舍, C·D·菲利普斯, S·特姆普勒 申请人:萨尔技术有限公司