驅(qū)動(dòng)單噴口噴射系統(tǒng)的多個(gè)薄膜壓電元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及噴墨打印裝置的領(lǐng)域，并且更特別地，涉及用于高密度噴墨打印頭的方法和結(jié)構(gòu)以及包括高密度噴墨打印頭的打印機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]按需噴墨技術(shù)廣泛用于打印工業(yè)中。使用按需噴墨技術(shù)的打印機(jī)可以使用熱、靜電或壓電技術(shù)。
[0003]壓電噴墨打印頭包括覆蓋充墨主體室的壓電元件(S卩，換能器、PZT或致動(dòng)器)的陣列。壓電噴墨打印頭可以典型地還包括撓性隔膜或膜，壓電元件的陣列附連到所述撓性隔膜或膜。當(dāng)電壓典型地通過與聯(lián)接到電源的頂部電極的電連接而施加到壓電元件時(shí)，壓電元件彎曲或偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致隔膜撓曲，通過噴嘴或噴口從室排出一定量的墨。撓曲還通過開口將墨從主墨儲(chǔ)存器吸引到室中以替換排出的墨。
[0004]在靜電噴射中，形成于襯底組件上的每個(gè)靜電致動(dòng)器典型地包括撓性隔膜或膜，在孔板和膜之間的充墨墨室，以及在致動(dòng)器膜和襯底組件之間的充氣氣室。靜電致動(dòng)器還包括形成于襯底組件上的致動(dòng)器頂部電極。當(dāng)施加電壓以激勵(lì)致動(dòng)器頂部電極時(shí)，膜由電場朝著頂部電極吸引并且從松弛狀態(tài)致動(dòng)到撓曲狀態(tài)，增加墨室的體積并且將墨從墨供應(yīng)裝置或儲(chǔ)存器吸引到墨室中。當(dāng)去除電壓以去激勵(lì)致動(dòng)器頂部電極時(shí)，膜松弛，墨室內(nèi)的體積減小，并且墨從孔板中的喂'嘴喂'射。
[0005]一些打印頭包括厚度為2至4密耳(50至100 μ m)的塊狀壓電材料和厚度為20微米或以上不銹鋼隔膜的使用。這些打印頭的隔膜覆蓋在形狀上為矩形或梯形的主體室，其中主體室具有每邊大約400至800微米的室尺寸。這些系統(tǒng)典型地具有低縱橫比主體室，其中長度與寬度的比率在1.0到1.5之間。其它薄膜壓電系統(tǒng)包括厚度為大約1.0到5.0微米之間或厚度為1.0到3.0微米之間的更加薄的隔膜的使用。由于該更薄隔膜材料的增加撓性，薄膜壓電系統(tǒng)的主體室可以設(shè)計(jì)成具有高縱橫比的長、細(xì)矩形以控制覆蓋主體室的隔膜的振動(dòng)模式。例如，每個(gè)主體室可以寬度小于100微米并且長度大于600微米。這些設(shè)計(jì)可以包含在每個(gè)主體室之上的頂部電極，所述頂部電極類似地長且細(xì)。頂部電極通過薄膜壓電材料與底部電極分離。使用薄隔膜材料形成方形或梯形主體室將導(dǎo)致隔膜在從噴嘴噴射墨期間以過度幅度偏轉(zhuǎn)或者具有非期望的振動(dòng)模式，并且將不容易控制墨的噴射。使用高縱橫比主體室的薄膜裝置典型地具有很緊密間隔的噴嘴的陣列。當(dāng)噴嘴很緊密間隔時(shí)流體路徑常常使用硅結(jié)構(gòu)和微型制造方法進(jìn)行構(gòu)造，其在很大制造量中成本效益高，但是在較低制造量中成本效益不高。一種薄膜壓電驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)將是期望的，其可以在具有允許低成本制造方法的噴嘴間隔的高密度打印頭設(shè)計(jì)中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以下呈現(xiàn)簡化總結(jié)以便提供本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的一些方面的基本理解。該總結(jié)不是廣泛概述，也不旨在確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要要素，也不界定本發(fā)明的范圍。相反地，它的主要目的僅僅是以簡化形式呈現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)概念作為隨后呈現(xiàn)的詳細(xì)描述的前序。
[0007]實(shí)施例可以包括多個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)，其中每個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)包括多個(gè)間隔驅(qū)動(dòng)電極，多個(gè)隔膜，其中所述多個(gè)間隔驅(qū)動(dòng)電極的每個(gè)驅(qū)動(dòng)電極與所述多個(gè)隔膜的一個(gè)隔膜唯一地配對(duì)，主體室，所述主體室由所述多個(gè)隔膜和物理地接觸所述多個(gè)隔膜的所述主體室內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)部分地限定，其中所述主體室配置成在打印期間充滿墨，以及噴嘴，其中所述多個(gè)隔膜的每一個(gè)配置成通過所述噴嘴噴射墨。
[0008]另一實(shí)施例可以包括一種打印機(jī)，所述打印機(jī)具有包括多個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)的至少一個(gè)打印頭，其中每個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)包括多個(gè)間隔驅(qū)動(dòng)電極，多個(gè)隔膜，其中所述多個(gè)間隔驅(qū)動(dòng)電極的每個(gè)驅(qū)動(dòng)電極與所述多個(gè)隔膜的一個(gè)隔膜唯一地配對(duì)，主體室，所述主體室由所述多個(gè)隔膜和物理地接觸所述多個(gè)隔膜的所述主體室內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)部分地限定，其中所述主體室配置成在打印期間充滿墨，以及噴嘴，其中所述多個(gè)隔膜的每一個(gè)配置成通過所述噴嘴噴射墨。所述打印機(jī)還包括封閉所述打印頭的打印機(jī)外殼。
[0009]另一實(shí)施例可以包括一種用于打印墨的方法，其包括激勵(lì)作為致動(dòng)器系統(tǒng)陣列的一部分的第一致動(dòng)器系統(tǒng)的第一驅(qū)動(dòng)電極以偏轉(zhuǎn)與致動(dòng)器系統(tǒng)第一驅(qū)動(dòng)電極唯一地配對(duì)的第一隔膜，從而從孔板中的噴嘴噴射具有第一體積和第一速度中的至少一項(xiàng)的第一墨滴，同時(shí)所述第一致動(dòng)器系統(tǒng)的第二驅(qū)動(dòng)電極保持去激勵(lì)，以及激勵(lì)所述第一致動(dòng)器系統(tǒng)的所述第二驅(qū)動(dòng)電極以偏轉(zhuǎn)與致動(dòng)器系統(tǒng)第二驅(qū)動(dòng)電極唯一地配對(duì)的第二隔膜并且同時(shí)激勵(lì)所述第一驅(qū)動(dòng)電極，從而從所述孔板中的所述噴嘴噴射具有第二體積、第二速度和第二方向性中的至少一項(xiàng)的第二墨滴，其中第二體積、第二速度和第二方向性中的至少一項(xiàng)不同于第一體積、第一速度和第一方向性中的至少一項(xiàng)。
【附圖說明】
[0010]包含在該說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0011]圖1是平面圖，并且圖2是橫截面，描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的打印頭致動(dòng)器系統(tǒng)的一部分；
[0012]圖3和4是平面圖，描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的致動(dòng)器系統(tǒng)；
[0013]圖5-7是橫截面，描繪根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例的致動(dòng)器系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0014]圖8是包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的打印頭的打印機(jī)的透視圖。
[0015]應(yīng)當(dāng)注意附圖的一些細(xì)節(jié)已被簡化并且繪制成便于本發(fā)明的理解而不是保持嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)精度、細(xì)節(jié)和比例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在附圖中示出其中的例子。只要有可能，相同的附圖標(biāo)記將在附圖中始終用于表示相同或相似的部分。
[0017]當(dāng)在本文中使用時(shí)，除非另外指出，詞語“打印機(jī)”包含為了任何目的執(zhí)行打印輸出功能的任何裝置，例如數(shù)字復(fù)印機(jī)、編書機(jī)、傳真機(jī)、多功能機(jī)、增材制造裝置(例如，3D打印機(jī))、靜電照相裝置等。
[0018]本發(fā)明的實(shí)施例可以包括使用覆蓋主體室的薄隔膜形成噴墨致動(dòng)器陣列，所述主體室在操作期間充滿墨。在實(shí)施例中，隔膜可以厚度為I微米到10微米，或者可以厚度為I微米或更小。致動(dòng)器陣列中的每個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)或用于每個(gè)噴射器的主體室可以形成矩形或梯形或另一形狀，而不是常規(guī)薄隔膜設(shè)計(jì)的長、細(xì)矩形。另外，用于每個(gè)噴口的每個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)可以包括多個(gè)(兩個(gè)或更多個(gè))薄膜驅(qū)動(dòng)器元件(頂部電極、驅(qū)動(dòng)電極、頂板或頂部電極段)。在實(shí)施例中，用于致動(dòng)器系統(tǒng)的多個(gè)頂部電極段的每一個(gè)可以電聯(lián)接在一起使得僅僅用于頂板的一個(gè)電互連和用于致動(dòng)器的陣列共有的底板(底部電極)的一個(gè)電互連需要單獨(dú)地尋址每個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，用于致動(dòng)器系統(tǒng)的多個(gè)頂部電極段的每一個(gè)可以自身單獨(dú)地可尋址以例如允許形成可變墨滴尺寸或改變來自相同噴口的墨滴速度。實(shí)施例包括壓電致動(dòng)器和靜電致動(dòng)器。
[0019]圖1是示意性平面圖，并且圖2是示意性橫截面，描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓電致動(dòng)器布局10的一部分的布局。盡管圖1描繪配置成從孔板16中的八個(gè)噴嘴14中的一個(gè)單獨(dú)地噴射墨的八個(gè)壓電致動(dòng)器系統(tǒng)12，但是將理解致動(dòng)器陣列可以包括數(shù)百或數(shù)千個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)12。
[0020]每個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)12還可以包括兩個(gè)或更多個(gè)隔膜18A-18C，兩個(gè)或更多個(gè)間隔頂部電極部分20A-20C，以及兩個(gè)或更多個(gè)間隔薄膜壓電部分22A-22C。每個(gè)頂部電極部分20可以通過壓電部分22中的一個(gè)從配對(duì)隔膜18分離，如圖所示。每個(gè)頂部電極部分20可以設(shè)計(jì)成僅僅致動(dòng)與其配對(duì)的隔膜18。如圖2中所示，用于多個(gè)致動(dòng)器系統(tǒng)12的隔膜18由相同連續(xù)隔膜層21形成。然而，每個(gè)獨(dú)立隔膜18在橫截面上由至少一對(duì)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)(振動(dòng)節(jié)點(diǎn))24限定，所述結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)物理地接觸隔膜18并且將連續(xù)隔膜層21分成單獨(dú)的、功能獨(dú)立的隔膜18。另外，在實(shí)施例中，用于致動(dòng)器12的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)24也可以至少部分地限定用于致動(dòng)器12的主體室25。主體室25還可以由隔膜層21至少部分地限定。
[0021]用于單致動(dòng)器系統(tǒng)12的主體室25的單獨(dú)部段可以在端部處連接使得用于單致動(dòng)器系統(tǒng)12的每個(gè)主體室25提供墨入口 27和墨出口 29之間的連續(xù)墨流動(dòng)路徑，其中每個(gè)墨出口終止于單噴嘴14中。在該實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)第一位置處的橫截面可以看上去類似于圖2中所示，而一個(gè)或多個(gè)第二位置處的橫截面可以看上去類似于圖6中所示。在該實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)24插入隔膜層21和下部打印頭層或結(jié)構(gòu)之間并且物理地接觸它們，如圖所示。此外，多個(gè)節(jié)點(diǎn)24限定主體室25內(nèi)的多個(gè)子室使得每個(gè)單致動(dòng)器系統(tǒng)包括多個(gè)子室。在該實(shí)施