專利名稱：具有聚合物層的流體分配組件的制作方法
技術領域：
本公開內容涉及流體分配組件。更具體地，本公開內容涉及具有聚合物層的流體 分配組件。
背景技術：
一些流體分配組件使用傳感器或致動器促使系統(tǒng)分配流體。致動器可以為壓電致 動器、微電機(MEMS)致動器、熱機致動器、熱相變致動器等。致動器通常促使與流體的某種 接觸界面移動，在流體中產生壓力，進而促使流體移動通過孔口到達接收基材。電機致動器驅動流體的效率的改進為流體分配組件提供設計靈活性。效率改進允 許較小致動器、較低工作電壓和較大液滴質量之間的新平衡。這種流體分配系統(tǒng)的一個實例為噴墨打印機。通常，噴墨打印機包括某種傳感器 或致動器，其促使油墨經過噴口、噴嘴或其它孔口離開打印頭，在打印表面上形成液滴。

發(fā)明內容
在此公開以下實施方案。方案1.流體分配組件，包括設置為通過傳感器工作的隔膜(diaphragm)；設置為通過隔膜工作的主體壓力室；和設置在隔膜和主體壓力室之間的粘合劑附著層。方案2.方案1的流體分配組件，其中主體壓力室由單一板或一組粘合在一起的板 形成。方案3.方案1的流體分配組件，其中隔膜包括金屬或陶瓷片。方案4.方案3的流體分配組件，其中金屬選自鋼、鋁、鎳、黃銅、青銅、鈦和銅。方案5.方案3的流體分配組件，其中陶瓷為氧化鋁或硅石。方案6.方案1的流體分配組件，其中粘合劑層為選自環(huán)氧、雙馬來酰亞胺、聚酰亞 胺、丙烯酸系、氰基丙烯酸酯、酚和硅氧烷的熱固性粘合劑。方案7.方案1的流體分配組件，其中粘合劑層為選自聚酰亞胺、聚酯、聚醚醚酮、 聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酰亞胺的熱塑性粘合劑。方案8.方案1的流體分配組件，其中粘合劑層包括具有聚合物芯層和在該聚合物 芯層每一側上的薄粘合劑層的帶。方案9.方案8的流體分配組件，其中雙面帶的芯層選自聚酰亞胺、聚酯、聚醚醚 酮、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酰亞胺。方案10.方案8的流體分配組件，其中粘合劑外層包括聚醚醚酮、環(huán)氧、雙馬來酰 亞胺、聚酰亞胺、丙烯酸系、氰基丙烯酸酯、酚、硅氧烷、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚或聚醚酰亞 胺的一種或多種。方案11.流體分配組件，包括
由單一板或一組板形成的主體壓力室；設置為在主體壓力室上工作的隔膜；和設置在主體壓力室和隔膜之間的粘合劑層。方案12.方案11的流體分配組件，其中一組板包括一組銅焊在一起的金屬板。方案13.方案11的流體分配組件，其中流體分配組件為打印機的噴口組。方案14.方案11的流體分配組件，其中一組板包括具有通過其分配流體的孔口的 孔板。方案15.制造流體分配組件的方法，包括由主體板或包括主體板的一組板形成主體壓力室；和將隔膜板粘合劑粘合到至少流體分配組件的主體板。方案16.方案15的方法，其中形成主體壓力室包括將一組金屬板銅焊在一起。方案17.方案15的方法，其中形成主體壓力室包括將一組層粘合在一起，所述層 包括至少一個金屬板和至少一個聚合物層。方案18.方案15的方法，其中粘合劑粘合隔膜板包括使用粘合劑適應層 (adhesive compliant layer)將主體室連接至隔膜板。方案19.方案15的方法，其中粘合劑粘合隔膜板包括使用粘合劑將聚合物適應層 連接至主體壓力室。方案20.方案17的方法，其中粘合劑粘合隔膜板包括使用粘合劑連接隔膜板。


圖1顯示由完全銅焊的一組鋼板制造的流體分配組件的實例。圖2顯示流體分配組件的一部分的側視圖。圖3顯示具有粘合劑連接的隔膜的流體分配組件的一部分的側視圖。圖4顯示具有粘合劑連接的隔膜的流體分配組件的單個噴口的實施方案。
具體實施例方式一些流體分配組件包括局部油墨供給源和流體分配組件。流體分配組件可以視為 具有若干元件。首先，驅動元件可以由促使流體離開組件的傳感器，例如壓電傳感器，傳感 器在其上工作的隔膜，和形成壓力室的一個或多個主體板組成。其次，進口元件由引導流體 從歧管到壓力室的歧管主體組成。再次，出口元件引導流體從壓力室到孔口。最后，孔口自 身分配流體離開流體分配組件。流體分配組件的一個實例為打印頭中的噴口組，該噴口組通常由粘合在一起的一 組板組成。該實例中，驅動器將工作以促使流體經過孔板離開噴口組。進口將引導流體從 歧管到壓力室，和出口將引導油墨從壓力室到孔板。在噴口組的實例中，孔口將分配流體離 開噴口組，并最終離開打印頭。圖1顯示打印頭中的噴口組的實例。在該實例中，噴口組10由一組粘合在一起的 板組成，并將用于討論。應注意這只是一個實例，并非對在此請求保護的發(fā)明的應用或實施 的限制。如將進一步討論的，術語‘打印機’和‘打印頭’可以由為任何目的分配流體的任 何系統(tǒng)和系統(tǒng)內的結構組成。類似地，雖然在此為了幫助理解將要討論噴口組，但是任何流體分配組件可以是合適的。流體分配組件或流體分配主體可以由如在此討論的一組板，具 有適當通道、傳感器和孔口的模塑主體，機加工主體等組成。根據(jù)在除板之外，噴口組內包 括額外結構的實施方案，一組板可以被認為是流體分配組件內的流體分配主體。噴口組經由端口 12接收來自儲液器(未示出)的油墨。油墨流過具有適應壁44 和與歧管相對的氣隙46A的歧管14，流過顆粒過濾器15并流入進口 16。進口引導液體至 壓力室13。當致動器或傳感器17激活時，其促使隔膜板20偏轉，并促使油墨流過出口 19 和離開孔板18上的孔口 21。脫離孔口的油墨液滴形成一部分打印圖像。包括進口、壓力 室、致動器、出口和孔口的部分油墨路徑稱為“單噴口”。蝕刻、壓印或另外制造一系列或一組板，形成噴口組的各種通道、室和部件。在該 實例中，噴口組由隔膜板20 ；主體板22 ；分離板24 ；進口板26 ；分離板28和30 ；顆粒濾板 32 ；和形成歧管50的歧管板34、36、38、40和42 ；適應壁板44 ；提供靠近適應壁的氣隙的板 46 ；孔口支柱48和孔板18組成。當噴口組由一系列粘合的金屬板制成時，將薄不銹鋼隔膜板20銅焊至主體板22。 銅焊板之間的接合為剛性結合，使得驅動過程中隔膜曲率完全集中在主體13的區(qū)域內。一 些銅焊工藝包括在銅焊之前對噴口組的所有板鍍金，顯著增加了板的成本。打印頭和其它流體分配組件設計的目前趨勢要求增加每單位面積噴口或孔口的 數(shù)目。這種高組裝密度強制減小每個噴口的致動器的尺寸。致動器尺寸的減小使作為致動 器效率量度的每一施加電壓下，致動器的置換體積減少。這一點進而使達到特殊液滴質量 或液滴速度所需的驅動電壓升高，因為獲得所需致動器置換需要更高的電壓。這種增加的 電壓可能具有負面影響。一些負面影響包括由于所需最大電壓/額定功率提高，增加了用于驅動致動器的 集成電路的成本；與施加到致動器的場強升高關聯(lián)的可靠性風險；和隨著達到驅動電子設 備的電壓上限和可接受的場強，最終限制噴口的潛在生產率。此外，新的噴口組設計引入粘合劑粘合的層，以連接銅焊的亞組。這一點使要鍍金 的板數(shù)目減少，因為亞組被銅焊，然后連接在一起，而不是同時銅焊所有亞組。使用粘合劑 層已經消除了一些不得不鍍敷的表面，并在組中引入新的適應元件。這些方法的實例在全 部于2008年8月19日提交的美國專利序列號12/194，456，“Fluid DispensingSubassembly with Compliant Aperture Plate，，;12/194，472,"External FluidManifold with External Compliant Wall”； 12/194，488，“Fluid Reservoirwith Compliant Wall，，;和 12/194，494， "Fluid Dispensing Subassemblywith Compliant Film，，中說明。但是，以上引用的方法都沒有提出在隔膜和主體板之間使用粘合劑粘合層。這一 界面是致動器的一個重要元件，并且直接影響致動器的置換效率和工作頻率。通過使用適 當選擇的粘合劑粘合層元件，驅動器的置換效率可以得到提高。另外，在隔膜和主體板之間 使用粘合劑粘合層可以允許消除形成噴口組所需的任何銅焊工藝。這樣將降低成本并且可 能允許設計領域的更大自由度，以及可能允許工藝更加自動化。圖2顯示例如圖1的10的噴口組部分60的側視圖。該部分包括主體壓力室13、 進口 16、出口 19、致動器17和隔膜20。在典型操作中，致動器17在第一個方向工作，‘牽 拉’隔膜20，增加壓力室13的體積。這促使油墨從進口 16進入室。致動器17然后以相對 方式工作，推動室，促使油墨從出口 19流出，最終促使流體液滴從流體分配裝置的孔口噴出。如這里所示，隔膜直接放置在噴口組部分60的板上。在此顯示的流體分配組件為噴口組、隔膜和致動器的一部分。對于每個孔口，也 稱為噴嘴或噴口，該流體分配組件可以具有由一部分流體分配組件層形成的局部流體儲液 器。在此，術語層可以表示板，例如如上所述的要銅焊的那些板，或如上所述專利申請中闡 明的聚合物層。噴口組部分60可以由板、聚合物膜或兩者的混合物組成。因此，主體壓力 室/局部儲液器可以被認為是由一部分流體分配組件的‘層’形成。圖3顯示在隔膜20和噴口組部分60之間具有聚合物層68的噴口組部分60 的側視圖。層68可以較薄，具有小于50微米的厚度。層68也可以較軟，具有小于 lOGPa(GigaPascals)的模量。聚合物層68也可以起粘合劑層的作用，功能上將隔膜粘合到 主體板或噴口組/流體分配組件的部分。聚合物層附著的噴口組部分的側面在此可以稱為 主體室側面。 圖4顯示噴口組的另一個視圖，該視圖為單噴口的。單噴口具有主體壓力室13，將 油墨送入壓力室的進口 16，和引導油墨至孔口 21的出口 19。隔膜20經由作為粘合劑或使 用單獨的粘合劑的聚合物層68連接至主體室13。隔膜20至主體室13的連接是致動器的重要接合點。聚合物層必須具有足夠的柔 性，以提供延伸超出主體壁的曲率，從而相比其中對主體板的連接是剛性的銅焊隔膜，增加 隔膜的容量置換。過度適應性可能由聚合物層過厚或聚合物過軟引起，將導致效率降低，因 為柔性連接不能支持主體室的增壓。過度適應性也可能導致液滴發(fā)生器工作頻率的不能接 受的降低，原因是驅動器固有頻率降低?？捎玫牟牧习ǜ鞣N可能性，包括具有熱固性聚酰亞胺芯層和每個側面上的較薄 熱塑性層的帶。聚醚醚酮可以用作單個熱塑性粘合劑層。其它熱塑性塑料，例如聚砜、聚醚 砜、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺、聚酯可以用作雙面帶的芯層或用作熱塑性粘合劑。熱固性粘合 劑，例如環(huán)氧、雙馬來酰亞胺、聚酰亞胺、丙烯酸系、氰基丙烯酸酯、酚、硅氧烷等可以直接用 作隔膜和主體之間的單層粘合，或者可以用作具有熱固性或熱塑性芯層的多層帶中的粘合 劑。在一個實驗中，制造具有噴口組的對照打印頭，該噴口組包括粘合和銅焊在一起 形成整體噴口組結構的不銹鋼噴口組板。制造具有噴口組的測試打印頭，除了隔膜之外，該 噴口組具有粘合和銅焊在一起的所有板。測試部分的隔膜然后使用聚合物粘合劑粘合劑連 接到噴口組的背側。打印頭的剩余部分按照其通常工藝組裝。一旦組裝，測試該打印頭以確定獲得所需液滴質量和速度所需的致動器驅動電 壓。結果顯示具有使用聚合物連接的隔膜的打印頭比對照打印頭使用平均少10%的電壓。流體分配組件部分60將由板或板的組合以及適應膜制造。聚合物層68然后將使 用粘合劑連接到部分60，或將本身作為粘合劑。隔膜20然后將連接到該粘合劑，然后將連 接致動器陣列。
權利要求
流體分配組件，包括設置為通過傳感器工作的隔膜；設置為通過隔膜工作的主體壓力室；和設置在隔膜和主體壓力室之間的粘合劑附著層。
2.權利要求1的流體分配組件，其中主體壓力室由單一板或一組粘合在一起的板形成。
3.權利要求1的流體分配組件，其中粘合劑層為選自環(huán)氧、雙馬來酰亞胺、聚酰亞胺、 丙烯酸系、氰基丙烯酸酯、酚和硅氧烷的熱固性粘合劑；或選自聚酰亞胺、聚酯、聚醚醚酮、 聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酰亞胺的熱塑性粘合劑的一種。
4.權利要求1的流體分配組件，其中粘合劑層包括具有聚合物芯層和在該聚合物芯層 每一側上的薄粘合劑層的帶。
5.流體分配組件，包括由單一板或一組板形成的主體壓力室； 設置為在主體壓力室上工作的隔膜；和 設置在主體壓力室和隔膜之間的粘合劑層。
6.制造流體分配組件的方法，包括由主體板或包括主體板的一組板形成主體壓力室；和 將隔膜板粘合劑粘合到至少流體分配組件的主體板。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有聚合物層的流體分配組件。該流體分配組件具有設置為通過傳感器工作的隔膜，設置為通過隔膜工作的主體壓力室，和設置在隔膜和主體壓力室之間的粘合劑附著層。流體分配組件具有由單一板或一組板形成的主體壓力室，設置為在主體壓力室上工作的隔膜，和在主體壓力室和隔膜之間設置的粘合劑層。制造流體分配組件的方法包括由主體板或包括主體板的一組板形成主體壓力室，和將隔膜板粘合劑粘合到至少流體分配組件的主體板。
文檔編號B41J2/14GK101890401SQ201010185529
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權日2009年5月22日
發(fā)明者J·R·安德魯斯, T·L·斯蒂芬斯 申請人:施樂公司